DE19848162C1 - Einrichtung zur Befestigung an der Außenwand eines metallurgischen Gefäßes und zugehöriges metallourgisches Gefäß - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Befestigung an der Außenwand eines metallurgischen Gefäßes, insbesondere eine Einrichtung zur Zuführung eines Behandlungsgases in eine metallurgische Schmelze, sowie ein zugehöriges metallurgisches Gefäß.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Befestigung an der Außenwand eines metallurgischen Gefäßes, und insbesondere eine Einrichtung zur Zuführung eines Behandlungsgases in eine metallurgische Schmelze. Außerdem betrifft die Erfindung ein mit dieser Einrichtung ausgestattetes metallurgisches Gefäß.

Derartige Gasspüleinrichtungen sind in vielfältiger Form seit Jahrzehnten Stand der Technik Radex-Rundschau 1992, Heft 4, S. 217-226. Sie bestehen üblicherweise aus einem keramischen, feuerfesten Gasspülelement, häufig in Kegelstumpfform, dem über eine zugehörige Gasanschlußleitung das Behandlungsgas zugeführt wird. Das Gas durchströmt das Gasspülelement durch offene Poren des Gasspülelementes (sogenannte ungerichtete Porosität), durch Kanäle im Gasspülelement (sogenannte gerichtete Porosität) und/oder durch Fugen, welche beispielsweise zwischen einem keramischen Teil des Gasspülelementes und einer metallischen Ummantelung ausgebildet werden (sogenannte Fugen- oder Schlitzspüler).

Die Gaszufuhr erfolgt über eine stationäre Gasquelle, welche im Abstand vom metallurgischen Gefäß angeordnet ist.

Derartige metallurgische Gefäße, zum Beispiel Stahlgießpfannen oder Zwischengefäße (tundish), dienen als Transportmittel sowie zur Behandlung von flüssigem Stahl. Am sogenannten Behandlungsstand wird das in der Pfanne integrierte Spülsystem an die externe Gasquelle angedockt und gespeist. Nach Beendigung der Spülbehandlung, meist mit einem Inertgas wie Argon, wird die Gasquelle einschließlich der Gaszuführleitung zum Spülelement abgekoppelt (getrennt) und die Pfanne zur weiteren Stahlbehandlung an einen anderen Ort transportiert.

Während dieser Zeit steht entsprechend kein Gas (Gasdruck) am Spülelement (Spülsystem) an. Dabei besteht die Gefahr, daß Metallschmelze aufgrund des ferrostatischen Drucks in die Poren, Kanäle oder Schlitze des Spülelementes eindringt, also das Spülelement mit Stahl infiltriert wird.

Eine solche Stahlinfiltration hat verschiedene Nachteile: Sie erhöht den Verschleiß des Feuerfestmaterials. Es besteht die Gefahr, daß die Metallschmelze im Spülelement erstarrt (einfriert) und die Poren, Schlitze oder Kanäle verschließt. Im schlimmsten Fall kommt es sogar zu einem Durchbruch der Metallschmelze im Bereich des Spülelementes.

In allen Fällen wird die Funktionstüchtigkeit des Spülele­ mentes zumindest verringert, wenn nicht verhindert. Es ist zwar versucht worden, durch ein sogenanntes "Freibrennen" die offene Porosität des Spülelementes nach einer Infil­ tration wieder herzustellen; dieses Verfahren führt jedoch, sofern es überhaupt erfolgreich ist, in jedem Fall zu einem erheblichen Verschleiß und zu einer reduzierten Haltbarkeit des Spülers.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit aufzuzeigen, auch während des Transportes eines metallurgischen Gefäßes eine Fluidversorgung aufrechtzuerhalten.

Insoweit könnte zunächst daran gedacht werden, die Gasver­ sorgung, beispielsweise in Form einer Gasflasche, als mobile Einheit auszuführen und mit dem Schmelzgefäß zu transportieren. Eine solche Maßnahme ist jedoch relativ aufwendig und mit Sicherheitsrisiken verbunden (Explosionsgefahr).

Erfindungsgemäß wird vorstehende Aufgabe durch eine Einrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 2 gelöst. Dabei wird die Einrichtung an der Außenwand eines metallurgischen Gefäßes befestigt und unter Ausnutzung der von der Außenwand des metallurgischen Gefäßes abgegebenen Wärme in-situ ein Fluid, zum Beispiel ein Behandlungsgas für eine Gasspüleinrichtung erzeugt und/oder transportiert, welches entsprechend zu jeder beliebigen Zeit, also auch während des Transportes des metallurgischen Schmelzgefäßes, zum Beispiel eine kontinuierliche Gaszufuhr zu dem keramischen Gasspülelement ermöglicht oder als Kühlmedium genutzt werden kann.

