DE2604353B1 - Metallurgisches kippgefaess, insbesondere stahlwerkskonverter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein metallurgisches Kippgefäß,

is insbesondere einen Stahlwerkskonverter, das sich mittels Gefäßvorsprüngen auf eine es umgebende Kippvorrichtung stützt, in der es um 360° kippbar gelagert und radiale und axiale Wärmedehnungsvorgänge gestattend gehalten ist, und dessen Kippvorrichtung Kraftmeßzellen für die Gefäß- bzw. Gefäßinhaltswägung zugeordnet sind.

Derartige, mit Wägevorrichtungen ausgestattete metallurgische Kippgefäße dienen der Ermittlung des Gefäßinhaltes mit dem Ziel, den Prozeßverlauf beim

2s Stahlerzeugen anhand wechselnden Gewichtes des Gefäßinhaltes zu beobachten und aufgrund der erhaltenen Gewichtswerte bzw. -diagramme den Entkohlungsprozeß zu steuern.

Es ist bekannt, ein metallurgisches Kippgefäß für das kontinuierliche Wiegen von Sauerstoffaufblaskonvertern zur Regelung des Blasablaufs mit dem Gehäuse der Kippzapfenstützen auf Kraftmeßzellen aufzustützen (Fachzeitschrift »Stahl und Eisen« 95,1975, Seite 1099). Diese Meßeinrichtung läßt aus verschiedenen Gründen nur ein ungenaues Wägeergebnis zu. Metallurgische Kippgefäße verschleißen bekanntlich an ihrer inneren Ausmauerung unregelmäßig. Nach einiger Zeit treten daher Auswaschungen des Mauerwerkes auf, die eine Verlegung des Gesamtschwerpunktes bewirken. Ferner bilden sich an der Gefäßmündung tonnenschwere Schlackenablagerungen, die ebenfalls eine unregelmäßige, außermittige Gewichtsbelastung darstellen. Schließlich kann die Herstellung eines metallurgischen Kippgefäßes nicht so genau erfolgen, daß der Gefäßschwerpunkt in der senkrechten Ebene der Kippzapfenachse zu liegen kommt. Die Gewichtsverlagerungen von Ausmauerung, Mündungsablagerungen und Herstellungsungenauigkeiten des Gefäßes führen einzeln und zusammen auch in der Normalstellung des metallurgischen Gefäßes, d. h. bei nach oben gerichteter Mündungsöffnung, zu einer Verlagerung des Gesamtschwerpunktes. Der Abstand des tatsächlichen Schwerpunktes zur Kippzapfenachse erzeugt ein zusätzliches Drehmoment um die Kippzapfenachse, so daß das Gehäuse der Kippzapfenstütze das Bestreben aufweist, zu rotieren. An dieser Rotationsbewegung hindern nur die Kraftmeßzellen. Aus dem erwähnten Drehmoment resultiert eine Horizontalkraft, die die Kraftmeßzellen unzulässig beansprucht. Derartige Kraftmeßzellen können aus hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten, aus festen Körpern, wie z. B. aus Quarzkristallen, oder aus mechanischen Druckfedereinheiten mit ausgewählten Kennlinien bestehen. Jede Art der Kraftmeßzellen erreicht jedoch nur bei genau lotrechter Belastung ein

f>5 unverfälschtes Meßergebnis.

Der bekannten Lösung ermangelt es an einer Maßnahme, die erwähnten horizontalen Kräfte von den Kraftmeßzellen fernzuhalten.

ORIGINAL IN

Eine derartig ungenaue Wägung wird nach einem anderen bekannten Vorschlag (DT-PS 20 18 251) vermieden. Die durch horizontale Kräfte belasteten Kippzapfenlager stützen sich auf Brücken, die ihrerseits auf den Kraftmeßzellen ruhen. Horizontale Bewegungen der Brücken wiederum sind nicht möglich, da die Brücken mittels Zuggliedern an ortsfester Stelle angelenkt sind. Auch das Drehmoment des Kippantriebs, das zu Belastungen der Kraftmeßzellen führen kann, ist an der Brücke abgestützt.

