DE2644982B1 - Vorrichtung zur vakuumbehandlung von metallschmelzen mit sauerstoff - Google Patents

Description

• Räumvorgang durchzuführen, und nachfolgend die Kreisscheiben aus dem optischen Pfad bzw. aus dem
• Fallweg der Schmelzenzuschläge herauszuschwenken.
• Dabei wird zweckmäßig dafür Sorge getragen, daß der Schwenkbereich durch Anschläge exakt definiert ist, um Fehlbedienungen zu vermeiden. Weiterhin wird zweckmäßig eine elektrische Verriegelung vorgesehen, durch welche eine Bewegung des Abscherstempels in Richtung auf die Ausnehmung so lange verhindert wird, wie die betreffende Kreisscheibe nicht mit der Ausnehmung fluchtet Bei den bisher bekannten Vorrichtungen ist der Spritzschutzdeckel im wesentlichen eben. Da durch die Ausnehmungen in beträchtlichem Umfange Schmelzenspritzer, Schlacke und Stäube austreten, konnte es bei den bekannten Vorrichtungen nicht verhindert werden, daß auch der Rand des Schmelzenbehälters bzw.
• außerhalb des Randes liegende Vorrichtungsteile verschmutzt bzw. beschädigt wurden. Um dies zu verhindern, wird gemäß der weiteren Erfindung vorgeschlagen, daß der Spritzschutzdeckel nach oben gewölbt und an seinem Rand mit einem im wesentlichen senkrechten Kragen versehen ist, dessen Oberkante den höchsten Punkt der Wölbung übersteigt.
• Durch eine solche Maßnahme wird erreicht, daß aus dem Schmelzenbehälter austretende Substanzen von der Oberseite des Spritzschutzdeckels zum Rand hin ablaufen, sich vor dem Kragen sammeln und dort als Kruste erstarren. Sie können dann von Zeit zu Zeit bei kalter Anlage entfernt werden.
• Der Rand des Schmelzenbehälters bzw. der außerhalb des Randes des Spritzschutzdeckels liegende Bereich der Vorrichtung werden auf diese Weise wirksam gegen Verunreinigungen und Beschädigungen geschützt.
• Bei den bisher bekannten Vorrichtungen wurde der Rand des Schmelzenbehälters unter gleichzeitiger Erzeugung einer Abdichtung zwischen Schmelzenbehälter und Spritzschutzdeckel dadurch geschützt, daß auf dem Rand des Schmelzenbehälters große Mengen von feuchtem Lehm aufgetragen wurden, auf den der Spritzschutzdeckel nachfolgend aufgesetzt wurde. Eine derartige Maßnahme ist äußerst arbeitsaufwendig und nicht ungefährlich, da es praktisch unvermeidbar ist, daß ein Teil des Lehms in den Schmelzenbehälter fällt und beim Chargieren der Schmelze in Wechselwirkung mit dieser tritt Um auch diese Unzulänglichkeit noch zu beseitigen, wird gemäß der weiteren Erfindung vorgeschlagen, daß zwischen dem Rand des Schmelzenbehälters und dem Spritzschutzdeckel eine flexible, feuerfeste Zwischenlage angeordnet wird, welche die Innenfläche des Schmelzenbehälters von oben ausgehend teilweise überdeckt Als flexible, feuerfeste Zwischenlage kann mit besonderem Vorteil eine handelsübliche hochtemperaturbeständige Matte aus keramischen Fasern verwendet werden, welche über den Rand des Schmelzenbehälters nach innen herunterhängt Hierdurch wird ein Verkleben bzw. Verschweißen von Behälter und Deckel zuverlässig verhindert.
• Eine besonders vorteilhafte und zuverlässig funktionierende Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung wird dann geschaffen, wenn die vorstehend beschriebenen Merkmale gemeinsam angewandt werden.
• Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und eines der wesentlichen Einzelteile seien nachfolgend anhand der F i g. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigt F i g 1 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des VOD-Prozesses und F i g. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Abscherstempel und seine Führung im Behälterdeckel.
• In F i g. 1 ist mit 10 ein Schmelzenbehälter bezeichnet, der aus einem äußeren Metallmantel 11 mit einem Boden 12 und einer keramischen Ausmauerung 13 besteht Im Schmelzenbehälter befindet sich eine Stahlschmelze 14, die den Behälter bis etwa zur halben Höhe füllt. Der Metallmantel ist auf seinem Umfang mit einem horizontalen Flansch 15 versehen, der als Auflage- und Dichtfläche für einen den Schmelzenbehälter übergreifenden, doppelwandigen Behälterdeckel 16 dient, der an seinem unteren Rand durch einen Flansch 17 abgeschlossen ist Zwischen den Flanschen 15 und 17 befindet sich eine Ringdichtung 18.
