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Vorrichtung
zum schlackearmen Entnehmen des Flüssigstahls aus dem Verteiler
bei der Stahlerzeugung Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum schlackearmen
Entnehmen des Flüssigstahls
bei der Stahlerzeugung aus dem der Weiterbehandlung dienenden Verteiler,
wobei der Verteiler über
einen oder mehrere Bodenausläufe
verfügt.
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Bei
der Stahlerzeugung und Behandlungsvorgängen in nachgeschalteten Gefäßen wie
dem Verteiler ergibt sich beim Entnehmen der Flüssigphase durch den Bodenauslauf
eine mehr oder weniger starke axiale laminare Strömung, also
ein Strudel, der die über
dem flüssigen
Stahl befindliche flüssige Schlacke
in den entnommenen Stahl mit hineinreißt und dann austrägt. Der
Anteil Schlacke in diesem Strudel kann erhebliche Mengen erreichen,
weil der Strudel sich fast immer bis an die Oberfläche der Schmelze
hin durchsetzt. Diese Gefahr besteht vor allem dann, wenn zum Gießende hin
der Badspiegel im Verteilergefäß einen
niedrigeren Stand erreicht und damit die Strudelausbildung sehr
schnell die Oberfläche
erreichen kann. Man versucht dieses Mitreißen von Schlacke möglichst
gering zu halten, indem die im Verteiler verbleibende Reststahlmenge etwa
15 – 20%
des gesamten Verteilerinhaltes beträgt. Bei großen Verteilergefäßen kann
dieses sehr schnell mehr als 10 t Reststahl erreichen und bei z. B.
durchschnittlich 150 Verteilern pro Monat ergibt sich ein Stahlbärenanteil
im Jahr von ca. 16.000 bis 18.000 t im Verteiler, sodass mit einer
Verlustmenge an hochwertigen Stählen
in erheblicher Höhe
gerechnet werden kann. Bei einem 180 t Konverter mit etwa 22 bis
25 Schmelzen ergibt diese Verlustmenge nahezu die Tagesproduktion
eines Konverters. Zur Verhinderung des Mitaustragens von Schlacke
sind Systeme bekannt, bei denen durch einen bestimmten Spülvorgang
ein schlackefreier Fleck an der Oberfläche oberhalb des Bodenauslaufes
erzeugt wird, sodass ein eventueller Strudel keine Schlacke mitreißen kann.
Allerdings ist ein solcher schlackefreier Fleck immer eine Stelle
für hohen
Temperaturverlust und Oxidationsvorgänge, die durch sogenanntes
Zuschmieren der Ablaufrohre Behinderungen im Überführen des Stahles in die nachgeschalteten
Gefäße darstellen.
Außerdem
ist der dafür
notwendige Aufwand nachteilhaft.
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Der
Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, über die
ein Mitaustragen von Schlacke mit dem flüssigen Stahl minimiert oder
gar ganz unterbunden werden kann, ohne dass Oxidations- oder andere
Probleme auftreten.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass im Bereich des Bodenauslaufes des Verteilers Strudelbrecher
in Form von den Strudel brechenden Einbauten angeordnet sind.
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Diese
Strudelbrecher sind so dem Bodenauslauf zugeordnet, dass sich ein
Strudel erst gar nicht bilden kann oder wenn nur in einer solch
geringen Form und Größe, dass
er keine Behinderung bzw. keine Einzugswirkung auf die Schlacke
erbringen kann. Der Vorteil bei der entsprechenden Ausbildung der
Strudelbrecher und ihrer Anordnung ist, dass sie leicht anzuordnen
und auch auszutauschen sind. Er wird in der Regel mit in den Stahlbär eingeschlossen
und mit diesem dann weiter verarbeitet, sodass nach der Entnahme
des Stahlbären
lediglich das Einsetzen eines neuen Strudelbrechers oder mehrerer
derartiger Bauteile notwendig wird. Der große Vorteil kann vor allem darin
gesehen werden, dass bezüglich
des Stahlbären
ein wesentlich geringerer Stahlverlust auftritt und dass vor allem
bei jeder einzelnen Schmelze eine größere Entnahme an Flüssigstahl
möglich
ist, weil der verbleibende Reststahl statt bisher auf 15 – 20% nun
auf unter 10% heruntergefahren werden kann.
