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    • 专利摘要:

    公开号:WO1989007659A1
    申请号:PCT/T1989/000015
    申请日:1989-02-17
    公开日:1989-08-24
    发明作者:Rudolf Handler
    申请人:Veitscher Magnesitwerke-Actien-Gesellschaft；
    IPC主号:B22D1-00
    专利说明:
    [0001] Gasspülstein
    [0002] Die Erfindung betrifft einen Gasspülstein für metallurgische Gefäße, enthaltend einen feuerfesten Formkörper mit durchgehenden Strömungskanälen. 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 ausgelost 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] Nach der AT-B-248 936 können feuerfeste Formkörper, die mit engen Kanälen zum Einblasen von Gas in ein Metallschmelzbad versehen sind, dadurch hergestellt werden, daß Kerne oder Dorne, die zur Bildung der Kanäle bestimmt sind, in einer Gießform für den Formkörper angeordnet und in ihrer Lage gesichert werden. Sodann wird eine gießfähige feuerfeste
    [0005] Masse in die Form eingebracht und verdichtet. Der erhaltene Formkörper wird ausgeschalt und getrocknet. Die für die Bildung der Kanäle bestimmten Kerne oder Dorne können Metallröhrchen sein, die im fertigen Formkörper verbleiben, oder Drähte, die aus dem geformten Körper herausgezogen werden, was erleichtert wird, wenn die Drähte mit einem Überzug versehen sind. Die Kerne oder Dorne können aber auch aus einem schmelzbaren oder verdampfbaren Material, z. B. aus Kunststoff, bestehen, das während des Trocknungsvorganges ausschmilzt oder verdampft. In diesem Zusammenhang wurde auch an die Herstellung von Formkörpern mit gekrümmten Kanälen gedacht, jedoch ohne Angaben über den Zweck einer solchen Maßnahme oder über die Art der Krümmung.
    [0006] Im Betrieb ist das Einblasen von Gas durch den Spülstein nur während bestimmter Zeiten, z. B. während des Frischens, erforderlich. In den Zwischenzeiten, z. B. während der Probennahme oder während des Abstechens oder Beschickens, könnte die Gasfuhr abgestellt werden. Wenn man dies tut, hat es jedoch zur Folge, daß Metallschmelze in die Gaskanäl e oder in die Steinporen eindringt, dort erstarrt und die Kanäle bew. Poren verstopft. Bei der Wiederaufnahme des Gasblasens wird die eingedrungene Metallschmelze nur zum Teil wieder aufgeschmolzen und ausgehlasen. Um das Eindringen von Metallschmelze zu verhindern, pflegt man auch in den Zwischenzeiten ein Gas, z. B. ein Inertgas, durch den Spülstein zu blasen. Dies erfordert jedoch eine ständige Gaszufuhr zu dem Ofen oder Gefäß, weshalb diese Maßnahme nur bei ortsfesten Öfen oder Gefäßen angewendet werden kann. Bei beweglichen Gefäßen, etwa bei Gießpfannen, die mit dem Kran in der
    [0007] Gießhalle verfahren werden, ist die ständige Gaszufuhr nicht möglich. Aus diesem Grund verringert sich die Spülleistung mit der Zeit infolge der Ablagerung von erstarrtem und nicht wieder aufgeschmolzenem Metall. Aus diesem Grund liegt die Spüleffizienz bei Pfannenspülsteinen mit gerichteter Porosität etwa zwischen 40 % und 85 % und bei porösen Pfannenspülsteinen etwa zwischen 60 % und 95 % der theoretischen Spülleistung, d. h. die Spülsteine können nicht während ihrer vollen theoretischen Lebensdauer im Einsatz sein, sondern müssen nach einem Bruchteil dieser Zeit, der den genannten Prozentsätzen entspricht, erneuert werden.
