用于圆柱形的陶瓷的空心体的固定装置和带有这样的固定装置的耐火的陶瓷的气体吹扫砖

摘要

本发明涉及一种用于圆柱形的陶瓷的空心体的固定装置，如其例如在耐火的陶瓷的气体吹扫砖中使用以为了使在气体吹扫砖中的所谓的定向多孔性成为可能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于圆柱形的陶瓷的空心体的固定装置，如其例如在耐火的陶瓷的气体吹扫砖(Gasspülstein)中使用以为了使在气体吹扫砖中的所谓的定向多孔性(gerichtet Porosität)成为可能。

背景技术

气体吹扫砖安装在冶金容器的底部或壁中，以为了利用气体处理金属熔体，该气体通过气体吹扫砖喷射到金属熔体中。

带有定向多孔性的气体吹扫砖通过以下方式而出众，即处理气体沿着限定的、在大多数情况下线性的流动路径从第一端部即气体吹扫砖的所谓的冷的端部运载到第二端部即气体吹扫砖的所谓的热的端部。热的端部是与金属熔体处于接触中的端部。

定向多孔性能够通过在耐火的基体材料中的或者缝口或者孔构造。该技术尤其在气体吹扫元件较大的情况下是困难的，因此发展了圆柱形的陶瓷的空心体(下文也称为吹扫管)，其利用紧密的耐火的基体材料被围绕。

该圆柱形的陶瓷的主体由紧密的、耐热的陶瓷的材料制成(例如基于氧化铝和/或二氧化锆)并且具有一个或多个轴向地伸延的流动通道(用于穿引气体的通道)。

所述“吹扫管”必须精确地并且尽可能地气密地固定在气体吹扫砖中。为此已知不同的固定装置，吹扫管夹紧到该固定装置中。为了实现无间隙的固定应用了可变形的碳密封件。

然而该碳密封件具有缺点：当碳密封件在高的应用温度下与含氧的气体进行接触时该碳密封件被毁坏(燃烧)。

发明内容

就此而言本发明的任务在于，提供所提及的类型的固定装置，其不依赖于处理气体允许吹扫管的可靠且限定的固定。

在寻找对于该问题的解决方案中进行了下面的考虑：

- 像这样的在气体吹扫砖内部并且尤其在耐火的基体材料内部的固定必须是牢固的并且限定的，

- 吹扫管在固定装置内部的固定必须考虑，吹扫管是易碎的陶瓷的物体，其不能变形，

- 用于固定装置的材料虽然不必是耐高温的，因为固定装置安装在气体吹扫砖的所谓的冷的端部处；然而所应用的材料也必须在能够在该处存在的几百摄氏度的温度下满足其功能，

- 对于带有定向多孔性的气体吹扫砖而言通常的是，通过所谓的气体分配室将气体分配到各吹扫管/吹扫通道，以为了使气体输送简化。就此而言必须考虑，固定装置能够可靠地联接在气体分配室处或在气体分配室中。

意外地发现，当在此考虑几个结构特征时，敏感的陶瓷的吹扫管(圆柱形的空心体)能够可靠地并且持久地在固定装置中被挤压。

在其最普遍的实施方案中本发明对此涉及在其功能位置中带有下面的特征的用于圆柱形的陶瓷的空心体的固定装置：

a) 基体，该基体利用其底部以及环绕的壁限定了带有对应的中间纵轴线(M)的圆柱形的空间，

b) 底部具有开口，该开口的纵轴线(L)与中间纵轴线(M)对齐，

c) 底部具有环状的槽，其围绕开口同心地延伸，

d) 至少槽的与开口相邻的内壁由在压力下能够塑性地变形的材料制成，

e) 环状的按压体，该按压体的径向的壁横截面从下面的自由的端部向上扩大，从而槽的内壁在按压体被按压到槽中之后塑性地变形并且缩小了开口的横截面。

通过在插入按压体的情况下内壁向内(进入到开口横截面中)变形同时产生了圆柱形的陶瓷的物体(吹扫管)的期望的固定，其之前插入到固定装置(包括提及的开口在内)中。

意外地已表明了，槽的内壁的面型的变形同时满足了多个任务，即：

- 固定吹扫管，

- 定位吹扫管，

- 在吹扫管和固定装置之间的密封，

- 保护免于腐蚀，只要槽壁的可塑性地变形的材料从在氧气输送的情况下也不燃烧的组中选择。

以吹扫管在固定装置中的尽可能好的定位、固定以及密封为目的有利的是，吹扫管、开口以及槽具有旋转对称的几何结构。

在固定装置的底部中的开口的横截面(尤其在圆的几何结构中的直径)在此等于或稍微大于吹扫管的横截面(外直径)。这类似地适用于槽的内壁的内横截面(内直径)，换句话说：槽的内部的壁在最佳情况中以与开口的外部的壁对齐的方式伸延或者形成开口的上部的区段。由此如开口的轴向的长度扩大，由此能够更好地引导并且固定在开口中安放的吹扫管。

