DE19826085A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abdichten einer Abstichöffnung in metallurgischen Gefäßen - Google Patents

Abstract

Um ein Verfahren zum Abdichten einer Abstichöffnung (2) in metallurgischen Gefäßen und ein Abstichsystem zu schaffen, mit dem ein schlackenfreier Abstich durchgeführt werden kann, soll der Stopfen zum Verschließen der Abstichöffnung eine Stopfenhülle (7) umfassen, die einen hitzebeständigen fließfähigen Stoff (8) aufnimmt, wobei der Einführzeitpunkt automatisch gesteuert wird und nach dem Einsetzen die Abstichöffnung von der Außenseite des Gefäßes verschlossen wird, und wobei das Material der Stopfenhülle seine Konsistenz und/oder seine Form durch Temperatureinfluß derart ändert, daß sich der fließfähige Stoff in der Abstichöffnung abdichtend ausbreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abdichten einer Abstichöffnung in metallurgischen Gefäßen.

In jüngster Zeit besteht die Tendenz, Stähle mit hohem Rein­ heitsgrad, sogenannten "Clean Steel" herzustellen, um somit den steigenden Anforderungen nach besseren Stahleigenschaften gerecht zu werden. Die Abtrennung von Schmelze und Schlacke im Elektroofen bzw. Konverter mit nachfolgender Sekundärmetallurgie ist ein wesentlicher Einflußfaktor hinsichtlich des Reinheitsgrades.

Aus dem Stand der Technik sind einige Abstichsysteme bekannt.

In einem konventionellen Elektrolichtbogenofen erfolgt der Abstich beispielsweise durch seitliches Verkippen des Ofengefäßes. Der Ofen wird für den Abstich zur Abstichseite gekippt, nach Erreichen des gewünschten Abstichgewichtes wird der Ausfluß der Schmelze durch ein schnell durchgeführtes Zurückkippen beendet. Hierbei ist es nicht vermeidbar, daß Schlacke teilweise mit dem Schmelzestrahl aus dem Abstichloch ausläuft.

Nach erfolgtem Abstich und der Rückkippbewegung wird die Ab­ stichöffnung für eine erneute Charge vorbereitet, indem die Öffnung mit einer Schließplatte verschlossen und Sand in diese Öffnung eingefüllt wird. Der Sandeinfüllvorgang wird entweder manuell oder durch ein maschinelles Fördersystem durchgeführt. Ein optimales Füllen der Öffnung mit Sand ist beim manuellen Füllvorgang nicht möglich. Zudem ist dieser Schritt zeitraubend und arbeitsintensiv.

Des weiteren ist ein schlackenarmes Abstichsystem bei einem Konverter mittels eines Schwimmers oder Schlackenstoppers bekannt. Hierbei wird ein Schwimmer, dessen spezifisches Ge­ wicht zwischen dem dem Stahlschmelze und dem der Schlacke liegt, in das Schmelzbad über dem aufgrund des Ausfließens bedingten Wirbel eingebracht. Der Schwimmer sinkt mit der ausfließenden Stahlschmelze herab und verschließt die Ab­ stichöffnung. Als nachteilig erweist sich aber, daß ein Ab­ dichten der Abstichöffnung allein von der absinkenden Schmelze/Schlacke-Grenzschicht abhängig ist und ansonsten nicht beeinflußbar ist. Zudem ist ein vollständig schlacken­ freies Auslaufen der Schmelze mit dieser Schwimmerlösung nicht erreichbar.

Für den Abstich in Pfannen ist das sogenannte AMEPA System bekannt geworden. Dieses System wird hauptsächlich zur Kon­ trolle des Abstiches aus der Pfanne in den Verteiler einer Stranggießanlage eingesetzt. Es handelt sich hierbei um ein Abstichsystem nach elektromagnetischem Prinzip. Die Beendi­ gung des Abstiches und der Trennvorgang zwischen Schmelze und Schlacke wird über einen Sensor erreicht, der am Pfannenausguß eingebaut ist. Es ist ein Schiebersystem vorhanden, das nach Feststellung, daß Schlacke mit ausläuft, die Abstichöffnung verschließt. Ein schlackenfreies Abstechen ist mit diesem Prinzip nicht durchführbar, da der Sensor erst reagiert, wenn bereits ein Teil der Schlacke durch die Öffnung geflossen ist.

