DE10014712A1 - Verfahren und Vorrichtung zum schlackenfreien Ausgießen von Metallschmelzen aus metallurgischen Schmelzgefäßen - Google Patents

Abstract

Beim Austrag von Metallschmelze (5) aus einem metallurgischen Schmelzgefäß (1) durch Ausgießen besteht die Gefahr, dass die die Metallschmelze (5) überschichtende Schlackenschmelze (6) mit ausgetragen wird. Um diesen unerwünschten Schlackenmitlauf zu unterbinden, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, mit einer Blaslanze (20), die außerhalb des Schmelzgefäßes (1) angeordnet ist, ein Fluid so durch die Ausgießöffnung (4) des metallurgischen Schmelzgefäßes (1) hindurch auf die Badoberfläche (7) aufzublasen, dass die Schlackenschmelze (6) von der Ausgießöffnung (4) zurückgedrängt und so am Austrag gehindert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schlackenfreien Ausgießen von Metallschmelzen aus metallurgischen Schmelzgefäßen, wie bei­ spielsweise aus Konvertern, wobei zum Zeitpunkt des Ausgießens die die Metall­ schmelze überschichtende Schlackenschmelze im Austragsbereich des metallur­ gischen Schmelzgefäßes weggeblasen wird.

Bei der Durchführung von thermischen metallurgischen Prozessen an Metallen oder deren Legierungen in einem metallurgischen Schmelzgefäß liegen nach Ab­ schluss dieser Prozesse die Metalle in schmelzflüssiger Form vor, überschichtet mit schmelzflüssiger Schlacke.

Beim Austrag der Metallschmelze aus dem metallurgischen Schmelzgefäß besteht die Gefahr, dass die ursprünglich vorhandene Trennung zwischen Metallschmelze und Schlackenschmelze durch eine Verwirbelung nicht mehr gegeben ist und Schlackenschmelze gemeinsam mit der Metallschmelze ausgetragen wird.

Die mit der Metallschmelze auf diese Weise ausgetragene oxidische Schlacke bringt Sauerstoff mit und führt beispielsweise zu mehr Verbrauch von Aluminium für die erforderliche Desoxidation, von synthetischer Schlacke für die Aufnahme der Oxide und Kalzium für die Modifikation der oxidischen Einschlüsse. Das Oxi­ dationsprodukt Tonerde (Al₂O₃) verschlechtert die Gießeigenschaften und der Sauerstoff aus dem FeO in der Schlacke erschwert weiterhin eine Entschwefelung und Entgasung.

Demgegenüber wird bei einem reduzierten Schlackengehalt in der Metallschmelze beispielsweise die "Clean Steel"-Behandlung einer Stahlschmelze in der Sekun­ där-Metallurgie deutlich begünstigt, was insbesondere für die Erzeugung von "Ult­ ra-Low-Carbon"-Stählen für Flachprodukte eine wichtige Rolle spielt.

Um den geschilderten Schlackenmitlauf beim Austrag der Metallschmelze zu re­ duzieren, sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt geworden. So wird in der DE 298 08 318 U1 vorgeschlagen, um die im Gefäßboden angeordnete Abstichöffnung herum gasdurchlässige kegelstumpfförmige Spülsteine anzuord­ nen, durch die von unten ein Gas - entgegen der Fließrichtung der Metallschmel­ ze - in die Metallschmelze eingeblasen wird. Durch diese Maßnahme soll der Ausbildung eines Wirbels oberhalb der Abstichöffnung begegnet werden.

In der WO94/19498 wird zur Verhinderung des Schlackenmitlaufs beim Austrag der Schmelze durch eine im Gefäßboden angeordnete Abstichöffnung mit einer Blaslanze, die von oben durch den Deckel des metallurgischen Schmelzgefäßes geführt ist, die Schlackenschmelze von der Badoberfläche im Bereich der Boden­ öffnung weggeblasen.

In einer weiteren Ausführungsform wird diese Blaslanze durch die seitliche Ein­ tragsöffnung des metallurgischen Schmelzgefäßes eingeführt und bis in die Nähe der Bodenöffnung gebracht. Hierbei ist die Blaslanze an ihrem vorderen Ende nach unten abgeknickt, so dass auch hier der Blasstrahl von oben auf die Bad­ oberfläche auftrifft.