• In der Mittenachse des Schmelzenbehälters 10 befindet sich im Behälterdeckel 16 eine Lanze 19, die mittels einer Durchführung 20 und eines Rohres 21 höhenverstellbar ist und dazu dient, einen Sauerstoffstrom 22 auf die Schmelzenoberfläche 23 zu richten.
• Seitlich der Lanze 19 ist im Behälterdeckel 16 eine Meßeinrichtung 24 mit senkrechter Achse angeordnet, die eine Mehrfachfunktion erfüllt. Sie bildet gleichzeitig eine Schleuseneinrichtung für die Probennahme aus der Stahlschmelze 14 sowie eine Einrichtung für die optische (pyrometrische) Messung der Schmelzentemperatur. Sie kann außerdem durch eine Beobachtungseinrichtung mit Umlenkspiegeln, Objektiven und Okularen ergänzt werden.
• Gleichfalls seitlich der Lanze 19 ist eine Chargiereinrichtung 25 mit einer Absperrvorrichtung 26 und einem Fallschacht 27 angeordnet, der den Behälterdeckel 16 gleichfalls durchdringt und an seinem unteren Ende eine Austrittsöffnung 28 besitzt. Die Chargiereinrichtung 25 ist nach oben hin durch einen Chargierdeckel 29 verschließbar, der zusammen mit der Absperrvorrichtung 26 eine Chargierschleuse bildet Der Schmelzenbehälter 10 besitzt einen Rand 30, auf dem unter Zwischenschaltung einer flexiblen, feuerfesten Zwischenlage 31 aus einer Faser-Matte, welche von oben über die Innenfläche 32 des Schmelzenbehälters 10 teilweise herunterhängt, ein Spritzschutzdeckel 33 aufliegt, der nach oben gewölbt ist. Der Spritzschutzdeckel 33 ist mit drei Ausnehmungen 34, 35 und 36 versehen, von denen die Ausnehmung 34 mit der Meßeinrichtung 24, die Ausnehmung 35 mit der Lanze 19 und die Ausnehmung 36 mit der Austrittsöffnung 28 der Chargiereinrichtung 25 fluchtet Aufgrund der Wölbung des Spritzschutzdeckels 33 sind die Achsen der Ausnehmungen 34 und 36 unter einem spitzen Winkel zur Senkrechten ausgerichtet. Parallel zu dieser Achsrichtung sind im Behälterdeckel 16 Führungen 37 und 38 mit Führungsstangen 39 und 40 angeordnet, an derem unteren Ende je eine Kreisscheibe 41 bzw. 42 angeordnet ist, die zusammen mit der zugehörigen Führungsstange Abscherstempel 43 bzw. 44 bilden.
• In F i g. 1 fluchtet die Kreisscheibe 41 mit der Ausnehmung 34, und die Kreisscheibe 42 fluchtet mit der Ausnehmung 36, so daß eine Betätigung der Führungsstangen 39 bzw. 40 in deren Längsrichtung dazu führt, daß die betreffenden Kreisscheiben durch die Ausnehmungen hindurchtreten und hierbei sämtliche Ablagerungen, Verkrustungen etc. herausstanzen bzw. herausräumen. Durch ein Verschwenken der exzentrisch an den Führungsstangen 39 bzw. 40 angebrachten Kreisscheiben können diese jedoch in eine Stellung außerhalb der Ausnehmungen 34 bzw. 36 gebracht werden, in der sie den Durchblick bzw. den Weg der Schmelzenzuschläge nicht behindern. Für die Durchführung dieser Schwenkbewegung sind in der Nähe des oberen Endes der Führungsstangen Hebel 45 bzw. 46 angebracht, die zwischen Anschlägen schwenkbar sind, so daß zwei definierte Endstellungen der Kreisscheiben 41 und 42 möglich sind. Für die Durchführung der Stanz- bzw. Räumbewegung der Kreisscheiben 41 und 42 innerhalb der zugehörigen Ausnehmungen sind die Führungen 37 und 38 mit Antrieben 47 und 48 versehen. Die Kreisscheiben 41 und 42 dienen nicht nur als Reinigungswerkzeuge für die zugehörigen Ausnehmungen, sondern in der in F i g. 1 dargestellten Position auch als Strahlungs- und Spritzschutz gegenüber der Meßeinrichtung 24 bzw. der Chargiereinrichtung 25.