(环状的)槽本身能够在径向方向上具有矩形的横截面。尽管如此通过环状的按压体的壁的锥形的横截面可行的是，当按压体从上面被敲入到槽中时，槽的内壁在朝向吹扫管的方向上变形。由于旋转对称的几何结构在圆周上的力分布是均匀的。避免了应力峰值。

同样地在底部中的环状的槽但是也能够具有向上、朝向敞开的端部变得更大的横截面，分别地在槽的径向方向上被观察到，换句话说：槽的内壁具有朝向自由的端部逐渐变细的壁厚。在这种情况下也能够(类似以运动学的反转)应用带有均匀的壁厚的环状的按压体，只要该壁厚大于槽的在竖向下面的区段中的宽度。

在所有情况下可如此选择按压体的形状，即其能够在以下情况之前在无负荷的状态中在小的路段上沉入到槽中(以为了彼此定位槽和按压体)，即在按压体然后在固定装置的轴向方向中继续压入到槽中并且槽的内壁(若有可能槽的外壁也)变形之前。槽的内壁(即在朝向壳体的底部开口的方向上限制槽的壁)的可变形性在以下情况下变得更大，即当该内壁在其内面和/或外面上具有一个或多个凹口或凹处时，例如以环绕的沟槽的形式。

槽的外壁的同时的变形具有优点：相对固定装置的基体的附加的固定变得可行，这尤其在以下情况中是重要的，即当环状的槽在分离的(独立的)构件中伸延时，该分离的构件形成了底部的上部的区段并且尽可能无间隙地布置在空间中。“尽可能无间隙地”意味着，构件虽然在固定装置的制造中能够容易地引入到空间中，但是一旦构件已经到达其终端位置就也保持该终端位置。槽的外壁也能够在其内面和/或外面(外面靠于基体处)构造成带有凹口，如凹口在上文对于内壁所描述的那样。

由于一个或多个凹口优化了期望的变形以及由此按压体在配对件中(相对于槽的壁)的夹持和密封效果。

一个或多个凹口能够例如具有锯齿状的轮廓，其特征尤其在于，凹口的至少一个壁相对于相应的主体的表面以不等于90°的角度伸延。

为此的实施例在下面的实施例中的一个中呈现。

就此而言整个分离的构件能够由在压力下可塑性地变形的材料制成。

按压体本身也能够从在压力下可塑性地变形的材料中制造。

可塑性地变形的材料如下更详细地特性化：

原则上考虑任何这样的材料，即其除了足够的基础强度以外具有比吹扫管的陶瓷的材料更高的可变形性(在负荷下)。因此原则上能够应用例如生铁。有意义的选择能够通过材料的强度(以MPa为单位)实现。对于陶瓷的材料根据ÖNORM(奥地利标准) EN 993-5:1998确定了抗压强度。对于可变形的、尤其金属的材料根据DIN (德国工业标准) EN ISO 6892-1:2009获取了抗拉强度。

空心体的陶瓷的材料(例如基于氧化铝)在大多数情况下具有在2000到3000MPa的范围内的抗压强度。密封壁(尤其在槽或带有槽的整个分离的构件的内侧上的壁)的可变形的材料包括例如基于铜、铜锡、铜锡锌、铜锌、铜铝、铜铅、铜镍、铜镍锌、铝等等的材料。这些材料的典型的抗拉强度值位于600MPa以下，常常<500Mpa，<400MPa或<300MPa。

吹扫管在固定装置中的固定的轴向的长度能够是不同的，越长越好。多个固定装置能够轴向上依次地和/或在相同的轴向的高度上并排地汇装(放置)在气体吹扫元件的耐火的基体材料之内。

根据一种实施方式固定装置具有罩盖，其能够固定在基体处。罩盖具有罩盖开口，其相对于在基体的底部中的开口同心地伸延。

在该实施方式中吹扫管因此至少在两个部位处被引导，其相对彼此间隔开，即在罩盖中的开口的区域中并且在基体的底部中的开口的区域中。

用于吹扫管的引导在以下情况中能够被优化，即当罩盖具有延长部时，该延长部突出到基体的空间中并且该延长部包括罩盖开口的轴向的延续部分。这允许了，同样在罩盖侧在一定的轴向长度上稳定吹扫管。

优选地这样设计罩盖的轴向地伸延的延长部，即使得其形状配合地位于基体中。在此出现类型“管套管固定(Rohr im Rohr-Fixierung)”。

罩盖能够例如拧紧在基体处。螺纹能够在延长部处伸延并且与在基体的内侧上的内螺纹共同作用，如在下面的图中示出的那样。

如果延长部达到基体的底部(在安装的状态中)，则创造了用于吹扫管的连续的轴向的引导。气体吹扫管的一个端部突出到在底部处的开口中(在大多数情况下由气体吹扫元件的气体分配室通过该开口输送气体)并且吹扫管的相当大的一部分在上面突出超过固定装置并且接着通过吹扫装置的陶瓷的基体材料伸延直到气体出口侧的端部。