Durch die Befestigung der Einrichtung an der Außenwand (welche definitionsgemäß auch den Boden eines metallurgischen Schmelzgefäßes umfaßt) wird gemeinsam mit dem metallurgischen Schmelzgefäß eine Transporteinheit gebildet. Auf diese Weise entfallen Transportprobleme ebenso wie elektrische oder pneumatische Anschlußleitungen von einer externen Station zum Gefäß.

Konkret läßt sich der vorgenannte Erfindungsgedanke in zwei alternativen Ausführungsformen realisieren:

In einer ersten Variante umfaßt die Einrichtung ein Aggregat, welches unter Ausnutzung von, von der Außenwand des metallurgischen Gefäßes abgegebener Wärme, diese Wärme durch thermoelektrische Effekte in Strom umwandelt, eine, unter Verwendung dieses Stromes arbeitende Druckeinrichtung sowie mindestens eine, von der Druckeinrichtung zum metallurgischen Gefäß führende Fluidleitung, über die ein Fluid von der Druckeinrichtung in oder gegen das metallurgische Gefäß geführt wird.

Die genannten thermoelektrischen Effekte können beispielsweise auf dem sogenannten "Seebeck-Effekt" beruhen, wonach eine Spannung auftritt, wenn in einem Stromkreis, der aus zwei verschiedenen Metallen, Legierungen oder Halbleitern besteht, die beiden Kontaktstellen, meist Lötstellen, eine unterschiedliche Temperatur aufweisen. Dabei kann die eine Kontaktstelle beispielsweise unmittelbar von der (heißen) Außenwand des metallurgischen Gefäßes gebildet werden, während die andere Kontaktstelle einen separaten elektrischen Leiter benachbart zur Außenwand des metallurgischen Gefäßes umfaßt. Schließt man den Stromkreis, so fließt ein elektrischer Strom.

Dieser, in-situ gebildete Strom kann nun zum Betrieb einer Druckeinrichtung, beispielsweise einer Pumpe oder eines Gebläses, verwendet werden. Mit der Druckeinrichtung kann zum Beispiel ein Behandlungsgas, welches beispielsweise in einem Vorratsgefäß als Bestandteil der Einrichtung mitgeführt wird, über eine Gasleitung zu einem keramischen Gasspülelement geführt werden, welches im Boden oder in der Wand des Schmelzgefäßes angeordnet ist. Die weitere Funktion dieser Gasspüleinrichtung entspricht dem Stand der Technik, das heißt, das Gas durchströmt das Gasspülelement insbesondere über Poren, Kanäle oder Schlitze.

Bei dieser Ausführungsform kann praktisch jedes beliebige Behandlungsgas eingesetzt werden, beispielsweise Argon. Auch reine Luft oder Wasser für Kühlzwecke kann auf diese Weise kontinuierlich appliziert werden.

Aufgrund der thermoelektrischen Umwandlung der Prozeßwärme in elektrische Energie entfallen elektrische Anschlußleitungen für die Druckeinrichtung. Durch die Konfektionierung der Einrichtung direkt am metallurgischen Schmelzgefäß ergeben sich keine Transportprobleme mehr.

Gleichwohl können zum Beispiel keramische Spülelemente kontinuierlich, auch während des Transportes des metallurgischen Schmelzgefäßes, mit Gas oder Gas-/Feststoff-Gemischen beaufschlagt werden und so die Gefahr einer Metallschmelzeinfiltration in das Spülsystem verringern beziehungsweise vermeiden.

Nach einer zweiten Variante besteht die Einrichtung aus einem Aggregat, in dem unter Anwendung von von der Außenwand des metallurgischen Gefäßes abgegebener Wärme ein flüssiges oder festes Medium durch thermochemische Effekte in ein Gas umgewandelt wird oder Gas freisetzt sowie mindestens einer, von dem Aggregat in oder gegen das metallurgische Gefäß führenden Gasleitung. Die Gasleitung kann dabei zu mindestens einem im metallurgischen Gefäß angeordneten Gasspülelement führen und dieses mit Behandlungsgas für die Metallschmelze versorgen.

Die bei der ersten Ausführungsform genutzte Thermoelektrizität wird bei der zweiten Ausführungsform durch thermochemische Effekte ersetzt. Diese thermochemischen Effekte können unterschiedlicher Natur sein.

In einfachsten Fall wird eine Flüssigkeit, wie Wasser, durch die Abwärme des metallurgischen Schmelzgefäßes erhitzt und sukzessive zu Wasserdampf umgesetzt, der als Behandlungsgas zum Beispiel einem Spülsystem (Gasspülelement) zugeführt wird.