Des weiteren ist ein pneumatisches Abstichsystem Stand der Technik, das von außen das metallurgische Gefäß verschließt. Hierbei besteht aber starke Spritzgefahr.

Aus der deutschen Patentschrift DE 33 27 671 ist ebenfalls eine- Einrichtung zum weitestgehend schlackenfreien Abstechen von Metallschmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, aus metallurgischen Gefäßen bekannt. Es geht hier primär um die Aufgabe, über einen Eintauchvorgang eines Absperrkörpers Wirbelbildungen und damit Vermischungen von Schlacke und Schmelze zu verhindern.

Hierzu wird ein Absperrkörper vorgeschlagen, der mittels ei­ ner heb- und senkbaren Stange über ein Hubsystem in das me­ tallurgische Gefäß eingefahren werden kann. Durch das Absen­ ken des Strömungskörpers und Halten kurz über dem Gefäßboden oberhalb der Abstichöffnung wird der negative Potentialwirbel besser gebunden.

Es wird beschrieben, daß die Art von Strömungskörper zur Verminderung einer Verwirbelung aber auch vollends auf die Abstichöffnung auf dem Gefäßgrund abgesenkt werden kann, um somit den Abstich zu beenden. Dabei wird aber der Strömungskörper nicht vollständig von der Abstichöffnung aufgenommen, sondern dieser sitzt auf der Öffnung auf.

Bei allen genannten Abstichmethoden aus dem Stand der Technik ist allerdings nur ein schlackenarmer, kein schlackenfreier Abstich möglich.

Dies bedeutet, daß der Sauerstoffgehalt in der Schmelze durch die oxidische Schlacke erhöht wird, was sich bei der Desoxidation nachteilig auswirkt. Der Anteil an Aluminium zum Desoxidieren erhöht sich, und das Desoxidationsprodukt verschlechtert die Gießeigenschaften (clogging effect). Der Sauerstoffgehalt des FeO in der Schlacke erschwert die Entschwefelung und Entgasung.

Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren und ein Abstichsystem zu schaffen, mit dem ein schlackenfreier Abstich in einem metallurgischen Ge­ fäß durchgeführt werden kann und somit Stähle mit hohem Reinheitsgrad hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels der Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 sowie der des Vorrichtungsanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Kern der Erfindung ist die Schaffung eines Abstich- Stopfensystems, mit dem die Abstichöffnung eines metallurgi­ schen Gefäßes optimal abgedichtet werden kann. Dies wird er­ reicht durch eine besondere Ausgestaltung des Stopfens sowie eine automatische Steuerung des Einführzeitpunkts des Stopfens in die Abstichöffnung beispielsweise in Abhängigkeit vom Gewicht des abgestochenen Stahls, des Badspiegels oder über ein Schlackenerkennungssystem.

Der erfindungsgemäße Stopfen besteht aus einer Stopfenhülle, die einen fließfähigen Stoff, aufnimmt. Diese gefüllte Stopfenhülle wird durch das flüssige Metall oder von außer­ halb des metallurgischen Gefäßes in die Abstichöffnung eingebracht. Anschließend wird die Abstichöffnung beispielsweise mittels einer Schließplatte verschlossen. Die Erfindung nutzt den Umstand, daß sich das Material der Stopfenhülle hinsichtlich seiner Konsistenz und/oder seiner Form durch Temperatureinfluß derart ändert, daß sich der fließfähige Stoff in der Abstichöffnung abdichtend ausbreiten kann.

Bei dem fließfähigen Stoff handelt es sich bevorzugt um Füllsand. Dieser bildet nach dem Zerfall der Hülle an der Kontaktfläche mit der Metallschmelze eine die Abstichöffnung abdichtende Sinterschicht aus. Dies bedeutet eine zusätzliche Abdichtwirkung.

Da die Menge dem Füllsandes in der Stopfenhülle dosiert ist und je nach Verschleiß des Abstichloches variiert werden kann, kann das Abstichloch mit einer optimalen Sandmenge ab­ gedichtet werden. Es wird somit vermieden, daß der Sand zum Abdichten das Loch nicht vollständig ausfüllt. Somit werden Probleme beim Öffnen des Abstichloches umgangen.

