DE3810098C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einführen eines Behandlungsgases gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Vorrichtung ergibt sich zum Beispiel aus der DE-OS 35 03 222 und der EP-OS 2 42 155.

Im Fall der DE-OS 35 03 222 besteht der Spülstein aus einem porösen feuerfesten keramischen Material, durch das aus­ schließlich Gas hindurchgeführt werden kann. Der in der EP-OS 2 42 155 dargestellte Spülstein ist zwar ein solcher mit gerichteter Porosität, gleichfalls aber ausschließlich zum Gasspülen vorgesehen. Der Gasverteilraum dient jeweils zur Vergleichmäßigung des Gasdrucks im Spülstein.

Demgegenüber besteht das Bedürfnis, metallurgische Schmelzen nicht nur mit Gasen, insbesondere Inertgasen, wie Argon zu behandeln, sondern der Metallschmelze auch Legierungs- oder Zusatzstoffe in fester Form zuzugeben. Zu diesen Legierungs­ mitteln gehören beispielsweise SiMn oder CaSi, zu den Zusatz­ stoffen zählen Feinkalk oder Gemische aus Feinkalk oder Soda, aber auch Calciumcarbid (CaC₂) und Kalkstickstoff (CaCN₂).

Es ist bekannt, derartige Legierungs- oder Zusatzstoffe in Drahtform in eine metallurgische Schmelze einzuspulen. Dabei wird der Draht über ein Führungsrohr an die Oberfläche der Schmelze gebracht und über den Badspiegel in die Schmelze einge­ führt. Wichtig dabei ist eine vollständige Auflösung der Kom­ ponenten des Voll- oder Fülldrahtes, da diese wirkungslos wer­ den, sobald sie wieder an die Badoberfläche bzw. die darauf schwimmende Schlackenschicht gelangen. Gerade diesbezüglich sind die bekannten Vorschläge jedoch nachteilig, da die Ver­ teilung und Reaktionszeit der Zusatzstoffe nur beschränkt ist.

In der DE-OS 35 20 207 ist ein Spülstein beschrieben, der zum Einblasen von Gasen oder Feststoffen in eine Metallschmelze enthaltende Pfanne dienen soll. Der Spülstein besitzt einen mittigen, großen Durchlaßkanal, durch den Gase oder Fest­ stoffe eingeblasen werden können. Die beschriebene Aus­ führungsform mit besonders großem Durchlaßkanal ist in der Praxis jedoch nicht einsetzbar, weil bei dieser Größe eines Durchlaßkanals ohne weiteres Metallschmelze in den Spül­ stein eindringen und die Einrichtung zerstören würde. Darüber hinaus wären erhebliche Gasmengen notwendig, um einen halb­ wegs konstanten Gasdruck aufrechtzuerhalten und selbst dann ließe sich ein Eindringen von Metallschmelze immer noch nicht verhindern.

Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der eingangs genannten Art anzubieten, die zum Gasspülen und/oder zum Zuführen von festen Zusatz­ stoffen, insbesondere Legierungs- und Fülldrähten, aber auch Entschwefelungsmitteln, geeignet ist und die Vorrichtung so auszubilden, daß die Dosierbarkeit, Reaktionsfähigkeit und Verteilung der Zusatzstoffe in die Metallschmelze verbessert wird.

Die Erfindung steht unter der Erkenntnis, daß grundsätzlich Vorrichtungen der eingangs genannten Art auch geeignet sind, neben einer Gasspülung die Zuführung von festen Legierungs- oder Zusatzstoffen zu ermöglichen, wenn diese entsprechend umgebaut werden. Insbesondere bei einer Vorrichtung, die einen Gasspülstein mit gerichteter Porosität aufweist, kann das feuer­ fest Matrixmaterial zwischen den einzelnen Kanälen zur Aus­ bildung eines Durchlaßkanals genutzt werden, durch den zum Beispiel ein Legierungsdraht in die Metallschmelze zugeführt wird. Läuft dieser Kanal ausgehend vom Gasverteilraum, so wird er gleichzeitig gasgespült. Dabei kann es dann im Bereich des Spülsteines weder zu Aufschmelzungen des Drahtes noch zum Ein­ dringen der Schmelze in einen zwischen Draht und Zuführungsrohr ausgebildeten Spalt kommen.

Die Erfindung schlägt zur Lösung der obengenannten Aufgabe eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 vor.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Dichtung kann durch Anordnung einer Stopfbuchsendichtung erreicht werden, insbesondere dann, wenn diese direkt unterhalb der entsprechenden Öffnung des Gasverteilraumes angeordnet ist, weil sie dann auch von außen betätigbar ist.

