[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine RH-Vakuumentgasungsanlage sowie einen Rüssel
einer solchen RH-Vakuumentgasungsanlage.
[0002] RH-Vakuumentgasungsanlagen, benannt nach Ruhrstahl Heraeus dienen der Vakuumbehandlung
von Stahl. Eine RH-Vakuumentgasungsanlage umfasst üblicherweise einen Schmelzetiegel,
in dem flüssiger Stahl enthalten ist. In dieses Stahlbad taucht von oben jeweils zumindest
ein Einlaufrüssel und ein Auslaufrüssel ein, die mit einer Vakuumbehandlungskammer
verbunden sind und in diese münden. Durch den Einlaufrüssel steigt die Schmelze auf
und wird in der Vakuumbehandlungskammer behandelt. Dort findet insbesondere eine Entkohlungsreaktion,
eine Entstickung sowie eine Dehydrierung des Stahles statt. Auch wird üblicherweise
Sauerstoff abgesaugt. Das Aufsteigen des Stahles wird durch den Partialdruck in der
Vakuumbehandlungskammer eingestellt. Es versteht sich von selbst, dass in der Vakuumbehandlungskammer
kein absolutes Vakuum eingestellt wird. Der Unterdruck muss nur so weit eingestellt
sein, dass der Stahl entgegen der Schwerkraftrichtung durch beide Rüssel in die Vakuumbehandlungskammer
aufsteigt.
[0003] Der Einlaufrüssel wird heutzutage durch ein Wechselgefäß gebildet, der einen metallischen
Kern umfasst, der mitunter doppelwandig ausgebildet sein kann. Der metallische Kern
ist als Stahlblechzylinder mit einem Durchmesser von zwischen 700 und 1500 mm ausgebildet.
In diesen Stahlblechzylinder werden MgO-C-Steine vermauert. Die unterste Lage dieser
Vermauerung wird mit einem Bolzen gegen Herausfallen gesichert. Der so vorbereitete
Zylinder wird von außen und unten mit einer Tonerdemasse umgossen. Diese wird über
angeschweißte Feuerfestanker an dem metallischen Behältnis gehalten.
[0004] Der Einlaufrüssel besitzt zusätzlich Argonleitungen, die zwischen dem Stahlzylinder
und der Tonerdemasse liegen. Damit das Gas in die Schmelze gelangt, müssen die MgO-C-Steine
noch mit Bohrungen versehen werden.
[0005] Aus der
WO 97/47775 ist ein Rüssel einer Entgasungsanlage bekannt, der als metallisches Gefäß einen metallischen
Zylinder umfasst, von dem in radialer Richtung nach innen und außen Armierungsanker
abragen. Der metallische Zylinder ist von einer Feuerfest-Masse umgeben und liegt
jedenfalls teilweise an der Anschlussseite frei. An dieser Anschlussseite befindet
sich ferner ein Anschlussmittel in Form eines Flansches zum Befestigen des Rüssels
an einer Entgasungsanlage.
[0006] Bei diesem vorbekannten Aufbau besteht der Rüssel danach aus dem metallischen Zylinder
und der daran befestigten Stampfmasse. Dieser Aufbau ist aufwändig. Die unterschiedlich
verbauten Materialien haben im Übrigen unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten,
so dass sich aufgrund der wechselnden Temperaturen, denen die Rüssel ausgesetzt sind,
Risse zeigen. Bereits nach fünf Behandlungen muss eine Pflegespritzenmasse aufgebracht
werden, um diese Risse zumindest zu füllen. Dies führt zu Stillstandszeiten. Des Weiteren
ist diese Behandlung aufwändig. Da der Rüssel an seiner Unterseite, wo dieser in das
heiße Schmelzebad taucht, den höchsten Temperaturen ausgesetzt ist und somit die Wärmeausdehnung
hier am größten ist, klaffen an der Innenseite Fugen auf. Der metallische Behälter
kann teilweise aufschmelzen. Wenn zusätzlich die äußere Tonerdeschicht durch Risse
undicht geworden ist, stellt sich durch den Rüssel hindurch in radialer Richtung ein
Durchflussloch ein, durch welches Schmelze strömen kann.
