DE102017126153A1

DE102017126153A1 - Aufhängevorrichtung für ein metallurgisches Gefäß zur Aufnahme von schmelzflüssigen Metallen

Info

Publication number: DE102017126153A1
Application number: DE102017126153.2A
Authority: DE
Inventors: Markus Finck; Christian Imiela; Christoph Wissen; Steffen Krausa; Dirk Mangler
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2019-05-09
Also published as: EP3707281A1; WO2019091844A1

Abstract

Aufhängevorrichtung (10) für ein metallurgisches Gefäß (15) zur Aufnahme von schmelzflüssigen Metallen, die an der Gefäßaußenseite angeordnete ist, umfassend mindestens einen Lagerzapfen (11) zur kippbaren Aufnahme des Lagerzapfens (11) in einen Lagerständer.
Die Aufhängevorrichtung (10) ist mit dem Lagerzapfen (11) derart verbunden, sodass in Einbaulage des Lagerzapfens (11) in der Aufhängevorrichtung (10), die Stirnseite (19) des Lagerzapfen (11) gegenüber der Außenseite (14) des metallurgischen Gefäßes (15) beabstandet angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufhängevorrichtung für ein metallurgisches Gefäß zur Aufnahme von schmelzflüssigen Metallen, die an der Gefäßaußenseite angeordnet ist, umfassend mindestens einen Lagerzapfen zur kippbaren Aufnahme des Lagerzapfens in einen Lagerständer.
Konvertergefäße sind während des Betriebs hohen thermischen Belastungen ausgesetzt, die zu erheblichen Wärmedehnungen und Verformungen führen können. Die Verbindung zwischen Konverter und Tragring wird durch eine Konverteraufhängung realisiert, welche diese Wärmedehnungen kompensieren muss. Steigende Produktivitätsanforderungen und die daraus resultierenden, heute üblichen Konvertergrößen führen zu hohen Belastungen in der Aufhängung. Dafür gab es bislang im Wesentlichen zwei technisch ausgereifte Lösungsansätze: eine statische Aufhängung mit Linkelementen oder eine radial nachgiebige Lamellenaufhängung mit sehr kompakten Abmessungen.
Aus dem Stand der Technik sind auch Aufhängungen bekannt, die die Vorteile beider Aufhängungen miteinander kombinieren. Dabei kommen vertikale Lamellenelemente und horizontale Verbindungsmittel zum Einsatz. Die Verbindungsmittel können je nach Bedarf sowohl unterhalb als auch oberhalb des Tragringes positioniert werden. Da die Lamellenelemente auch Anteile der horizontal wirkenden Gewichtskräfte übernehmen, brauchen die horizontalen Verbindungsmittel (Links) nicht mehr die vollen Horizontalkräfte aufnehmen und können entsprechend kostengünstiger dimensioniert werden. Bei einer Anordnung der horizontalen Verbindungsmittel und der Lamellenelemente unterhalb des Tragringes befinden sich sämtliche Aufhängungselemente im geschützten Bereich. Der Zweck dieser aufwendigen Konstruktionen ist es, die thermische Dehnung des Gefäßes von der Lagerung zu entkoppeln.
Die Kippzapfen von beispielsweise LD- und AOD-Konvertern werden also nicht direkt am Gefäß angebracht, sondern an einem Tragring, der das Gefäß umgibt und mittels Lamellen, Spannelementen und ähnlichem mit letzteren verbunden ist. Nachteilig dabei ist, dass der Tragring einen großen Bauraum einnimmt und in der Folge aufgrund der komplexen Konstruktion sehr kostenintensiv ist. Des Weiteren ist die Montage und in Folge des Betriebs derartig aufgehängter Gefäße auch der Wartungsaufwand sehr hoch.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Nachteile zu überwinden und eine Aufhängevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen geringen Montage- und Wartungsaufwand sowie eine Reduzierung des erforderlichen Bauraums ermöglicht und die Tonnage eines metallurgischen Gefäßes am Aufstellungsort erhöhen kann.