Feuerfester, gasdurchlässiger Spülstein

Abstract

 Ein feuerfester, gasdurchlässiger Spülstein (1) für ein Gefäß zur Aufnahme von Metallschmelze ist zur Anzeige der Steinreststärke mit mindestens einer Meßsonde (7) versehen, deren Spitze in einer vorgewählten Entfernung vom kalten Steinende angeordnet ist. Die Meßsonde (7) umfaßt ein Röhrchen (8) und einen darin beweglichen, durch eine Feder (12) vorgespannten Draht (9), wobei der Draht (9) an der Spitze der Meßsonde (7) durch eine zufolge Hitzeeinwirkung oder Kontakt mit der Metallschmelze lösbare Verbindung, etwa eine Löt- oder Schweißstelle (10), mit dem Röhrchen (8) verbunden ist und in dem über das kalte Steinende vorstehenden Teil der Meßsonde (7) mit einer optischen Anzeigeeinrichtung, z.B. mit einem Fähnchen (14), versehen ist. Bei Erreichen einer vorbestimmten Reststärke wird die Löt- oder Schweißstelle (10) durch die Metallschmelze gelöst und der Draht (9) mitsamt dem Fähnchen (14) durch die Feder (12) nach unten gezogen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen feuerfesten, gasdurchlässigen Spülstein für ein Gefäß zur Aufnahme von Metallschmelze mit mindestens einer Meßsonde zur Anzeige der Steinreststärke, wobei die Spitze der Meßsonde in einer vorgewählten Entfernung vom kalten Steinende angeordnet ist.

[0002] Bei Konvertern zum Frischen von Stahl, bei Gießpfannen, bei Zwischengefäßen (Tundish) für das Stranggießen von Stahl und bei anderen metallurgischen Öfen und Gefäßen werden häufig verschiedene Gase durch die feuerfeste Auskleidung hindurch in die Metallschmelze eingeblasen, wodurch in der Metallschmelze eine Rührwirkung hervorgerufen wird oder verschiedene metallurgische Reaktionen ausgelöst werden. Zu diesem Zweck sind in der feuerfesten Auskleidung, und zwar in den meisten Fällen im Boden der Öfen oder Gefäße, feuerfeste, gasdurchlässige Formkörper eingesetzt, die allgemein als Gasspülsteine bezeichnet werden.

[0003] Die Gasspülsteine können entweder einen feuerfesten Steinkörper hoher Porosität enthalten, in welchem Fall der Gasdurchgang durch die offen Poren zwischen den feuerfesten Körnern erfolgt, oder sie enthalten einen wenig oder nicht porösen feuerfesten Steinkörper, in dem Schlitze oder Kanäle ausgebildet sind, durch welche der Gasdurchgang erfolgt. Im letztgenannten Fall spricht man von Gasspülsteinen mit gerichteter Porosität.

[0004] Zufolge des Zusammenwirkens von Metallschmelze und Spülgas unterliegen die Gasspülsteine im allgemeinen einem rascheren Verschleiß als die seitlich anschließende feuerfeste Auskleidung. Obwohl man vielfach bestrebt ist, die Lebensdauer der Gasspülsteine durch Auswahl eines besonders verschleißfesten Feuerfestmaterials an diejenige der umgebenden Auskleidung anzunähern, ist es in zahlreichen Fällen wirtschaftlicher, ein ein- oder mehrmaliges Wechseln der Spülsteine während einer Ofenreise der feuerfesten Auskleidung in Kauf zu nehmen.

[0005] Um den richtigen Zeitpunkt zum Auswechseln des Spülsteins oder zur Erneuerung der feuerfesten Auskleidung erkennen zu können, ist es erwünscht, den Spülstein mit einer Einrichtung zu versehen, welche anzeigt, sobald der Spülstein eine vorbestimmte Reststärke erreicht hat.

[0006] Es is versucht worden, die Reststärke des Spülsteines auf optischem Weg durch Beobachten der heißseitigen Stirnfläche zu ermitteln und etwa bei einem Spülstein, dessen Querschnitt sich in Richtung zur Kaltseite konisch oder stufenweise erweitert, aus der Vergrößerung des sichtbaren Querschnitts auf den Verschleißgrad zu schließen. Nach der DE-C-31 42 989 besteht der Spülstein aus mindestens zwei feuerfesten Körpern unterschiedlichen Lichtemissionsvermögens, die vorzugsweise ineinander verschachtelt sind und Trennungsebenen in einer bestimmten Steinhöhe aufweisen. Wenn der Verschleiß eine dieser Ebenen erreicht, soll dies aus der Änderung des Helligkeitsmusters des von der heißen Oberfläche abgestrahlten Lichtes zu erkennen sein. Derartige optische Methoden sind aber wenig verläßlich, da zur exakten Beobachtung eine blanke Spülsteinoberfläche nötig ist, welche jedoch meist nicht vorhanden ist.

