DE19543058A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verschließen einer Abstichöffnung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Verschließen einer AbstichöffnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen einer im Boden eines mit
metallischer Schmelze gefüllten Gefäßes, insbesondere für Stahl, befindlichen
Abstichöffnung, mit einem im Ofengefäß angeordneten rohrförmigen Schließelement,
das vertikal zu und von dem Eingang des Abstichloches bewegbar ist, und einer
unterhalb des Gefäßbodens angeordneten Absperrvorrichtung sowie einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der sogenannten Sumpffahrweise beim Abstich eines metallurgischen Gefäßes
insbesondere bei Stahl werden Verschlußeinrichtungen eingesetzt, mit denen es
möglich ist, einen Rest der Metallschmelze und der Schlacke im Gefäß
zurückzuhalten. Solche Gefäße sind regelmäßig kippbar ausgebildet um zu vermeiden,
daß das Verschlußsystem einem Verschleiß durch das flüssige Metall bzw. der
Schlacke abgesetzt ist.
So ist aus der DE 34 37 810 eine Verschlußeinrichtung für eine Abstichöffnung im
Boden eines metallurgischen Gefäßes bekannt, bei dem außerhalb des Gefäßes,
insbesondere eines metallischen Heizofens, ein Absperrorgan vorgesehen ist, bei dem
ein unteres Absperrorgan von außen gegen die Abstichöffnung verfahrbar ist. Im
Gefäßinneren ist ein Rohr angeordnet, das von einer Freigabeposition in die
Sperrposition absenkbar ist und dessen Mündung sich gegen den Rand der
Abstichöffnung legt. In der abgesenkten Sperrposition wird rieselfähiges Füllmaterial
durch das Rohr in die Abstichöffnung gebracht.
Weiterhin wird vorgeschlagen, das Rohr fußendig zu verschließen und in den
Innenraum ein Gas einzubringen, das dafür sorgt, daß die Schmelze durch die untere
Rohröffnung nicht in das Rohr eindringen kann.
Nachteil dieser Verschlußeinrichtung ist neben seinem hohen Verschleiß die geringe
Dichtheit. Im rauhen Stahlwerksbetrieb kommt es nämlich nicht nur zu
Auswaschungen des Eingangs der Abstichöffnung, auch die aggressive Schlacke und
die hohe Schmelzentemperatur zerstören ungleichmäßig den unteren Rand des
Verschließorgans.
Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung zum wiederholbaren Verschließen einer Abstichöffnung eines
metallurgischen Gefäßes zu schaffen, mit der bei hoher Gesamtlebensdauer ein
sicheres Absperren auch ohne für eine Sumpffahrweise erforderliches Kippen des
Gefäßes möglich ist.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des
Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 6.
Erfindungsgemäß wird an der Stirn des Schließelementes ein kompressibles Material
vorgesehen, das zum Verschließen bei seinem Kontakt mit dem Boden des Gefäßes
im Bereich des Abstichloches zusammengedrückt wird.
Während des Durchfahrens durch die Schmelze, die Temperaturen zwischen
1500 und 1700°C aufweist, wird das Dichtungsmaterial gegen Einwirkungen aus der
Schmelze und aus dem Flüssigmetall geschützt. So wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, dieses zu Dichtungszwecken eingesetzte zusammendrückbare
Material aus einem feuerfesten Werkstoff herzustellen und im von der Mündung
wegweisenden Innenbereich einer an der Stirn der Schließeinrichtung vorgesehenen
Nut einzubringen. Der restliche Innenbereich der Nut wird freigelassen und dient als
Kammer für ein Gas, das zum Schutz des Dichtmaterials beim Durchfahren durch die
Schmelze in dieser Kammer gehalten wird.
Dieses Gas kann aus einem festen oder flüssigen Medium stammen, das auf das
zusammendrückbare Material gebracht wird und unter Hitzeeinwirkung vergast. Es
kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung als Gas ständig zugeliefert werden
oder es wird ein Gas eingesetzt, das während der Verweildauer des
zusammendrückbaren Materials im Schmelzbad, erfahrungsgemäß kleiner 30 sek.,
sich beim Erwärmen ausdehnt und während des Ausdehnens die Schmelze verdrängt,
wobei sein Gesamtvolumen ausreicht diesen Vorgang über die ganze Zeit
aufrechtzuerhalten.
Der Gesamtvorgang des Verschließens läuft dabei so ab, daß durch den im
aufrechtstehenden Ofen durch die Schlacke und Flüssigschmelze das rohrförmige
Schließelement geführt wird, bis es die Innenwand des Gefäßbodens berührt und
diese gegen Herausfließen der Schmelze dicht verschließt. Zu dieser Zeit ist das
Abstichloch noch geöffnet, so daß die sich im Innenraum des rohrförmigen Elementes
und im Abstichloch befindliche Schmelze bzw. Schlacke das Ofengefäß verläßt.