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Nach der Lehre der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Aufhängevorrichtung mit dem Lagerzapfen derart verbunden ist, dass in Einbaulage des Lagerzapfens in der Aufhängevorrichtung, die Stirnseite des Lagerzapfen gegenüber der Außenseite des metallurgischen Gefäßes beabstandet angeordnet ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufhängevorrichtung kann der Abstand zwischen der Stirnfläche des Lagerzapfens und der Außenseite des metallurgischen Gefäßes als eine wärmeisolierende Schicht ausgebildet sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Aufhängevorrichtung aus einer Vielzahl von radial außen, sternförmig um den Lagerzapfen herum angeordneten Rippen ausgebildet sein, die mit der Außenseite des metallurgischen Gefäßes fest verbunden werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die Rippen im Wesentlichen als rechtwinklige Dreiecke ausgebildet sein, wobei die Seiten der einen Katheten der Rippen dem Lagerzapfen und die Seiten der anderen Katheten der Rippen der Außenseite des metallurgischen Gefäßes zugeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufhängevorrichtung können die Rippen tangential auf die Außenseite des metallurgischen Gefäßes zulaufen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform können die Rippen im Bereich ihres rechten Winkels eine halbkreisförmige Anfasung aufweisen, die in Einbaulage der Rippen eine offene, radial um den Lagerzapfen herum umlaufende Ausnehmung (Mausloch) ausbilden.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Aufhängevorrichtung eine im Wesentlichen rechteckige Kastenkonstruktion sein, die in Einbaulage zwei horizontal und dazu zwei vertikal miteinander verbundene Rippen umfasst, die mit der Außenseite des Gefäßes verbunden sind, wobei der Lagerzapfen in der Kastenkonstruktion mittig zwischen den Rippen angeordnet ist, und in der Kastenkonstruktion über horizontal und vertikal angeordnete Lagerzapfenhalterippen beabstandet von der Gefäßoberfläche gehalten ist und die Lagerzapfenhalterippen nur indirekt über die horizontalen und vertikalen Rippen der Kastenkonstruktion mit der Außenseite des metallurgischen Gefäßes verbunden sind.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Größe der Oberfläche und das Volumen der Aufhängevorrichtung so ausgebildet sein, dass der Wärmeeintrag in die Aufhängevorrichtung durch die Wärmeabgabe über die Aufhängevorrichtung an die sie umgebende Atmosphäre kontinuierlich erfolgt, sodass die Temperaturdifferenz zwischen Gefäßoberfläche und die damit zu erwartende thermische Dehnung, insbesondere während des Betriebs des metallurgischen Gefäßes, ausgeglichen werden kann. Durch das abgestimmte und vorher berechnete Verhältnis zwischen Oberflächengröße und Volumen der Aufhängevorrichtung kann sichergestellt werden, dass sich die Aufhängevorrichtung im Betrieb des metallurgischen Gefäßes nicht überhitzt und es somit auch nicht zu einem Ausfall der Aufhängevorrichtung aufgrund von Hitzespannungen kommen kann.
Die Aufhängevorrichtung kann somit auch als ein Temperaturausgleichsmittel bzw. als ein Kühlkörper angesprochen werden, dessen Wirkungsweise darin besteht, die in die Aufhängevorrichtung eingeleitete Wärme möglichst schnell und gleichmäßig wieder an die sie umgebende Atmosphäre abzugeben. Dabei ist es wichtig, dass die Wärme im Wesentlichen nur über die direkt mit dem Gefäß verbundenen Rippen eingeleitet wird. Die Kühlleistung der Aufhängevorrichtung sollte so ausgelegt sein, dass bei einer Gefäßaußenseitentemperatur von rund 400°C die Temperatur des Zapfens, während des Betriebs des metallurgischen Gefäßes, nicht über 80°C, bevorzugt bei rund 50°C, liegt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Größe der Oberfläche und das Volumen der Aufhängevorrichtung derart ausgebildet, dass ein Temperaturanstieg durch Wärmeübertragung beim Betrieb des Gefäßes zwischen dem in der Aufhängevorrichtung angeordneten Lagerzapfen und der Außenseite des metallurgischen Gefäßes bis zu einer vorbestimmbaren Maximaltemperatur kontinuierlich erfolgen kann.
Es ist vorgesehen, dass die Aufhängevorrichtung mit der Außenseite des metallurgischen Gefäßes einen weichen Übergang ausbildet, sodass hierdurch ein Steifigkeitssprung zwischen der Außenseite des metallurgischen Gefäßes und der Gefäßbefestigung reduziert werden kann.
Die Wärme, die beim Betrieb des metallurgischen Gefäßes entsteht, soll dabei direkt und nur über die fest mit der Außenseite des metallurgischen Gefäßes verbundenen Rippen in die Gefäßbefestigung eingeleitet werden.
Das metallurgische Gefäß kann ein LD-, ein AOD- oder ein BOF-Konverter sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen die Figuren:

