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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Stahlgießanlage mit einem Schmelzaggregat
zur Herstellung einer Stahlschmelze und einem Gießaggregat
zum Gießen der
Stahlschmelze. Zum Transport der Stahlschmelze vom Schmelzaggregat
zum Gießaggregat
ist eine Transporteinrichtung vorgesehen.
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Stand der Technik
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Stahlgießanlagen
der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik in vielfältigen Varianten bekannt.
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Allen
Varianten gemein ist ein Schmelzaggregat, das zur Herstellung einer
Stahlschmelze dient. Ein bekanntes Verfahren hierzu sieht vor, den Stahl
in einem koksbefeuerten Hochofen zu schmelzen. Koksmetallurgische
Verfahren sind sehr aufwendig und umweltbelastend und die Öfen sind
aufgrund der Art ihrer Beheizung sehr träge.
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Als
Alternative hierzu hat sich in den vergangenen Jahrzehnten die Elektrometallurgie
etabliert, bei der Stahl mit Hilfe von elektrischer Energie geschmolzen
wird.
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Ein
bekanntes Verfahren sieht die Verwendung eines Lichtbogenofens vor,
bei dem ein Lichtbogen zwischen einer Elektrode und dem zu schmelzenden
Stahl, dem sogenannten Einsatzgut, Strahlungsenergie in den aufzuschmelzenden
Stahl einträgt.
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Nachteilig
beim Lichtbogenofen ist, dass der Stahl durch den Schmelzprozess
in seiner chemischen Zusammensetzung verändert, insbesondere oxidiert
wird. So kann zwar mit Hilfe des Lichtbogenofens beispielsweise
ein Kohlenstoffanteil in den Ausgangsmaterialien reduziert werden,
indem dieser mit Sauerstoff herausgebrannt wird, dabei werden jedoch
auch andere Elemente verbrannt. Aufgrund dessen ist bei einem Lichtbogenofen
stets eine sekundärmetallurgische
Behandlung erforderlich, um die Stahl-Legierung in ihrer Zusammensetzung
einzustellen.
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Die
sekundärmetallurgische
Behandlung in einer Lichtbogenofenanlage wird meistens in einem Pfannenofen
vorgenommen, in den die Stahlschmelze überführt wird, dann die Legierungselemente
zugegeben werden und die Schmelze beispielsweise durch Durchblasen
mit Argon raffiniert wird. Nach der Einstellung der Legierung in
der Pfanne wird die Pfanne zu einer Stranggussanlage gefahren, wo
die Stahlschmelze über
einen Schieber im Pfannenboden in einen Verteiler, den sogenannten
Tundish, eingefüllt
wird, sodass über
den Verteiler das Material den einzelnen Gießsträngen zuführbar ist. Dabei liegt die
Entleerzeit der Pfanne zwischen 30 und 90 Minuten.
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Nachteilig
hieran ist, dass die Pfannen nach jedem Gießzyklus aufbereitet werden
müssen,
indem sie gereinigt und abgeschlackt werden und der Schieber aufbereitet
wird. Aufgrund dessen sind stets mehrere Pfannen im Einsatz erforderlich,
damit die Stranggussanlage kontinuierlich arbeiten kann. Während eine
Pfanne in Verwendung ist, wird eine andere Pfanne aufbereitet. Darüber hinaus
ist die Lebensdauer der Feuerfestauskleidung der Pfannen begrenzt.
Aufgrund der hohen Temperaturen der Schmelze und durch die mechanische
Behandlung der Pfannen verschleißt die Feuerfestauskleidung
relativ schnell, so dass sie in kurzen Abständen erneuert werden muss.
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Ein
weiterer Nachteil bei der Verwendung der Pfannen ist, dass die Temperatur
der Schmelze in der Pfanne während
der 30 bis 90 Minuten dauernden Entleerung abfällt, so dass die Gießtemperatur
im Tundish während
des Gießzyklus
ebenfalls abfällt. Das
führt häufig zu
Qualitätsproblemen
bei dem Gießprodukt.
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Aufgabe
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Stahlgießanlage der eingangs genannten
Art dahingehend zu verbessern, dass ein wirtschaftlicherer Betrieb
möglich
ist, und dass die Gießtemperatur
im Tundish eingestellt und konstant gehalten werden kann.
