DE1956012A1 - Fireproof hollow body - Google Patents
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Description
Patentanwalt A Qj 1 Patent attorney A Qj 1
7 Stuttgart N, MenzetetraBe 407 Stuttgart N, MenzetetraBe 40
VEREINIGTE ÖSTERREICHISCHE EISEN- - 6, NOV, 1969UNITED AUSTRIAN IRON - NOV 6, 1969
UUD STAHLWERKE AKTIEFGESEIiSCHAFT in Linz (Österreich)UUD STAHLWERKE AKTIEFGESEIiSCHAFT in Linz (Austria)
Feuerfester HohlkörperRefractory hollow body
Die Erfindung betrifft einen feuerfesten Hohlkör- g per, insbesondere zum Schutz von in schmelzflüssige Medien eintauchenden Sonden oder Lanzen, wie Temperaturmeßlanzen, die eine Innenkühlung aufweisen.The invention relates to a refractory hollow bodies per g, and in particular for the protection of submerged in molten media probes or lances as Temperaturmeßlanzen having an internal cooling.
In der Stahlindustrie werden in zunehmendem Maße Lanzen u. dgl. verwendet, die einen ganz oder teilweise gekühlten Meßteil aufweisen und in schmelzflüssige Bäder eingetaucht werden, um den Fortgang metallurgischer Prozesse zu überwachen. Geräte dieser Art sind z.B. Temperaturmeßlanzen, in deren Meßteil ein Thermoelement in einer Schutzhülle eingeschlossen ist. Die Schutzhülle mit dem Thermoelement muß durch einen feuerfesten Mantel gegen die Einwirkung von Schlacke und Metall geschützt werden, wobei bei Anwendung solcher Tem- t f peraturmeßlanzen in LD-Konvertern u. dgl. eine Haltbarkeit j des Gerätes während einer größeren Anzahl von Chargen anzustreben ist. Vom feuerfesten Schutzmantel einer Meßlanze wird verlangt, daß er gegen die besonderen thermischen Beanspruchungen, die sich durch das hohe Temperaturgefälle von der heißen Außenseite zu der ganz oder teilweise gekühlten Innenseite ergeben, widerstandsfähig ist; daß er dem chemischen Angriff durch flüssige Schlacke und Metall standhält, einen maximalen Grad an Feuerfestigkeit aufweist und eine gute Temperaturwech-8elbeständigkeit beeitzt. Das Temperaturgefälle bei einem sol- ! chen Mantel ist wegen der beschriebenen Temperaturdifferenz zwischen Außenseite und Innenseite und der verhältnismäßig geringen Wandstärke, die ein solcher Mantel haben kann* wesent-In the steel industry, lances and the like are used to an increasing extent, which have a fully or partially cooled measuring part and are immersed in molten baths in order to monitor the progress of metallurgical processes. Devices of this type are, for example, temperature measuring lances, in the measuring part of which a thermocouple is enclosed in a protective cover. The case with the thermocouple must be protected by a refractory shell against the action of slag and metal, wherein, in application of such tempera- t peraturmeßlanzen f in LD converters u. Like. Durability j of the device while a greater number of batches to seek is . The fire-resistant protective jacket of a measuring lance is required to be able to withstand the special thermal stresses that result from the high temperature gradient from the hot outside to the fully or partially cooled inside; that it withstands chemical attack by liquid slag and metal, has a maximum degree of fire resistance and good thermal shock resistance. The temperature gradient at a sol- ! Because of the described temperature difference between the outside and the inside and the relatively small wall thickness that such a jacket can have
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lieh, größer als bei feuerfesten Steinen, die zur Ausmauerung eines Siemens-Martin-Ofens oder eines Konverters verwendet werden; infolge der verhältnismäßig kurzen Verweilzeit der Meßlanze im Bad, z.B. 20 - 25 Minuten während einer Frischcharge, nach der die Meßlanze wieder herausgezogen wird, kann sich auch eine stationäre Temperaturverteilung niemals einstellen. Es ist daher verständlich, daß die Anforderungen, die an den feuerfesten Mantel des Meßteiles einer Lanze gestellt werden, ungleich höher sind als die höchstbeanspruchter Gewölbesteine u. dgl. Es ist bisher nicht gelungen, eine