DE19802222C2 - Behälter für metallurgische Schmelzen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälter für metallurgische Schmelzen nach Anspruch 1, ein Gießverfahren nach Anspruch 4 sowie eine bei der Herstellung des Behälters verwendbare Form nach Anspruch 5.

Für den Transport von Stahlschmelzen oder sonstigen Metallschmelzen in Stahlwer­ ken und Gießereien werden sogenannte Gießpfannen eingesetzt, die als Beispiel für derartige Behälter zu verstehen sind. Die Gießpfannen sind mit feuerfesten Materia­ lien ausgekleidet, deren Aufgaben darin bestehen, den Stahlmantel der Gießpfannen vor der heißen Schmelze zu schützen und durch eine isolierende Wirkung den Tem­ peraturverlust der Metallschmelze zu minimieren. Dabei darf die feuerfeste Ausklei­ dung, gegen die die aggressive Schmelze mit einer hohen Temperatur ansteht, kei­ ne 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 Ein­ spülen von Inertgasen zur Erzeugung eines Rühreffektes in der Schmelze, das Einblasen von Hilfsmitteln wie zum Beispiel Kalkstaub zum Entschwefeln, das Einbrin­ gen und Aufschmelzen von Legierungselementen und die Verbesserung des Rein­ heitsgrades der Stahlschmelze.

Bei dem Entleeren einer Gießpfanne, wenn also die bis zu 300 t betragende In­ haltsmenge abgegossen ist, sollte auf dem Boden der Pfanne möglichst wenig Stahl zurückbleiben, da dies einen Verlust bedeutet und erstarrende Stahlgebilde beim Kippen der Pfanne zwecks Entfernung der Schlacke sehr störend sein können.

Aus der DE 197 38 709 A1 ist es schon bekannt, daß der Bodenbereich eines me­ tallurgischen Gefäßes eine zum Abstichloch (Ausguß) geneigte Fläche aufweist, die das Stehenbleiben von Schmelze auf dem Boden beim Entleeren verhindert. Über die Art der feuerfesten Auskleidung des metallurgischen Gefäßes geht aus der DE 197 38 709 A1 allerdings nichts hervor.

Die EP 429 323 A1 läßt eine ähnliche Ausführungsform mit geneigtem Boden erken­ nen, der zwar in der zeichnerischen Darstellung einen homogenen Querschnitt auf­ weist, über dessen Art oder Struktur nichts gesagt ist.

Auf dem Boden der Auskleidung einer Gießpfanne oder eines sonstigen metallurgi­ schen Gefäßes bilden sich im Impact-Bereich beim Einfüllen der heißen Schmelze durch die Erosion Vertiefungen, die die Betriebsdauer verkürzen und in denen Schmelzereste stehenbleiben, die das Ausbringen verschlechtern.

Um dem entgegenzuwirken, ist es aus der DE 34 43 281 A1 bereits bekannt, an der Auftreffstelle des Gießstrahls ein konvexes Prallelement in Form einer Buckelfläche vorzusehen, die einen voreilenden Verschleiß an der Auftreffstelle vermeiden soll.

Allerdings besteht die feuerfeste Auskleidung bei dieser Ausführungsform aus ge­ formten feuerfesten Produkten. Geformte feuerfeste Produkte sind durch Pressen hergestellte Steine, üblicherweise eines standardisierten Formats, und durch Gie­ ßen, Stampfen oder Vibrieren geformte Bauteile eines kundenspezifischen Formats. Die Anlageflächen der Steine untereinander sind gegebenenfalls mit feuerfestem Mörtel bestrichen. Bei der aus verschiedenen Formaten/Bauteilen bestehenden feu­ erfesten Auskleidung einer Stahlgießpfanne entstehen zwangsläufig Fugen, die durch Stampfen oder Gießen geeigneter Mörtel oder Kitte ausgefüllt werden müs­ sen. Diese Kombination von Materialien unterschiedlicher physikalischer Eigen­ schaften verursacht eine zusätzliche Beanspruchung der feuerfesten Auskleidung über den bloßen Angriff der Schmelze hinaus. Außerdem erlauben geformte feuerfe­ ste Bauteile nur mit erheblichem Aufwand eine Variation der Formgebung des Bo­ dens.