    [0008] Aufgabe der Erfindung ist es, den Gasspülstein so zu gestalten, daß das Aufschmelzen und Ausblasen der Metallinfüzration nach jeder Blasunterbrechung in hohem Ausmaß möglich ist.
    [0009] Nach der Erfindung gelingt dies bei einem Spüisrein mit durchgehenden Strömungskanälen dadurch, daß die Sträπungskanäle, zumindest in dem ihren Austrittsöffnungen benachbarten Bereich, stark geneigt gegenüber der Richtung der Längsachse des Spülsteines angeordnet sind. Dabei können die Ströinungskanäle einen Neigungswinkel zwischen 15º und 60º , vorzugsweise zwischen 20º und 50º , gegenüber derjenigen Stirnfläche des Spülsteines aufweisen, welche die Austrittsöffnungen der Strömungskanäle enthält.
    [0010] Bei herkömmlichen Spülsteinen mit durchgehenden Kanälen sind diese in der Regel vertikal, d. h. parallel zur Längsachse des Spülsteines angeordnet. Bei Spülsteinen mit konischer oder pyramider-stumpfförmiger Gestalt wird gelegentlich ein Teil der Strömungskenäle, und zwar die weiter außen liegenden, entsprechend der Gestalt des Spülsteines unter einem geringen Winkel gegen die Längsachse des Steirses geneigt angeordnet (z. B. AT-B-384 623).
    [0011] Wenn man annimmt, daß die eindringenden Metalls chmelztropfen bei den herkömmlichen Strömungskanälen und bei den erfindungsgemäß gestalteten, schrägen Kanälen einen gleich langen Weg zurücklegen, ist die Eindringtiefe, gemessen in Richtung der Längsachse des Spülsteines, bei den erfindungsgemäß gestalteten Kanälen geringer als bei den herkömmlichen Kanälen Da das Aufschmelzen der infiltrierten Metalltropfen aufgrund des Temperaturgefälles in Richtung der Spülsteinlängsachse nur im Nahbereich der heißseitigen Spülsteinoberfläche möglich ist, sind die Chancen für ein Aufschmelzen und Ausspülen nach der Blasunterbrechung bei den erfindungsgemäß gestalteten Gaskanälen größer als bei den herkömmlichen Kanälen.
    [0012] Da die Spülsteine im Laufe des Betriebs einem Verschleiß unterliegen, werden nach einiger Betriebszeit Spülsteinbereiche, die ursprünglich im Inneren des Steines gelegen sind, zur heißseitigen Spülsteinoberfläche. Um auch in diesem Fall ein leichteres Aufschmelzen der eingedrungenen Metalltropfen im Sinne der Erfindung zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, die schräge Anordnung der Strömungskanäle nicht nur im Nahbereich der heißseitigen Stirnfläche vorzusehen, sondern auch in tieferliegenden Steinbereiσhen Damit man die schräge Anordnung der Strömungskanäle auch bei beschränkter Steinbreite unterbringen kann, empfiehlt es sich nach einer Ausgestaltung der Erfindung, die Strömungskanäle schraubenlinienförmig, wellenförmig oder zick-zack-förmig auszubilden Da die Spülsteine in der Regel spätestens dann erneuert werden, wenn etwa zwei Drittel der ursprünglichen Steinhöhe verschlissen sind, kann man den erfindungsgemäßen Spülstein auch derart ausgestalten, daß die schräge, insbesondere Schraubenlinien-, wellen- oder zick-zack-förmige Ausbildung der Strömungskanäle über etwa zwei Drittel der Steinhöhe reicht, gesehen von der die Austrittsoffnungen enthaltenden Stirnfläche des Steines.