Obgleich die Aufnahme von horizontalen Kräften, d. h. das Fernhalten dieser Kräfte von den Kraftmeßzellen, gelöst ist, bestehen weiterhin Zweifel an der ausreichenden Genauigkeit des erhaltenen Wägeergebnisses. Der Grund hierfür liegt in dem ungewöhnlich ungünstigen Verhältnis von Eigengewicht des metallurgischen Gefäßes (Gefäßmantel, Teile der Kippvorrichtung und Ausmauerung) zum Meßgewicht. Das Meßgewicht liegt in einer Größenordnung von einigen Tonnen, währenddem das Eigengewicht des metallurgischen Gefäßes mit ca. 1000 t eingesetzt werden muß. Das Verhältnis von Eigengewicht zum Meßgewicht liegt somit in einer Größenordnung von 1 :100 bis 1 :1000.

Der vorliegenden Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, die Anordnung der Kraftmeßzellen so vorzunehmen, daß eine genauere Bestimmung des Gefäßinhaltes bzw. des Prozeßverlaufs bei metallurgischen Raffinationsverfahren, wie z. B. beim Stahlherstellen, ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kraftmeßzellen jeweils zwischen sich gegenüberliegenden Stellen eines Gefäßvorsprungs und einer Lagerfläche der Kippvorrichtung angeordnet sind und zusammen mit axial dehnbaren, radial biegeweichen, im wesentlichen parallel zur Gefäßachsrichtung verlaufenden Verbindungselementen, die die Gefäßvorsprünge mit der Kippvorrichtung verspannen, eine schwingungsfähige Lagerung des Gefäßes innerhalb der Kippvorrichtung bilden. Der Erfindungsmaßnahme kommen zwei Bedeutungen zu: Die Erfindung verläßt das Prinzip einer reinen Wägevorrichtung und kombiniert eine Wägevorrichtung mit einem Schwingungssystem. Die Erfindung verbindet ferner dieses Schwingungssystem mit der Lagerung des Kippgefäßes in der Kippvorrichtung, die eine Wärmedehnung des Kippgefäßes gestattet.

Die Schwingungsfähigkeit dieser Lagerung kann durch die Wahl der Verbindungselemente, z. B. in Form von Stangen, Drähten od. dgl. beeinflußt werden.

Eine andere Maßnahme, um die Schwingungszahl des Schwingungssystems in engeren Grenzen zu wählen, besteht nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung darin, daß die Kraftmeßzellen in der senkrechten Normalstellung des Gefäßes mit einer Vorlast beaufschlagt sind.

Für eine Einstellung der Schwingungszahl des Schwingungssystems in noch engeren Bereichen ist weiterhin vorgesehen, daß die Kraftmeßzellen auch außerhalb der senkrechten Normalstellung des Gefäßes mit einer Vorlast beaufschlagt sind, die größer als das do Gefäßgewicht mit dem jeweiligen Inhalt ist und die über eine Vorspannung der Verbindungselemente zwischen den Gefäßvorsprüngen und der Kippvorrichtung aufgebracht ist

Die Wägung des metallurgischen Kippgefäßes erfolgt im allgemeinen in der Normalstellung, in der die öffnung des Kippgefäßes nach oben gerichtet ist. Um Einflüsse von quer zur Meßrichtung der Kraftmeßzellen gerichteten Kräften auszuschließen, ist jeweils eine Kraftmeßzelle mittig zwischen einem Paar der axial dehnbaren und radial biegeweichen Verbindungselemente angeordnet, und sowohl die Achsen der Verbindungselemente als auch die Achsen der Kraftmeßzelle verlaufen parallel.

Im Hinblick auf die Wärmeeinwirkung in der Nähe des metallurgischen Kippgefäßes ist es zweckmäßig, besondere Maßnahmen für den Schutz der Kraftmeßzellen zu ergreifen. Nach einer diesbezüglichen Ausgestaltung der Erfindung ist jede Kraftmeßzelle in einem einseitig geschlossenen, am Gefäßvorsprung oder an der Kippvorrichtung befestigten Gehäuse untergebracht und stützt sich an der offenen Seite mittels eines Stempels auf eine quer zur Belastungsrichtung verlaufende Gleitfläche am Gefäßvorsprung bzw. an der Kippvorrichtung auf.

