Die Erfindung betrifft eine Gasspüleinrichtung für einen mit einem feuerfesten Werkstoff ausgekleideten Rüssel eines Entgasungsgefäßes.
Aus der DE 39 11 881 C1 ist ein gebrannter Gasspülstein bekannt, der in der Seitenwand eines Evakuierungsgefäßes im Bereich der Stahlschmelze eingebaut wird. Hierbei handelt es sich um ein diskretes Gasspülelement.
In "Radex-Rundschau, Heft 4, 1990, 365" wird die Entwicklung von Gasspülelementen für Entgasungsgefäße beschrieben. Darin wird erwähnt, daß in einer typischen Anlage mit sechs bis zwölf Röhrchen von jeweils 3 oder 4 mm Durchmesser im Einlaufrüssel des Vakuumgefäßes gespült wird.
In der "Radex-Rundschau, Heft 4, 1992, 171" wird ein RH-Verfahren dargestellt, bei dem im Einlaufrüssel Argon durch 3 bis 4 mm starke Stahlröhrchen eingeblasen wird.
Beim RH (Ruhrstahl-Heraeus)-Verfahren wird der flüssige Stahl aus einer Gießpfanne in einem Steigrohr mit Hilfe eines Fördergases, insbesondere Argon, das über dem Stahlbadspiegel in das Steigrohr eingeführt wird, durch dessen Volumenvergrößerung im Steigrohr und ferner durch den Druckunterschied zwischen dem äußeren Luftdruck und dem Unterdruck im Evakuierungsgefäß in dieses befördert. Der in das Evakuierungsgefäß eingesaugte Stahl wird zersprüht, wodurch eine starke Oberflächenvergrößerung und somit eine gute Entgasung eintritt. Gleichzeitig eingeführter Sauerstoff, der während der gesamten Behandlungszeit unter anderem aus der Schlacke nachgeliefert wird, führt zur Bildung von Kohlenmonoxid, das im Vakuumgefäß ausgast, womit die gewünschte Entkohlung erreicht wird.
Durch zusätzlichen Einblasen von Sauerstoff ist versucht worden, die Feinentkohlung auf möglichst niedrige Werte zu optimieren.
Ein schneller Entkohlungsablauf wird insbesondere durch eine hohe Umlaufgeschwindigkeit der Schmelze und damit eine Erhöhung des Fördergasstromes sowie eine Vergrößerung des Rüsseldurchmessers der Vakuumanlage erreicht.
In der EP 0 297 850 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgasen von Metallschmelze im Rahmen eines RH-Verfahrens beschrieben. Dazu sind im Einlaufrüssel mehrere Kanäle umfangsseitig angeordnet, die in zwei Gruppen unterteilt werden, wobei eine Gruppe mit Gas unter hohem Druck und eine Gruppe mit Gas unter niedrigem Druck beaufschlagt wird. Auf diese Weise sollen die zugeführten Gasströme unterschiedlich tief in die durch den Rüssel geführte Metallschmelze eindringen und eine gleichmäßige Begasung der Metallschmelze über den Rüsselquerschnitt ermöglichen.
Aus Patent Abstracts of Japan vol. 011 no. 141 (C-421), 8. Mai 1987 & JP, A, 61 281811 ist ein Rüssel eines Entgasungsgefäßes bekannt, in dem ein Gasspülring mit ungerichteter Porosität eingesetzt ist. Von außen nach innen wird Gas durch die ungerichteten Poren zugeführt, welches anschließend zwischen der Stahlschmelze und der feuerfesten Auskleidung verläuft, um so eine Ansatzbildung im Rüsselbereich zu verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte Gasspüleinrichtungen für Entgasungsgefäße zu optimieren, wobei insbesondere ein verringertes und gleichmäßigeres Verschleißverhalten der feuerfesten keramischen Auskleidung angestrebt wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß dieses Ziel durch eine "Rundum-Spülung" des durch den Rüssel (das Tauchrohr) geführten Stahles mit einem entsprechenden Behandlungsgas erreicht werden kann, wenn dabei folgende Parameter berücksichtigt werden:
Die Kanäle der Gasspüleinrichtung sollen sich dabei in geringem Abstand zueinander über den gesamten Umfang und vorzugsweise über zumindest einen Teil (beispielsweise 10 bis 50 %) der Höhe der feuerfesten Auskleidung des Rüssels erstrecken.
Gefordert ist eine gleichmäßige, quasi "lückenlose" Gaszufuhr in feiner Verteilung über den gesamten Umfang des Rüssels.
