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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschließen des
Abstichloches eines Konverters mit einem Stopfen, der einen mit
Hilfe eines Setzgerätes zwischen
Stirnblech und Grundplatte verformbaren und gegen die Wandung des
Abstichloches anpassbaren Kern aufweist, wobei der Kern aus einem
mehrere Komponenten aufweisenden feuerfesten Material besteht, das
vom flüssigen
Roheisen aus dem Abstichloch ausspülbar zusammengesetzt ist.
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Es
ist grundsätzlich
bekannt, dass Abstichlöcher
von kippbaren Konvertern über
Stopfen verschlossen werden können,
die das Ausströmen
der Schlacke durch das Abstichloch verhindern können. Zum Entleeren wird der
Konverter nämlich
in eine Position gekippt, bei der das flüssige Roheisen bzw. der Rohstahl
durch das Abstichloch in die nachgeschaltete Pfanne strömen soll.
Die spezifisch leichtere Schlacke schwimmt oben auf der Metallschmelze, sodass
sie zwangsweise zunächst
beim Kippen das Abstichloch erreicht, sodass ohne einen Stopfen
große
Mengen an Vorlaufschlacke in die Abstichpfanne gelangen würden. Da
für die
nachfolgenden metallurgischen Prozesse das Vorhandensein von sauerstoffreicher
und häufig
mit Phosphor und Schwefel angereicherter Schlacke ein erheblicher
Nachteil ist, ist der Einsatz eines Verschlussstopfens gemäß
EP 0 635 071 wichtig. Bei
diesem Verschlussstopfen wird mit Hilfe eines Setzgerätes ein
aus feuerfestem Material bestehender Kern zwischen einem Stirnblech
und der Grundplatte so verformt, dass er sich dicht an die Wandung
des Abstichloches anlegt und somit das gesamte Abstichloch verschließt. Ist
ein solcher Verschlussstopfen in das Abstichloch eingeführt und
entsprechend festgesetzt, versintert das Stirnblech. Weder Schlacke
noch sonstige Teile können
durch das Abstichloch ausfließen.
Vielmehr kann der Konverter gekippt werden, wobei mit Berühren des
flüssigen
Stahls das Stirnblech und auch der Trichterkanal, der den Kern durchörtert, schmelzen und
der Stahl durch den Trichterkanal gezielt in die Pfanne fließen kann.
Der flüssige
Stahl reißt
nach Durchörtern
des Trichterkanals die versinterten feuerfesten Materialien des
Stopfens mit, was für
den nachfolgenden Prozess völlig
unerheblich ist. Auch bei diesen bekannten Stopfen ergeben sich
Probleme hinsichtlich der Handhabbarkeit und deren Lagerfähigkeit.
Dies liegt am Gewicht des Stopfens und am hohen Wasserzusatz, der
benötigt
wird, weil Ton als Bindemittel eingesetzt wird. Aus der
DE 198 48 004 A1 ist
es zwar bekannt, zur Verbesserung der Handhabbarkeit dem Gemisch
aus feuerfestem Material Kohlenwasserstoffverbindungen zuzusetzen,
die aber letztlich nur zu einer Verringerung des Gewichtes beitragen.
Durch den relativ hohen Wasserzusatz, der für die Tonsubstanzanteile benötigt wird,
ergeben sich bei der Lagerung u. U. Probleme, da es unter ungünstigen
Bedingungen (Frosteinfluss) zu Phasentrennungen und damit zu einer
Aufweichung der Stopfenmasse kommt. Das Wasser wird aber zur Verarbeitung
der Tonbestandteile unbedingt benötigt, sodass nur besondere
Lagerungsbedingungen dem Problem zunächst entgegenwirken können. Diese sind
aufwendig und teuer. Außerdem
sind die notwendigen Gegebenheiten nicht bei jedem Stahlwerk vorhanden.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Gemisch für einen
zum Verschließen
der Abstichlöcher
von Konvertern geeigneten Stopfen zu schaffen, der verbesserte Lagereigenschaften
aufweist und handhabungsfreundlich ist.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst,
dass das den Kern bildende Gemisch neben Tonbestandteilen, Wasser,
Verflüssiger
und Binder auch die Handhabungsfreundlichkeit verbessernde Kohlenwasserstoffverbindungen
und die Struktur des Kerns stabilisierende Duroplaste aufweist.
