DE10031361A1 - Verfahren und Vorrichtung zum schlackenfreien Abstechen einer Metall-, insbesondere einer Stahl-Schmelze, aus einem senkrecht stehenden metallurgischen Gefäß - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum schlackenfreien Abstechen einer Metall-, insbesondere einer Stahl-Schmelze, aus einem senkrecht stehenden metallurgischen GefäßInfo
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Abstract
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schlackenfreien Abstechen einer Metall-, insbesondere einer Stahlschmelze, aus einem senkrecht stehenden metallurgischen Gefäß (1) durch eine Abstichöffnung (2), wobei die auf der Schmelze schwimmende Schlacke (5) mit dem Badspiegel zusammen abgesenkt wird, zielt auf Maßnahmen, durch die die Entstehenung von Wirbel verhindert wird und schlägt vor, dass vor Beginn eines zu erwartenden Potentialwirbels (4) im Bereich der Abstichöffnung (2) und der Bildung einer Trombe (8) um die Achse (9) der Abstichöffnung (2) von außen ein Körper (10) in den Bereich der Abströmung (11) eingeschoben oder vorher eingebracht wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schlackenfreien Abste
chen einer Metall-, insbesondere Stahlschmelze, aus einem senkrecht stehenden
metallurgischen Gefäß durch eine Abstichöffnung, wobei die auf der Schmelze
schwimmende Schlacke mit dem Badspiegel abgesenkt wird.
Beim Entleeren von metallurgischen Gefäßen mit Bodenausguss tritt beim Unter
schreiten einer bestimmten Badspiegelhöhe ein unerwünschtes Mitlaufen der oben
auf der Metallschmelze befindlichen Schlacke auf. Dieses Mitlaufen der Schlacke
wird durch einen Potentialwirbel der ablaufenden Flüssigkeit verursacht, wobei sich
im Innern des Wirbels die Dreh-Geschwindigkeit derart erhöht, dass die Metall
schmelze eine Trombe bildet, in die die Schlacke förmlich miteingesogen wird. Die
Umfangsgeschwindigkeit nimmt dabei mit sinkendem Abstand zur Abstichöffnung zu.
Die Form der Trombe wird von der lokal wirkenden Trägheits-, Schwer-, Auftriebs-
und Coriolis-Kraft bestimmt. Die Ausbildung der Trombe geschieht ab einer von den
geometrischen Gestaltungen abhängigen kritischen Füllhöhe. Das Mitlaufen und die
dadurch verursachte Vermischung von Schlacke und flüssigem Metall führt zu einer
starken Beeinträchtigung der Schmelzenqualität und daher zu einem vorzeitigen
Schließen des Gefäßabstichs.
Es sind eine ganze Reihe von Verfahren bekannt, den beschriebenen Effekt zu be
einflussen oder zu vermeiden. Um einen Gewinn von über 95% an Schmelze zu er
zielen, ist z. B. schon vorgeschlagen worden (DE 33 27 671 A1), ein vertikal fluch
tend zur Abstichöffnung eines Schieber oder Klappenverschlusses an einer Hubvor
richtung befestigter Strömungskörper in einer oberen Stellung zur Schmelze zu hal
ten und bei einer kritischen Schmelzbadhöhe von 200-500 mm über der Abstichöff
nungs-Oberkante des offenen Schieber- bzw. Klappenverschlusses den Strömungs
körper auf eine untere Stellung von ca. 30-50 mm über dem Gefäßbodengrund ab
zusenken und schließlich ganz zu schließen. Diese Verfahrensweise geht jedoch
davon aus, dass der Potentialwirbel ohnehin nicht vermieden werden kann und setzt
eine entsprechende zusätzliche verhältnismäßig aufwendige Einrichtung voraus. Ei
ne ähnliche Maßnahme ergibt sich aus der EP 0 974 801 A1, wobei allerdings die
Halterung für den Strömungskörper aufwendig gekühlt werden muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu ergreifen, durch die die
Entstehung der Wirbel deutlich verzögert oder ganz verhindert wird.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor Beginn eines
zu erwartenden Potentialwirbels im Bereich der Abstichöffnung und der Bildung einer
Trombe um die Achse der Abstichöffnung von außen etwa ein Körper in Bereich der
Abströmung eingeschoben oder vorher eingebracht wird. Diese Behinderung der
Drehbewegung der Strömung hindert die Schlacke daran, in die Abstichöffnung mit
einzulaufen. Außerdem wird dadurch die erforderliche Vorrichtung einfacher.
In Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Körper derart eingebracht wird, dass er
die Höhe des kritischen Füllniveaus erfasst. Eine darüber liegende Höhe braucht des
halb nicht berücksichtigt zu werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Körper die Höhe im Zustand einer ohne Kör
per eintretenden Trombenbildung erfasst. Der Einfluss des Körper wird nur darauf
abgestellt, dass Maßnahmen für eine kritische Badspiegel-Höhe erforderlich sind. Die
höher liegenden Bereiche brauchen nicht berücksichtigt zu werden.
Eine Potentialwirbel-Bildung kann nach einer anderen Maßnahme auch dadurch ver
hindert werden, dass der Körper bis nahe an die Abstichöffnung eingebracht wird.
Dadurch tritt die gewollte Störung der Wirbelbildung ein, so dass sich solche Wirbel
von Anfang an nicht bilden können.
In Ausgestaltung ist weiter vorgesehen, dass der Körper über die Abstichöffnung
eingebracht wird.
Eine andere Verbesserung besteht darin, dass der Körper etwa horizontal einge
bracht wird.
Die Vorrichtung zum Abstechen einer Metallschmelze, insbesondere einer Stahl-
Schmelze, aus einem in Abstechstellung befindlichen metallurgischen Gefäß, das
eine geöffnete Abstichöffnung aufweist, löst die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch, dass in der Ebene des Eingangs der Abstichöffnung ein oder mehrere ein
ander zugeordnete Einbauten bis in den Strömungs-Umlenkungsbereich vor der Ab
stichöffnung einbringbar oder fest eingebaut sind. Die Einbauten können z. B. stern
förmig, strahlenförmig oder mit anderen Vorsprüngen geformt sein. Diese Gestaltung
verzögert oder verhindert sogar ganz die Potentialwirbelbildung und vermeidet einen
großen Aufwand an Vorrichtungsteilen. Es sind lediglich Dämme aus Feuerfestmate
rial zu errichten, die jeweils zwischen den Chargen ausgebaut oder wiederhergestellt
werden können.
Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Einbauten bis nahe an die Ab
stichöffnung heranreichen. Dadurch kann auf die Abströmung ein großer Einfluss
ausgeübt werden.
Nach weiteren Merkmalen wird vorgeschlagen, dass bei einer sich einstellenden
Hauptströmungsrichtung die Einbauten stromabwärts hinter der Abstichöffnung lie
gen. Dadurch wird ebenfalls eine Potentialwirbel-Bildung mit einfachsten Mitteln ver
hindert.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass beidseitig oder nach mehreren
seiten, zur Abstichöffnung gerichtet, Einbauten angeordnet sind. Diese Gestaltung ist
besonders wirkungsvoll, weil etwaige Potentialwirbel sowohl vor als auch hinter der
Abstichöffnung gestört werden.
Diese Gestaltung kann dann noch derart vorgenommen werden, dass die beidseitig
oder nach mehreren Seiten zur Abstichöffnung angeordneten Einbauten über die
Abstichöffnung hinweg miteinander verbunden sind. Dadurch wird gleichzeitig die
Wirksamkeit erhöht und eine größere Haltbarkeit geschaffen.
Die Verbindung kann auch dahingehend gestaltet werden, dass in beidseitig zur Ab
stichöffnung angeordneten Einbauten ein Ausschnitt über der Abstichöffnung vorge
sehen ist. Dadurch entsteht eine einfache und zweckmäßig zu erstellende Bauweise.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachste
hend näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch die Abstichöffnung eines metallurgi
schen Gefäßes mit der Trombenbildung beim Abstich,
Fig. 2A einen senkrechten Schnitt durch die Abstichöffnung mit einem ersten
Ausführungsbeispiel von Einbauten,
Fig. 2B die zu Fig. 2A gehörende Draufsicht,
Fig. 3A einen senkrechten Schnitt durch die Abstichöffnung mit einem zweiten
Ausführungsbeispiel von Einbauten und
Fig. 3B die zu Fig. 3A gehörende Draufsicht.
Gemäß Fig. 1 bildet sich ohne jede Maßnahme gegen einen Potentialwirbel bei ei
nem metallurgischen Gefäß 1 in der Abstichöffnung 2 des Gefäßbodens 3 am Ende
des Abstechens ein Potentialwirbel 4, der Schlacke 5 aus einer Gasphase 6 in das
flüssige Metall 7 hineinreißt, und eine Trombe 8 bildet, so dass das flüssige Metall
später unzulässige Einschlüsse aufweisen würde. In diesem Fall muss der Abstich
unterbrochen werden.
