DE19930538C1 - Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines einen Innenschacht aufweisenden Lichtbogenofens - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines einen Innenschacht aufweisenden Lichtbogenofens

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein metallurgisches Gefäß mit einer verschließbaren Bodenabstichöffnung und einem koaxial zum eine Schlackentür aufweisenden Außenschacht des Ofengefäßes angeordneten Innenschacht, in dem mindestens eine vertikal verfahrbare stromführende Elektrode vorgesehen ist. Dabei ist mindestens ein Teil des Innenschachtes (21) ein aus feuerfestem Material aufgebauter zylindrischer Block (23). DOLLAR A In dem Block (23) ist mindestens eine Bohrung (24) vorgesehen, durch die stangenförmige, eine zylindrische Außenkontur aufweisende Bauteile (31-33, 41-43) führbar sind, und DOLLAR A an Aktuatoren (52, 53) sind angeschlossene Halteeinrichtungen (62-65) vorhanden, mit denen das Kopfende des Blockes (23) im Ofenschacht (13) positionierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein metallurgisches Gefäß mit einer verschließbaren Bodenabstichöffnung und mit einem koaxial zum eine Schlackentür aufweisenden Außenschacht des Ofengefäßes angeordneten Innenschacht, in dem mindestens eine vertikal verfahrbare, stromführende Elektrode vorgesehen ist und ein Verfahren zum Abstechen der Schmelze aus dem Gefäß.
Aus DE 197 53 184 A1 ist ein metallurgisches Gefäß mit einem mit Feuerfestmaterial ausgekleideten Untergefäß, in dessen Boden ein Abstichloch vorgesehen ist und einem Obergefäß, das durch einen Deckel verschließbar ist, bekannt, bei dem koaxial zur Ofenhauptachse ein Zentralrohr vorgesehen ist, in dem mindestens eine Elektrode angeordnet ist, wobei mindestens kopfendig an dem Zentralrohr eine axial verschiebbare Schürze vorgesehen ist, die koaxial zur Ofenmittenachse und achsparallel zu den Elektroden angeordnet ist und deren Mündung zum Gefäßboden zeigt.
Bei den in diesem Bereich des Ofens während der Betriebsphase herrschenden Temperaturen ist diese Schürze besonderem Verschleiß ausgesetzt.
Aus DE 33 16 366 A1 ist ein Ofengefäß für einen Gleichstromlichtbogenofen mit einer im Mittenbereich des Gefäßbodens vorgesehenen Kontaktvorrichtung zur Ableitung des Anodenstromes bekannt, wobei diese Kontaktvorrichtung aus in Feuerfestmaterial gehaltener, metallener Elektrodenstifte besteht, die von unten her durch in dem Gefäßboden vorgesehene feuerfeste Lochsteine dringen.
Die Stifte sind fest in den Lochsteinen eingepaßt, damit keine Schmelze aus dem Boden des Ofengefäßes herausfließt. Die Stifte sind somit nicht frei in den Löchern bewegbar.
Die Erfindung hat zum Ziel, mit konstruktiv einfachen Mitteln eine Vorrichtung sowie ein Herstellverfahren für einen Innenschachtteil und ein Verfahren zum Abstechen eines metallurgischen Gefäßes zu schaffen, das ein wartungsarmes, sicheres Betreiben gewährleistet.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Merkmale des Vorrichtungsanspruchs 1, und der Verfahrensansprüche 16 und 19.
Erfindungsgemäß ist mindestens ein Teil des einen Innenschacht aufweisenden Ofengefäßes ein aus feuerfestem Material aufgebauter zylindrischer Block. Dieser Block besitzt entsprechend der Anzahl der von oben in das Ofengefäß hineinragenden Elektroden Bohrungen. Der Block ist an Halteeinrichtungen aufgehängt, mit denen das Kopfende des Blockes im Ofenschacht positionierbar ist. Ein Bereich des zylindrischen Blockes ragt in den als metallisches Rohr, zumindest als Ring ausgestalteten Innenschacht.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind durch die Bohrungen des feuerfesten Blockes nicht nur Elektroden, sondern auch anstelle dieser Lanzen durchführbar. Diese Lanze sind als Aufblaslanzen einsetzbar, wenn beispielsweise das metallurgische Gefäß in der Art eines Konverter betrieben wird.
