DE19641169C1 - Verfahren und Vorrichtung zum disontinuierlichen Abstechen von Schmelzen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum disontinuierlichen Abstechen von SchmelzenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum diskontinuierlichen Abstechen von
Schmelzen, insbesondere von Metallschmelzen, insbesondere von flüssigem Stahl,
oder schmelzflüssigen Nichtmetallen, aus einem Gefäß durch einen Durchlauf.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Beim diskontinuierlichen Abstechen von Schmelze wird der Schmelzenausfluß,
während das Gefäß noch mehr oder weniger gefüllt ist, gezielt unterbrochen, um
danach erneut gestartet zu werden. Nach dem Unterbrechen des
Schmelzenflusses friert Schmelze im Durchlauf ein und bildet dort einen Pfropfen.
Dieser muß vor dem erneuten Starten des Schmelzenausflusses entfernt werden.
Nach dem Stand der Technik wird der Pfropfen mittels einer Sauerstofflanze
ausgeschmolzen. Diese muß hierfür von unten an das Gefäß geführt werden, was
ein gefährlicher Arbeitsvorgang ist.
Ein diskontinuierliches Abstechen von Schmelzen erfolgt beispielsweise bei Müll-Ein
schmelzanlagen.
Aus der DE-AS 1 049 547 ist eine Vorrichtung zum elektrisch gesteuerten
Vergießen von Metall bekannt. Dabei ist der Ausguß im unteren Teil zunächst mit
einem Stopfen verschlossen. Oberhalb des Stopfens ist eine kleine Menge
feuerfesten Werkstoffs eingefüllt, um ein Verschweißen des Stopfens mit der in den
Ausguß einlaufenden Metallschmelze zu verhindern und beim Angießen ein leichtes
Entfernen des Stopfens zu ermöglichen. Diese Vorrichtung eignet sich nicht zum
diskontinuierlichen Abstechen, da weder der Stopfen noch der feuerfeste Werkstoff
in den Verschluß eingebracht werden können, solange sich noch Metallschmelze im
Gefäß befindet.
Aus der DE 44 28 297 A1 ist eine feuerfeste Düse und ein Verfahren zum Vergießen
von Metallschmelze bekannt. Dabei wird ein in der Ausgußöffnung eingesetzter oder
eingefrorener Metallpfropf zum Angießen aufgeschmolzen, wobei zunächst der
Mantel der Düse induktiv aufgeheizt wird und durch Wärmeleitung der Metallpfropf
schmilzt. Auch diese Vorrichtung eignet sich nicht zum diskontinuierlichen
Abstechen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein betriebssicheres Verfahren der eingangs
genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, daß der Schmelzenfluß in Flußrichtung hinter dem Durchlauf
unterbrochen wird und durch Abkühlung im Durchlauf verfestigt wird, und daß zum
erneuten Abstechen die Unterbrechung freigegeben und die im Durchlauf
eingefrorene Schmelze durch radiale, elektromagnetische Energiezufuhr wieder
aufgeschmolzen wird.
Gestoppt wird der Schmelzenfluß durch Betätigung der Unterbrechung.
Anschließend läßt man die Schmelze im Durchlauf einfrieren. Es ist damit ein
sicherer, doppelter Abschluß des Gefäßes erreicht. Zum erneuten Starten des
Schmelzenflusses wird die Unterbrechung geöffnet und der Schmelzenpfropfen
durch radiale, elektromagnetische Energiezufuhr aufgeschmolzen. Auch dieser
Vorgang ist betriebssicher, weil der Einsatz einer Sauerstofflanze überflüssig ist.
Beim erneuten Abstechen kann entweder zuerst die Unterbrechung freigegeben
werden und dann die im Durchlauf eingefrorene Schmelze aufgeschmolzen werden.
Vorzugsweise wird jedoch umgekehrt derart vorgegangen, daß zuerst die im
Durchlauf eingefrorene Schmelze aufgeschmolzen und danach die Unterbrechung
freigegeben wird. Dies ist möglich, weil das Aufschmelzen nicht durch eine
Sauerstofflanze von unten, sondern durch radiale, elektromagnetische Energiezufuhr
erfolgt. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß auf dem die Unterbrechung
bildenden Bauteil festgefrorene Schmelze freigeschmolzen wird, bevor das Bauteil
mechanisch bewegt wird. Das Bauteil ist also nicht durch festgefrorene Schmelze
blockiert.
