SE515794C2 - Spolsten - Google Patents

Description

25 30 35 CH -A (Ü ~a sö Jb 2 pressad magnesit och uppvisar vanligtvis ett rektangulärt tvärsnitt. Spolstenen levereras i allmänhet i s.k. set, d.v s. käglan levereras monterad i en hálsten som väger ca 50 kg.

Spolstenen har en nyckelfunktion för tillverkning av rent stäl och används av praktiskt taget alla stàlverk i världen. En eller flera spolstenar monteras utbytbart i botten pä ett i alla stàlverk förekommande aggregat kallad skänk, d.v.s. keramiskt material avsedd att innehàlla smält stäl. I en behållare infodrad med eldfast skänken genomförs diverse högtemperaturkemiska processer i vilka spolstenen har en avgörande roll. Genom spol- stenen spolas gas, i allmänhet argon. Spolstenen slits kraftigt under processen i sitt översta, mot smältan rik- tade parti och mäste regelbundet ersättas med en ny spol- sten, då dess höjd krympt till en minsta tillåten nivä.

De första spolstenarna som tillverkades var porösa d.v.s. de var gasgenomsläppliga men släppte inte igenom stål. Nackdelen med dessa spolstenar var att det krävdes högt tryck pà gasen för att fä igenom tillräckligt flöde och p.g.a. deras porositet var slitaget högt.

Nästa steg i utvecklingen av spolstenar var s.k. riktade porositet d.v.s. man göt in ett antal kanaler ca 0,5 mm i diameter och spolar med gas genom kanalerna.

Kanalerna utgjordes allmänt av stålrör. Fördelen med denna spolsten var att det var lätt att få ett gasflöde genom stenen och att stenen kunde göras kompakt, vilket innebar minskat slitage. Nackdelen var större risk för infiltration av stàl i kanalerna, vilket satte igen spol- stenen. För att undvika infiltrationsrisken mäste ett minimiflöde av gas genom kanalerna upprätthàllas. Gasen tillfördes genom en trycklàda som är integrerad med plät- manteln och som är ansluten till kanalerna.

Det tredje steget i utvecklingen av spolstenar var att gjuta in slitsar eller spalter ca 0,2 mm tjocka och ca 20 mm lànga genom spolstenen istället för kanaler.

Fördelen med detta var att det var lätt att fä ett högt 10 15 20 25 30 35 . . 1 . .- 3 gasflöde utan att få infiltration av stål i slitsarna.

Dock finns det alltid en risk för infiltration av stål så länge som det finns öppna spalter i spolstenen.

En spolsten skall uppfylla tre krav: hög hållbarhet, god gasgenomsläpplighet samt undvika infiltration av stål i spalterna i spolstenen.

- God hållbarhet erhålles genom ett högvärdigt, eldfast kompakt material i spolstenen.

- Hög gasgenomsläpplighet erhålles genom tillräckligt stor yta på hålen.

- Minimal infiltration erhålles genom tillräckligt små hål.

Dessa tre krav motarbetar varandra och en spolsten blir en kompromiss av dessa tre egenskaper.

Genom den tyska patentskriften DE 196 10578 är en spolsten förut känd som innefattar en yttre kropp med ett stympat koniskt hålrum i sitt övre parti, ett cylind- riskt, förstorat hålrum i ett mellanliggande parti och en cylindrisk kanal i sitt nedre parti. Hålrummen står i förbindelse med varandra för att tillåta gas med ett specifikt tryck att strömma från den ena ändytan till den andra. I hålrummen, i ovannämnda ordningsföljd, är en stympad konisk kägla, en kolv och en rörformad, med öpp- ningar försedd kolvstång rörligt anordnade som en enhet.

Käglan är förspänd till en stängande position med hjälp av en utvändig tryckfjäder, vilken ingriper med kolv- stångens fria, från spolstenen utskjutande ände. När gas med ett tillräckligt högt tryck (för att motverka fjäderns kraft och det metallurgiska trycket) tillföres genom ett gasmatningsrör och via kolvstången till det förstorade hålrummet lyfter kolven käglan och spalten mellan det koniska hålrummet och käglan öppnas. Gasen kan då strömma runt kolven och genom spalten in i smältan.