Gemäß Fig. 2A wird vor Beginn eines zu erwartenden Potentialwirbels 4 im Bereich
der Abstichöffnung 2 und der Bildung einer Trombe 8 um die Achse 9 der Abstichöff
nung 2 von außen etwa horizontal ein Körper 10 in den Bereich der Abströmung 11
über die Abstichöffnung 2 eingeschoben oder der Körper 10 ist vorher schon in das
Mauerwerk des metallurgischen Gefäßes 1 eingebaut worden. Der Körper 10 wird
mit einer Höhe 12 eingebaut, die der Höhe des kritischen Füllniveaus entspricht, d. h.
ein Badspiegel in dem sich in Kürze ein Potentialwirbel 4 bilden würde. Der Körper
10 erfasst damit die Höhe 12 in einem Zustand, in dem früher die Trombenbildung
einsetzte. Dabei wird der Körper 10 bis nahe an die Abstichöffnung 2 herangescho
ben (vgl. Fig. 2A und 2B).
Solche aus einem oder mehreren Körpern 10 bestehende Einbauten 13 werden all
gemein in der Ebene 14 des Eingangs 2a der Abstichöffnung 2 bis in einen Strö
mungs-Umlenkungsbereich 15 vor der Abstichöffnung 2 kurzfristig eingeschoben
oder sind schon bei der Zustellung des Gefäßes 1 fest eingebaut worden. Es ist gün
stig, dass die Einbauten 13 bis nahe an die Abstichöffnung 2 heranreicht, wie ge
zeichnet ist. Dabei sollte beachtet werden, dass bei einer sich einstellenden Haupt
strömung 16 die Einbauten 13 stromabwärts hinter der Abstichöffnung 2 zu liegen
kommen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 3A und 3B) sind beidseitig zur Ab
stichöffnung 2 Einbauten 13a und 13b angeordnet. Diese können über die Ab
stichöffnung 2 hinweg miteinander verbunden werden. Eine solche Verbindung kann
auch derart vorgenommen werden, dass in den beidseitig zur Abstichöffnung 2 an
geordneten Einbauten 13a; 13b ein Ausschnitt 17 über der Abstichöffnung 2 vorge
sehen ist.
1
metallurgisches Gefäß
2
Abstichöffnung
2
a Eingang
3
Gefäßbaden
4
Potentialwirbel
5
Schlacke
6
Gasphase
7
flüssiges Metall
8
Trombe
9
Achse d. Abstichöffnung
10
Körper
11
Abströmung
12
Höhe der Einbauten
13
Einbauten
13
a seitliche Einbauten
13
b seitliche Einbauten
14
Ebene
15
Strömungs-Umlenkungsbereich
16
Hauptströmung
17
Ausschnitt
Claims (12)
1. Verfahren zum schlackenfreien Abstechen einer Metall-, insbesondere einer
Stahlschmelze, aus einem senkrecht stehenden metallurgischen Gefäß durch
eine Abstichöffnung, wobei die auf der Schmelze schwimmende Schlacke mit
dem Badspiegel zusammen abgesenkt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor Beginn eines zu erwartenden Potentialwirbels im Bereich der Ab
stichöffnung und der Bildung einer Trombe um die Achse der Abstichöffnung
von außen ein Körper in den Bereich der Abströmung eingeschoben oder
vorher eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Körper derart eingebracht wird, dass er die Höhe des kritischen Füll
niveaus erfasst.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Körper die Höhe im Zustand einer ohne Körper eintretenden Trom
benbildung erfasst.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Körper bis nahe an die Abstichöffnung eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Körper über die Abstichöffnung eingebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Körper etwa horizontal eingebracht wird.
7. Vorrichtung zum Abstechen einer Metallschmelze, insbesondere einer Stahl
schmelze, aus einem in Abstechstellung befindlichen metallurgischen Gefäß,
das eine geöffnete Abstichöffnung aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Ebene (14) des Eingangs (2a) der Abstichöffnung (2) ein oder
mehrere einander zugeordnete Einbauten (13) bis in den Strömungs-
Umlenkungsbereich (15) vor der Abstichöffnung (2) einbringbar oder fest ein
gebaut sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einbauten (13) bis nahe an die Abstichöffnung (2) heranreichen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer sich einstellenden Hauptströmungsrichtung (16) die Einbauten
(13) stromabwärts hinter der Abstichöffnung (2) liegen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass beidseitig oder nach mehreren Seiten zur Abstichöffnung (2) gerichtet
Einbauten (13a; 13b) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beidseitig oder nach mehreren Seiten zur Abstichöffnung (2) ange
ordneten Einbauten (13a; 13b) über die Abstichöffnung (2) hinweg miteinander
verbunden sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beidseitig zur Abstichöffnung (2) angeordneten Einbauten (13a; 13b)
einstückig mit einem Ausschnitt (17) über der Abstichöffnung (2) ausgebildet
sind.
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