DE19960717A1 - Vorrichtung zum periodischen Abstechen einer Schmelze sowie Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung - Google Patents
Vorrichtung zum periodischen Abstechen einer Schmelze sowie Verfahren zum Betreiben einer derartigen VorrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abstechen einer Schmelze, insbesondere einer Metallschmelze wie Stahl aus einem Schmelzengefäß, wie einem Schmelzofen, z. B. einem Elektrolichtbogenofen, mit einem in der Wandung, vorzugsweise in dem Boden des Schmelzengefäßes angeordneten Abstichkanal, welcher gefäßaußenseitig mittels eines Verschlussgliedes verschließbar ist, wobei der Einmündungsbereich des Abstichkanals gefäßinnenseitig mit einem Bolzen abdeckbar und/oder zumindest angenähert ausfüllbar ist, dass das Verschlussglied einen Zapfen aufweist, der in Verschlussposition des Verschlussgliedes den Auslaufbereich des Abstichkanals zumindest angenähert ausfüllt, und dass der Abstichkanal eine feuerfeste, insbesondere keramische Wandung aufweist, welche mittels einer sie umgebenden fluidgekühlten, insbesondere luftgekühlten, Induktorspule über Liquidustemperatur der Schmelze aufheizbar ist.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abstechen
einer Schmelze, insbesondere einer Metallschmelze wie Stahl,
aus einem metallurgischen Gefäss, beziehungsweise einem
Schmelzofen wie einem Elektrolichtbogenofen, mit einem in der
Wandung, vorzugsweise in dem Boden des Gefässes angeordneten
Abstichkanal, welcher gefäßaussenseitig mittels eines
Verschlussgliedes verschließbar ist.
Aus der DE-PS 59 95 22 ist eine Abstichvorrichtung für
Schmelzöfen bekannt, deren Abstichkanal durch einen stabförmi
gen, gekühlten Verschlusspfropfen aus einem metallischen
Stoff, dessen Zusammensetzung der des Einsatzes zumindest
nahekommt, verschlossen ist, wobei eine den Abstichkanal
umgebende zylindrische Rohrschlange, die mit einer Kühlleitung
und einer elektrischen Stromquelle zum Durchleiten von
Heizstrom durch die Rohrschlange verbunden ist, vorgesehen
ist. Hier ist die Abstichvorrichtung zentrisch vorgesehen.
Aus der DE-AS 12 00 481 ist eine Vorrichtung zum Öffnen und
Schließen der Ausflussöffnung eines Behälters für geschmolzene
Metalle, bestehend aus einem der Ausflussöffnung zugeordneten
Stopfen aus hochhitzebständigem, vorzugsweise keramischen
Werkstoff und einer um den Ausflussstutzen angeordneten
induktiven Heiz- und Kühleinrichtung bekannt, bei welcher der
Stopfen in Schließstellung mit der Innenwand des Ausfluss
stutzens einen konischen oder zylindrischen schmalen Ringraum
bildet, der durch eingefrorenes Metall aus der Schmelze
ausgefüllt ist.
Aus der AT-PS 207 053 ist ein Bodenverschluss für Gießpfannen
und dgl. zum Abgießen schmelzflüssiger Medien hoher Temperatur
aus einem Behälter durch eine Öffnung im Behälterboden
bekannt, an welche sich ein Abgusstrichter anschließt, wobei
die Bodenöffnung des Behälters durch eine Stopfenstange
verschließbar ist, der Abgusstrichter beheizbar ist, und für
die untere Mündung des Abgusstrichters ein eigenes Absperr
mittel vorgesehen ist.
Aus der EP 0 155 575 A1 ist ein Verfahren zur Regelung des
Durchflusses einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit,
insbesondere einer Metallschmelze beim Stranggießen bekannt,
mit einem Gießrohr und einer konzentrisch um dieses an
geordneten, ein elektromagnetisches Feld erzeugenden Spule,
wobei im Zentrum von Spule und Gießrohrdurchflusskanal
innerhalb der elektromagnetischen Wirklänge der Spule der
Metalldurchfluss verhindert wird und dabei den Durchfluss
regelnde, einschnürende elektromagnetische Kräfte auf das
Metall ausgeübt werden. Zum Unterbrechen des Metalldurch
flusses, insbesondere bei Gießende beim Stranggießen wird der
Metalldurchfluss kurzzeitig elektromagnetisch unterbrochen,
da sich im Gießrohrdurchflusskanal befindliche Metalle gekühlt
und zur Erstarrung gebracht werden und das elektromagnetische
Feld hernach ausgeschaltet wird. Zum Starten des Metalldurch
flusses, insbesondere bei Gießbeginn beim Stahlstrang gießen,
wird das Metall im Gießrohrdurchflusskanal innerhalb der
elektromagnetischen Wirklänge der Spule gekühlt und zur
Erstarrung gebracht und zu einem gewünschten Zeitpunkt durch
die Spule induktiv aufgeschmolzen.
Bei Elektrolichtbogenöfen ist es (vgl. EP 0 388 255 A1)
üblich, die Abstichanordnung seitlich in einer als Ofensole
bezeichneten Wanne anzuordnen und beim Abstich der Metall
schmelze den Ofen einseitig anzuheben.
