CH666739A5

CH666739A5 - METHOD FOR OPERATING A METALLURGICAL MELTING FURNACE.

Info

Publication number: CH666739A5
Application number: CH863/85A
Authority: CH
Inventors: Karl Buehler
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1985-02-26
Filing date: 1985-02-26
Publication date: 1988-08-15
Also published as: ATE48694T1; EP0192991A1; EP0192991B1; DE3667534D1

Abstract

1. Method of operating a metallurgical melting furnace whose furnace vessel is provided with at least one tapping opening and counteracts the vortex formation in the melt in the area of the tapping opening by means of an electric field which acts on the melt, characterized in that a magnetic field which is constant in time or quasi-stationary and is produced by an electromagnet arranged outside the furnace vessel passes through the melt in the said area.

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines metallurgischen Schmelzofens nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens an einem Schmelzofen mit einer Abstichöffnung. DESCRIPTION The invention relates to a method for operating a metallurgical melting furnace according to the preamble of claim 1 and to a device for performing the method on a melting furnace with a tap opening.

Zum weitgehend schlackenfreien Abstechen von metallurgischen Öfen und Gefässen z.B. Tundish, beim Stranggiessen sind Bodenabstiche und unter Badniveau liegende Ausgussöffnungen Stand der Technik (vgl. «Stahl u. Eisen» 104 [1984] Nr. 1 v. 9. Januar 1984,2.27 bis 30). For largely slag-free tapping of metallurgical furnaces and vessels e.g. Tundish, in continuous casting, floor tapping and spout openings below the bath level are state of the art (cf. “Steel and Iron” 104 [1984] No. 1 from January 9, 1984, from 27 to 30).

Bei dieser Technologie besteht das Problem, dass sich die Bildung eines Ausflusswirbels (Badewanneneffekt) nur schwer vermeiden lässt. Dieser tritt besonders gegen das Ende des Abgiessens auf, wenn der Abstand des Badniveaus zur Ausflussöffnung geringer wird. Die Hauptnachteile eines Wirbels sind: The problem with this technology is that the formation of a discharge vortex (bathtub effect) is difficult to avoid. This occurs particularly towards the end of pouring when the distance between the bath level and the outflow opening becomes smaller. The main disadvantages of a vertebra are:

- Einziehen der Schlacke von der Badoberfläche in den Aus-guss. - Pulling in the slag from the bath surface into the sink.

- Hemmung des Ausfliessens und damit Verlängerung der Abstichzeit. - Inhibiting the outflow and thus extending the tapping time.

Beim Bekannten wird dieser Badewanneneffekt durch starkes Kippen des Ofens gegen Ende des Abstechens vermieden, was insbesondere bei Lichtbogenöfen die Konstruktion erheblich verteuert. Trotzdem muss das Abstechen vorzeitig abgebrochen bzw. ein erheblicher Teil der Schmelze (bis 20%) im Ofen gelassen werden, wenn keine Schlacke austreten darf. This known bathtub effect is avoided by the well-known by tilting the furnace towards the end of the parting, which makes the construction considerably more expensive, especially in the case of electric arc furnaces. Nevertheless, the tapping must be stopped prematurely or a significant part of the melt (up to 20%) left in the furnace if no slag is allowed to escape.

Ausgehend vom Bekannten, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines metallurgischen Schmelzofens anzugeben, bei welchen das Ofengefäss nicht oder weniger stark gekippt werden muss und die Bildung von Ausflusswirbeln verhindert, verzögert oder zumindest die Intensität des Wirbels reduziert wird. Starting from the known, the object of the invention is to provide a method for operating a metallurgical melting furnace, in which the furnace vessel does not have to be tilted, or has to be tilted less and the formation of discharge vortices is prevented, delayed or at least the intensity of the vortex is reduced.

Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens an einem Schmelzofen mit einer Abstichöffnung anzugeben. It is also an object of the invention to provide a device for carrying out the method according to the invention on a melting furnace with a tap opening.

Die Lösung dieser beiden Aufgaben erfolgt durch die in den Ansprüchen 1 bzw. 6 gekennzeichnete Erfindung. These two objects are achieved by the invention characterized in claims 1 and 6, respectively.

Das erfindungsgemässe Verfahren führt zu einer weitgehend schlackenfreien Schmelze. Der Temperaturverlust ist geringer, was sich unmittelbar auf die Qualität und Wirtschaftlichkeit des metallurgischen Prozesses auswirkt. The process according to the invention leads to a largely slag-free melt. The temperature loss is lower, which has a direct impact on the quality and economy of the metallurgical process.

