DE19802222A1 - Behälter für metallurgische Schmelzen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälter für metal­ lurgische Schmelzen entsprechend dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 sowie eine bei der Herstellung eines solchen Behälters verwendbare Form.

Für den Transport von Stahlschmelzen oder sonstigen Me­ tallschmelzen in Stahlwerken und Gießereien werden soge­ nannte Gießpfannen eingesetzt, die als Beispiel für der­ artige Behälter zu verstehen sind. Die Gießpfannen sind mit feuerfesten Materialien ausgekleidet, deren Aufgaben darin bestehen, den Stahlmantel der Gießpfannen vor der heißen Schmelze zu schützen und durch eine isolierende Wirkung den Temperaturverlust der Metallschmelze zu mini­ mieren. Dabei darf die feuerfeste Auskleidung, gegen die die aggressive Schmelze mit einer hohen Temperatur an­ steht, keine Bestandteile in die Schmelze abgeben, die diese verunreinigen würde.

In jüngerer Vergangenheit entwickelte sich die Gießpfanne zu einem wesentlichen Faktor der sekundärmetallurgischen Behandlung des Stahls. Dazu gehören das Einspülen von Inertgasen zur Erzeugung eines Rühreffektes in der Schmel­ ze, das Einblasen von Hilfsmitteln wie zum Beispiel Kalk­ staub zum Entschwefeln, das Einbringen und Aufschmelzen von Legierungselementen und die Verbesserung des Rein­ heitsgrades der Stahlschmelze.

Bekannte feuerfeste Auskleidungen bestehen aus geformten oder ungeformten feuerfesten Produkten oder einer Kombina­ tion beider. Geformte feuerfeste Produkte sind durch Pres­ sen hergestellte Steine, üblicherweise eines standardisie­ rten Formats, und durch Gießen, Stampfen oder Vibrieren geformte Bauteile eines kundenspezifischen Formats. Die Anlage flächen der Steine untereinander sind gegebenenfalls mit feuerfestem Mörtel bestrichen. Bei der aus verschiede­ nen Formaten/Bauteilen bestehenden feuerfesten Auskleidung einer Stahlgießpfanne entstehen zwangsläufig Fugen, die durch Stampfen oder Gießen geeigneter Mörtel oder Kitte ausgefüllt werden müssen. Diese Kombination von Materia­ lien unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften ver­ ursacht eine zusätzliche Beanspruchung der feuerfesten Auskleidung über den bloßen Angriff der Schmelze hinaus. Außerdem erlauben geformte feuerfeste Bauteile nur mit erheblichem Aufwand eine Variation der Formgebung des Bodens.

Diese Nachteile liegen bei den seit einiger Zeit im Ein­ satz befindlichen sogenannten monolithischen Auskleidungen nicht vor, bei denen fließfähige Gieß- oder Vibrations­ massen in Kombination mit entsprechenden Schablonen eine fugenlose, aus einheitlichem Material bestehende frei zu gestaltende Formung der Auskleidung ermöglichen.

Bei dem Entleeren einer Gießpfanne, wenn also die bis zu 300 t betragende Inhaltsmenge abgegossen ist, sollte ei­ nerseits auf dem Boden der Pfanne möglichst wenig Stahl zurückbleiben, da dies einen Verlust bedeutet und erstar­ rende Stahlgebilde beim Kippen der Pfanne zwecks Entfer­ nung der Schlacke sehr störend sein können. Andererseits muß auf jeden Fall verhindert werden, daß von der flüssi­ gen Schlacke Anteile aus der Gießpfanne mit abgegossen werden, weil Schlackeneinschlüsse das Gußstück bzw. den abgegossenen Stahl unbrauchbar machen würden.

Es ist bereits bekannt, terrassierte oder schräge Pfannen­ böden einzusetzen. Bei diesen Pfannenböden ist aber nicht gewährleistet, daß nicht in den Ecken Reste der Schmelze stehen stehenbleiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gießpfanne derart auszugestalten, daß die Menge der am Schluß in der Pfanne verbleibenden Schmelze minimiert ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Es soll also aus allen Richtungen gegen den Ausguß hin ein Gefälle vorliegen, und zwar über 360° bezüglich der durch die Mitte des Ausgusses gehenden aufrechten Achse. Es ist dadurch erreicht, daß an keiner Stelle der Oberseite des Bodens eine Vertiefung besteht, in der eine Restmenge der Schmelze stehenbleiben kann. Der Stahl wird also soweit wie möglich im Zuge des normalen Abgießens vom Pfannenbo­ den entfernt. Das hat nicht nur den Vorteil, daß beim anschließenden Kippen der Pfanne keine Probleme mit er­ starrenden Stahlresten entstehen, sondern erhöht auch das Ausbringen, und zwar um 0,3 bis 7 t pro Pfanne, je nach deren Größe.