Um das Gewicht des aus feuerfestem Material bestehenden Blockes so gering wie möglich zu erhalten, weist dieser eine Länge LB auf, die zwischen 0,5 bis 3,0 × dem Durchmesser DB des Blockes liegt.
Weiterhin sind die Abmessungen sowohl der Elektroden bzw. Lanzen im Bezug auf die Bohrungen wie auch der Außendurchmesser des Blockes zu dem metallischen Teil des Innenschachtes so gewählt, daß eine behinderungsfreie laterale Relativbewegung möglich ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Block an drei seilförmigen Tragelementen befestigt, z. B. aus Ketten. Aus sicherer und einfacher Weise läßt sich somit der Block nicht nur zentrieren, sondern auch exakt in seiner vertikalen Richtung verfahren.
In einer anderen Ausgestaltung, insbesondere wenn mehrere koaxial zueinander angeordnete Elektroden bei einem Lichtbogenofen vorgesehen sind, ist der Block über eine zentrisch angeordnete Tragstange gehalten.
In einer besonderen Ausgestaltung ist ein Tragarm vorgesehen, an dem mindestens eine Elektrode befestigt ist. Der Tragarm ist über einen Schlitz nach außen aus dem Ofenschacht geführt und dort an einer Tragsäule befestigt. Diese Tragsäule ist vertikal nach oben geführt und an einer Bühne der Stahlwerkshalle befestigt. Durch diese Bauform gewinnt man Freiraum auf der Ofenbühne und weiterhin läßt sich im Bereich des Schlitzes die Schlackentür anordnen, die durch die Ausgestaltung des Tragarmes sowie der Tragsäule frei zugänglich ist.
Erfindungsgemäß wird eine weitere Ausgestaltung für die Elektrodenhalterung vorgesehen, in dem der Tragarm horizontal verschiebbar ist. Durch diese Ausgestaltung wird es möglich, die Elektroden nach Entfernen aus den Bohrungen des feuerfesten Blockes die Bohrungen gänzlich frei zu geben. In die frei werdenden Öffnungen lassen sich Lanzen einführen, über die bei einer Verwendung des metallurgisches Gefäßes als Konverter Sauerstoff auf die Charge aufblasbar ist.
Im Rahmen der Erfindung ist das metallurgische Gefäß feststehend und im Boden des Gefäßes ist die Abstichöffnung außerhalb des Schattenbereiches des Innenschachtes angeordnet.
Weiterhin ist zum definierten Abziehen der Schlacke eine waagerechte Schlackeschwelle vorgesehen, die aus einem feuerfesten Block, insbesondere aus Graphit, aufgebaut ist, der einen radialen Ausschnitt besitzt. Der Zylinder ist an einem Aktuator angeschlossen, mit dem dieser um seine Längsachse verdreht werden kann. Hiermit wird die Möglichkeit eröffnet, exakt die gewünschte Schlackenmenge abzuziehen.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, den feuerfesten Block des Innenschachtes als Verdrängungskörper einzusetzen. Durch die vertikale Verschiebbarkeit des Blockes wird es möglich, diesen in die Schmelze abzusenken. Hierdurch läßt sich in einfacher Weise der Pegel der Schmelze einstellen. Dies gilt sowohl für die Möglichkeit des exakten Abzugs, insbesondere in Kombination mit der verdrehbaren Schlackenschwelle, der Schlacke wie auch im Bezug auf die metallische Schmelze. Durch das Absenken des feuerfesten Blockes in die Schmelze wird der Abstand von der Trennschicht zwischen Schlacke und Metall zur Eintrittsöffnung des Bodenabstichs erhöht. Hierdurch wird es möglich, über einen längeren Zeitraum diesen Pegel oberhalb der kritischen Pegelhöhe zu halten und somit ein schlackefreies Abstechen durchzuführen.
Die zwischen dem Innen- und dem Außenschacht aufsteigenden Reaktionsgase werden zur Schrottvorwärmung eingesetzt. Die Elektroden sind vor dem in den ringförmigen Chargierraum fallenden Schrott zu schützen. Hierzu wird erfindungsgemäß ein Block aus feuerfestem Material eingesetzt, der keinerlei Kühlung, insbesondere Wasser, erfordert. Der sonst übliche Aufwand der Überwachung des Kühlwassers entfällt also.
