WO1993001317A1 - Bodenausbildung für ein metallurgisches gefäss - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bodenausbildung für ein metallurgisches Gefäss, bestehend aus einer feuerfesten Herdbaumasse sowie einer in der Herdbaumasse (9) angeordneten Gas-Verteilungsvorrichtung (3a, 3b) mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung (7) für das Spülgas, wobei im Bereich der Gasaustrittsöffnung (7) mindestens ein stabförmiger Körper (20) in der Herdbaumasse eingebettet ist, der aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungsverhalten unterschiedlich zu dem der Herdbaumasse ist.

Description

Bodenausbildung für ein metallurgisches Gefäß

B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft eine Bodenausbildung für ein metal¬ lurgisches Gefäß, bestehend aus einer feuerfesten Herdbau¬ masse sowie einer, vorzugsweise in der Herdbaumasse ange¬ ordneten Gasverteilungseinrichtung mit mindestens einer Gas¬ austrittsöffnung für Spülgas.

Es wird in den letzten Jahren versucht, einer mangelnden Bewegung eines Stahlbades in Lichtbogenöfen oder Iπduktions- tiegelöfen durch Einleiten von Gasen, wie Stickstoff, Argon, Kohlendioxid oder Kohlenwasserstoffen, durch den Herd des Schmelzgefäßes abzuhelfen.

Dadurch gelingt es, insbesondere schweren Schrott leichter einzuschmelzen und die Entkohlungsgeschwindigkeit zu er¬ höhen. Auch werden die Legierungszuschläge leichter aufge¬ schmolzen. Neben einer Verringerung der Tap-to-Tap-Zeit kann auf diese Weise elektrische Energie eingespart werden. Wei¬ tere Vorteile, die mit solchen Spülverfahren erreichbar sind, sind die mögliche Einsparung an Desoxidationsmitteln wegen der schnelleren Einstellung der Gleichgewichtskonzen¬ trationen, eine erhöhte Fe-Ausbringung wegen des verminder¬ ten FeO-Gehalts in der Schlacke und eine verbesserte Pro¬ zeßkontrolle durch aussagekräftigere Temperaturmessungen und chemische Analysen in einem homogeneren Stahlbad.

Auch in anderen Gefäßen, wie Konvertern und Pfannen, stellt sich vielfach das Problem, Gase in ausreichender Menge in das Stahlbad einzuführen.

Aus der DE-C 37 42 861 ist ein metallurgisches Gefäß be¬ kannt, das eine in der Herdbaumasse angeordnete Verteilungs¬ vorrichtung für Spülgas aufweist. Das eingeblasene Spülgas durchströmt dabei die gasdurchlässige Herdbaumasse.

