DE19916232A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abstechen von Metallschmelzen aus metallurgischen Schmelzgefäßen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Abstechen von Metallschmelzen aus metallurgischen SchmelzgefäßenInfo
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Abstract
Um beim Abstich einer Metallschmelze (2) aus einem metallurgischen Gefäß (5) mit einer im Gefäßboden (13) angeordneten Abstichöffnung (10) das Mitlaufen bzw. Nachlaufen von Schlackenschmelze (1) zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, durch einen Gasstrahl (9) mit hoher Impulsenergie die Schlackenschmelze (1) im Bereich der Abstichöffnung (10) von der Oberfläche der Metallschmelze (2) wegzublasen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Abstechen von Metallschmelzen, vorzugsweise Stahlschmelzen,
aus metallurgischen Schmelzgefäßen, wie beispielsweise
Elektrolichtbogenöfen, durch eine im Gefäßboden angeordnete
Abstichöffnung, wobei zum Zeitpunkt des Abstichs die
Metallschmelze mit Schlackenschmelze überschichtet ist.
Bei der Durchführung von thermischen metallurgischen Prozessen
an Metallen oder deren Legierungen in einem metallurgischen
Schmelzgefäß liegen nach Abschluss dieser Prozesse die Metalle
in schmelzflüssiger Form vor, überschichtet mit
schmelzflüssiger Schlacke. Um die Metallschmelze von der
Schlackenschmelze abzutrennen, ist bei bekannten
metallurgischen Schmelzgefäßen möglichst in einem Erkerteil im
Gefäßboden eine Abstichöffnung angeordnet, durch die die
Metallschmelze nach unten in eine Schmelzpfanne abgezogen
werden kann.
Mit fallendem Schmelzbadspiegel bildet sich von der
Abstichöffnung ausgehend ein Wirbel (Vortex) aus, der schräg
bis zur Gefäßwand verläuft. Bei weiter sinkendem
Schmelzbadspiegel entsteht letztlich ein Hohlwirbel, der auch
Teile der auf der Metallschmelze schwimmenden
Schlackenschmelze erfasst und verwirbelt, so dass die
ursprünglich vorhandene Trennung zwischen Metallschmelze und
Schlackenschmelze nicht mehr gegeben ist und Schlackenschmelze
gemeinsam mit der Metallschmelze durch die Abstichöffnung nach
unten ausgetragen wird.
Die mit der Metallschmelze auf diese Weise in die
Schmelzpfanne geförderte oxidische Schlacke bringt Sauerstoff
mit und führt beispielsweise zum Mehrverbrauch von Aluminium
für die erforderliche Desoxidation, von synthetischer Schlacke
für die Aufnahme der Oxide und Kalzium für die Modifikation
der oxidischen Einschlüsse. Das Oxidationsprodukt Tonerde
(Al2O3) verschlechtert die Gießeigenschaften und der
Sauerstoff aus dem FeO in der Schlacke erschwert weiterhin die
Entschwefelung und Entgasung.
Demgegenüber wird bei einem reduzierten Schlackengehalt in der
Metallschmelze beispielsweise die "Clean Steel"-Behandlung
einer Stahlschmelze in der Sekundär-Metallurgie deutlich
begünstigt, was insbesondere für die Erzeugung von
"Ultra-Low-Carbon"-Stählen für Flachprodukte eine wichtige
Rolle spielt.
Um den geschilderten Schlackenmitlauf beim Abstich der
Metallschmelze zu reduzieren, sind verschiedene Verfahren und
Vorrichtungen bekannt geworden.
Aus der DE 33 27 671 C2 ist bekannt, einen kegelförmig
geformten Strömungskörper (mit der Kegelspitze nach unten) von
oben über eine Hubvorrichtung nach unten bis dicht oberhalb
der Abstichöffnung abzusenken. Durch diese Maßnahme umströmt
der Wirbel nun den Formkörper und ist dadurch so gebunden,
dass eine Verwirbelung der Schlacke nicht mehr stattfindet.