1 Eine schematische, isometrische Gesamtdarstellung der als Temperaturausgleichsmittel ausgebildeten Aufhängevorrichtung mit einer sternförmigen Anbindung des Zapfens an der Gefäßaußenseite eines metallurgischen Gefäßes;
2 die schematische Darstellung der Aufhängevorrichtung nach 1 in einem vertikalen Schnitt durch das an dem metallurgischen Gefäß angeordnete Temperaturausgleichsmittel;
3 die schematische Darstellung der Aufhängevorrichtung nach 1 in einem horizontalen Schnitt durch das an dem metallurgischen Gefäß angeordnete Temperaturausgleichsmittel;
4 die Aufhängevorrichtung in einer schematischen Darstellung gemäß einer weiteren, als Kasten ausgeführten Ausführungsform mit vertikal und horizontal angeordneten Versteifungsrippen, in deren Mitte eine Lagerzapfenaufnahme angeordnet ist;
5 die Aufhängevorrichtung nach 4 in einer vertikalen Schnittdarstellung;
6 die Aufhängevorrichtung nach 4 in einer horizontalen Schnittdarstellung.

Im Folgenden werden für gleiche Bauteile bzw. gleichwirkende Merkmale für alle Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufhängevorrichtung 10, die im Wesentlichen aus einem Lagerzapfen 11, um den in Einbaulage, um dessen Basis 12 radial sternförmig herum eine Vielzahl von Rippen 13 angeordnet sind (der Übersichtlichkeit halber ist nur eine Rippe mit dem Bezugszeichen versehen worden). Die Rippen 13 sind dabei fest mit der Außenseite 14 eines metallurgischen Gefäßes 15 verbunden. Die Kombination von Lagerzapfen 11 und Rippen 13 bildet die Aufhängevorrichtung 10, über die der Lagerzapfen 11 fest und dauerhaft mit der Außenseite 14 des metallurgischen Gefäßes 15 verbunden werden kann.
Um Anbackungen und Verkrustungen von Schlacken- und Metallresten zwischen den Rippen 13 zu vermeiden bzw. zu verringern, ist in dieser Ausführungsform der Außenseite 14 eine Schutzhaube 17 zugeordnet, die in Einbaulage oberhalb der Aufhängevorrichtung 10 angeordnet ist.
Wie die 2 und 3 darstellen, weist der Lagerzapfen 11 in dieser Ausführungsform eine durchgängige Hohlbohrung 18 auf. Die Stirnseite 19 des Lagerzapfens 11 ist in Einbaulage von der Außenseite 14 beabstandet angeordnet, sodass hierdurch ein Spalt 20 zwischen Stirnfläche 19 und Außenseite 14 ausgebildet wird. Die Breite des Spaltes 20 und damit der Abstand der Stirnseite 19 des Lagerzapfens 11 von der Außenseite 14 des metallurgischen Gefäßes 15 kann dabei variieren und kann im Voraus über die Art, wie der Lagerzapfen 11 mit den Rippen 13 verbunden wird, festgelegt werden. Der Abstand zwischen der Stirnseite 19 zur Außenseite 14 sollte idealerweise so groß sein, dass der Wärmeeintrag in den Lagerzapfen 11 über Wärmestrahlung möglichst gering ist, bei gleichzeitiger größtmöglicher statischer Anbindung des Lagerzapfens 11 über die Rippen 13 an das metallurgische Gefäß 15.