Im gleichen Sinne wirkt die Ausgestaltung nach Anspruch 2, durch die sichergestellt ist, daß gegen Ende des Abgießens keine großflächigen Gebilde aus Reststahl auf dem Pfannen­ boden verbleiben.

Eine wichtige Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 3.

Das konvexe Prallelement auf dem Boden der Auskleidung der Gießpfanne soll verhindern, daß sich im Impact-Bereich beim Einfüllender heißen Schmelze durch die Erosion Ver­ tiefungen bilden, die die Betriebsdauer verkürzen und in denen Schmelzereste stehenbleiben, die das Ausbringen verschlechtern. Wie bereits erwähnt, darf die flüssige Schlacke in keinem Fall in das abgegossene Endprodukt übergehen. Bei der Entleerung über eine Öffnung im Boden, z. B. bei einer Gießpfanne, in die Gießform oder den Ver­ teiler einer Stranggießanlage muß also das Mitlaufen von Schlacke auf jeden Fall vermieden werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß Anspruch 4 ist die Oberseite des Prallelementes als flache Wölbung ausge­ bildet, die kugelig sein kann, jedoch nicht sein muß.

Es empfiehlt sich daher, beim Gießen unter Verwendung des in den Ansprüchen 1 bis 4 beschriebenen Behälters gemäß Anspruch 5 vorzugehen.

Nach Untersuchungen von Hammerschmidt und Andrezejewski et al. in dem Buch "Feuerfeste Zustellung der Gefäße für die Sekundärmetallurgie" Verlag Stahleisen, Herausgeber Haus der Technik (1987) kann dadurch sichergestellt werden, daß keine Schlacke am Ende des Vergießens ausläuft. Gleichzei­ tig verbleiben durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Bodens der Auskleidung in der Gießpfanne keine größeren Reststahlmengen. Bei den bekannten Gießpfannen sind in Abhängigkeit von der Größe der Pfannen Innendurchmesser des Ausgusses von 30 bis 95 mm üblich. Bei den bisherigen Verfahren waren Reststahlmengen in derartigen Pfannen zwischen 0,3 t und 7 t je nach Pfannengröße unvermeidlich. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Bodens im Verein mit dem Gießverfahren des Anspruchs 5 können diese Rest­ stahlmengen wesentlich reduziert werden. Mit fortschrei­ tender Abgußzahl (Zahl der Chargen) wird sich die durch die konvexe Form gegebene Verstärkung des Aufprallbereichs zwar abflachen, doch kann in jedem Fall mit der anfäng­ lichen konvexen Form eine erhebliche Betriebsdauerverlän­ gerung des Pfannenbodens erreicht werden. Die konvexe Gestalt des Prallelementes wirkt mit der übrigen Gestal­ tung des Pfannenbodens dahingehend zusammen, daß der auf das Prallelement auftreffende Stahl zunächst entsprechend der Wölbung von dem Prallelement abströmt und dann in das Gefälle des Pfannenbodens gerät, so daß er ein über seine ganze Strömungsstrecke zum Ausguß hin sich erstreckendes Gesamtgefälle ohne Vertiefungen vorfindet.

Eine Form zur Herstellung der Auskleidung des Bodens eines Behälters aus einem fließfähigen feuerfesten Material kann nach Anspruch 6 ausgebildet sein.

Dabei kann gemäß Anspruch 7 das gewölbte Prallelement durch eine separate, mit dem Boden der Form verbindbare Kalotte gebildet sein.

Dies erleichtert nicht nur die Herstellung der Form, son­ dern ermöglicht es auch, bedarfsweise Kalotten verschiede­ ner Wölbung einzusetzten.