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Eine
zweckmäßige Ausführungsform
der vorliegenden Neuerung ist die, bei der der Strudelbrecher als
plattenförmige,
dicht am Bodenauslauf angeordnete Einbauten ausgebildet sind, wobei
diese Einbauten sich bis an die Schlackendecke heran erstrecken
können
aber nicht müssen,
um so die Strudelbildung gezielt zu beeinflussen bzw. zu vermeiden.
Die plattenförmigen
Strudelbrecher werden dicht an dem Bodenauslauf positioniert, sodass
sie eben gerade dort die entstehenden Strudel sicher unterbinden.
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Die
Neuerung sieht weiter vor, dass je Bodenauslauf ein plattenförmiger Strudelbrecher
vorgesehen ist. Es hat sich herausgestellt, dass ein solch einzelner
plattenförmiger
Strudelbrecher bereits bei Verteilern üblicher Größe die Strudelbildung unterbindet,
sodass auch die Menge des Fremdmaterials, was in den Stahlbären hineingelangt,
so gezielt gering gehalten werden kann.
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In
der Regel wird bei Verteilern mit einem sogenannten Stopfen gearbeitet,
der in den Bodenauslauf so hineinreicht, dass durch Anheben dieses Stopfens
das Auslaufen des flüssigen
Stahls möglich wird.
Mit dem Heben und Absenken des Stopfens kann die Entnahmemenge reguliert
werden. In einem solchen Verteiler sind ein, meist zwei oder auch
mehr solcher Stopfen und Bodenausläufe vorgesehen. Gerade um diese
in der Regel runden Stopfen bildet sich der Strudel, der zu den
beschriebenen Problemen führt,
d. h. dem Miteinzug von Schlacke. Von daher ist es zweckmäßig und
notwendig, die plattenförmigen
Strudelbrecher zum Stopfen des Verteilers in einen Abstand von 10 – 100 mm,
vorzugsweise 30 mm wahrend anzuordnen. Auch wenn bei einem solchen gering
bemessenen Abstand zwischen Stopfen und Strudelbrecher geringe Einflüsse eines
Strudels noch auftreten können,
schadet dies bezüglich
des gesamten Vorgangs nicht und das gesteckte Ziel wird sicher erreicht.
Darüber
hinaus muss grundsätzlich ein
gewisser Abstand zwischen dem Strudelbrecher und dem Stopfen eingehalten
werden, weil dieser in senkrechter Richtung bewegt werden muss und
thermische Ausdehnungen und eventuelle Materialanlagerungen zu Spaltverengungen
führen
können.
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Wie
schon erwähnt
wird der plattenförmige Strudelbrecher
in den Verteiler hineingesetzt und zwar so, dass er möglichst
dicht an dem jeweiligen Bodenauslauf steht. Dies ist insbesondere
dadurch sicher zu erreichen und andererseits da bei gleichzeitig
ein sicherer Stand, wenn wie neuerungsgemäß vorgesehen der plattenförmige Strudelbrecher
einen auf dem Verteilerboden aufstellbaren oder einen in den Bodenbereich
einbaufähigen
Standfuß aufweist. Der
Standfuß ist
in der Regel in den plattenförmigen Strudelbrecher
integriert, sodass bei der Aufstellung nur ein Arbeitsgang erforderlich
ist.
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Eine
besonders zweckmäßige Ausbildung des
Standfußes
ist die, bei der der plattenförmige Strudelbrecher
L-förmig
oder T-förmig
oder keilförmig ausgebildet
ist und damit einen gegen die Kraft des Strudels sichernden Standfuß aufweist.
