DE19835087A1

DE19835087A1 - Verfahren und Einrichtung zum schlackefreien Abstechen

Info

Publication number: DE19835087A1
Application number: DE1998135087
Authority: DE
Inventors: Reinhard Fuchs; Flemming Thomsen; Jan Tybjerg Jensen
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2000-01-27
Also published as: EP0974801A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum schlackefreien Abstechen einer metallischen Schmelze (15) aus einem Ofen, insbesondere einer Stahlschmelze aus einem Lichtbogenofen, bei dem im Boden (12) des Ofengefäßes (11) eine Abstichöffnung angeordnet ist, die durch ein außen am Ofengefäß (11) angebrachtes Verschlußelement (21) verschließbar und mit rieselfähigem Füllmaterial (22) füllbar ist, und bei dem ein an einer außerhalb des Ofengefäßes (11) vorgesehenen Haltevorrichtung befestigtes Stopfenrohr (Stopfenelement 31) vorgesehen ist, das innerhalb des Ofengefäßes (11) zum Eintrittsbereich der Abstichöffnung hin- und von diesem wegbewegbar ist sowie Sperrmittel (32) vorgesehen sind, mit denen das Eindringen von Schlacke (16) und/oder Schmelze (15) in das Stopfenrohr behindert wird, und Mittel vorgesehen sind, mit denen das Öffnen der Mündung des Stopfenrohres zum gewünschten Zeitpunkt erfolgt und Füllmaterial (22) diesem zuführbar ist. Dabei sind die Sperrmittel (32) mechanisch ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schlackefreien Abstechen einer in einem kippbaren Ofengefäß befindlichen metallischen Schmelze, insbesondere einer in einen Elektrolichtbogenofen befindlichen Stahlschmelze, durch eine im Boden des Ofengefäßes angeordnete verschließbare Abstichöffnung sowie eine Einrichtung zum schlackefreien Abstechen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Es ist allgemein bekannt, daß kippbare Ofengefäße im Bodenbereich eine Abstichöffnung aufweisen, die mittels eines außen am Ofengefäß angebrachten Verschlußelementes verschließbar ist. Ein Verschlußvorgang kann jedoch nur erfolgen, wenn keine metallische Schmelze mehr aus der Abstichöffnung herausfließt. Hierzu wird das kippbare Ofengefäß derart gekippt, daß die noch im Ofengefäß befindliche Schmelze die Abstichöffnung freigibt. Hierbei wird jedoch Schlacke der auf der Metallschmelze schwimmenden Schlackenschicht unerwünschter Weise mit in die Abstichöffnung hineingerissen. Erst anschließend kann das Verschlußelement von außen verschlossen werden und die Abstichöffnung mit einem feuerfesten Füllmaterial, wie z. B. Sand, aufgefüllt werden. Nun wird der Ofen mit der restlichen metallischen Schmelze in eine horizontale Lage gebracht, um eine weitere Charge Schmelze zu erschmelzen.

Desweiteren ist aus dem deutschen Patent DE 34 37 810 C3 ein Stopfenrohr für den Verschluß einer Abstichöffnung im Boden eines metallurgischen Ofengefäßes bekannt. Dieses Stopfenrohr hat den Vorteil, daß in einer auf den Rand in der Abstichöffnung abgesenkten Sperrposition über das Rohr in die Abstichöffnung das rieselfähige Füllmaterial zum Verschließen der Abstichöffnung zuführbar ist. Dies setzt jedoch voraus, daß über die auf den Rand der Abstichöffnung abgesenkte Stopfenstange eine vollständige Abdichtung der Abstichöffnung erfolgen kann. Nur in diesem Fall kann von außen das Verschlußelement geschlossen werden und über das Stopfenrohr das Füllmaterial zugeführt werden. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß ein Unterbrechen oder eine Beendigung des Abstichvorganges ohne ein Zurückkippen des Ofengefäßes erfolgen kann.

Aus dem Betrieb von derartigen Stopfenrohren ist jedoch bekannt, daß es sich sehr schwierig gestaltet, eine dauerhaft dichte Abdichtung der Abstichöffnung durch ein Stopfenrohr zu erzielen, da durch Verschleißvorgänge sich die Dichtflächen an dem kopfseitigen Ende des Stopfenrohres sowie dem Rand des Eintritts der Abstichöffnung verändern.

Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine entsprechende Einrichtung zu schaffen, bei dem ein schlackefreies Abstechen aus einem kippbaren Ofengefäß erreicht wird.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Verfahrensmerkmale des Anspruchs 1 und die Einrichtungsmerkmale des Anspruchs 9. Die Unteransprüche 2 bis 8 und 10 bis 14 betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zum schlackefreien Abstechen einer in einem kippbaren Ofengefäß befindlichen metallischen Schmelze durch das Absenken des Stopfenelementes auf den Rand des Eintritts der Abstichöffnung, kurz bevor ein Zurückschwenken des Ofengefäßes zur Unterbrechung bzw. Beendigung des Abstichvorganges notwendig ist, erreicht, daß die auf der an dem Stopfenelement vorbeifließenden metallischen Schmelze schwimmende Schlacke nicht die Möglichkeit hat, in die Abstichöffnung einzudringen. Unabhängig von der Ausbildung des Stopfenelementes als Stopfenstange oder Stopfenrohr wird nach erfolgten Zurückkippen zunächst das außen an dem Ofengefäß angeordnete Verschlußelement zugeklappt und somit die Abstichöffnung verschlossen. Bei einem als Stopfenrohr ausgebildeten Stopfenelement kann vorteilhafterweise bei noch auf dem Rand des Eintritts der Abstichöffnung abgesenkter Stopfenstange das Füllmaterial direkt durch den rohrförmigen Hohlraum der Stopfenstange in die Abstichöffnung eingebracht werden. Bei der Stopfenstange aus Vollmaterial kann das Einbringen des Füllmaterials erst nach Abheben der Stopfenstange erfolgen.

Desweiteren wird vorteilhafterweise der Zeitpunkt des Einfahrens des Stopfenelementes durch die Schlackenschicht in die metallische Schmelze so gewählt, daß durch die über die Abstichöffnung eingefahrene Stopfenstange eine Bildung der Austrittswirbel über der Abstichöffnung, die zu einem Mitreißen von Schlacketeilchen führen kann, wirksam verhindert wird.

Außerdem ist vorgesehen, daß beim Hineinfahren des Stopfenrohres durch die Schlackenschicht in die metallische Schmelze die kopfseitige Öffnung durch ein mechanisches Sperrmittel verschlossen wird, wodurch sichergestellt ist, daß sich keine Schlacke in dem Stopfenrohr befindet, die anschließend mit durch die Abstichöffnung gerissen würde. Dementsprechend wird die kopfseitige Öffnung erst nach Durchdringen der Schlackenschicht freigegeben. Auch ist es möglich, das Stopfenrohr anstatt mit einem mechanischen Sperrmittel mit unter Druck stehendem Gas kopfseitig zu verschließen. Spätestens wird dieser kopfseitige Verschluß durch das Sperrmittel oder das Gas dann geöffnet, wenn das rieselfähige Füllmaterial durch das Stopfenrohr in die Abstichöffnung eingebracht wird.

Ferner kann ein Mitreißen von Schlacketeilchen in die Abstichöffnung dadurch vermieden werden, daß die kopfseitige Stirnfläche des Stopfenelementes so nah wie möglich an den Rand des Eintrittsbereichs der Abstichöffnung geführt wird.

Erfindungsgemäß wird bei der Einrichtung zum schlackefreien Abstechen einer metallischen Schmelze aus einem Ofen durch die Ausbildung der an dem kopfseitigen Ende des Stopfenrohres angeordneten Sperrmittel in mechanischer Form erreicht, daß ein sicherer Verschluß des Stopfenrohres beim Eintauchen des Stopfenrohres in die Schlackeschicht gewährleistet ist. Vorteilhafterweise können diese mechanischen Sperrmittel einerseits als axial verschiebbarer Kolben ausgebildet sein oder als in die kopfseitige Öffnung des Stopfenrohres eingesetzte Platte, die entweder nach vorbestimmter Zeit durch die metallische Schmelze aufschmelzbar oder mechanisch zerstörbar ist. Desweiteren hat sich als vorteilhaft herausgestellt, im Bereich des kopfseitigen Endes des Stopfenrohres an seiner Außenwandung ringförmige Formelemente vorzusehen, die die Strömung der ausfließenden metallischen Schmelze dahingehend beruhigen, daß ein Mitreißen von Schlacketeilchen in die Abstichöffnung minimiert bzw. vermieden wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1.1 und 1.2 eine Teilansicht eines Ofengefäßes mit einem Stopfenrohr in gekippter und in zurückgekippter Stellung und

Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung von Fig. 1.1 aus dem Bereich der Abstichöffnung.