Danach betrifft die Erfindung in ihrer allgemeinsten Ausführungsform eine Gasspüleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1.
Durch eine solche Gestaltung ergeben sich folgende Vorteile: Es wird ein gleichmäßiger Strom von flüssigem Stahl bis ins Vakuumgefäß erreicht. Die über den gesamten Umfang verteilte feinblasige Gaszuführung ermöglicht eine besonders feine Verteilung des Behandlungsgases bei einem gleichzeitig stark erhöhten Reaktionsvolumen zwischen Behandlungsgas und Stahlschmelze. Das Gas steigt an der Innenwand des Rüssels auf und schützt dabei das feuerfeste Auskleidungsmaterial des Rüssels. Die Folge ist ein sehr viel gleichmäßigerer und geringerer Verschleiß des Feuerfestmaterials nicht nur im Rüssel selbst, sondern auch im Untergefäß der Vakuumanlage.
Eine Bärenbildung, wie sie teilweise im Stand der Technik im mittleren und oberen Teil des Vakuumgefäßes beobachtet wurde, tritt sogut wie nicht mehr auf. Die Behandlungszeit des Stahles mit Legierungselementen wird verringert. Entsprechend reduziert sich die benötigte Menge an Legierungsmitteln. Es läßt sich schließlich eine höhere und schnellere Entkohlungsleistung erzielen, so daß geringere Mengen an Reduktionsmedien notwendig werden.
Die konstruktive Gestaltung der ringartigen Gasspüleinrichtung kann auf verschiedene Art und Weise modifiziert werden. In einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, die Gasspüleinrichtung als monolithischen, gegossenen oder gepreßten, ringförmigen Block zu gestalten, in dem die Kanäle entsprechend radial angeordnet sind.
Ebenso kann der ringförmige Block auch aus mehreren feuerfesten, zum Beispiel gepreßten Ringsegmenten bestehen, wobei die Kanäle in den einzelnen Segmenten verlaufen.
Jedes Ringsegment ist, in Abhängigkeit von seiner Größe, mit einer entsprechenden Zahl von Kanälen ausgebildet, wobei eine weitere Ausführungsform vorsieht, die Kanäle eines Ringsegmentes außenseitig an eine gemeinsame Gasverteilkammer anzuschließen, die selbst wiederum an eine Gaszuführleitung anschließbar ist. Dabei können die Gasverteilkammern auch untereinander strömungstechnisch verbunden sein, so daß nur noch eine einzige Gaszuführleitung benötigt wird. Hierdurch wird die zugeführte Gasströmung vergleichmäßigt. Im Zusammenhang mit dem Merkmal der Ausbildung von Kanälen mit sehr kleiner Öffnungsweite (beziehungsweise sehr kleinem Durchmesser) ermöglicht dies, mit gegenüber dem Stand der Technik deutlich geringerem Gasdruck zu arbeiten und zwar so, daß das Gas nach Eintritt in den Rüssel unmittelbar aufsteigt.
Die Form und Größe der Ringsegmente kann in weiten Grenzen variiert werden. So ist es beispielsweise möglich, die ringförmige Gasspüleinrichtung aus insgesamt zehn Ringsegmenten aufzubauen. Jedes Ringsegment kann wiederum aus mehreren Steinen bestehen, wobei in allen Steinen die Kanäle ausgebildet werden.
Unabhängig von der konstruktiven Gestaltung der ringförmigen Gasspüleinrichtung lassen sich die Gaskanäle rotationssymmetrisch über den Umfang der feuerfesten Auskleidung des Rüssels anordnen. Hierdurch wird eine besonders gleichmäßige radiale Gaszufuhr in die Metallschmelze gewährleistet. Werden die Gaskanäle mit unterschiedlichen Durchmessern (beipielsweise 0,5 bis 1,5 mm) oder Querschnitten ( wie rund, schlitzartig etc.) ausgebildet, läßt sich auch der Gasdruck von Kanal zu Kanal einstellen, so daß das jeweils zugeführte Gas unterschiedlich tief in die Metallschmelze eindringen kann, jedoch, wie dargestellt, erfindungsgemäß stets nur über eine relativ kurze Strecke.
Die Kanäle können einfache Bohrungen sein; nach einer Ausführungsform werden die Kanäle von Metallrohren gebildet, die in der feuerfesten Auskleidung fest einliegen.
Die Verteilung des Behandlungsmediums innerhalb der Metallschmelze wird weiter dadurch verbessert, daß die Gaskanäle alternierend höhenmäßig versetzt angeordnet werden. Das nachfolgende Ausführungsbeispiel zeigt eine solche Ausführungsform im einzelnen.