Der Standfuß kann
bei der L-förmigen
Ausbildung so sein, dass das L von der Drehrichtung des Strudels
abgewandt ist, sodass ein Umkippen des plattenförmigen Strudelbrechers auch
bei hoher Belastung durch den Strudel nicht zu befürchten ist.
Bei der T- oder keilförmigen
Ausbildung ist sowieso die Standsicherheit optimal, weil der auftreffende
Strudel aus dem Flüssigstahl
den plattenförmigen
Standfuß nicht
beeinflussen kann. Bei der keilförmigen
Ausführung
wird dieser Fuß in
eine entsprechende Ausnehmung im Verteilerboden „eingesetzt".
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Die
Integrierung des Standfußes
in den gesamten plattenförmigen
Strudelbrecher ist insbesondere dann leicht möglich, wenn der plattenförmige Strudelbrecher
aus einem feuerfesten Material, vorzugsweise Beton besteht. Dieses
feuerfeste Material hat darüber
hinaus den Vorteil, dass es eine ausreichende Standzeit zulässt, also
beispielsweise ein ausreichende Anzahl von Schmelzen, bevor eine Entfernung
oder ein Austausch notwendig wird.
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Bezüglich des
eigentlichen, plattenförmigen Strudelbrechers
erweist es sich als zweckmäßig, wenn
er bezüglich
des senkrechten Bremsteils eine Haifischflossenform aufweist, wobei
die bodenseitige Flanke und die senkrechte Flanke verbindende Flanke
einen Bogen beschreibt und wobei die senkrechte Flanke bis dicht
an den Stopfen heranreichend angeordnet ist. Gerade im Bereich der
senkrechten Flanke, d. h. also des Stopfens, besteht die Gefahr
der Strudelausbildung, die durch diese besondere Ausführung sicher
gebremst und unterbrochen werden kann.
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Als
besonders zweckmäßig bezüglich der Ausbildung
des plattenförmigen
Strudelbrechers ist die Ausführung
anzusehen, bei der die senkrechte Flanke keilförmig ausgebildet ist, was bedeutet,
dass sie mit einer scharfen Kante bis dicht an den Stopfen heranreicht
und aufgrund ihres Winkels zum Stopfen eine zusätzliche Brechwirkung auftritt.
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Statt
der mittigen scharfen Kante bei der keilförmigen Ausbildung der senkrechten
Flanke sieht eine Weiterbildung vor, dass die senkrechte Flanke
in Drehrichtung des Strudels eine scharte Kante bildend ausgeführt ist.
Hier wird also der entstehenden Strudelbildung gezielt entgegengewirkt
und diese unterbrochen und abgeschnitten.
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Eine
weitere Ausbildungsmöglichkeit
ist die, bei der der plattenförmige
Strudelbrecher eine sich zum Standfuß hin verbreiternde senkrechte
und/oder sich dem Stopfen nähernde
Flanke aufweist. Die senkrechte Flanke wird also leicht im unteren
Teil gebogen, um sich so der Form des Stopfens gezielt anzupassen
und zu gewährleisten,
sodass der Abstand jeweils bis in den Bereich des Bodenauslaufes
zwischen Strudelbrecher und Stopfen gleich bleibt. Darüber hinaus
kann durch eine verbreiterte Ausführung wiederum gezielt auf
den entstehenden Strudel oder den vorhandenen Strudel eingewirkt
werden, um so dessen Wirkung zu minimieren oder ganz zu unterbinden.
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Denkbar
ist es auch, dass die im Bereich des Bodenauslaufes angeordneten
Einbauten in einer Kronenanordnung positioniert und mit mehreren senkrechten
Bauteilen unterschiedlicher Höhe
ausgerüstet
sind. Diese Kronenanordnung hat den Vorteil, dass damit im unteren
Bereich der Austrag des flüssigen
Materials begünstigt
wird.
