DE4121329C2 - Gasspülstein - Google Patents
GasspülsteinInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Gasspülstein für metallur
gische Gefäße gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine Übersicht über unterschiedliche Bauformen von Gasspül
steinen gibt die Radex-Rundschau 1987, 288.
Üblicherweise sind die Gasspülsteine blechummantelt, wobei
der Boden des Blechmantels im Abstand zum Boden des kera
mischen Teils des Gasspülsteins verläuft, so daß eine
Gasverteilkammer ausgebildet wird, und sich an den Boden
des Blechmantels ein Gasanschlußrohr anschließt (DE 36 23 609 C1).
Wie sich der DE 38 33 502 A1 entnehmen läßt, umfaßt ein
solcher Gasspülstein verschiedene Metallteile und ist
deshalb aufwendig. Zur Vereinfachung wird in der DE 38 33 502 A1
vorgeschlagen, den Gasverteilraum so auszubilden, daß
er zum gaseinlaßseitigen Ende hin offen ist und dort eine
Dichtfläche ausgebildet wird, die sich um die entspre
chende Öffnung erstreckt und an der ein, mit einem Gasan
schluß versehenes Verschlußteil lösbar befestigt werden
kann. Auf diese Weise kann der Verschlußteil zwar wieder
verwendet werden, nach wie vor sind jedoch eine Vielzahl
von Metallteilen notwendig. Auch die Anbringung einer
sogenannten Durchbruchsicherung, wie sie in der DE 38 30 871 C1
beschrieben ist, ist bei dem bekannten Gasspülstein nur
bedingt möglich. Schließlich wird das Ausbrechen des Gas
spülsteins nach dessen Verschleiß erschwert.
Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, einen
Gasspülstein konstruktiv zu
vereinfachen und so zu gestalten, daß beliebige Bauein
heiten, wie ein Windkasten oder eine Durchbruchsicherung
ohne weiteres anschließbar und der Spülstein nach seinem
Verschleiß leicht wieder demontierbar ist.
Dazu wird ein Gasspülstein mit den Merkmalen
des Hauptanspruchs vorgeschlagen.
Bei der Gasspüleinrichtung nach der
DE 39 04 543 A1 verläuft der Gasanschlußstutzen
mit offenem Querschnitt
in den Spülblock. Unterhalb
des Spülblocks liegt der Gasanschlußstutzen in einer feuerfesten
Auskleidung ein. Die Ausmauerung
umgreift ferner einen Außenflansch
des Spülblocks. Dagegen schlägt die
Erfindung vor:
Der Gasanschlußstutzen wird zumindest
teilweise in das Innere des keramischen Teils des Gasspül
steins verlegt und dort festgelegt. Er wird gleichzeitig
so ausgebildet, daß an den Gasanschlußstutzen weitere
Bauteile angeschlossen werden können. Dies kann ein Gas
anschlußrohr sein, das selbst zum Beispiel Bestandteil
einer Durchbruchsicherung ist, wie sie in der
DE 38 30 871 C1 beschrieben ist.
Dadurch, daß der zylindrische Gasanschlußstutzen vollständig im kera
mischen Matrixmaterial einliegt, läßt sich quasi "in-situ"
eine Gasverteilkammer dadurch ausbilden, daß der Gasanschluß
stutzen nach unten über den Boden des keramischen Teils
des Gasspülsteins vorragt, wobei die Gasverteilkammer
zwischen dem freien Ende des Gasanschlußstutzens und dem
Boden des keramischen Teils des Gasspülsteins ausgebildet
wird.
Der gasdurchlässige Teil (zum Beispiel die Gaskanäle)
kann direkt vom Boden des Gasspülsteins
bis zu dessen Stirnfläche verlaufen.
Es ist offensichtlich, daß bei dieser Ausführungsform
gleichzeitig folgende Vorteile erzielt werden:
- - Eine Blechummantelung kann entfallen, da der Gasanschluß stutzen direkt im keramischen Material festgelegt wird.
