DE19543058C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verschließen einer Abstichöffnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen einer im Boden eines mit metallischer Schmelze, insbesondere Stahl, gefüllten Gefäßes befindlichen Abstichöffnung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

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 ausgesetzt 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.

Ferner sei noch auf die DE 38 26 245 C2 verwiesen, aus der ein Schließ- und/oder Regelorgan für den Abstich aus einem metallurgischen Gefäß bekannt ist, bei dem ein um eine Mittenachse drehbares Schließelement zu Einsatz kommt.

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 5.

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 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 38 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 ist. In der Fig. 1 ist der Innendurchmesser d_i des Schließelementes 31 gleich oder größer als der Durchmesser D_i 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 einen 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 vorgesehen.

Der Kopf 37 des Schließelementes 31 ist als Wechselteil ausgestaltet. Auf der rechten Seite der vorliegenden Skizze ist die Grundfläche 35 der Nut 33 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 36 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 d_i des Schließelementes 31 kleiner als der Innendurchmesser D_i 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 sind und in der rechten Seite beispielsweise aus Pappe aufgebaut sind. 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.

Claims (14)

1. Verfahren zum Verschließen einer im Boden eines mit metallischer Schmelze, insbesondere Stahl, gefüllten Gefäßes befindlichen Abstichöffnung, bei dem nach jedem Abstichvorgang ein im Ofengefäß angeordnetes rohrförmiges Schließelement durch die Schlacke und Schmelze vertikal zu dem Eingang der Abstichöffnung bewegt wird, wobei der Mündungsbereich des Schließelementes während der Bewegung zu dem Eingang der Abstichöffnung hin durch ein Medium gegen Schmelze und Schlacke geschützt wird, die unterhalb des Gefäßbodens angeordnete Absperrvorrichtung von außerhalb des Gefäßes vor die Abstichöffnung gebracht wird, nachdem das Schließelement die Innenwand des Gefäßbodens dicht verschlossen hat, und anschließend die Abstichöffnung über das rohrförmige Schließelement mit einer rieselfähigen Feuerfestmasse gefüllt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte, ein Medium wird in Schließrichtung in den verbleibenden freigelassenen Innenbereich einer ein kompressibles feuerfestes Material aufweisenden nutförmigen Kammer an der Mündung des rohrförmigen Schließelements eingebracht, um den Kontakt des kompressiblen feuerfesten Materials mit der Schlacke und Schmelze weitgehend zu unterbinden, die Mündung des Schließelementes wird mit einer solchen Kraft gegen die Abstichöffnung im Gefäßboden gepreßt, daß das kompressible feuerfeste Material, dessen Kammer aus einem nachgiebigen, ein Zusammendrücken des kompressiblen feuerfesten Materials nicht störenden Material besteht, zusammengedrückt wird.

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 als Medium ein Gas, insbesondere Stickstoff, verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas während des Durchfahrens der Mündung des Schließelementes durch die Schmelze nachgefördert wird.

5. 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 anpreßbar und in einer Freigabeposition die Abstichöffnung freigebend vertikal 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 einem Medium (G) füllbar ist, das einen Kontakt des feuerfesten Materials mit der Schmelze weitgehend unterbindet, 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.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, 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.

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 (d_i) besitzt.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (d_i) des Schließelementes (31) zum Durchmesser (D_i) der Abstichöffnung (14) sich verhält wie d_i : D_i = 0,7 bis 2,0.

12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das kompressible Material (F) aus kohlenstoffhaltigem Werkstoff, aufgebaut ist und aus Fasern als Matte oder als Formteil ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (35) der Nut (33) konisch geneigt ist mit der Spitze zur Hauptachse (I) des Schließelementes (31) hin.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (35) der Nut (33) eine Form aufweist, die mit dem Eintritt (15) der Abstichöffnung (14) korrespondiert.