    [0013] Bei herkömmlichen Spülsteinen, bei denen der Gasaustritt im wesentlichen in vertikaler Richtung, d. h. in Richtung der Steinlängsachse, erfolgt, bildet sich unmittelbar oberhalb der die Austrittsöffnungen enthaltenden Stirnfläche des Spülsteines eine Gasblase in der Metallschmelze aus. Diese Gasblase pulsiert und im Zuge dieses Pulsierens kommt es immer wieder zu einem Rückschlag der Metallschmelze auf die Stirnfläche des Spülsteines. Durch diese auch als "back attack" bezeichnete Erscheinung wird der Verschleiß des Spülsteines begünstigt. Durch die schräge Anordnung der Strömungskanäle und deren Austrittsoffnungen beim erfindungsgemäßen Spülstein erhält der austretende Gasstrahl einen Drall, wodurch die erwähnte Rückschlagwirkung verringert und der Verschleiß vercindert wird. Die Ausbildung dieses Dralls kann noch dadurch begünstigt werden, daß die Strömungskanäle in jedem Steinquerschnitt in rotationssymmetrischer Anordnung die gleiche Schrägstellung aufweisen. Die erfindungsgemäßen Spülsteine können in an sich bekannter, eingangs beschriebener Weise durch Einbetten kanalbildender Kerne in einen Steinkörper aus feuerfester Gießmasse hergestellt werden. Für diese Kerne kommen beispielsweise ausbrennbare, schmelzbare oder verdampfbare Materialien, wie Kunststoffe, mit einer Umhüllung, z. B. aus Kunststoff, versehene Drähte oder dünne Metallröhrchen, z. B. aus Kupfer oder Stahl, in Betracht. Diese Kerne werden so dimensioniert, daß die entstehenden Strömungskanäle eine lichte Weite in der Größenordnung von 1 mm oder weniger aufweisen. Als Gießmassen eignen sich in erster Linie solche auf der Grundlage von Hochtonerde oder Tonerde oder sogenannte "low cement castables", das sind Gießmassen, die etwa 5 Gew. -% Zement enthalten Die Grundmaterialien dieser Gießmassen sind vor allem Sintertonerde, Korund, Mullit, Mullitklinker mit 50 bis 72 Gew. -% Al2O3, Bauxit, Sinterbauxit oder Andalusit. Als Zusätze zu diesen Materialien eignen sich Oiromoxid Cr2O3, Zirkon (Zirkoniumsilikat), Zirkoniumoxid, Ton und kalzinierte Tonerde. Die Gießmassen können hydraulisch gebunden sein, z. B. mit Tonerdeschmelzzement, oder chemisch gebunden, z. B. mit einem Phosphatbindemittel. Ferner können auch Gießmassen auf Magnesiagrundlage, etwa wie in AT-B-248 936 beschrieben, angewendet werden.
    [0014] In den Zeichnungen sind in Fig. 1 bis 3 drei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gasspülsteines in schematischer schaubildlicher Darstellung, teilweise aufgeschnitten gezeigt. Fig. 4 zeigt eine Einzelheit des Spülsteines nach Fig. 2 im Längsschnitt. Der Gasspülstein nach Fig. 1 besitzt einen aus feuerfester Gießmasse hergestellten feuerfesten Formkörper 1, einen Blechmantel 2 und ein mit letzterem verschweißtes Bodenhlech 3, an dem mittig ein Gaszuführungsröhr 4 angesetzt ist. Dieses Rohr 4 mündet in eine GasVerteilungskammer, die mit einem gasdurchlässigen Plättchen 5 aus porösem feuerfestem Material ausgefüllt ist. Für dieses Plättchen 5 kann beispielsweise ein poröses feuerfestes Material verwendet werden, das nach dem Verfahren der AT-B-374 164 hergestellt worden ist. Der Gasspülstein sitzt in einem Lochstein 6, von dem aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein Viertel dargestellt ist. Im feuerfesten Formkörper 1 sind Strömungskanale 7 angeordnet, welche in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel schraubenlinienförmig ausgebildet sind. Der gezeigte Gasspülstein besitzt 17 derartige Strömungskanale 7, die