Als praktisch einfachstes Verfahren wird der Einsatz eines zeitlich während des Abgiessvorgangs etwa konstanten Magnetfeldes vorgeschlagen. The use of a magnetic field that is approximately constant over time during the pouring process is proposed as the practically simplest method.

Eine Verbesserung der Wirkung bei praktisch gleicher Grösse des Aufwandes besteht darin, das Magnetfeld während des Abgiessvorgangs den Erfordernissen zur Minderung der Wirbelintensität anzupassen. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass das quasistationäre Magnetfeld am Anfang des Abgiessvorganges, wenn der Abstand Schmelz-oberfläche-Ausflussöffnung noch gross ist, relativ schwach ist und sukzessive verstärkt wird, wenn sich der Abstand zur Schmelzoberfläche vermindert. An improvement in the effect with practically the same amount of effort consists in adapting the magnetic field during the casting process to the requirements for reducing the vortex intensity. This is achieved, for example, in that the quasi-stationary magnetic field at the beginning of the casting process, when the distance between the melt surface and the outflow opening is still large, is relatively weak and is gradually increased when the distance to the melt surface decreases.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, ein drehendes Magnetfeld (Drehfeld) auf die Schmelze einwirken zu lassen, wobei der Drehsinn so gesteuert wird, dass er dem Drehsinn eines bestehenden oder im Entstehen begriffenen Wirbels entgegengesetzt ist. Vorteilhafterweise wird dabei auch die Rotationsgeschwindigkeit des Drehfeldes der Intensität der Wirbelbewegung derart angepasst, dass bei hoher Rotationsgeschwindigkeit des Wirbels eine ebensolche des Drehfeldes besteht. Another embodiment of the invention is to allow a rotating magnetic field (rotating field) to act on the melt, the direction of rotation being controlled so that it is opposite to the direction of rotation of an existing or nascent vortex. Advantageously, the speed of rotation of the rotating field is also adapted to the intensity of the swirl movement in such a way that, at a high speed of rotation of the swirl, there is the same of the rotating field.

Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst mindestens einen Magneten, dessen Magnetfeld die Schmelze mindestens im Bereich der Ausflussöffnung vorzugsweise im Bereich über der Ausflussöffnung bis zur Schmelzenoberfläche durchsetzt. The device according to the invention for carrying out the method comprises at least one magnet, the magnetic field of which penetrates the melt at least in the area of the outflow opening, preferably in the area above the outflow opening up to the melt surface.

Beim elektrisch, vorzugsweise mit Gleichstrom erregten Magneten kann die Stärke des Magnetfeldes durch Steuern der Stromstärke den Erfordernissen angepasst werden. In the case of electrically excited magnets, preferably with direct current, the strength of the magnetic field can be adapted to the requirements by controlling the current strength.

Eine Einrichtung zur Erzeugung eines drehenden Magnet2 A device for generating a rotating magnet 2

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

feldes besteht entweder aus mindestens einem mechanisch, z.B. elektromotorisch, angetriebenen drehenden Magneten oder mindestens einem, ein Drehfeld erzeugenden mehrphasigen Magneten, beispielsweise ähnlich der Bauweise eines Stators rotierender Maschinen. field consists of at least one mechanical, e.g. electromotive, driven rotating magnet or at least one, a rotating field generating multi-phase magnet, for example similar to the design of a stator of rotating machines.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is explained below with reference to exemplary embodiments shown in the drawing.

In der Zeichnung zeigt: The drawing shows:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen metallurgischen Schmelzofen mit einer Abstichöffnung in einem erkerartig ausgebildeten Teil des Ofengefässes und einem seitlich angeordneten Elektromagneten, 1 shows a section through a metallurgical melting furnace with a tap opening in a bay-shaped part of the furnace vessel and a laterally arranged electromagnet,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Schmelzofen nach Fig. 1, 2 is a plan view of the melting furnace of FIG. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen metallurgischen Schmelzofen mit einer zentralen Abstichöffnung im Gefässboden und mit einem oberhalb des Ofengefässes angeordneten um die Vertikalachse drehbar angeordneten Elektromagneten, 3 shows a section through a metallurgical melting furnace with a central tap opening in the bottom of the vessel and with an electromagnet arranged above the furnace vessel and rotatable about the vertical axis,

Fig. 4 einen Schnitt durch einen metallurgischen Schmelzofen mit einer zentralen Abstichöffnung im Gefässboden und einer Magnetanordnung unterhalb des Ofengefässes, 4 shows a section through a metallurgical melting furnace with a central tap opening in the bottom of the vessel and a magnet arrangement underneath the furnace vessel,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Magnetanordnung nach Fig. 4, 5 shows a plan view of the magnet arrangement according to FIG. 4,

Fig. 6 eine Weiterbildung des Schmelzofens nach Fig. 4 mit Mitteln zur Detektion des Drehsinns des Ausflusswirbels. 6 shows a development of the melting furnace according to FIG. 4 with means for detecting the direction of rotation of the outflow vortex.