Aus der Fig. 1.1 ist eine schematische Ansicht eines für den Abstichvorgang gekippten Elektrolichtbogenofens mit einem Ofengefäß 11 gezeigt. Die Fig. 1.2 zeigt den Elektrolichtbogenofen in der zur Beendigung bzw. Unterbrechung des Abstichvorgangs zurückgekippten Stellung. Anhand der Fig. 1.1 und 1.2 wird nachfolgend das Verfahren zum schlackefreien Abstechen von Stahlschmelze näher erläutert.

In der Ausgangsstellung befindet sich der Elektrolichtbogenofen und somit das Ofengefäß in einer horizontalen Lage, in der eine neue Charge Schmelze erschmolzen wird. In dieser Stellung ist die im Boden 12 des Ofengefäß 11 angeordnete Abstichöffnung 13 von außen über ein Verschlußelement 21 sowie in den Kanal der Abstichöffnung eingebrachtes Füllmaterial 22, insbesondere rieselfähiges Feuerfestmaterial, z. B. Sand, eingefüllt. Desweiteren ist ein Stopfenelement 31 vorgesehen, das an dem Ofengefäß 11 in Vertikalrichtung und somit in Verlängerung des Kanals der Abstichöffnung 13 auf die Abstichöffnung 13 zu und von dieser weg bewegbar ist. In der horizontalen Lage des Ofengefäßes 11 beim Erschmelzen einer neuen Charge ist das Stopfenelement 31 soweit angehoben, daß diese weder in Kontakt mit der metallischen Schmelze 15 in dem Ofengefäß 11 noch mit der auf der Schmelze 15 schwimmenden Schlackenschicht 16 steht.

Zur Einleitung des Abstichvorganges wird das Ofengefäß 11 aus seiner horizontalen Lage um einen Kippwinkel im Bereich von etwa 5 bis 10° derart verschwenkt, daß die am Rand des Bodens 12 angeordnete Abstichöffnung 13 in Relation zu dem übrigen Boden 12 abgesenkt wird. Anschließend wird das an der Außenseite des Ofengefäßes 11 schwenkbar angeordnete Verschlußelement 21 geöffnet und der an dem Kanal der Abstichöffnung 13 befindliche Stopfen aus dem glasierten Füllmaterial 22 über den metallostatischen Druck der Schmelze 15 herausgedrückt. Das Ofengefäß 11 befindet sich nun in der Fig. 1.1 dargestellten Kippstellung.

Um ein Mitreißen von Schlacke aus der Schlackenschicht 16 in die Abstichöffnung 13 zu vermeiden, wird spätestens zu dem Zeitpunkt, in dem sich oberhalb der Abstichöffnung 13 ein strömungsbedingter Ausflußwirbel bildet, das Stopfenelement 13 durch die Schlackenschicht 16 hindurch in die Schmelze 15 abgesenkt. Das Stopfenelement 31 wird in einer Position angehalten, in der das kopfseitige Ende des Stopfenelementes 13 mit einem Abstand a (siehe Fig. 2) von dem oberen Rand 14 des Eintrittsbereichs der Abstichöffnung 13 entfernt ist. Dieser Abstand a beträgt normalerweise 1 bis 5 cm.