[0007] Auch elektrische Anzeigeeinrichtungen zur Verschleißüberwachung sind bekannt. Nach der EP-B-0 082 078 ist der Spülstein mit mehreren, in der Höhe gestaffelten, voneinander isolierten Elektroden versehen, welche durch die Schmelze aufgrund deren elektrischer Leitfähigkeit zu einem Stromkreis geschlossen werden, der zur Anzeige gebracht wird. Da aber der Kontakt zwischen der Schmelze und den Elektroden leicht, z.B. durch Schlackeneinschlüsse, unterbrochen werden kann, ist diese Anordnung sehr störungsanfällig. Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind nach der DE-A-34 24 466 zwei Elektroden in einer in den Spülstein eingesetzten, gegen das heiße Steinende zu geschlossenen Sonde angeordnet, deren Spitze sich in einer bestimmten Steinhöhe befindet. Ist der Verschleiß des Spülsteines bis nahe dieser Steinhöhe fortgeschritten, dann werden durch die dabei auftretende Temperaturerhöhung die Enden der Elektroden miteinander verschmolzen, wodurch der Anzeigestromkreis geschlossen wird. Nach der DE-C-35 03 221 ist der Spülstein mit elektrischen Leitern versehen, die zu einem Gerüst aus Längsleitern und in der Höhe gestaffelten Querleitern zusammengefaßt sind. Beim unverbrauchten Spülstein ist der Anzeigestromkreis geschlossen. Im Betrieb schmilzt jeweils derjenige elektrische Leiter und wird dadurch unterbrochen, dem sich die Metallschmelze im Zuge des Verschleißes zunächst nähert. Nach einer Variante kann der Spülstein stattdessen mit Thermoelementen versehen sein, die bis in unterschiedliche Steinhöhen reichen und an eine elektrische Anzeigeeinrichtung anschließbar sind.

[0008] In der Praxis erbrachten jedoch derartige elektrische Anzeigeeinrichtungen keine verläßlichen Aussagen, weil elektrische Anschlüsse im rauhen Stahlwerksbetrieb und insbesondere bei ortsveränderlichen Gefäßen, wie Gießpfannen, sehr störungsanfällig sind.

[0009] Der Spülstein nach DE-C-36 23 609 weist in der Gaszuführungsöffnung ein Ventil mit einem Ventilkörper auf, der von einer Schmelzsicherung oder einem Bimetallstreifen in einer Offenstellung gehalten wird. Bei einer Temperaturerhöhung infolge Verschleißes des Spülsteines soll die Schmelzsicherung schmelzen bzw. der Bimetallstreifen ausgelenkt werden, wodurch der Ventilkörper in die Schließstellung geht, in welcher eine herabgesetzte Gasdurchflußmenge fließt. Da sich bei dieser Anordnung die Schmelzsicherung oder der Bimetallstreifen in einigem Abstand von der Metallschmelze befinden, ist zum verläßlichen Auslösen ein ungehinderter Wärmefluß erforderlich, der jedoch gestört sein kann.

[0010] Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Gasspülsteines mit einer Reststärkenanzeige, welche auch unter den rauhen Betriebsbedingungen der Praxis in einfacher und zuverlässiger Weise durch die Metallschmelze ausgelöst wird.

[0011] Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem feuerfesten, gasdurchlässigen Spülstein der eingangs genannten Art mit mindestens einer Meßsonde zur Reststärkenanzeige dadurch gelöst, daß die Meßsonde ein Röhrchen und einen darin beweglichen, durch eine Feder vorgespannten Draht umfaßt, wobei der Draht an der Spitze der Meßsonde durch eine zufolge Hitzeeinwirkung oder Kontakt mit der Metallschmelze lösbare Verbindung mit dem Röhrchen verbunden ist und in dem über das kalte Steinende vorstehenden Teil der Meßsonde mit einer optischen Anzeigeeinrichtung versehen ist.