Nachteilig bei den bekannten Abstichvorrichtungen ist entweder
ein erheblicher Montage- und Betriebsaufwand, unzuverlässige
Funktionen wegen unzureichender sogenannter Selbstöffner des
Abstichkanals, unbefriedigende Regelungsmöglichkeiten des
Metallschmelzenstromes oder übermässiger Aufwand für den
Abstichvorgang, insbesondere in den Fällen, in welchen das
metallurgische Gefäß gekippt werden muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abstichvor
richtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welche sich
insbesondere für einen Elektrolichtbogenofen eignet, ohne
diesen kippen zu müssen, mit welcher insbesondere der
Abstichvorgang problemlos unterbrochen und nach einer gewissen
Zeit wieder fortgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Abstichvorrichtung der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß beispielsweise dadurch gelöst,
dass der Einmündungsbereich des Abstichkanals gefäßinnenseitig
mit einem Bolzen abdeckbar und/oder zumindest angenähert
ausfüllbar ist, dass das Verschlussglied einen Zapfen
aufweist, der in Verschlusspostion des Verschlussgliedes den
Auslaufbereich des Abstichkanals zumindest angenähert
ausfüllt, und dass der Abstichkanal eine feuerfeste, ins
besondere keramische Wandung aufweist, welche mittels einer
sie umgebenden fluidgekühlten, insbesondere luftgekühlten,
Induktorspule über Liquidustemperatur der Schmelze aufheizbar
ist.
Bei einer solchen Abstichvorrichtung entfällt die aufwendige
Mechanik der Kippvorrichtung, das Kippen des Lichtbogenofens
im Betrieb und die übliche Sandfüllung des gesamten Abstich
kanals, die bei jedem Wiederangießvorgang von oben also
gefäßinnenseitig erneuert werden muss. Die Tap to Tap-Zeiten
können verringert werden, mit der Folge einer erhöhten Power
On-Zeit und damit grösseren Produktivität. Sie ermöglicht
bessere Abdichtungsmöglichkeiten gegen Lufteintritt mit
reduzierter Sauerstoffaufnahme des chargierten Materials sowie
einen schlackenfreien Abstich, wobei das Unterbrechen und
Wiederanfahren des Abstichvorganges problemlos vonstatten
geht.
Vorteilhafterweise weist der Bolzen eine Kopfplatte größeren
Durchmessers als der des Einmündungsbereiches des Abstich
kanals auf, wobei die Kopfplatte und/oder der Bolzen in den
Einmündungsbereich hinein konisch oder sphärisch verjüngt
sind/ist. Auf diese Weise kann beim Aufsetzen der Kopfplatte
und/oder des Bolzens auf den Einmündungsbereich des Abstich
kanals das Eindringen von Metallschmelze in den Abstichkanal
weitgehend verhindert werden.
Das Material des Bolzens mit der gegebenenfalls vorgesehenen
Kopfplatte ist vorzugsweise nicht temperaturbeständig. Es kann
zum Beispiel aus einem trockenen Hartholz bestehen, sodass die
Schmelze mit einer zeitlichen Verzögerung in den Abstichkanal
eindringt und ihn ausfüllt. Weiter vorzugsweise sollte das
Material der Abdeckung dem der Schmelze weitgehend ent
sprechen, sodass die abzustechende Schmelze nicht verunreinigt
wird.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass das Verschlussglied ein
den Zapfen tragender pilz- oder kappenförmiger vorzugsweise
feuerfester, gegebenenfalls keramischer Stopfen und/oder eine
Schieber- oder Schwenkplatte ist, um eine gute Abdichtung für
hohe Standzeiten sicherzustellen. Der Zapfen verdrängt die im
Auslaufbereich einfrierende Schmelze bis auf einen Rand
bereich, der aber zum oder beim Abstechen gesichert aufge
schmolzen werden kann.
Dabei kann der Zapfen lösbar mit dem Stopfen oder der
Schieber- oder Schwenkplatte verbunden sein, so dass er bei
Verschleiß für sich ausgetauscht werden kann.
Der Zapfen weist vorteilhafterweise einen mit einem ausfliess
fähigen, meist gekörnten, feuerfesten Material verfüllten
Hohlraum auf. Beim Öffnen des Abstichkanals kann dieses
Material nach unten auslaufen und die über dem Zapfen
anstehende flüssige Stahlsäule fließt aus.
Wenn die Wandungen des die Verfüllung aufnehmenden Hohlraums
nicht temperaturbeständig sind, werden sie kurz nach dem
Einschieben des Zapfens in den heißen Abstichkanal zerstört
und das freiwerdende Verfüllungsmaterial verfüllt den
Auslaufbereich des Abstichkanals fugenlos.
Die Wandungen des Hohlraums können aber auch aus einem
geeigneten feuerfesten Material bestehen. In diesem Fall wird
beim Einschieben des Zapfens zwischen diesem und der Abstich
kanalwand ein schmaler Ringraum ausgespart, in den die
Schmelze eindringen kann, wo sie einfriert. Die Stärke des
Ringraums und damit die Schichtdicke der eingefrorenen
Schmelze kann eingestellt werden, wie auch eine Schicht
einfrierender Schmelze oberhalb des Zapfens, um mit wachsender
Schichtdicke eine erhöhte Sicherheit gegen Durchbrüche zu
erzielen.
Wenn der Kopf des Zapfens mit einem feuerfesten plastischen
bis pastösen Dichtmaterial versehen ist, wird verhindert, dass
die Schmelze tiefer in den Kanal eindringt. Sie friert bereits
im Kopfbereich des Zapfens ein. Unterstützt wird das Ein
frieren durch eine oben aufliegende Metallplatte, die der
Schmelze zusätzlich Wärmeenergie entzieht.
