DE19726540A1 - Pralltopf - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pralltopf, der als Sekundärgefäß in ein Primärgefäß eingesetzt wird, um die feuerfeste Auskleidung des Primärgefäßes zu schonen.

Vorrichtungen wie Schmelzöfen in der Eisen- und Stahlindustrie und in anderen Schmelzverfahren sind mit feuerfester Auskleidung versehen. Diese Vorrichtungen werden allgemein als Aggregate bezeichnet. Das Material der feuerfesten Auskleidung wird durch sehr heißen Inhalt, wie flüssiges Metall und geschmolzene Schlacke sehr stark belastet.

In Aggregaten, wie in den Rinnensystemen der Hochöfen, kommt es bei den feuerfesten Bauteilen zu lokal begrenzten Zonen von Verschleiß. Der Verschleiß wird hervorgerufen durch relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten flüssiger Metalle und Schlacken. In begrenzten Zonen wird die feuerfeste Auskleidung geschwächt, was zu einer Reparatur oder zum Ausfall führt. Das gilt besonders für die Kipprinnen, die das von den Roheisenrinnen angelieferte Roheisen aufnehmen und in die Transportpfanne leiten.

Es ist oft nicht möglich, feuerfeste Auskleidung der Kipprinne zu reparieren, da diese entleert und einer Abkühlung unterzogen wird, um an die beschädigten Stellen zu kommen. Die Abkühlung eines aufgeheizten Feuerfest-Systems ist mit physikalischen Spannungen und Materialschwächungen verbunden.

Es wurden besondere gegen den hohen Erosionseinfluß resistentere Materialien entwickelt, die in der Regel über den gesamten Bereich des feuerfesten Systems eingebracht werden müssen, um Inhomogenitäten im Gesamtsystem zu vermeiden. Nachteilig sind die hohen Kosten.

Es wurden besonders für die Beeinflussung der erosiven Strömung innerhalb von Feuerfest-Systemen Fertigteile entwickelt, die einer besonderen Temperaturbeaufschlagung bei ihrer Herstellung unterzogen wurden. Die Temperaturbeaufschlagung zieht eine höhere keramische Bindung nach als die normal gegossene oder gemauerte feuerfeste Auskleidung. Durch diese höhere und festere keramische Bindung ist der Widerstand gegen die Erosion größer, so daß das gesamte feuerfeste System insgesamt gleichmäßiger verschließt. Der Verschleiß durch Erosion wird durch die höhere Festigkeit der Fertigteile so aufgefangen, daß der geringere Verschleiß des umgebenden Bereiches durch die relativ geringere Feuerfestigkeit aufeinander angepaßt wird.

Es ist auch in der Eisen-, Stahl und Gießereiindustrie bekannt, den Bereich eines Pfannenbodens oder eines Stranggießverteilers mit einer sogenannten Prallplatte auszukleiden. Nachteilig bei Prallplatten ist, daß sie nicht homogen in das System eingebaut werden können, wodurch eine Nahtstelle zwischen Fertigteil und Umgebung entsteht. Die Nahtstelle wird durch Korrosion und Errosion geschwächt. Das flüssige Medium kann in die geschwächte Nahtstelle eindringen und durchbrechen. Die Strömung der aufprallenden Gießstrahlen flüssiger Medien, wie Metalle oder Schlacken werden umgeleitet und in benachbarte Bereiche abgelenkt. Die benachbarten Bereiche werden stärker angegriffen als das sonst relativ unbelasteten Teile der feuerfesten Auskleidung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung und ein verfahren bereitzustellen, wobei der Verschleiß einer Kipprinne vermieden wird.

Die Aufgabe wird durch ein Sekundärgefäß, einen Pralltopf, gelöst. Der Pralltopf, enthält ein Auffanggefäß und an den entgegengesetzten Rändern je eine Aussparung zum Auslaufen von flüssigem Metall und Schlacke. Der Pralltopf kann zur Erhöhung der Stabilität ein Bodenfundament enthalten.