Nachteilig bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind die hohen aufzu­ wendenden Investitions- und Betriebskosten (Verschleiß von Blaslanze und Spül­ steinen, hoher Gasverbrauch) die erforderlich sind, um eine Verhinderung des Schlackenmitlaufs beim Austrag der Metallschmelze aus dem metallurgischen Ge­ fäß durch eine Bodenöffnung zu gewährleisten.

Weiterhin ist beim Aufblasen von oben auf die Badoberfläche die Gefahr einer Verwirbelung gegeben, wobei die ursprüngliche Trennung von Schlackenschmel­ ze und Metallschmelze aufgehoben werden kann und weiterhin nachteilig ein Ein­ trag von Gas in die Metallschmelze erfolgt. Neben diesem Gaseintrag kann beim Aufblasen von Gas durch den "Freistrahleffekt" auch umgebende Luft mit in die Schmelze eingebracht werden, wodurch neben einer unerwünschten Aufstickung auch ein unerwünschter Eintrag von Sauerstoff herbeigeführt wird.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik, die den Austrag von Me­ tallschmelzen durch Bodenöffnungen betreffen, ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen auch beim Austrag durch Ausgießen ein weitgehend schlackenfreier Austrag der Metallschmelze unter Vermeidung von Aufwirbelungen der Metallschmelze möglich ist und das ohne aufwendige Investitions- und Betriebskosten durchführbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass bei einem Austrag der Metallschmelze durch Ausgießen unmittelbar vor und während des Ausgießvorgangs mit einer außerhalb des Schmelzgefäßes angeordneten, in ihrer Neigung und Entfernung zur Metallschmelzenaustrittskante veränderbaren Blaslanze durch die Ausgießöff­ nung des Schmelzgefäßes hindurch ein Fluidblasstrahl mit hoher kinetischer Im­ pulsenergie so weitgehend wie möglich parallel zur Badoberfläche eingeblasen wird, dass die Schlackenschmelze im Ausgießbereich von der Oberfläche der Me­ tallschmelze zurückgedrängt und am Austritt aus dem Schmelzgefäß gehindert wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 6, nämlich durch eine der Ausgießöffnung des metallur­ gischen Schmelzgefäßes gegenüberliegende, auf einem Manipulator außerhalb des Schmelzgefäßes angeordnete Blaslanze.

Durch die Maßnahme der Erfindung, mit einer außerhalb des Schmelzgefäßes angeordneten Blaslanze einen Fluidstrahl in etwa parallel zur Badoberfläche von außen in das Schmelzgefäß mit hoher kinetischer Impulsenergie seitlich auf die Schlackenschmelzschicht zu richten, wird diese von der Austrittsöffnung wegge­ drückt und am Austritt gehindert. Dieses Wegdrücken der Schlackenschmelz­ schicht von der Oberfläche der Metallschmelze durch die parallele Strahlführung des Fluids zur Oberfläche der Metallschmelze geschieht ohne Verwirbelung der Metallschmelze. Auch der mögliche Nachteil bekannter Blasverfahren mit Strahl­ führung von oben auf die Badoberfläche, wobei die Schlackenschmelze in die Me­ tallschmelze hineingedrückt werden kann, kann durch die Anwendung des Verfah­ rens der Erfindung nicht mehr auftreten.

Damit die Blaslanze während des Ausgießvorgangs auch stets in der gewünsch­ ten Weise die Schlackenschmelze von der Metallschmelze im Ausgießbereich zu­ rückdrängen kann, folgt die Blaslanze in ihrer Ausrichtung bezüglich ihrer Neigung und ihrer Entfernung zur Metallschmelzenaustrittskante kontinuierlich der Aus­ gießbewegung des Schmelzgefäßes. Je nach der Kippstellung des Schmelzgefä­ ßes während des Ausgießvorgangs beträgt dabei der Abstand der Austrittsdüse der Blaslanze zur Metallschmelzen-Austrittskante 0,1 bis 3 m, vorzugsweise 0,2 bis 2 m und der Winkel der Blaslanze zur Horizontalen bzw. zur Badoberfläche beträgt -15° bis +60°, vorzugsweise -10° bis +45°.

Möglich wird dieses Nachführen der Blaslanze durch einen Manipulator, auf dem die Blaslanze mit einer Halterung über einen Schlitten montiert ist. Gesteuert wird die Blaslanze durch den Manipulator über ein Mess- und Regelsystem, in das Messdaten des Ausgießvorgangs des Schmelzgefäßes kontinuierlich einfließen.