Auch dieses bekannte Verfahren stellt eine relativ teure und
aufwendige Methode dar, da der Formkörper im Schmelzbad einem
Verschleiß unterliegt und deshalb öfters ausgetauscht werden
muss.
In der DE 298 80 318 U1 wird schließlich vorgeschlagen, im
Gefäßboden um die Abstichöffnung herum gasdurchlässige
kegelstumpfförmige Spülsteine anzuordnen, durch die von unten
ein Gas - entgegen der Fließrichtung der Metallschmelze - in
die Metallschmelze eingeblasen wird. Durch diese Maßnahme soll
der Ausbildung eines Wirbels oberhalb der Abstichöffnung
begegnet werden.
Neben dem beschriebenen Mitlauf der Schlackenschmelze infolge
ihrer Verwirbelung mit der Metallschmelze kann es auch zu
einem direkten Kontakt der Schlackenschmelze mit der
Abstichöffnung kommen. Dieser Schlackennachlauf kommt dann
zustande, wenn beim Zurückkippen bei kippbaren metallurgischen
Gefäßen, beispielsweise beim Elektrolichtbogenofen, trotz
hoher Kippgeschwindigkeit die Schlackenschmelze über die
Metallschmelze hinaus schnell zurückfließt.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Abstichsystem
anzugeben, das den Schlackenmitlauf und auch den
Schlackennachlauf mit einfachen Mitteln, ohne größeren
apparativen Aufwand und ohne große Betriebskosten
betriebssicher reduziert.
Die gestellte Aufgabe wird bei metallurgischen Gefäßen mit im
Gefäßboden angeordneter Abstichöffnung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, in unmittelbarer Nähe der
Abstichöffnung mindestens eine Düse anzuordnen, durch die ein
neutrales Gas oder eine entsprechende Gasmischung in einem
Strahl mit hoher Impulsenergie in das metallurgische
Schmelzgefäß eingeblasen wird, wird im Bereich der
Abstichöffnung die Schlackenschmelze von der
Metallschmelzoberfläche entfernt (weggeblasen). Damit ist
gewährleistet, dass trotz Ausbildung eines Wirbels in der
Metallschmelze ein Schlackenmitlauf nicht mehr erfolgen kann
und auch der Schlackennachlauf durch dieses Verfahren durch
den entsprechend energiestarken Gasstrahl mit Erfolg
verhindert wird.
Geregelt wird die Stärke und die Einblasrate des Gasstrahls
durch eine Ventilstation, die mit einem Druckgasbehälter oder
einer Druckgaserzeugungsanlage in Verbindung steht.
Damit durch das Gaseinblasen mit dem Gas keine unerwünschten
Bestandteile, wie beispielsweise Sauerstoff in die
Metallschmelze gelangen, wird ein solches Gas oder Gasgemisch
verwendet, das sich in Bezug auf die weitere Verwendung und
Bearbeitung der Metallschmelze neutral verhält, wie
beispielsweise ein Edelgas.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
Ventilstation mit einem Mess- und Regelsystem verbunden, durch
das der Startzeitpunkt, die Dauer und die Intensität des
Gaseinblasens automatisch überwacht und geregelt wird. Als
Messgrößen für diese automatische Regelung können durch
entsprechende Messgeräte
- - die Höhe des Schmelzbadspiegels im metallurgischen Schmelzgefäß,
- - der Kippwinkel und die Kippgeschwindigkeit des metallurgischen Schmelzgefäßes,
- - das Abstichgewicht der Metallschmelze in der Schmelzpfanne
verwendet werden. Auf diese Weise kann mit hoher
Betriebssicherheit ein optimales Gaseinblasen an die jeweilige
Prozesssituation während des Abstichvorgangs angepasst werden.