Hiernach wird die außerhalb des Gefäßes angeordnete Absperreinrichtung, ein
Schieber oder eine Klappe, geschlossen. Es besteht nunmehr die Möglichkeit, das
Abstichloch zu inspizieren. Dies kann durch direkte Inaugenscheinnahme, aber auch
durch eine Kamera oder ein Endoskop geschehen. Weiterhin kann durch das
rohrförmige Schließelement ein Werkzeug geführt werden, mit dem die Abstichöffnung
behandelt werden kann, beispielsweise durch Abschlagen von Bären o. ä. Außerdem
kann eine Einrichtung, beispielsweise eine Torkretmaschine, durch das rohrförmige
Schließelement bis in das Abstichloch gebracht werden, mit der eine Reparatur des
Feuerfestmaterials durchgeführt wird. Wird die Abstichöffnung als verwendbar
angesehen, so wird in bekannter Weise ein rieselfähiges Material in die Abstichöffnung
gebracht. Diese dient zum Schutz der Absperrvorrichtung und zur Erleichterung des
Angießens nach Öffnen der Absperrung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Kopf des Schließelementes als
Wechselteil ausgebildet. Dieses Wechselteil wird bei Bedarf nach einem oder
mehreren Schließvorgängen ausgetauscht und mit einer neuen Dichtlippe, also einer
Nut und dem zusammendrückbaren Feuerfestmaterial, bestückt.
Dieses Wechselteil kann dabei eine Wandstärke aufweisen, die deutlich größer ist als
die des restlichen rohrförmigen Schließelementes.
Die Wandungen der Nut haben die Aufgabe, das Dichtmaterial während des
Durchfahrens durch die Schmelze zu schützen. Wenn das Dichtmaterial,
beispielsweise eine Matte oder ein aus Fasern bestehendes Formteil, den Boden des
metallurgischen Gefäßes erreicht hat, soll das Material der Wandungen der Nut das
Zusammendrücken des Dichtmaterials nicht stören. Als Material bietet sich ein
metallischer Werkstoff an, der als Kompensator ausgebildet ist. Weiterhin kann ein
metallischer Werkstoff benutzt werden, der nach Durchfahren der Schmelze, also in
etwa 15 bis 30 sek., mindestens erweicht, schmilzt oder verkohlt. So kann etwa eine
Pappe eingesetzt werden, die eine ausreichende Standzeit besitzt und die beim
Kontakt mit der Schmelze verkohlt.
Weiterhin wird vorgeschlagen, den Grund der Nut in der Weise auszugestalten, daß
sie sich den Verhältnissen des Eintritts des Abstichloches anpaßt. Dabei kann der
Grund d. h. die Stirn des Wechselteils, eine konische Fläche aufweisen, die zur
Mittenachse hin spitz zuläuft. Es kann aber auch in Kenntnis der Eintrittsform des
Abstichloches eine korrespondierende Form des Grundes der Nut eingesetzt werden
mit der Folge, daß die Dicke der später zusammengedrückten Dichtmasse, also der
feuerfesten Fasern, nahezu konstant gehalten wird. Auf diese Weise wird eine
besonders hohe Dichtigkeit sicher erreicht.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Skizze dargelegt. Es zeigen
Fig. 1 Einen Schnitt durch das Ofengefäß mit gerader Grundfläche des
Verschließelementes
Fig. 2 Einen Schnitt mit angepaßter Grundfläche des Verschließelementes
Fig. 3 Eine Skizze eines Wechselteils.
Die Fig. 1 zeigt den Schnitt durch einen Teil eines metallurgischen Gefäßes 10 mit
dem metallischen Gefäßmantel 11 und der feuerfesten Gefäßauskleidung 12. Im Gefäßboden 13 ist eine Abstichöffnung 14 vorgesehen, deren Mündung 16 durch eine
Absperrvorrichtung 20 geschlossen ist, hier durch eine Klappe 21.
Die Abstichöffnung 14 weist eine Feuerfestauskleidung 17 aus, die im Bereich des
Eintrittes 15 eine konische Abschrägung aufweisen kann.
In das durch einen Deckel 19 abdeckbares metallurgisches Gefäß 10 ist ein
rohrförmiges Schließelement 31 geführt, an dessen Stirnfläche 32 eine Nut 33
vorgesehen ist. In den Nutinnenraum 34 ist zusammendrückbares Material F
eingebracht. Im rechten Teil des Schließelementes 31 ist ein über eine lösbare
Verbindung 36 am Hauptkörper 39 anbringbares Wechselteil 37 vorgesehen.