Als Fluid, das gemäß der Erfindung in das Schmelzgefäß eingeblasen wird, wird ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff oder Argon, oder auch eine geeignete Flüs­ sigkeit verwendet.

Der Querschnitt der am vorderen Ende der Blaslanze angeordneten Fluid- Austrittsdüse ist rechteckig bis schlitzförmig ausgebildet und horizontal bzw. paral­ lel zur Badoberfläche ausgerichtet. Je nach Größe der Ausgießfläche, die von der Schlackenschmelze freizuhalten ist und je nach dem verwendeten Fluid, ist dabei die Querschnittsform der Austrittsdüse entsprechend anzupassen, wobei jedoch eine breite und flache Ausgestaltung des austretenden Gasvolumens eingehalten werden sollte, um die gesamte Schlackenschicht auch im Gefäßrandbereich zu­ rückzuhalten und Randströmungen der Schlacke in Richtung zur Metallaustritts­ kante zu unterbinden.

Durch das erfindungsgemäße Merkmal, die Blaslanze zur Gänze außerhalb des metallurgischen Schmelzgefäßes anzuordnen und sie auch während des gesam­ ten Ausgießvorgangs außerhalb des Schmelzgefäßes zu belassen, ergibt sich der Vorteil, dass ein Verschleiß der Blaslanze durch beispielsweise Verzunderung praktisch nicht mehr auftritt, und auch die sonst üblichen isolierenden Maßnahmen sind nicht mehr erforderlich. Dies wirkt sich deutlich in einer Reduzierung der In­ vestitions- und Betriebskosten aus.

Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der Erfindung werden nachfolgend an einem in einer Zeichnungsfigur dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläu­ tert.

In der Zeichnungsfigur ist in einem Vertikalschnitt ein Schmelzgefäß 1 dargestellt. Am Boden des aus einer feuerfesten Zustellung 3 gebildeten Schmelzraums 2 befindet sich die Metallschmelze 5, überschichtet von Schlackenschmelze 6.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Schmelzgefäß 1 während des Aus­ gießvorgangs abgebildet. Das in Pfeilrichtung 8 kippbare Schmelzgefäß 1 ist dabei etwas nach links zur Ausgießöffnung 4 hin gekippt, so dass die Metallschmelze 5 aus der Ausgießöffnung 4 des Schmelzgefäßes 1 über die Metallschmelzenaus­ trittskante 10 in einem Gießstrahl 9 herausläuft.

Der Metallschmelzenaustrittskante 10 gegenüberliegend ist außerhalb des Schmelzgefäßes 1 eine Blaslanze 20 angeordnet. Die Blaslanze 20 ist dabei so ausgerichtet, dass sich ihr vorderes Ende 26 mit der vorzugsweise rechteckig bis schlitzförmig ausgebildeten Austrittsdüse (nicht eingezeichnet) in unmittelbarer Nähe der Metallschmelzenaustrittskante 10 befindet und der aus der Austrittsdüse austretende Fluidblasstrahl 25 möglichst parallel zur Badoberfläche 7 gerichtet ist und Breitenwirkung erzielt. Durch diese Maßnahme wird die Schlackenschmelze 6 weitgehend von der Oberfläche der Metallschmelze 5 im Bereich der Metall­ schmelzen-Ausgießkante 10 zurückgedrängt, so dass der Gießstrahl 9 fast aus­ schließlich aus Metallschmelze 5 besteht. Da der Fluidblasstrahl 25 parallel zur Badoberfläche 7 ausgerichtet ist, verläuft er auch weitgehend parallel zur Oberflä­ che der Metallschmelze 5, so dass unerwünschte Verwirbelungen mit der Schla­ ckenschmelze 6 vermieden werden.

Damit die gewünschte Ausrichtung der Blaslanze 20 auch bei der Veränderung der Stellung des Schmelzgefäßes 1 während des fortschreitenden Ausgießvor­ gangs, also bei fortschreitender Kippbewegung des Schmelzgefäßes 1, aufrecht­ erhalten bleibt, ist die Blaslanze 20 mit ihrer Halterung 21 auf einem Manipulator 27 angeordnet. Die besondere Ausbildung der Halterung 21 ermöglicht dabei eine Kippbewegung der Blaslanze 20 in Pfeilrichtung 23 sowie über einen Schlitten 22, über den die Halterung 21 mit dem Manipulator 27 verbunden ist, ein horizontales Verschieben in Pfeilrichtung 24.