Der Zapfen kann einen ihn durchdringenden feuerfesten Stift
oder ein Seil oder eine Kette aufweisen, wobei der Stift oder
das Seil oder die Kette mit einem Ende im Boden des Stopfens
oder der Schieber- oder Schwenkplatte verankert ist und mit
dem anderen Ende gegebenenfalls im Kopf des Zapfens verankert
ist. Beim Entfernen des Verschlussgliedes zum An- bzw.
Wiederangießen wird der Stift, das Seil oder die Kette aus der
Verfüllung herausgerissen, sodass sie einen Hohlraum in der
Verfüllung hinterlässt und gleichzeitig den Ausfließvorgang
des Verfüllmaterials unterstützt. In den so geschaffenen
Hohlraum startet der Abstich der Schmelze.
Die Verbindung des Zapfens mit dem Stopfen oder der Schieber-
oder Schwenkplatte bedingt, dass das Verschlussglied bzw. der
Zapfen in einer Raumkurve geführt wird derart, dass der Zapfen
in den Abstichkanal einführbar ist und der Stopfen oder die
Schieber- oder Schwenkplatte abdichtend an der Mündung des
Auslaufbereichs des Abstichkanals anliegt.
Der Stopfen und/oder die Schieber- oder Schwenkplatte können
oberflächenseitig ein plastisches bis pastöses feuerfestes
Dichtmaterial aufweisen, um die Abdichtung zu verbessern,
welches gegebenenfalls unter Temperatureinwirkung aushärtet,
um die Abdichtung zu verbessern.
Zur Verbesserung der Schließfunktion können ferner der
Einmündungsbereich und/oder der Auslaufbereich des Abstich
kanals nach aussen konisch erweitert sein, wozu die zu
gehörigen Verschlussorgane entsprechend angepasst sein können.
Durch die konische Erweiterung des Auslaufbereiches wird die
Entfernung des Zapfens und seiner Verfüllung beim Abstechen
der Schmelze begünstigt.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausgestaltung der Erfindung
ist die Induktorspule nur so weit dem Einmündungsbereich des
Abstichkanals angenähert, dass sie noch ausserhalb der für ihn
vorgesehenen Verschleisszone endet, und dass sie aber so weit
dem Auslaufbereich angenähert ist, dass mittels des elektro
magnetischen Wechselfelds der Induktorspule die Wandung des
Abstichkanals im Kopfbereich des in ihn hineinreichenden
Zapfens über Liquidustemperatur der Schmelze aufheizbar ist
und im Bereich des Stahlmantels des Bodens des Schmelzengefä
ßes nicht über die zulässige Festigkeitstemperatur des
Stahlmantels und/oder der Metallteile des Verschlussgliedes
bei Betriebsbedingungen aufheizbar ist. Auf diese Weise wird
eine optimale und schnelle Verflüssigung der eingefrorenen
Schmelze in dem Abstichkanal erreicht, ohne dass die übrigen,
insbesondere metallischen Vorrichtungsteile beeinträchtigt
werden.
Die Erfindung bezieht sich zur Lösung der gleichen Aufgabe
auch auf ein Verfahren zum Schließen und Öffnen eines
Abstichkanals in der Wandung, vorzugsweise in dem Boden eines
Schmelzengefäßes, insbesondere zum periodischen Abstechen
einer Schmelze, wie einer Metallschmelze, insbesondere aus
einem Schmelzofen, z. B. einem Elektrolichtbogenofen.
Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zum Schließen
des Abstichkanals der Schmelzenstrom in dem Abstichkanal
einlaufseitig zumindest kurzzeitig unterbunden oder zu einem
Rinnsal reduziert wird, dass der Auslaufbereich des Abstich
kanals auslaufseitig bis in mindestens den Bereich der ersten
Windung einer den Abstichkanal umgebenden, sich in Richtung
Einmündungsbereich des Abstichkanals erstreckenden Induktor
spule mittels eines Verschlussgliedes zumindest angenähert mit
einem feuerfesten Material verfüllt wird, wobei das Ver
schlussglied an der Mündung des Abstichkanals abdichtend zur
Anlage kommt, dass in dem Abstichkanal sich ansammelnde
Schmelze aufgrund eines Temperaturgefälles nach aussen in die
Wandung des Bodens des Schmelzengefässes und in den Stahlman
tel insbesondere im Auslaufbereich des Abstichkanals unter
Liquidustemperatur abgekühlt werden kann, und dass zum Öffnen
des Abstichkanals bzw. Wiederangießen der Schmelze die Wandung
des Abstichkanals und/oder die Schmelze induktiv soweit
aufgeheizt wird, dass sie ausfließfähig wird, und dass
anschließend oder vorausgehend die Mündung des Auslauf
bereiches des Abstichkanals durch Verschwenken und/oder
Verschieben des Verschlussgliedes wieder freigegeben wird. Auf
diese Weise wird eine schnelle und wirksame Methode vor
geschlagen, wie der Abstichvorgang insbesondere an einem
Elektrolichtbogenofen ohne Kippen ausgeführt werden kann.
Die kurzzeitige Unterbindung oder Reduzierung des Schmelzen
stromes erfolgt mechanisch, bsw. durch Abdeckung oder
Verfüllung des Einmündungsbereichs des Abstichkanals; sie kann
aber auch mittels Unterdruckes über dem Abstichkanal oder
mittels eines elektromagnetischen Wechselfeldes mit einer dem
Schmelzendruck entgegengerichteten Kraftkomponente erfolgen.