[0007] Darüber hinaus bilden sich an den Rüsseln, die auch als Tauchrohre bezeichnet werden,
Verbärungen, insbesondere dort, wo diese Rüssel sich in der Schlackezone befinden.
Diese Verbärungen bauen sich von Behandlung zu Behandlung auf, wodurch das Eintauchen
der Rüssel in die Pfanne und die Temperatur- und Probennahme erschwert bzw. unmöglich
gemacht wird. Durch die Verbärungen werden ferner Verunreinigungen in die Schmelze
eingebracht. Die Verbärungen werden sporadisch bergmännisch abgebaut. Die hierbei
in den Rüssel eingebrachten Stöße durch pneumatische oder hydraulische Hammer beeinträchtigen
ebenfalls die Feuerfestzustellung der vorbekannten Rüssel.
[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine RH-Vakuumentgasungsanlage
der eingangs genannten Art zu verbessern. Des Weiteren will die vorliegende Erfindung
einen verbesserten Rüssel angeben, der die zuvor beschriebenen Nachteile nicht aufweist.
[0009] Zur Lösung des Problems will mit der vorliegenden Erfindung eine RH-Vakuumentgasungsanlage
mit dem Merkmal von Anspruch 1 vorschlagen. Diese RH-Vakuumentgasungsanlage hat einen
Rüssel, der durch einen monolithischen Körper gebildet ist. Nach dem nebengeordneten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Rüssel einer RH-Vakuumentgasungsanlage durch
einen monolithischen Körper ausgebildet.
[0010] Aus der
WO 96/03530 A1 ist ein Rüssel bekannt, der einen mit einem Anschlussflansch versehenen metallischen
zylindrischen Körper umfasst, innerhalb dessen mehrere feuerfeste Steine angeordnet
sind, die den metallischen Zylinder auf der Innenseite vor einem direkten Kontakt
mit der Schmelze schützen. Innerhalb des Zylinders sind mehrere Ringe in Längserstreckung
des Zylinders übereinander vorgesehen. Jeder einzelne Ring ist aus einer Vielzahl
von konisch zugeschnittenen Steinen gebildet, die in Umfangsrichtung gegeneinander
liegen. An der Außenumfangsseite dieser Steine wird eine Gasverteilkammer gebildet.
Jede Gasverteilkammer besteht aus Metall und ist gasdicht an einer Außenfläche des
Rüssels angeschlossen. Die Gasverteilkammern werden mit Argon als Behandlungsmedium
versorgt, welches radial in die über den Rüssel aufsteigende Schmelze eindüst. So
besteht auch dieser Rüssel aus unterschiedlichen Materialien, nämlich feuerfesten
Materialien einerseits und metallischen Materialien andererseits. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Ein- und/oder Auslaufrüssel nahezu vollständig aus dem monolithischen
Körper gebildet. Im Grunde ist der Rüssel durch den monolithischen Körper geformt.
Lediglich zum Anschluss an die Vakuumbehandlungskammer ist üblicherweise an dem stirnseitigen
Ende des monolithischen Körpers und nur dort allein ein Befestigungsflansch vorgesehen.
Dieser Befestigungsflansch kann über Schraubkolben, die formschlüssig in den monolithischen
Körper eingreifen, mit diesem verbunden sein. Der Befestigungsflansch hat üblicherweise
einen stirnseitig gegen den monolithischen Körper angelegten Flanschabschnitt. Der
monolithische Körper kann eine Schulter ausbilden, die sich in axialer Richtung parallel
zu dem Flansch erstreckt, so dass ein sich in axialer Richtung des monolithischen
Körpers erstreckender Ringabschnitt zumindest teilweise von dem monolithischen Körper
innenumfänglich ausgekleidet ist. Zwischen dem Befestigungsflansch und dem monolithischen
Körper mag eine Dichtung, beispielsweise in Form einer Filzdichtung vorgesehen sein,
die Spannungsspitzen abbaut, so dass das Verschrauben des Befestigungsflansches gegen
den monolithischen Körper nicht zu Abplatzungen und lokalen Spannungen führt. Die
Dichtung dient aber vor allem dem Zweck, den Rüssel gegenüber der Vakuumbehandlungskammer
gasdicht zu halten, so dass der in der Vakuumbehandlungskammer erzeugte Unterdruck
nicht an der Phasengrenze zwischen dem monolithischen Körper und dem Befestigungsflansch
entweichen kann. Jenseits dessen sind aber üblicherweise keine weiteren Elemente an
dem Rüssel vorgesehen, die nicht durch den einzigen monolithischen Körper gebildet
sind. So wird insbesondere der Durchgang für die Schmelze durch den Rüssel ausschließlich
und im Wesentlichen ausschließlich auch die Außenumfangsfläche des Rüssels durch den
einheitlichen und einzigen monolithischen Körper gebildet. Es fehlen Armierungseisen.