Neben den bereits genannten Vorteilen zeichnet sich die Vorrichtung insbesondere dadurch aus, daß der Draht nun in den Teil der Schmelze eingespult wird, der durch die Inertgasbehandlung des Spülsteins ohnehin am intensivsten bewegt wird. Über die Badströmung können die Reaktanten insoweit besonders homogen verteilt werden. Schließlich wird auch der Weg der Legierungsstoffe durch die gesamte Schmelzbadhöhe sicher­ gestellt und damit ihre Wirksamkeit optimiert.

Durch verschiedene konstruktive Maßnahmen kann die Vorrichtung noch weiter verbessert werden. So wird vorgeschlagen, den Bereich um die Zuführöffnung für den Draht am oberen Ab­ schnitt des Gasverteilraumes zum Spülstein hin trichterförmig sich in Zuführrichtung des Drahtes verengend auszubilden. Insbesondere beim Neueinspülen eines Drahtes wird so sichergestellt, daß der Draht direkt und ohne Verkantungen in den Durchlaßkanal eingespult wird.

Der Durchlaßkanal selbst kann entweder nur aufgebohrt sein oder auch einem Stahl- oder feuerfesten Keramikrohr bestehen, das dann vorzugsweise in das entsprechend ausgebohrte Matrix­ material des Spülsteins eingemörtelt wird. Als Stahlqualität bietet sich zum Beispiel eine Legierung des Typs X50 - CuNi 18/9 an. Das Keramikrohr kann beispielsweise aus Aluminiumoxyd oder Zirkondioxyd bestehen. Es kann als isostatisch gepreßtes Teil hergestellt werden.

Wie bereits oben ausgeführt, wird der Durchmesser des Rohres vorzugsweise etwas größer gewählt als der Durchmesser des einzuspulenden Drahtes, wobei eine optimale Dimensionierung dann erreicht wird, wenn der Innendurchmesser des Rohres etwa 1 bis 2 mm größer als der Drahtdurchmesser ist.

Wenngleich die Vorrichtung mit jedweder Art von Spülsteinen ausgerüstet werden kann (sogenannte Fugenspüler, Spüler mit gerichteter Porosität, Spüler mit ungerichteter Porosität), so wird doch ein Spülstein mit gerichteter Porosität bevorzugt, weil das Drahtzuführungsrohr dann zwischen den einzelnen Kanälen des Spülsteins angeordnet werden kann. Vorzugsweise ist der Durchlaßkanal dann mittig angeordnet und die Gaszuführungskanäle verlaufen gleichmäßig verteilt um den Durchlaßkanal herum, wodurch die Spülwirkung und Verteilung des aufgeschmolzenen Legierungsdrahtes günstig beeinflußt wird.

Wird ein weiteres Rohr verschiebbar, aber spielfrei im Durch­ laßkanal beziehungsweise dem festen Rohr angeordnet, kann der Durchlaßkanal beziehungsweise das Rohr auch zur Eindüsung von pulverförmigen Feststoffen benutzt werden, wobei das Rohr vor­ zugsweise durch den Gasverteilraum nach unten herausgeführt wird. Über entsprechende Anschlußleitungen können die pulver­ förmigen Zusatzstoffe vorzugsweise mit einem Inertgasstrom auf analoge Art und Weise durch das Rohr eingedüst werden, wie vorstehend anhand der Durchführung eines Legierungsdrahtes beschrieben. Durch ein Nachschieben des Rohres können Aufschmel­ zungen im Kontaktbereich zur Schmelze ausgeglichen werden. Zwischen einzelnen Chargen können weitere Rohrstücke am unteren Ende des zuletzt eingeschobenen Rohres angeflanscht oder zum Beispiel durch Verschraubung über entsprechende Gewindeabschnit­ te angebracht werden, so daß quasi ein "endloses" Rohr nachge­ schoben werden kann.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.

Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft anhand einer Zeichnung erläutert, die in stark schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt.

Dabei ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Gasspülstein beschrieben, der eine Vielzahl von feinen Kanälen 12 mit einem Durchmesser von etwa 1 mm aufweist, von denen insgesamt vier Kanäle 12 zu erkennen sind. Die Kanäle liegen in einer dichten feuer­ festen Matrix ein, die aus einem keramischen Werkstoff besteht, hier auf der Basis von Korund mit einem Al₂O₃-Gehalt von über 97 Gew.-%. Ebenso können aber auch andere, bekannte Feuerfestqualitäten Verwendung finden.

Der Spülstein 10 sitzt auf einem Metallkasten 14 auf, der einen Gasverteilraum 16 umschließt.