Es hat sich nun herausgestellt, daß es bei diesem bekannten Gefäß nicht möglich ist, den genauen Weg des eingedüsten Ga¬ ses vorherzubestimmen. Einerseits kommt es unter bestimmten Betriebsbedinguπen , speziell bei größeren Gasströmen, zu einer Konvergenz der Gasströme, die auch durch das in dieser Druckschrift beschriebene Leitblech nicht zuverlässig ver¬ hindert werden kann. Durch die übermäßige Belastung der Herdbauschicht kann diese daher in einzelnen Punkten früh¬ zeitig zerstört werden. Andererseits kann es in manchen Fäl¬ len zum Auftreten von "vagabundierenden" Gasen kommen, was bedeutet, daß sich ein Teil der eingeblasenen Spülgase seit¬ lich ausbreitet und beispielsweise zwischen Dauerfutter und Verschleißfutter ausströmen kann. Die dadurch auftretenden Gasverluste sind nicht nur wegen der verursachten Kosten un¬ erwünscht, sondern es besteht auch die Unsicherheit einer ausreichenden Rührwirkung. Weiter ist es aus der EP-B 21 861 bekannt, gasdurchlässige Körper in der Auskleidung metallurgischer Gefäße vorzusehen, die in der Art von Spülsteineπ ausgebildet sind und Spalten für den Gasdurchtritt aufweisen. Solche gasdurchlässigen Körper sind mit einem Blechmantel versehen, der den Einbau ermöglicht und das Auseinanderfallen vor dem Einbau ver¬ hindert. Diese Spülelemente sind in ihren Abmessungen be¬ grenzt, so daß auch der mögliche Gasdurchsatz begrenzt ist. Aber auch die relativ kleinen Körper stellen eine Störung der ansonsten homogenen Auskleidungsschicht dar, die die Standzeit insbesondere im Grenzbereich herabsetzen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Bodenausbildung für ein metallurgisches Gefäß zu schaffen, die die Einbringung von Spülgas in kontrollierter und voraussagbarer Weise ermöglicht.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß im Bereich der Gasaus¬ trittsöffnung mindestens ein stabförmiger Körper in der Herdbaumasse eingebettet ist, der aus einem Material be¬ steht, dessen Wärmeausdehnungsverhalten unterschiedlich zu dem der Herdbaumasse ist.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß im Bereich der Gasaustrittsöffnung mindestens ein stabförmiger Körper aus porösem Material in der Herdbaumasse eingebettet ist.

Grundidee der Erfindung ist dabei, daß durch den Einbau stabförmiger Körper in die im allgemeinen gasdurchlässige Herdbaumasse der Strömungsweg der Spülgase vorgegeben wird. Dabei werden zwei eng zusammenhängende Effekte ausgenutzt. Zum einen werden an der Grenzfläche zwischen den stabför i- gen Körpern und der Herdbaumasse kleine Spalten erzeugt, in denen das Spülgas mit sehr geringem Widerstand strömen kann. Zum anderen werden die stabförmigeπ Körper - nach einer Aus¬ führungsform - aus porösem Material gefertigt, um auch einen Gastransport im Inneren dieser Körper zu erleichtern. Auf diese Weise wird erzwungen, daß sich der Hauptteil des Spül¬ gases entlang der stabförmigen Körper ausbreitet. Die Herd¬ baumasse ist während des Betriebs des Gefäßes starken Tempe¬ raturwechselbeanspruchungen ausgesetzt, so daß sich bei Vor¬ liegen unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten oder allgemein bei unterschiedlichem Wärmeausdehnuπgsverhalten stets neue Spalten zwischen den Körpern und der Herdbaumasse ausbilden .

Als Verteiluπgsvorrichtung für das Spülgas kann zum Beispiel ein Düsenstein, wie er in der DE-C 37 42 861 beschrieben ist, vorgesehen sein.

Die Strömung kann besonders zuverlässig kontrolliert werden, wenn sich die stabförmigen Körper von der unmittelbaren Um¬ gebung der Gasaustrittsöffnung bis zur Oberfläche der Aus¬ kleidungsschicht erstrecken. Es ist jedoch nicht zwingend notwendig, daß sich die stabförmigen Körper beim neu zuge¬ stellten Gefäß bis zur Herdoberfläche erstrecken.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verteiluπgsvorrichtung als Rohrsystem mit einer Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen ausgebildet ist und daß die stabförmigen Körper im wesentlichen radial zum Rohr an¬ geordnet sind. Durch die rohrförmige Ausbildung der Gasver¬ teilungsvorrichtung kann eine sehr geringe spezifische Be¬ lastung der Herdbaumasse erreicht werden. Durch die radiale Ausrichtung der stabförmigen Körper kann die Breite des Aus¬ trittsbereiches über die Verteilungsvorrichtuπg eingestellt werden .

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Verteilungsvorrichtung als Hohlkasten mit einer Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen ausgebildet ist. Die stabförmigen Kör¬ per erstrecken sich dabei im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Auskleidungsschicht. Dadurch kann eine beson¬ ders homogene Verteilung der Spülgase erreicht werden.