- - Die am gaseinlaßseitigen (unteren) Ende des Gasanschluß stutzens angeordnete Einrichtung zum gasdichten Anschluß weiterer Bauteile kann - nach Lösen dieser Bauteile - als Adapter zum Anschluß einer Ausziehvorrichtung genutzt werden, über die der Gasspülstein nach Verschleiß aus der bodenseitigen Verankerung im metallurgischen Schmelz gefäß herausgezogen werden kann.
Aus der EP 00 70 197 A1 (Fig. 2) ist ein Gasspülstein
bekannt, bei dem unterhalb des keramischen Körpers eine
Gasverteilkammer ausgebildet ist, an die sich ein Gasan
schlußrohr anschließt. Diese Baueinheit aus Gasverteil
kammer und Gasanschlußrohr kann zwar als Gasanschlußstutzen
angesehen werden, verläuft aber unterhalb des keramischen
Körpers des Spülsteins. Daraus folgt, daß keine innige
mechanische Verankerung zwischen dem Gasanschlußstutzen
und dem keramischen Körper besteht. Dadurch wird es bei
der bekannten Ausführungsform unmöglich, den Spülstein
nach dessen Verschleiß über den Gasanschlußstutzen zum
Beispiel aus einem Lochstein herauszuziehen.
Die erfindungsgemäße Gestaltung eröffnet zahlreiche weitere
Vorteile.
So kann an die Einrichtung am gaseinlaßseitigen Ende des
Gasanschlußstutzens ein lösbarer Windkasten (Gasverteil
kammer) angeschlossen werden, an den selbst wiederum eine
Gaszuführleitung anschließbar ist. Der Anschluß des Wind
kastens kann ohne weiteres werkseitig erfolgen. Dieser
Windkasten kann beispielsweise mit Thermoelementen zur
Gastemperaturmessung oder mit einer Vorrichtung zur Gas
erwärmung bestückt werden. Dadurch, daß bei dieser Ge
staltung die Gasverteilkammer lösbar ist, läßt sie sich
vor der Demontage eines verschlissenen Spülsteins abnehmen
und wiederverwenden. Dies ist insbesondere in bezug auf
die teuren Zusatzeinrichtungen von erheblichem wirtschaft
lichen Vorteil. Außerdem kann die Bemaßung des Windkastens
und der anschlußseitigen Verbindungselemente vom Anwender,
zum Beispiel dem Stahlwerk, selbst bestimmt werden.
Dies gilt auch für die Zuordnung einer Durchbruchsicherung
oder die Möglichkeit des Anschlusses unterschiedlicher
Gasleitungen, zum Beispiel für verschiedene Gase. Diese
separate, vom Gasspülstein lösbare Baueinheit kann schließ
lich auch dazu genutzt werden, ein Manometer aufzunehmen,
um den Gasdruck zu messen.
Die mechanische Verankerung des Gasanschlußstutzens im
keramischen Matrixmaterial kann auf unterschiedliche
Art
und Weise erfolgen.
Nach einer ersten Ausführungsform wird vorgeschlagen,
zumindest den gasauslaßseitigen Abschnitt des Gasanschluß
stutzens beim Gießen des Gasspülsteins mit einzusetzen.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der entsprechende Abschnitt
des Stutzens außenseitig Armierungselemente aufweist,
die die mechanische Verankerung zwischen dem Stutzen und
der Keramik des Spülsteins verbessern. Ebenso kann die
Festlegung des Stutzens dadurch begünstigt werden, daß
er am oberen Endabschnitt Löcher aufweist, die beim Gießen
vom Matrixmaterial durchdrungen werden.
Bei einem gepreßten Gasspülstein wird man vorzugsweise
am fertigen Produkt eine ringförmige bodenseitige Nut
einbringen und den entsprechenden zylinderförmigen Abschnitt
des Gasanschlußstutzens später in dieser Nut einmörteln.
Auch hier sind Armierungselemente zur Verbesserung der
Verankerung von Vorteil.
Insbesondere, wenn der Windkasten direkt mit ausgebildet
werden soll, sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor,
den Gasanschlußstutzen am unteren Abschnitt verjüngt auszu
bilden und die Anschlußeinrichtung am freien Ende dieses
verjüngten Abschnittes vorzusehen.