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.

Diese verwirklicht sich im Zusammenwirken dreier Merkmale.

Es soll zunächst aus allen Richtungen gegen den Ausguß hin das an sich bekannte 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 Ober­ seite des Bodens eine Vertiefung besteht, in der eine Restmenge der Schmelze ste­ henbleiben kann. Der Stahl wird also soweit wie möglich im Zuge des normalen Ab­ gießens vom Pfannenboden entfernt. Das hat nicht nur den Vorteil, daß beim an­ schließenden Kippen der Pfanne keine Probleme mit erstarrenden Stahlresten ent­ stehen, sondern erhöht auch das Ausbringen, und zwar um 0,3 bis 7 t pro Pfanne, je nach deren Größe.

Mit fortschreitender Abgußzahl (Zahl der Chargen) wird sich die durch die konvexe Form gegebene, der Bildung einer Vertiefung entgegenwirkende Verstärkung des Aufprallbereichs durch das Prallelement zwar abflachen, doch kann in jedem Fall mit der anfänglichen konvexen Form eine erhebliche Betriebsdauerverlängerung des Pfannenbodens erreicht werden. Die konvexe Gestalt des Prallelementes wirkt mit der übrigen Gestaltung 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, sodaß er ein über seine ganze Strömungsstrecke zum Ausguß hin sich erstreckendes Ge­ samtgefälle ohne Vertiefungen vorfindet.

Die Herstellung der unregelmäßigen Gestalt des Bodens der Auskleidung wird durch das dritte Merkmal der monolithischen Auskleidung derselben auf eine praktikable Weise ermöglicht, die zudem den großen Vorteil einer fugenlosen und daher an­ griffsarmen Oberfläche vorweisen kann. Monolithische feuerfeste Auskleidungen sind für sich genommen z. B. aus der DE 44 03 270 C1 bekannt. Bei derartigen Aus­ kleidungen werden fließfähige Gieß- oder Vibrationsmassen in Kombination mit ent­ sprechenden Schablonen eingesetzt und ergeben eine fugenlose, aus einheitlichem Material bestehende frei zu gestaltende Formung der Auskleidung.

Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß Anspruch 2 ist die Oberseite des Prallelementes als flache Wölbung ausgebildet, die kugelig sein kann, jedoch nicht sein muß.

Beim Entleeren der Gießpfanne muß zwar die Menge der in derselben verbleiben­ den Restschmelze minimiert werden, doch muß andererseits auf jeden Fall verhin­ dert werden, daß von der flüssigen Schlacke Anteile aus der Gießpfanne mit abge­ gossen werden, weil Schlackeneinschlüsse das Gußstück bzw. den abgegossenen Stahl unbrauchbar machen würden.

In diesem Sinne wirkt die Ausgestaltung nach Anspruch 3, durch die sichergestellt ist, daß gegen Ende des Abgießens keine großflächigen Gebilde aus Reststahl auf dem Pfannenboden verbleiben.

Es empfiehlt sich unter diesem Aspekt, beim Gießen unter Verwendung des in den Ansprüchen 1 bis 3 beschriebenen Behälters gemäß Anspruch 4 vorzugehen.

Nach Untersuchungen von Hammerschmidt und Andrzejewski 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. Gleichzeitig 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 erfindungsge­ mäßen Ausbildung des Bodens im Verein mit dem Gießverfahren des Anspruchs 4 können diese Reststahlmengen ohne Schlackenmitreißen wesentlich reduziert wer­ den.

Eine Form zur Herstellung der Auskleidung des Bodens eines Behälters aus einem fließfähigen feuerfesten Material kann nach Anspruch 5 ausgebildet sein.

