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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum schlackenfreien Abstechen
einer Metallschmelze, insbesondere einer Stahlschmelze, aus einem
metallurgischen Gefäß wie einer Pfanne mit Bodenauslauf, der
entsprechend geöffnet ist und dem ein oder mehrere plattenförmige
Einbauten zugeordnet sind, die zum Strömungsumlenkungsbereich
vor dem Bodenauslauf weisend angeordnet sind.
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Beim
Entleeren von metallurgischen Gefäßen mit Bodenauslass
tritt beim Unterschreiten einer bestimmten Badspiegelhöhe
ein unerwünschtes Mitlaufen der oben auf der Metallschmelze
befindlichen Schlacke auf. Beim Auslaufen der Metall- oder Stahlschmelze
tritt nämlich ein Stahlwirbel oder -strudel auf, der aufgrund
der hohen Drehgeschwindigkeit die Schlacke mit einsaugt. Die Umfangsgeschwindigkeit nimmt
mit sinkendem Abstand zum Bodenauslauf auch noch zu, sodass durch
das Einziehen der Schlacke eine Beeinträchtigung der Schmelzqualität auftritt.
Nach der
EP 1 172 447
A1 soll diesen Problemen dadurch begegnet werden, dass
in einem vorgegebenen Abstand zum Bodenauslauf eine oder mehrere
plattenförmige Einbauten aufgestellt werden. Diese Einbauten
haben nach der
EP 1
172 447 A1 eine rechteckige Form, bestehen aus einem Feuerfestmaterial
und sind so plattenförmig ausgebildet, dass eine rundum
laufende, entsprechend breite Seiten- oder Randfläche entsteht.
Bei Versuchen hat sich nun herausgestellt, dass selbst dann, wenn
diese Einbauten bis in den Strömungsumlenkungsbereich hineinreichend
angeordnet sind, kein Effekt auftritt. Vielmehr fließt
die Stahlschmelze wie Wasser um diese plattenförmigen Einbauten
und ihre Seitenflächen herum, sodass es zu keiner Beeinträchtigung des
negativen Wirbels kommen kann. Aus diesem Grunde konnten sich diese Vorrichtungen
nicht durchsetzen. Es kommt nach wie vor zu den nachteiligen Wirbeln
und dadurch zu einem Miteinziehen erheblicher Schlackenmengen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, Einbauten zu schaffen, über
die der Wirbel sicher so beeinflusst wird, dass Schlacke in nennenswerter
Menge nicht mehr mit in den Auslauf „eingesaugt” wird.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
dass die Einbauten ein senkrecht angeordnetes Bremsteil und ein
waagerecht angeordnetes Fixierteil aufweisen, wobei das Bremsteil
mit einer keilförmigen Kante ausgerüstet ist,
die bis in den Stahlwirbel oder -strudel hineinweisend positioniert ist.
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Mit
einer solchen Vorrichtung wird der auftretende Strudel nicht nur
beeinflusst, sondern sogar abgerissen, sodass eine turbulente Strömung
erzeugt wird, wodurch der Strudel insgesamt unschädlich
wird. Das negative Einziehen der Schlacke tritt so gut wie nicht
mehr auf und damit kann die Schmelzqualität voll erhalten
bleiben. Vorteilhaft ist dabei gleichzeitig, dass durch diese Einbauten
die Möglichkeit besteht, den Spiegel mit der oben aufschwimmenden
Schlacke bis dicht an den Bodenauslauf heran abzusenken, weil nun
die Gefahr des Miteinziehens der Schlacke ausgeschlossen ist. Damit
können ohne Probleme größere Stahlschmelzmengen
in einem Zug dem metallurgischen Gefäß, also vor
allem dem Verteiler bzw. einer Pfanne entnommen werden. Die Wirtschaftlichkeit
der entsprechenden Einrichtungen steigt deutlich. Dadurch, dass
die Einbauten aus einem senkrechten Bremsteil und einem waagerechten
Fixierteil bestehen, ist eine Festlegung am Pfannenboden im Bereich
des Bodenauslaufs problemlos möglich, wobei Einzelheiten
dazu weiter hinten beschrieben sind. Das bis in den Stahlwirbel
bzw. Stahlstrudel hineinreichende Bremsteil sorgt mit der keilförmigen
Kante dafür, dass der Strudel aufgerissen wird. Der flüssige
Stahl kann dem Bremsteil nicht ausweichen bzw. um die entsprechende
Seitenfläche herumströmen. Auf diese Weise wird
der flüssige Stahl, d. h. der Strudel so wirksam abgebremst,
dass ein Mitreißen von Schlacke in nennenswerter Menge
nicht mehr auftreten kann.