Ein metallischer Körper ist üblicherweise nicht in den monolithischen Körper eingearbeitet.
Der Rüssel weist dementsprechend über zumindest 70%, bevorzugt 80%, besonders bevorzugt
90% seiner axialen Erstreckung kein metallisches Gefäß und auch keine Armierung oder
dergleichen auf. Als axiale Erstreckung soll dabei die Erstreckung des Rüssels in
Längsrichtung des Schmelzedurchgangs verstanden werden, der üblicherweise als zylindrischer
Kanal geradlinig innerhalb des Rüssels vorgesehen ist.
[0011] Der Rüssel der RH-Vakuumentgasungsanlage nach der vorliegenden Erfindung hat vorzugsweise
lediglich stirnseitig eine mit dem monolithischen Körper verbundene Anschlusseinrichtung,
bspw. in Form eines Anschlussflansches. Das an der gegenüberliegenden Seite üblicherweise
in das Schmelzebad einzutauchende Ende ist allein durch den monolithischen Körper
gebildet. Jenseits des Anschlussmittels sowie ggf. Verankerungen zur Befestigung des
Anschlussmittels mit dem monolithischen Körper sind aber üblicherweise keine metallischen
Teile in dem Rüssel verbaut. Bevorzugt besteht der Rüssel ausschließlich aus dem monolithischen
Körper, dem stirnseitig vorgesehenen Anschlussmittel und evtl. notwendigen Befestigungsmitteln
zur Verankerung des Anschlussmittels gegenüber dem monolithischen Körper.
[0012] So kann der monolithische Körper leichter thermische Verformungen und Wärmespannungen
ausgleichen, ohne dass die Gefahr besteht, dass die feuerfesten Materialien des Rüssels
Risse bekommen oder ausbrechen.
[0013] Die Herstellung des Rüssels als monolithischer Körper hat ferner den Vorteil, dass
aufwändige und teure Materialien sowie eine komplizierte Konstruktion, wie sie aus
dem Stand der Technik bekannt ist, vermieden werden können. Die zuvor beschriebenen
Behandlungen von Rissen können ebenso unterbleiben. Solche treten nicht in einem erheblichen
Maße auf. Vielmehr ist die Konstruktion des erfindungsgemäßen Rüssels einfach. Ferner
ist es möglich, den Rüssel dünnwandiger auszubilden. Im Stand der Technik haben die
Rüssel üblicherweise eine Wandstärke von ca. 300 mm. Die erfindungsgemäßen Rüssel
lassen sich mit einer Wandstärke von zwischen 180 mm und 270 mm herstellen. Die Wandstärke
ist dabei der Abstand zwischen dem inneren Durchgang der Außenumfangsfläche des Rüssels.
Der zuvor beschriebene Befestigungsflansch dient dem einfachen Austausch und Anflanschen
des erfindungsgemäßen Rüssels an die Vakuumbehandlungskammer. Der Rüssel kann im gebrannten
Zustand angeflanscht werden. Dementsprechend sind sämtliche Gefügeumwandlungen vor
dem Anflanschen des Rüssels vollzogen. Ferner kann durch geeignete Vorbehandlung sicher
verhindert werden, dass Wasser in dem monolithischen Körper enthalten ist, wenn dieser
an die Vakuumbehandlungskammer angeflanscht wird.
[0014] Der monolithische Körper kann aus einem Hochtonerde-FF-Beton oder aus Magnesit-Chrom-Beton
geformt sein. Dieser feuerfesten Masse kann ein Füllstoffanteil von bis zu 4 % zugesetzt
werden. Der Füllstoffanteil kann beispielsweise durch einen Faser-Zusatz oder Whisker
gebildet sein oder diese aufweisen. Als Fasern kommen dabei beispielsweise keramische
oder nicht-Oxid-keramische Fasern, wie z. B. SiC-Fasern in Frage. Der Füllstoffanteil
verbessert den Verbund des monolithischen Körpers. Der Füllstoffanteil ist beliebig
in der feuerfesten Masse dispergiert und insbesondere nicht mit einem metallischen
Gefäß verbunden.