[0012] Die lösbare Verbindung an der Spitze der Meßsonde kann vorzugsweise eine Löt- oder Schweißstelle sein, sie kann aber auch etwa durch einen Splint gebildet sein.

[0013] Die optische Anzeigeeinrichtung kann durch ein am Draht befestigtes Fähnchen gebildet sein, das durch einen Schlitz im Röhrchen der Meßsonde nach außen ragt, oder sie kann durch ein außerhalb des Röhrchens angeordnetes, mit dem Draht verbundenes Plättchen gebildet sein.

[0014] Ist der Spülstein bis in die Nähe der Meßsondenspitze verschlissen, wird durch die Temperaturerhöhung, bei Verwendung eines Lotes beispielsweise bei Erreichen einer Temperatur von etwa 1000°C, oder durch den direkten Kontakt der Spitze mit der Metallschmelze das die Verbindung zwischen Röhrchen und Draht bildende Material geschmolzen und die Verbindung dadurch gelöst. Der vorgespannte Draht wird nun durch die Feder zurückgezogen und dies wird durch die Abwärtsbewegung der optischen Anzeigeeinrichtung deutlich sichtbar gemacht.

[0015] Um beim direkten Kontakt der Metallschmelze mit der Meßsondenspitze ein Verschweißen des Drahtes mit dem Röhrchen zu vermeiden, kann man im Sinne einer Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem Rand des Röhrchens und der lösbaren Verbindung ein Keramikteil, z.B. in Form eines Röhrchens oder eines Plättchens, anordnen, das vom Draht durchsetzt ist. Zu demselben Zweck kann man das Röhrchen auch mit pulverförmigem Feuerfestmaterial ausfüllen, in welchem der Draht eingebettet ist.

[0016] In der Zeichnung zeigen schematisch im Längschnitt Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Spülstein mit einer Meßsonde zur Anzeige der Steinreststärke, Fig. 2 bis 4 in vergrößerter Darstellung drei Ausführungsformen des Spitzenbereichs der Meßsonde und Fig. 5 eine Variante des Anzeigenbereichs der Meßsonde.

[0017] Der feuerfeste Spülstein 1 ist von einer Blechhülle umschlossen, bestehend aus einem Mantelblech 2 und einem Bodenblech 3, wobei die heißseitige, obere Stirnfläche für den Austritt des Spülgases frei bleibt. Zwischen der kaltseitigen, unteren Stirnfläche des Spülsteines 1 und dem Bodenblech 3 ist ein Gasverteilungsraum 4 freigehalten, beispielsweise durch Anordnung einiger Distanzstücke 5. Am Bodenblech 3 ist ein Gaszuführungsrohr 6 angesetzt, das in den Gasverteilungsraum 4 mündet.

[0018] Im Spülstein 1 ist eine Meßsonde 7 angeordnet, deren Spitze sich in einem vorbestimmten Abstand vom kaltseitigen Steinende befindet. Die Meßsonde 7 durchsetzt das Bodenblech 3 und den Gasverteilungsraum 4, steht mit ihrem unteren Teil über das kaltseitige Steinende vor und lehnt sich zweckmäßig an das Gaszuführungsrohr 6 an. Die Meßsonde 7 umfaßt ein Röhrchen 8, beispielsweise ein Stahlrohr von 2 bis 5 mm Außendurchmesser und einer Wandstärke von etwa 0,5 bis 1 mm, und einen im Röhrchen 8 beweglich angeordneten Draht 9, z.B. mit 0.5 bis 1 mm Durchmesser. An der Spitze der Meßsonde 7 ist der Draht 9 durch eine zufolge Hitzeeinwirkung oder Kontakt mit der Metallschmelze lösbare Verbindung mit dem Röhrchen 8 verbunden. Nach der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform besteht diese lösbare Verbindung in einer Löt- oder Schweißstelle 1O. Der Draht 9 ist im Röhrchen 8 durch eine Feder vorgespannt, welche zweckmäßig am unteren Ende des Röhrchens 8 befestigt ist. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform handelt es sich dabei um Zugfeder 12. In der Nähe der Zugfeder 12 ist am Draht 9 als optische Anzeigeeinrichtung ein Fähnchen 14 befestigt, das durch einen im Röhrchen 8 ausgebildeten Schlitz nach außen ragt.