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Diese
zum Einsatz kommenden Kunststoffe gewährleisten deutlich bessere
Eigenschaften, insbesondere bezüglich
der Lagerstabilität.
Dies zeigt sich vor allem darin, dass mit dem erfindungsgemäßen Stopfen
das Öffnungsverhalten
beim Kippen des Konverters stark verbessert wird, weil die Kunststoffe als
Bestandteil des Stopfens schmelzen und verdampfen, wobei zuvor die
Duroplaste noch durch frühes
Aushärten
zu einer zusätzlichen
frühen
Verfestigung im Abstichloch beitragen und somit ein durch eigenes
Gewicht bei großen
Abstichlöchern
auftretendes Herausrutschen des Stopfens verhindert wird. Die Duroplaste
verbessern nämlich
schon nach dem Einsetzen ins Abstichloch durch entsprechendes Aushärten die
Struktur des Stopfens ohne die sonstigen Eigenschaften zu beeinflussen.
Vor allem wird aber durch den Einsatz der Duroplaste der Tonanteil stark
reduziert und damit bis zu 20 % Wasser eingespart. Somit ist ein
Stopfen geschaffen bzw. ein den Stopfen bildendes Gemisch, dass
vorteilhaft verbesserte Handhabungseigenschaften aufweist und vor allem
durch Verringerung des Wasseranteils eine wesentlich verbesserte
Lagerstabilität
hat, wobei noch hinzu kommt, dass die Abdichtaufgaben durch den duroplastisch
stabilisierten Kern auch noch optimaler sind. Erst unter dem ferrostatischen
Druck bricht das Stirnblech ein. Das restliche Stopfenmaterial wird dann
innerhalb weniger Sekunden durch den ausfließenden flüssigen Stahl ausgetragen.
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Nach
einer zweckmäßigen Ausbildung
der Erfindung ist vorgesehen, dass als stabilisierende Duroplaste
Epoxydpulverharze dem Gemisch zugegeben sind. Das in Pulverform
im Gesamtmaterial fein verteilte Epoxydharz bewirkt eine rasche
Durchhärtung
des Stopfens bzw. Kerns, die der eigentlichen Verfestigung durch
die Tonaushärtung,
im Temperaturbereich 150 bis 300° C
positiv vorauseilt. Das Epoxydharzpulver lässt sich in dem zunächst trockenen
Gemisch gut und gleichmäßig verteilen,
sodass diese gleichmäßig vorauseilende
Verfestigung sichergestellt werden kann.
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Eine
weitere zweckmäßige Ausbildung
sieht vor, dass der Tonanteil im Gemisch entsprechend dem Duroplastanteil
reduziert ist. Nicht andere Bestandteile des feuerfesten Materials
werden reduziert, sondern vielmehr gezielt der Tonanteil, weil dadurch
auch der Wasseranteil stark gesenkt werden kann.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass der Gewichtsanteil der Kohlenwasserstoffverbindungen
10 bis 20 Prozent und der Gewichtsanteil der Duroplaste 5 bis 10
% beträgt.
Wie weiter hinten noch erläutert,
wird dadurch der Tonanteil und der Wasseranteil reduziert, gleichzeitig
aber eine wesentliche Steigerung der Handhabungsfreundlichkeit und
eine wesentlich verbesserte Lagerstabilität sichergestellt.
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Als
besonders zweckmäßig hat
sich ein Verhältnis
herausgestellt, bei dem Gewichtsanteil der Kohlenwasserstoffverbindungen
bei 18 % eingestellt ist. Der Gewichtsanteil der Duroplaste liegt
zwischen 5 und 10 %, wobei hierdurch ein besonders günstiges Öffnungsverhalten
des Stopfens erreicht wird.
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Weiter
vorn ist bereits erwähnt
worden, dass Epoxydpulverharze als Duroplaste zum Einsatz kommen
sollen, wobei nach einer zweckmäßigen Ausbildung
vorgesehen ist, dass die Duroplaste des Epoxydpulverharzes gleichmäßig dem
Gemisch untergemischt sind. Hier wird also betont, dass es wichtig
ist, dass Epoxydpulverharz gezielt und gleichmäßig unter das Gemisch unterzumischen,
um die schon erwähnte
Verbesserung der Struktur des Kerns frühzeitig sicherzustellen. Dann,
wenn das Gemisch über den
gesamten Körper
des Kerns gesehen eine gleichmäßige Menge
an Epoxydpulverharz aufweist, wird diese Strukturverbesserung sicher
erreicht.