Zur Unterbrechung des Abstichvorganges bzw. zu dessen Beendigung wird zunächst das Stopfenelement 31 vollständig auf den Rand 14 des Eintrittsbereich der Abstichöffnung 13 abgesenkt. Hierdurch wird der Ausfluß von Schmelze 15 aus dem Ofengefäß 11 zumindest stark vermindert wenn nicht sogar gestoppt. Anschließend wird das Ofengefäß 11 aus der gekippten Stellung in die in der Fig. 1.2 dargestellte zurückgekippte Stellung geschwenkt. Hierbei umfließt die Schmelze 15 sowie die Schlacke der Schlackenschicht 16 das Stopfenelement 31. Da von dem kopfseitigen Ende des Stopfenelementes 31 die Abstichöffnung 13 nahezu verschlossen ist, kann in diese keine Schlacke eindringen. Erst wenn die restliche Schmelze 15 mit der Schlackenschicht 16 den Bereich der Abstichöffnung 13 des Bodens 12 freigegeben hat und sich somit in dem normalerweise in der horizontalen Lage des Ofengefäßes 11 befindlichen tiefergelegenem Bereich des Ofengefäßes 11 befindet, ist gewährleistet, daß keine Schmelze 15 mehr durch die Abstichöffnung 13 rinnt. Dann wird das Verschlußelement 21 verschwenkt, so daß die Abstichöffnung 13 von außen verschlossen ist. Anschließend wird durch das als Stopfenrohr ausgebildete Stopfenelement 31 rieselfähiges Füllmaterial durch das Stopfenrohr hindurch in die Abstichöffnung 13 eingebracht. Wenn die Abstichöffnung mit Füllmaterial 22 gefüllt ist, wird das Stopfenelement 31 in die Ausgangsstellung oberhalb der Schmelze 15 und der Schlackenschicht 16 angehoben. Nun kann das Ofengefäß 11 in die horizontale Lage zurückgekippt werden und eine weitere Charge Schmelze 15 erschmolzen werden.

In Bezug auf die Einrichtung für das schlackefreie Abstechen der Stahlschmelze ist aus der Fig. 2, die eine Ausschnittsvergrößerung von Fig. 1 aus dem Bereich der Abstichöffnung 13 zeigt, ein weiteres Detail ersichtlich. Um zu vermeiden, daß beim Eintauchen des Stopfenelementes 21 durch die Schlackenschicht 16 hindurch in die Schmelze 15 bereits Schlacke in den inneren Kanal des rohrförmigen Stopfenelementes 31 eindringt, ist das kopfseitige Ende mit einem mechanischen Sperrmittel 32 verschlossen. Dieses Sperrmittel 32 ist vorzugsweise als kreisförmige Platte ausgebildet, die aus einem Material besteht, das durch die Schmelze 15 nach einer vorbestimmbaren Zeit selbständig aufschmelzbar ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, andere mechanische Sperrmittel 32 vorzusehen, wie z. B. eine Platte aus hochschmelzendem Feuerfestmaterial, die zum gewünschten Zeitpunkt mechanisch zerstörbar ist. Es ist hierbei vorstellbar, daß dieses Feuerfestmaterial spröde ist und als mechanisches Mittel somit eine Nadel verwendet werden kann. Auch ist gegenüber den hier beschriebenen mechanischen Sperrmitteln 32 eine gemäß der in der Beschreibungseinleitung gewürdigten deutschen Patentschrift DE 34 37 810 C3 eine Einleitung eines Gases in den Innenraum des rohrförmigen Stopfenelementes möglich, um ein Eindringen von Schmelze 15 und Schlacke 16 in den rohrförmigen Bereich des Stopfenelementes 31 zu vermeiden. Grundsätzlich wäre auch denkbar als mechanisches Sperrmittel einen innerhalb des rohrförmigen Stopfenelementes 31 verschiebbaren Kolben auszubilden, über den ein Öffnen und Schließen des kopfseitigen Endes des Stopfenelementes 31 möglich ist.

Desweiteren ist der Fig. 2 zu entnehmen, daß außen an dem Stopfenelement 31 ringförmige und sich somit seitlich erstreckende Formelemente 41 angeordnet sind, über die eine Beruhigung der ausfließenden Schmelze 15 erzielbar ist.

Bezugszeichenliste Lichtbogenofen

11

Ofengefäß

12

Boden

13

Abstichöffnung

14

Rand der Abstichöffnung

15

Schmelze

16

Schlackenschicht

Verschließen

21

Verschlußelement

22

Füllmaterial

Abstechen

31

Stopfenelement

32

Sperrmittel

Strömen

41

Formelement

Maße

a Abstand

Claims

1. Verfahren zum schlackefreien Abstechen einer in einem kippbaren Ofengefäß (11) befindlichen metallischen Schmelze (15), insbesondere in einem Elektrolichtbogenofen befindlichen Stahlschmelze, durch eine im Boden (12) des Ofengefäßes (11) angeordnete verschließbare Abstichöffnung (13) mit den folgenden Schritten:

a) ein Stopfenelement (31) wird spätestens während des Abstichs durch die Schlackenschicht (16) in die Schmelze (15) in eine Position oberhalb der Abstichöffnung (13) eingetaucht,
b) das Stopfenelement (31) wird zur Einleitung des Unterbrechens oder der Beendigung des Abstichs mit seiner kopfseitigen Stirnfläche auf den Rand (14) des Eintrittsbereichs der Abstichöffnung (13) abgesenkt,
c) anschließend wird das Ofengefäß (11) soweit zurückgekippt, bis der Bereich der Abstichöffnung (13) frei von Schmelze (15) ist,
d) dann wird die Abstichöffnung (13) bekannterweise von außen verschlossen und Füllmaterial (22) wird in die Abstichöffnung (13) eingebracht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem als kopfseitig verschließbares Stopfenrohr ausgebildeten Stopfenelement (31) für die Einbringung des Füllmaterials (22) gemäß Verfahrensschritt d) zunächst die kopfseitige Öffnung des Stopfenrohres freigegeben und über das Stopfenrohr das Füllmaterial (22) in die Abstichöffnung (13) eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einbringen von Füllmaterial (22) in die Abstichöffnung (13) das Stopfenelement (31) aus der Schmelze (15) herausgehoben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stopfenelement (31) während des Abstichs spätestens zu dem Zeitpunkt, in dem sich ein Austrittswirbel zu bilden beginnt, zur Wirbelverminderung durch die Schlackenschicht (16) in die Schmelze (15) in eine Position oberhalb der Abstichöffnung (13) eingetaucht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kopfseitige Öffnung des Stopfenrohres frühestens nach dem Durchführen durch die Schlackenschicht (16) freigegeben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kopfseitige Stirnfläche des Stopfenelementes (31) so nah an den Rand (14) des Eintrittsbereiches der Abstichöffnung (13) geführt wird, daß ein Spalt (Abstand a) verbleibt, der ein Durchströmen von Schlacke (15) nicht zuläßt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stopfenrohr zum kopfseitigen Verschließen mit Gas gefüllt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die kopfseitige Öffnung des Stopfenrohres spätestens zum Einbringen von rieselfähigen Füllmaterial (16) in die Abstichöffnung (13) nach erfolgten Abstich geöffnet wird.

9. Einrichtung zum schlackefreien Abstechen einer metallischen Schmelze (15) aus einem Ofen, insbesondere einer Stahlschmelze aus einem Lichtbogenofen, bei dem im Boden (12) des Ofengefäßes (11) eine Abstichöffnung angeordnet ist, die durch ein außen am Ofengefäß (11) angebrachtes Verschlußelement (21) verschließbar und mit rieselfähigem Füllmaterial (22) füllbar ist, und bei dem ein an einer außerhalb des Ofengefäßes (11) vorgesehenen Haltevorrichtung befestigtes Stopfenrohr (Stopfenelement 31) vorgesehen ist, das innerhalb des Ofengefäßes (11) zum Eintrittsbereich der Abstichöffnung hin- und von diesem wegbewegbar ist sowie Sperrmittel (32) vorgesehen sind, mit denen das Eindringen von Schlacke (16) und/oder Schmelze (15) in das Stopfenrohr behindert wird, und Mittel vorgesehen sind, mit denen das Öffnen der Mündung des Stopfenrohres zum gewünschten Zeitpunkt erfolgt und Füllmaterial (22) diesem zuführbar ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmittel (32) mechanisch ausgebildet sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrmittel (32) als axial verschiebbarer Kolben ausgebildet ist, der nach dem Aufsetzen des Stopfenrohres auf dem Rand (14) der Abstichöffnung (13) so weit aus dem Stopfenrohr herausziehbar ist, daß das Füllmaterial (22) in dieses einbringbar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte vorgesehen ist, die das Stopfenrohr (31) kopfendig verschließt, wobei die Platte aus einem Material besteht, das durch die Schmelze (15) zeitlich vorbestimmbar aufschmelzbar ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte vorgesehen ist, die aus hochschmelzendem Feuerfestmaterial besteht und Mittel vorgesehen sind, durch die die Platte zum gewünschten Zeitpunkt zerstörbar ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus sprödem Feuerfestmaterial besteht und als mechanisches Mittel eine Nadel vorgesehen ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Mündungsbereich des Stopfenrohres (31) an seiner Außenwandung Formelemente (41) vorgesehen sind, mit denen strömungsmäßig Einfluß auf die das Stopfenrohr (31) umspülende Schmelze (15) nehmbar ist.