DE19749829A1

DE19749829A1 - Metallurgisches Gefäß

Info

Publication number: DE19749829A1
Application number: DE1997149829
Authority: DE
Inventors: Markus Schwan; Matthias Normann; Hartmut Schulte
Original assignee: INTOCAST AG
Current assignee: INTOCAST AG
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 1999-05-12
Also published as: EP0916740A1

Description

Die Erfindung betrifft ein metallurgisches Gefäß zum Ein satz in Vakuumtankanlagen zur sekundärmetallurgischen Behandlung von Metallschmelzen.

Zur sekundärmetallurgischen sogenannten Vakuumbehandlung wird das die Metallschmelze enthaltende metallurgische Gefäß in eine Vakuumtankanlage eingebracht. Beim Absenken des Außendrucks entweicht ein wesentlicher Teil der im Metall gelösten Gase, was bereits regelmäßig zu einer Verbesserung der Qualität des erstarrten Endproduktes führt. Zusätzlich zu dieser Entgasung können weitere me tallurgische Reaktionen im Vakuum durchgeführt werden, wie beispielsweise die Feinentkohlung, das Legieren, die Des oxidation und die Verbesserung des Reinheitsgrades.

Das zur Vakuumbehandlung der Metallschmelze verwendete metallurgische Gefäß umfaßt üblicherweise einen Behand lungsdeckel, der die lichte Öffnung des die Metallschmelze beinhaltenden Behälters verringert, um so das Austreten von Schlacke und Stahl aus dem Behälter in die Vakuumkam mer, wie es durch chemische Reaktionen der Schmelze mit additiven Legierungen oder durch das Einspülen von Edelga sen hervorgerufen werden kann, zu verhindern. Weiterhin schützt der Behandlungsdeckel vor allzu großem Wärmever lust, da er einen wesentlichen Teil der von der Schmelze während der Behandlung emittierten Strahlungsenergie re flektiert.

Eine erste bekannte Konstruktion der Behandlungsdeckel basiert auf einer feuerfesten Auskleidung einer Stahlbau konstruktion, indem eine beliebige Form mit ungeformten Feuerfestprodukten mechanisch verankert aus gekleidet wird oder in einem Trägerrahmen geformte bzw. ungeformte Feuer festprodukte zum Einsatz kommen, die sich gegen den Trä gerrahmen abstützen.

Diesen bekannten Konstruktionen von Behandlungsdeckeln ist gemeinsam, daß die feuerfeste Auskleidung vor Ort herge stellt und gegebenenfalls getrocknet werden muß und nicht einstückig wechselbar ist. Entsprechend lang ist die Zeit, bis ein Behandlungsdeckel nach Erneuerung bzw. Ausbesse rung seiner feuerfesten Auskleidung wieder in Betrieb genommen werden kann.

In jüngerer Vergangenheit ist es bekanntgeworden, monli thische Fertigbauteile in vorhandene Trägerrahmen einzu setzen. Vorteilhaft hierbei ist, daß die Fertigbauteile schneller gewechselt werden können und die monolithischen Bauteile in der Regel insbesondere durch die unter kon trollierten Bedingungen durchgeführte Trocknung höhere Standzeiten aufweisen.

Die bekannten Behandlungsdeckel weisen auf ihrer dem Be hälter zugewandten Seite eine ebene Auflagefläche auf, welche auf einem ebenen Pfannenabschlußflansch aufliegt, der die Öffnung des Behälters umgibt.

Nachteilig ist bei den einen Behandlungsdeckel der bekann ten Art aufweisenden metallurgischen Gefäßen, daß die Gefahr besteht, daß der Deckel nicht zentrisch auf den Behälterrand, sondern unter seitlichem Versatz aufgesetzt wird. Ferner kann zwischen dem Behandlungsdeckel und dem Behälter häufig eine ausreichende Dichtung nicht ohne zusätzliche Hilfsmittel erzielt werden kann. Auch ist der die Öffnung umgebende Rand des Behälters bzw. der Ab schlußflansch - insbesondere, wenn der Deckel unter seit lichem Versatz aufgesetzt ist - nicht ausreichend vor Beschädigung durch Kontakt mit der Schmelze während der metallurgischen Behandlung geschützt, womit schlimmsten falls ein Aufsteigen oder sogar Austreten der Schmelze aus dem metallurgischen Gefäß verbunden ist. Weiterhin ist von Nachteil, daß die volle Nutzung des zur Verfügung stehen den Freibords ohne Beschädigung des Pfannenrandes bei diesen metallurgischen Gefäßen nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein metallurgi sches Gefäß zu schaffen, welches hinsichtlich der vorge nannten Nachteile verbessert ist.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene metallurgische Gefäß gelöst.