gleichmäßig über den Kreis quers chnitt verteilt angeordnet sind. Aus Gründen der Deutlichkeit ist in der Zeichnung nur ein derartiger Strömungskanal 7 dargestellt und einige weitere sind angedeutet. Die Strömungskanäle verlaufen von der mit dem gasdurchlässigen Plättσhen 5 ausgefüllten Gasverteilungskammer an der Kaltseite des Spülsteines bis zu seiner heißseitigen Stirnfläche 8, in der sich die Austrittsoffnungen der Strömungskanäle 7 befinden. Zur Herstellung des Spülsteines kann in vorteilhafter Weise so vorgegangen werden, daß man zunächst den Blechmantel 2, das Bodenblech 3 und das Gaszuführungsröhr 4 jeweils miteinander verschweißt und in den entstandenen Hohlraum das gasdurchlässige Plättchen 5 und die Kerne zur Bildung der Strömungskanale 7 einführt und in ihrer Lage sichert. Dann wird eine feuerfeste Gießmasse eingeführt, verdichtet und anschließend durch Erhitzen getrocknet. Falls die Kerne aus einem in der Hitze verzehrbaren (ausbrennbaren, schmelzbaren oder verdampfbaren) Material, wie Kunststoff, oder aus mit einem solchen Material umhüllten Drähten bestehen, werden bei der Trocknung die Strömungskanale 7 ausgebildet. Im Falle der Drähte können diese im Spülstein verbleiben und der Gasdurchgang erfolgt durch den zufolge des Verschwindens der Umhüllung freiwerdenden Raum.
    [0015] Der Gasspülstein nach Fig. 2 entspricht demjenigen nach Fig. 1 mit dem Unterschied, daß die Strömungskanäle 7' zick-zack- oder wellenförmig ausgeführt sind und daß die Gasverteilungskammer 9 als Hohlraum ausgebildet ist. Der Spülstein nach Fig. 2 kann in der gleichen Weise, wie bei Fig. 1 beschrieben, hergestellt werden, wobei jedoch statt des gasdurchlässigen Plättchens 5 ein entsprechend geformter Körper aus einem verzehrbaren Material, z. B. Styropor, eingebracht wird, der beim Erhitzen während des Trocknens der Gießmasse verschwindet und die
    [0016] Gasverteilungskammer freigibt.
    [0017] Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Strömungskanäle 7', von denen der Einfachheit halber nur einer gezeichnet ist, einen Neigungswinkel α gegenüber der Stirnfläche 8 aufweisen, welche die Austrittsoffnungen der Strömungskanale enthält. In der rechten Hälfte der Fig. 4 ist zum Vergleich gestrichelt ein herkömmlicher vertikaler Strömungskanal eingezeichnet. Wenn man annimmt, daß bei einer Unterbrechung des Gasblasens die Metallschmelze über eine Strecke x in den Kanal eindringt und dort erstarrt, so ist ersichtlich, daß die Eindringtiefe, gemessen als vertikaler Abstand von der Stirnfläche (8), beim erfindungsgemäßen
    [0018] Strömungskanal 7' nur x·sin α beträgt und somit geringer ist als die Eindringtiefe x beim herkömmlichen vertikalen Strömungskanal. Wenn die Stirnfläche 8 wieder mit Hitze beaufschlagt wird und das Gasblasen wieder aufgenommen wird, kann das eingedrungene Metall beim erfindungsgemäßen Strömungskanal leichter aufgeschmolzen und ausgeblasen werden als beim herkömmlichen Strömungskanal.
    [0019] Bei der Ausführungsform des Gasspülsteines nach Fig. 3 reicht die in diesem Fall kegelstumpfförmige Gasverteilungskammer über etwa ein Drittel der Steinhöhe, beispielsweise 80 his 100 mm, und ist mit einem gasdurchlässigen Körper 5' aus porösem feuerfestem Material ausgefüllt. Damit wird eine optische Reststärkenanzeige für den Zeitpunkt geschaffen, zu dem eine Erneuerung des Spülsteines fällig ist. Sobald nämlich der Spülstein bis zum gasdurchlässigen Körper 5' verschlissen ist, wird der Körper 5' an der Heißseite sichtbar.