Dabei kann gemäß Anspruch 6 das gewölbte Prallelement durch eine separate, mit dem Boden der Form verbindbare Kalotte gebildet sein.

Dies erleichtert nicht nur die Herstellung der Form, sondern ermöglicht es auch, be­ darfsweise Kalotten verschiedener Wölbung einzusetzen.

Es kann zweckmäßig sein, gemäß Anspruch 7 in der Mitte der Kalotte einen An­ schluß 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 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

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

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

Fig. 3 zeigt einen entsprechenden Schnitt durch den unteren 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 Ausbildung des Bodens mittels einer Schablone oder Form.

Die in Fig. 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Gießpfanne besteht aus einem topf­ förmigen Stahlgehäuse 1 mit einem in der Betriebsstellung im wesentlichen hori­ zontalen 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 Außen­ seite der aus Stahlblech bestehenden Seitenwandung 3 sind einander gegen­ überliegende 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 befindlichen 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 gemau­ erten feuerfesten Dauerfutter 6 versehen, dessen innere Platten mit 7 bezeichnet sind. Auch der Boden 2 des Gehäuses 1 weist ein gemauertes oder gegossenes Dauerfutter 8 auf, welches durch Anker 9 an dem Boden 2 festgehalten ist, damit es sich beim Kippen der Gießpfanne 100 nicht von dem Boden 2 löst.

Innenseitig des Dauerfutters 6 der Seitenwandung 3 ist bei der fertig ausgekleideten Gießpfanne 100 eine monolithische Auskleidung 10 vorgesehen, die in Fig. 2 durch strichpunktierte Linien nur angedeutet ist. Vor der Herstellung der Auskleidung 10 der Seitenwandung 3 wird nämlich die Auskleidung 20 des Bodens 2 hergestellt, um die es hier geht. Die Auskleidung 20 umfaßt einen die Gestalt einer Bodenplatte aufweisenden eigentlichen Boden 21 und eine sich daran am Rand einstückig hoch­ ziehende Seitenwandung 22, die sich über 3 bis 20% der Höhe der Gießpfanne 100 erstreckt und mit dem Boden 21 ein einstückiges monolithisches Formteil in der Ge­ stalt eines flachen Topfes bildet. Die Bodenplatte der Auskleidung 20 des Bodens 2 kann bei großen Gießpfannen eine Stärke bis zu 80 cm aufweisen.

Die Oberseite 23 des Bodens 21 ist nicht eben, sondern besitzt ein bestimmtes Reli­ ef, 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 be­ stehen also keine Vertiefungen in der Oberfläche 23, in denen Schmelze stehenblei­ ben könnte. Der Ausguß 25 stellt die tiefste Stelle des Strömungsweges für ein Vo­ lumenelement der Schmelze dar und wird von dem Volumenelement ohne zwi­ schenzeitliche Wiederanhebung erreicht.

In dem Ausführungsbeispiel liegt der Ausguß 25, wie aus den Fig. 1 und 3 zu erse­ hen ist, nahe am Rand des Grundrisses der Gießform 100. Das Relief der Oberseite 23 des Bodens 21 ist also nicht um eine aufrechte Mittelachse symmetrisch, sondern weist auf der Seite des Ausgusses 25 ein ziemlich starkes Gefälle auf, während das Gefälle auf der gegenüberliegenden Seite wesentlich geringer ist. Die Verhältnisse sollen dadurch veranschaulicht werden, daß in Fig. 1 Höhenlinien 29 der Oberseite 23 des Bodens 21 eingezeichnet sind. Auf der Seite des Ausgusses 25 liegen die Höhenlinien 29 dicht beieinander, was ein starkes Gefälle andeutet, während sie auf der gegenüberliegenden Seite wesentlich 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 einsinnig gegen den Auslauf 25 gerichtet ist, so daß nirgendwo Schmelze stehenbleiben kann.

