EP0105868B1 - Metallurgischer Ofen oder metallurgisches Gefäss - Google Patents

Metallurgischer Ofen oder metallurgisches Gefäss Download PDF

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EP0105868B1
EP0105868B1 EP83890171A EP83890171A EP0105868B1 EP 0105868 B1 EP0105868 B1 EP 0105868B1 EP 83890171 A EP83890171 A EP 83890171A EP 83890171 A EP83890171 A EP 83890171A EP 0105868 B1 EP0105868 B1 EP 0105868B1
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EP
European Patent Office
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metallurgical
furnace
gas
pipe
vessel
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EP83890171A
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English (en)
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Inventor
Bernd Dipl.-Ing. Dr. Grabner
Hans Dipl.-Ing. Höffgen
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Osterreichisch Amerikanische Magnesit AG
Original Assignee
Osterreichisch Amerikanische Magnesit AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B22D1/002—Treatment with gases
    • B22D1/005—Injection assemblies therefor

Definitions

  • the invention relates to a metallurgical furnace or a metallurgical vessel for treating molten metals with at least one gas purging plug arranged in its refractory lining, in particular in the base.
  • gas purging stones which are generally referred to as gas purging stones, are being used to an increasing extent for blowing various gases into metallurgical furnaces and vessels through their linings for the treatment of metals or metal melts.
  • gas purging plugs are mostly arranged in the floor, particularly in converters for fresh iron, in pig iron pans, ladles and tundish when continuously casting steel, but can be found in all these units and also in other metallurgical furnaces and vessels, e.g. Arc furnaces can also be installed in the lining of the side walls.
  • the gas purging plugs should above all meet the condition that their durability is not less than that of the refractory lining in their vicinity in the furnace or vessel in question, so that downtimes due to premature wear of such gas purging plugs are avoided or at least kept as low as possible can be.
  • the present invention is concerned with the second possibility.
  • gas purging plugs which are usually arranged in a perforated brick.
  • a gas purging plug encased in sheet metal is known on its side walls and on its bottom surface, the purging stone floor, through the interior of which metal plates extend and at its end remote from the inside of the furnace or the vessel, which forms the paving stone floor, and a gas supply pipe for the passage of gas through the gas purging plug into the metal melt to be treated, to this gas supply pipe a spiral pipe for supplying the purge gas is connected, the gas supply pipe and the spiral pipe being embedded in a refractory sintered material (FR-OS 24 51 945).
  • the spiral tube is intended to serve to melt metal that has entered the interior of the gas purging stone as a result of wear or cracks and / or as a result of an at least partial destruction of the sheet metal jacket at the hot end of the gas purging stone or into and between them and the perforated stone is to solidify and thereby prevent further flow out of the metallurgical furnace or vessel.
  • a known gas purging plug has the main disadvantage that it is not interchangeable and therefore interruptions in the operation of the furnace or vessel are required, since this stone is subject to faster wear than the lining in its immediate vicinity despite the measures mentioned.
  • the invention now aims to provide a safety system for metallurgical furnaces and vessels, which practically prevents all possibilities of metal melts breaking through a gas purging plug and also enables such a gas purging plug to be replaced at any time. It has been found that this can be achieved if the gas purging plug is installed in a special manner together with a block of refractory material in a refractory lining and the pipeline for supplying the treatment gas for the molten metal to the gas purging plug is specially designed.
  • the invention relates to a metallurgical furnace or a metallurgical vessel for treating molten metals with at least one gas purging plug arranged in its refractory lining, in particular in the base, which is resting on a securing block at its end remote from the interior of the furnace or the interior of the vessel, which forms the bottom of the sink and a gas supply pipe and a spiral pipe connected thereto for supplying the purge gas, and
  • this furnace or vessel is characterized in that the gas purging plug is inserted with its purging plug base into a recess of a fuse block made of refractory material that completely surrounds it, and as a spiral Pipe has a pipe system which is formed by a double, partially vertical pipe coil and is embedded in the fuse block.