Nackdelarna med denna konstruktion är: - Den är mycket svår att tillverka eftersom spolstenar i allmänhet är gjutna av en eldfast massa. Att gjuta in (16) är tekniskt ett mellanliggande, förstorat hålrum 10 15 20 25 30 35 (Ü unl- (fl -1 *Ö .ÅK 4 sett svàrt eftersom den för gjutningen använde schablonen är mycket svär att avlägsna.

- Den har komplicerade utstickande delar (fjäderupphäng- ningen under spolsten) som inte passar i stàlverksmiljö eftersom de lätt kan gà sönder genom slag eller annan brutal hantering.

- Fjäderupphängningen blir dyr att tillverka.

- Spolstenen slits ned efter hand. Vid slitage ned till det förstorade hàlrummet (16) fär man ett genombrott genom stenen och stäl rinner igenom skänkens botten med katastrofala följder. Det är således mycket viktigt att stenen inte slits ned till denna nivà. Det krävs avan- cerad utrustning för att fastställa hur långt ned spol- stenen slitits.

Ett annat patent som baserar sig pä en spolsten med en rörlig och fast kropp, där gasen strömmar genom en ringspalt, är det amerikanska patentet US-A 4 470 582.

Det som i huvudsak skiljer denna konstruktion fràn den i det ovannämnda tyska patentet är att tryckfjädern ersatts med en hävstàngsmekanism som är förbelastad medelst en hydraulcylinder.

Nackdelarna med denna konstruktion är: - Genom dess komplicerade form blir den mycket dyr att tillverka.

- Gasflödet styrs genom en yttre ventil som öppnar och stänger ringspalten genom att styra den rörliga kroppen uppåt respektive nedåt. Nackdelen är att det krävs en yttre regleranordning som tar plats och inte passar i stàlverksmiljö. Den kan lätt skadas av yttre påverkan.

- Liksom ovanstående tyska patent slits spolstenen med samma resultat som ovan angivits. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att àstad- komma en spolsten med en spalt, vars bredd är en funktion av det anbringade gastrycket, som är enkel och billig att tillverka. Ännu ett ändamàl med uppfinningen är att àstadkomma en spolsten med en reglerbar spalt, som ej kräver kompli- lO 15 20 25 30 35 ~ | « ~ u 5 cerade mekanismer och ej uppvisar några utstickande detaljer.

Ytterligare ett ändamål är att åstadkomma en funk- tionssäker spolsten som kan slitas ned i det närmaste helt innan genombrott skar.

Dessa ändamål uppnås enligt uppfinningar med en spolsten enligt det inledande stycket, som kännetecknas av att det fjädrande organet bildas av mantelns utskju- tande parti och att nämnda parti innefattar ett ring- format, krökt område.

Vidareutvecklingar av uppfinningen framgår av de särdrag som anges i underkraven.

En föredragen utföringsform av uppfinningen kommer nu att beskrivas i exemplifierande syfte med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka: Fig l i en vertikal snittvy schematisk illustrerar botten av en skänk med anbringade spolstenar; Fig 2 i en vertikal snittvy visar en spolsten enligt uppfinningen med sluten gasflödesspalt; Fig 3 visar spolstenen enligt fig 2 med öppen gas- flödesspalt; och Fig 4 i en vertikal felsnittsvy schematiskt illu- strerar en alternativ utformning av mantelns utskjutande parti.

Med hänvisning först till fig 1 illustreras schematiskt bottenpartiet av en skänk 1 för en smälta 2, vanligtvis en smälta av metall, såsom stål. I skänkens botten 3 är på konventionellt sätt ett antal utbytbara spolstenar 4 frigörbart fästa med hjälp av i sig kända fästorgan, såsom antytts med hänvisningsbeteckningen 5.

Ett gasmatningsrör 6 är anslutet till respektive spolsten 4. Allt detta är känd teknik och erfordrar därför ej någon närmare förklaring.