Die Kraftmeßzellen entsprechend dem bekannten Vorschlag nur in äußeren Bereichen von metallurgischen Kippgefäßen vorzusehen, erfordert keine besonderen Maßnahmen zum Schutz der Kraftmeßzellen. Als dem Hauptproblem der Erfindung ist den Wärmedehnungsbewegungen zwischen Gefäßvorsprung und Kippvorrichtung Rechnung zu tragen. Die Erfindung löst hier das Problem der in Gefäßachsrichtung ablaufenden Dehnungsvorgänge derart, daß der Stempel an der offenen Seite des einseitig geschlossenen Gehäuses in Belastungsrichtung gleitend bewegbar geführt ist.

Quer oder schräg zur Kippgefäßachse verlaufende Dehnungsbewegungen werden gemäß der Erfindung dadurch aufgefangen, daß der Stempel eine kugelige hohle Fläche für die Abstützung der Kraftmeßzelle aufweist.

Vorteilhafterweise ist die Kraftmeßzelle im einseitig geschlossenen Gehäuse gegen die geschlossene Se'te axial unverschiebbar festgelegt

Zum Schutz der Kraftmeßzelle vor den Wärmeeinflüssen des metallurgischen Kippgefäßes ist ferner vorgesehen, daß das Gehäuse für die Kraftmeßzelle einen gekühlten Mantel aufweist

Die über den Umfang des Kippgefäßes bzw. der Kippvorrichtung in gleichmäßigen Abständen verteilt angeordneten Kraftmeßzellen werden zur Ermittlung eines einzigen Meßsignals herangezogen. Hierzu sind sämtliche Kraftmeßzellen an ein elektrisches Meßwert-Speicher- bzw. Meßwert-Vergleichsgerät angeschlossen, das mit einem Ablesegerät für einen Mittelwert der Gewichtswerte verbunden ist

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Seitenansicht eines metallurgischen Kippgefäßes mit einem Teil des Kippgestells,

F i g. 2 die Seitenansicht des metallurgischen Kippgefäßes nach F i g. 1 in einer anderen Ausführungsform,

Fig.3 die vergrößerte Einzelheit der erfindungsgemäßen Kraftmeßzellen-Anordnung bei A gemäß F i g. 1,

F i g. 4 ein Diagramm für die Belastungsvorgänge der erfindungsgemäßen Kraftmeßzellen-Anordnung,

F i g. 5 ein schematisches Grundschaltbild für mehrere zusammenwirkende Kraftmeßzellen der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig.6 einen axialen Querschnitt in Richtung B-C (F i g. 3) durch die erfindungsgemäße Kraftmeßzellen-Anordnung und

Fig.7 einen horizontalen Querschnitt in Richtung D-£"durch die Anordnung gemäß F i g. 6.

In der Zeichnung ist als metallurgisches Kippgefäß 1 ein Stahlwerkskonverter dargestellt Derartige Kippgefäße besitzen im allgemeinen ein Kippgestell, das aus dem Tragring 2 mit in einer ideellen Achse liegenden Kippzapfen 3 und 4 besteht, sowie aus (nicht gezeichneten) Kipplagern für die Kippzapfen 3 und 4. Das Kippgefäß 1 kann sich auch ohne den Tragring 2 unmittelbar auf die Kipplager stützen. Der Tragring 2 gestattet jedoch mit und ohne Luftspalt zum Kippgefäß 1 eine verhältnismäßig freie Wärmedehnung des Kippgefäßes 1 ohne Zwängungen. Das Kippgefäß 1 weist hierzu einen fest mit dem Gefäßmantel verbundenen Pratzenring 5 auf, der eine beliebige Anzahl von Gefäßvorsprüngen auszuwählen erlaubt Anstelle des Pratzenringes 5 können auch über den Umfang verteilte Einzelpratzen vorgesehen sein.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bildet der Pratzenring 5 vier über den Umfang verteilt angeordnete Gefäßvorsprünge, von denen die Gefäßvorsprünge 5a und 5b sichtbar sind. Der Tragring 2 bildet jeweils gegenüberliegend Lagerstellen 6a, 66 usw. und zwischen jeweils einem Gefäßvorsprung (5a) und einer Lagerstelle (6a) ruht eine Kraftmeßzelle 7 in einer bestimmten Anordnung, die anhand der F i g. 6 und 7 noch erläutert wird.