Bevorzugt handelt es sich bei den Einführmitteln für die Stopfenhülle um eine Metallstange, die durch das Schmelzgut an die Abstichöffnung verfahrbar ist.

Vorteilhafterweise besteht die Metallstange aus Gliedern, die es erlauben, sie mit Hilfe einer bogenförmigen Führung aus der Horizontalen in die Vertikale zu bewegen.

Zum Schutz der Metallstange ist diese von einem Schutzrohr umgeben. Dieses Schutzrohr ist mit der Hülle fest verbunden und besteht ebenfalls aus einem gegenüber der Metallschmelze nur kurzzeitig resistenten Material.

Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Material um Pappe, die in der Metallschmelze verkokt. Es sind ebenfalls alle anderen Arten von Materialien denkbar, die aufgrund der Temperatureinwirkung der Metallschmelze ihre Konsistenz ändern, was auch das gänzliche Auflösen miteinschließt, oder ihre Form ändern, indem sie an Festigkeit verlieren.

Der von der Hülle aufgenommene Füllsand kann Bindemittel enthalten, die bei Temperaturen in Höhe der Metallschmelze zerfallen. Des weiteren ist vorstellbar, daß der Füllsand innerhalb der Hülle von einer Zwischenschutzschicht umgeben und vakuumverschlossen ist. Diese Zwischenschutzschicht ist vorteilhafterweise eine Folie, die sich bei den gegebenen Temperaturen auflöst.

In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die Stopfenhülle mit sich anschließendem Schutzrohr für die Metallstange die Außenform des Stopfens. Oberhalb des Füllsandes liegt eine Stützplatte auf, die es ermöglicht, daß die Stange mittels der Stützplatte den Füllsand weiter nach unten drückt.

Das vorgeschlagene Verfahren und der Stopfen zeigen den Vor­ teil eines schlackenfreien Abstiches.

Bei Anwendung des Verfahrens bereits im Elektroofen wird die sekundärmetallurgische Behandlung, insbesondere im Hinblick auf die aktuelle Forderung nach "clean Steel", wesentlich vereinfacht. Im einzelnen wird eine genaue Kontrolle des Aluminiumgehaltes und eine Reduzierung der Einschlußmenge von Aluminiumoxiden möglich. Die Erfindung bewirkt eine Einsparung der Desoxidationsmittel, der Einspuldrähte wie CaSi sowie der synthetischen Schlacke.

Ferner werden günstige Bedingungen für die Entschwefelung und die Entgasung geschaffen. Die Gießeigenschaften werden verbessert.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, den Ab­ stich bei einem genau bestimmten Soll-Abstichgewicht zu beenden. Über geeignete Systeme wird der Zeitpunkt zum Einführen des Stopfens in die Abstichöffnung in Abhängigkeit vom Gewicht des bereits abgestochenen Schmelze geregelt. Des weiteren kann der Einführzeitpunkt mittels eines Badspiegelmeßsystems oder eines Schlackenfrüher­ kennungssystems geregelt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Hier­ bei zeigen:

Fig. 1 eine vergrößerte Darstellung des Stopfens des Ab­ stichsystems beim Vorgang des Eintauchens in die Abstichöffnung eines Elektroofens;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßem Stopfens bei vollständiger Aufnahme in der Ab­ stichöffnung;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Stopfens beim Vorgang der Temperatureinwirkung auf die Stopfenhülle;

Fig. 4 eine Darstellung des Abstiches in einem Elektroofen mit dem automatisch gesteuerten Abstichsystem;

Fig. 5 eine Darstellung des Abstichendes in einem Elektroo­ fen mit dem automatisch gesteuerten Abstichsystem.

Fig. 1 zeigt eine Teilvergrößerung des Stopfen 1 des Ab­ stichsystems beim Eintauchvorgang in die Abstichöffnung 2 im Gefäßboden 3 eines Elektroofens 4. Mit 5 wird die Stahl­ schmelze, mit 6 die leichtere Schlacke bezeichnet.

Der Stopfen 1 umfaßt eine Hülle 7 sowie einen Kern 8 aus Füllsand, der von der Hülle 7 als Schutzmantel umgeben ist. Bei dieser Ausführungsform wird der Stopfen 1 mittels einer Metallstange 9 in die Abstichöffnung 2 über ein Hubsystem 10 vom Innenraum des Gefäßes kommend eingeführt.