Nach einer Ausführungsform wird ein Gasanschlußstutzen
verwendet, der an
einem im Matrixmaterial verlaufenden Ende von einer Platte abge
deckt ist, die Öffnungen aufweist, in deren Verlängerung
der gaspermeable Abschnitt des Gasspülsteins verläuft.
Im Abstand unterhalb dieser Platte, aber noch innerhalb
des Matrixmaterials des Gasspülsteins, wird der Gasanschluß
stutzen mit einem verjüngten Querschnitt ausgebildet und
dieser Abschnitt steht nach unten über den Boden des kera
mischen Körpers vor.
Selbstverständlich ermöglicht auch diese Ausführungsform
den Anschluß eines getrennten Windkastens mit den vorstehend
genannten Einrichtungen, sofern dies gewünscht wird.
Die Einrichtung zum gasdichten Anschluß an den Windkasten
(die Gasverteilkammer) und/oder eine Gaszuführleitung
kann dann beispielsweise aus einem Gewinde oder einem
Bajonettverschluß bestehen. Ebenso ist es aber auch möglich,
den Gasanschlußstutzen endseitig mit einem Flansch auszu
bilden, der zusammen mit einem Flansch des benachbarten
Bauteils zu einer üblichen Flanschverbindung führt.
Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß mit Hilfe eines
einfachen, insbesondere metallischen Gasanschlußstutzens,
der zumindest teilweise im keramischen Matrixmaterial
des Spülsteins festgelegt wird, eine universelle Anschluß
möglichkeit für Gaszuführleitungen, Gasverteilkammern
(mit oder ohne Zusatzeinrichtungen) und/oder Ausziehvor
richtungen geschaffen wird. Der Gasanschlußstutzen ist
nicht nur einfach aufgebaut, sondern auch leicht zu positio
nieren. Umbauten am Gasspülstein sind nicht notwendig.
Eine Blechummantelung kann entfallen.
Der Gasspülstein kann mit gerichteter oder ungerichteter
Porosität ausgebildet sein. Im Fall ungerichteter Porosität
wird er vorzugsweise zweiteilig gestaltet, wobei der poröse
Abschnitt innen angeordnet wird und von einem dichten
keramischen Material umgeben ist.
Schließlich ermöglicht es die beschriebene Gestaltung
des Gasspülsteins auch, diesen gemeinsam mit einem zugehöri
gen Lochstein vorzukonfektionieren und - nach Verschleiß -
gemeinsam wieder zu entnehmen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merk
malen der Unteransprüchen sowie den sonstigen Anmeldungs
unterlagen.
Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft anhand ver
schiedener Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigen
- jeweils in stark schematisierter Darstellung -
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungs
form eines Gasspülsteins,
Fig. 2 den Gasspülstein nach Fig. 1 mit angeschlossenem
Windkasten,
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform des Gasspülsteins
im Längsschnitt.
In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile
mit gleichen Bezugsziffern dargestellt.
Der keramische Körper des Gasspülsteins gemäß Fig. 1
trägt das Bezugszeichen 10.
Es handelt sich um einen Gasspülstein mit sogenannter
gerichteter Porosität. Die Gaskanäle 12 verlaufen im Abstand
zueinander vertikal vom Boden 14 zur Stirnfläche 16 des
keramischen Körpers 10, und zwar hier, wie dargestellt,
lediglich etwa in der Mitte.
Ein zylindrischer Gasanschlußstutzen 18 erstreckt sich
um die Gaskanäle 12 herum in das feuerfeste keramische
Matrixmaterial 20 des Körpers 10 und ist dort eingegossen.
Zur besseren Verankerung im Matrixmaterial 20 weist der
obere Abschnitt 18a des Stutzens 18 außenseitig Armierungs
anker 22 auf.
Nach unten steht der Stutzen 18 über den Boden 14 ein
Stück vor. Dabei ist der überstehende untere Abschnitt
18b des Stutzens 18 mit einem Außengewinde 24 ausgebildet.