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Nach
einer zweckmäßigen Ausführungsform ist
vorgesehen, dass die keilförmige Kante des Bremsteils oder
das gesamte Bremsteil gegen die Drehrichtung des Stahlwirbels oder
-strudels weisend angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird der Strudel
quasi aufgeschnitten und es kommt zu der vorteilhaften turbulenten
Strömung, die gewünscht wird, um den Strudel entsprechend
unschädlich zu machen. Die Umdrehungsgeschwindigkeit wird
so stark reduziert, und das vor allem im Bereich des Bodenauslaufes,
sodass es zum Miteinziehen der oben aufschwimmenden Schlacke nicht
kommen kann.
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Nach
einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Bremsteil die keilförmige Kante
und eine waagerechte Kante aufweist, die beide über eine
einen Bogen beschreibende Kante miteinander verbunden sind. Damit
bildet das Bremsteil eine Art Haifischflosse, wobei die den Bogen
beschreibende Kante auch zusätzlich angeschärft
sein kann. Durch diese besondere Formgebung wird die Wirkung der
keilförmigen Kante an der Vorderseite zusätzlich
unterstützt und die Standfestigkeit der gesamten Baueinheit
gewährleistet.
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Um
sicherzugehen, dass die keilförmige Kante auch bis in den
Stahlwirbel bzw. Stahlstrudel hineinreicht, sieht die Erfindung
vor, dass die keilförmige Kante in einem Abstand von 10–100
mm, vorzugsweise 30 mm zum Bodenauslauf in den Stahlstrudel hineinreichend
angeordnet ist. Durch diese Positionierung ist sichergestellt, dass
das Bremsteil auf jeden Fall seinen Einfluss auf den Strudel ausübt, sodass
das negative Mitreißen der Schlacke nicht auftreten kann.
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Die
Höhe der einzelnen Einbauten ist von der Höhe
der Pfanne oder des Verteilers abhängig, wobei es von Vorteil
ist, wenn die einem Bodenauslauf zugeordneten Einbauten eine unterschiedliche
Höhe aufweisend ausgebildet sind. Der rotierende Strudel wird
so nicht nur durch die vordere senkrechte Kante, sondern in gewisser
Weise auch durch die obere waagerechte Kante mit beeinflusst, was
insgesamt die Wirkung der Unterbindung des Schlackenmitrisses unterstützt.
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Zur
Vereinfachung der Montage der Einbauten ist vorgesehen, dass das
Fixierteil und das Bremsteil einstückig ausgebildet sind,
wobei das Fixerteil einen oder mehrere angeformte Zapfen aufweist
und der Pfannenboden mit einer korrespondierenden Ausnehmung ausgerüstet
ist. Die Einbauten werden also in die jeweiligen Ausnehmungen mit
ihren Zapfen eingesetzt und haben dann bereits ihre Arbeitsposition
erhalten, wobei sie bzw. ihre Überreste dann auch beim
Herausnehmen des Stahlbären mit diesem zusammen aus dem
Verteiler oder der Pfanne herausgenommen werden können,
um durch neue Einbauten ersetzt zu werden.
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Eine
zweckmäßige Ausbildung des Zapfens ist die, bei
der er keilförmig ausgebildet ist, wobei es sich als selbstverständlich
versteht, dass die Ausnehmung im Pfannenboden eine korrespondierende Form
aufweist. Damit kann der Zapfen leicht eingeführt und dann
mit dem Stahlbären zusammen auch wieder herausgenommen
werden.
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Eine
andere Ausbildung des Zapfens ist die, bei der er zylinderförmig,
vorzugsweise als Hohlzylinder ausgebildet ist. Dieser als Zylinder
ausgebildete Zapfen kann besonders leicht in die korrespondierende
Ausnehmung im Verteilerboden bzw. Pfannenboden eingesetzt werden,
sodass eine leichte Montage gegeben ist, insbesondere auch dann,
wenn mit einem Spezialmörtel oder einem anderen Haftmittel gearbeitet
wird, um ein unbeabsichtigtes Herausziehen des Zapfens aus der Ausnehmung
sicher zu verhindern. Wird der Zapfen bzw. der Zylinder in eine entsprechende
Ausnehmung eingeführt, so kann der dort vorher eingefüllte
Spezialmörtel leicht verteilt werden, wenn der Zapfen die
Form eines Hohlzylinders aufweist. Unabhängig davon, wie
viel dieses Spezialmörtels in die Ausnehmung eingefüllt
worden ist, ist so immer sichergestellt, dass der Hohlzylinder sich
einschneidet, den überflüssigen Spezialmörtel verdrängt
und damit für einen sicheren Stand der einzelnen Einbauten
Sorge trägt. Ein Verdrehen der einzelnen Einbauten wird
einfach und zweckmäßig dadurch verhindert, dass
zwei oder mehr Zapfen der Unterseite des Bremsteils als Fixierteil
zugeordnet sind.