Für die Unterbrechung des Abstichvorganges wird der Ein
mündungsbereich des Abstichkanals mit einem Bolzen abgedeckt
und / oder zumindest angenähert ausgefüllt, wobei der Bolzen
zumindest bei Schmelzentemperatur nicht temperaturbeständig
ist. Der Bolzen wird also nur kurzzeitig das Eindringen der
Schmelze in den Abstichkanal unterbrechen, jedoch mit einem
ausreichenden Zeitintervall, um unter den leergelaufenen
Abstichkanal das Verschlussglied abdichtend zu positionieren,
wobei zugleich der Zapfen in den Auslaufbereich des Abstich
kanals eingeführt wird. Auf Grund der kurzzeitigen Unter
brechung des Schmelzenstromes mittels des Bolzens ist es also
möglich, das Verschlussglied vor Ort zu bringen, ohne dass es
durch den vollen Strahl der ausfliessenden Schmelze geführt
werden muss.
Zur Verfüllung und/ oder Abdeckung des Auslaufbereiches des
Abstichkanals wird ein mit dem Verschlussglied (10) gegebenen
falls lösbar verbundener Zapfen (103), der gegebenenfalls ein
feuerfestes fließfähiges Material aufweist, in einer Raumkurve
in den Abstichkanal eingeführt.
Wenn zum Abstich das Verschlussglied von der Mündung des
Abstichkanals entfernt wird, rieselt die Verfüllung des
Zapfens heraus oder sie wird zumindest teilweise mechanisch
herausgerissen, wodurch das Ausfließen der Schmelze in Gang
gesetzt wird.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei bilden
alle beschriebenen und /oder bildlich dargestellten Merkmale
für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der
Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in
einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Fig. 1 zeigt als Beispiel den bekannten schematischen
Aufbau eines Elektrolichtbogenofens 1 (vgl. z. B. EP 0 388 255 A1)
mit einer als Wanne 1a ausgebildeten Ofensohle, unteren
und oberen Seitenwänden 2, welche in ihrem oberen Bereich
wassergekühlt sind, einem ebenfalls wassergekühlten Deckel 3
mit einer Durchtrittsöffnung 4 für die (nicht dargestellten)
Elektroden und einen exzentrisch angeordneten Abstich mit
Abstichkanal 5. Der dargestellte Ofen 1 muss zum Abstich der
Stahlschmelze 9 um seine Achse 6 gekippt werden, was mit dem
erfindungsgemässen Abstich nicht erforderlich ist.
Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäß in dem Boden 8 einer
Wanne 1a vorgesehenen Abstich im einzelnen.
Fig. 3 zeigt als Ausschnitt von Fig. 2 eine besondere
Ausführungsform des Zapfens 103.
Gemäss Fig. 2 ist der Abstichkanal 5 von einem inneren
Abstichrohr 51 gebildet, das in ein äußeres Abstichrohr 52
eingemörtelt (Mörtelschicht 53) ist. Die Abstichrohre 51,
52 können aus Rohrsegmenten aufgebaut sein. Das innere
Abstichrohr 51 ist das in üblicher Weise auswechselbare
Verschleissfutter des Abstichkanals 5.
Das äussere Abstichrohr 52 ist in einen Lochstein 54 eingemör
telt (Mörtelschicht 55). Das innere Abstichrohr 51, das
äussere Abstichrohr 52 und der Lochstein 54 bestehen aus
feuerfesten, dem jeweiligen Zweck angepassten keramischen
Materialien.
In dem Lochstein 54 ist eine, gegebenenfalls mehrteilige, als
Hohlwendel ausgebildete Induktorspule 56, z. B. aus Kupferrohr
eingemörtelt oder eingegossen. Die Induktorspule 56 hat zum
Boden 8 bzw. zu dessen Stahlmantel 81 einen Sicherheits
abstand, damit der Stahlmantel 81 nicht oder nur wenig an ihr
elektromagnetisches Feld ankoppelt und sich nicht übermässig
aufheizt. Die Induktorspule 56 weist nach oben zum Niveau der
feuerfesten Auskleidung 82 des Bodens 8 der Wanne 1a ebenfalls
einen Sicherheitsabstand auf, damit sie durch die darüber
stehende Schmelze 9 nicht übermässig aufgeheizt wird oder in
die Verschleisszone 511a des Einmündungsbereichs 511 des
Abstichkanals 5 gerät. Die Induktorspule 56 ist vorzugsweise
luftgekühlt. Ihre elektrischen Anschlüsse und deren Verbin
dungsanschlüsse zur Kühlung sind über eine Leitung 57 durch
den Stahlmantel 81 des Bodens 8 nach aussen zu den (nicht
dargestellten) Versorgungseinheiten geführt.
Der Lochstein 54 einschließlich Induktorspule 56 kann zusammen
mit dem eingebauten äußeren und inneren Abstichrohr 51 und 52
als Einheit mit Abstand in einen in der Bodenöffnung 83
ausgemauerten feuerfesten Ring 84 der feuerfesten Auskleidung
82 eingesetzt werden. Der Lochstein 54 ist auf einem mit dem
Stahlmantel 81 verkeilten Haltering 86 gehaltert, der
zusätzlich als Widerlager für das letzte Segment des äußeren
Abstichrohres 52 dient. Haltefinger 87 stützen das innere
Abstichrohr 51. Die gesamte Einheit wird mit einer Aus
fütterung aus Stampf- oder Gießmassen 85 in die feuerfeste
Auskleidung 82 des Bodens 8 in den gemauerten Ring 84
integriert.