  • the gas purging plug is fastened with its purging plug base in the recess of the fuse block, forming a labyrinth seal with refractory mortar or putty.
  • This will surely prevent a further breakthrough of molten metal that has penetrated between the gas purging plug and the refractory lining immediately surrounding it - in general, it is advisable to arrange the gas purging plug in a perforated brick - or between the gas purging plug and a sheet metal sheathing that possibly envelops it. If molten metal should get into the gas supply pipe, it must rise in the double, partly vertical pipe coil, when it gets into its vertical parts, and it will then solidify.
  • the solidification of the molten metal can be promoted by building the pipe system from a highly thermally conductive material. It is particularly favorable if the material of the pipe system has a lower melting point than the metal treated in the furnace or vessel. Furthermore, it is also possible to reduce the pipe diameter of the double coil without having to fear a lower gas supply through the gas purging plug into the metal melt than with a supply line consisting of a single pipe.
  • connection between the gas supply pipe of the gas purging plug and the pipe system can be done in any conventional way for such purposes, e.g. by means of a threaded or plug-in coupling.
  • high-alumina materials magnesia, magnesia chrome ore, olivine, zirconium silicate, etc. are used as refractory materials for the construction of the fuse block. into consideration.
  • FIG. 1 shows a partial sectional view of a frustoconical gas purging plug arranged in a perforated brick
  • FIG. 2 also shows a cuboidal gas purging plug only in a diagrammatic view and partially in section with the associated securing block.
  • the perforated brick denoted by 1 in FIG. 1 has in its center a conical recess 4 which is continuous from its hot stone end 2, i.e. from the stone surface facing the inside of the furnace or container, to its cold stone end 3, which is against the cold stone end 3 too expanded.
  • the perforated brick 1 can e.g. be arranged in the bottom or the side wall of a pig iron pan, a ladle, an intermediate vessel for the continuous casting of steel, a converter, an electric arc furnace or a vessel for the treatment of non-ferrous metals, such as an aluminum melting furnace.
  • the type of support of the perforated brick 1 in the floor or in the side wall of a refractory lining is not shown, since it is of no importance for the present invention.
  • the perforated brick 1 can be easily replaced in the lining.
  • a gas purging plug 5 of truncated cone shape which, in addition to numerous randomly distributed pores 6, has so-called directed pores 7 which extend in the longitudinal direction of the stone and are used to pass treatment gases into the molten metal.
  • This gas purging stone 5 is provided on its wide stone end 8, which represents the cold stone end lying on the outside of the furnace or vessel, with a sheet metal casing 9, which covers the lower part of its conical surface and its bottom surface, that is to say the purging stone floor 10.
  • the gas puddle 5 is inserted with its sink base 10 into a recess 11 of a fuse block 12 made of refractory material, which recess encompasses it completely and has a circular cross section, and e.g. anchored with a refractory mortar or putty to form a labyrinth seal.
  • the fuse block 12 has a cylindrical shape, but can also have another suitable shape and e.g. be cuboid.
  • the securing block 12 in turn is inserted in the perforated brick 1 in its recess 4 at the cold brick end 3, the recess 4 being expanded accordingly for this purpose.
  • the sheet metal casing 9 in the sink base 10 is provided with a gas supply pipe 13 which e.g. by means of a thread or a plug-in coupling with a double, partially vertical pipe system 14 for supplying gas to the gas purging plug 5 and through this into the metal melt to be treated.
  • a gas supply pipe 13 which e.g. by means of a thread or a plug-in coupling with a double, partially vertical pipe system 14 for supplying gas to the gas purging plug 5 and through this into the metal melt to be treated.
  • the same reference numerals are used for the same parts as in FIG. 1, and for reasons of simplicity, the perforated brick has also been omitted.
  • the gas purging plug 5 is cuboid and accordingly the recess 11 of the fuse block 12 receiving it is rectangular.
  • the fuse block 12 is also cuboid in this case.