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Darstellung der Erfindung
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Stahlgießanlage
gemäß Anspruch
1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Bei
der erfindungsgemäßen Stahlgießanlage sind
wenigstens zwei Schmelzaggregate vorgesehen, die abwechselnd zur
Herstellung und kontinuierlichen Abgabe einer Stahlschmelze dienen,
sowie ein Gießaggregat
zum Gießen
der abgegebenen Stahlschmelze. Als Gießaggregat wird bevorzugt eine Stranggussanlage
verwendet.
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Während die
Stahlschmelze in einem Schmelzaggregat hergestellt wird, wird sie
aus dem anderen mit Hilfe einer Transporteinrichtung zum Gießaggregat
transportiert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die Transporteinrichtung als Rinne ausgebildet ist. Die Verwendung
einer Rinne weist die Vorteile auf, dass auf eine aufwendig zu betreibende
Transportpfanne verzichtet werden kann, und dass die Stahlschmelze
aus dem beheizten Schmelzaggregat kontinuierlich mit konstanter
Temperatur in die Gießanlage
transportiert werden kann. Die Herstellungskosten zur Herstellung
des Stahls lassen sich damit erheblich senken und dessen Qualität lässt sich
aufgrund der konstanten Gießtemperatur verbessern.
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Eine
erste vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass als Schmelzaggregat
ein Induktionsofen verwendet wird. Ein Induktionsofen hat den Vorteil, dass
damit eine Stahlschmelze herstellbar ist, die keine sekundärmetallurgische
Nachbehandlung erfordert. Aufgrund der im Induktionsofen bestehenden induktiven
Badbewegung erlaubt ein Induktionsofen die Herstellung gleichmäßiger Legierungen
von hoher Güte.
Auf diese Weise macht ein Induktionsofen beim Einsatz passenden
Ausgangsmaterials eine Weiterbehandlung überflüssig. Somit kann die Stahlschmelze
unmittelbar vom Induktionsofen in die Rinne geleitet werden.
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Wenn
die erfindungsgemäße Stahlgießanlage
weiterhin so ausgestaltet ist, dass der Induktionsofen während der
Abgabe der Stahlschmelze elektrisch beheizbar ist, kann eine konstante
Temperatur der abgegebenen Stahlschmelze erreicht werden.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn das Gießaggregat ein Verteiler ist,
oder wenn dem Gießaggregat
ein Verteiler vorgeschaltet ist. Auf diese Weise lassen sich mehrere
Gießstränge parallel
bedienen. Darüber
hinaus kann mit Hilfe eines Verteilers erreicht werden, dass die
Stahlschmelze beruhigt gegossen wird, sodass keine Gefahr von Blasenbildung
im Stahl besteht.
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Weiterhin
kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Rinne beheizt ist. Eine
beheizte Rinne reduziert die Verlustleistung in der Rinne, sodass
die Stahlschmelze im Schmelzaggregat verglichen mit unbeheizten
Rinnen mit einem geringeren Temperaturüberschuss zur Gießtemperatur
hergestellt werden muss. Darüber
hinaus haben beheizte Rinnen den Vorteil, dass weniger Stahlschmelze
an der Rinne anhaften bleibt, sodass beheizte Rinnen weniger verschmutzungsgefährdet sind
als unbeheizte Rinnen.
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Eine
Möglichkeit
zur Beheizung der Rinne besteht in der Verwendung von elektrischen
Heizelementen, beispielsweise von Widerstandsheizelementen. Diese
lassen sich sehr gut im Bereich der Rinnenseite und des Rinnenbodens
anordnen, sodass eine gleichmäßige Beheizung
der Rinne und der Stahlschmelze gewährleistet ist.
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Alternativ
dazu kann die Rinnenheizung gasbetrieben ausgebildet sein. Gasbetriebene
Rinnenheizungen haben den Vorteil, dass die Heizleistung besser
einstellbar ist, sodass sich eine gasbetriebene Rinnenheizung besser
regeln lässt.
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Zur
Verringerung der Verlustleistung ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen,
dass die Rinne eine Abdeckung aufweist. Mit Hilfe einer Abdeckung kann
Wärmeabgabe
aus der Stahlschmelze durch Konvektion und Strahlung verringert
werden, sodass ein geringerer Temperaturabfall der Schmelze entsteht.
Darüber
hinaus wird eine Verschmutzung der Stahlschmelze verhindert und
die Anlagensicherheit erhöht.