Es kann zweckmäßig sein, gemäß Anspruch 8 im Boden der Form einen Anschluß für eine Zuführleitung eines fluiden Druckmediums zur Unterstützung des Abhebens der Form beim Entformen vorzusehen, wie es in ähnlicher Form aus der ZA-PS 94/8240 bekannt ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht von oben in eine Gießpfanne für Stahlschmelzen mit fertiggestellter Auskleidung;

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die aufrecht stehen­ de Gießpfanne der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 zeigt einen entsprechenden Schnitt durch den unte­ ren Teil der Gießpfanne nach der Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 zeigt einen entsprechenden Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 1;

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch den unteren Teil der Gießpfanne entsprechend der Linie II-II in Fig. 1 bei der Formung des Bodens mittels einer Schablone.

Die in Fig. 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Gießpfanne besteht aus einem topfförmigen Stahlgehäuse 1 mit einem in der Betriebsstellung im wesentlichen horizontalen Boden 2 und einer aufrechten, nach oben ein wenig konisch ausein­ anderstrebenden Seitenwandung 3. Gemäß Fig. 1 hat die Gießpfanne 100 einen leicht ovalen Grundriß. Dieser kann aber auch z. B. kreisförmig sein. An der Außenseite der aus Stahlblech bestehenden Seitenwandung 3 sind einander ge­ genüberliegende horizontale Zapfen 4 angebracht, an denen eine Hängevorrichtung 5 angreift, an der die Gießpfanne 100 an einem Kran angehoben werden kann. Zum Ausleeren der Schlacke nach dem Abgießen der in der Gießpfanne 100 be­ findlichen Schmelze kann die Gießpfanne 100 um die Achse A der Zapfen 4 gekippt werden.

Das Gehäuse 1 der Gießpfanne 100 ist an der Seitenwandung 3 mit einem gemauerten feuerfesten Dauerfutter 6 versehen, dessen innere Platten mit 7 bezeichnet sind. Auch der Boden 2 des Gehäuses 1 weist ein gemauertes oder gegosse­ nes Dauerfutter 8 auf, welches durch Anker 9 an dem Boden 2 festgehalten ist, damit es sich beim Kippen der Gieß­ pfanne 100 nicht von dem Boden 2 löst.

Innenseitig des Dauerfutters 6 der Seitenwandung 3 ist bei der fertig ausgekleideten Gießpfanne 100 eine monolithi­ sche Auskleidung 10 vorgesehen, die in Fig. 2 durch strichpunktierte Linien nur angedeutet ist. Vor der Her­ stellung der Auskleidung 10 der Seitenwandung 3 wird näm­ lich die Auskleidung 20 des Bodens 2 hergestellt, um die es hier geht. Die Auskleidung 20 umfaßt eine die Gestalt einer Bodenplatte aufweisende Abdeckung 21 des Bodens 2 des Behälters 1 und eine sich daran am Rand einstückig hochziehende Seitenwandung 22, die sich über 3 bis 20% der Höhe der Gießpfanne 100 erstreckt und mit der Ausklei­ dung 21 des Bodens 2 somit ein einstückiges Formteil in der Gestalt eines flachen Topfes bildet. Die Bodenplatte der Auskleidung 20 des Bodens 2 kann bei großen Gießpfan­ nen eine Stärke bis zu 80 cm aufweisen.

Die Oberseite 23 des Bodenteils 21 ist nicht eben, sondern besitzt ein bestimmtes Relief, welches so gestaltet ist, daß von jedem Punkt der Oberseite 23 aus der Weg zu dem Ausguß 25 ein Gefälle aufweist, welches auf der ganzen Wegstrecke, die ein bestimmtes Volumenelement der Schmelze von irgendeiner Stelle der Gießpfanne über deren Boden 21 bis zum Ausguß 25 zurückzulegen hat, gleichsinnig ist. Es bestehen also keine Vertiefungen in der Oberfläche 23, in denen Schmelze stehenbleiben könnte. Der Ausguß 25 stellt die tiefste Stelle des Strömungsweges für ein Volumenele­ ment der Schmelze dar und wird von dem Volumenelement ohne zwischenzeitliche Wiederanhebung erreicht.