Det hänvisas nu till figurerna 2 och 3, på vilka spolstenens enligt uppfinningen konstruktion och funktion åskådliggöres. Spolstenen 4 innefattar en mantel 7, vilken sträcker sig från spolstenens nedersta parti i lO 15 20 25 30 35 . . . . H (H :Ö (Ü w: \O al. 6 fig 1 och mot spolstenens översta parti. Dä spolstenen 1 skall användas för en stàlsmälta 2 är manteln 7 företrädesvis tillverkad av stål. Manteln har visats vara stympat konisk med den smala änden riktad mot med smältan, se fig 1, men den kan även vara upp- och nedvänd eller cylindrisk (ej visat). En keramisk kropp 8 är omsluten av manteln 7 och är företrädesvis fäst vid manteln 7 längs hela dess längd. Manteln har i figur 2 och 3 visats sträcka sig längs ett parti av kroppen 8 men kan naturligtvis, om sà önskas, sträcka sig längs hela kroppen fram till dess i fig 2 och 3 översta ändyta. I detta fall är kroppen 8 med fördel gjuten direkt inuti manteln 7.

Kroppen 8 är i sin tur uppdelad i ett yttre, kon- centriskt, i huvudsak hylsformat kroppsparti 9 med ett stympat koniskt format invändigt hàlrum och ett inre, stympat koniskt format kroppsparti 11, som helt fyller upp hàlrummet. Det inre kroppspartiet 11 är rörligt, d.v.s. i förhållande till det yttre kroppspartiet 9 med en spalt 12 mellan dessa. Vid förskjutbart i längdled, framställning av kroppspartierna 9 och 11 kan det inre kroppspartiet 11 lätt formas, väl anpassat till det yttre kroppspartiet 9, genom att en plastfolie eller -ark, som formats till ett stympat koniskt mantelelement, placeras koncentriskt i manteln 7 vid gjutningstillfället och av- lägsnas därefter när det eldfasta materialet (den kera- miska massan) stelnat. I samband med gjutningen kan vidare gängade blindhàl 13 àstadkommas eller kan gängade hylsinsatser ingjutas i det inre kroppspartiets ll större ändyta 14.

I fig 2 och 3 har spalten 12 visats vara linjär och jàmntjock längs hela sin längd. Emellertid kan spalten vara nàgot böjd (konvex) i längdled och/eller svagt divergerande fràn den i fig 2 och 3 övre eller mindre ändytan 16, 17 i riktning mot den undre eller större ändytan 14, 15. Det väsentliga är att spalten 12 kan tillslutas vid den övre eller invändiga (se fig 1) l0 15 20 25 30 35 . . - . 1.

(H u) (H -a ND m: U 1.. 7 ändytan. Genom nämnda form på spalten minskas friktionskrafterna mellan det inre kroppspartiet 11 och det yttre kroppspartiet 9, vilket medför att det erfordras ett lägre tryck på spolgasen för att förskjuta kroppspartierna 11 och 9 relativt varandra än om spalten 12 vore jämntjock.

Företrädesvis, men ej nödvändigtvis, ligger det yttre kroppspartiets 9 större ändyta 15 i nivå med ovan- nämnda ändyta 14. Detsamma gäller för kroppspartiernas 9 och 11 mindre ändytor 16 respektive 17.

Det inre kroppspartiet 11 är nedåt förskjutbart an- ordnat relativt det fixerade yttre kroppspartiet 9 (se Fig. 2) och är förspånt uppåt, för tillslutning av spalten 12, med hjälp av ett fjädrande eller elastiskt organ, som verkar mot ändytan 14.

En styv bottenplatta 18 gastätt fäst vid manteln 7, pà avstånd från kroppens 8 utvändiga ändyta, i detta fall ändytorna 14 och 15, varvid ett trycksättbart utrymme eller kammare 19 avgränsas mellan dessa. Ett gasmatnings- rör 6 är förbundet med bottenplattan 18 och är anslutet till kammaren 19 för trycksättning av densamma med spol- gasen 21. Det inre kroppspartiet 11 är fast fäst vid bot- tenplattan 18, exempelvis med hjälp av bultar 22 eller något annat lämpligt fästorgan. Spalten 12 hålles till- sluten genom att det inre kroppspartiet 11 pressas uppåt i fig 2 till anliggning mot det yttre kroppspartiets 9 inre periferiyta med hjälp av det fjädrande organets för- spänning och/eller spolgasens tryck.

Det ovannämnda fjädrande organet bildas eller ut- göres av mantelns 7 från ändytan 15 utskjutande parti 23.