Der metallurgische Schmelzofen nach Fig. 1 bzw. 2 weist grundsätzlich den gleichen Aufbau wie der in der eingangs zitierten Zeitschrift «Stahl u. Eisen» a.a.O. Er umfasst ein Ofengefäss 1 mit einem äusseren, vorzugsweise unmagnetischen Metallmantel 2 und einer feuerfesten Zustellung 3. Im Boden eines erkerartig ausgebildeten Teils des Ofengefässes 1 ist eine mittels einer Klappe 4 verschliessbare Abstichöffnung 5 vorgesehen, deren Aufbau z.B. demjenigen nach Bild 4 der Literaturstelle «Stahl u. Eisen» a.a.O., Seite 28, entspricht. 1 or 2 basically has the same structure as that in the journal "Stahl u. Iron »loc. It comprises an oven vessel 1 with an outer, preferably non-magnetic metal jacket 2 and a refractory lining 3. In the bottom of a part of the oven vessel 1 which is designed as an oriel, a tap opening 5 is provided which can be closed by a flap 4, the structure of which is e.g. that according to Figure 4 of the reference "Stahl u. Eisen »op. Cit., Page 28.

Ein aus einer Spule 6 und einem Joch bestehender Elektromagnet 8 ist seitlich am Ofengefäss 1 im Bereich der Abstichöffnung 5 angebracht, derart, dass die Abstichöffnung 5 zwischen den beiden Schenkeln 7a und 7b des Jochs 7 gelegen ist und die Feldlinien 10 des Elektromagneten 8 die Schmelze 9 im wesentlichen im Bereich der Abstichöffnung 5 bis zum Badspiegel 11 und parallel zu diesem durchsetzen. Die Spule 6 ist an eine Gleichstromquelle 12 angeschlossen, deren Ausgangsstrom einstellbar ist. An electromagnet 8 consisting of a coil 6 and a yoke is attached to the side of the furnace vessel 1 in the region of the tap opening 5 such that the tap opening 5 is located between the two legs 7a and 7b of the yoke 7 and the field lines 10 of the electromagnet 8 the melt 9 essentially in the area of the tap hole 5 to the bath level 11 and parallel to this. The coil 6 is connected to a direct current source 12, the output current of which is adjustable.

Beim Abgiessen des Ofens bilden sich insbesondere gegen Ende Ausflusswirbel aus, wenn der Abstand des Badspiegels 11 zur Ausflussöffnung geringer wird. Das die Schmelze durchsetzende Magnetfeld hat die Wirkung, dass in der bewegenden Schmelze (Metall) Wirbelströme induziert werden, welche die Bewegung hemmen. When the furnace is poured off, discharge vortices form in particular towards the end when the distance between the bath level 11 and the discharge opening becomes smaller. The magnetic field penetrating the melt has the effect that eddy currents are induced in the moving melt (metal), which inhibit the movement.

Eine Verbesserung der Wirkung bei praktisch gleichem Aufwand lässt sich erzielen, wenn das Magnetfeld während des AbgiessVorganges den Erfordernissen der Wirbelintensität angepasst wird. Dies lässt sich z.B. dadurch erreichen, wenn das Magnetfeld zu Beginn des Abgiessens, wenn der Abstand zwischen Schmelzenoberfläche 11 und Ausflussöffnung 5 noch gross ist, relativ schwach ist und sukzessive verstärkt wird, wenn sich der Abstand zur Schmelzenoberfläche 11 vermindert. The effect can be improved with practically the same effort if the magnetic field is adapted to the requirements of the vortex intensity during the pouring process. This can e.g. thereby achieve when the magnetic field at the beginning of the pouring, when the distance between the melt surface 11 and the outflow opening 5 is still large, is relatively weak and is gradually increased when the distance to the melt surface 11 decreases.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 bzw. 2 durch die Anordnung der Magnetanordnung oberhalb des hier kreisrunden Ofengefässes 1 mit zentraler Abstichöffnung 5. An einer Traganordnung 13 ist der Elektromagnet 8 drehbar gelagert und mit einem in seiner Drehzahl und Drehrichtung einstellbaren The embodiment according to FIG. 3 differs from that according to FIGS. 1 and 2 by the arrangement of the magnet arrangement above the circular furnace vessel 1 here with a central tap opening 5. The electromagnet 8 is rotatably mounted on a support arrangement 13 and with a speed and Adjustable direction of rotation

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Antriebsmotor 14 gekuppelt. Das Joch 7 weist zwei senkrecht zur Spulenachse liegende Schenkel 7a, 7b auf, die dicht oberhalb des Badspiegels 11 enden. Drive motor 14 coupled. The yoke 7 has two legs 7a, 7b which are perpendicular to the coil axis and which end just above the bath level 11.