[0015] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der Rüssel der
Einlaufrüssel. In diesem Fall sind in dem monolithischen Körper Gasleitungen vorgesehen,
die innenumfänglich in den Schmelzedurchlass des Rüssels münden. Diese Gasleitungen
sind durch verlorene Formen in dem monolithischen Körper ausgebildet. So können beispielsweise
an vorbestimmter Stelle Seile in den Beton eingebettet werden, die beim Brennen pyrolysieren
und so die Gasleitungen in dem monolithischen Körper ausformen.
[0016] Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.
In dieser zeigen:
- Fig. 1
- eine Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Auslaufsrüssels;
- Fig. 2
- eine Längsschnittansicht eines bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 verbauten Befestigungsflansches;
- Fig. 3
- ein vergrößertes Detail III gemäß der Darstellung in Fig. 2;
- Fig. 4
- ein Detail IV gemäß der Darstellung in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, und
- Fig. 5
- eine Draufsicht auf das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel auf die Auslassöffnung.
[0017] Die Fig. 1 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Rüssels für eine RH-Vakuumentgasungsanlage,
der mit Bezugszeichen 2 gekennzeichnet ist. Bei dem Rüssel 2 handelt es sich um den
Einlaufrüssel einer entsprechenden Entgasungsanlage. Der Einlaufrüssel 2 hat eine
konische Außenumfangsfläche, deren kleinster Durchmesser an einer mit 4 gekennzeichneten
Einlassöffnung vorgesehen ist. An dieser Einlassöffnung 4 hat ein in dem Rüssel 2
ausgebildeter zylindrischer Schmelzedurchgang 6 mit kreisrunder Querschnittsfläche
einen Durchmesser von 400 mm bei größeren Entgasungsanlagen bis ca. 800 mm. Dieser
Schmelzedurchgang 6 wird innerhalb eines monolithischen Körpers 8 ausgebildet. Der
monolithische Körper 8 bildet dabei sowohl den Innenumfang als auch den Außenumfang
des Rüssels aus. Der monolithische Körper 8 ist gekennzeichnet durch das Fehlen jeglicher
Armierungen innerhalb des Körpers 8. Es kann indes ein gewisser Füllstoffanteil in
einem den monolithischen Körper ausbildenden Feuerfestbeton enthalten sein. Der Füllstoffanteil
beträgt üblicherweise nicht mehr als 4 Gew%, bevorzugt nicht mehr als 2 Gew%.
[0018] An einer mit Bezugszeichen 10 gekennzeichneten Auslassöffnung ist ein Befestigungsflansch
12 vorgesehen. Dieser Befestigungsflansch weist einen plan auf einer Stirnseite 14
des monolithischen Körpers 8 anliegenden Befestigungsring 16 auf, der mit einem sich
in axialer Richtung erstreckenden Ringabschnitt 18 verschweißt ist. Der Befestigungsring
16 hat eine Vielzahl von auf dem Umfang verteilte Bohrungen, die mit Bezugszeichen
20 gekennzeichnet sind. Eine dieser Bohrungen 20 ist in Fig. 3 in Schnittdarstellung
gezeigt.
[0019] Die Bohrungen 20 werden von einem Einschraubbolzen 22 durchsetzt, der einen in den
monolithischen Körper 8 eingeschraubten Befestigungsbereich 24 und einen den monolithischen
Körper 8 überragenden Gewindestutzen 26 hat. Dieser Gewindestutzen 26 durchsetzt die
Bohrung 20. Auf den Gewindestutzen 26 ist eine Mutter aufgeschraubt, welche den Befestigungsring
16 gegen die Stirnseite 14 des monolithischen Körpers 8 andrückt. Die Anlage des Befestigungsringes
16 erfolgt unter Zwischenlage einer mit Bezugszeichen 28 angedeuteten ringförmigen
Filzdichtung. Diese Filzdichtung 28 gleicht Spannungsspitzen zwischen dem Befestigungsflansch
12 und dem monolithischen Körper 8 aus. Vielmehr noch aber dichtet die Filzdichtung
28 den Befestigungsflansch 12 gegen den monolithischen Körper 8 ab. Auch mit Blick
auf diese Abdichtung und die Zentrierung des Befestigungsflansches 12 an den monolithischen
Körper 8 hat dieser eine stirnseitig zurückversetzte Ringfläche 30, gegen welche der
Befestigungsflansch 12 anliegt. Der monolithische Körper 8 endet in etwa axial an
der Auslassöffnung mit der äußeren Oberfläche des Befestigungsflansches 12.