Der Metallkasten 14 weist im Querschnitt eine Kreisform auf und seine Umfangswand 18 ist nach oben über die Decke 20 hoch­ gezogen, wodurch ein Raum 21 ausgebildet wird, in den der Spülstein 10 eingesetzt ist. In der Decke 20 sind Öffnungen 22 angeordnet, und zwar in ihrer Zahl, Größe und Zuordnung entsprechend den Kanälen 12, so daß die Öffnungen 22 in Verlängerung der Kanäle 12 liegen und eine Verbindung zwischen den Kanälen 12 und dem Gasverteilraum 16 bilden. Neben den Öffnungen 22 weist der Metallkasten 14 in seiner Decke 20 eine weitere, mittige Öffnung 24 mit rundem Querschnitt auf. Die Öffnung 24 ist als die Öffnungen 22.

Oberhalb der Öffnung 24 verläuft im Spülstein 10 ein Durch­ laßkanal 26, dessen Querschnitt im wesentlichen dem der Öffnung 24 entspricht. Der Durchlaßkanal 26 wird umfangsseitig durch ein dichtes feuerfestes keramisches Rohr 28 aus Zirkondioxyd begrenzt, das in das Matrixmaterial des Spülsteins 10 ein­ geklebt ist. Das Rohr 28 endet direkt an der Oberseite der Decke 20, während ein trichterförmig nach unten aufgeweiteter Rohrabschnitt 30 in die Öffnung 24 eingeschweißt ist, und zwar derart, daß er quasi in Verlängerung des Rohres 28 verläuft und dabei in den Gasverteilraum 16 ragt.

Gegenüber der Öffnung 24 verläuft im Boden 32 des Metallkastens 14 eine weitere Öffnung 34 und unterhalb der Öffnung 34 ist eine Stopfbuchsendichtung 36 angeordnet. Die Stopfbuchsen­ dichtung 36 besteht aus einem Stopfbuchskörper 38, der gegen eine Stopfbuchsbrille 40 über korrespondierende Gewindeabschnitte 42 aufschraubbar ist und dabei ein zwischen beiden Teilen 38, 40 in einem Packungsraum 44 angeordnetes Dichtungsmaterial komprimiert, wodurch sich die gewünschte Abdichtung ergibt. - Wie der Figur zu entnehmen ist, ist die Stopfbuchsbrille 40 an der Unterseite des Bodens 32 des Metallkastens 14 angeschweißt. Weiter ist der Figur zu entnehmen, daß die Stopfbuchsdichtung einen Durchlaßkanal 46 umschließt.

Neben der Öffnung 34 ist im Boden 32 des Metallkastens 14 eine dritte Öffnung 48 angeordnet, von der aus sich ein Gaszuführungs­ rohr 50 nach unten erstreckt.

Bevor die Funktionsweise der Vorrichtung im einzelnen erläutert wird, sei noch darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung bzw. der Gasspülstein 10 in bekannter Weise in den Lochstein im Boden eines metallurgischen Schmelzgefäßes angeordnet wird.

Zur Inbetriebnahme wird dann Gas, insbesondere Inertgas wie Argon über das Gaszuführungsrohr 50 in den Gasverteilraum 16 gegeben, und gelangt von dort über die Kanäle 12 durch den Gasspülstein 10 in die Metallschmelze. Zuvor wurde bereits ein Legierungsdraht 52 durch die Stopfbuchsendichtung 36, den Gasverteilraum 16, den Rohrabschnitt 30 in das Rohr 28 geführt. Über den Gasverteilraum 16 gelangt auch in den zwischen Draht 52 und Rohr 28 ausgebildeten Ringspalt Gas. Während der Draht weiter nach oben geschoben wird und bei Erreichen der Stirnfläche 54 des Spülsteins 10 von der Metallschmelze aufgeschmolzen wird, wird er stets von einem Inertgasstrom umspült, wodurch Aufschmelzungen des Drahtes im Bereich des Spülsteines ebenso verhindert werden wie ein Eindringen der Metallschmelze in den genannten Spalt zwischen Draht 52 und Rohr 28.

Je nachdem, in welchem Umfang Legierungselemente zugeführt werden sollen, wird der Draht über eine bestimmte Zeit nachgeführt, wobei gleichzeitig die Spülung über die Kanäle 12 unverändert aufrechterhalten wird.

Ein Gasaustritt durch die Öffnung 34 wird dadurch verhindert, daß der Durchlaßkanal 46 im Bereich der Stopfbuchsendichtung 36 genau so groß gewählt ist wie der Außendurchmesser des Drahtes und im übrigen die Anordnung der Stopfbuchsendichtung zusätzlich abdichtend wirkt.

Bei dieser Anordnung wird ein Einfädeln des Drahtes von unten her ermöglicht, was besonders einfach und bequem ist und auch eine Unterbrechung der weiteren Drahtzufuhr ist unproblematisch, weil im Durchlaßkanal 28 stets ein bestimmter Gasdruck auf­ rechterhalten wird, der eine Metallschmelze. Infiltration bzw. ein Aufschmelzen des Drahtes verhindert.