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Eine
andere Festlegung der Einbauten ist dadurch erreichbar, dass die
Zapfen am freien Ende einen Außenkranz aufweisen, dessen
Außendurchmesser kleiner als der Durchmesser der Ausnehmung
ist. So kann der Zapfen mit dem entsprechenden Bauteil in die Ausnehmung
eingeführt werden, um dann durch Nachfüllen von
Spezialmörtel in die Ausnehmung bzw. in den verbleibenden
Spalt endgültig und wirksam festgelegt zu werden.
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Will
man das Aufstellen der Einbauten auf dem Pfannen- oder Verteilerboden
erreichen, so ist dies möglich, wenn die Einbauten L- oder
T-förmig ausgeführt sind, d. h. das Fixierteil über
das Bremsteil horizontal einseitig oder beidseitig vorstehen ausgebildet
ist. Insbesondere bei Verteilern mit einer geringeren Höhe
ist so das Aufstellen und Positionieren der Einbauten erleichtert
und in der Regel reicht dies auch aus, um eine genaue Positionierung
der Einbauten trotzdem sicherzustellen.
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Die
Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Vorrichtung
geschaffen ist, über die es möglich ist, beim
Entnehmen von Flüssigstahl aus dem Verteiler oder auch
einer Pfanne das Miteinziehen der Schlackendecke in die flüssige
Phase sicher zu unterbinden. Dies erreicht man dadurch, dass auf
dem Pfannenboden bzw. Verteilerboden bestimmt geformte plattenförmige
Einbauten installiert sind. Beim Herunterfahren des Flüssigstahls,
insbesondere im Verteiler, wird der negative Einfluss eines sich
bildenden Strudels dadurch verhindert, dass dieser Strudel in gewisser
Hinsicht aufgespalten bzw. so beeinflusst wird, dass die laminare
Strömung gezielt in eine turbulente Strömung umgewandelt
wird, sodass vor allem wegen der Reduzierung der Umdrehungsgeschwindigkeit
ein Miteinziehen der Schlacke nicht möglich ist. Dadurch
wird es weiter möglich, den Reststahl auf unter 10% herunter
abzuziehen, d. h. die Pfanne bzw. den Verteiler praktisch gänzlich
leer zu fahren, wobei die Schlacke sicher zurückgehalten wird.
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Damit
verbunden ist weiter, dass wesentlich weniger bzw. nur sehr kleine
Stahlbären anfallen, die dennoch den Rest der plattenförmigen
Einbauten mitnehmen, weil diese auf geschickte Art und Weise mit
dem Pfannenboden bzw. dem Verteilerboden verbunden sind bzw. da
nur hineingesteckt sind.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung,
in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu
notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:
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1 ein
Auslaufgefäß mit nachgeordnetem Verteiler,
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2 Ausschnitte
eines Bremsteil von Einbauten,
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3 eine
perspektivische Ansicht einer bestimmten Form der Einbauten,
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4 eine
weitere Form von Einbauten,
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5 eine
L-förmige Form der Einbauten,
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6 eine
T-förmige Form der Eibauten,
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7 ein
Bremsteil mit angeformtem Hohlzylinder und
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8 ein
Bremsteil mit angeformtem keilförmigen Fixierteil.
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1 zeigt
ein Auslaufgefäß 1 mit einem Auslauf 3 und
dem eingefüllten flüssigen Stahl 2. Im Bereich
des Auslaufes 3 ist ein plattenförmiger Einbau 10'' zu
erkennen, der sicherstellt, dass beim Auslauf des flüssigen
Stahls 2 die Schlackenschicht 6 nicht beeinflusst
wird, d. h. der hier entstehende Strudel wird so beeinflusst, dass
die Schlackenschicht 6 nicht mit eingesaugt wird.