Dieser aus Feuerfestmaterial aufgebrachte Block unterliegt sowohl mechanischen wie auch thermischen Verschleiß. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, diesen feuerfesten Block an seiner rückwärtigen Seite aufzufüllen, um so die erforderliche Einsatzhöhe zu gewährleisten. Hierzu wird der Block, welcher an Ketten oder auch an einer Stange mittels Aktuatoren vertikal verschiebbar ist, in einer Position gehalten oder in eine solche gefahren, in der seine rückwärtige Stirnfläche frei zugänglich ist. An seinem äußeren Rand und im Bereich der Öffnungen werden Platten, vorzugsweise Blechmäntel angebracht. In dem so entstehenden Freiraum wird Feuerfestmaterial eingefüllt. Dieses Feuerfestmaterial wird - insbesondere nach Absenken des Blockes in seine Arbeitsstellung - thermisch verfestigt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden tixotrope Massen eingesetzt. Diese Massen werden gerüttelt und weisen nach dieser Behandlung eine feste Konsistenz auf.
In besonders einfacher Weise läßt sich - wie oben beschrieben - das durch Verschleiß verlorene Volumen des Blockes wieder nachfüllen, zumal der Block bis an eine Aufhängung an den Ketten oder Stangen in beliebiger Weise verfahrbar ist und auch jeder Zeit aufgebaut werden kann.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigt die
Fig. 1 Einen Schnitt durch das metallurgische Gefäß.
Fig. 2 Der Feuerfestblock als Verdrängungskörper.
Fig. 3 Die Schlackenschwelle.
In der Fig. 1 ist ein metallurgisches Gefäß 11 dargestellt, das einen Gefäßboden 12 mit einer Abstichöffnung 13 besitzt, die durch eine Verschlußeinrichtung 81 verschließbar ist. Im vorliegenden Fall ist dies ein Plattenschieber, der durch einen Aktuator 54 antreibbar ist. Im Bereich des Gefäßbodens 12 ist darüber hinaus eine Schlackenschwelle 91 angeordnet, die von einem Aktuator 55 betreibbar ist.
Das metallurgische Gefäß 11 weist einen Außenschacht 14 auf und koaxial zu diesem angeordnet einen Innenschacht 21. Im Mündungsbereich des Innenschachtes 21 ist ein zylindrischer Block 23 vorgesehen, der an Ketten 63, 64 gehalten wird. Die Ketten 63, 64 sind einenends an einem Aktuator 52 angeschlossen und anderenends fest mit dem Block 23 verbunden.
Block 23 ist aus feuerfestem Material aufgebaut und weist Bohrungen 24 auf.
Durch diese Bohrungen sind stangenförmige Bauteile führbar. So ist im rechten Teil der Figur durch die Bohrung 24 eine Lanze 41 geführt, welche anderenends an eine Sauerstoffförderstation 44 angeschlossen ist und gleichzeitig über einen Aktuator 56 in seiner vertikalen Lage verschiebbar ist.
Im linken Teil der Fig. 1 ist durch die Bohrung 24 des Blockes 23 eine Elektrode 31 geführt. Diese Elektrode 31 wird im vorliegenden Fall von einem Tragarm 34 gehalten, welcher an einer Tragsäule 35 befestigt und, welche vertikal nach oben geführt ist und über einen Aktuator 51 vertikal und durch einen Aktuator 57 horizontal bewegbar ist. Der Tragarm 34 ist in der vorliegenden Ausgestaltung des metallurgischen Gefäßes 11 durch einen Schlitz 17 geführt, welcher den Innenschacht 21 mit dem Außenschacht 14 verbindet.
Auf der dem Gefäßboden 12 abgewandten Stirnseite des Blockes 23 sind an den äußeren Rändern des Blockes 23 und an den Rändern der Bohrung 24 Platten 25 angebracht. In dem verbleibenden Zwischenraum ist eine Feuerfestmasse T einfüllbar. Durch diese Feuerfestmassen, die vorzugsweise tixotrope Massen sind, läßt sich die Länge des Blockes 23 vergrößern und damit der Volumenverlust durch Verschleiß an der Mündungsseite auffüllen. Die Länge des Blockes vor dem Auffüllen ist mit LB gekennzeichnet. Der Durchmesser des Blockes ist mit DB bezeichnet, wobei DB < ist als der Innendurchmesser DS des Innenschachtes 21.