Der Pralltopf wird in ein Primärgefäß, wie eine Kipprinne, eingesetzt insbesondere im Eingießbereich der Kipprinne eingesetzt.

Im Bereich des durch Erosion bevorzugt verschleißenden Eingießbereich einer Kipprinne wird ein vorgefertigtes Sekundärgefäß eingebaut. Das Sekundärgefäß ist auf die im Eingießbereich vorherrschenden physikalischen Bedingungen ausgerichtet. Bei dem erfindungsgemäßen Sekundärgefäß oder Pralltopf handelt es sich um ein dreidimensionales Gefäß und nicht um ein Palattensystem. Es zeigt eine starke Feuerfestigkeit und kann schnell ausgewechselt werden. Das Sekundärgefäß ist so beschaffen, daß auftretende Strömungen nicht nur mechanisch aufgefangen werden, sondern gleichzeitig so abgelenkt werden, daß die feuerfeste Auskleidung deutlich weniger belastet wird, als dies bei herkömmlichen Prallplatten der Fall ist.

Nach Beendigung des Abstiches bleibt innerhalb des Sekundärgefäßes ein Sumpf aus flüssigem Roheisen. Der Sumpf fängt den mechanischen Impuls zu Beginn des nächsten Abstiches auf und gewährleistet während des laufenden Abstichs, daß das einströmende flüssige Eisen durch die im Sekundärgefäß befindliche Flüssigkeit aufgefangen und der mechanische Impuls abgefedert wird.

Die Kipprinne kann konventionell mit preiswertem Material gegossen oder gemauert werden. In das so hergestellte Gefäß, wird ein zweites, geometrisch entsprechend gestaltetes Sekundärgefäß, nämlich ein Pralltopf, eingebaut. Durch den Einbau des hochfeuerfesten Sekundärgefäßes wird eine große Menge der feuerfesten Auskleidung vor Verschleiß geschützt. Durch die einfache Auswechselbarkeit des zweiten Gefäßes wird die Betriebssicherheit der feuerfesten Auskleidung deutlich erhöht. Die Betriebszeit der Kipprinne wird durch die verringerte Anzahl an Reparaturen deutlich erhöht.

Im Reparaturfall wird nur das Sekundärgefäß ausgewechselt, wodurch der materielle und personelle Aufwand deutlich reduziert wird. Das verschlissene Sekundärgefäß wird mittels eines Krans herausgezogen. Der entstandene Hohlraum wird gereinigt und ein neues Sekundärgefäß wird in den Hohlraum eingesetzt und mit einem schnell abbindenden Beton in der Kipprinne fest verankert.

Das Sekundärgefäß hält das in die Kipprinne eingefüllte Roheisen von der Wand der Kipprinne fern. Wenn das Sekundärgefäß überläuft, wird die Kipprinne mit flüssigen Roheisen gefüllt. Die Füllung der Kipprinne verläuft ohne größere Strömung und Erosion ab. Das aus dem Sekundärgefäß austretende flüssige Roheisen wird durch eine besondere Ausbildung des Überlaufs direkt in eine gewünschte Richtung kanalisiert und mengenmäßig dosiert.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen in der Verringerung der erosiven Belastung des primären Feuerfestsystems einer Kipprinne. Die erosive Belastung wird auf das erfindungsgemäße Sekundärgefäß reduziert. Das Primärgefäß kann mit preiswerter feuerfester Auskleidung versehen werden. Die Betriebsbereitschaft der Kipprinne wird erhöht. Der Anfall an verschlissener feuerfester Auskleidung wird verringert, wodurch Kosten für die Deponie gespart werden. Das Betriebsrisiko älterer, verschlissener Kipprinnen wird durch einfaches Auswechseln des Pralltopfes oder des Sekundärgefäßes verringert. Die Kipprinne kann mit dem erindungsgemäßen Pralltopf wesentlich einfacher repariert werden.

