Gasspülstein für metallurgische Gefässe

Abstract

 Ein Gasspülstein für metallurgische Gefäße besteht aus einem porösen, gasdurchlässigen Formstein (2) aus feuerfestem Material, einer diesen umgebenden gasdichten Teilumkleidung, die aus einem sich um die seitliche Umfangsfläche des Formsteins erstreckenden Blechmantel (4) und einem die äußere Stirnfläche des Formsteins überdeckenden Blechdeckel (6) zusammengeschweißt ist, einem Gaszuführungsrohr (10), das an den Rand einer mittigen Gaseintrittsöffnung (ß) des Blechdeckels (6) angeschweißt ist, sowie einer Durchbruchsicherung im Bereich des Gaszuführungsrohrs. Um einen Verschluß des Gasspülsteins im Gasaustrittsbereich zu verhindern und damit die Spülbereitschaft sicherzustellen, ist im Inneren des Gaszuführungsrohrs (10) in einem Abstand von der Gaseintrittsöffnung (8) des Blechdeckels (6) ein verengter Querschnitt (12) vorgesehen, wobei in dem Rohrabschnitt zwischen dem Blechdeckel und dem verengten Querschnitt ein zumindest in Axialrichtung des Gaszuführungsrohrs beweglicher Verschlußkörper (17), beispielsweise eine Kupferkugel oder dergleichen vorgesehen ist, deren Querschnitt kleiner als der Innendurchmesser des Gaszuführungsrohrs (10) und größer als der verengte Querschnitt (12) ist. Der Verschlußkörper (17) bildet dabei zusammen mit dem verengten Querschnitt (12) ein Rückschlagventil, welches verhindert, daß in dem Gasspülstein nach Abschaltung der Gaszufuhr ein Druckabfall entsteht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Gasspülstein für metallurgische Gefäße bestehend aus einem porösen, gasdurchlässigen Formstein aus feuerfestem Material, einer diesen umgebenden gasdichten Teilumkleidung, die aus einem sich um die seitliche Umfangsfläche des Formsteins erstreckenden Blechmantel und einem die äußere Stirnfläche des Formsteins überdeckenden Blechdeckel zusammengeschweißt ist, einem Gaszuführungsrohr, das an den Rand einer mittigen Gaseintrittsöffnung des Blechdeckels angeschweißt ist, sowie einer Durchbruchsicherung im Bereich des Gaszuführungsrohrs.

[0002] Gasspülsteine der genannten Art, die in den Boden oder die Seitenwände der Gefäße eingesetzt werden können, dienen zum Einblasen von Inertgasen in die zu behandelnde Schmelze. Die Inertgasbehandlung bietet verschiedene metallurgische Vorteile, beispielsweise den Abbau des Temperaturprofils in der Pfanne und damit eine schnelle Einstellung der optimalen Gießtemperatur, eine homogene Verteilung der Legierungsmittel bzw. der Desoxydationsmittel in dem Gefäß, Verbesserung des Reinheitsgrades des Stahles durch Transport der nichtmetallischen Verunreinigungen in die Schlacke sowie teilweises Entfernen von Gasen, Rührhilfe bei metallurgischen Reaktionen zur Erreichung des Konzentrationsausgleiches der Schmelze und dergleichen mehr.

[0003] Gasspülsteine sind zwar vorprogrammierte Verschleißteile, jedoch ist die Gasspülsteintechnik bereits soweit fortgeschritten, daß ein einziger Stein eine größere Anzahl von Chargen übersteht. Der Verschleiß der Steine tritt in erster Linie an der mit der Schmelze in Berührung befindlichen Gasaustrittsseite auf. Häufig ist zu beobachten, daß Schmelze in die Poren eintritt und diese derart verstopft, daß der Austrittsbereich des Spülsteins verschlossen wird und somit sogenannte Spülaussetzer auftreten können.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verschluß der Gasspülsteine im Gasaustrittsbereich zu verhindern und damit die Spülbereitschaft sicherzustellen.

[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem Gaszuführungsrohr in einem Abstand von der Gaseintrittsöffnung des Blechdeckels ein verengter Querschnitt vorgesehen ist und daß in dem Rohrabschnitt zwischen dem Blechdeckel und dem verengten Querschnitt ein zumindest in Axialrichtung des Gaszuführungsrohrs beweglicher Verschlußkörper angeordnet ist, dessen Querschnitt kleiner als der Innendurchmesser des Gaszuführungsrohres und größer als der verengte Querschnitt ist, wobei der Verschlußkörper zusammen mit dem verengten Querschnitt ein Rückschlagventil bildet.