Die Stromversorgung der Spule kann in bekannter Weise über Schleifringe und Bürsten (beide nicht dargestellt) erfolgen. The coil can be powered in a known manner via slip rings and brushes (both not shown).

Bei Erregung des Elektromagneten und stillstehendem Motor 14 durchsetzen die Feldlinien 10 des Magneten die Schmelze im Bereich der Abstichöffnung 5 mehrheitlich parallel zum Badspiegel und wirken auf die beim Abgiessen entstehenden Abflusswirbel in der gleichen Weise, wie es im Zusammenhang mit Fig. 1 bzw. 2 beschrieben wurde. When the electromagnet is excited and the motor 14 is at a standstill, the field lines 10 of the magnet mostly penetrate the melt in the region of the tap opening 5 parallel to the bath level and act on the discharge vortices formed during pouring in the same way as described in connection with FIGS. 1 and 2 has been.

Diese Wirkung lässt sich durch Rotieren des Elektromagneten 8 entgegen dem Drehsinn des Abflusswirbels verstärken. Die Einstellung der Drehrichtung und Drehzahl erfolgt dabei im einfachsten Fall aufgrund visueller Beobachtung der Schmelze von Hand, kann jedoch, was später erläutert wird, auch selbsttätig erfolgen. This effect can be increased by rotating the electromagnet 8 against the direction of rotation of the drain vortex. In the simplest case, the direction of rotation and speed are set by visual observation of the melt by hand, but, as will be explained later, can also be carried out automatically.

Anstelle einer drehbaren Magnetanordnung kann auch ein stationäres mehrphasiges Magnetsystem vorgesehen werden. Dies ist anhand der Figuren 4 und 5 veranschaulicht. Ein kreisringförmiges Joch 7' umgibt die Abstichöffnung 5 und ist mit einer dreiphasigen Wicklung 6' in der Art der Statorwicklung einer Asynchronmaschine versehen. Instead of a rotatable magnet arrangement, a stationary multiphase magnet system can also be provided. This is illustrated by means of FIGS. 4 and 5. An annular yoke 7 'surrounds the tap opening 5 and is provided with a three-phase winding 6' in the manner of the stator winding of an asynchronous machine.

Bei Erregung der Wicklung bildet sich in der Schmelze 9 ein Drehfeld aus, das, wenn es den zum Drehsinn des Aus-flusswirbels umgekehrten Drehsinn aufweist, der Wirbelbildung entgegenwirkt. When the winding is excited, a rotating field is formed in the melt 9, which, when it has the direction of rotation opposite to the direction of rotation of the outflow vortex, counteracts the formation of eddies.

Die Speisung der Dreiphasen-Wicklung 6' erfolgt vorzugsweise über einen bekannten Stromrichter 15, dessen Ausgangsstrom hinsichtlich Frequenz und Amplitude einstellbar ist. The three-phase winding 6 'is preferably fed via a known converter 15, the output current of which can be adjusted with regard to frequency and amplitude.

In Fig. 6 ist eine Weiterbildung der Ausführungsform nach Fig. 4 bzw. 5 dargestellt, bei der auf dem Joch 7 neben der dreiphasigen Wicklung 6 eine Detektionswicklung 16 angeordnet ist. Die Detektionswicklung 16 ist an eine Auswerte-und Steuerschaltung 17 angeschlossen. FIG. 6 shows a further development of the embodiment according to FIGS. 4 and 5, in which a detection winding 16 is arranged on the yoke 7 next to the three-phase winding 6. The detection winding 16 is connected to an evaluation and control circuit 17.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 6 geht aus folgendem hervor: The operation of the arrangement according to FIG. 6 can be seen from the following:

Nach Öffnen der Klappe 4 wird die dreiphasige Wicklung über den Stromrichter mit Gleichstrom gespeist. Infolge des konstanten Magnetfeldes in der Schmelze werden bei sich drehender Schmelze (Wirbel) in der Detektionswicklung 16 Spannungen induziert, die ein Mass für Drehsinn und Rotationsgeschwindigkeit der Abflusswirbel in der Schmelze 9 darstellen. Diese werden in der Auswerte- und Steuereinrichtung 17 gespeichert und nach Abschluss des Messintervalls im darauffolgenden Arbeitsintervall dem steuerbaren Stromrichter 15 zugeführt. Nach wenigen Sekunden, typisch 1...10 sec, werden wieder die Rotationsgeschwindigkeit und der Drehsinn des Abflusswirbels gemessen und das Drehfeld gesteuert. After opening flap 4, the three-phase winding is fed with direct current via the converter. As a result of the constant magnetic field in the melt, voltages are induced in the detection winding 16 when the melt (vortex) rotates, which voltages represent a measure of the direction of rotation and rotational speed of the discharge vortex in the melt 9. These are stored in the evaluation and control device 17 and, after the measurement interval has ended, are fed to the controllable converter 15 in the subsequent working interval. After a few seconds, typically 1 ... 10 sec, the rotation speed and the direction of rotation of the drain vortex are measured again and the rotating field is controlled.

Als Detektionswicklung kann auch die Wicklung 6 selbst verwendet werden, wobei Vorkehrungen getroffen werden müssen, damit die Auswerte-und Steuerschaltung 17 während des Arbeitsintervalls vom Stromrichterausgang entkoppelt sind, was im einfachsten Fall durch Umschalter realisiert werden kann. The winding 6 itself can also be used as the detection winding, precautions being taken so that the evaluation and control circuit 17 are decoupled from the converter output during the working interval, which can be implemented in the simplest case by means of changeover switches.

Es versteht sich von selbst, dass die Magnetanordnung nach den Fig. 4 bis 6 auch für eine Konstellation gemäss Fig. 3 verwendet werden kann ; zu diesem Zweck wäre das kreisringförmige Joch 7' samt dreiphasiger Wicklung 6' zu der Traganordnung 13 anzubringen. It goes without saying that the magnet arrangement according to FIGS. 4 to 6 can also be used for a constellation according to FIG. 3; For this purpose, the annular yoke 7 'together with the three-phase winding 6' would have to be attached to the support arrangement 13.

Ferner besteht die Möglichkeit, bei den Varianten gemäss Fig. 3 bis 6 dem Drehfeld ein quasistationäres Magnetfeld zu überlagern. There is also the possibility of superimposing a quasi-stationary magnetic field on the rotating field in the variants according to FIGS. 3 to 6.

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

B B

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

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1. A method for operating a metallurgical melting furnace, the furnace vessel of which is provided with at least one tap opening, characterized in that, in order to inhibit the swirling movement of the melt (9) during casting, the melt is at least in the region of the tap opening (5) from a magnetic field ( 10) is enforced, which counteracts the vortex movement.

2. The method according to claim 1, characterized in that the melt (9) in the said area is penetrated by a temporally constant magnetic field.

3. The method according to claim 1, characterized in that the melt (9) in the said area is penetrated by a time-varying magnetic field, the direction of rotation of which is opposite to the direction of rotation of the vortex.

4. The method according to claim 1, characterized by the combined use of a temporally constant or quasi-stationary magnetic field and a magnetic rotating field, the direction of rotation of which is opposite to the direction of rotation of the vortex by superimposing both fields.

5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that during the casting the direction of rotation of the vortex formed is determined by means of a detection device (16, 17) which in turn controls the rotating field counteracting the vortex formation with respect to size and direction of rotation.

6. Device for performing the method according to claim 1 on a melting furnace with a tap opening, characterized by a magnet (8) whose magnetic field (10) passes through the melt (9) at least in the region of the tap opening (5).

7. Device according to claim 6 on a melting furnace with a tap opening in the bottom of a bay-shaped part of the furnace vessel, characterized in that the magnet (8) is an electromagnet, the yoke (7) at least partially enclosing the bay-shaped part (Fig. 1st ).

8. Device according to claim 6, characterized in that the magnet is an electric or permanent magnet (6, 7) which is attached to a support arrangement (13) arranged above the furnace vessel above the bath level (11).

9. Device according to claim 6, characterized in that the magnet (8) is arranged below the Qfengefäßboden and at least partially surrounds the tap opening (5).

10. Device according to claim 8 or 9, characterized in that the magnet (8) is rotatably mounted relative to the furnace vessel (1) and is coupled to a drive device (14).

11. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the magnet is an electromagnet (8) consisting of several individual magnets, which e.g. is fed in phase or star connection from a multiphase converter (15).

12. Device according to one of claims 6 to 11, characterized in that means (16) for detecting the sense of rotation and / or angular velocity of the outflow vortex are provided, which control the sense of rotation and / or intensity of the magnetic field penetrating the melt.