由此对于所属的气体吹扫元件(其同样是本发明的对象)在冶金容器的底部中的功能位置中得出了下面的特征：

- 气体吹扫砖在下面的端部处包括气体分配室，

- 提及的类型的多个彼此间隔地布置的固定装置布置在气体分配室的顶盖的区域中，其中

- 每个固定装置保持圆柱形的陶瓷的空心体，其分别通过气体吹扫砖的陶瓷的基础材料延伸直到其上部的端面。

当固定装置的基体由金属制成时，固定装置能够容易地固定在气体分配室的金属顶盖处，例如通过焊接。为此固定装置引导到金属引导的对应的穿孔中并且接着焊接在该处。

重要的是，可实现通过在固定装置的底部中的开口将气体由气体分配室输送到吹扫管中。

本发明的另外的特征从从属权利要求的特征以及其它的申请文件中得出。

附图说明

下述根据不同的实施例更详细地解释了本发明。

在此分别在示意图中，

图1显示了穿过气体吹扫砖的垂直的纵截面，

图2显示了穿过与气体吹扫砖的气体分配室处于连接中的固定装置的垂直的纵截面。

具体实施方式

在随后的附图描述中所有说明与在冶金容器如铁水包的底部中的气体吹扫砖的装配有关，在其中处理气体在轴向方向上从下向上穿流气体吹扫元件。

在图1中示出的气体吹扫设备具有气体输送管GZ，其在气体吹扫砖的下面的(冷的)端部处通入到气体分配室GV中。

在上部的端部处气体分配室GV由金属板件MB所限制。金属板件MB具有多个穿孔DB，在图1中能够看到其中的四个。

固定装置10的下部的端部12E突出通过每个穿孔DB，如其在下文更详细地所描述的那样。

圆柱形的陶瓷的空心体也称作吹扫管SR伸延通过每个固定装置10。每个吹扫管SR利用下面的端部位于穿孔DB的范围中并且在轴向方向上通过气体吹扫砖的基体材料MM伸延直到其端面ST，其中端面ST在气体吹扫砖的功能状态中贴靠金属熔体MS。

处理气体相应地通过气体输送管GZ被导入，然后在其通过端面ST离开吹扫管SR并且流到金属熔体MS中之前通过气体分配室GV以及穿孔DB流动到吹扫管SR中。

通过气体或多或少地在一个方向上(轴向地)穿流气体吹扫砖，该气体吹扫砖能够被称作带有定向多孔性的气体吹扫砖，尽管基体材料MM尽可能是气密的。

图2示出了与金属板件MB即气体分配室GV的顶盖共同作用的固定装置10。

固定装置10包括基体12，该基体利用其底部12B以及环绕的壁12W限定了带有对应的中间纵轴线M的圆柱形的空间12R。

底部12B具有开口12O，其纵轴线L与中间纵轴线M对齐。

在底部12B上安放有分离的构件14，其基本上具有锅形。构件14具有底部14B，其安放在基体12的底部12B上并且由此形成了底部的上部的区段。构件14此外具有内壁14I以及外壁14A。在内壁14I和外壁14A之间形成了槽14N，其在无负荷的状态(未示出)中基本上具有矩形横截面。

构件14的内壁14I的内面14II和外壁14A的外面14AA通过多个环状的沟槽14R而特性化，其彼此(在轴向方向LM上)锯齿状地连接。

根据图2的固定装置示出在这样的状态中，即对于该状态而言所属的吹扫管SR已经被固定，更确切地说借助于环状的按压体16。按压体16通过以下方式而特性化，即其径向的壁横截面从下部的自由的端部16U向上扩大，从而当按压体16被压入到槽14N中时，槽14N或者构件14的内壁14I变形。

换句话说：在内侧限制了槽14N的环状的内壁14I在按压体16敲入后已经径向地向内变形并且在此贴靠吹扫管SR的外壁，更确切地说面型地，并且将该吹扫管SR可靠地并且气密地固定在固定装置10中。

为了达到这种变形，构件14由黄铜制成，而基体12是钢体。在按压体14的压力下不仅仅物体14的内壁14I变形并且宛如变为用于吹扫管SR的密封件；同时构件14的外壁14A也径向地向外被挤压并且由此将构件14夹紧在基体12中。

敲入(压入)按压杆/按压体14在这种实施例中借助于罩盖18发生，其在头部18K之下具有带有外螺纹18A的轴向地伸延的延长部18V，该延长部与基体的对应的内螺纹12I共同作用，

头部18K和延长部18V具有连续的孔18O，其用于无间隙地定位吹扫管SR。孔18O因此基本上相对于开口12O且相对于由内壁14I限制的自由空间同心地/对准地伸延。

一旦罩盖16的下部的端面18U已到达按压体14，按压体14就继续向下压入到槽14N中，以为了实现尤其内壁14I的期望的变形，直到实现了吹扫管SR的期望的固定。

当按压体16最大限度地被压入到槽14N中时，则在罩盖头部18K和基体12的对应的上部的边缘之间仅仅还存在小的缝隙(由于公差原因)。

固定装置10在金属板件MB处的固定或者通过在穿孔DB的区域中的焊接(焊缝V)或者通过构造穿孔DB和基体12的下部的逐渐变细的端部12E的外面的对应的内螺纹/外螺纹实现。