[0006] Durch die erfindungsgemäße Konstruktion verschließt sich das Rückschlagventil unmittelbar nach Beendigung des Spülvorgangs, so daß kein Druckabfall in dem Spülstein auftritt und somit die Schmelze nicht nach Beendigung des Spülvorgangs in die Poren des Spülsteins eindringt. Nachdem die Inertgaszufuhr zu dem Spülstein unterbrochen wird, kann sogar ein Druckanstieg in dem Gasspülstein durch die Erwärmung und die damit verbundene Ausdehnung des Restgases auftreten, so daß nicht nur der Verschlußkörper in seine Schließstellung gedrückt, sondern auch ein sicherer Schutz gegen eindringende Schmelze in die Poren des Spülsteins geschaffen wird.

[0007] Darüber hinaus wirkt das Rückschlagventil zusätzlich als Durchbruchsicherung. Durch die Verhinderung des Druckabfalls in den Gasdurchgängen des Spülsteins nach Abschaltung der Gaszufuhr wird die Widerstandsfähigkeit des Spülsteinmaterials gestärkt, wozu insbesondere das in dem Gasspülstein entstehende Druckgaspolster beiträgt. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion kann somit auf aufwendige Durchbruchsicherungen verzichtet werden.

[0008] Vorzugsweise besteht der Ventilkörper, der relativ groß ausgeführt ist und nahezu den gesamten freien Querschnitt des Gaszuführungsrohrs ausfüllen kann, aus Kupfer. Kupfer ist ein Material, welches in kurzer Zeit große Wärmemengen aufnehmen kann. Wenn es trotz der erfindungsgemäßen Konstruktion einmal zu einem Schmelzendurchbruch kommen sollte, so erstarrt die in das Gaszuführungsrohr eindringende Schmelze sofort bei Berührung mit dem aus Kupfer bestehenden Verschlußkörper, so daß dadurch eine zusätzliche Durchbruchsicherung geschaffen wird.

[0009] Der in dem Gaszuführungsrohr vorgesehene verengte Querschnitt kann durch eine Lochscheibe gebildet sein, deren mittige Durchgangsöffnung den Ventilsitz bildet. Ein solcher Ventilsitz ist mit geringem Aufwand leicht herstellbar.

[0010] Um zu gewährleisten, daß der als Ventilteil dienende Abschnitt des Gaszuführungsrohrs auch über längere Zeiten funktionstüchtig bleibt, können der Rohrabschnitt zwischen dem Blechdeckel und der Lochscheibe sowie auch die Lochscheibe aus nichtrostendem Stahl bestehen.

[0011] Ferner kann zwischen dem Verschlußkörper und dem Blechdeckel eine Druckfeder vorgesehen sein, die den Verschlußkörper gegen den Ventilsitz drückt. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, daß der Spülstein in jeder beliebigen Lage verwendet werden kann.

[0012] In dem Bereich der Gaseintrittsöffnung des Blechdeckels oder etwas unterhalb davon kann ein Sieb angeordnet sein, damit keine Feuerfestmasse, die eventuell aus dem Spülsteinmaterial herausbröckelt, in den Bereich des Ventilsitzes gelangen kann.

[0013] Das Sieb kann in einer in dem inneren Querschnitt des Gaszuführungsrohrs eingeschweißten ringförmigen Lochkappe befestigt sein, die gleichzeitig als Widerlager für die Druckfeder verwendet werden kann.

[0014] Der Ventilkörper kann als Kugel ausgebildet sein, die den Durchgang durch den verengten Querschnitt bestens verschließen kann.

[0015] Alternativ ist es auch möglich, den Verschlußkörper als massives, zylindrisches Teil auszubilden, dessen Durchmesser nur wenig kleiner ist als der Innendurchmesser des Gaszuführungsrohrs und der auf seiner mit dem verengten Querschnitt des Gaszuführungsrohrs zusammenwirkenden Seite ein sich verjüngendes, in den verengten Querschnitt eingreifendes Endstück aufweist. Das Endstück ist zweckmäßig kegelstumpfförmig ausgebildet. Der zylindrische Verschlußkörper kann mit einer großen, gut wärmeleitenden Masse ausgestattet sein, so daß bei einem eventuellen Schmelzendurchbruch eine spontane Abschreckwirkung der eindringenden Schmelze erzielt wird, wobei durch die im Bereich des Verschlußkörpers erstarrte Schmelze eine zusätzliche Abdichtung entsteht.