Die Metallstange 9 wirkt über eine Stützgitter 11 auf den Füllsand 8 ein. Ein Pfropfen 12 bildet den Abschluß des Füllsandkerns 8 zum Bodenbereich der Stopfenhülle.

Zum zeitweisen Schutz der Metallstange 9 ist diese mit einem Schutzrohr 13 ummantelt. Dieses Rohr kann mit der Hülle 7 des Stopfens als Ganzes ausgebildet oder an diese angesetzt sein. Im ersten Fall bildet das Schutzrohr 13 in Kombination mit der Hülle 7 die Außenummantelung für das Metallrohr 9 und den Füllsandkern 8. Das Schutzrohr 13 kann aus dem gleichen Material wie die Hülle des Stopfens sein.

Erfindungsgemäß handelt es sich hierbei um ein Material, das dem Temperatureinfluß der Schmelze nur für eine bestimmte Zeit standhält. Bei der hier beschriebenen Form besteht die Hülle aus Pappe, die aufgrund der hohen Temperaturen verkokt.

Während des Eintauchschrittes des Stopfens 1 in die Ab­ stichöffnung 2 mittels der Metallstange 9 drückt diese auf das Stützgitter 11, das dann weiter auf den Füllsandkern 8 einwirkt, der von dem Pfropfen 12 gestützt wird. Zusätzlich kann der Füllsand auch mittels einer Zwischenschutzfolie (nicht gezeigt) vakuumverschlossen sein, die sich bei den bestehenden Temperaturen auflöst. Des weiteren kann der Sand mit Bindemitteln, die bei hohen Temperaturen zerfallen, bei­ spielsweise Kunstharz, gebunden sein.

Nach dem Einführvorgang des Stopfens 1 mit hoher Geschwindigkeit in die Abstichöffnung 2 wird die Abstichöffnung 2 von der Außenseite des metallurgischen Gefäßes her verschlossen. Diesen verschlossenen Zustand zeigt Fig. 2. Das Verschlußmittel ist eine Schließplatte 14. Es kann sich hierbei auch um jede andere Art von herkömmlichen Verschlußmitteln handeln. Nach dem Verschließvorgang wird die Metallstange 9 durch ein automatisches Lösen einer Klemmvorrichtung (nicht gezeigt) abgetrennt und durch das Innere des Gefäßes zurückgezogen.

In Fig. 3 sind die sich durch den Temperatureinfluß ergebenden Einflüsse erkennbar. Die Stopfenhülle 7, bestehend aus Pappe, verkokt (15). Die Metallsäule aus verbleibender Schmelze und Schlacke drückt den fließfähigen Sand, der nicht mehr durch eine Hülle stabilisiert wird, nach unten und zur Seite. Hierdurch breitet sich der Sand in der Abstichöffnung abdichtend aus.

In Fig. 3 ist erkennbar, daß sich das Material des Schutz­ rohres 13 vollkommen aufgelöst hat. An der Kontaktzone zwi­ schen dem Füllsand und dem flüssigen Metall bzw. der Schlacke kommt es zu einer Sinterreaktion. Diese Sinterschicht 16 bedeutet eine zusätzliche Abdichtungsschicht.

Nach Ausbildung dieser Abdichtung kann der Ofen erneut mit Schrott für die nächste Charge befüllt werden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen das erfindungsgemäße Abstichsystem am Beispiel eines Elektroofens während eines Abstiches (Fig. 4) sowie beim Abstichende (Fig. 5).

Es ist ein Ausschnitt eines Elektroofens 4 dargestellt. Zum Abstich wird die Schließplatte 14 unterhalb der Abstichöff­ nung 2 zurückgeschoben. Der sich in der Abstichöffnung 2 be­ findende Sand läuft aus. Die Stahlschmelze 5 wird in eine Pfanne 17 eingefüllt. Bei normaler Fahrweise wird der Elek­ troofen mit ausreichendem Sumpf gefahren, so daß beim Abstich eine ausreichende Badhöhe über der Abstichöffnung vorhanden ist und keine Wirbel entstehen, die ein unerwünschtes Mitlaufen der Schlacke bewirken könnten.