  • the gas purging stone 5 is a stone with directed porosity, which has a sheet metal casing 9 only on its cold stone end 8 and on the purging stone floor 10.
  • the sheet metal casing can completely cover one or more of their side surfaces or can be practically only on the sink base and possibly only comprise a small part of the second side surface adjoining the base surface with a clamping effect.
  • the construction according to the invention enables gas flushing blocks to be used for a longer period of time and furthermore also allows a gas flushing block and an associated securing block to be replaced quickly.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen metallurgischen Ofen oder ein metallurgisches Gefäß zur Behandlung von Metallschmelzen mit mindestens einem in seiner feuerfesten Auskleidung, insbesondere im Boden, angeordneten Gasspülstein.
  • In neuerer Zeit werden in immer größerem Umfang feuerfeste, gasdurchlässige Formkörper, die allgemein als Gasspülsteine bezeichnet werden, zum Einblasen verschiedener Gase in metallurgische Öfen und Gefäße durch deren Auskleidung hindurch zur Behandlung von Metallen bzw. Metallschmelzen verwendet. Diese Gasspülsteine werden insbesondere in Konvertern zum Frischen von Roheisen, in Roheisenpfannen, Gießpfannen und Zwischengefäßen (Tundish) beim Stranggießen von Stahl meist im Boden angeordnet, können jedoch in allen diesen Aggregaten und ebenso in anderen metallurgischen Öfen und Gefäßen, z.B. Lichtbogenöfen, auch in die Auskleidung der Seitenwände eingebaut werden. In allen diesen Fällen sollen die Gasspülsteine vor allem die Bedingung erfüllen, daß ihre Haltbarkeit nicht geringer ist als die der feuerfesten Auskleidung in ihrer Umgebung in dem betreffenden Ofen bzw. Gefäß, damit Stillstandszeiten durch einen vorzeitigen Verschleiß von solchen Gasspülsteinen vermieden oder zumindest möglichst gering gehalten werden können. Für die Erfüllung dieser Bedingung stehen prinzipiell zwei Möglichkeiten zur Verfügung. Die eine besteht in einer Verbesserung der Eigenschaften des für den Aufbau der Gasspülsteine verwendeten feuerfesten Materials, die zweite in einer Verbesserung des konstruktiven Aufbaus diser Steine. Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der zweiten Möglichkeit.
  • Es ist bereits auf verschiedene Weise versucht worden, die Haltbarkeit von Gasspülsteinen, die gewöhnlich in einem Lochstein angeordnet sind, zu verbessern. So ist beispielsweise ein an seinen Seitenwänden und auf seiner Bodenfläche, dem Spülsteinboden, mit Blech ummantelter Gasspülstein bekannt, durch dessen Inneres sich Metallplatten erstrecken und bei dem an seinem vom Ofeninneren bzw. Gefäßinneren abliegenden Ende, das den Spülsteinboden bildet und ein Gaszuführungsrohr für das Durchleiten von Gas durch den Gasspülstein in die zu behandelnde Metallschmelze aufweist, an dieses Gaszuführungsrohr ein spiralförmiges Rohr zur Zuführung des Spülgases angeschlossen ist, wobei das Gaszuführungsrohr und das spiralförmige Rohr un einem feuerfesten Sintermaterial eingebettet sind (FR-OS 24 51 945). Das spiralförmige Rohr soll bei dieser Konstruktion dazu dienen, Metallschmelze, die infolge des Verschleißes oder von Rissen des Gasspülsteines in dessen Inneres eingedrungen ist und/oder infolge einer zumindest teilweisen Zerstörung des Blechmantels am heißen Ende des Gasspülsteines in disen oder zwischen diesen und den Lochstein gelangt ist, zum Erstarren zu bringen und dadurch an einem weiteren Ausfließen aus dem metallurgischen Ofen oder Gefäß zu hindern. Ein solcher bekannter Gasspülstein hat aber vor allem den Nachteil, daß er nicht aus wechselbar ist und dadurch Unterbrechungen des Betriebes des Ofens oder Gefäßes erforderlich werden, da dieser Stein trotz der angeführten Maßnahmen einem rascheren Verschleiß unterliegt als die Auskleidung in seiner nächsten Umgebung.
  • Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Sicherungssystem für metallurgische Öfen und Gefäße zu schaffen, das praktisch alle Möglichkeiten eines Durchbrechens von Metallschmelzen durch einen Gasspülstein verhindert und ferner jederzeit ein einfaches Auswechseln eines solchen Gasspülsteines ermöglicht. Es wurde gefunden, daß dies dann gelingt, wenn man den Gasspülstein auf besondere Weise zusammen mit einem Block aus feuerfestem Material in eine feuerfeste Auskleidung einbaut und ferner die Rohrleitung für die Zuführung des Behandlungsgases für die Metallschmelze zum Gasspülstein auf besondere Weise ausbildet. Demnach betrifft die Erfindung einen metallurgischen Ofen oder ein metallurgisches Gefäß zur Behandlung von Metallschmelzen mit mindestens einem in seiner feuerfesten Auskleidung, insbesondere im Boden, angeordneten Gasspülstein, der an seinem vom Ofeninneren bzw. Gefäßinneren abliegenden Ende, das den Spülsteinboden bildet, auf einem Sicherungsblock aufruht und ein Gaszuführungsrohr und ein mit diesem verbundenes spiralförmiges Rohr zur Zuführung des Spülgases aufweist, und dieser Ofen bzw. dieses Gefäß ist dadurch gekennzeichnet, daß der Gasspülstein mit seinem Spülsteinboden in eine diesen zur Gänze umschließende Ausnehmung eines Sicherungsblockes aus feuerfestem Material eingesetzt ist und als spiralförmiges Rohr ein Rohrsystem aufweist, das von einer doppelten, teilweise vertikal verlaufenden Rohrschlange gebildet und im Sicherungsblock eingebettet ist.
  • Gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform ist der Gasspülstein mit seinem Spülsteinboden in der Ausnehmung des Sicherungsblockes unter Bildung einer Labyrinthdichtung mit feuerfestem Mörtel oder Kitt befestigt. Dadurch wird mit Sicherheit ein weitergehender Durchbruch von Metallschmelze, die zwischen dem Gasspülstein und der ihn unmittelbar umgebenden feuerfesten Auskleidung - im allgemeinen ist es zweckmäßig, den Gasspülstein in einem Lochstein anzuordnen - oder zwischen dem Gasspülstein und einer diesen gegebenenfalls umhüllende Blechummantelung eingedrungen ist, verhindert. Wenn Metallschmelze in das Gaszuführungsrohr gelangen sollte, muß sie in der doppelten, teilweise vertikal verlaufenden Rohrschlange, wenn sie in deren vertikale Teile gelangt, in diesen nach oben steigen, und sie wird dann erstarren. Das Erstarren der Metallschmelze kann dabei noch dadurch gefördert werden, daß man das Rohrsystem aus einem hochwärmeleitfähigen Material aufbaut. Besonders günstig ist es, wenn das Material des Rohrsystems einen tieferen Schmelzpunkt als das in dem Ofen oder Gefäß behandelte Metall hat. Ferner ist es auch möglich, den Rohrdurchmesser der doppelten Rohrschlange zu verringern, ohne dadurch eine geringere Gaszufuhr durch den Gasspülstein in die Metallschmelze befürchten zu müssen als bei einer aus einem einfachen Rohr bestehenden Zuleitung.
  • Die Verbindung zwischen dem Gaszuführungsrohr des Gasspülsteines und dem Rohrsystem kann auf jede für solche Zwecke übliche Weise, z.B. mittels einer Gewinde- oder Steckkupplung, erfolgen.
  • Als feuerfeste Materialien für den Aufbau des Sicherungsblockes kommen insbesondere hochtonerdehaltige Stoffe, Magnesia, Magnesia-Chromerz, Olivin, Zirkonsilikat u.a. in Betracht.