Der Pralltopf ist von 300 mm bis 700 mm breit und von 500 mm bis 700 mm tief sowie von 1000 mm bis 2000 mm hoch. Der Pralltopf eignet sich besonders für den Einbau in die feuerfeste Auskleidung einer Kipprinne.

Der Pralltopf enthält die Bestandteile Al₂O₃, SiO₂, SiC und C, bevorzugt 55 Gew.-% bis 90 Gew.-% Al₂O₃, 3 Gew.-% bis 9 Gew.-% SiO₂, 3 Gew.-% bis 45 Gew.-% SiC und 2 Gew.-% bis 6 Gew.-% C und besonders bevorzugt 65 Gew.-% bis 80 Gew.-% Al₂O₃, 4 Gew.-% bis 7 Gew.-% SiO₂, 5 Gew.-% bis 35 Gew.-% SiC und 3 Gew.-% bis 5 Gew.-% C. Der Pralltopf mit dieser Zusammensetzung ist besonders gut zum Einbau in die feuerfeste Auskleidung einer Kipprinne geeignet.

Verfahren zur Herstellung einer feuerfesten Auskleidung einer Kipprinne, wobei die Auskleidung aus monolythischem Beton gegossen oder aus einzelnen Platten gesetzt wird und ein Pralltopf in die Kipprinne eingesetzt wird.

Erfindungsgemäß ist die Verwendung eines Pralltopfes insbesondere in einer feuerfesten Auskleidung einer Kipprinne vorgesehen.

Beim Abstich eines Hochofens wird das flüssige Roheisen über die Haupt- und Roheisenrinne in eine Kipprinne geleitet. Die Kipprinne leitet das Material in die Transportpfanne mit der das Roheisen in die Stahlwerke transportiert wird. Da unterhalb der Kipprinne zwei Eisenbahngleise verlegt sind, kann je nach Kippstellung die Kipprinne einmal die linke Transportpfanne und einmal die rechte Transportpfanne füllen. Beim Einfüllen des Eisen von der Roheisenrinne in die Kipprinne wird das flüssige Eisen mit einer Fallhöhe von 2 m bis 4 m gekippt. Der Aufprall auf den Boden der Kipprinne ist mit einem sehr hohen Verschleiß an der Aufprallstelle verbunden. Nach dem erosiven Aufprall auf den Boden der Kipprinne strömt das flüssige Eisen in eine vertikale Komponente über, welche die Seitenwände der Kipprinne im Eingießbereich stark angreift.

Als Folge muß die Kipprinne ausgewechselt werden. Da die Kipprinne mit einem teueren verschleißfesten Feuerbeton ausgegossen oder sehr personalintensiv mit feuerfesten Steinen zugestellt werden muß, wird viel Material verbraucht und hohe Materialkosten entstehen. Hinzu kommt das Betriebsrisiko eines Durchbruches, wenn diese lokalen voreilenden Verschleißerscheinungen eine gewisse Grenzbelastung überschreiten. Da oftmals diese ungewollten Zwangsstillstände auch noch die gesamte Produktionsplanung eines integrierten Hüttenwerkes durcheinanderbringen, können die Folgekosten hoch sein.

Lösen lassen sich all diese Probleme durch den Einbau eines erfindungsgemäßen vorgefertigten Sekundärgefäßes, Pralltopfes, in die Kipprinnen. Dieser Pralltopf besteht wie bereits beschrieben aus einem getemperten, hochfeuerfesten, speziell zur Bekämpfung der Erosion entwickelten Material. Die Größe dieses Pralltopfes ist der Größe des aus der Roheisenrinne herunterfallenden Strahles aus flüssigem Eisen angepaßt.

Da der Gießstrahl in ein regelrechtes Gefäß hineinfällt, kann das flüssige Eisen dieses Gefäß nur nach oben verlassen und kann nicht durch das Ausweichen über den Boden an der Wand der Kipprinne nach oben umgelenkt werden. Die Wand der Kipprinne kann somit nicht mehr durch die aufwärts gerichtete Flüssigkeitsströmung erosiv belastet werden.