[0019] Bei fortschreitendem Verschleiß des Spülsteines 1 nähert sich die Metallschmelze der Spitze der Meßsonde 7 und bringt die Löt- oder Schweißstelle 10 zum Schmelzen. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Röhrchen 8 der Meßsonde 7 und dem Draht 9 gelöst, der Draht 9 wird durch die Zugfeder 12 nach unten gezogen, und infolgedessen wird auch das am Draht 9 befestigte Fähnchen 14 nach unter bewegt, was das Signal dafür ist, daß der Spülstein die vorbestimmte Reststärke erreicht hat.

[0020] Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform des Spitzenbereichs der Meßsonde 7 ist zwischen dem oberen Rand des Röhrchens 8 und der Löt- oder Schweißstelle 10 ein Keramikteil in Form eines Keramikröhrchens 16 angeordnet.

[0021] Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform des Spitzenbereichs der Meßsonde 7 ist die lösbare Verbindung durch einen Splint 11 gebildet. Zwischen diesem Splint 11 und dem oberen Rand des Röhrchens 8 ist ein Keramikteil in Form eines Keramikplättchens 17 eingesetzt. Das Keramikröhrchen 16 und das Keramikplättchen 17 haben den Zweck, ein Verschweißen des Drahtes 9 mit dem Röhrchen 8 durch die Metallschmelze zu verhindern und damit ein verläßliches Lösen der durch die Löt- oder Schweißstelle 10 oder den Splint 11 gebildet Verbindung zu sichern. Zu diesem Zweck kann man auch das Röhrchen 8, wie in Fig. 5 gezeigt, mit einem pulverförmigen Feuerfestmaterial 18, z.B. mit Magnesiamehl, ausfüllen, in welchem der Draht 9 eingebettet ist.

[0022] In Fig. 5 ist ferner eine weitere Ausführungsform des Anzeigebereichs der Meßsonde 7 dargestellt. Hier dient zum Spannen des Drahtes 9 eine Druckfeder 13, die zwischen dem unteren Ende des Röhrchens 8 und einem am Draht 9 befestigten Plättchen 15 angeordnet ist. Das Plättchen 15 dient als Reststärkenanzeige, da es bei Lösen der Verbindung an der Meßsondenspitze unter der Wirkung der Druckfeder 13 wegspringt.

[0023] Bei durch Formpressen hergestellten Spülsteinen wird das Loch zur Aufnahme der Meßsonde 7 zweckmäßig in den fertigen Spülstein gebohrt. Bei durch Gießen eines Feuerfestmaterials hergestellten Spülsteinen kann die Meßsonde 7 eingegossen werden.

Ansprüche

1. Feuerfester, gasdurchlässiger Spülstein für ein Gefäß zur Aufnahme von Metallschmelze mit mindestens einer Meßsonde zur Anzeige der Steinreststärke, wobei die Spitze der Meßsonde in einer vorgewählten Entfernung vom kalten Steinende angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde (7) ein Röhrchen (8) und einen darin beweglichen, durch eine Feder (12, 13) vorgespannten Draht (9) umfaßt, wobei der Draht (9) an der Spitze der Meßsonde (7) durch eine zufolge Hitzeeinwirkung oder Kontakt mit der Metallschmelze lösbare Verbindung (10, 11) mit dem Röhrchen (8) verbunden ist und in dem über das kalte Steinende vorstehenden Teil der Meßsonde (7) mit einer optischen Anzeigeeinrichtung (14, 15) versehen ist.

2. Spülstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung an der Spitze der Meßsonde (7) eine Löt- oder Schweißstelle (10) ist.

3. Spülstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung an der Spitze der Meßsonde (7) durch einen Splint (11) gebildet ist.

4. Spülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rand des Röhrchens (8) und der lösbaren Verbindung (10, 11) ein Keramikteil (16, 17) angeordnet ist, das vom Draht (9) durchsetzt ist.

5. Spülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Anzeigeeinrichtung durch ein am Draht (9) befestigtes Fähnchen (14) gebildet ist, das durch einen Schlitz im Röhrchen (8) der Meßsonde (7) nach außen ragt.

6. Spülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Anzeigeeinrichtung durch ein außerhalb des Röhrchens (8) angeordnetes, mit dem Draht (9) verbundenes Plättchen (15) gebildet ist.

7. Spülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrchen (8) mit pulverförmigem Feuerfestmaterial (18) ausgefüllt ist.

Zeichnung