In dieser Ausführungsform sind die Rippen 13 als rechtwinklige Dreiecke ausgebildet, die im Bereich des rechten Winkels eine Anfasung 21 aufweisen, die in der Zusammenschau aller radial außen sternförmig angeordneter Rippen 13 eine offene um die Basis 12 umlaufende Ausnehmung (sog. Mausloch) 22, wie dies in der 1 angedeutet worden ist, ausbilden.
Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufhängevorrichtung 10 für das metallurgische Gefäß 15, mit einer im Wesentlichen als rechteckige Kastenkonstruktion 23 ausgebildeten Aufhängevorrichtung 10, die der Außenseite 14 des metallurgischen Gefäßes 15 zugeordnet ist.
Die Grundstruktur der Kastenkonstruktion 23 setzt sich aus jeweils zwei Rippenpaaren 24, 25 und 26, 27 zusammen. Die Rippenpaare 24, 25 sind dabei in Einbaulage horizontal orientiert und die Rippenpaare 26, 27 sind hierzu vertikal angeordnet. Beide Rippenpaare 24, 25 und 26, 27 sind fest mit der Außenseite 14 verbunden.
Der Lagerzapfen 11 weist auch in dieser Ausführungsform eine axial verlaufende Hohlbohrung 18 auf, die in dieser Ausführungsform allerdings nicht durchgängig ausgebildet ist, wie dies in den 5 und 6 dargestellt ist, und in der massiv ausgebildeten Basis 12 des Lagerzapfen 11 endet.
Das horizontal angeordnete Rippenpaar 24, 25 weist jeweils zwei freie Enden 28, 29 und 38, 39 auf. Die freien Enden 28, 29 und 38, 39 weisen eine konvexe Krümmung auf und bilden so einen weichen Übergang mit der Außenseite 14 des metallurgischen Gefäßes 15 aus.
Der Lagerzapfen 11 ist mittig in der Kastenkonstruktion 23 angeordnet und wird an seiner Basis 12 in der Kastenkonstruktion 23 über horizontal angeordnete Lagerzapfenhalterippen 30, 31 und 32, 33 und vertikal angeordnete Lagerzapfenhalterippen 34, 35 und 36, 37 beabstandet von der Außenseite 14 (Oberfläche des metallurgischen Gefäßes 15) in der Kastenkonstruktion 23 gehalten. Die Lagerzapfenhalterippen 30, 31 und 32, 33 sowie 34, 35 und 36, 37 sind dabei nur indirekt über die horizontalen und vertikalen Rippenpaare 24, 25 und 26, 27 der Kastenkonstruktion 23 mit der Außenseite 14 des metallurgischen Gefäßes 15 verbunden. Hierdurch wird ein Spalt 20 ausgebildet, der wiederum eine wärmeisolierende Luftschicht ausbildet und so eine direkte Wärmeübertragung zwischen der Stirnseite 19 des Lagerzapfen 11 und der Außenseite 14 wirksam verhindert werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Aufhängevorrichtung
11: Lagerzapfen
12: Basis
13: Rippen
14: Außenseite / Gefäßaußenseite
15: metallurgisches Gefäß
17: Schutzhaube
18: Hohlbohrung
19: Stirnseite
20: Spalt
21: Anfasung
22: Ausnehmung
23: Kastenkonstruktion
24, 25: horizontale Rippen
26, 27: vertikale Rippen
28, 29: freies Ende
30, 31: horizontale Lagerzapfenhalterippe
32, 33: horizontale Lagerzapfenhalterippe
34, 35: vertikale Lagerzapfenhalterippe
36, 37: vertikale Lagerzapfenhalterippe
38, 39: freies Ende