Im Normalfall werden die Kanäle horizontal ausgerichtet verlaufen; jedoch ist auch eine zur Horizontalen geneigte Anordnung der Kanäle denkbar, wobei die Kanäle dann beispielsweise so ausgerichtet sind, daß die Gaszufuhr entgegen der Strömungsrichtung der Metallschmelze erfolgt.
Die beschriebene Ausbildung einer Gasspüleinrichtung, bei der die durch den Rüssel geführte Metallschmelze gleichmäßig umfangsseitig nahezu kontinuierlich (durchgehend) mit feinsten Gasblasen beaufschlagt wird, führt in metallurgischer Hinsicht zu einem deutlichen überraschenden Vorteil der Behandlung der Metallschmelze und gleichzeitig zu einer Haltbarkeitsverbesserung des feuerfesten Werkstoffs.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
Dabei zeigen - jeweils in schematisierter Darstellung -
Figur 1 zeigt eine teilweise perspektivische Ansicht eines RH-Entgasungsgefäßes und insbesondere den hier interessierenden Bereich zweier Rüssel (Einlaufrüssel 10, Auslaufrüssel 12).
Im aufgeschnittenen Teil des Rüssels 10 ist eine feuerfeste Auskleidung 14 zu erkennen, die hier aus insgesamt sieben ringartigen und übereinander angeordneten Ebenen 16a ... f besteht. Jede Ebene 16a ... f ist aus feuerfesten Steinen 18 zusammengesetzt.
Die Steine 18 der Ebene 16d bilden zusammen eine erfindungsgemäße Gasspüleinrichtung, die in Figur 2 in der Aufsicht im einzelnen dargestellt ist.
Figur 2 zeigt, daß vierzig Steine 18 zusammen die ringförmige Ebene 16d bilden und dabei jeweils vier Steine 18 zu einem Ringsegment S1 bis S10 zusammengefaßt sind. Die Steine 18 beziehungsweise Segmente Sl bis S10 sind an ihren korrespondierenden Seitenflächen miteinander vermörtelt.
Jeder Stein 18 weist, wie Figur 3 zeigt, zwei horizontal ausgerichtete und radial in Bezug auf die Mittenlängsachse M des Rüssels 10 verlaufende Kanäle 20, 22 auf, die über die Höhe und seitlich versetzt angeordnet sind, wobei ihr Abstand jeweils ca. 5 cm beträgt, und zwar sowohl zwischen den Kanälen 20, 22 eines Steins, als auch zwischen den Kanälen benachbarter Steine.
Die Kanäle 20, 22 (mit einem Innendurchmesser von jeweils 1 mm) verlaufen jeweils von der Außenseite 18a zur Innenseite 18i der Steine 18.
Jedes Segment S1 bis S10 weist auf seiner Außenfläche eine unmittelbar angeschlossene Gasverteilkammer 24 auf, die gasdicht an die Außenfläche angeschlossen ist und aus Metall besteht. Entsprechend verlaufen die Kanäle 20, 22 außenseitig in den von der Gasverteilkammer 24 gebildeten Raum.
Jede Gasverteilkammer 24 weist einen (hier nicht dargestellten) Anschlußbereich auf, über den die Gasverteilkammer 24 mit dem Behandlungsmedium versorgt wird, welches anschließend durch die Kanäle 20, 22 in den Rüssel-Innenraum 26 eingedüst werden kann, wobei die engmaschige, gleichmäßige und höhenversetzte Verteilung der Kanäle 20, 22 über den Umfang der Gasspüleinrichtung sowie ihre radiale Ausrichtung dafür sorgen, daß das Behandlungsmedium, beispielsweise Argon, gleichmäßig in Richtung auf die im Raum 26 strömende Metallschmelze radial eingedüst wird. Dabei wird eine Art umlaufender ringförmiger Gasschleier ausgebildet, der an der zylinderförmigen Innenwand des Rüssels 10 aufsteigt.
Alternativ wäre es auch möglich, die einzelnen Gasverteilkammern 24 (tangential) miteinander zu verbinden und eine einzige Gaszuführleitung in eine Gasverteilkammer 24 zu führen. In jedem Fall wird sichergestellt, daß über alle Kanäle 20, 22 derselbe Gasdruck entsteht.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, nicht nur eine Ebene 16a ... f als erfindungsgemäße Gasspüleinrichtung auszubilden, sondern auch mehrere Ebenen 16a ... f, die benachbart oder beabstandet zueinander sein können.
Die Anordnung der Kanäle 20, 22 kann von Stein zu Stein 18 variieren.