Detta parti innefattar ett ringformat eller bandformat, krökt område eller parti 24, som är integrerat med partiet 23 och som är anordnat på ett bestämt avstånd från den utvändiga ändytan 15 respektive bottenplattan 18. Det krökta området 24 är vidare anordnat koaxiellt och parallellt med bottenplattan 18. Vidare innefattar det krökta området 24 åtminstone en konkavitet 25, som är . . . . .. 10 l5 20 25 30 35 in m) in ~a \O 4; « . . . .- 8 koncentrisk med bottenplattan. Med ”konkavitet” avses här att krökningen buktar in i utrymmet 19. Det krökta omrä- det 24, vex form, skulle dock om sà önskas, även kunna ges en kon- dvs vara utàtbuktande (ej visat).

Fig 4 visar schematisk en alternativ utföringsform av det krökta omrâdet 24. I figuren har det illustrerats, att detta område eller parti kan vara utformat med tvà eller flera konkava partier eller konkaviteter 25, 25' och mellanliggande konvexa partier eller konvexiteter, säsom antytts med hänvisningssiffran 26. För att ge speciella fjädringsegenskaper àt det utskjutande partiet 23 kan vidare detta parti ha en tjocklek, som varierar i riktning fràn den utvändiga ändytan 15 mot bottenplattan 18. Det är dessutom möjligt att, för spolstenens totala fjädringsegenskaper, även utforma bottenplattan 18 nägot fjädrande.

Med hänvisning äter till fig 2 och 3, speciellt fig 3, har spolstenens enligt uppfinningen funktion närmare illustrerats.

När man önskar spola gas genom smältan i skänken 1 tillföres gas under högt tryck till utrymmet 19 via gas- matningsröret 6. Genom det ökande spolgastrycket i ut- rymmet 19 bringas det krökta omrâdet 24 att rätas ut, ju högre tryck dessom mer uträtas omrâdet. Vid denna uträt- ning förskjutes bottenplattan 18 bort fràn den utvändiga ändytan 15, se fig 3, och drager det inre kroppspartiet 11 med sig, varigenom den ringformade spalten 12 öppnas och gasen kan strömma in i smältan. Spolgasens strömningsväg har illustrerats med hjälp av pilarna 21 i fig 2 och 3. Ju mer tryck man lägger på desto mer öppnar tills dess att det krökta området är helt uträtat. sig spalten, (konkaviteterna och konvexiteterna) När gasflödet stängs av eller gasens tryck minskas fjädrar bottenplattan 18 tillbaka och trycker den inre kroppen 11 tillbaka och sluter spalten fullständigt. Härvid undvikes infiltration av smälta i spalten 12. Konstruktionen av denna nya spolsten innebär att man kan erhålla i det 10 15 20 25 30 35 %515 794 u »m 9 närmaste obegränsat gasflöde utan att få infiltration av stål i spalten i spolstenen. Detta uppnås genom att spaltstorleken varierar med det anbringade trycket.

Vid test av en spolsten med en bottenplatta enligt fig 2 och 3 har det överraskande visat sig, att trots att ett mycket högt tryck (kraftigt överstigande det förvän- tade ferrostatiska trycket) anbringades på det inre kroppspartiets 11 mindre ändyta 16 öppnades ej spalten 12, dvs att det inre kroppspartiet ej förflyttades rela- tivt det yttre kroppspartiet 9. Då däremot ett tryck an- bringades i utrymmet 19 medelst spolgasen som var avse- värt lägre än ovannämnda tryck så öppnades spalten 12.

Spolstenen enligt uppfinningen fungerar således som en effektiv envägsventil, vilket är vad som eftersträvas för metallurgiska kärl.

Det inre kroppspartiets ll periferyta och det yttre kroppspartiets 9 inre periferyta definierar enligt ovan spaltens 12 form. Vanligtvis föredrages det att spaltens tvärsnittsprofil, d.v.s. spaltens utformning i ett plan vinkelrätt mot spolstenens längdaxel (ett plan som är parallellt med bottenplattan), är en cirkel eller oval.

Spaltens tvärsnittsprofil är emellertid helt valfri, sä- som exempelvis en triangel, kvadrat eller månghörning eller av stjärnform. De båda kroppspartierna 9 och ll kan gjutas samtidigt med ett avgränsande mantelelement av plastfolie eller -ark med vald tvärsnittsprofil mellan sig, vilket efter massans stelnande lätt kan avlägsnas.