  • Abschließend kann noch erwähnt werden, daß als Gasspülsteine im Rahmen der Erfindung entweder Steine mit normaler erhöhter Porosität oder aber Steine mit einer sogenannten gerichteten Porosität, das heißt Steine, in welchen sich eine Anzahl von Poren in einer gewünschten Richtung durchgehend durch den gesamten Stein erstreckt, verwendet werden können. Zum Erreichen hoher Haltbarkeiten haben sich Steine mit gerichteter Porosität als besonders günstig erwiesen.
  • Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in welchen zwei Ausführungsformen für Gasspülsteine und deren Einbau in einen Sicherungsblock dargestellt sind. Dabei zeigt Fig. 1 in schaubildlicher Ansicht im Teilschnitt einen in einem Lochstein angeordneten kegelstumpfförmig ausgebildeten Gasspülstein, und in Fig. 2 ist gleichfalls in schaubildlicher Ansicht und teilweise geschnitten ein quaderförmiger Gasspülstein nur mit dem zugehörigen Sicherungsblock dargestellt.
  • Der in Fig. 1 mit 1 bezeichnete Lochstein weist in seiner Mitte eine von seinem heißen Steinende 2, also von der dem Ofen- bzw. Behälterinneren zugewandten Steinfläche, bis zu seinem kalten Steinende 3 durchgehende, konisch ausgebildete Ausnehmung 4 auf, die sich gegen das kalte Steinende 3 zu erweitert. Der Lochstein 1 kann z.B. im Boden oder der Seitenwand einer Roheisenpfanne, einer Gießpfanne, eines Zwischengefäßes beim Stranggießen von Stahl, eines Konverters, eines Lichtbogenofens oder eines Gefäßes zur Behandlung von Nichteisenmetallen, wie eines Aluminiumschmelzofens, angeordnet sein. Die Art der Abstützung des Lochsteins 1 im Boden oder in der Seitenwand einer feuerfesten Auskleidung ist nicht dargestellt, da sie für die vorliegende Erfindung ohne Belang ist. Gewünschtenfalls kann der Lochstein 1 in der Auskleidung leicht auswechselbar eingebaut sein. In der Ausnehmung 4 des Lochsteins 1 befindet sich ein Gasspülstein 5 von Kegelstumpfform, der neben zahlreichen regellos verteilten Poren 6 sogenannte gerichtete Poren 7, die sich in der Steinlängsrichtung erstrecken und zum Durchleiten von Behandlungsgasen in die Metallschmelze dienen, aufweist. Dieser Gasspülstein 5 ist an seinem breiten Steinende 8, welches das an der Außenseite des Ofens bzw. Gefäßes liegende kalte Steinende darstellt, mit einer Blechummantelung 9 versehen, die den unteren Teil seiner Kegelfläche und seine Bodenfläche, das heißt den Spülsteinboden 10, bedeckt.
  • Der Gasspütstein 5 ist mit seinem Spülsteinboden 10 in eine diesen zur Gänze umfassende, im Querschnitt kreisförmige Ausnehmung 11 eines Sicherungsblockes 12 aus feuerfestem Material eingesetzt und z.B. mit Hilfe eines feuerfesten Mörtels oder Kittes unter Bildung einer Labyrinthdichtung verankert. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Sicherungsblock 12 zylindrische Form, kann jedoch auch eine andere geeignete Form haben und z.B. quaderförmig ausgebildet sein. Der Sicherungsblock 12 seinerseits ist im Lochstein 1 in dessen Ausnehmung 4 am kalten Steinende 3 eingesetzt, wobei die Ausnehmung 4 zu diesem Zweck entsprechend erweitert ist.
  • Die Blechummantelung 9 im Spülsteinboden 10 ist mit einem Gaszuführungsrohr 13 versehen, das z.B. mit Hilfe eines Gewindes oder einer Steckkupplung mit einem doppelten, teilweise vertikal verlaufenden Rohrsystem 14 zur Zuführung von Gas zum Gasspülstein 5 und durch diesen hindurch in die zu behandelnde Metallschmelze verbunden ist.