zufriedenstellende Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit von Schutzmänteln für Meßlanzen zu erreichen. Gebrannte basische Steine sind zwar chemisch gut beständig, sie sind jedoch dem plötzlichen Temperaturwechsel beim Eintauchen in hoch erhitzte Metallbäder nicht gewachsen und halten das große Temperaturgefälle nicht aus; sie sind rißanfällig und platzen ab. Graphitsteine, die sdch durch ein Höchstmaß an Temperaturwechselbeständigkeit auszeichnen, haben sich ebenfalls nicht als zufriedenstellend erwiesen, u. zw. wegen des chemischen Angriffes des flüssigen Stahles auf das Graphitmaterial. Eine Haltbarkeit des Schutzmantels über eine Mehrzahl von Chargen war bisher nicht erzielbar.borrowed, larger than the refractory bricks used for the brickwork a Siemens-Martin furnace or a converter can be used; due to the relatively short residence time of the Measuring lance in the bath, e.g. 20 - 25 minutes during a fresh batch, after which the measuring lance is pulled out again even a steady temperature distribution never occurs. It is therefore understandable that the requirements that be placed on the refractory casing of the measuring part of a lance, are much higher than the most highly stressed arched stones and the like, it has not yet been possible to obtain satisfactory durability and resistance of To achieve protective jackets for measuring lances. Fired alkaline stones are chemically well resistant, but they are sudden changes in temperature when immersed in highly heated metal baths cannot cope with the large temperature gradient not from; they are prone to cracking and flake off. Graphite stones, which are characterized by a high degree of thermal shock resistance have also proven to be unsatisfactory, partly because of the chemical attack of the liquid steel on the graphite material. A shelf life of the protective jacket was over a plurality of lots not yet achievable.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten durch Schaffung eines feuerfesten Hohlkörpers, insbesondere zum Schutz von in schmelzflüssige Medien eintauchenden Sonden oder Lanzen, wie Temperaturmeßlanzen j die eine Innenkühlung aufweisen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper aus einer Innenschicht ungesinterter feuerfester Masse und einer dichten, gesinterten Außenschicht gleichen Materials besteht.The invention aims to avoid the disadvantages and difficulties outlined by creating a refractory hollow body, in particular to protect probes or lances, such as temperature measuring lances, that are immersed in molten media j which have internal cooling, and is characterized in that the hollow body consists of an inner layer unsintered refractory mass and a dense, sintered outer layer of the same material.
Die dichte Außenschicht des erfindungsgemäßen Hohlkörpers ist widerstandsfähig gegen chemischen und mechanischen Angriff durch flüssige Schlacke und flüssigen Stahl bis zu Temperaturen von etwa 170O0G und sogar darüber« Die Innenschicht, die ungeeintert ist und die Außenschicht trägt, istThe dense outer layer of the hollow body according to the invention is resistant to chemical and mechanical attack by liquid slag and liquid steel at temperatures up to about 170O 0 G and even above "the inner layer ungeeintert and transmits the outer layer is
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verformungsfähig und kann dadurch den Wärmespannungen, die durch Temperaturwechselbeanspruchungen auftreten, folgen. Auf Grund dieser Verformungsfähigkeit wird das Entstehen von Rissen vermieden. Mit dem erfindungsgemaßen Hohlkörper kann eine Haltbarkeit der Lanze während einer Vielzahl von Frischchargen, z.B. mehr als 10, erreicht werden.deformable and can thereby reduce the thermal stresses that occur due to thermal shock, follow. Because of this deformability, the emergence avoided from cracks. With the hollow body according to the invention, a durability of the lance during a large number of Fresh batches, e.g. more than 10, can be achieved.