Zum Angießen, Unterbrechen und Wiederangießen des Schmelzen
ofens wird folgendermaßen verfahren:
Für die erste Schmelze wird mittels des Verschlussgliedes 10 der Abstichkanal 5 verschlossen. Der Zapfen 103 ragt dann in den Auslaufbereich 512 des Abstichkanals 5 bis in den Bereich der ersten Windung der Induktorspule 56 hinein. Der sich in dem Abstichrohr 52 beim Aufschmelzen des Stahles in der Wanne 1a des Elektrolichtbogenofens ansammelnde flüssige Stahl 9 kann oberhalb des Zapfens 103 durch Wärmeentzug in die relativ kalte feuerfeste Auskleidung 82 und den Boden 8 der Wanne 1a einfrieren. Gegebenenfalls friert auch eine dünne Schale Stahls um den Zapfen 103 bis zur Abdichtung 102a des Stopfens 102 ein. Die geregelte induktive Aufheizung des inneren Abstichrohres 51 mittels der Induktionsspule 56 ermöglicht ein gezieltes Einfrieren(-lassen) des flüssigen Stahls 9, das in dem Masse erfolgen kann, wie es Sicherheitsanforderungen gebieten.
Für die erste Schmelze wird mittels des Verschlussgliedes 10 der Abstichkanal 5 verschlossen. Der Zapfen 103 ragt dann in den Auslaufbereich 512 des Abstichkanals 5 bis in den Bereich der ersten Windung der Induktorspule 56 hinein. Der sich in dem Abstichrohr 52 beim Aufschmelzen des Stahles in der Wanne 1a des Elektrolichtbogenofens ansammelnde flüssige Stahl 9 kann oberhalb des Zapfens 103 durch Wärmeentzug in die relativ kalte feuerfeste Auskleidung 82 und den Boden 8 der Wanne 1a einfrieren. Gegebenenfalls friert auch eine dünne Schale Stahls um den Zapfen 103 bis zur Abdichtung 102a des Stopfens 102 ein. Die geregelte induktive Aufheizung des inneren Abstichrohres 51 mittels der Induktionsspule 56 ermöglicht ein gezieltes Einfrieren(-lassen) des flüssigen Stahls 9, das in dem Masse erfolgen kann, wie es Sicherheitsanforderungen gebieten.
Zum Abstechen wird der Stahl in dem Abstichkanal 5 mittels der
induktiven Heizvorrichtung 56, 57 verflüssigt, zumindest
soweit verflüssigt, dass beim Entfernen des Verschlussgliedes
10 und des Zapfens 103 vom Abstichkanal 5 der Ausfluss des
flüssigen Stahls 9 als Selbstläufer in Gang kommt. Im
Gegensatz zu Elektrolichtbogenöfen des Standes der Technik,
die zum Abstechen einen sandgefüllten Abstichkanal benötigen,
in den kein flüssiger Stahl eindringen darf, weil er ansonsten
darin nicht mehr aufgeschmolzen werden kann, ermöglicht die
Erfindung, dass flüssiger Stahl 9 in den Abstichkanal 5
einläuft und ihn nahezu ausfüllt, da der Stahl mittels
induktiver Wärmeenergie flüssig gehalten oder verflüssigt
werden kann. Nur im untersten Teil des Auslaufbereichs 512 des
Abstichkanals 5 ist gegebenenfalls die Energieversorgung der
induktiven Aufheizung unzureichend, da die Induktionsspule 56
nicht bis ganz nach unten gezogen werden kann, sondern in
einem gewissen Abstand von den Metallteilen des Bodens 8 der
Wanne 1a und des Verschlussgliedes 10 endet, um diese induktiv
nicht zu stark anzukoppeln. Für diesen Fall ist der in den
unteren Auslaufbereich 512 des Abstichkanals 5 hineinreichende
Zapfen 103 vorgesehen, der den flüssigen Stahl 9 zwischen dem
Zapfen 103 und der Wandung des inneren Abstichrohres 51
höchstens bis auf einen schmalen Ringraum verdrängt, in dem
der Stahl ohne Beeinträchtigung des Abstichvorganges ein
frieren kann.
Oberhalb des Zapfens 103 kann der Stahl induktiv flüssig
gehalten oder verflüssigt werden. Gegebenenfalls kann man den
flüssigen Stahl aus Sicherheitsgründen zumindest teilweise
einfrieren lassen und zum Abstechen wieder aufschmelzen.
Zum Beenden bzw. Unterbrechen des Abstichvorganges wird der
Einmündungsbereich 511 des Abstichkanals 5 durch eine Öffnung
in der Abdeckung 7 (Fig. 1) hindurch mittels eines an einer
Stange 111 geführten Bolzens 11 und/oder dessen Kopfplatte 112
möglichst nahezu ausgefüllt bzw. abgedeckt, sodass der in der
Wanne 1a anstehende flüssige Stahl 9 nicht oder nur in einem
Rinnsal in den Abstichkanal 5 einläuft. Der Bolzen 11 kann an
seinem freien Ende konisch verjüngt sein, um seine Einführung
in den Abstichkanal 5 zu erleichtern. Die Kopfplatte 512 kann
auf ihrer Unterseite ebenfalls einen sich in Anpassung an die
Form des Einmündungsbereichs 511 konischen Übergang aufweisen,
um die Abdichtung zu verbessern.
Unmittelbar nach dem Verschluss des Einmündungsbereichs 511
des Abstichkanals 5 wird - nachdem der flüssige Stahl aus ihm
herausgeflossen ist - das Verschlussglied 10 abdichtend an den
Auslaufbereich 512 des Abstichkanals 5 zur Anlage gebracht.