    [0020] Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind die Strömungskanale 7 schraubenlinienförmig um Stützkörper 10 angeordnet, welche im feuerfesten Formkörper 1 eingebettet sind. Diese Stützkörper 10 sind zweckmäßig kegelstumpfförmig und können ebenso wie der zur Gasverteilung dienende Körper 5' aus einem nach den Verfahren der AT-B-374 164 hergestellten, porösen feuerfesten Material bestehen. Falls die Stützkörper 10 gasdurchlässig sind, bieten sie zusätzliche Möglichkeiten für den Gasdurchgang. Die Schraubenlinien- oder spiralförmigen Strömungskanäle 7 reichen über die ganze Höhe der Stützkörper (10); in der Zeichnung sind sie jedoch wegen der einfacheren Darstellung nur im oberen Bereich angedeutet,
    [0021] Falls zur Bildung der Strömungskanäle 7, 7' dünne Metallröhrchen verwendet werden, kann man die Gasverteilungskammer 9 gegen den feuerfesten Formkörper 1 durch ein Metallgehäuse abdichten und die Metallröhrchen mit dem Metallgehäuse gasdicht verschweißen, wodurch eine Beaufschlagung des feuerfesten Formkörpers 1 mit dem Spülgas verhindert wird.
    [0022] Es versteht sich, daß die oben beschriebenen Varianten für die Strömungskanäle einerseits und für die Gasverteilung anderseits beliebig miteinander kombiniert werden können Die Schraubenlinien- oder spiralförmigen Strömungskanäle können auch ineinander verschachtelt angeordnet werden
    权利要求:
    Claims P A T E N T A N S P R Ü C H E :
    1. Gasspülstein für metallurgische Gefäße, enthaltend einen feuerfesten Formkörper mit durchgehenden Strömungskanälen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (7), zumindest in dem ihren Austrittsöffnungen benachbarten Bereich, stark geneigt gegenüber der Richtung der Längsachse des Spülsteines angeordnet sind.
    2. Gasspülstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanale (7) einen Neigungswinkel (α) zwischen 15º und 60º, vorzugsweise zwischen 20º und 50º, gegenüber der Stirnfläche (8) des Spülsteines aufweisen, welche die Austrittsoffnungen der Strömungskanäle (7) enthält.
    3. Gasspülstein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stxömungskanäle (7) schraubenlinienförmig, wellenförmig oder zick-zack-förmig ausgebildet sind.
    4. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schräge, insbesondere Schraubenlinien-, wellen- oder zick-zack-förmige Ausbildung der Strömungskanale (7) über etwa zwei Drittel der Steinhöhe reicht, gesehen von der die Austrittsoffnungen der Strömungskanäle (7) enthaltenden Stirnfläche (8) des Steines.
    5. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanale (7) in jedem Steinquerschnitt in rotationssymmetrischer Anordnung die gleiche Schrägstellung aufweisen.
    6. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (7) schraubenlinienförmig um
    Stützkörper (10), vorzugweise aus gasdurchlässigem feuerfestem Material, angeordnet sind, welche im feuerfesten Formkörper (1) eingebettet sind.
    7. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (7) von einer an der Kaltseite des feuerfesten Formkörpers (1) angeordneten Gasverteilungskammer (9) ausgehen, die mit einem gasdurchlässigen Körper (5, 5') aus porösem feuerfestem Material ausgefüllt ist.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    1989-08-24| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1989-10-18| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1989902368 Country of ref document: EP |
    1990-03-07| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989902368 Country of ref document: EP |
    1990-04-19| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1989902368 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    ATA404/88||1988-02-19||
    AT40488||1988-02-19||KR1019890701913A| KR900700638A|1988-02-19|1989-02-17|투과성 요소|
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