In dem Ausführungsbeispiel liegt der Ausguß 25, wie aus den Fig. 1 und 3 zu ersehen ist, nahe am Rand des Grund­ risses der Gießform 100. Das Relief der Oberseite 23 der Auskleidung 21 des Bodens 2 ist also nicht um eine auf­ rechte Mittelachse symmetrisch, sondern weist auf der Seite des Ausgusses 25 ein ziemlich starkes Gefälle auf, während das Gefälle auf der gegenüberliegenden Seite we­ sentlich geringer ist. Die Verhältnisse sollen dadurch veranschaulicht werden, daß in Fig. 1 Höhenlinien 29 der Oberseite 23 der Auskleidung 21 des Bodens 2 eingezeichnet sind. Auf der Seite des Ausgusses 25 liegen die Höhenli­ nien 29 dicht beieinander, was ein starkes Gefälle andeu­ tet, während sie auf der gegenüberliegenden Seite wesent­ lich weiter auseinanderliegen, d. h. das Gefälle ist dort wesentlich geringer. Es ist aber das Relief so gestaltet, daß das Gefälle aus allen Richtungen über 360° um die Achse B des Auslaufs 25 eins innig gegen den Auslauf 25 gerichtet ist, so daß nirgendwo Schmelze stehenbleiben kann.

Der Ausguß 25 (Fig. 3) umfaßt eine in das monolithische Material der Auskleidung 21 des Bodens 2 eingebettete Auslaufdüse 31 mit einem Innendurchmesser 34. Ausgehend von dem oberen Rand der Auslaufdüse 31 ist in der Ausklei­ dung 21 des Bodens 2 ein Trichter 32 gebildet, der mit einem Öffnungswinkel von etwa 60° nach oben auseinander­ strebt. Wenn dann das Abgießen beendet wird, wenn die Schmelze in einer Höhe 37 steht, ist sichergestellt, daß keine Schlacke mit abgegossen wird und verbleibt nur ein geringes Volumen an Schmelze in der Gießpfanne 100. Die Höhe 37 befindet sich um eine Strecke 35 über dem in der Höhe 36 gelegenen Rand des Trichters 32 bzw. des Ausgusses 25. Die Strecke 35 ist mindestens so groß wie der Durch­ messer 34 des Ausgusses 25.

Die gleichmäßige Ausbildung der Oberseite 23 des Boden­ teils 21 entsprechend den Höhenlinien 29 wird durch ein Prallelement 30 unterbrochen, welches durch eine Erhöhung der Oberseite 23 des Bodenteils 21 gebildet ist, deren Oberseite 33 konvex gewölbt ist und am Rand über eine schräge Begrenzung 26, 27 in die Oberseite 23 übergeht. Der Grundriß des Prallelementes 30 ist in dem Ausführungsbei­ spiel über etwa 240° kreisförmig (Fig. 1) und im übrigen geradlinig abgeschnitten. Die schräge Begrenzung des kreisförmigen Teils trägt die Bezugszahl 26, die des gera­ den Teils die Bezugszahl 27. Der Fuß der schrägen Begren­ zung 27 liegt auf einer etwa durch die Mitte des Grundris­ ses der Gießpfanne 100 gelegenen, durch die Achse B des Ausgusses 25 gehenden Geraden 28.

Die flache Wölbung der Oberseite 33 des Prallelementes 30 kann Teil einer Kugelfläche, aber auch eine andere stetige konvexe Wölbung sein. Die sich durch die Wölbung ergebende Verdickung des Bodenteils 21 im Bereich des Prallelementes 30 ermöglicht eine Verlängerung der Betriebsdauer der Gießpfanne 100, bis durch die Erosion der auftreffenden heißen Schmelze störende Vertiefungen aufgetreten sind.

Die Gestalt der Oberseite 23 der Auskleidung 20 des Bodens 2 wird mit Hilfe einer Schablone 40 erzeugt, die durch ein stabiles flach-topfförmiges Formteil aus starkem Stahl­ blech gebildet ist (Fig. 5), welches eine ringförmige aufrechte Seitenwandung 41 und eine Bodenplatte 42 umfaßt, deren Unterseite dem Relief der Auskleidung 20 komplemen­ tär gebildet ist. Die Form 40 kann mit Hilfe von an den Kranösen 43 angeschlagenen Seilen oder Ketten mittels eines Krans in die Gießpfanne 100 abgesenkt werden, wo sie gegen Auftrieb gesichert wird. Es wird sodann der Zwi­ schenraum zwischen der Außenseite der Form 40 und der inneren Plattenschicht 7 des Dauerfutters 6 bzw. der Ober­ seite des Dauerfutters 8 des Bodens 2 mit einem durch die Kreuzschraffur dargestellt fließfähigen feuerfesten Mate­ rial bis zu einer Höhe 31 ausgefüllt, die der oberen Be­ grenzung des Seitenteils 22 der Auskleidung 20 entspricht. Für die Ausbildung des Prallelementes 30 weist die Form 40 eine konkave Gestaltung auf, die dadurch gebildet sein kann, daß eine entsprechend gekümpelte Kalotte 48 auf die Bodenplatte 42 der Form aufgeschraubt wird, wobei an der Stelle des späteren Prallelementes 30 sich unter der Ka­ lotte 48 eine Lochung der Bodenplatte 42 befindet, die durch die Kalotte 46 abgedeckt wird. Zur Bildung der schrägen Begrenzungen 26, 27 dienen an der Kalotte 48 ange­ brachte Schrägen 46, 47. Die Befestigung erfolgt mittels angeschweißter Winkel 44 und Schrauben 45, von denen in Fig. 1 und 5 jeweils nur einer wiedergegeben ist, oder in einer anderen geeigneten Weise.