Die elektromagnetische Energiezufuhr erfolgt vorzugsweise durch induktives
Ankoppeln eines elektromagnetischen Feldes an die erstarrte Schmelze und/oder an
den Durchlauf. Wenn die Schmelze eine Metallschmelze ist, koppelt sie selbst an
das elektromagnetische Feld eines Induktors an. Es kann jedoch auch der Durchlauf
aus einem induktiv ankoppelnden Material bestehen. Er überträgt dann durch
Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung die Energie auf die erstarrte Schmelze.
In Weiterbildung der Erfindung wird die Abkühlung und Verfestigung der Schmelze
im Durchlauf nach der Unterbrechung des Schmelzenflusses mittels einer Kühlung
eines für die elektromagnetische Energiezufuhr vorgesehenen Induktors bei
elektrisch abgeschaltetem Induktor unterstützt. Dadurch wird ein den
Durchlauf absperrender Schmelzenpfropfen schnell gebildet.
Um zu vermeiden, daß der Schmelzenpfropfen beim Aufschmelzen den Durchlauf
sprengen kann, erfolgt das Aufschmelzen des verfestigten oder völlig
durcherstarrten Schmelzenpfropfens so schnell, daß eine dünne Randzone
des Schmelzenpfropfens verflüssigt wird, bevor im Schmelzenpropfen ein
Temperaturausgleich von außen nach innen erfolgt ist. Durch den sich beim
Aufschmelzen ausdehnenden Schmelzenpfropfen wird das verflüssigte Material
seiner Randzone nach oben oder unten weggeschoben, so daß durch die
Ausdehnung der Durchlauf nicht gesprengt wird. Die Gefahr des Sprengens des
Durchlaufes kann auch dadurch behoben werden, daß der Durchlauf voreilend zur
eingefrorenen Schmelze aufgeheizt wird und sich dabei so weit aufdehnt, daß der
aufschmelzende Schmelzenpfropfen sich in den dabei freiwerdenden Ringraum
ausdehnen kann. In diesem Fall besteht der Durchlauf aus einem induktiv an das
elektromagnetische Feld des Induktors ankoppelnden Material, insbesondere aus
Keramik, wegen der hohen Temperaturen der Schmelzen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, daß in einem Schmelzengefäß ein Durchlauf, insbesondere eine
Hülse, angeordnet ist, dessen Austritt mittels einer, an sich bekannten, in Fließrichtung
hinter dem Austritt angeordneten mechanischen Verstellgliedanordnung verschließbar
und freigebbar ist, und daß der Durchlauf von einem gekühlten Induktor,
insbesondere einem luftgekühlten Induktor, umgeben ist, dessen elektromagnetisches
Feld direkt an einen Schmelzenpfropfen und/oder an den Durchlauf
ankoppelt. Dadurch, daß der Durchlauf selbst von dem Induktor umgeben ist, ist
gewährleistet, daß der Schmelzenpfropfen von der radialen Energiezufuhr erfaßt
wird.
Die bekannte Verstellgliedanordnung kann eine Platte mit einem Loch und einer
Verschlußfläche sein. Sie kann auch aus einer Blindplatte und einer Lochplatte oder
Düse bestehen.
Zur elektromagnetischen Abschirmung einer metallischen Halterung, mit der die
Vorrichtung am Gefäß befestigt ist, können Ferritkerne vorgesehen sein.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der einzigen Figur beschrieben. Sie zeigt:
einen Teilschnitt eines metallurgischen Gefäßes mit einer Blindplatte und Wechseldüse.
einen Teilschnitt eines metallurgischen Gefäßes mit einer Blindplatte und Wechseldüse.
In den Boden (1) eines metallurgischen Gefäßes ist als Durchlauf für die Schmelze
eine Hülse (2) aus feuerfestem, keramischem Material eingebaut. Die Hülse (2) bildet
eine Austrittsöffnung (3) für die Schmelze, wobei die Austrittsöffnung (3) an eine
mechanische Verstellgliedanordnung (4) angrenzt, mit der die Austrittsöffnung (3)
verschließbar und freigebbar ist.