Dadurch, daß der die Öffnung des Behälters umgebende Rand eine zur Randebene geneigte Anlagefläche für den Behand lungsdeckel und der Behandlungsdeckel eine im aufgesetzten Zustand mit der Anlagefläche zusammenwirkende Gegenfläche umfaßt, findet eine selbsttätige Zentrierung des Behand lungsdeckels beim Aufsetzen auf den Behälter statt. Der Behandlungsdeckel liegt nicht - wie bisher - lediglich auf einem ebenen Abschlußflansch des Behälters auf und ist somit in der Ebene des Abschlußflansches seitlich ver schiebbar, sondern durch die einander hintergreifenden Schrägflächen besteht zwischen dem Behälter und dem Be handlungsdeckel eine Art formschlüssige Verbindung, welche einen seitlichen Versatz zwischen Behandlungsdeckel und Behälter verhindert.

Die selbstzentrierende Wirkung wird bereits erreicht, wenn lediglich Bereiche des Randes mit einer schrägen Anlage fläche versehen sind, vorzugsweise umgibt die Anlagefläche die Öffnung jedoch vollständig. Dementsprechend ist bei dieser bevorzugten Ausführungsform auch an dem Behand lungsdeckel eine vollständig umlaufende Gegenschrägfläche vorgesehen.

Die selbstzentrierende Wirkung der Anlagefläche und der zugehörigen Gegenfläche wird unabhängig davon erzielt, ob die Anlagefläche zum Behälterinneren hin abfallend oder ansteigend ausgeführt ist. Es ist jedoch von erheblichem Vorteil, die Anlagefläche zur Mitte des Behälters anstei gend auszubilden, da hierdurch wirkungsvoll verhindert wird, daß während des Betriebs die Anlagefläche in Kontakt mit der Metallschmelze kommt. Diese Ausgestaltung bewirkt daher einen Schutz der Dichtfläche zwischen Deckel und Pfanne, wodurch ein unkontrolliertes Austreten der Schmel ze sowie ein Festkleben oder Verschmelzen von Behandlungs deckel und Pfanne nach Beendigung der metallurgischen Behandlung wirkungsvoll verhindert ist.

Konstruktiv ist die Anlagefläche vorzugsweise von einem aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Abschluß flansch gebildet. Durch diese Maßnahme können bereits bestehende, konventionelle Behälter, die einen ebenen Abschlußflansch aufweisen, durch Aufschweißen eines nach oben zulaufenden Konusringes und Auskleiden des hierdurch erweiterten Freibords mit Feuerfestbeton zu einem für die Verwendung in einem erfindungsgemäßen metallurgischen Gefäß geeigneten Behälter umgebaut werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Behandlungs deckels umfaßt dieser einen die Gegenfläche ausbildenden, umlaufenden Tragring.

Die Deckelwandung besteht vorzugsweise aus mindestens einem selbsttragenden Bauteil aus einem feuerfesten Mate rial, welches lose in den Tragring eingesetzt ist. Durch diese Maßnahme werden durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Wandungs- und Tragringmateri al induzierte Spannungen verhindert. Ferner kann die Deckelwandung vollständig oder auch teilweise im Bedarfs falle durch den Einsatz vorgefertigter Teile vor Ort schnell und zuverlässig ersetzt werden.

Eine selbstzentrierende und im Falle mehrerer Deckelwan dungsteile eine diese selbststabilisierende Wirkung hat der Tragring dann, wenn er eine bezogen auf die Tragring ebene nach außen ansteigende Anlagefläche für die Deckel wandung bzw. die Deckelwandungsteile umfaßt.

Konstruktiv ist ein solcher Tragring vorzugsweise derart ausgestaltet, daß er einen Querschnitt eines mit seiner Höhe zur Deckelmitte hin weisendes, gleichschenkliges Dreieck aufweist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen metallurgischen Gefäßes dargestellt. Es zei gen:

Fig. 1 das Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht;

Fig. 2 dasselbe Ausführungsbeispiel in einem längs schnitt (Schnitt II-II in Fig. 1) sowie

Fig. 3 dasselbe Ausführungsbeispiel in einer Ansicht von oben (Ansicht A in Fig. 2).

Das in der Zeichnung als Ganzes mit 100 bezeichnete metal lurgische Gefäß umfaßt einen Stahlbehälter 1 von kreisrun dem Querschnitt mit einer etwa zylindrischen Seitenwandung 2 und einem flachen Boden 3. Von dem Boden erstrecken sich nach unten Standfüße 4, auf denen das metallurgische Gefäß 100 sich auf einer Standfläche abstützt. An seiner Außen wandung weist der Behälter zwei um etwa 180° versetzt angeordnete Zapfen 6 auf, an welchen Arme 7 schwenkbar gelagert sind, welche dem Transport des metallurgischen Gefäßes 100 mit Hilfe in der Zeichnung nicht dargestellter Mittel, beispielsweise einem Hallenkran, dienen.