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

Die gleichmäßige Ausbildung der Oberseite 23 des Bodens 21 entsprechend den Höhenlinien 29 wird durch ein Prallelement 30 unterbrochen, welches durch eine Erhöhung der Oberseite 23 des Bodens 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 Ausführungsbeispiel über etwa 240° kreisförmig (Fig. 1) und im übrigen geradlinig abgeschnitten. Die schräge Begrenzung des kreisförmigen Teils trägt die Bezugszahl 26, die des geraden Teils die Bezugszahl 27. Der Fuß der schrägen Begrenzung 27 liegt auf einer etwa durch die Mitte des Grundrisses 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 Kugel­ fläche, aber auch eine andere stetige konvexe Wölbung sein. Die sich durch die Wölbung ergebende Verdickung des Bodens 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 des Bodens 21 wird mit Hilfe einer Schablone oder Form 40 erzeugt, die durch ein stabiles flach-topfförmiges Formteil aus starkem Stahlblech gebildet ist (Fig. 5), welches eine ringförmige aufrechte Seitenwandung 41 und eine Bodenplatte 42 umfaßt, deren Unterseite dem Relief der Auskleidung 20 komplementär gebildet ist. Die Form 40 kann mit Hilfe von an den Kranösen 43 an­ geschlagenen Seilen oder Ketten mittels eines Krans in die Gießpfanne 100 abge­ senkt 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 Oberseite des Dauerfutters 8 des Bodens 21 mit einem durch die Kreuzschraffur dargestellt fließfähigen feuerfesten Material bis zu einer Höhe 38 (Fig. 5) ausgefüllt, die der oberen Begrenzung 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 Kalotte 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 angebrachte 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 vorgesehen, die nach dem Ende der Formung zwischen die Unterseite der Bodenplatte 42 und die Oberseite 23 des Bodens 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 fließfähigen feu­ erfesten Materials.

Claims (7)

1. Behälter für metallurgische Schmelzen, insbesondere Gießpfanne (100) für Stahlschmelze,
mit einem topfförmigen, oben offenen Gehäuse (1) aus Stahlblech mit einem Boden (2) und einer im Betrieb aufrechten Seitenwandung (3),
mit einer die Innenseite des Gehäuses (1) überdeckenden, den die Schmelze aufnehmenden lichten Innenraum des Gehäuses (1) bestimmen­ den feuerfesten Auskleidung mit einem im Boden (21) der Auskleidung und des Gehäuses (1) vorgesehenen Ausguß (25) für die Schmelze,
wobei die Oberseite (23) des Bodens (21) der Auskleidung in jeder Ebene, die durch die durch die Mitte des Ausgusses (25)verlaufende auf­ rechte Achse (B) geht, ein Gefälle zu dem Ausguß (25) hin und im Eingußbe­ reich ein feuerfestes Prallelement (30) aufweist, dessen Oberseite (33) kon­ vex gewölbt ist,
und wobei der Boden (21) der Auskleidung einschließlich des Pralle­ lements (30) aus einem monolithischen feuerfesten Material besteht und das Prallelement (30) durch eine Erhöhung der Oberseite (23) des Bodens (21) gebildet ist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober­ seite (33) des Prallelementes (30) als flache kugelige Wölbung ausgebildet ist.

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (21) der Auskleidung (20) im Bereich des Ausgusses (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.

4. Gießverfahren unter Verwendung eines Behälters nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze am Schluß des Gießens nur so weit 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.

5. Form zur Herstellung des Bodens (21) eines Behälters nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Formkör­ per aus Stahlblech in der Gestalt eines niedrigen oben offenen Topfes be­ steht, 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 Aus­ kleidung (20) komplementär entsprechende Relief aufweist.

6. Form nach Anspruch 5, 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) arm Rand der Öffnung (36) verbindbare Kalotte (48) abgedeckt ist.

7. Form nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bo­ den (42, 48) der Form ein Anschluß (49) für eine Zuführleitung eines fluiden Druckmediums zur Unterstützung des Abhebens der Form (40) von dem Bo­ den (21) der Auskleidung (20) beim Entformen vorgesehen ist.