[0016] Zweckmäßig ist in der Stirnfläche des dem verengten Querschnitt abgewandten Endes des zylindrischen Verschlußteils eine mittige Ausnehmung vorgesehen, wodurch die wärmeleitende Angriffsfläche gegenüber einer eventuellen eindringenden Schmelze vergrößert und somit die Abschreckwirkung noch verbessert wird.

[0017] Als zusätzliche Durchbruchsicherung kann um das Gaszuführungsrohr herum ein Ring aus feuerfestem Material angeordnet sein, wobei dessen Außendurchmesser zweckmäßig größer als der größte Durchmesser des Formsteins ist und der Ring mit einem in Axialrichtung vorspringenden Rand, der das breitere Ende des Formsteins übergreift, an einem Lochstein bzw. der Gefäßausmauerung anlegbar ist.

[0018] Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Gasspülsteins und

Fig. 2 einen Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines Gasspülsteins.

[0019] Nach Fig. 1 der Zeichnung besteht der Gasspülstein 1 aus einem kegelstumpfförmigen, gasdurchlässigen Formstein 2, der in den Boden bzw. die Wand eines in der Zeichnung nicht dargestellten metallurgischen Gefäßes eingesetzt wird. Durch den Gasspülstein wird ein Spülgas, beispielsweise Argon, in die in dem metallurgischen Gefäß befindliche Metallschmelze eingeleitet. Der Gasspülstein ist ein Verschleißteil, welches nach einer bestimmten Anzahl von Chargen durch einen neuen Gasspülstein ersetzt wird.

[0020] Der Gasspülstein 1 ist zum Teil mit einer gasdichten Blechumkleidung 3 versehen. Diese besteht aus einem eng anliegenden Blechmantel 4 sowie einem an der äußeren Stirnfläche 5 des Formsteins anliegenden runden Blechdeckel 6, der sich bis an den äußeren Rand der Stirnfläche 5 des Formsteins erstreckt. Der äußere Rand des Blechmantels 4 ist um den Blechdeckel 6 herumgebördelt und durch eine Schweißnaht 7, die in einem Abstand vom Rand des Blechdeckels 6 verläuft, gasdicht mit dem Blechdeckel verbunden.

[0021] In seiner Mitte weist der Blechdeckel 6 eine runde Gaseintrittsöffnung 8 auf, die mit einem axial vorspringenden zylindrischen Rand 9 versehen ist. In die mit dem zylindrischen Rand 9 versehene Gaseintrittsöffnung 8 ist ein Gaszuführungsrohr 10 eingesteckt, an dessen äußeren Umfang der Rand 9 der Gaseintrittsöffnung 8 über eine rundumlaufende Naht 11 angeschweißt ist.

[0022] Im Inneren des Gaszuführungsrohrs 10 ist in einem Abstand von der Gaseintrittsöffnung 8 des Blechdeckels 6 ein verengter Querschnitt 12 vorgesehen, der durch eine Lochscheibe 13 gebildet wird. Zum Anbringen der Lochscheibe 13 ist das Gaszuführungsrohr 10 geteilt ausgebildet und besteht aus einem ersten Abschnitt 14, der an den Blechdeckel 6 angeschweißt ist und einem zweiten sich daran anschließenden Abschnitt 15, an den die Gaszufuhr angeschlossen wird. Zwischen die beiden Rohrabschnitte 14 und 15 ist die Lochscheibe 13 eingelegt, und mit einer gemeinsamen umlaufenden Schweißnaht 16 sind alle drei Teile miteinander verbunden.

[0023] Der sich an den Blechdeckel 6 anschließende Rohrabschnitt 14 sowie die Lochscheibe 13 sind aus nichtrostendem Edelstahl hergestellt, so daß in dem Innenraum des Rohrabschnitts 14, der als Ventilaufnahmegehäuse und Ventilsitz dienen soll, keine störende Korrosion auftreten kann.

[0024] Als Ventilkörper dient eine relativ große Kupferkugel 17, die nur wenig kleiner als der innere Querschnitt des Rohrabschnitts 14 ist. Gemeinsam mit der Lochscheibe 13 bildet die Kugel 17 ein Rückschlagventil.