Während der nach unten sich erweiternde Rohrabschnitt 30 zum leichteren anfänglichen Einspulen des Drahtes 52 dient, kann die Vorrichtung auch ausschließlich zum Gasspülen verwendet werden. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise ein dichter Zylinder­ stopfen aus einem feuerfesten keramischen Material wie Aluminiumoxyd zumindest in den oberen Abschnitt 28′ des Rohres 28 ortsfest eingesetzt. Das Rohr 28 ist damit verschlossen, während Gas weiter über die Kanäle 12 in die Metallschmelze einströmen kann.

Durch die Anordnung der Kanäle 12 um das Rohr 28 wird eine besonders günstige Verteilung der aufgeschmolzenen Legierungs­ partikel in der Metallschmelze erreicht, wenn ein Draht hindurch­ geführt wird. Selbstverständlich sind aber auch andere Zuordnungen der Kanäle 12 zum Rohr 28 je nach Anwendungsbereich möglich.

Anstelle des Drahtes 52 kann auch ein Rohr in den Durchlaß­ kanal auf analoge Weise wie der Draht 52 eingeschoben werden. Durch dieses, verschiebbare Rohr können dann vor allem pulver­ förmige Stoffe, insbesondere gemeinsam mit einem Inertgasstrom (zum Beispiel Argon) durch das Rohr über entsprechende Anschluß­ leitungen eingebracht werden. Dieses Rohr weist vorzugsweise an seinem die Dichtung 36 nach unten überragenden Ende ein Innengewinde auf, so daß ein weiteres Rohr mit einem korres­ pondierenden endseitigen Außengewinde mit dem ersten Rohr festge­ legt werden kann. Das Rohr kann so quasi entweder bei Bedarf nach oben nachgeschoben werden (durch den Durchlaßkanal 28), sofern Abschmelzungen im Bereich der Stirnfläche 54 dies er­ forderlich machen. Ein Anschluß eines weiteres Rohres erfolgt vorzugsweise zwischen einzelnen Chargen, wenn die Gas-/Fest­ stoffzufuhr unterbrochen ist und die Anschlußleitungen vom ersten Rohr abgenommen und auf das nächstfolgende Rohr aufge­ steckt werden können. Bei dieser Ausführungsform werden im übrigen die anhand der Drahteinspulung genannten Vorteile analog ermöglicht.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Einführen eines Behandlungsgases und/oder fester Zusatzstoffe, insbesondere Legierungs- und Füll­ drähte, in die Schmelze in einem metallurgischen Schmelz­ gefäß mit einem feuerfesten keramischen Gasspülstein (10) und einem an dessen unteren Ende angeordneten Gasver­ teilraum (16) mit einer Anschlußmöglichkeit für eine Gaszuführleitung (50), dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverteilraum (16) eine Öffnung (24) aufweist, von der sich ein rohrförmiger Durchlaßkanal (26) nach oben durch den Spülstein (10) bis zu dessen der Metallschmel­ ze zugewandten oberen Stirnfläche (54) erstreckt und eine weitere Öffnung (34) im Gasverteilraum (16) vorge­ sehen ist, über die ein Legierungs- oder Fülldraht (52) oder ein Rohr in den Gasverteilraum (16) und der Durchlaßkanal (26) einführbar ist und der Bereich der Öffnung (34), über den der Draht (52) oder das Rohr einführbar ist, gasdicht abgedichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Öffnung (34) eine Stopfenbuchsendichtung (36) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfenbuchsendichtung (36) direkt unterhalb der Öffnung (34) verläuft.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bereich um eine Öffnung (24) sich in Zuführeinrichtung des Drahtes (52) verjüngend ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Durchlaßkanal (26) aus einem in das Matrix­ material des Spülsteins (10) eingesetzten Stahl- oder Keramik­ rohr (28) besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (28) bzw. ein getrennter Rohrabschnitt (30) in den Gasverteilraum (16) nach unten vorragt und dort trich­ terförmig sich in den Gasverteilraum erweiternd ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Durchlaßkanals (26) oder des Rohres (28) etwas größer als oder gleich groß wie der Außendurchmesser des hindurchgeführten Drahtes (52) oder Rohre ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Durchlaßkanals (26) oder Rohres (28) 1 bis 2 mm größer als der Außendurchmesser des Drahtes (52) ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Spülstein (10) eine gerichtete Poro­ sität aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kanäle (12) gleichmäßig verteilt um den Durchlaßkanal oder das Rohr (28) verlaufen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt (28′) des Durch­ laufkanals oder Rohres (28) mit einem dichten feuerfesten keramischen Stopfen verschließbar ist.