Die Dicke der gesinterten Außenschicht soll zur Wandstärke der Innenschicht in einem bestimmten Verhältnis stehen. Die Innenschicht muß auf jeden Fall wesentlich dicker sein als die Außenschicht. Vorzugsweise beträgt die Dicke der gesinterten Außenschicht 1/4 oder weniger der Wandstärke des ^ gesamten Hohlkörpers, insbesondere 1/6 - 1/10 derselben. Im ^ Zusammenhang damit ist es wesentlich, daß die Innenschicht ein gewisses Maß an Porosität aufweist, denn nur dann bleibt sie verformungsfähig und sozusagen als elastischer Träger für die dichte Außenschicht geeignet. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Gesamtporosität des Hohlkörpers 15 20 % beträgt.The thickness of the sintered outer layer should have a certain ratio to the wall thickness of the inner layer. In any case, the inner layer must be considerably thicker than the outer layer. The thickness of the sintered outer layer is preferably 1/4 or less of the wall thickness of the entire hollow body, in particular 1/6 - 1/10 of the same. In connection with this, it is essential that the inner layer has a certain degree of porosity, because only then does it remain deformable and, so to speak, suitable as an elastic carrier for the dense outer layer. The best results are achieved when the total porosity of the hollow body is 15-20 % .
Die Erfindung umfaßt weiters ein Verfahren zur Herstellung des beschriebenen feuerfesten Hohlkörpers, welches darin besteht, daß aus einer körnigen, feuerfesten Masse unter Zugabe von Wasser und Verdichten durch Rütteln ein zylindrischer Formkörper geformt, der Formkörper getrocknet und seine ä Außenschicht be'i einer die Sintertemperatur überschreitenden Temperatur dicht gebrannt wird, während seine Innenseite durch ein Kühlmittel gekühlt wird. Zweckmäßig erfolgt die Trocknung des Formkörpers in zwei Stufen, u. zw. durch Trocknen an Luft bei Raumtemperatur und durch Nachtrocknen bei erhöhter Temperatur im Bereich von 200 - 65O0O, vorzugsweise 400 - 45O0C. Bei der Formgebung können Armierungsstäbe, -drahte oder -netze in den Formkörper eingelegt werden.The invention further comprises a method for producing the refractory hollow body described, which is that formed of a granular refractory material with the addition of water and compacting by vibrating a cylindrical shaped body, drying the shaped body and its ä outer layer be'i a sintering temperature exceeding temperature is tightly burned while its inside is cooled by a coolant. Suitably, the drying is of the shaped body in two stages, u zw by drying in air at room temperature and by post-drying at an elevated temperature in the range of 200 -.. 65O 0 O, preferably 400 - 45O 0 C. In the shaping can reinforcing bars -drahte or nets are inserted into the molded body.
Von Wichtigkeit ist weiters die Körnung der Masse, aus der der Hohlkörper hergestellt wird: Die feuerfeste Masse soll einen Feinanteil mit einer Korngröße bis zu 0,10 mm vonThe grain size of the mass from which the hollow body is made is also important: The refractory mass should have a fine fraction with a grain size of up to 0.10 mm
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25 - 35 f> und einen gröberen Anteil mit einer Korngröße von 2,5 - 5 mm von 30 - 40 f» besitzen.25 - 35 f> and a coarser portion with a grain size of 2.5 - 5 mm from 30 - 40 f » .
In der Zeichnung ist der erfindungsgemäße Hohlkörper sowie das Verfahren zu seiner Herstellung bzw. eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert.In the drawing is the hollow body according to the invention and the process for its production or a device for carrying out the process is explained in more detail.
Fig. 1 zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen feuerfesten Hohlkörper, der den Meßteil einer Temperaturlanze aufnimmt. InFig. 1 shows a vertical longitudinal section through the refractory hollow body according to the invention, which the measuring part a temperature lance. In
Fig. 2 ist eine Vorrichtung für die Herstellung des Hohlkörpers gezeigt.Fig. 2 shows an apparatus for producing the hollow body.