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Die
Neuerung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Vorrichtung
geschaffen ist, über
die es möglich
ist, beim Entnehmen des Flüssigstahls
bei der Stahlherstellung aus dem Verteiler das Miteinziehen der
Schlackendecke in die flüssige
Phase sicher zu unterbinden. Dies erreicht man nicht durch Inkaufnahme
weiterer Nachteile, wie beispielsweise Temperaturverlust, sondern
dadurch, dass auf dem Verteilerboden Strudelbrecher in Form von
plattenförmigen
Einbauten installiert werden, die das Herunterfahren des Reststahls
im Verteiler auf weit unter 10% möglich machen. Es wird also
nicht nur eine erhebliche Reduzierung der mitgeschleppten Schlacke
erreicht oder besser eine Schlackenzurückhaltung erreicht, sondern
darüber
hinaus ist es auch möglich,
bei jeder Schmelze eine größere Menge
an Flüssigstahl
aus dem Verteiler herauslaufen zu lassen, ohne dass die Gefahr besteht,
dass die Schlackendecke einbricht bzw. Teile davon mit in eventuelle
Strudel hineingezogen und dann ausgetragen werden. Damit ist weiter
verbunden, dass wesentlich kleinere Stahlbären anfallen, sodass die Verlustmenge
an hochwertigen Stählen
deutlich verringert wird.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Neuerung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung,
in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt
ist. Es zeigen:
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1 ein
vereinfachtes Verfahrensschema,
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2 die
Draufsicht auf einen Verteiler,
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3 einen
Verteiler im Teilschnitt,
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4 ein
Strudelbrecher in Seitenansicht und L-förmiger Ausführung,
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5 ein
Strudelbrecher in Vorkopfansicht in T-förmiger Ausführung,
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6 eine
vereinfachte Wiedergabe eines Stopfens mit zugeordnetem Strudelbrecher
und
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7 Vorderansichten
eines Strudelbrechers.
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1 zeigt
ein vereinfachtes Verfahrensschema der Stahlherstellung. Im Konverter 1 wird das
Roheisen 2 mit hier nicht im Einzelnen dargestelltem Schrott
zu Rohstahl verblasen. Dabei entsteht über der flüssigen Phase eine Schlackeschicht 3,
die beim angedeuteten Kippen des Konverters 1 aus der Abstichöffnung 4 herauszulaufen
droht. Daher werden die Abstichöffnungen 4 heutzutage
mit einem Stopfen verschlossen, der beim Abstichvorgang zunächst dafür sorgt,
dass die Schlackeschicht 3 über den Abstichkanal hinweg
läuft,
bevor dann der flüssige
Rohstahl den Stopfen auflöst
und dann wie angedeutet in die Pfanne 6 gelangen kann.
In der Pfanne 6 erfolgt der nächste Behandlungsvorgang, wobei über dem
Stahlbad 7 eine Schlackendecke 8 aufgebracht wird,
die die beim Behandeln des Stahlbades 7 freigesetzten Stoffe
aus dem flüssigen
Stahl aufnimmt. Im Bereich des Bodenauslaufs 10 ist Schiebersand 11 angeordnet,
der für
die Abdichtung des Lochsteines sorgt, sodass beim Öffnen des Schiebers
bzw. des Bodenauslaufes 10 zunächst einmal auch Schiebersand 11 mit über das
Schattenrohr 9 in den Verteiler 12 gelangt.
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Im
Verteiler 12 wird der Stahl zum Abguß vorgehalten. Auch hier ist
eine Schlackendecke 14 auf dem Stahlbad 13 angeordnet,
um die freigesetzten Stoffe aufnehmen zu können bzw. thermisch zu isolieren
und die Aufnahme von oxidischen Bestandteilen zu ermöglichen.
Im Verteilerboden 24 ist eine Vielzahl von Bodenausläufen 15, 16, 16' vorgesehen, die
gemeinsam oder auch getrennt geöffnet
werden können,
um den Flüssigstahl
in die Stranggußanlage 18 weiterzuführen.
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Im
Bereich der Bodenausläufe 15, 16, 16' sind als Strudelbrecher 20 wirkende
Einbauten 21, 22 angedeutet, auf deren besondere
Anordnung und Ausführung
weiter hinten noch hingewiesen wird.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf einen solchen Verteiler 12, wobei der
Einlauf 17 und die Bodenausläufe 15, 16, 16' erkennbar werden,
die wie schon erwähnt
einzeln oder gemeinsam geöffnet
und geschlossen werden können,
um so die Stranggußanlage 18 zu
bedienen.