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Die
Abdeckung ist gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung feuerfest ausgekleidet. Eine derartige Auskleidung
reduziert die Strahlungsverluste der Stahlschmelze im Schmelzaggregat
weiter und schützt
die Abdeckung beispielsweise vor Spritzern der Stahlschmelze.
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Eine
weitere Weiterbildung sieht vor, dass eine Inertgasanlage vorgesehen
ist, mit der die Rinne mit einem Inertgas, bevorzugt Argon, abdeckbar
ist. Auf diese Weise lässt
sich verhindern, dass die Schmelze in der Rinne größere Teile
an Sauerstoff aufnimmt, sodass die Schmelze wenig oxidiert. Dies reduziert
die Entstehung von Schlacken und Anbacken der Schlacke an der Rinnenwand.
Wenn eine Inertgasanlage mit einer Rinnenabdeckung kombiniert wird,
lässt sich
der Verbrauch an Inertgas besonders gering halten.
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Zur
weiteren Verringerung der Verschlackung der Rinne ist gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Rinne ein Siphontopf
vorgeschaltet ist. Die Stahlschmelze wird dann in den Siphontopf
eingefüllt
und die Schlacke wird im Siphon des Siphontopfes abgeschieden.
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Bevorzugt
sind mehrere Schmelzaggregate vorgesehen, die jeweils einen eigenen
Rinnenabschnitt aufweisen. So wird der gleichzeitige Einsatz mehrerer
Schmelzaggregate parallel zueinander zur Versorgung des Gießaggregats ermöglicht,
sodass ein kontinuierlicher Betrieb der Gießanlage sichergestellt werden
kann.
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Der
Platzbedarf einer Stahlgießanlage
mit mehreren Schmelzaggregaten lässt
sich reduzieren, wenn die Rinnenabschnitte zu einer zum Gießaggregat
führenden
Zentralrinne zusammengeführt
werden. Eine große
Zentralrinne ist weniger verschlackungsanfällig, da das Verhältnis zwischen
Transportvolumen und Rinnenoberfläche bei größeren Rinnen günstiger
ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
eine Notpfanne vorgesehen ist. Eine Notpfanne kann bei einer Havarie
eines Schmelzaggregates die Schmelze sehr zügig aus dem defekten Schmelzaggregat
entnehmen. Dies verringert in diesem Fall die entstehenden Schäden am Schmelzaggregat.
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Die
Notpfanne ist bevorzugt schienengeführt. Ein derartiges Schienensystem
erlaubt eine platzsparende Positionierung der Notpfanne. Wenn mehrere
parallele Schmelzpfannen vorgesehen sind, kann darüber hinaus
erreicht werden, dass nur eine Notpfanne für die mehreren Schmelzaggregate
vorgehalten werden muss.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Rinne aus mehreren, einzeln
austauschbaren Segmenten besteht. In diesem Falle lassen sich defekte,
verschlissene oder verschmutzte Rinnenteile leicht ersetzen, ohne
dass die gesamte Rinne ausgetauscht werden muss.
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Weitere
Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispieles
anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten
Merkmale für
sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der
vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung
in den Ansprüchen
oder deren Rückbeziehung.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die
Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels
erläutert.
Dabei zeigen schematisch:
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1 einen Übersichtsplan über eine
erfindungsgemäße Stahlgießanlage;
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2 eine
Rinne der Stahlgießanlage.
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Ausführungsbeispiel
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Stahlgießanlage 2.
Die Stahlgießanlage 2 weist
Induktionsöfen 4 bis 10 auf,
in denen Stahl induktiv zu einer Stahlschmelze 12 geschmolzen
wird. Zur Herstellung der Stahlschmelze werden Ausgangsmaterialien
einer passenden Zusammensetzung in die Induktionsöfen 4 bis 10 gegeben,
durch die Induktionsöfen 4 bis 10 aufgeschmolzen
und durch die induktive Badbewegung im Kessel unter Herstellung
einer homogenen Legierung gleichmäßig durchmischt.
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Die
Induktionsöfen 4, 6, 8, 10 werden
sequenziell betrieben, sodass während
des Ausgusses der Stahlschmelze 12 aus dem Induktionsofen 4 in dem
Induktionsofen 6 eine fast fertige Stahlschmelze hergestellt
wird, die als nächstes
abgegossen wird. In dem Induktionsofen 8 wird Rohmaterial
gerade eingeschmolzen, wohingegen der Induktionsofen 10 gerade
mit neuer Feuerfestauskleidung bestückt wird.