In der Regel wird der dabei entstehende Dampfdruck ausreichen, den Dampf dem Spülelement zuzuleiten und durch das Spülelement zu führen. Soweit notwendig, kann die auf thermochemischer Basis arbeitende Gasspüleinrichtung jedoch mit einer thermoelektrisch arbeitenden Gasspüleinrichtung gemäß der ersten Ausführungsvariante kombiniert werden, um den dabei gebildeten Strom zum Betrieb einer Pumpe oder eines Gebläses für das Gas zu nutzen oder auch, um den Strom zur Erwärmung einer Flüssigkeit oder eines Feststoffs in vorgenanntem Sinne zu nutzen. Diese Variante kann auch alleine genutzt werden.

Eine andere Möglichkeit der thermochemischen Umsetzung stellt die Feststoff/Gas-Umwandlung dar. In diesem Fall umfaßt die Gasspüleinrichtung ein Feststoffreservoir, welches aufgrund der Wärmezufuhr (über die Außenwand des metallurgischen Gefäßes) ein Gas freisetzt, welches als Behandlungsgas auf die zuvor beschriebene Art und Weise genutzt werden kann. Beispielsweise kann ein CO₂ freisetzender Feststoff, wie z. B. MgCO₃ oder CaCO₃ eingesetzt werden.

Es ist selbstverständlich, daß beide vorgenannten Einrichtungen durch zusätzliche Regelungs-/Steuerungseinrichtungen sowohl hinsichtlich der thermoelektrischen/thermochemischen Prozesse als auch hinsichtich der Fluid­ zufuhr ergänzt werden können. In diesen Fällen kann die Einrichtung sogenannte thermoelektrische Generatoren zur Stromerzeugung (Energie- Direktumwandlung) umfassen.

Der Vorteil einer erfindungsgemäßen Einrichtung liegt in der Möglichkeit einer kontinuierlichen Fluidzufuhr, beispielsweise eines kontinuierlichen Spülens beliebiger Spülsysteme und damit der Verringerung der Infiltrationsgefahr. Gleichzeitig wird dabei eine höhere Standzeit beziehungsweise Haltbarkeit der keramischen Spülsysteme erreicht. Reparaturmaßnahmen durch voreilenden Verschleiß werden ebenfalls reduziert oder entfallen.

Die Einrichtung kann mit beliebigen Arten metallurgischer Schmelzgefäße kombiniert werden. Die Einrichtung kann direkt oder mittelbar (zum Beispiel in einer Art Korb) am Gefäß befestigt werden.

Um eine möglichst gute Ausnutzung der Wärme des metallurgischen Gefäßes zu erreichen, sieht die Erfindung ein Gefäß vor, das in dem Abschnitt, an dem die genannte Einrichtung angeordnet ist, aus einem hoch wärmeleitenden Material besteht. Dies schließt nicht nur den meist metallischen Außenmantel des Gefäßes ein, sondern auch das innenseitig konfektionierte feuerfeste keramische Material (die Auskleidung des Gefäßes), das zu diesem Zweck beispielsweise aus einem MgO-C-Werkstoff bestehen kann. In diesem Sinne kann es vorteilhaft sein, die Auskleidung im Bereich der Einrichtung ohne die sonst übliche äußere (dem Metallmantel benachbarte) Isolierschicht auszubilden.

Claims (3)

1. Einrichtung zur Befestigung an einer Außenwand eines metallurgischen Gefäßes mit folgenden Merkmalen:

• a) einem Aggregat, welches unter Ausnutzung von von der Außenwand des metallurgischen Gefäßes abgegebener Wärme diese Wärme durch thermoelektrische Effekte in Strom umwandelt,
• b) einer unter Verwendung dieses Stromes arbeitenden Druckeinrichtung, sowie
• c) mindestens einer von der Druckeinrichtung zum metallurgischen Gefäß führenden Fluidleitung, über die ein Fluid von der Druckeinrichtung in oder gegen das metallurgische Gefäß geführt wird.

2. Einrichtung zur Befestigung an einer Außenwand eines metallurgischen Gefäßes mit folgenden Merkmalen:

• a) einem Aggregat, in dem unter Ausnutzung von von der Außenwand des metallurgischen Gefäßes abgegebener Wärme ein flüssiges oder festes Medium durch thermochemische Effekte in ein Fluid umgewandelt wird oder ein Fluid freisetzt, sowie
• b) mindestens einer von dem Aggregat in oder gegen das metallurgische Gefäß führenden Fluidleitung.

3. Metallurgisches Gefäß mit einer feuerfesten keramischen Auskleidung und einer am äußeren Mantel des Gefäßes angeordneten Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, das in dem Abschnitt, an dem die Einrichtung angeordnet ist, aus einem hoch wärmeleitenden Material besteht.