Im linken Teil des Schließelementes 31 ist eine Bohrung vorgesehen, durch die ein
Gas G bis in den Nutbereich 34 der Nut 33 förderbar. In der Fig. 1 ist der
Innendurchmesser di des Schließelementes 31 gleich oder größer als der
Durchmesser Di der Abstichöffnung 14.
Die Fig. 2 zeigt einen mit metallischer Schmelze M, auf der Schlacke S aufschwimmt,
gefülltes metallurgisches Gefäß 10, das durch einen Deckel 19 abgedeckt ist, durch
den der Hauptkörper 39 des Schließelementes 31 führbar ist. Das Schließelement 31
wird dabei von einem Tragarm 42 gehalten, der durch ein Verschiebeantrieb 41
vertikal verfahrbar ist. Weiterhin ist das Schließelement 31 durch einen Drehantrieb 43
um seine Hauptachse I drehbar.
Auf den Hauptkörper 39 des Verschließelementes 31 ist ein Befülltrichter 45
aufgebracht zur Erleichterung der Zufuhr von rieselfähigem Material in die
Abstichöffnung 14. Weiterhin ist eine Zufuhr 44 für Reparaturmassen, beispielsweise
die Torkretmasse T.
Der Kopf 37 des Schließelementes 31 ist als Wechselteil ausgestaltet. Auf der rechten
Seite der vorliegenden Skizze ist der Grund 35 abgeschrägt, wobei die Wandungen 36
achsparallel zur Hauptachse I geführt sind. Auf der linken Seite des Bildes ist die
Grundfläche 35 dem aktuellen Zustand des Eintrittes 15 der Feuerfestauskleidung 17
der Abstichöffnung 14 nachgebildet. Auch sind die Wandungen 26 achsparallel zur
Hauptachse I geführt.
Zwischen beiden aufgezeigten Grundflächen 35 und den jeweiligen Eintrittsabschnitten
15 wird das zusammendrückbare Material F aufgezeigt, wie es verformt wird und einen
dichten Abschluß zwischen der flüssigen Metallschmelze M und der Abstichöffnung 14
bildet.
In der Fig. 2 ist die Mündung 16 der Abstichsöffnung 14 durch eine
Absperrvorrichtung 20, hier durch einen Schieber 22 verschließbar.
In der Fig. 2 ist der Innendurchmesser di des Schließelementes 31 kleiner als der
Innendurchmesser Di der Abstichöffnung 14.
Fig. 3 zeigt einen Teil des Schließelementes 31, und zwar den Hauptkörper 39 und
das über eine lösbare Verbindung 38 befestigte Wechselteil 37; In der linken Hälfte
des Bildes weist die Nut 33 eine im rechten Winkel zur Hauptachse I angeordnete
Grundfläche 35 auf und besitzt Wandungen 36, die in der linken Seite als
Kompensator ausgebildet ist und in der rechten Seite beispielsweise aus Pappe
aufgebaut ist. Im Innenbereich 34 der Nut 33 ist zusammendrückbares Material F
vorgesehen. Bis zur Mündung der Wandungen 36 ist ein Freiraum gelassen, in dem
sich Gas ansammeln kann, das aus einem flüssigen oder festen Medium H nach
Übergang in die Gasphase durch Hitzeeinwirkung sich ansammelt.
Auf der rechten Seite der Skizze ist die Grundfläche 35 der die Wandungen 36
aufweisenden Nut 33 schräg angeordnet. Vor dieser schrägen Grundfläche 35 ist das
zusammendrückbare Material F in Form eines Formteils eingebracht. Zu der Nut 33 ist
über eine durch den Hauptkörper 39 und das Wechselteil 37 geführte Bohrung ein Gas
G zuleitbar.
10
Metallurgisches Gefäß
11
Gefäßmantel
12
Feuerfestauskleidung
13
Gefäßboden
14
Abstichöffnung
15
Eintritt Abstichloch
16
Mündung Abstichloch
17
Feuerfestauskleidung Abstichloch
19
Deckel
20
Absperrvorrichtung
21
Klappe
22
Schieber
Schließeinrichtung
Schließeinrichtung
31
Schließelement
32
Stirn Schließelement
33
Nut
34
Nutbereich Innen
35
Grundfläche
36
Wandung
37
Wechselteil
Kopf
Kopf
38
Lösbare Verbindung
39
Hauptkörper
Trageinrichtung
Trageinrichtung
41
Verschieberantrieb
42
Tragarm
43
Drehantrieb
44
Reparaturmassenzufuhr
45
Fülltrichter
S Schlacke
M Metallschmelze
F Zusammendrückbares Material
G Gas
R Rieselförmiges Feuerfestmaterial
H Flüssiges oder festes Medium
I Hauptachse
di
S Schlacke
M Metallschmelze
F Zusammendrückbares Material
G Gas
R Rieselförmiges Feuerfestmaterial
H Flüssiges oder festes Medium
I Hauptachse
di
Innendurchmesser Schließelement
Di
Di
Durchmesser Abstichloch
T Torkretmasse.