Det skall observeras, att det rörliga kroppspartiet ll avsmalnar uppåt, d.v.s. från den utvändiga ändytan 14 mot den invändiga ändytan 16 vid smältan 2 för de visade utföringsformerna av spolstenen enligt uppfinningen.

Med spolstenen enligt uppfinningen uppnås följakt- ligen följande egenskaper: - Den är enkel att tillverka (lika billig som de spol- stenar som finns på marknaden idag).

- Infiltration undvikes helt. . | | . .- m “I m -1 uO .p 10 - Tryck/flöde-förhållandet kan anpassas efter resp. användares behov.

- I det närmaste obegränsat gasflöde kan erhållas.

Uppfinningen är inte begränsad till det ovan be- skrivna eller på ritningarna visade, utan kan förändras inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (7)

lO 15 20 25 30 35 a515 794 f. u.. ll PATENTKRAV

1. Spolsten avsedd att utbytbart fästas i botten (3) av en skänk, ljusbågsugn, konverter eller något annat metallurgiskt kärl (1) smälta (2) i kärlet (1), med åtminstone en genomgående spalt (14, 15 och en åtminstone kroppens utvändiga ändyta för spolning av gas genom en vilken spolsten innefattar en keramisk kropp (8) um, och 16, 17) (16, 17) kroppens utvändiga ändyta som sträcker sig mellan kroppens ändytor omslutande mantel(7), varvid gasen matas till (14, 15) för att vid ett (12) till och in i smältan bestämt tryck strömma genom nämnda spalt (16, 17) (2), innefattar ett yttre, i kroppens invändiga ändyta varvid den keramiska kroppen (8) huvudsak hylsformat kroppsparti (9) och ett inre, stympat uu, är anordnad och varvid det inre kroppspartiet (9) samt koniskt format kroppsparti mellan vilka nämnda (12) är rörligt relativt det yttre kroppspartiet spalt (11) är förspänt med hjälp av ett fjädrande organ i riktning (12), och ett som är anslutet till ett gastätt (m,1m vilket utrymme (19) (14, 15) som är gastätt och fast fäst vid (m,1m t e c k n a t mot smältan (2) för tillslutning av spalten gasmatningsrör (6) um öppnande av spalten (7), styv bottenplatta under den utvändiga ändytan för (12), de utvändiga ändytorna (18), från de utvändiga ändytorna (23), a v att nämnda fjädrande organ bildas av mantelns (7) (23) och att nämnda parti (23) innefattar ett ringformat, (24). k ä n n e - utrymme avgränsas av manteln samt en mantelns (7) utskjutande parti k ä I1 n e utskjutande parti krökt område

2. Spolsten enligt patentkravet 1, t e c k n a d a v att det ringformade, krökta om- (24) innefattar åtminstone en ringformad konkavitet (18). k ä n n e - rådet (25), som är koncentrisk med bottenplattan

3. Spolsten enligt patentkravet 2, t e c k n a d krökta om- rådet (24) a 'v att det ringformade, innefattar åtminstone två ringformade 10 15 Éfl nlÖ Én -e MÖ ab m 1.- 12 kaviteter (25, 25') och mellan dessa utformade konvexiteter (26), vilka är koncentriska med de utvändiga ändytorna (14, 15).

4. Spolsten enligt något av föregående patentkrav, c k n a d (23) riktning från de utvändiga ändytorna (14, 15) mot botten- (18).

5. Spolsten enligt något av föregående patentkrav, k n a d är något fjädrande. k ä n n e t e a v att mantelns (7) utskjutande parti har en tjocklek, som varierar i plattan k ä n n e t e c a v att även botten- (18)

6. Spolsten enligt något av föregående patentkrav, k n a d (12) tvärsnittsprofil är cirkulär, oval, triangulär, kvadra- plattan k ä n n e t e c a v att spaltens tisk eller månghörnig.

7. Spolsten enligt patentkravet 6, k ä n n e - k n a d (12) riktning från kroppens invåndiga ändyta (16, 17) mot dess (14, 15). t e c a. v att spalten divergerar i utvändiga ändyta