Eine Blechummantelung des keramischen Körpers 10 zur Aus
bildung eines Gasanschlußstutzens und/oder einer Gasver
teilkammer ist demzufolge bei dieser Ausführungsform nicht
notwendig.
Vielmehr kann der Raum 26 innerhalb des unteren Abschnittes
18b des Stutzens 18 als Gasverteilkammer genutzt werden,
wobei über das Außengewinde 24 ein Gaszuführrohr anschließ
bar ist.
Bei dieser Ausführungsform kann der Stutzen 18 an seinem
unteren freien Ende auch ein verjüngtes Anschlußstück
aufweisen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist und später
noch erläutert wird.
Vor allen Dingen ermöglicht die Ausführungsform nach Fig.
1 aber auch den Anschluß eines - unabhängigen - Gasverteil
raumes, gegebenenfalls mit weiteren Zusatzeinrichtungen,
wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt.
Dabei ist ein im wesentlichen zylinderförmiger metallischer
Körper 28, der an seinem oberen Ende ein Innengewinde
30 aufweist, mit dem Außengewinde 24 des Stutzens
18 gasdicht verbunden.
Ausgehend vom Innengewinde 30 verläuft der Körper 28 zunächst
zylinderförmig und erweitert sich dann - im Querschnitt
trapezförmig (Teil 28a) - bevor sich ein weiterer, ver
jüngter zylinderförmiger Abschnitt 28b anschließt, der
an seinem freien Ende einen Teil eines (nicht dargestellten)
Bajonettverschlusses aufweist, an den ein (nicht dargestell
tes) Gaszuführungsrohr anschließbar ist.
Durch den Körper 28 wird eine Gasverteilkammer 26 ausge
bildet. Der Körper 28, der auch als Windkasten bezeichnet
werden kann, ist also - entgegen bekannten Ausführungsfor
men - als selbständiges, vom Gasspülstein
lösbares Bauteil
gestaltet. Dies ermöglicht es, den Windkasten 28 werkseitig
an einen Gasspülstein der beschriebenen Art anzuschließen,
wobei die konkrete Ausbildung des Windkastens an die ört
lichen Gegebenheiten angepaßt werden kann. Auch hierin
liegt ein ganz wesentlicher Vorteil der beschriebenen
Gestaltung des Gasspülsteins.
Wie sich Fig. 2 weiter entnehmen läßt, ist im Bereich
des Abschnittes 28a ein Thermoelement 32 angeschlossen,
mit dem die Temperatur des zugeführten Gases gemessen
werden kann.
Im Teil 28b ist darüber hinaus eine Heizeinrichtung 34
angeordnet, mit der das Behandlungsgas vorgewärmt werden
kann.
Ebenso wäre es möglich, innerhalb des Körpers 28 ein Mano
meter anzuordnen, um den Gasdruck zu bestimmen.
Dabei können die genannten Zusatzeinrichtungen stationär
im Körper 28 konfektioniert werden, weil der Windkasten 28
wiederverwendbar ist.
Nach Verschleiß des Gasspülsteins wird der Windkasten
28 vom Gasanschlußstutzen 18 abgeschraubt und - nach Ein
setzen eines neuen Gasspülsteins - auf dessen Gasanschluß
stutzen wieder aufgesetzt.
Der Windkasten 28 kann dabei Bestandteil einer Durchbruch
sicherung sein, deren Bauart in der DE 38 30 871 C1 be
schrieben ist. Selbstverständlich ist es auch möglich,
anstelle des Körpers 28 die genannte Durchbruchsicherung
an den Gasanschlußstutzen 18 anzuschließen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Windkasten
28 auch mit mehreren Gaszuführleitungen bestückt werden
kann, so daß auch unterschiedliche Gase und/oder Gas-/Fest
stoffgemische zugeführt werden können.
Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich ledig
lich in zwei Merkmalen von der Ausführungsform nach Fig. 1.