Wie insbesondere in Fig. 2 erkennbar ist, ist das Innere des Stahlbehälters 1 mit einer Feuerfestzustellung 8 aus gekleidet. Der Stahlbehälter 1 weist am oberen Ende seiner zylindrischen Seitenwandung einen ebenen Abschlußflansch 9 auf, an welchem ein nach oben konisch zusammenlaufender Ring 10 angebracht ist. Die nach innen gerichtete Seite des Ringes ist mit einem Feuerfestmaterial 11, beispiels weise Feuerfestbeton, ausgekleidet. Aus Fig. 2 ist unmit telbar ersichtlich, daß durch diese Ausgestaltung des Stahlbehälters 1 der Freibord des metallurgischen Gefäßes erweitert ist.

Der Ring 10 bildet einen Rand 12, welcher die Öffnung 13 des Stahlbehälters 1 begrenzt. Seine äußere Konusfläche 14 bildet eine Anlagefläche für einen eine entsprechend ge neigte Gegenanlagefläche 15 aufweisenden, als Ganzes mit 16 bezeichneten Behandlungsdeckel, welcher nun im einzel nen beschrieben werden soll.

Der Behandlungsdeckel umfaßt einen Tragring 17, dessen Außendurchmesser D etwa dem Außendurchmesser des Stahlbe hälters 1 entspricht. Er weist im Querschnitt die Form eines gleichschenkligen Dreiecks auf, dessen Höhe zur Mittellängsachse L des metallurgischen Gefäßes gerichtet und etwa senkrecht zu dieser verläuft. Der Scheitelwinkel g ist derart bemessen, daß die untere Wandung 18 des Trag rings 17 parallel zur äußeren Konusfläche 14 des Ringes 10 verläuft. Beim Aufsetzen des Behandlungsdeckels 16 über greift die die Gegenanlagefläche 15 bildende untere Wan dung 18 des Tragrings 17 die äußere Konusfläche 14 des Ringes 10. Durch die Gewichtskraft des Behandlungsdeckels 16 werden die beiden Flächen aufeinandergepreßt, so daß es zu einer selbstzentrierenden Dichtlage von Behandlungs deckel 16 und Stahlbehälter 1 kommt.

Wie insbesondere Fig. 3 entnehmbar ist, weist der Tragring etwa 180° versetzt angeordnete seitliche Laschen 19 auf, an welchen ein zum Abheben des Behandlungsdeckels 16 vor gesehener Bügel 20 schwenkbar angebracht ist und gleich zeitig die Arme 7 und Zapfen 6 schützt.

Der Behandlungsdeckel 16 weist eine Deckelwandung 21 auf, welche in dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungs beispiel eine zentrale Öffnung 22 zum Entweichen des Gases sowie eine schräg verlaufende seitliche Öffnung 23 bei spielsweise zum Einbringen von in der Zeichnung nicht dargestellten Meßfühlern auf. Die Deckelwandung 21 besteht aus einem einstückig hergestellten Feuerfest-Verschleiß teil, welches hinsichtlich seiner geometrischen Abmessun gen der das metallurgische Gefäß im Betrieb umgebenden, in der Zeichnung lediglich angedeuteten Vakuumtankanlage 24, dem Tragring 17 und dem tatsächlichen Verschleiß angepaßt ist. Insbesondere weist die Deckelwandung 21 eine Stütz fläche 25 auf, welche derart geneigt ist, daß sie flächig an der oberen Wandung 16 des Tragringes 17 anliegt. Das die Deckelwandung 21 bildende Feuerfest-Verschleißteil ist lediglich in den Tragring 17 eingelegt, so daß durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von dem Tragring 17 und der Deckelwandung 21 bei Tempera turschwankungen keine mechanischen Spannungen erzeugt werden, sondern die Stützfläche 25 der Deckelwandung 21 und die obere Wandung 26 des Tragringes 17 aneinander abgleiten können.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich wird, besteht die Unterseite 27 der Deckelwandung 21 lediglich aus Feuer fest-Material. Hierdurch und durch die geometrische Anord nung des Ringes 10 sowie des Tragringes 17 wird zuverläs sig verhindert, daß Metallschmelze während des Behand lungsvorganges in Kontakt mit Metallteilen des metallurgi schen Gefäßes, insbesondere mit dem Ring 10 und dem Trag ring kommen kann.