T Torkretmasse.
Claims (14)
1. Verfahren zum Verschließen einer im Boden eines mit metallischer Schmelze
gefüllten Gefäßes, insbesondere für Stahl, befindlichen Absuchöffnung, mit
einem im Ofengefäß angeordneten rohrförmigen Schließelement, das vertikal zu
und von dem Eingang das Abstichloches bewegbar ist, und einer unterhalb des
Gefäßbodens angeordneten Absperrvorrichtung
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- a) Vor jedem Schließvorgang wird an die Mündung des Schließelementes ein kompressibles feuerfestes Material gebracht,
- b) unmittelbar vor dem Eintauchen in die Schmelze wird in Schließrichtung vor dem feuerfesten Material ein Medium in einer Menge vorgesehen, das einen Kontakt des feuerfesten Materials mit der Schmelze weitgehend unterbindet,
- c) während des Schließvorganges wird die Mündung des Schließelementes zum Sperren des Abstichloches durch die Schmelze geführt und mit einer solchen Kraft gegen den Gefäßboden gepreßt, daß das feuerfeste Material zusammengedrückt wird,
- d) anschließend wird in bekannter Weise die Absperrvorrichtung außerhalb des Gefäßes vor die Abstichmündung gebracht und die Abstichöffnung wird über das rohrförmige Schließelement mit einer rieselfähigen Feuerfestmasse gefüllt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Aufsetzen der Mündung des Schließelementes auf den Boden
des Innengefäßes das Schließelement um seine Mittenachse gedreht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Medium ein Gas, z. B. Stickstoff, ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gas während des Durchfahrens der Mündung des Schließelementes
durch die Schmelze nachgefördert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Medium aus flüssigem oder festem Material besteht, welches unter der
Hitzeeinwirkung beim Eintauchen des Schließelementes in die Schmelze in die
Gasphase übergeht und das Gas sich dabei schützend vor das feuerfeste
Material legt.
6. Vorrichtung zum Verschließen einer im Boden eines metallurgischen Gefäßes
angeordneten Abstichöffnung, die von der Gefäßaußenseite durch eine
Absperrvorrichtung verschließbar und mit einer rieselfähigen Feuerfestmasse
füllbar ist, mit einem rohrförmigen Schließelement, das an der Gefäßinnenseite
am oberen Rand der Abstichöffnung anlehnbar und in einer Freigabeposition die
Abstichöffnung freigebend verschiebbar ist, zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Stirn (32) des Schließelementes (31) eine gabelförmige Nut (33)
vorgesehen ist, deren Öffnung in Richtung des Gefäßbodens (13) weist,
daß der die Grundfläche (35) aufweisende Innenbereich (34) der Nut (33) mit
kompressiblen Material F gefüllt ist,
daß der restliche Innenbereich der Nut mit Gas G füllbar ist und
daß die Wandungen (36) der Nut (33) aus einem Material bestehen, das dem
Andrücken des Schließelementes (31) gegen den Gefäßboden (13) keinen
wesentlichen Widerstand entgegensetzt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material der Wandungen (36) metallisch ist und als Kompensator
ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandungen (36) eine Wandstärke von 0,3 bis 20,0 mm aufweisen und
das Wand-Material (36) unter Wärmeeinwirkung der Schmelze (S) zumindestens
erweicht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kopf (37) des Schließelementes (31) einschließlich des die Nut (33)
aufweisenden Bauteils als Wechselteil ausgebildet ist und mit einer lösbaren
Verbindung (38) mit dem Hauptkörper (39) des Schließelementes (31)
verbindbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wanddicke des Wechselteils (37) das 3 bis 10-fache der Wanddicke des
Hauptkörpers (39) bei gleichem Innendurchmesser (di) besitzt.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Innendurchmesser (di) des Schließelementes (31) zum Durchmesser
(Di) der Abstichöffnung (14) sich verhält wie di: Di= 0,7 bis 2,0.
12. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das kompressible Material (F) aus Feuerfestwerkstoff, z. B.
kohlenstoffhaltigem Werkstoff, aufgebaut ist und aus Fasern als Matte bzw. als
Formteil ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Grundfläche (35) der Nut (33) konisch geneigt ist, mit der Spitze zur
Hauptachse (1) hin.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Grundfläche (35) der Nut (33) eine Form aufweist, die mit dem Eintritt
(15) der Abstichsöffnung (14) korrespondiert.
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