DE4121329C2 - Gasspülstein - Google Patents

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.