Zum einen ist das freie untere Ende des Stutzens 18 ver
jüngt ausgebildet, wodurch eine separate Gasverteilkammer
26 entsteht. Zum anderen ist der obere Abschnitt 18b des
Stutzens 18 nicht in das keramische Matrixmaterial 20
eingegossen, sondern in eine korrespondierende Ringnut
eingesetzt und dort über einen Mörtel 36 festgelegt. Die
Ringnut 35 kann nach Herstellung des keramischen Körpers
10 beispielsweise ausgefräst werden.
Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 bis 3
zeigen kegelstumpfförmige Gasspülsteine.
Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß das freie untere
Ende des Gasanschlußstutzens 18 auch als Adapter zum An
schluß einer Ausziehvorrichtung für den Gasspülstein genutzt
werden kann, wenn der Spülstein aus einem zugehörigen
Lochstein oder dem Boden eines metallurgischen Gefäßes
nach Verschleiß herausgezogen werden soll.
Durch die sichere und feste Verankerung des Stutzens 18
im Matrixmaterial 20 können hohe Kräfte in den Spülstein
übertragen werden, wodurch es möglich wird, vorkonfektio
nierte Baueinheiten von Spülstein und Lochstein gleichzeitig
herauszuziehen.
Claims (11)
1. Gasspülstein für metallurgische Gefäße mit einem im
wesentlichen zylinderförmigen, über den Boden (14) des
keramischen Körpers (10) des Gasspülsteins nach unten
vorstehenden Gasanschlußstutzen (18), der sich in Richtung
auf die Stirnfläche (16) des Gasspülsteins in dessen
Matrixmaterial (20) hinein erstreckt und mit seinem gasauslaßseitigen
Endabschnitt (18a) an einen gasdurchlässigen
Abschnitt (12) des Gasspülsteins anschließt,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1.1 der Gasanschlußstutzen (18) zwischen dem Boden (14) und dem gasauslaßseitigen Endabschnitt (18a) vollständig im keramischen Matrixmaterial (10) des Gasspülsteins einliegt und
- 1.2 an seinem gaseinlaßseitigen Ende (18b) eine Einrichtung (24) zum gasdichten Anschluß an eine Gasverteilkammer (28) oder eine Gaszuführleitung aufweist.
2. Gasspülstein nach Anspruch 1, bei dem der nach unten
vorstehende Abschnitt (18b) des Gasanschlußstutzens (18)
am freien Ende mit einem verjüngten Querschnitt ausgebildet
ist.
3. Gasspülstein nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zumindest
der gasauslaßseitige Abschnitt (18a) des Gasanschlußstutzens
(18) im Matrixmaterial (20) des keramischen
Körpers (10) des Gasspülsteins eingegossen ist.
4. Gasspülstein nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zumindest
der gasauslaßseitige Abschnitt (18a) des Gasanschlußstutzens
(18) in einer korrespondierenden Nut (35), die
sich vom Boden (14) in das Matrixmaterial (20) erstreckt,
über einen Mörtel (36) festgelegt ist.
5. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem
der Gasanschlußstutzen (18) an seinem, im Matrixmaterial
(20) verlaufenden Ende von einer Platte abgedeckt
ist, die Öffnungen aufweist, in deren Verlängerung Gaskanäle
(12) bis zur Stirnfläche (16) des keramischen Körpers
(10) verlaufen.
6. Gasspülstein nach Anspruch 5, bei dem der Gasanschlußstutzen
(18) im Abstand unterhalb der Platte, aber
noch innerhalb des Matrixmaterials (20) mit einem verjüngten
Querschnitt ausgebildet ist und dieser
Abschnitt nach unten über den Boden (14) vorsteht.
7. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem
die Einrichtung (24) aus einem Gewinde besteht.
8. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem
die Einrichtung aus einem Bajonettverschluß besteht.
9. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem
die Einrichtung aus einem Flansch einer Flanschverbindung
besteht.
10. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem
der im Matrixmaterial (20) verlaufende Abschnitt des
Gasanschlußstutzens (18) außenseitig im Matrixmaterial
(20) festgelegte Armierungsanker (22) aufweist.
11. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem
der im Matrixmaterial (20) verlaufende Abschnitt des
Gasanschlußstutzens (18) Durchbrechungen aufweist, die
mit dem Matrixmaterial verfüllt sind.
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