Die Hülse (2) ist von einem Induktor (5) umgeben, dessen hohles Querschnittsprofil
von einem Kühlmedium, insbesondere Luft, durchströmt ist. Der Induktor (5)
reicht möglichst nahe an die Austrittsöffnung (3). Zur elektrischen Abschirmung
gegenüber einer metallischen Halterung (6) der Verstellgliedanordnung (4) können
Ferritkerne (7) vorgesehen sein.
In der Halterung (6) ist die an sich bekannte Verstellgliedanordnung (4) verschieblich
geführt. Bei der Ausführung nach Fig. 1 besteht die Verstellgliedanordnung (4) aus
einer Wechseldüse (8) bzw. Lochplatte und einer Blindplatte (10). Beide sind in einer
Führung (9) der Halterung (6) in der Weise verschieblich, daß beim Einschieben der
Blindplatte diese die Wechseldüse (8) von der Austrittsöffnung (3) wegschiebt,
wonach dann die Blindplatte die Austrittsöffnung (3) versperrt und eine
nachgeschobene Wechseldüse (8) die Blindplatte von der Austrittsöffnung (3)
wegschiebt, wobei die Wechseldüse (8) dann unter die Austrittsöffnung (3) gelangt.
Es ist jedoch auch jede andere an sich bekannte Unterbrechung des
Schmelzenflusses denkbar, wie z. B. ein in die Hülse (2) von unten eingeführter
Kupferdorn oder ein von oben eingeführter keramischer Stopfen (nicht dargestellt).
Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtungen ist im wesentlichen folgende:
Soll der Schmelzenfluß gestoppt werden, dann wird bei der Ausführung nach der
Figur die Wechseldüse (8) mittels einer Blindplatte weggeschoben, bis die
Blindplatte die Austrittsöffnung (3) sperrt oder es wird ein Dorn bzw. Stopfen
eingeführt.
Damit ist der Schmelzenfluß primär unterbrochen. Anschließend läßt man dann die
Schmelzen in der Hülse (2) ganz oder teilweise einfrieren. Dies kann dadurch
beschleunigt werden, daß der Induktor (5) elektrisch abgeschaltet wird, sein
Kühlkreislauf jedoch weiter arbeitet, so daß in der Hülse (2) gezielt ein
Schmelzenpfropfen entsteht, der einen sekundären Verschluß bildet.
Wenn dann wieder Schmelze aus dem Gefäß abgestochen werden soll, wird der
Induktor (5) elektrisch eingeschaltet. Dadurch erfolgt eine radiale,
elektromagnetische Energiezufuhr, durch die der Schmelzenpfropfen in der Hülse (2)
aufgeschmolzen wird. Der Schmelzenpfropfen wird dabei auch in einem an der
Blindplatte (10) bzw. der Verschlußfläche erstarrten Bereich zumindest zähflüssig,
so daß sich anschließend dann die Blindplatte mittels einer Wechseldüse (8) von
der Austrittsöffnung (3) wegschieben läßt, so daß ihr Loch unter die
Austrittsöffnung (3) gelangt. Damit ist der Schmelzenfluß wieder freigegeben.
Die Hülse (2) ist beim Aufschmelzen des in ihr sitzenden Schmelzenpfropfens an
sich Belastungen ausgesetzt, die darauf beruhen, daß sich der Schmelzenpfropfen
beim Aufschmelzen radial ausdehnt, so daß die Gefahr besteht, daß die Hülse (2)
bricht oder sich in ihr Risse bilden. Dieses Problem ist bei der beschriebenen
Einrichtung dadurch vermieden, daß mittels des Induktors (5) eine dünne Randzone
des Mantelbereichs des Schmelzenpfropfens in den flüssigen oder zähflüssigen
Zustand übergeht, bevor im Schmelzenpfropfen von außen nach innen ein
Temperaturausgleich erfolgt, also die über den gesamten Querschnitt des
Schmelzenpfropfens gehende Temperaturausdehnung wirksam wird. Die voreilend
flüssig oder zähflüssig gewordene Randzone des Schmelzenpfropfens wird bei
dessen weiterer Ausdehnung nach oben - wenn die Austrittsöffnung (3) noch
geschlossen ist - oder nach unten und oben aus der Hülse (2) durch den sich weiter
ausdehnenden Schmelzenpfropfen herausgedrückt, so daß die Hülse (2) höchstens
einem geringen radialen Innendruck ausgesetzt ist.