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3 zeigt
eine Teilansicht eines Verteilers 12, wobei erkennbar wird,
dass dem Stopfen 23 die mit 20, 21 bzw. 20, 22 bezeichneten,
als Strudelbrecher wirkenden Einbauten 21, 22 zugeordnet
sind. Diese mit einem Standfuß 26 ausge rüsteten Strudelbrecher 20 brechen
den beim Öffnen
und Hochziehen des Stopfens 23 entstehenden Strudel so,
dass Schlacke aus dem Bereich der Schlackendecke 14 nicht
mehr wie bisher mit in den Bodenauslauf 15, 16 hineingezogen
wird. In der Regel reicht ein Strudelbrecher 20, wie im
linken Teil der 3 gezeigt. Unter Umständen oder
bei besonderen Gegebenheiten kann es aber auch zweckmäßig sein,
zwei gegenüberliegende
oder sonstwie versetzt angeordnete Strudelbrecher 20, 21 bzw. 20, 22 vorzusehen.
Diese Strudelbrecher 20 weisen eine Höhe von 250 bzw. 300 mm, sind
etwa 50 mm dick und bestehen aus feuerfestem Material, vorzugsweise
Beton. Die besondere Formgebung des Standfußes 26 ermöglicht es,
diese Einbauten 21, 22 einfach auf dem Verteilerboden 24 dicht
an den Bodenausläufen 15, 16 aufzustellen
oder in entsprechende Ausnehmungen einzusetzen, d. h. es bedarf
keiner besonderen Installationen, da der L-förmige
Fuß 26 gemäß 4 oder
der T-förmige
Fuß 26 nach 5 oder
ein nicht dargestellter Einbaukeil ausreichend sind, um den Strudel wirksam
zu brechen, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Strudelbrecher 20 selber
umfällt
oder aber verschoben wird.
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Die
so ausgebildeten Strudelbrecher 20 werden z. B. dem Bodenauslauf 15, 16 zugeordnet,
wobei sie zweckmäßigerweise
zumindest im Drittelende 34 so ausgebildet sind, dass sie
durchgehend bis dicht an den Stopfen 23 heranreichen. Dies
ist in 6 angedeutet. Der haifischflossenähnliche
Strudelbrecher 20 ist ebenfalls auf dem Verteilerboden 24 einfach
abzustellen, um die Strudelbremswirkung zu entfalten.
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4 und 6 zeigen,
dass der senkrechte Bremsteil 28 des Strudelbrechers 20 nicht
wie in 3 unbedingt rechteckig geformt sein muss, sondern
besonders geeignet ist die Ausbildung nach 4 und 6,
wo eine Art Haifischflossenform dargestellt ist. Während die
senkrechte Flanke 30 und die bodenseitige Flanke 29 gerade
verlaufen, ist die verbindende Flanke 31 bogenförmig ausgeführt, wobei
sie nach 4 die gleiche Breite aufweist,
wie die senkrechte Flanke 30, während 6 lehrt,
dass sie wirklich haifischflossenförmig nach oben hin angeschärft ist.
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Die
bodenseitige Flanke 29 geht nach 4, 5,
und 6 in den Standfuß 26 über, sodass beide
Teile ein Baueinheit darstellen. Der Spalt 32 zwischen
dem senkrechten Bremsteil 28 und dem Stopfen 23 ist
so klein gehalten, dass der Strudel abgebrochen wird.
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Um
die Strudelwirkung zu brechen weist die zum Stopfen 23 weisende
Vorderseite 35 eine Keilform auf oder nach der rechten
Darstellung der 7 ist eine scharfe Kante 33 in
Richtung auf die Drehrichtung des Wirbels bzw. Strudels vorgesehen,
um so gezielt den Strudel brechen zu können.