In der Wandung des Außenschachtes 14 ist eine Öffnung 18 vorgesehen, die über eine Verbindung 72 mit einer Kalkförderstation 71 in Verbindung steht. Weiterhin besteht die Möglichkeit, durch die Öffnung 18 eine Staublanze 73 zu führen und somit gezielt Kalkstaub in den Innenbereich des metallurgischen Gefäßes 11 einzubringen.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt des metallischen Gefäßes 11, bei dem im unteren Bereich metallische Schmelze M, auf welcher Schlacke S aufschwimmt, sich befindet. Im Gefäßboden 12 ist eine Abstichöffnung 13 vorgesehen, die durch eine über einen Aktuator 54 betreibbare Veschlußeinrichtung 81 verschlossen ist. Weiterhin ist im Bereich der Schlackentür 15 eine Schlackenschwelle 91 angeordnet, welche einen Ausschnitt 92 besitzt.
In die Schmelze als Verdrängungskörper eingetaucht ist der Block 23, welcher in einem Ring 22 geführt ist.
Im vorliegenden Fall ist der Block 23 über eine Stange 62 gehalten, welche von einem Aktuator 53 in vertikaler Richtung bewegbar ist.
In Abhängigkeit der Position des Blockes 23 kann der Pegel sowohl der Schlacke S wie auch der Grenzschicht zwischen der metallischen Schmelze und der Schlacke eingestellt werden.
Die Fig. 3 zeigt in Seitenansicht und in der Draufsicht eine Schlackenschwelle 91, welche einen Ausschnitt 92 aufweist. Die Schlackenschwelle wird dabei in einer Führung 94 geführt und ist durch einen Aktuator 55 drehbar. Im oberen Teil der Figur ist vor der zylindrischen Schlackenschwelle 91 eine Feuerfestmasse 93 angefüllt worden, welche als Schutz einer aus Graphit aufgebauten Schlackenschwelle 91 dient.
Positionsliste Behälter
11
Metallurgisches Gefäß
12
Gefäßboden
13
Abstichöffnung
14
Außenschacht
15
Schlackentür
16
Deckel
17
Schlitz
18
Stauböffnung
Innenausbau
21
Innenschacht
22
Ring
23
Block
24
Bohrung
Elektrischer Strom
31-33
Elektrode
24
Tragarm
24
Tragsäule
Gas
41-43
Lanze
44
Sauerstoffförderstation
Verschieben
51
Aktuator Elektrode vertikal
52
Aktuator Block über Kette
53
Aktuator Block über Stange
54
Aktuator Bodenabstichverschließteil
55
Sauerstoffförderstation
56
Akuator Lanze
57
Ekuator Elektrode horizontal
Tragen
62
Stange
63-65
Kette
Staub
71
Kalkförderstation
72
Verbindung
73
Staublanze
Verschließen
81
Verschlußeinrichtung
Schwelle
91
Schlackenschwelleg
92
Ausschnitt
93
Feuerfestmasse
94
Führung
LB Länge Block
DB Durchmesser Block
DS Durchmesser Innenschacht
S Schlacke
M Metallische Schmelze
T Feuerfestmasse

Claims (20)

1. Metallurgisches Gefäß mit einer verschließbaren Bodenabstichöffnung und mit einem koaxial zum eine Schlackentür aufweisenden Außenschacht des Ofengefäßes angeordneten Innenschacht, in dem mindestens eine vertikal verfahrbare stromführende Elektrode vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Teil des Innenschachtes (21) ein aus feuerfestem Material aufgebauter zylindrischer Block (23) ist,
daß in dem Block (23) mindestens eine Bohrung (24) vorgesehen ist, durch die stangenförmige, eine zylindrische Außenkontur aufweisende Bauteile (31-33, 41-43) führbar sind, und
daß an Aktuatoren (52, 53) angeschlossene Halteeinrichtungen (62-65) vorhanden sind, mit denen das Kopfende des Blockes (23) im Innenschacht (21) positionierbar ist.
2. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (23) eine Länge (LB) aufweist, die LB = (0,5-3,0) × DB entspricht, mit DB = Durchmesser des Blockes.
3. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (DB) des Blockes (23) um soviel kleiner ist als der Innendurchmesser (DS) des Innenschachtes (21), daß der Block (23) behinderungsfrei im Innenschacht (21) vertikal bewegbar ist.
4. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (23) an mindestens drei seilförmigen Tragelementen (63-65) befestigt ist, z. B. an Ketten, die über die Aktuatoren (52) eine vertikale Bewegung des Blockes (23) ermöglichen.
5. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz von mehr als einem stangenförmigen Bauteil (31-33, 41-43) der Block (23) an einem im Zentrum vorgesehenen Tragelement (62) befestigt ist, beispielsweise an einer Tragstange.
6. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile Elektroden (31-33) sind.
7. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile Lanzen (41-43) sind, insbesondere Aufblaslanzen zum Aufblasen von Sauerstoff auf die in das Ofengefäß (11) einbringbare Charge.
8. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgesehenen Elektroden (31-33) an mindestens einem Tragarm (34) befestigt sind, der durch einen Schlitz (17) führbar ist, welcher zwischen der Wand des Außenschachtes (14) und der des Innenschachtes (21) vorgesehen ist.
9. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Tragarm (34) mit den Elektroden (31-33) verbundene Tragsäule (35) vertikal nach oben geführt an einer Bühne der Stahlwerkshalle befestigt ist.
10. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragsäule (35) horizontal verschiebbar ist.
11. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das metallurgische Gefäß (11) feststehend ist und
daß das im Gefäßboden (12) vorgesehene Abstichöffnung (13) außerhalb des Schattenbereichs des Innenschachtes (21) angeordnet ist.
12. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ofenschacht (14) mindestens eine Öffnung (18) vorgesehen ist, die eine an eine Kalkförderstation (71) angeschlossene Verbindung (72) besitzt.
13. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Öffnung (18) eine Staublanze (73) führbar ist, deren Mündung in dem unteren Bereich des Blockes (23) positionierbar ist.
14. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Schlackentür (15) eine waagerechte Schlackenschwelle (91) vorgesehen ist, die aus einem feuerfesten Zylinder aufgebaut ist, der einen radialen Ausschnitt (92) besitzt.
15. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß am feuerfesten Zylinder (91) ein Aktuator (55) vorgesehen ist, mit dem dieser um seine Längsachse verdrehbar ist.
16. Verfahren zum Betreiben eines metallurgischen Gefäßes entsprechend Anspruch 1, mit einer verschließbaren Bodenabstichöffnung und mit einem koaxial eine Schlackentür aufweisenden Außenschacht des Ofengefäßes angeordneten Innenschacht, in dem mindestens eine vertikal verfahrbare stromführende Elektrode vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Schrille:
  • a) ab Ende des Schmelzbetriebes wird der Schmelzenpegel durch Absenken eines Verdrängungskörpers angehoben,
  • b) während des Abstichs wird durch Positionierung des Verdrängungskörpers in der Schmelze der angestrebte Pegel eingestellt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegel der auf dem Flüssigmetall aufschwimmenden Schlacke über die Positionierung des Verdrängungskörpers gesteuert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Grenzschicht Flüssigmetall/Schlacke zum Eintritt der Abstichöffnung zur Erreichung eines schlackefreien Abstichs maximiert wird.
19. Verfahren zum Aufbau eines aus Feuerfestmaterial aufgebauten Blockes entsprechend Anspruch 1, der vertikal bewegbar in einem einen Innenschacht aufweisenden metallurgischen Gefäß angeordnet ist und Öffnungen aufweist, durch die stangenförmige, eine zylindrische Außenkontur aufweisende Bauteile führbar sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • a) der Block wird in eine Position gefahren, in der die dem Boden des metallurgischen Gefäßes abgewandte Stirn frei zugänglich ist,
  • b) am äußeren Rand der Stirn des Blockes und der Öffnungen werden koaxial zueinander angeordnete ringförmige Platten, insbesondere aus Blech, befestigt, und
  • c) in den Zwischenraum der ringförmigen Platte wird eine Feuerfestmasse eingebracht.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Material tixotrope Massen sind, die nach Einfüllen gerüttelt werden.
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