Hierbei muss vermieden werden, dass Anbackungen von Stahl und
Schlacke auf dem Verschlussglied 10 und ein übermäßiges
Spritzen des auf das Verschlussglied 10 aufprallenden Stahls
erfolgen. Aus diesem Grund wird zuerst der Einmündungsbereich
511 des Abstichkanals 5 wie beschrieben abgedeckt und dadurch
der Stahlfluss unterbrochen, so dass im Anschluss daran das
Verschlussglied 10 ohne wesentliche Beeinträchtigung in
Verschlussposition gebracht werden kann. Wenn daraufhin der
Bolzen 11 und/oder dessen den Einmündungsbereich 511 über
greifende Kopfplatte 512 in dem darüber stehenden Stahlbad der
Wanne 1a mit zeitlicher Verzögerung zerstört wird, z. B.
aufschmilzt oder aufbrennt, so dass der Abstichkanal 5 mit
flüssigem Stahl 9 vollaufen kann, dann friert dieser wie oben
beschrieben zumindest über dem Verschlussglied 10 teilweise
ein und sichert zusätzlich den Abstichkanal 5 gegen einen
Durchbruch.
Zum Angießen und Wiederangießen wird das Verschlussglied 10
vom Abstichkanal 5 abgeschwenkt. Gleichzeitig muss der Zapfen
103 aus dem Auslaufbereich 512 des Abstichkanals 5 zumindest
teilweise entfernt werden, so dass der darüber anstehende
flüssige Stahl 9 als Selbstläufer auszufließen beginnt. Zu
diesem Zweck ist der Zapfen 103 in einer Ausführungsform als
ein zylindrisches Paket beispielsweise aus Pappe ausgebildet,
das mit einem körnigen, fließfähigen, in der Regel feuerfesten
Material, z. B. mit sogenannten Sand gefüllt ist. Beim Abziehen
des Verschlussgliedes 10 rieselt der "Sand" aus dem Abstich
kanal 5 heraus, eine gegebenfalls versinterte Sandbrücke
bricht bei den herrschenden hohen Temperaturen unter dem
ferrostatischen Druck der darüber stehenden Stahlsäule ein,
und der Abstich beginnt. Der Zapfen 103 kann aber auch aus
einem dünnwandigen feuerfesten Material bestehen. Auch in
diesem Fall weist er eine Füllung mit einem fließfähigen
feuerfesten Material auf. Über die einstellbare Wandstärke des
Deckels des Zapfens 103 lässt sich die Stabilität der Brücke
einstellen. Bei beiden Ausführungsbeispielen kann das
Ausfließen des "Sandes" mittels eines in den Zapfen 103,
gegebenenfalls bis in die Brücke hineinreichenden feuerfesten
Stiftes, eines feuerfesten Seiles oder einer feuerfesten Kette
110 unterstützt werden, wenn diese beim Öffnen des Verschluss
gliedes 10 mit herausgerissen werden.
Die Induktorspule 56, die zumindest an eine den Abstichkanal
5 umgebende elektrisch leitfähige, feuerfeste Schicht
ankoppelt, ist aus Sicherheitsgründen luftgekühlt - eine
Wasserkühlung in der feuerfesten Auskleidung 82 des Bodens 8
der Wanne 1a könnte bei Kontakt mit flüssigem Stahl 9 zu einer
Explosion führen. Die Induktionsspule ist derart angeordnet,
dass sie sicher ausserhalb der Verschleißzone 511a des
Einmündungsbereichs 511 endet. Auch nach unten zum Boden 8
weist die Induktorspule 56 einen Sicherheitsabstand auf, damit
sie im Betrieb nicht den Stahlmantel 81, den Haltering 86, die
Haltefinger 87 oder das Verschlussglied 10 in einem Masse
ankoppelt, der trotz Kühlmöglichkeiten von außen nicht zu
vertreten ist.