Claims

Aufhängevorrichtung (10) für ein metallurgisches Gefäß (15) zur Aufnahme von schmelzflüssigen Metallen, die an der Gefäßaußenseite angeordnet ist, umfassend mindestens einen Lagerzapfen (11) zur kippbaren Aufnahme des Lagerzapfens (11) in einen Lagerständer, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängevorrichtung (1) mit dem Lagerzapfen (11) derart verbunden ist, dass in Einbaulage des Lagerzapfens (11) in der Aufhängevorrichtung (10), die Stirnseite (19) des Lagerzapfen (11) gegenüber der Außenseite (14) des metallurgischen Gefäßes (15) beabstandet angeordnet ist.
Aufhängevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Stirnseite (19) des Lagerzapfens (11) und der Außenseite (14) des metallurgischen Gefäßes (15) als eine wärmeisolierende Schicht ausgebildet ist.
Aufhängevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufhängevorrichtung (10) eine Vielzahl von radial außen, sternförmig um den Lagerzapfen (11) herum angeordneten Rippen (13) zugeordnet sind, die mit der Außenseite (14) des metallurgischen Gefäßes (15) fest verbunden sind.
Aufhängevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (13) im Wesentlichen als rechtwinklige Dreiecke ausgebildet sind, wobei die Seiten der einen Katheten der Rippen (13) dem Lagerzapfen (11) und die Seiten der anderen Katheten der Rippen (13) der Außenseite (14) des metallurgischen Gefäßes (15) zugeordnet sind.
Aufhängevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (13) tangential auf die Außenseite (14) des metallurgischen Gefäßes (15) zulaufen.
Aufhängevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (13) im Bereich ihres rechten Winkels eine halbkreisförmige Anfasung (21) aufweisen, die in Einbaulage der Rippen (13) eine offene, radial um den Lagerzapfen (11) herum umlaufende Ausnehmung (22) (Mausloch) ausbilden.
Aufhängevorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängevorrichtung (10) eine im Wesentlichen rechteckige Kastenkonstruktion (23) ist, die in Einbaulage zwei horizontale Rippen (24, 25) und dazu beabstandet angeordnet zwei vertikale Rippen (26, 27) miteinander verbindet, die der Außenseite (14) des metallurgischen Gefäßes 15 zugeordnet sind, wobei der Lagerzapfen (11) in der Kastenkonstruktion (23) mittig angeordnet und in der Kastenkonstruktion (23) über horizontal und vertikal angeordnete Lagerzapfenhalterippen (30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37) beabstandet von der Außenseite (14) des metallurgischen Gefäßes (15) gehalten ist, und die Lagerzapfenhalterippen (30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37) nur indirekt über die horizontalen und vertikalen Rippen der Kastenkonstruktion (24, 25, 26, 27) mit der Außenseite (14) des metallurgischen Gefäßes (15) verbunden sind.
Aufhängevorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Oberfläche und das Volumen der Aufhängevorrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass der Wärmeeintrag in die Aufhängevorrichtung (10) und die Wärmeabgabe über die Aufhängevorrichtung (10) an die sie umgebende Atmosphäre kontinuierlich erfolgt, sodass die Temperaturdifferenz zwischen Gefäßoberfläche und die damit zu erwartende thermische Dehnung, insbesondere während des Betriebs des metallurgischen Gefäßes (15), ausgleichbar ist.
Aufhängevorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Oberfläche und das Volumen der Aufhängevorrichtung (10) derart ausgebildet, dass ein Temperaturanstieg durch Wärmeübertragung beim Betrieb des metallurgischen Gefäßes (15) zwischen dem in der Aufhängevorrichtung (10) angeordneten Lagerzapfen (11) und der Außenseite (14) des metallurgischen Gefäßes (15) bis zu einer vorbestimmbaren Maximaltemperatur kontinuierlich erfolgt.
Aufhängevorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängevorrichtung (10) mit der Außenseite (14) des metallurgischen Gefäßes (15) einen weichen Übergang ausbildet, sodass hierdurch ein Steifigkeitssprung zwischen der Außenseite (14) des metallurgischen Gefäßes (15) und der Aufhängevorrichtung (10) reduzierbar ist.
Aufhängevorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme, die beim Betrieb des metallurgischen Gefäßes (15) entsteht, direkt nur über die fest mit der Außenseite (14) des metallurgischen Gefäßes (15) verbundenen Rippen (13, 24, 25, 6, 27) in die Aufhängevorrichtung (10) einleitbar ist.
Aufhängevorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das metallurgische Gefäß (15) ein LD-, ein AOD- oder ein BOF-Konverter ist.