Der erfindungsgemäße Hohlkörper 1 besitzt eine zentrale Bohrung, die etwa im oberen Drittel erweitert ist, d.h. dort einen größeren Durchmesser aufweist, um den Sondenkopf 11 aufzunehmen. Die Sonde besteht aus drei konzentrischen Rohren 7, 8 und 9, wobei im Innenrohr 7 die Ausgleichsleitung, nämlich zwei in einer Hülse 10 eingeschlossene Leiter angeordnet sind, die zur Verbindung der im näeßteil der Einrichtung vorhandenen Thermoelementschenkel nach außen dienen. Das Rohr 8 endigt ein Stück vor dem Sondenkopf. Es stellt ein Leitrohr zur Bildung eines Kühlmittelumlaufes dar. Der Meßteil, der mit dem Sondenkopf verbindbar ist, ist in Fig. 1 allgemein mit 12 bezeichnet. Er besteht aus dem schutzrohr 13, in dem das Thermoelement 14 mit seiner Heißlötstelle 15 eingeschlossen ist und dem das Schutzrohr umhüllenden erfindungsgemäßen Hohlkörper 1, der sich, wenn die Meßlanze in das Bad eingesetzt wird, im Bereich der auf dem Bad 2 schwimmenden Schlackenschicht 3 befindet. In diesem Bereich der Schlackenschicht treten bekanntlich die stärksten Beanspruchungen auf. Nach unten zu ragt aus dem Hohlkörper 1 die Spitze 4 des Meßteiles, in dem sich die Heißlötstelle befindet.The hollow body 1 according to the invention has a central one Bore that is widened approximately in the upper third, i.e. has a larger diameter there, around the probe head 11 to include. The probe consists of three concentric tubes 7, 8 and 9, with the compensating line in the inner tube 7, namely two enclosed in a sleeve 10 conductors are arranged, which are used to connect the in the wet part of the device existing thermocouple legs serve to the outside. The tube 8 ends a bit in front of the probe head. It represents a guide scope to form a coolant circulation. The measuring part, which can be connected to the probe head, is indicated generally at 12 in FIG designated. It consists of the protective tube 13 in which the thermocouple 14 is enclosed with its hot solder joint 15 and the hollow body 1 according to the invention enveloping the protective tube, which, when the measuring lance is inserted into the bath, is located in the area of the slag layer 3 floating on the bath 2. It is known that the greatest stresses occur in this area of the slag layer. Sticking out to the bottom the hollow body 1, the tip 4 of the measuring part in which the hot soldering point is located.
Der Hohlkörper 1 besteht, wie ersichtlich-, aus einer Innenschicht 5, die aus ungesinterter, feuerfester,gekörnter Masse besteht, und aus der dichten gesinterten Außenschicht 6 aus gleiche- Material. Als feuerfeste Masse eignet sich eineAs can be seen, the hollow body 1 consists of a Inner layer 5, made of unsintered, refractory, grained Composed of mass, and of the dense sintered outer layer 6 made of the same material. A suitable refractory mass is
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basische Stampfmasse mit vorzugsweise folgender Zusammensetzung: basic rammed earth with preferably the following composition:
Das Schüttgewicht einer solchen Masse beträgt z.B. 1,85 g/cm .The bulk density of such a mass is, for example, 1.85 g / cm.