In der gemäß Fig. 1 mit der Kippgefäßmündung la nach oben eingenommenen Normalstellung des Kippgefäßes hängt dessen Eigengewicht samt Nutzgewicht (flüssiges Roheisen, Schrotteinsatz, Erz, Kalk u. dgl.) an hohe Zugkräfte übertragenden Verbindungselementen 8a und 8b, die symbolisch als Achsen dargestellt sind und aus Stangen, Drähten oder Rohren bestehen. Die biegeweichen Verbindungselemente sind stets so stark oder noch höher auf Zug beansprucht, daß die Kraftmeßzellen 7a bis 7/(F i g. 5) gerade mit einer Kraft von der Größe Null oder höher belastet sind.

Der Abstand der Befestigungsstellen 9a und 9b jeweils eines der Verbindungselemente am Kippgefäß bzw. an der Kippvorrichtung ist relativ groß zu wählen, was nicht bedeutet, daß der Tragring 2 eine besonders hohe Bauweise erfordert. Bei großem Abstand zwischen den Befestigungsstellen 9a und 9b tritt während auftretender Verschiebungen der Befestigungsstellen an der Kippvorrichtung (am Tragring 2) und am Kippgefäß 1 (Gefäßvorsprünge 5a, 5b usw.) nur eine kleine Verbiegung der Verbindungselemente auf, so daß die Kraftmeßzellen 7 weniger Horizontalkräfte aufzunehmen gezwungen sind.

Die Verbindungselemente 8a und 8b verlaufen ferner etwa parallel zur Kippgefäßlängsachse lc(Fig. 1). Sie sind ferner so vorgespannt, daß die Summe der Vorspannkräfte sämtlicher Verbindungselemente 8 gemäß F i g. 1 größer ist als das Kippgefäßgewicht einschließlich des Gewichtes des Pratzenringes 5 sowie einschließlich des Nutzgewichtes. In der 180°-Lage, d. h. wenn die Kippgefäßmündung la nach unten weist, ist die Vorspannkraft nicht erforderlich, d. h. sie kann einen kleinen Wert annehmen.

Dasselbe Prinzip der Einspannung der Kraftmeßzellen zwischen Gefäßvorsprung und Kippvorrichtung ist gemäß F i g. 2 umgekehrt angewendet: In der in F i g. 2 ebenfalls gezeichneten Normalstellung (Kippgefäßmündung la weist nach oben) stützt sich das Kippgefäß 1 mittels des Pratzenringes 5, die Kraftmeßzellen 7 einspannend auf den Tragring 2. In dieser Position ist nur eine geringe Vorspannung der Verbindungselemente 8 erforderlich. Theoretisch könnte die Vorspannkraft Null sein. Sie ist demgegenüber in einer auf Fig.2 bezogenen 180°-Kipplage wiederum so groß wie in der in Fig. 1 gezeichneten Situation. Die Kraftmeßzellen 7 (F i g. 3) befinden sich in den beschriebenen Vorspannungszuständen jeweils mehr oder weniger eingespannt, können sich aber zeitweise (außerhalb ihrer Betriebszeit) entweder auf den Lagerstellen 6 oder auf den Gefäßvorsprüngen 5a, 5b usw. leicht seitlich verlagern.