Besonders günstig ist es, wenn unterhalb und seitlich der Verteilungsvorrichtung für das Gas eine gasdichte Abschir¬ mung angeordnet ist und wenn die stabförmigen Körper in den von der Abschirmung umschlossenen Bereich hineinragen. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Sicherung gegen das Auf¬ treten von "vagabundierenden" Gasen erreicht.

Eine weitere Verringerung der Belastung der Herdbaumasse wird dadurch erzielt, daß die Gas-Verteilungsvorrichtung von einer Schicht aus grobkörnigem Material umgeben ist, welche nach oben hin vollständig von der Herdbaumasse der Ausklei- duπgsschicht abgedeckt ist. Weiter können die stabförmigen Körper in die Schicht aus grobkörnigem Material hineinragen. Bei dieser Ausführungsform ist es auch möglich, eine gasun¬ durchlässige Herdbauschicht zu verwenden, so daß das Spülgas zwangsläufig in und um die stabförmigen Körper strömen muß.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zei¬ gen - jeweils schematisch -:

Figur 1: die Anordnung von stabförmigen Körpern innerhalb einer Auskleidungsschicht

Figur 2: einen teilweisen Querschnitt durch ein metallur¬ gisches Gefäß mit einer erfindungsgemäßen Bodeπaus- kleidung

Figur 3: eine perspektivische Teildarstellung einer Ausfüh¬ rungsform der Bodenauskleidung

Figur 4: eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsvariante. In Figur 1 ist schematisch eine einzelne Gasaustrittsöffnung 7 dargestellt. Diese liegt innerhalb einer Schicht 8 aus grobkörnigem oder porösem Material. Über diese Schicht 8 ist eine Auskleidungsschicht 9 aus einer Herdbaumasse vorge¬ sehen. Das aus der Austrittsöffnung 7 strömende Gas durch¬ strömt zunächst die Schicht 8 entlang der Pfeile 24. Der Hauptteil des Gases tritt noch innerhalb der Schicht 8 in stabförmige Körper ein, die das Bezugszeichen 20 tragen, beziehungsweise in die schmalen Spalten zwischen diesen stabförmigen Körpern 20 und ihrer Umgebung. Der Hauptteil des Gases dringt entsprechend dem geringsten Strömungswider¬ stand entlang der Pfeile 25 bis zur Oberfläche 10 der Schicht 9 vor und tritt in das nicht näher dargestellte, über der Schicht 9 befindliche metallurgische Schmelzbad ein. Abhängig vom Ausmaß der Gasdurchlässigkeit der Schicht 9 kann ein Teil des Spülgases entsprechend den Pfeilen 26 neben den stabförmigen Körpern 20 in das Schmelzbad diffun¬ dieren. Abhängig von dem Unterschied der Wärmeausdehnungs¬ koeffizienten der stabförmigen Körper 20 und der Herdbau¬ masse 9 und abhängig von der Porosität des Materials, aus dem die stabförmigen Körper 20 hergestellt sind, wird der Hauptteil des Spülgases entsprechend dem Pfeil 25 im Inneren der stabförmigen Körper 20 transportiert oder entsprechend dem Pfeil 28 in den Eck- und Seitenbereichen 27 der stab¬ förmigen Körper 20 strömen.

Aus Figur 2 ist der prinzipielle Einbau der stabförmigen Körper 20 näher ersichtlich. Das metallurgische Gefäß be¬ sitzt einen Stahlmantel 1 mit einem Dauerfutter 2 und einer gasdichten Schicht 17. Am Bodenbereich des Gefäßes ist über der gasdichten Schicht 17 eine Schicht 9 aus einer gasdurch¬ lässigen Herdbaumasse vorgesehen. In diese Schicht 9 ist eine rohrförmige Verteilungsvorrichtung 3a eingebettet, die nach unten und nach den Seiten hin von einer gasdichten Ab¬ schirmung 19 umgeben ist. Die rohrförmige Gasverteilungs¬ vorrichtung 3a ist dabei von einer Schicht 8 aus einer porö- sen Masse umgeben. Die stabförmigen Körper 20 sind radial zur Verteilungsvorrichtung 3a angeordnet und erstrecken sich von der Schicht 8 bis zur Oberfläche 10 der gasdurchlässigen Schicht 9.