  • Bei Betrachtung von Fig. 1 ist es verständlich, daß ein Durchbruch von Metallschmelze zwischen der Blechummantelung 9 des Gasspülsteines 5 und dem Lochstein 1 oder auch zwischen der Blechummantelung 9 und dem Gasspülstein 5 oder durch den Gasspülstein 5 selbst durch den Sicherungsblock 12 an einer weiteren Ausbreitung gehindert wird und daß ferner eine gegebenenfalls in das Gaszuführungsrohr 13 eindringende Schmelze durch das Rohrsystem 14 in Kürze zum Stehen bzw. Erstarren gebracht werden kann.
  • Bei der in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführungsform sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet, wobei aus Gründen der Einfachheit auch von einer Darstellung des Lochsteines Abstand genommen wurde. Der Unterschied dieser Ausführungsform gegenüber der von Fig. 1 besteht darin, daß der Gasspülstein 5 quaderförmig ausgebildet ist und demnach auch die ihn aufnehmende Ausnehmung 11 des Sicherungsblockes 12 rechteckig ist. Auch der Sicherungsblock 12 ist in diesem Fall quaderförmig. Ebenso wie in Fig. 1 ist der Gasspülstein 5 ein Stein mit gerichteter Porosität, der eine Blechummantelung 9 nur an seinem kalten Steinende 8 und am Spülsteinboden 10 aufweist.
  • Im Rahmen der Erfindung sind hinsichtlich der Ausbildung der Gasspülsteine verschiedene Änderungen möglich. Beispielsweise können diese in ihrem Inneren Metallplatten eingebettet haben, die Blechummantelung kann eine oder mehrere ihrer Seitenflächen zur Gänze bedecken oder aber praktisch nur auf dem Spülsteinboden vorliegen und gegebenenfalls nur ein kleines Stück der an die Bodenfläche angrenzenden zweiten Seitenfläche mit Klemmwirkung umfassen. In allen Fällen ermöglicht die erfindungsgemäße Konstruktion eine längere Brauchbarkeit von Gasspülsteinen und ferner auch ein rasches Auswechseln eines Gasspülsteines und eines zugehörigen Sicherungsblockes.

Claims (4)

1. Metallurgischer Ofen oder metallurgisches Gefäß zur Behandlung von Metallschmelzen mit mindestens einem in seiner feuerfesten Auskleidung, insbesondere im Boden, angeordneten Gasspülstein (5), der an seinem vom Ofeninneren bzw. Gefäßinneren abliegenden Ende (8), das den Spülsteinboden (10) bildet, auf einem Sicherungsblock (12) aufruht und ein Gaszuführungsrohr (13) und ein mit diesem verbundenes spiralförmiges Rohr (14) zur Zuführung des Spülgases aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasspülstein (5) mit seinem Spülsteinboden (10) in eine diesen zur Gänze umschließende Ausnehmung (11) eines Sicherungsblockes (12) aus feuerfestem Material eingesetzt ist und als spiralförmiges Rohr ein Rohrsystem (14) aufweist, das von einer doppelten, teilweise vertikal verlaufenden Rohrschlange gebildet und im Sicherungsblock (12) eingebettet ist.
2. Metallurgischer Ofen oder Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülsteinboden (10) unter Bildung einer Labyrinthdichtung mit feuerfestem Mörtel in der Ausnehmung (11) des Sicherungsblockes (12) befestigt ist.
3. Metallurgischer Ofen oder Gefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem (14) aus einem hochwärmeleitfähigen Material besteht.
4. Metallurgischer Ofen oder Gefäß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Rohrsystems (14) einen tieferen Schmelzpunkt als das in dem Ofen oder Gefäß behandelte Metall hat.
EP83890171A 1982-10-06 1983-09-28 Metallurgischer Ofen oder metallurgisches Gefäss Expired EP0105868B1 (de)

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