Die Vorspannungszustände sind anhand von Fig.4

ίο erläutert: Die vertikale Diagrammlinie (Ordinate) bedeutet die Vorspannkraft Py, die horizontale (Abszisse) die Dehnung der Verbindungselemente 8a, 8b sowie die Kürzung von Tragring 2 und Pratzenring 5. Die Linie Kraft—Dehnung der Verbindungselemente, mit 10

ι s bezeichnet, und die Linie Kraft—Kürzung von Tragring mit Pratzenring, mit 11 bezeichnet schneiden sich im Punkt 12. Eine günstige, d.h. kleine Vorspannkraft erhält man im Bereich des gewählten Dreiecks mit den Eckpunkten 12,13,14. Der Wechsel der Vorspannkraft erfolgt demgemäß nur mit der Größe 15, von Null (bei 13) bis auf den Höchstwert (bei 14) anschwellend.
Die Kraftmeßzellen 7a bis 7/(Fig.5) sind jeweils

' mittels Kabel 16 an das elektrische Meßwert-Speicherund Meßwert-Vergleichsgerät 17 angeschlossen. Die erhaltenen Gewichtswerte können über das Ablesegerät 18 festgestellt werden.

Das erfindungsgemäße Wäge- bzw. Schwingungssystem wirkt wie folgt: Während des Entkohlungsvorganges des Sauerstoffaufblasverfahrens bzw. allgemein während des Auftretens von stärkeren Reaktionen innerhalb metallurgischer Raffinationsverfahren treten Schwingungen innerhalb des flüssigen Metalls bzw. der Schlackenschicht auf, die sich über die Ausmauerung auf das Gefäß fortpflanzen. Beim Sauerstoffaufblasverfahren treten im übrigen in gewissen Zeitabschnitten besonders heftige Gasentwicklungen auf, die das Gefäß ebenfalls zu Schwingungen anregen. Die erfindungsgemäße Anordnung von Kraftmeßzellen dient der Registrierung dieser Schwingungen.

Jede Kraftmeßzelle 7a bis 7/ befindet sich in einem einseitig geschlossenen Gehäuse 19, das (wie gezeichnet) an der Lagerstelle 6a (6b) des Tragrings 2 befestigt (verschweißt) ist (F i g. 6 und 7). Mehrere Schrauben 20 und ein Distanzring 21, der sich an in Ringnuten 19a des Gehäuses 19 eingelegten Ringsegmenten 22a und 22b über Schrauben 23 abstützt, sichern die Kraftmeßzelle 7 gegen axiales Verschieben und erleichtern die Montage. Die offene Seite 19b des Gehäuses 19 ist mit dem Ring 24 abgedeckt. Der Ring 24 kann mit Hilfe der Schrauben 25 und der Schlitze 19c bzw. 25a ohne Schwierigkeiten auch bei geringem Abstand zwischen Gefäßvorsprung 5a, 5b usw. und Kippvorrichtung (Tragring 2) entfernt oder montiert werden. Ein besonderer Vorteil ergibt sich ferner aus der Ausbildung des Ringes 24 als Deckel mit einer fest eingesetzten Lagerbuchse 26 und dem darin axial beweglichen Stempel 27. Der Stempel 27 weist, der Lagerstelle 5a zugewandt, eine Gleitplatte 28 auf, die auf einer weiteren Gleitplatte 29 ein leichtes Rutschen außerhalb der Meßphasen gewährleistet. Der Stempel 27 weist außerdem zwecks Ausgleichs von Mangeln der Form von Teilen am Kippgefäß und an der Kippvorrichtung der Kraftmeßzelle 7 zugewandt eine kugelige, hohle Fläche 27a auf, in der ein Zwischenstück 30 gleitet, auf das sich der Teil 31 der Kraftmeßzelle 7 stützt Es ergeben sich daher sowohl eine axiale und eine auf einem Kegelmantel liegende Einstellmöglichkeit für die Kraftmeßzelle 7 zwischen einem Gefäßvorsprung 5a, 5b einerseits und gegenüberliegenden Lagerstellen

6a, 6b usw. andererseits.