Durch eine geeignete, den örtlichen Gegebenheiten angepaßte Gestaltung der jeweiligen Überläufe kann die Fließrichtung des austretenden Eisens so zu den Schnäbeln der Kipprinne geleitet werden, daß auch diese nur minimal durch die kinetische Energie des abfließenden flüssigen Eisens erosiv belastet werden.

Der permanent in dem Sekundärgefäß befindliche Sumpf aus flüssigem Roheisen federt jeglichen Impuls des neu eintreffenden Strahles des aus der Roheisenrinne austretenden und in die Kipprinne eintreffenden Roheisens ab, so daß das Feuerfestmaterial des Sekundärgefäßes seinerseits deutlich geschützt bleibt.

Irgendwann ist allerdings auch der Pralltopf durch die Erosion und Korrosion des Roheisens verschlissen. In diesem Fall wird zwischen zwei Abstichen dieser alte verschlissene Topf mittels dafür bereitstehender Ausbruchmaschinen ausgebrochen und entfernt. In das entstehende Loch wird mittels eines Kranes ein neuer Topf eingesetzt und mit einem normalen, handelsüblichen Spritzbeton auf dem Boden der Kipprinne befestigt.

Sollte zwischen den Abstichen ein Auswechseln dieses Topfes nicht möglich sein, läßt man den Pralltopf einfach bis zu seiner totalen Vernichtung verschleißen. In diesen Fällen sind auf jeden Fall der Boden und die Wände des Eingießbereiches der Kipprinne so weit geschützt, daß die gesamte Lebensdauer der Kipprinne und damit zwangsläufig auch die Einsatzbereitschaft der Kipprinne um die Lebensdauer des Sekundärgefäßes verlängert wird.

Die Kosten für diesen Pralltopf sind verglichen mit den Material - und Personal - bedingten Reparaturkosten vernachlässigbar. Die Ersparnis wird deutlich gesteigert, wenn für außerhalb des Eingießbereiches befindliche Feuerfestmaterialien einfache und kostengünstige Materialien eingesetzt werden. Die durch den verlängerten Betriebszyklus erreichte betriebsbedingte Senkung der Folgekosten ist ein weiterer positiver Effekt beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Sekundärgefäßes noch deutlicher.

Erfindungsgemäß ist die Verwendung des Pralltopfes weiter in feuerfester Auskleidung in Stranggießanlagen, insbesondere als Verteiler, als Wandelement eines Stranggießverteilers, als Rinnensystem eines Hochofens oder Kupolofens und als Schnäbel von Rinnen, Schikanen sowie Barrieren vorgesehen. Im Rinnensystem eines Hochofens oder Kupolofens können die erfindungsgemäßen Fertigteile eingesetzt werden.

Die Erfindung wird anhand von einer Zeichnung und von Beispielen näher erläutert.

Zeichnung

Die Zeichnung besteht aus einer Fig. 1. Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Pralltopf, der als Sekundärgefäß in eine Kipprinne eingesetzt wird.

Fig. 1 zeigt im einzelnen einen Pralltopf (A), der ein Auffanggefäß (1) und an den entgegengesetzten Rändern je eine Aussparung (2) zum Auslaufen von flüssigem Metall und Schlacke aufweist. Der Pralltopf (A) enthält ein Bodenfundament (3). Der Pralltopf wird im Eingießbereich einer Kipprinne eingesetzt. Der Pralltopf (A) ist 800 mm lang, 400 mm hoch und 700 mm tief. Der Pralltopf (A) hat eine Wanddicke in der Längsrichtung (a) von 200 mm und in der Tiefenrichtung (b) von 100 mm. Die Wände (b) weisen am oberen Ende eine Aussparung (2) auf, durch die ein kanalysiertes und portioniertes Abfließen des flüssigen Metalls und Schlacke möglich ist. Das Bodenfundament (3) ist 100 mm hoch und steht in der horizontalen Ebene allseitig um 100 mm hervor.