Da die Horizontal- und Kippbewegungen 23, 24 durch den Manipulator 27 so ge­ steuert werden müssen, dass die Blaslanze 20 der Ausgießbewegung des Schmelzgefäßes 1 kontinuierlich folgt, muss eine entsprechende Anpassung der Ausrichtung der Blaslanze 20 an die aktuelle Stellung des Schmelzgefäßes 1 kon­ tinuierlich erfolgen. Zu diesem Zweck werden die Bewegungsdaten des Schmelz­ gefäßes 1 während des Ausgießvorgangs kontinuierlich erfasst und über eine Lei­ tung 16 in ein Mess- und Regelsystem 17 eingespeist. Durch entsprechende Um­ formung werden in diesem Mess- und Regelsystem 17 die erforderlichen Steuer­ signale für die Steuerung des Manipulators 27 erzeugt und kontinuierlich über eine Leitung 18 dem Manipulator 27 zugeführt.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel stellt nicht die einzig mögliche Anwendung der Erfindung dar. Vielmehr sind je nach Ausbildung der möglichen Schmelzgefä­ ße und der örtlichen Gegebenheiten gemäß der Erfindung auch andere Ausfüh­ rungsbeispiele unter Einhaltung des Merkmals, mit einem Fluid die Schlacken­ schmelze von der Ausgießkante der Austrittsöffnung zurückzudrängen, denkbar.

Claims (8)

1. Verfahren zum schlackenfreien Austrag von Metallschmelzen aus metallurgi­ schen Schmelzgefäßen (1), wie beispielsweise Konverter, wobei zum Zeitpunkt des Ausgießens die die Metallschmelze (5) überschichtende Schlacken­ schmelze (6) im Austragsbereich des Schmelzgefäßes (1) weggeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Austrag der Metallschmelze (5) durch Ausgießen unmittelbar vor und während des Ausgießvorgangs mit einer außerhalb des Schmelzgefäßes (1) angeordneten, in ihrer Neigung und Ent­ fernung zur Metallschmelzenaustrittskante (10) veränderbaren Blaslanze (20) durch die Ausgießöffnung (4) des Schmelzgefäßes (1) hindurch ein Fluid­ blasstrahl (25) mit hoher kinetischer Impulsenergie so weitgehend wie möglich parallel zur Badoberfläche (7) eingeblasen wird, dass die Schlackenschmelze (6) im Ausgießbereich von der Oberfläche der Metallschmelze (5) zurückge­ drängt und am Austritt aus dem Schmelzgefäß (1) gehindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Blaslanze (20) bezüglich ihrer Neigung und ihrer Entfernung zur Metall­ schmelzenaustrittskante (10) mit Hilfe eines Manipulators (27) über ein Mess- und Regelsystem (17) der Ausgießbewegung des Schmelzgefäßes (1) konti­ nuierlich angepasst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus­ richtung der Blaslanze (20) durch den Manipulator (27) so vorgenommen wird, dass der Abstand der Austrittsdüse zur Metallschmelzenaustrittskante (10) 0,1 bis 3 m, vorzugsweise 0,2 bis 2 m und der Winkel der Blaslanze (20) zur Hori­ zontalen bzw. zur Badoberfläche (7) -15° bis +60°, vorzugsweise -10° bis +45° beträgt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einblasen als Fluidblasstrahl (25) ein 1- nertes Gas, beispielsweise Stickstoff oder Argon verwendet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluidblasstrahl (25) eine Flüssigkeit ver­ wendet wird.

6. Vorrichtung zum schlackenfreien Austrag von Metallschmelzen aus metallurgi­ schen Schmelzgefäßen (1), wie beispielsweise Konverter, wobei zum Zeitpunkt des Ausgießens die die Metallschmelze (5) überschichtende Schlacken­ schmelze (6) im Austragsbereich des Schmelzgefäßes (1) weggeblasen wird, zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine der Ausgießöffnung (4) des metallurgischen Schmelzgefäßes (1) gegenüberliegende, auf einem Manipula­ tor (27) außerhalb des Schmelzgefäßes (1) angeordnete Blaslanze (20).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Manipulator (27) über eine Leitung (18) mit einem Mess- und Regelsystem (17) verbunden ist, in das die Bewegungsdaten des metallurgischen Schmelzgefäßes (1) über eine Leitung (16) einfließen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus­ trittsdüse der Blaslanze (20) rechteckig bis schlitzförmig ausgebildet und hori­ zontal bzw. parallel zur Badoberfläche (7) ausgerichtet ist.