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Eine
weitere Möglichkeit
des Einsatzes der Duroplaste ist die, dass sie in Form des Epoxydpulverharzes
auf die Außenwand
des Kerns aufgebracht sind, insbesondere durch Aufblasen. Dabei
kann die Dicke der Schicht gezielt vorgegeben werden, die sich mit
dem Einschieben in das Abstichloch frühzeitig Aushärten lässt, sodass
eine Art Schutzmantel entsteht, der den übrigen Kern vorteilhaft umgibt
und verhindert, dass bei schrägem
Einsetzen beispielsweise eine falsche und frühzeitige Verformung des Kerns
eintreten kann.
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Zweckmäßig ist
es aber, wenn zusätzlich
zu den auf die Außenwand
aufgebrachten Duroplaste den Tonanteil reduzierende Duroplaste dem
Gemisch zugegeben sind und zwar mit einem Gewichtsanteil von 5 bis
10 %. Hier wird zum Ausdruck gebracht, dass die die Außenwand
stabilisierenden Duroplaste in Form des Epoxydpulverharzes nicht
ausreichen, um die angestrebte Verbesserung der Lagerstabilität sicherzustellen,
sodass zusätzlich
dazu zweckmäßigerweise
wie weiter oben erläutert,
Epoxydpulverharze dem Gemisch untergemischt wird. Dabei ist es zweckmäßig, wenn
die permanten Binder Na-Silikate, die temporären Binder Zellulose-Material,
die Plastifizierer Polyelektrolytischer Alkohol und die Verflüssiger Fettsäuren sind.
Damit ist ein Material geschaffen, dass sicherstellt, dass sich
der Stopfen beim Verformen im Abstichloch wirksam festsetzt, ohne
dass es zu einer durchgehenden Versinterung kommt. Die Restmasse
wird auch bei entsprechender Hitzeeinwirkung vor einem vorzeitigen Zerfall
geschützt.
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Zweckmäßig ist
es weiterhin, wenn die die Kohlenwasserstoffverbindungen eine schaumartige Form
und die Duroplaste eine Pulverform aufweisen. Die günstigen
Polymerisationseigenschaften des Duroplastes werden auf diese Weise
noch besser ausgenutzt. Der Schaum wird dabei so hergestellt, dass er
eine möglichst
geschlossene Oberfläche
darstellt, wodurch ein Raumvorteil erreicht wird. Besonders zweckmäßig ist
es dabei, wenn der Kunststoff ein Polystyrolschaum ist. Dieser Werkstoff
besitzt den Vorteil, dass eine Verwendung keine übermäßig hohen Kosten verursacht
und sich optimal mit anderen Materialien verarbeiten lässt, sodass
der erfindungsgemäße Stopfen
optimal arbeitet. Polystyrol stellt bei geringem Gewicht sicher,
dass der Stopfen zum günstigsten
Moment aus dem Abstichloch durch den flüssigen Stahl herausgedrückt wird.
Dabei wirkt sich das Schmelz- und Verdampfungsverhalten der Kohlenwasserstoffverbindungen
vorteilhaft aus, da sich Teile des Stopfens auflösen bzw. vergasen, sodass relativ
wenig Stopfenmaterial durch den ausfließenden Stahl mit ausgetragen
werden muss. Der Kunststoff, d. h. die Kohlenwasserstoffverbindungen
weisen vorteilhaft die Form von Kugeln auf, weil sich diese auch
günstig
einarbeiten lassen. Die Kunststoffkugeln können mit Netzmitteln versehen
werden, sodass sie sich mit Ton umhüllen, was eine günstige Materialstruktur
ergibt.