1
metallurgisches Gefäß
1
a Wanne
2
Seitenwände
3
Deckel
4
Durchtrittsöffnung
5
Abstichkanal
51
inneres Abstichrohr
52
äusseres Abstichrohr
511
Einmündungsbereich des Abstichkanals
511
a Verschleißzone
512
Auslaufbereich des Abstichkanals
53
Mörtelschicht
54
Lochstein
55
Mörtelschicht
56
Induktorspule
57
Strom - und Kühlleitung
6
Kippachse
7
Abdeckung
8
Boden
81
Stahlmantel
82
feuerfeste Auskleidung
83
Bodenöffnung
84
Ring
85
Stampf - oder Gießmasse
86
Haltering
87
Haltefinger
88
Wandung des Abstichkanals
9
Schmelze, insbesondere schmelzflüssiger Stahl
10
Verschlussglied
101
Schieber- oder Schwenkplatte
102
Stopfen
102
a Dichtmaterial
103
Zapfen
103
a Kopfbereich des Zapfens
103
b Fussbereich des Zapfens
104
plastisches bis pastöses feuerfestes Material
105
Metallplatte
106
Gestänge
107
Hohlraum
108
fliessfähiges feuerfestes Material
109
Wandungen
110
feuerfester Stift, Seil, Kette
110
a Ende von Stift, Seil, Kette
110
b anderes Ende von Stift, Seil, Kette
11
Bolzen
111
Stange
112
Kopfplatte
Claims (21)
1. Vorrichtung zum Abstechen einer Schmelze, insbesondere
einer Metallschmelze wie Stahl aus einem Schmelzengefäß (1),
wie einem Schmelzofen, z. B. einem Elektrolichtbogenofen, mit
einem in der Wandung, vorzugsweise in dem Boden (8) des
Schmelzengefäßes (1) angeordneten Abstichkanal (5), welcher
gefäßaußenseitig mittels eines Verschlussgliedes (10)
verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein
mündungsbereich (511) des Abstichkanals (5) gefässinnenseitig
mit einem Bolzen (11) abdeckbar und/oder zumindest angenähert
ausfüllbar ist, dass das Verschlussglied (10) einen Zapfen
(103) aufweist, der in Verschlusspostion des Verschlussgliedes
(10) den Auslaufbereich (512) des Abstichkanals (5) zumindest
angenähert ausfüllt, und dass der Abstichkanal (5) eine
feuerfeste, insbesondere keramische Wandung (88) aufweist,
welche mittels einer sie umgebenden fluidgekühlten, ins
besondere luftgekühlten, Induktorspule (56) über Liquidustem
peratur der Schmelze (9) aufheizbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Bolzen (11) eine Kopfplatte (112) größeren Durchmessers
als der des Einmündungsbereiches (511) des Abstichkanals (5)
aufweist, wobei die Kopfplatte (112) und/oder der Bolzen (11)
in den Einmündungsbereich (511) hinein konisch oder sphärisch
verjüngt sind/ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Bolzen (11) und/oder die Kopfplatte
(112) bei höheren Temperaturen, wie zum Beispiel bei Liqui
dustemperatur der Schmelze (9), nicht temperaturbeständig
sind/ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
das Material des Bolzens (11) und/oder der Kopfplatte (112)
dem der Schmelze (9) entsprechen/entspricht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der Bolzen (11) und/oder die Kopfplatte (112) aus einem
organischen Material, wie trockenem Hartholz, besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Verschlussglied (10) ein den Zapfen (103) tragender pilz -
oder kappenförmiger vorzugsweise feuerfester, gegebenenfalls
keramischer Stopfen (102) und/oder eine Schieber- oder
Schwenkplatte (101) ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch
gekennzeichnet, dass der Zapfen (103) lösbar mit dem Stopfen
(102) und/oder der Schieber oder Schwenkplatte (101) ver
bunden ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch
gekennzeichnet, dass der Zapfen (103) einen Hohlraum (107)
aufweist, der mit einem ausfließfähigen, feuerfesten Material
(108) verfüllt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die den Hohlraum (107) begrenzenden Wandungen (109) bei
höheren Temperaturen, wie zum Beispiel bei Liquidustemperatur
der Schmelze (9), nicht temperaturbeständig sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die den Hohlraum (107) begrenzenden Wandungen (109) aus einem
feuerfesten Material bestehen.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass der Zapfen (103) des Verschlussgliedes
(10) eine ihn überkragende Schicht eines plastischen bis
pastösen feuerfesten Materials (104) aufweist, die gegebenen
falls unter Temperatureinwirkung aushärtet und/oder eine
Metallplatte (105) mit geringerem Querschnittsabmessungen als
die des Abstichkanals (5).
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass der Zapfen (103) einen ihn durch
dringenden feuerfesten Stift oder ein Seil oder eine Kette
(110) aufweist, wobei der Stift oder das Seil oder die Kette
(110) mit einem Ende (110a) in dem Boden des Stopfens (102)
oder der Schieber- oder Schwenkplatte (101) verankert ist und
mit dem anderen Ende (110b) gegebenenfalls in dem Kopf des
Zapfens (103) verankert ist.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verschlussglied (10) bzw. der Zapfen
(103) in einer Raumkurve derart geführt ist, dass der Zapfen
(103) in den Abstichkanal (5) einführbar ist und der mit dem
Zapfen (103) verbundene Stopfen (102) oder die mit ihm
verbundene Schieber- oder Schwenkplatte (101) abdichtend an
der Mündung des Auslaufbereichs (512) des Abstichkanals (5)
zur Anlage kommt.
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass der Stopfen (102) und/oder die Schieber-
oder Schwenkplatte (101) oberflächenseitig ein plastisches bis
pastöses feuerfestes Dichtmaterial (102a) aufweisen/aufweist,
das gegebenenfalls unter Temperatureinwirkung aushärtet.
15. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, dass der Einmündungsbereich (511) und/oder der
Auslaufbereich (512) des Abstichkanals (5) nach aussen konisch
erweitert sind/ist.
16. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, dass die Induktorspule (56) nur so weit dem
Einmündungsbereich (511) des Abstichkanals (5) angenähert ist,
dass sie noch ausserhalb der für ihn vorgesehenen Ver
schleißzone (511a) endet, und dass sie aber so weit dem
Auslaufbereich (512) des Abstichkanals (5) angenähert ist,
dass mittels des elektromagnetischen Wechselfelds der
Induktorspule (56) die Wandung (88) des Abstichkanals (5) im
Kopfbereich (103a) des in ihn hineinreichenden Zapfens (102)
über Liquidustemperatur der Schmelze aufheizbar ist und im
Bereich des Stahlmantels (81) des Bodens (8) des Schmelzenge
fässes (1) nicht über die zulässige Festigkeitstemperatur des
Stahlmantels (81) und/oder der Metallteile des Verschluss
gliedes (10) bei Betriebsbedingungen aufheizbar ist.