Bei der Ausführungsvariante nach Figur 3 ist die Abschirmung 19 direkt in der Schicht 9 angeordnet. Um den Aufbau der Schicht 9 mit den stabförmigen Körpern 20 zu erleichtern, ist bei dieser Form über der Gasverteilungsvorrichtung 3a ein Gitter 21 angeordnet, das die stabförmigen Körper 20 in einer definierten Stellung hält.

In Figur 4 ist eine kastenförmige Gasverteilungsvorrichtung 3b zu sehen, die über eine Zuleitung 4 mit Gas versorgt wird. Die Vorrichtung 3b ist gegenüber dem Stahlmantel mit einem Dichtstutzen 5 abgedichtet, um Gasverluste zu ver¬ meiden. Die stabförmigen Körper 20 sind im wesentlichen parallel zueinander und senkrecht auf die Oberfläche 10 der Auskleidungsschicht 9 angeordnet.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Bodenausbildung für ein metallurgisches Gefäß, bestehend aus einer feuerfesten Herdbaumasse sowie einer vorzugsweise in der Herdbaumasse (9) angeordneten Gas-Verteilungsvorrichtung (3a, 3b) mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung (7) für Spülgas, bei der im Bereich der Gasaustrittsöffnung (7) mindestens ein stabförmiger Körper (20) in der Herdbaumasse eingebettet ist, der aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungsver- halteπ unterschiedlich zu dem der Herdbaumasse ist.

Bodenausbildung für ein metallurgisches Gefäß, bestehend aus einer feuerfesten Herdbaumasse sowie einer, vorzugsweise in der Herdbaumasse (9) angeordneten Gas-Verteilungsvorrichtung (3a, 3b) mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung (7) für Spülgas, bei der im Bereich der Gasaustrittsöffnung (7) min¬ destens ein stabförmiger Körper (20) aus porösem Material in der Herdbaumasse (9) eingebettet ist.

3. Bodenausbildung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der sich der stabför ige Körper (20) von der unmittelbaren Umge¬ bung der Gasaustrittsöffnung (7) bis zur Oberfläche (10) der Herdbaumasse (9) erstreckt. 4. Bodenausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Gas-Verteilungsvorrichtung (3a) als Rohrsystem mit einer Viel¬ zahl von Gasaustrittsöffnungen (7) ausgebildet ist, und daß eine Vielzahl von stabförmigen Körpern (20) im wesentlichen radial zum Rohr angeordnet ist.

5. Bodenausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Gas-Verteilungsvorrichtung (3b) als Hohlkasten mit einer Viel¬ zahl von Gasaustrittsöffnungen (7) ausgebildet ist, und daß sich eine Vielzahl von stabförmigen Körpern (20) im wesent¬ lichen senkrecht zur Oberfläche (10) der Herdbaumasse (9) er¬ streckt.

6. Bodenausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der unterhalb und seitlich der Gas-Verteilungsvorrichtung (3a, 3b) eine gasdichte Abschirmung (19) angeordnet ist und der (die) stabförmige(n) Körper (20) in den von der Abschirmung (19) umschlossenen Bereich hineinragt (hineinragen) .

Bodenausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Gas-Verteilungsvorrichtung (3a, 3b) von einer Schicht (8) aus grobkörnigem Material umgeben ist, welche nach oben hin voll¬ ständig von der Herdbaumasse (9) abgedeckt ist und der/die stabförmige(n) Körper (20) in die Schicht (8) aus grobkörnigem Material hineinragt (hineinragen) .