In der Mitte der Kalotte 48 oder an einer anderen Stelle der Bodenplatte 42 ist ein Anschluß 49 für Druckluft vor­ gesehen, die nach dem Ende der Formung zwischen die Unter­ seite der Bodenplatte 42 und die Oberseite 23 des Boden­ teils 21 eingeleitet wird und das Anheben der Form 40 unterstützt. Der Anschluß 49 ermöglicht auch das Entlüften des Raumes unter der Kalotte 48 beim Einfüllen des fließ­ fähigen feuerfesten Materials.

Claims (8)

1. Behälter für metallurgische Schmelzen, insbesondere Gießpfanne (100) für Stahlschmelzen,
mit einem topfförmigen, oben offenen Gehäuse (1) aus Stahlblech, welches in eine in Betrieb horizontalen Boden (2) und eine aufrechte Seitenwandung (3) umfaßt,
mit einer die Innenseite des Gehäuses (1) über­ deckenden, den die Schmelze aufnehmenden lichten Innenraum des Gehäuses (1) bestimmenden feuerfesten Auskleidung (6,8) des Gehäuses (1)
und mit einem im Boden (21) der Auskleidung und (2) des Gehäuses (1) vorgesehenen Ausguß (25) für die Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite (23) des Bodens (21) der Ausklei­ dung (6, 8) in jeder Ebene, die durch die Mitte des Ausgus­ ses (25) verlaufende aufrechte Achse (B) geht, ein Gefälle zu dem Ausguß (25) hin aufweist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (21) der Auskleidung (20) im Bereich des Ausgus­ ses (25) einen vom oberen Rand der Ausgußdüse (31) mit einem Öffnungswinkel von 30° bis 90° auseinanderstrebenden Trichter (32) bildet, dessen Höhe (35) mindestens dem Innendurchmesser (34) der Ausgußdüse (31) entspricht.

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß im Eingußbereich auf der Oberseite (23) des Bo­ denteils (21) ein feuerfestes Prallelement (30) vorgesehen ist, dessen Oberseite (33) konvex gewölbt ist.

4. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite (33) des Prallelementes (30) als flache kugelige Wölbung ausgebildet ist.

5. Gießverfahren unter Verwendung eines Behälters nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze am Schluß des Gießens nur soweit abgegossen wird, daß ein Schmelzerest in einer dem Durchmesser (34) der Ausgußdüse (31) entsprechenden Höhe (35) über dem oberen Rand des Ausgusses (25) stehen bleibt.

6. Form zur Herstellung des Bodenteils (20) eines Behäl­ ters nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie aus einem Formkörper aus Stahlblech in der Gestalt eines niedrigen oben offenen Topfes besteht, der an einem Kran in den Behälter absenkbar ist und an der Unterseite seiner Bodenplatte (42) das der Oberseite (23, 33) des Bodens (21) der Auskleidung (20) komplementär entsprechende Relief aufweist.

7. Form nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (40) im Bereich des Prallelementes (30) eine dessen Grundriß entsprechende Öffnung (36) aufweist, die durch eine gewölbte, mit der Bodenplatte (42) der Form (40) am Rand der Öffnung (36) verbindbare Kalotte (48) abgedeckt ist.

8. Form nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden (42, 48) der Form ein Anschluß (49) für eine Zuführleitung eines fluiden Druckmediums zur Unterstützung des Abhebens der Form (40) von dem Boden (21) der Ausklei­ dung (20) beim Entformen vorgesehen ist.