Beispiele Beispiel 1 Kipprinne mit Pralltopf

Eine 7 m lange Kipprinne aus monolithischem Beton wurde bei einer Betriebstemperatur von 1500°C betrieben. In der Rinne wurde im Eingießbereich ein Pralltopf wie in der Fig. 1 beschrieben eingesetzt. Die Kipprinne wurde 7 Tage betrieben und es wurde kein Verschleiß an feuerfester Auskleidung der Kipprinne festgestellt. Erst nach einer Betriebsdauer von 5 Tagen mußte der Pralltopf ausgetauscht werden, wobei die feuerfeste Auskleidung der Kipprinne immer noch unbeschädigt war. Ein neuer Pralltopf wurde eingesetzt und mit schnell abbindendem Beton fest verankert. Die gesamte Reparatur dauerte eine halbe Schicht und wurde von drei Personen durchgeführt. Die Lebensdauer der Kipprinne dauerte insgesamt sechs Wochen.

Vergleichsbeispiel 1 Kipprinne ohne Pralltopf

Eine 7 m lange Rinne aus monolithischem Beton wurde bei einer Betriebstemperatur von 1500°C betrieben. Die Kipprinne wurde 7 Tage betrieben und es wurde ein erheblicher Verschleiß an feuerfester Auskleidung der Kipprinne festgestellt. Die feuerfeste Auskleidung der Kipprinne mußte durch Spritzen repariert werden. Die gesamte Reparatur dauerte drei Stunden und wurde von drei Personen durchgeführt. Die Spritzreparatur mußte bis zum frühzeitigen Auswechseln der Kipprinne nach 14 Tagen jeden Tag wiederholt werden.

Claims (10)

1. Pralltopf, enthaltend ein Auffanggefäß (1) und an den entgegengesetzten Rändern je eine Aussparung (2) zum Auslaufen von flüssigem Metall und Schlacke.

2. Pralltopf nach Anspruch 1, enthaltend ein Bodenfundament (3).

3. Pralltopf nach Anspruch 1 oder 2, der im Eingießbereich einer Kipprinne eingesetzt ist.

4. Pralltopf nach einem oder mehren der Ansprüche 1 bis 3, enthaltend die Bestandteile Al₂O₃, SiO₂, SiC und C.

5. Pralltopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, enthaltend 55 Gew.-% bis 90 Gew.-% Al₂O₃, 3 Gew.-% bis 9 Gew.-% SiO₂, 3 Gew.-% bis 45 Gew.-% SiC und 2 Gew.-% bis 6 Gew.-% C.

6. Pralltopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, enthaltend 65 Gew.-% bis 80 Gew.-% Al₂O₃, 4 Gew.-% bis 7 Gew.-% SiO₂, 5 Gew.-% bis 35 Gew.-% SiC und 3 Gew.-% bis 5 Gew.-% C.

7. Kipprinne, enthaltend im Eingießbereich mindestens einen Pralltopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6.

8. Verfahren zum Einsetzen eines neuen Pralltopes in eine Kipprinne, wobei der verschlissene Pralltopf aus der Rinne herausgehoben wird, der entstandene Hohlraum gereinigt wird und ein neuer Pralltopf in den Hohlraum eingesetzt und mit einem schnell abbindenden Beton in der Kipprinne fest verankert wird.

9. Verfahren zum Betreiben einer Kipprinne mit einem eingesetzten Pralltopf, wobei das eingefüllte Roheisen in den Pralltopf fällt, das Roheisen nach Überfüllung des Pralltopfes durch die Aussparung (3) in eine gewünschte Richtung kanalisiert und mengenmäßig dosiert in die Kipprinne abläuft

10. Verwendung eines Pralltopfes zum Einsetzen in eine Kipprinne.