Die Herstellung des Hohlkörpers erfolgt in der Weise, daß die Masse nach Zugabe von 5-7 Gew.-fo Wasser unter leichtem Rütteln in eine Form gefüllt und in dieser durch weiteres, stärkeres Rütteln verdichtet wird. In die Form kann ein aus Stahldraht gefertigter Armierungskörper eingebracht sein. Der Hohlkörper wird zunächst bei Raumtemperatur 24 Stunden in der : g Form und anschließend außerhalb der Form 48 Stunden vorgetrocknet. Dann wird bei Temperaturen von etwa 450 G eine weitere Trocknung während etwa 48 Stunden vorgenommen, bei der der Hohlkörper im Ofen aufgehängt ist." Nach diesen beiden Trockenprozessen weist der Hohlkörper folgende Eigenschaften auf; Raumgewicht im Mittel 2,848 g/cmThe production of the hollow body is carried out such that the mass after the addition of 5-7 wt. -Fo water under gentle agitation filled into a mold and is compacted therein by another, stronger vibration. A reinforcement body made of steel wire can be introduced into the mold. The hollow body is predried first at room temperature for 24 hours in the : g mold and then outside the mold for 48 hours. A further drying process is then carried out at temperatures of around 450 G for around 48 hours, during which the hollow body is suspended in the oven. "After these two drying processes, the hollow body has the following properties: density on average 2.848 g / cm
Spez. Gewicht " 3,320 g/cm5 Specific Weight "3.320 g / cm 5
Gesamtporositat " 14,22 9bTotal porosity "14.22 9b
Offene Porosität " 11,02 fo. Open Porosity "11.02 fo.
Die Herstellung der dichten gesinterten Außenschicht erfolgt durch Brennen des Hohlkörpers bei einer Temperatur von etwa 16000C während etwa zwei Stunden. Hierzu kann die Einrichtung nach Fig. 2 verwendet werden. Der vorgetrocknete Hohlkörper 1The dense sintered outer layer is produced by firing the hollow body at a temperature of about 1600 ° C. for about two hours. The device according to FIG. 2 can be used for this purpose. The pre-dried hollow body 1
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wird an einem wassergekühlten Träger 16 aufgehängt, dessen Gestalt der Innenkontur des Hohlkörpers entspricht, und in die Brennkammer 17 eines Ofens 18 eingebracht. Die Brennkammer ist durch den Deckel 19 abgedeckt. Durch Pfeile ist die Wasserzu- und abführung angedeutet. Während des Sinterns der Außenschicht wird die Innenseite des Hohlkörpers fortlaufend gekühlt. Statt Wasser kann auch Luft als Kühlmittel verwendet werden. Die gesamte Wandstärke eines erfindungsgemäß hergestellten Hohlkörpers kann z.B. 60 mm betragen, wobei die Dicke der gesinterten Außenschicht etwa 10 mm beträgt.is suspended from a water-cooled support 16, the Shape corresponds to the inner contour of the hollow body, and introduced into the combustion chamber 17 of a furnace 18. The combustion chamber is covered by the cover 19. The water supply and discharge is indicated by arrows. During the sintering of the Outer layer, the inside of the hollow body is continuously cooled. Instead of water, air can also be used as a coolant will. The total wall thickness of a manufactured according to the invention Hollow body can be, for example, 60 mm, with the thickness of the sintered outer layer being about 10 mm.
Hohlkörper gemäß der Erfindung haben sich bei praktischer Erprobung sehr gut bewährt. Es wurden im LD-Konverter Haltbarkeiten von mehr als zehn Chargen ohne Schwierigkeiten erreicht, wobei die Meßlanze während der gesamten Blaszeit im Einsatz war und während der Blaspausen der Abkühlung durch luft ausgesetzt war. Dies entspricht den strengsten Bedingungen, die in einem Stahlwerksbetrieb auftreten können. Wenn man die Meßlanze in den Blaspausen, statt sie einer Abkühlung durch Luft auszusetzen, in einen Warmhalteofen bringt, der auf einer Temperatur von etwa 10000C gehalten wird, so können mit dem erfindungsgemäßen Hohlkörper noch erheblich verbesserte Haltbarkeiten erzielt werden, -z.B. eine Haltbarkeit von mehr als zwanzig Chargen.Hollow bodies according to the invention have proven themselves very well in practical testing. In the LD converter, shelf lives of more than ten batches were achieved without difficulty, the measuring lance being in use during the entire blowing time and being exposed to air cooling during the blowing pauses. This corresponds to the strictest conditions that can occur in a steel mill. If one brings the measuring lance in the Blaspausen instead be subjected to a cooling by air into a holding furnace, which is maintained at a temperature of about 1000 0 C, so considerably improved shelf life -eg can be achieved with the inventive hollow body, a shelf life of more than twenty batches.
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