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Als
besonders zweckmäßige Zusammensetzung
des Gemisches hat sich herausgestellt, dass ein Gemisch des Kerns
aus
- 10 bis 15 Gewichtsprozente Kohlenwasserstoffverbindungen
(Polystyrol)
- 5 bis 10 Gewichtsprozente Duroplaste
- 15 bis 30 Gewichtsprozente Bindeton
- 15 bis 35 Gewichtsprozente Tonerdesilikat
- 5 bis 15 Gewichtsprozente Wasser
- 5 bis 10 Gewichtsprozente Öl
- 0,5 bis 3 Gewichtsprozente Plastifizierer
- 0,1 bis 2 Gewichtsprozente Verflüssiger
- 0,1 bis 2 Gewichtsprozente temporäre Binder
- 0,1 bis 5 Gewichtsprozente permanente Binder
besteht.
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Die
Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine für den Einsatz
im Konverter und damit unter sehr hohen Belastungen einzusetzender
Stopfen geschaffen ist, der sich sehr gut mit Hilfe bekannter Setzgeräte verarbeiten,
d. h. im Abstichloch festsetzen lässt und der sehr früh, d. h. noch
vor Wirkung des Tons bereits durch Aushärten der Duroplaste stabilisiert
ist und damit einen verbesserten Sitz erhält. Darüber hinaus wirken sich die
Duroplaste, die den Tongewichtsanteil reduzieren, vorteilhaft aus,
weil sie die Lagerstabilität
optimieren, weil durch ihren Einsatz der Anteil an Wasser deutlich verringert
werden kann.
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Abgesehen
davon ergeben sich auch noch verbesserte Verarbeitungsmöglichkeiten
durch ein einfacheres Einbringen des Stopfens in das Abstichloch
und optimaleres Festsetzen, ohne dass die Gefahr besteht, dass der flüssige Stahl
das Gemisch bzw. das Material des Stopfens nicht restlos mit austrägt.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich
aus den nachfolgenden Beschreibungen der zugehörigen Zeichnungen, in denen
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit
den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist.
Es zeigen.
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1 einen
Konverter in gerader und in gekippter Stellung, in schematisierter
Wiedergabe,
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2 einen
Schnitt durch die Konverterwand im Bereich des Abstichloches mit
eingeschobenem Stopfen,
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3 einen
Schnitt im gleichen Bereich nach Festsetzen des Stopfens und
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4 einen
Verschlussstopfen in vergrößerter Form
und im Schnitt.
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1 zeigt
einen Konverter 1 in Arbeitsstellung und in gekippter Stellung,
wobei deutlich wird, dass durch das Kippen des Konverters 1 das
Abstichloch 2 zunächst
in eine Position gebracht wird, die zwangsweise dazu führt, dass
zunächst
einmal die Schlackeschicht 11 austritt. Erst dann, wenn
die Schräglage
weitergeführt
ist, wird auch der Rohstahl 12 durch das Abstichloch 1 abfließen und
in die Pfanne 13 gelangen.
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Der
geschilderte Vorgang mit dem Austritt der Schlackeschicht 11 durch
das Abstichloch 2 wird durch einen Stopfen 5 verhindert,
dessen Kern 6 durch ein Setzgerät 7 mit Ziehkralle
zwischen Stirnblech 8 und Grundplatte 9 so verformt
wird, dass das Gemisch 10 an die Wandung 4 des
Abstichloches 2 und an die Konverterwand 3 angepresst
wird. Entsprechendes ist in 3 verdeutlicht,
wo der Kern 6 entsprechend verformt und das Abstichloch 2 verschließend im
Abstichloch 2 angeordnet ist.
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Vor
dem Verformen und Festsetzen im Abstichloch 2 hat der Kern 6,
der aus Tonbestandteilen 14, Kohlenwasserstoffverbindungen 15 in
Form von Polystyrol und Duroplasten in Form von Epoxydpulverharz
zusammengesetzt ist, eine zylindrische Form. Der Kopf des Stopfens 5 wird
von dem Stirnblech 8 begrenzt, das in ein Abflussrohr 20 übergeht und
eine Art Trichter 19 bildet. Im oberen Bereich ist eine
Teilansicht wiedergegeben, die verdeutlichen soll, dass die Tonbestandteile 14,
die Kohlenwasserstoffverbindungen 15 und die Duroplaste 16 intensiv miteinander
gemischt das Gemisch 10 bzw. den Kern 6 bilden.