Das die Deckelwandung 21 bildende Feuerfest-Verschleißteil kann durch Gießen, Vibrieren, Stampfen oder Pressen und anschließendem Tempern oder Brennen hergestellt werden. Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel weist eine einstückige Deckelwandung 21 auf. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Deckelwandung 21 aus mehreren, geeignet ineinandergreifenden Formteilen aus Feuerfestma terial zusammenzusetzen. Ferner sei erwähnt, daß bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel die Deckelwandung keinerlei Armierungen aufweist.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen metallurgischen Gefäßes weist die folgenden Vorteile auf:
Der Pfannenrand ist vor Kontakt mit der Metall schmelze geschützt. Die Dichtfläche zwischen dem Behandlungsdeckel und dem Stahlbehälter ist ebenfalls vor Kontakt mit der Metallschmelze geschützt.
Ein Festkleben oder Verschmelzen von Deckel und Pfan ne nach Beendigung der metallurgischen Behandlung wird zuverlässig verhindert.
Eine ausreichende Dichtwirkung zwischen dem Behand lungsdeckel und dem Behälter wird ohne zusätzliche Hilfsmittel erzielt.
Es kann ein größerer Abstand zwischen der Deckelwan dung und der Schmelze im Rahmen der anlagenspezifi schen geometrischen Vorgaben erzielt werden.
Die Wärmeverluste werden durch Verringerung der An zahl und Größe der Öffnungen minimiert.
Das Design der Deckelwandung kann dem Verschleiß angepaßt werden.
Der Behandlungsdeckel weist eine hohe Temperaturwech selbeständigkeit auf.
Die durch eine verschlissene Deckelwandung hervor gerufenen Ausfallzeiten sind minimal.
Das Eigengewicht des Deckels ist verringert.

Bezugszeichenliste

1

Stahlbehälter

2

Seitenwandung

3

Boden

4

Standfüße

5

Feuerfestzustellung

6

Zapfen

7

Arme

8

Feuerfestzustellung

9

Abschlußflansch

10

Ring

11

Feuerfestmaterial

12

Rand

13

Öffnung

14

äußere Konusfläche

15

Gegenanlagefläche

16

Behandlungsdeckel

17

Tragring

18

untere Wandung

19

Laschen

20

Bügel

21

Deckelwandung

22

zentrale Öffnung

23

seitliche Öffnung

24

Vakuumtankanlage

25

Stützfläche

26

obere Wandung

27

Unterseite

100

metallurgisches Gefäß
D Außendurchmesser
g Scheitelwinkel

Claims

1. Metallurgisches Gefäß (100) zum Einsatz in Vakuumanla gen zur senkundärmetallurgischen Behandlung von Me tallschmelzen, mit einem Behälter (1) für die Metallschmelze, der eine Öffnung (13) aufweist, die von einem eine An lagefläche bildenden Rand (12) umgeben ist und mit einem wahlweise aufsetzbaren, die Öffnung (13) zumindest teilweise verschließenden, sich auf dem Rand (12) abstützenden Behandlungsdeckel (16), dadurch gekennzeichnet, daß der die Öffnung (13) umgebende Rand (12) eine zur Randebene geneigte An lagefläche (Konusfläche 14) und der Behandlungsdeckel (16) eine im aufgesetzten Zustand mit der Anlageflä che zusammenwirkende Gegenanlagefläche (15) umfaßt.

2. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Anlagefläche und die Gegenanla gefläche (14, 15) um die Öffnung (13) bzw. um den Behandlungsdeckel (16) vollständig umlaufen.

3. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (14) von der Öffnung (13) des Behälters (1) aus gesehen nach außen hin abfallend ausgebildet ist.

4. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (14) von einem aus einem metallischen Werkstoff bestehen den Abschlußflansch (9) gebildet ist.

5. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsdeckel (16) einen die Gegenanlagefläche (15) ausbildenden, umlaufenden Tragring (17) umfaßt.

6. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Behandlungsdeckel mindestens ein die Deckelwandung (21) bildendes selbsttragendes Bauteil aus einem feuerfesten Material umfaßt, das in den Tragring (17) eingesetzt, nicht aber fest mit diesem verbunden ist.

7. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß der Tragring (17) eine bezogen auf eine waagerechte Position des Behandlungsdeckels (16) nach außen ansteigende Anlagefläche (obere Wandung 26) für die Deckelwandung (21) umfaßt.

8. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß der Tragring (17) einen Querschnitt eines mit seiner Höhe zur Deckelmittel weisenden, gleichschenkligen Dreiecks aufweist.

9. Behandlungsdeckel für ein metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem an seiner Unterseite vorgesehenen Anlagefläche zum Abstützen auf einem eine Öffnung umgebenden Randes eines Behäl ters, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche eine zur Verschlußebene des Deckels geneigte Fläche aufweist.

10. Behälter für ein metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der eine Öffnung aufweist, die von einem eine Anlagefläche bildenden Rand umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand eine zur Rand ebene geneigte Fläche aufweist.