Die Grundkonzeption dieser Anordnung gestattet ferner, das Kippgefäß 1 ohne besondere Maßnahmen, die die Kraftmeßzellen 7 beeinflussen, aus der Kippvorrichtung aus- oder in diese einzubauen.

Zum Schutz der Kraftmeßzellen 7 im Gehäuse 19 vor der Wärmewirkung des metallurgischen Betriebes ist der Mantel 19c/ mit Kühlkanälen 32, einem Kühlmittelzufluß 32a und einem Kühlmittelabfluß 326 ausgestattet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

709 52T/299

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Metallurgisches Kippgefäß, insbesondere Stahlwerkskonverter, das sich mittels Gefäßvorsprüngen auf eine es umgebende Kippvorrichtung stützt, in der es um 360° kippbar gelagert und radiale und axiale Wärmedehnungsvorgänge gestattend gehalten ist, und dessen Kippvorrichtung Kraftmeßzellen für die Gefäß- bzw. Gefäßinhalts-Wägung zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßzellen (7) jeweils zwischen sich gegenüberliegenden Stellen eines Gefäßvorsprungs (5a, 5b usw.) und einer Lagerfläche (6a, 6b usw.) der Kippvorrichtung angeordnet sind und zusammen mit axial dehnbaren, radial biegeweichen, im wesentlichen parallel zur Gefäßachsrichtung (Ic) laufenden Verbindungselementen (8), die die Gefäßvorsprünge (5a, 5b) mit der Kippvorrichtung verspannen, eine schwingungsfähige Lagerung des Gefäßes (1) innerhalb der Kippvorrichtung bilden.

2. Metallurgisches Kippgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßzellen (7) in der senkrechten Normalstellung des Gefäßes (1) mit einer Vorlast beaufschlagt sind.

3. Metallurgisches Kippgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßzellen (7) auch außerhalb der senkrechten Normalstellung des Kippgefäßes mit einer Vorlast beaufschlagt sind, die größer als das Gefäßgewicht mit dem jeweiligen Inhalt ist und die über eine Vorspannung der Verbindungselemente (8) zwischen den Gefäßvorsprüngen (5a, 5b) und der Kippvorrichtung aufgebracht ist.

4. Metallurgisches Kippgefäß nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Kraftmeßzelle (7) mittig zwischen einem Paar (8a, 8b) der axial dehnbaren und radial biegeweichen Verbindungselemente (8) angeordnet ist, und daß sowohl die Achsen der Verbindungselemente (8) als auch die Achse der Kraftmeßzelle (7) parallel verlaufen.

5. Metallurgisches Kippgefäß nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kraftmeßzelle (7a bis 7f) in einem einseitig geschlossenen, am Gefäßvorsprung (5a, 5b) oder an der Kippvorrichtung befestigten Gehäuse (19) untergebracht ist und sich an der offenen Seite (Wb) mittels eines Stempels (27) auf eine quer zur Belastungsrichtung verlaufende Gleitfläche (28, 29) am Gefäßvorsprung (5a, 5b) bzw. an der Kippvorrichtung stützt.

6. Metallurgisches Kippgefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (27) an der offenen Seite (i9b) des einseitig geschlossenen Gehäuses (19) in Belastungsrichtung gleitend bewegbar geführt ist.

7. Metallurgisches Kippgefäß nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (27) eine kugelige, hohle Fläche (27a) für die Abstützung der Kraftmeßzelle (7) aufweist.

8. Metallurgisches Kippgefäß nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßzelle (7) im einseitig geschlossenen Gehäuse (19) gegen die geschlossene Seite axial unverschiebbar festgelegt ist.

9. Metallurgisches Kippgefäß nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (19) für die Kraftmeßzelle (7) einen gekühlten Mantel (i9d) aufweist.

10. Metallurgisches Kippgefäß nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Kraftmeßzellen (7a bis Tf) an ein elektrisches Meßwert-Speicher- bzw. Meßwert-Vergleichsgerät

(17) angeschlossen sind, das mit einem Ablesegerät

(18) für einen Mittelwert der Gewichtswerte verbunden ist.