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Auch
der nachgeordnete Verteiler 5 bzw. dieses pfannenförmige
Gebilde verfügt über entsprechende Einbauten 10, 10', 10'',
die im Bereich der Bodenausläufe 8, 9, 8' so
angeordnet sind, dass der flüssige Stahl 7 in
dem Verteiler 5 keinen Einfluss auf die Schlackenschicht 6' ausüben
kann. Im Bereich des Bodenauslaufs 8' ist ein Stahlstrudel
bzw. Stahlwirbel 12 gezeigt, wobei der zugeordnete Einbau 10'' so
angeordnet ist, dass er in den Stromumlenkungsbereich 11 hineinragt
und so den Stahlstrudel 12 sicher beeinflusst. Dieses Beeinflussen
wirkt sich so aus, dass die Schlackenschicht 6' langsam
mit dem Abziehen des flüssigen Stahls 7 absinkt,
allerdings so, dass der Stahlstrudel bzw. -wirbel 12 diese
gesamte Schlackenschicht 6' unbeeinflusst lässt.
Dadurch ist es möglich, den flüssigen Stahl 7 praktisch bis
dicht über die Bodenausläufe 8, 8', 9 abzuziehen, was
von großem Vorteil ist, weil es bisher lediglich möglich
war, etwa 2/3 des Inhaltes abzuziehen, um sicherzustellen, dass
keine Schlacke mit eingezogen wird. Dadurch entsteht ein wesentlich
geringerer Stahlbär, also der ausgehärtete Stahl,
in dem sich dann die Reste der Einbauten 10, 10', 10'' befinden, die
mit dem Stahlbären leicht entfernt werden können,
weil sie mit dem Pfannenboden 14 nicht fest verbunden sind.
Einzelheiten hierzu werden weiter hinten erläutert.
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Mit
den Strichen sind Verteilerkanäle 13, 13', 13'' angedeutet, über
die der flüssige Stahl aus dem Verteiler 5 heraus
mehreren Weiterverarbeitungsbetrieben bzw. -betriebsteilen zugeführt
wird.
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2 zeigt
zunächst einmal einen Einbau 10 bzw. das Vorderteil
des Bremsteils 15. Erkennbar ist, dass hier eine keilförmige
Kante 17 ausgebildet ist, die bei entsprechend geschickter
Anordnung in den Stahlwirbel bzw. -strudel 12 hineinschneidet
und dafür Sorge trägt, dass die laminare Strömung
in eine turbulente Strömung umgewandelt wird, die eine
wesentlich geringere Umdrehungsgeschwindigkeit hat oder gar keine
mehr, sodass das Miteinziehen der Schlackeschicht 6, 6' sicher
unterbunden werden kann. Die zweite Ansicht in 2 verdeutlicht,
dass es auch denkbar ist, eine Kante 17 der Vorderfläche des
Bremsteils 15 gegenüber der anderen Kante vorzusetzen,
sodass wiederum eine keilförmige Kante 17 entsteht,
die in den Stahlwirbel bzw. -strudel 12 einschneiden kann.
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3 zeigt
eine besondere Ausführungsform eines Einbaus 10,
wobei deutlicher als bei den anderen die Zweiteiligkeit wiedergegeben
ist. Hier ist nämlich gezeigt, dass der Einbau 10 aus
dem Bremsteil 15, also dem senkrechten Bauteil besteht
und einem waagerecht angeordneten Fixierteil 16, in dem eine
Ausnehmung 20 vorgesehen ist, in die das Fixierteil 16,
hier in Form eines Zapfens 21, eingeführt werden
kann. Dieser Zapfen 21 weist am unteren Ende bzw. freien
Ende 23 einen Außenkranz 24 auf, sodass
nach dem Einführen des Zapfens 21 in die Ausnehmung 20 hier
nicht wiedergegebener Fertigmörtel eingefüllt
werden kann, um so den Zapfen 21 im Pfannenboden bzw. einem
entsprechenden Ausschnitt 14 festzulegen. Dann wird der
Zapfen 21 im Bereich der unteren Kante 18 des
Bremsteils 15 in dieses eingeführt. Dieses Bremsteil 15 weist
hierzu eine Hilfsausnehmung 25 auf. Natürlich
ist auch die Möglichkeit gegeben, wie in 7 angedeutet,
den Zapfen 21 und das Bremsteil 15 einteilig auszubilden und
dann den Zapfen 21 in eine korrespondierende Ausnehmung 20 im
Pfannenboden 14 einzuführen. Nach Beendigung des
Abfüllens des flüssigen Stahls 7 aus
dem Verteiler bzw. der Pfanne 5 wird das senkrechte Bremsteil 15 im
Stahlbären eingeschlossen und dort vom abkühlenden
Stahl festgesetzt, sodass dieses restliche Bremsteil entweder zusammen
mit dem Fixierteil 16 oder alleine entnommen werden kann.