Bei der Ausbildung nach 4 ist die Außenwand 18 mit einer
Schicht 21 aus Duroplast versehen, um hier eine Art Mantelbildung
zu erreichen, wenn der Stopfen 5, wie in 2 gezeigt,
in das Abstichloch 2 eingeführt wird. Diese Schicht 21 schützt den
Stopfen 5 bzw. Kern 6 in gewisser Hinsicht, sodass
auch bei einem Anstoßen
an die Wandung 4 des Abstichloches 2 eine Beschädigung oder
Verformung nicht auftreten kann. Damit ist eine gezielte Verformung,
wie in 3, immer sichergestellt.
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Beim
Setzen des Stopfens 5 wird dieser, wie in 2 dargestellt,
zunächst
in das Abstichloch 2 eingeführt, wobei die Größenordnungen
hier bei der Darstellung in 2 nicht
unbedingt stimmen müssen.
Wichtig ist nur, dass ein ausreichend langer Bereich des Abstichloches 2 durch
den Stopfen 5 verschlossen ist und dass dieser im Bereich
der Innenwand 23 des Konverters 1 positioniert
ist, wie dies an Hand der 2 und 3 gezeigt
ist. Zum Setzen wird das Setzgerät 7 benötigt, dessen
Ziehkralle 22 durch das Abflussrohr 20 hindurch
geschoben ist. Über
das Hebelsystem des Setzgerätes 7 wird
dann das Stirnblech 8 in Richtung Grundplatte 9 verschoben,
bis die aus 3 ersichtliche Position erreicht ist
und das Setzgerät 7 abgezogen
werden kann. 3 zeigt den Stopfen 5 im
eingesetzten und verformten Zustand. Die Verformbarkeit des Stopfens 5 wird
aufgrund der Materialzusammensetzung erreicht. Dabei gewährleisten
die kleinen Kunststoffkugeln, die die Kohlenwasserstoffverbindungen 15 darstellen,
neben dem deutlich geringeren Gewicht auch eine flexible Anpassung
des Gemisches 10 des Stopfens 5. Ein weiterer
Vorteil der Verwendung des kohlenwasserstoffhaltigen Kunststoffes
besteht in der schnellen Verdampfung dieses Materials nach dem Durchfluss
des flüssigen
Rohstahls 12 durch das Abflussrohr 20. Damit ist
ein leichteres und schnelleres Herausdrücken des Stopfens 5 aus
dem Abstichloch 2 durch den Rohstahl gewährleistet.
Schon durch die enorme Temperatur im Bereich des Abstichloches 2 kommt
es frühzeitig
zu einem Aushärten
der Duroplaste 16 bzw. der Epoxydpulverharze im Abstichloch,
vorzugsweise bei chronischen und langen zylindrischen Abstichkanälen bzw.
Abstichlöchern 2.
Darüber
hinaus ist vorteilhaft, dass aufgrund des geringeren Tonanteils
der Aushärtungsprozess
der Tonbestandteile 14 beschleunigt wird, sodass das frühzeitige
Versintern bzw. Festsetzen des Stopfens 5 im Abstichloch
zusätzlich
beschleunigt wird. Wird nun der Konverter 1 gekippt, um
den Rohstahl 12 über
das Abstichloch 2 in Richtung Pfanne 13 abfließen zu lassen,
reicht die Versinterung und Stabilisierung des Stirnbleches 8 aus,
um das Überfließen der
Schlackeschicht zu gewährleisten.
Erst unter dem ferrostatischen Druck des Rohstahls 12 schmilzt
das Stirnblech 8, sodass der Rohstahl zunächst durch
das Abflussrohr 20 abfließen kann, um dann dieses zum Schmelzen
zu bringen und dann den gesamten Stopfen 5 mit durchzureißen. In
wenigen Sekunden ist das Abstichloch 2 dann völlig frei.
Neben den Tonbestandteilen 14, den Kohlenwasserstoffverbindungen 15 in
Form von Polystyrol sowie den Duroplasten 16 in Form des
Epoxydpulverharzes verfügt
das Gemisch 10 des Kerns 6 über eine geringe Menge Wasser, Öl, Plastifizierer,
Verflüssiger,
temporäre
Binder und permanente Binder.
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Alle
genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden,
werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.