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Nach
Erreichen einer vorgegebenen Temperatur wird die Stahlschmelze 12 in
Siphontöpfe 14, 16, 18, 20 gegossen,
in welchen sich Schlacken der Stahlschmelze 12 in den Siphons
absetzen. Aus den Siphontöpfen 14 bis 20 fließt die im
Wesentlichen schlackenfreie Stahlschmelze 12 in ein Rinnensystem 22.
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Das
Rinnensystem 22 besteht aus einzelnen Rinnenabschnitten,
die separat austauschbar sind. Ein derartiger Rinnenabschnitt wird
in 2 eingehend beschrieben.
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Das
Rinnensystem 22 weist für
jeden Induktionsofen 4 bis 10 einen eigenen Rinnenabschnitt 24 bis 30 auf. Über Verbindungsrinnenabschnitte 34 bis 40 werden
die Rinnenabschnitte 24 bis 30 zu einer Zentralrinne 40 zusammengeführt, die
die Stahlschmelze 12 in einen Verteiler 42 einleitet,
der die Stahlschmelze 12 in drei Stranggussschienen verteilt,
die Gussstränge 44 herstellen.
Die Gussstränge 44 können weiterbehandelt
werden, beispielsweise in einem Kühlbett abgekühlt und
in einem Walzwerk gewalzt werden.
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Über ein
Schienenpaar 50 ist eine Notpfanne 52, die auf
einem Schienenwagen 54 angeordnet ist, relativ zu jedem
Induktionsofen 4, 6, 8, 10 verfahrbar. Für den Fall,
dass einer der Induktionsöfen 4, 6, 8 oder 10 havariert,
lässt sich
in die Notpfanne 52 in dem Ofen befindliches Material schnell
abgießen. Damit
wird weiterhin ein durchgängiger
Betrieb der Stranggussanlage 2 ermöglicht, welche andernfalls keinen
kontinuierlichen Strom an Stahlschmelze 12 bereitstellen
könnte.
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2 zeigt
einen Rinnenabschnitt 60 des Rinnensystems 22.
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Der
Rinnenabschnitt 60 ist einer von vielen Abschnitten, aus
denen das Rinnensystem 22 hergestellt ist und ist einzeln
aus dem Rinnensystem 22 herausnehmbar für den Fall, dass dieser gewartet
oder ausgetauscht werden muss. Der Rinnenabschnitt 60 weist
eine Rinne 62 auf, in der die Stahlschmelze 12 geführt wird.
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Zur
Verminderung der Verlustleistung in dem Rinnensystem 22 sind
in dem Rinnenabschnitt 60 Widerstandsheizelemente 64 vorgesehen,
die elektrischen Strom in Wärme
umwandeln und die die Rinne 62 beheizen.
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Die
Rinne 62 ist durch eine Abdeckung 66 abgedeckt,
um Strahlungsverluste zu reduzieren. Zur Verbesserung ihrer Eigenschaften
ist die Abdeckung 66 auf ihrer Innenseite mit einer Feuerfestauskleidung 68 ausgekleidet.
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Die
Abdeckung 66 weist darüber
hinaus Ein- bzw. Auslasslöcher 70 zur
Einleitung von Inertgas in den durch die Abdeckung 66 gewonnenen
abgeschlossenen Rinnenraum. Als Inertgas wird bevorzugt Argon verwendet.
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- 2
- Stahlgießanlage
- 4
- Induktionsofen
- 6
- Induktionsofen
- 8
- Induktionsofen
- 10
- Induktionsofen
- 12
- Stahlschmelze
- 14
- Siphontopf
- 16
- Siphontopf
- 18
- Siphontopf
- 20
- Siphontopf
- 22
- Rinnensystem
- 24
- Rinnenabschnitt
- 26
- Rinnenabschnitt
- 28
- Rinnenabschnitt
- 30
- Rinnenabschnitt
- 34
- Verbindungsrinnenabschnitt
- 36
- Verbindungsrinnenabschnitt
- 38
- Verbindungsrinnenabschnitt
- 40
- Verbindungsrinnenabschnitt
- 42
- Verteiler
- 44
- Gussstränge
- 50
- Schienenpaar
- 52
- Notpfanne
- 54
- Schienenwagen
- 60
- Rinnenabschnitt
- 62
- Rinne
- 64
- Widerstandselement
- 66
- Abdeckung
- 68
- Feuerfestauskleidung
- 70
- Ein-
und Auslasslöcher