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3 zeigt
außerdem, dass die Einbauten 10 nicht unbedingt
eine rechteckige Form aufweisen müssen. Hier ist vielmehr
wiedergegeben, dass die keilförmige Kante 17 und
die untere Kante 18 über eine bogenförmige
Kante 19 miteinander verbunden sind, sodass sich eine Art
Haifischflosse ergibt. In 4 ist diese
Haifischflosse so dargestellt, dass man erkennt, dass die hintere
Kante 19 eine scharfe Kante bildet. Die vordere Kante 17,
die keilförmig ausgebildet ist, ist nach 4 leicht
der Form des Stopfens 27 angepasst geformt, um so einen
gleichmäßigen Verlauf des Spaltes 26 zwischen
Stopfen 27 und keilförmiger Kante 17 sicherzustellen.
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Außerdem
zeigt 4 eine Ausführung, bei der das senkrecht
angeordnete Bremsteil 15 mit einem waagerecht angeordneten
Fixierteil 16 verbunden ist, wobei letzteres hier zu einer
Seite über das Bremsteil 15 hinaus ragt, sodass
sich eine Art L-förmige Ausbildung des gesamten Einbaus 10 ergibt. 5 zeigt
dieses in Einzeldarstellung, wobei erkennbar ist, dass ein solcher
Einbau 10 über dieses breite waagerechte Fixierteil 16 über
eine vorteilhafte Standsicherheit verfügt. Gleiches gilt
auch für die Ausbildung nach 6, wo ein
sogar nach beiden Seiten über das Bremsteil 15 überstehendes
Fixierteil 16 wiedergegeben ist.
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Nach
der Ausbildung nach 7 verfügt ein entsprechendes
senkrechtes Bremsteil 15 über ein angeformtes
Fixierteil 16, hier in Form eines Hohlzylinders 22.
Der Hohlzylinder 22 bildet den weiter vorn schon erwähnten
Zapfen 21, der in eine korrespondierend ausgebildete Ausnehmung 20 im
Pfannenboden 14 eingeführt werden kann. Gleiches
gilt auch für die Ausführung nach 8,
wobei hier nur kein Hohlzylinder, sondern vielmehr ein keilförmiger
Zapfen 21 gezeigt ist. Auch hierbei muss eine korrespondierende
Ausnehmung 20 im Pfannenboden bzw. Verteilerboden 14 vorhanden
sein, wobei die untere Kante 18 dann auf dem Pfannenboden 14 aufliegt, während
naturgemäß der Zapfen 21 insgesamt in
die korrespondierende Ausnehmung 20 eingeführt
ist.
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Zu 1 ist
noch zu ergänzen, dass hier das Auslaufgefäß 1 mit
der Pfanne bzw. dem Verteiler 5 über ein Schmelzrohr
verbunden ist, um möglichst das Hineinplatschen des flüssigen
Stahls 2 in den flüssigen Stahl 7 des
nachgeordneten Verteilers 5 zu vermeiden. Gezeigt ist,
dass dieses Schmelzrohr 4 die Schlackenschicht 6' durchdringt.
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Die
einzelnen Figuren machen nur zum Teil deutlich, dass die gezeigten
Einbauten 10 vorzugsweise im Winkel bzw. tangential zum
Bodenauslauf 8, 9 angeordnet sind, d. h. sie stehen
nicht rechtwinklig dazu sondern so, dass sie mit der keilförmigen
Kante 17 in den Strömungsumlenkungsbereich 11 bzw.
den Stahlwirbel bzw. -strudel 12 hineinragen und diesen „aufschneiden”.
Damit ist die notwendige Sicherheit gegeben, dass die laminare Strömung
unterbrochen wird. Nur bei einer gleichmäßigen,
also laminaren Strömung ist die negative hohe Strömungsgeschwindigkeit
vorhanden, die zum Miteinsaugen der Schlackenschicht 6 bzw. 6' führt.
Damit ist die Form der keilförmigen Kante 17 an
sich insofern wichtig, als sie sicherstellen muss, dass der Strudel
aufgebrochen wird. Es hat sich herausgestellt, dass dies bei einer entsprechenden „scharfen” Kante
auf jeden Fall gewährleistet ist.
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Alle
genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden,
werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1172447
A1 [0002, 0002]