Das Gewicht der abgestochenen Schmelze wird mittels einer Wiegevorrichtung 18 gemessen. Bei der Wiegevorrichtung han­ delt es sich um Wiegezellen, die unterhalb der Pfanne 17 im Transportwagen 19 angeordnet sind. Das aktuelle Gewicht wird über Meßsignale von einem Meßsystem 20 erfaßt und in ein Da­ tenverarbeitungssystem 21 eingespeist. Nach Erreichen des gewünschten Abstichgewichtes wird die Metallstange 9 des Ab­ stichsystems über eine Hubvorrichtung 10, die mittels eines Stopfenkontrollsystems 22 gesteuert wird, vertikal durch das Innere des Gefäßes bewegt, um mit dem Stopfen 1 die Ab­ stichöffnung 2 zu verschließen.

Zusätzlich kann - beispielsweise bei Schwankungen in der Badhöhe - ein bekanntes Schlackenfrüherkennungssystem vorgesehen sein. Dieses ist an das Datenverarbeitungssystem 21 und das Stopfenkontrollsystem 22 angeschlossen. Auch wenn das gewünschte Stahlschmelzegewicht noch nicht erreicht ist, wird der Stopfen in die Abstichöffnung gefahren, sobald der Mitlauf von Schlacke festgestellt worden ist. Durch die schnelle Reaktion des erfindungsgemäßen Abstichsystems ist es möglich zu verhindern, daß Schlacke ausläuft.

Claims (12)

1. Verfahren zum Abdichten einer Abstichöffnung in metallurgischen Gefäßen, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Stopfenhülle (7), die einen hitzebeständigen fließfähigen Stoff (8) aufnimmt, in die Abstichöffnung (2) eingeführt wird, wobei der Einführzeitpunkt automa­ tisch gesteuert wird,
daß anschließend die Abstichöffnung (2) von der Außen­ seite des Gefäßes verschlossen wird,
und daß das Material der Stopfenhülle seine Konsistenz und/oder seine Form durch Temperatureinfluß derart än­ dert, daß sich der fließfähige Stoff in der Abstichöff­ nung abdichtend ausbreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem fließfähigen Stoff um Füllsand han­ delt, der nach Zerfall der Hülle an der Kontaktfläche mit der Metallschmelze eine die Abstichöffnung abdichtende Sinterschicht (16) ausbildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt zum Einführen des Stopfens in die Ab­ stichöffnung abhängig vom Gewicht des bereits abgestochenen Schmelze geregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt zum Einführen des Stopfens in die Ab­ stichöffnung mittels eines Schlackenerkennungssystems geregelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt zum Einführen des Stopfens in die Abstichöffnung abhängig vom Badspiegel im Schmelzaggregat regelgelt wird.

6. Abstichsystem zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieses einen Stopfen (1) aufweist, der eine in die Abstichöffnung passende Hülle (7) umfaßt, wobei die Hülle einen hitzebeständigen fließfähigen Stoff (8) zum Abdichten der Abstichöffnung aufnimmt und selbst aus einem gegenüber der Metallschmelze nur kurzzeitig hinsichtlich seiner Konsistenz und/oder Form resistenten Material besteht.

7. Abstichsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieses automatisch steuerbare Mittel (9, 10) zum Einführen der Stopfenhülle (7) in die Abstichöffnung umfaßt.

8. Abstichsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführmittel eine Metallstange (9) umfassen, die durch das Schmelzgut an die Abstichöffnung verfahrbar ist und daß die Metallstange (9) aus Gliedern besteht, die es erlauben, sie mit Hilfe einer bogenförmigen Führung aus der Horizontalen in die Vertikale zu bewegen.

9. Abstichsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Metallstange (9) von einem Schutzrohr (13) um­ geben ist, das mit der Hülle (7) fest verbunden oder daran angesetzt ist und ebenfalls aus einem gegenüber der Metallschmelze nur kurzzeitig resistenten Material besteht.

10. Abstichsystem nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstange (9) über Stützmittel (11) auf den Füllsandkern (8) einwirkt.

11. Abstichsystem nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllenmaterial (7) Pappe ist, die in der Metall­ schmelze verkokt.

12. Abstichsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der fließfähige Stoff Füllsand ist, der Bindemittel enthält, die bei Metallschmelzetemperaturen zerfallen oder daß der Füllsand innerhalb der Hülle von einer Zwi­ schenschutzschicht umgeben und vakuumverschlossen ist.