[0025] Die Kugel 17 wird durch das über den zweiten Rohrabschnitt 15 heranströmende Spülgas von dem Ventilsitz abgehoben, so daß das Ventil in Strömungsrichtung des Spülgases keinen oder nur einen geringen Widerstand darstellt. Wenn dagegen der Spülgaszustrom unterbrochen wird, so wird das Ventil verschlossen, so daß sich kein Druckabbau im Inneren des Spülsteins einstellen kann.

[0026] Zur Verbesserung der Verschlußwirkung ist die Kupferkugel 17 mit einer schraubenlinienförmigen Druckfeder 18 beaufschlagt, so daß die Kugel 17 gezielt in ihre Verschlußposition gedrückt werden kann. Die Windungen der Feder 18 reichen bis nahe an die Innenwand des Rohrabschnitts 14 heran, so daß die Feder 18 durch das Rohr geführt ist. Diese Spülsteinkonstruktion mit Druckfeder eignet sich auch für das Einsetzen d'es Spülsteins in schräge oder auch vertikale Gefäßwände.

[0027] In einem geringem Abstand von der Stirnfläche 5 des Formsteins 2 ist in dem Rohrabschnitt 14 ein Sieb 19 angeordnet, welches verhindern soll, daß störende Partikel in den Ventilraum gelangen, so daß der Ventilsitz stets sauber und somit funktionsbereit bleibt. Das Sieb 19 sitzt in einer Lochkappe 20, die in den inneren Querschnitt des Rohrabschnitts 14 eingeschweißt ist. Die Lochkappe 20 dient gleichzeitig auf der dem Ventilsitz abgewandten Seite als Widerlager für die Druckfeder 18.

[0028] Der in Fig. 2 dargestellte Gasspülstein 21 entspricht weitestgehend der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, so daß für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet worden sind.

[0029] Auch bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel besteht der Gasspülstein 21 aus einem kegelstumpfförmigen, gasdurchlässigen Formstein 2 mit einer Blechumkleidung 3, die aus einem eng anliegenden Blechmantel 4 sowie einem runden Blechdeckel 6 zusammengeschweißt ist. Die in dem Blechdeckel 6 vorgesehene zentrische Gaseintrittsöffnung 8 ist durch eine runde Ausstanzung gebildet, deren Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Gaszuführungsrohrs 10. Der obere Abschnitt 14 des Gaszuführungsrohrs 10 ist über eine Schweißnaht 22 unmittelbar an die Unterseite des Blechdeckels 6 angeschweißt, so daß der die Gaseintrittsöffnung 8 umgebende Rand des Blechdeckels 6 in den Querschnitt des Gaszuführungsrohrs 10 hineinragt.

[0030] Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Innern des Gaszuführungsrohrs 10 in einem Abstand von der Gaseintrittsöffnung 8 des Blechdeckels s 6 ein verengter Querschnitt 12 vorgesehen, der durch eine Lochscheibe 13 gebildet wird. Diese ist zwischen die beiden Rohrabschnitte 14 und 15, die das Gaszuführugsrohr 10 bilden, eingeschweißt.

[0031] Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Verschlußkörper 24, der im Inneren des oberen Rohrabschnitts 14 angeordnet ist, als massives, zylindrisches Teil 25 ausgebildet, dessen Durchmesser nur wenig kleiner ist als der Innendurchmesser des Gaszuführungsrohrs 10. Auf seiner dem verengten Querschnitt 12 zugewandten Seite ist das zylindrische Teil 25 mit einem kegelstumpfförmigen Endstück 26 versehen, das in die Lochscheibe 13 eingreift und beim Aufliegen einen dichten Verschluß bildet. Dieser Verschlußkörper 24, der vorwiegend durch sein Eigengewicht wirkt, ist nur bei Gasspülsteinen 21 anwendbar, die in den Boden eines metallurgischen Gefäßes eingesetzt werden, wobei das Gaszuführungsrohr 10 eine vertikale Position einnimmt.

[0032] In seiner oberen Stirnfläche 27 ist der Verschlußkörper 24 mit einer mittigen Ausnehmung 28 versehen, die als zylindrische Einsenkung ausgebildet ist. Die Ausnehmung 28 hat die Aufgabe, bei dem vorzugsweise aus Kupfer bestehenden zylindrischen Teil 25 die Oberfläche zu vergrößern, so daß bei einem eventuellen Schmelzendurchbruch eine sofortige Erstarrung der Schmelze erfolgen kann.