Das genannte Problem läßt sich auch dadurch umgehen, daß sich die Hülse (2)
unter der Wirkung des Induktors (5) temperaturbedingt so weit aufdehnt, daß für die
dann folgende Ausdehnung des Schmelzenpfropfens ein freier Ringraum besteht, in
den sich der Schmelzenpfropfen ausdehnen kann. Beide Funktionen können auch
sich gleichgerichtet unterstützend zusammenwirken.
Bei den Ausführungsbeispielen wird der Schmelzenfluß in Flußrichtung hinter dem
von der Hülse (2) gebildeten Durchlauf unterbrochen und durch Abkühlung im
Durchlauf verfestigt. Es ist auch möglich, den Schmelzenfluß im Durchlauf mittels
eines Verschlußdornes oder eines Stopfens zu unterbrechen.
Claims (12)
1. Verfahren zum diskontinuierlichen Abstechen von Schmelzen, insbesondere
von Metallschmelzen, insbesondere von flüssigem Stahl, oder
schmelzflüssigen Nichtmetallen, aus einem Gefäß durch einen Durchlauf,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schmelzenfluß in Flußrichtung hinter dem Durchlauf unterbrochen
wird und durch Abkühlung im Durchlauf verfestigt wird, und daß zum erneuten
Abstechen die Unterbrechung freigegeben und die im Durchlauf eingefrorene
Schmelze durch radiale, elektromagnetische Energiezufuhr wieder
aufgeschmolzen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum erneuten Abstechen zuerst die im Durchlauf eingefrorene Schmelze
aufgeschmolzen und danach die Unterbrechung freigegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet
daß die elektromagnetische Energiezufuhr durch induktives Ankoppeln eines
elektromagnetischen Feldes an die eingefrorene Schmelze und/oder an den
Durchlauf erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abkühlung und Verfestigung der Schmelze im Durchlauf nach der
Unterbrechung des Schmelzenflusses mittels einer Kühlung eines für die
elektromagnetische Energiezufuhr vorgesehenen Induktors bei elektrisch
abgeschaltetem Induktor unterstützt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Aufschmelzen des verfestigten oder völlig durcherstarrten
Schmelzenpfropfens so schnell erfolgt, daß eine Randzone des
Schmelzenpfropfens verflüssigt wird, bevor im Schmelzenpfropfen ein
Temperaturausgleich von außen nach innen erfolgt ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchlauf voreilend zum Schmelzenpfropfen aufgeheizt wird und
sich dabei so weit aufdehnt, daß der aufschmelzende Schmelzenpfropfen sich
in den dadurch freigewordenen Ringraum hinein ausdehnen kann.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einem Schmelzengefäß ein Durchlauf, insbesondere eine Hülse (2),
angeordnet ist, dessen Austritt (3) mittels einer an sich bekannten, in
Fließrichtung hinter dem Austritt (3) angeordneten, mechanischen
Verstellgliedanordnung (4) verschließbar und freigebbar ist, und daß der
Durchlauf von einem gekühlten Induktor (5), insbesondere einem luftgekühlten
Induktor, umgeben ist, dessen elektromagnetisches Feld direkt an einen
Schmelzenpfropfen und/oder an den Durchlauf ankoppelt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchlauf aus einer feuerfesten, induktiv ankoppelbaren Keramik
besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die an sich bekannte Verstellgliedanordnung eine Platte mit einem Loch
und einer Verschlußfläche ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die an sich bekannte Verstellgliedanordnung (4) aus einer Blindplatte
(10) und einer Lochplatte oder Wechseldüse (8) besteht.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine metallische Halterung (6) der Vorrichtung am Gefäß gegen das
elektromagnetische Feld, insbesondere mittels Ferritkernen (7) in an sich
bekannter Weise abgeschirmt ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Induktor (5) möglichst nahe an den Austritt (3) reicht.
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