17. Verfahren zum Schließen und Öffnen eines Abstichkanals
(5) in der Wandung, vorzugsweise in dem Boden (8) eines
Schmelzengefäßes (1), insbesondere zum periodischen Abstechen
einer Schmelze, wie einer Metallschmelze, insbesondere aus
einem Schmelzofen, z. B. einem Elektrolichtbogenofen, dadurch
gekennzeichnet, dass zum Schließen des Abstichkanals (5) der
Schmelzenstrom in dem Abstichkanal (5) einlaufseitig zumindest
kurzzeitig unterbunden oder zu einem Rinnsal reduziert wird,
dass der Auslaufbereich (512) des Abstichkanals (5) aus
laufseitig bis in den Bereich der ersten Windung einer den
Abstichkanal (5) umgebenden, sich in Richtung Einmündungs
bereich (511) des Abstichkanals (5) erstreckenden Induktor
spule (56) mittels eines Verschlussgliedes (10) zumindest
angenähert mit einem feuerfesten Material verfüllt wird, wobei
das Verschlussglied (10) an der Mündung des Abstichkanals (5)
abdichtend zur Anlage kommt, dass in dem Abstichkanal (5) sich
ansammelnde Schmelze aufgrund eines Temperaturgefälles nach
aussen in die Wandung des Bodens (8) und des Stahlmantels (81)
des Schmelzengefäßes (1) insbesondere in dem Auslaufbereich
(512) des Abstichkanals (5) unter Liquidustemperatur abgekühlt
werden kann, und dass zum Öffnen des Abstichkanals (5) bzw.
Wiederangießen der Schmelze die Wandung (8) des Abstichkanals
(5) und/oder die Schmelze induktiv soweit aufgeheizt wird,
dass sie ausfließfähig wird, und dass anschließend oder
vorausgehend die Mündung des Auslaufbereiches (512) des
Abstichkanals (5) durch Verschwenken und/oder Verschieben des
Verschlussgliedes (10) wieder freigegeben wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass
die kurzzeitige Unterbindung oder Reduzierung des Schmelzen
stromes mechanisch, bsw. durch Abdeckung oder Verfüllung des
Einmündungsbereichs (511) des Abstichkanals (5) oder mittels
Unterdruckes über dem Abstichkanal (5) oder mittels eines
elektromagnetischen Wechselfeldes erfolgt.
19. Verfahren nach den Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
dass der Einmündungsbereich (511) des Abstichkanals (5) mit
einem Bolzen (11) abgedeckt und/oder angenähert ausgefüllt
wird, wobei der Bolzen (11) nicht schmelzentemperaturbeständig
ist.
20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass
zur Verfüllung und/oder Abdeckung des Auslaufbereiches (512)
des Abstichkanals (5) ein mit dem Verschlussglied (10)
gegebenenfalls lösbar verbundener Zapfen (103), der gegebenen
falls ein feuerfestes ausfliessfähiges Material (108)
aufweist, in einer Raumkurve in den Abstichkanal (5) einge
führt wird.
21. Verfahren nach den Ansprüchen 17 und 20, dadurch
gekennzeichnet, dass beim oder im Anschluss an das Ver
schwenken und/oder das Verschieben des Verschlussgliedes (10)
zur Freigabe des Auslaufbereiches (512) das fliessfähige
feuerfeste Material (108) des Auslaufbereichs (512) des
Abstichkanals (5) gänzlich oder bruchstückhaft herausfließt
und/oder herausgerissen wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999160717 DE19960717A1 (de) | 1999-12-15 | 1999-12-15 | Vorrichtung zum periodischen Abstechen einer Schmelze sowie Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999160717 DE19960717A1 (de) | 1999-12-15 | 1999-12-15 | Vorrichtung zum periodischen Abstechen einer Schmelze sowie Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19960717A1 true DE19960717A1 (de) | 2001-06-28 |
Family
ID=7932902
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999160717 Ceased DE19960717A1 (de) | 1999-12-15 | 1999-12-15 | Vorrichtung zum periodischen Abstechen einer Schmelze sowie Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19960717A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007019917A1 (de) * | 2005-08-12 | 2007-02-22 | Sms Demag Ag | Abstichkanal für einen metallurgischen ofen |
EP2998672A1 (de) * | 2014-09-17 | 2016-03-23 | Refractory Intellectual Property GmbH & Co. KG | Abstich an einem metallurgischen Gefäss, insbesondere einem Elektrolichtbogenofen |
-
1999
- 1999-12-15 DE DE1999160717 patent/DE19960717A1/de not_active Ceased
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN101238344B (zh) * | 2005-08-12 | 2010-06-23 | Sms西马格股份公司 | 冶金炉的出料通道 |
US7850903B2 (en) | 2005-08-12 | 2010-12-14 | Sms Siemag Aktiengesellschaft | Tapping channel for a metallurgical furnace |
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EP2998672A1 (de) * | 2014-09-17 | 2016-03-23 | Refractory Intellectual Property GmbH & Co. KG | Abstich an einem metallurgischen Gefäss, insbesondere einem Elektrolichtbogenofen |
WO2016041740A1 (de) * | 2014-09-17 | 2016-03-24 | Refractory Intellectual Property Gmbh & Co. Kg | Abstich an einem metallurgischen gefäss, insbesondere einem elektrolichtbogenofen |
CN106716035A (zh) * | 2014-09-17 | 2017-05-24 | 里弗雷克特里知识产权两合公司 | 在冶金的容器尤其电弧炉处的出料口 |
CN106716035B (zh) * | 2014-09-17 | 2019-08-13 | 里弗雷克特里知识产权两合公司 | 在冶金的容器尤其电弧炉处的出料口 |
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