Je nach dem Ort der Abstichöffnung sind eine oder mehrere
Düsen im Bereich der Abstichöffnung so angeordnet, dass mit
Sicherheit ein vollständiges Abblasen der Schlackenschicht von
der Metalloberfläche erreicht wird.
Die Größe, Form, Anzahl und Anordnung (in der seitlichen
Gefäßwand und/oder im Gefäßdeckel, Winkel zum Gefäßboden) der
Düsen sind der Größe und Bauart des metallurgischen Gefäßes
sowie der Größe der Badoberfläche angepasst, wobei sich die
Düsenaustrittsöffnungen oberhalb und/oder unterhalb des
Badspiegels befinden können.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung
werden nachfolgend anhand von in schematischen
Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein metallurgisches
Gefäß,
Fig. 2 ein Teilausschnitt eines metallurgischen Gefä¢es
im Vertikalschnitt,
Fig. 3 ein Blockschaltbild zur erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
In Fig. 1 ist ein metallurgisches Gefäß 5 zum Zeitpunkt des
Abstichs dargestellt. Es handelt sich bei diesem
Ausführungsbeispiel um einen konventionellen
Elektrolichtbogenofen, wobei die Elektroden nicht
eingezeichnet sind. Im linken Erker befindet sich im
Gefäßboden 13 eine Abstichöffnung 10, durch die Metallschmelze
2 in eine unterhalb des metallurgischen Gefäßes 5 angeordnete
Schmelzpfanne 11 mit Gießstrahl 6 einfließt. Die Schmelzpfanne
11 befindet sich auf einem Pfannenwagen 8 bzw. den dort
angeordneten Wiegezellen 7, durch die kontinuierlich die in
die Schmelzpfanne 11 einfließende Metallmenge erfasst werden
kann. Oberhalb der Metallschmelze 2 schwimmt die
Schlackenschmelze 1, in die der durch den Abstichvorgang
erzeugte Wirbel 4 bis fast zum Badspiegel 15 hineinreicht.
In unmittelbarer Nähe der Abstichöffnung 10 sind in der
seitlichen Gefäßwand 12 zwei Düsen 3 angeordnet, deren
Düsenaustrittsöffnungen 14 hier von oben und von unten gegen
die Schlackenschicht 1 gerichtet sind. Nicht eingezeichnet
sind in Fig. 1 die Gaszuführungsleitungen 25 (Fig. 3), durch
die die Düsen 3 mit dem einzublasenden Gas beaufschlagt werden
und auch die Ventilstation 16 (Fig. 3) sowie das Mess- und
Regelsystem 20 (Fig. 3).
Fig. 2 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt den Abstichteil
des Schmelzgefäßes 5, das sich in einer gekippten Stellung
befindet. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Düse 3 in der
seitlichen Gefäßwand 12 fast parallel zum Gefäßboden 13 und
Leicht nach oben geneigt angeordnet. Wie in Fig. 2 schematisch
dargestellt, wird durch den Gasstrahl 9 die Schlackenschmelze
1 oberhalb der Metallschmelze 2 so weit von der Abstichöffnung
10 zurückgedrängt, dass die Schlackenschmelze mit dem Wirbel 4
nicht mehr in Kontakt geraten und ein Schlackenmitlauf bzw.
Schlackennachlauf durch die Abstichöffnung 10 nicht erfolgen
kann.