[0033] Als zusätzliche Durchbruchsicherung ist um das Gaszuführungsrohr 10 herum ein Ring 29 aus feuerfestem Material angeordnet. Der Außendurchmesser des Rings 29 ist dabei größer als der größte Durchmesser des Formsteins 2, so daß der Ring seitlich über den Formstein hinaus vorsteht. In diesem vorspringenden Bereich ist der Ring 29 mit einem sich in Axialrichtung erstreckenden Rand 30 versehen, der das breitere Ende des Formsteins 2 übergreift und an der Unterseite eines Lochsteins 31 anliegt.

Ansprüche

1. Gasspülstein für metallurgische Gefäße bestehend aus einem porösen, gasdurchlässigen Formstein aus feuerfestem Material, einer diesen umgebenden gasdichten Teilumkleidung, die aus einem sich um die seitliche Umfangsfläche des Formsteins erstreckenden Blechmantel und einem die äußere Stirnfläche des Formsteins überdeckenden Blechdeckel zusammengeschweißt ist, einem Gaszuführungsrohr, das an den Rand einer mittigen Gaseintrittsöffnung des Blechdeckels angeschweißt ist, sowie einer Durchbruchsicherung im Bereich des Gaszuführungsrohrs, ]dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gaszuführungsrohr (10) in einem Abstand von der Gaseintrittsöffnung (8) des Blechdeckels (6) ein verengter Querschnitt (12) vorgesehen ist und daß in dem Rohrabschnitt (14) zwischen dem Blechdeckel (6) und dem verengten Querschnitt (12) ein zumindest in Axialrichtung des Gaszuführungsrohrs (10) beweglicher Verschlußkörper (17; 24) angeordnet ist, dessen Querschnitt kleiner als der Innendurchmesser des Gaszuführungsrohres (10) und größer als der verengte Querschnitt (12) ist, wobei der Verschlußkörper (17; 24) zusammen mit dem verengten Querschnitt (12) ein Rückschlagventil bildet.

2. Gasspülstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (17; 24) aus Kupfer besteht.

3. Gasspülstein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verengte Querschnitt durch eine Lochscheibe (13) gebildet ist, deren mittige Durchgangsöffnung (12) den Ventilsitz bildet.

4. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (14) zwischen dem Blechdeckel (6) und der Lochscheibe (13) sowie die Lochscheibe (13) aus nichtrostendem Stahl bestehen.

5. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verschlußkörper (17) und dem Blechdeckel (6) eine Druckfeder (18) vorgesehen ist, die den Verschlußkörper (17) gegen den Ventilsitz (12) drückt.

6. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Gaseintrittsöffnung (8) des Blechdeckels (6) oder etwas unterhalb davon ein Sieb (19) angeordnet ist.

7. Gasspülstein nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sieb (19) in einer in den inneren Querschnitt des Gaszuführungsrohrs (10) eingeschweißten ringförmigen Lochkappe (20) befestigt ist.

8. Gasspülstein nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochkappe (20) als Widerlager für die Druckfeder (18) ausgebildet ist.

9. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (17) eine Kugel ist.

10. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (24) ein massives zylindrisches Teil ist, dessen Durchmesser nur wenig kleiner ist als der Innendurchmesser des Gaszuführungsrohrs (10) und der auf seiner mit dem verengten Querschnitt (12) des Gaszuführungsrohrs (10) zusammenwirkenden Seite ein sich verjüngendes, in den verengten Querschnitt (12) eingreifendes Endstück (26) aufweist.

11. Gasspülstein nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das sich verjüngende Endstück (26) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

12. Gasspülstein nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnfläche (27) des dem verengten Querschnitt (12) abgewandten Endes des zylindrischen Teils (25) eine mittige Ausnehmung (28) vorgesehen ist.

13. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß um das Gaszuführungsrohr (10) herum ein Ring (29) aus feuerfestem Material angeordnet ist.

14. Gasspülstein nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Rings (29) größer als der größte Durchmesser des Formsteins (2) ist und daß der Ring (29) mit einem in Axialrichtung vorspringenden Rand (30), der das breitere Ende des Formsteins (2) übergreift, an einem Lochstein (31) bzw. der Gefäßausmauerung anlegbar ist.

Zeichnung