[0020] Der Befestigungsflansch 12 dient dem Anflanschen des hier gezeigten Rüssels 2 gegen
die Vakuumbehandlungskammer. Das gezeigte Ausführungsbeispiel kann beispielsweise
mit der Vakuumbehandlungskammer über den Befestigungsflansch 12 verschweißt werden.
Die Verbindung erfolgt dabei derart, dass der Befestigungsflansch 12 nicht unmittelbar
mit der durch den Rüssel 2 hindurch geleiteten Schmelze in Kontakt kommt. Auch hierzu
überragt das Material des monolithischen Körpers 8 den Befestigungsring 16.
Bezugszeichenliste
[0021]
- 2
- Rüssel
- 4
- Einlassöffnung
- 6
- Schmelzedurchgang
- 8
- monolithischer Körper
- 10
- Auslassöffnung
- 12
- Befestigungsflansch
- 14
- Stirnseite
- 16
- Befestigungsring
- 18
- Ringabschnitt
- 20
- Bohrung
- 22
- Einschraubbolzen
- 24
- Befestigungsbereich
- 26
- Gewindestutzen
- 28
- Filzdichtung
- 30
- Ringfläche
1. RH-Vakuumentgasungsanlage mit einem Einlaufrüssel und einem Auslaufrüssel, die in
eine Vakuumbehandlungskammer münden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Rüssel (2) durch einen monolithischen Körper (8) ausgebildet
ist.
2. RH-Vakuumentgasungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der monolithischen Körper (8) aus einem Hochtonerde-FF-Beton oder einem Magnesit-Chrom-Beton
geformt ist.
3. RH-Vakuumentgasungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, der monolithische Körper (8) einen Füllstoffanteil von bis zu 4 % enthält
4. RH-Vakuumentgasungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der monolithische Körper (8) eine konische Außenfläche hat, die derart gestaltet
ist, dass der Außenumfang an einer Auslassöffnung (10) des monolithischen Körpers
(8) kleiner als der Außenumfang an der Einlassöffnung (4) ist.
5. RH-Vakuumentgasungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der monolithische Körper (8) aus einem Hochtonerde-FF-Beton oder einem Magnesit-Chrom-Beton
in gebrannter Qualität geformt ist.
6. RH-Vakuumentgasungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch dass zumindest der Einlaufrüssel durch einen monolithischen Körper (8) ausgebildet
ist und das innenumfänglich in den Einlaufrüssel mündende Gasleitungen durch verlorene
Formen in dem monolithischen Körper (8) ausgebildet.
7. RH-Vakuumentgasungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Rüssels (2) zwischen 180 mm und 270 mm beträgt.
8. RH-Vakuumentgasungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit dem monolithischen Körper (8) stirnseitig verbundenen Befestigungsflansch
(12).
9. RH-Vakuumentgasungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsflansch (12) einen stirnseitig gegen den monolithischen Körper (8)
angelegten Flanschabschnitt (16) aufweist, der über in den monolithischen Körper (8)
eingreifende Einschraubkolben (22) mit diesem verbunden ist.
10. RH-Vakuumentgasungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschabschnitt (16) ringförmig ausgebildet ist und dass die Einschraubkolben
(22) auf dem Umfang des Flanschabschnitts (16) gleichmäßig verteilt sind.
11. Einlaufrüssel bzw. Auslaufrüssel einer RH-Vakuumentgasungsanlage, gekennzeichnet durch einen monolithischen Körper (8).
12. Einlaufrüssel einer RH-Vakuumentgasungsanlage, gekennzeichnet durch eine Weiterbildung nach den Ansprüchen 2 bis 10.