In Fig. 3 ist in einem Blockschaltbild dargestellt, in
welcher Weise das Schmelzgefäß S mit der Ventilstation 16 und
dem Mess- und Regelsystem 20 funktional verbunden ist. Die an
den Wiegezellen 7 auf Grund des in die Schmelzpfanne 11
einfließenden Gießstrahls 6 erhaltenen Messimpulse und die am
Schmelzgefäß 5 erfassten Messimpulse (Kippstellung,
Schmelzbadhöhe) werden über die Messleitungen 19, 22 in das
Mess- und Regelsystem 20 eingespeist. Aus diesem Mess- und
Regelsystem 20 werden dann über die Steuerleitung 21 die für
die Steuerung des Druckgases erforderlichen Steuerimpulse an
die Ventilstation 16 gegeben. Das aus einem Druckgasbehälter
18 und/oder aus einer Druckgaserzeugungsanlage 17 über die
Versorgungsleitungen 23, 24 an der Ventilstation 16 anstehende
Druckgas wird dann - von der Ventilstation 16 gesteuert
mittels Mess- und Regelsystem 20 - über die Gaszuführung 25 in
das metallurgische Schmelzgefäß 5 eingeblasen.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungsfiguren
dargestellten metallurgischen Gefäße (Elektrolichtbogenofen
/EAF) beschränkt, sondern auch bei anderen metallurgischen
Gefäßen anwendbar, bei denen die Abstichöffnung sich im
Gefäßboden befindet und bei denen die Gefahr eines
Schlackenmitlaufs bzw. -nachlaufs durch die Abstichöffnung
während des Abstichs besteht.
Claims (10)
1. Verfahren zum Abstechen von Metallschmelzen, vorzugsweise
von Stahlschmelzen, aus metallurgischen Schmelzgefäßen wie
beispielsweise Elektrolichtbogenöfen, durch eine im Gefäßboden
angeordnete Abstichöffnung, wobei zum Zeitpunkt des Abstichs
die Metallschmelze mit Schlackenschmelze überschichtet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass während des Abstichs im Bereich
der Abstichöffnung (10) durch mindestens einen Gasstrahl (9),
der durch mindestens eine Düse (3) mit hoher Impulsenergie in
das metallurgische Schmelzgefäß (5) eingeblasen wird, die
Schlackenschmelze (1) von der Oberfläche der Metallschmelze
(2) entfernt (weggeblasen) wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Stärke und die Einblasrate des Gasstrahls (9) durch eine
Ventilstation (16) geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass durch ein Mess- und Regelsystem (20) der Startzeitpunkt,
die Dauer und die Intensität des Gaseinblasens automatisch
überwacht und geregelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur
automatischen Regelung des Gaseinblasens durch das Mess- und
Regelsystem (20) mindestens einer der Parameter, nämlich die
Höhe des Schmelzbadspiegels (15) im metallurgischen
Schmelzgefäß (5), Kippwinkel und Kippgeschwindigkeit des
Schmelzgefäßes (5) und/oder Abstichgewicht der Metallschmelze
(2) in der Schmelzpfanne (11) verwendet wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass zum Einblasen ein neutrales Gas
oder ein Gasgemisch, beispielsweise ein Edelgas, verwendet
wird, das die weitere Bearbeitung und Verwendung der
Metallschmelze (2) nicht negativ beeinflusst.
6. Metallurgisches Schmelzgefäß (5) mit einer im Gefäßboden
(13) angeordneten Abstichöffnung (10), zur Durchführung des
Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine im Bereich der
Abstichöffnung (10) durch die seitliche Gefäßwand (12)
und/oder durch den Gefäßdeckel geführte Düse (3).
7. Metallurgisches Schmelzgefäß (5) nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Düsenaustrittsöffnung (14) oberhalb
und/oder unterhalb des Badspiegels (15) angeordnet ist.
8. Metallurgisches Schmelzgefäß (5) nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Größe, Form, Anzahl und
Anordnung der Düsen (3) entsprechend der Größe der
Badoberfläche ausgelegt sind.
9. Metallurgisches Schmelzgefäß (5) nach Anspruch 6, 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (3) über eine
Ventilstation (16) mit einer Druckgaserzeugungsvorrichtung
(17) und/oder einem Druckgasbehälter (18) verbunden sind.
10. Metallurgisches Schmelzgefäß (5) nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ventilstation (16) mit einem Mess-
und Regelsystem (20) verbunden ist.
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