• Wie in F i g. 1 dargestellt, ist der Spritzschutzdeckel 33 nach oben gewölbt und an seinem Rand mit einem im wesentlichen senkrechten Kragen 49 versehen, dessen Oberkante 50 den höchsten Punkt der Wölbung übersteigt. Auf diese Weise wird am Umfang des Spritzschutzdeckels 33 eine Art Sammelrinne für Substanzen gebildet, welche durch die Ausnehmungen im Spritzschutzdeckel unvermeidbar austreten. Der für den Vorrichtungsbetrieb unter Vakuum erforderliche Saugstutzen ist nicht dargestellt. Es ergibt sich jedoch, daß der Kragen 49 auch gegenüber der Öffnung des Saugstutzens eine wirksame Abschirmung für Verunreinigungen darstellt Um die Strömung nicht ungünstig zu beeinflussen, kann der Kragen 49 in einem begrenzten Bereich mit einer Randausnehmung versehen werden, die sich jedoch zweckmäßig nicht mit der Öffnung des Saugstutzens deckt, sondern um einen Winkel von beispielsweise 90 Grad seitlich verschwenkt ist. Es ist der F i g. 1 entnehmbar, daß zwischen dem Kragen 49 und dem Behälterdeckel 16 ein relativ enger Ringspalt gebildet wird, in den Verunreinigungen nur schwer eindringen können, so daß die Flansche 15 und 17 sowie die Dichtung 18 wirksam geschützt werden. Einen Schutz des Randes 30 bewirkt die weiter oben beschriebene feuerfeste Zwischenlage 31.
• F i g. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab die wesentlichen Antriebselemente eines der Abscherstempel 43, und zwar der Einfachheit halber in Abweichung von Fig.1 in senkrechter Lage. Die bisher verwendeten Bezugszeichen sind beibehalten. Der Abscherstempel 43 ist in einer Position dargestellt, in der die Kreisscheibe 41 die Ausnehmung 34 im Spritzschutzdeckel 33 durchdrungen hat, wobei etwaige Ablagerungen und Verkrustungen entfernt worden sind. Die Kreisscheibe 41 ist auswechselbar mittels eines abgekröpften Hebels 51 an der Führungsstange 39 befestigt, die durch den Antrieb 47 hindurchgeführt ist, der als doppeltwirkender Hydraulikantrieb ausgeführt ist. Die Führungsstange 39, die gleichzeitig die Kolbenstange bildet, besitzt am oberen Ende eine Längsnut 52, die über eine Gleitfeder mit einem drehbaren Ring 53 in Verbindung steht, an dem der bereits erwähnte Hebel 45 befestigt ist.
• Durch Verschwenken des Hebels 45 kann die Führungsstange 39 in Drehung versetzt werden, allerdings nicht in der in F i g. 2 dargestellten Lage der Kreisscheibe 41. Der Schwenkwinkel wird durch einen Anschlag 54 begrenzt. Eine lösbare Arretierung des Hebels 45 erfolgt durch einen unter Federwirkung stehenden Stift 55.
• Umgekehrt kann der Antrieb 47 nicht betätigt werden, solange der Hebel 45 in einer von Fig.2 abweichenden Stellung steht. Zu diesem Zweck wirkt der Hebel 45 mit einem nicht dargestellten Endschalter zusammen, welcher den Antrieb 47 in einer anderen als der dargestellten Position sperrt. Die vakuumdichte Durchführung der Führung 37 durch den Behälterdeckel 36 erfolgt mittels einer Stopfbüchse 56.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Vakuumbehandlung von Metallschmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, durch Einleiten von Sauerstoff und/oder Sauerstoff abgebenden Mitteln in die Schmelze, bestehend aus einem Schmelzenbehälter und einem den Schmelzenbehälter übergreifenden Behälterdeckel, in welchem mindestens eine Meßeinrichtung und mindestens eine Chargiereinrichtung für Schmelzenzuschläge angeordnet sind und wobei auf den Rand des Schmelzenbehälters ein Spritzschutzdeckel mit Ausnehmungen aufsetzbar ist, die mit der Meßeinrichtung und mit der Austrittsöffnung der Chargiereinrichtung fluchten, d a d u r c h g e k e n n -zeichnet, daß im Behälterdeckel (16) Führungen (37,38) für Abscherstempel (43,44) angeordnet sind, welche durch die Ausnehmungen (34, 36) im Spritzschutzdeckel (33) hindurchführbar und außerhalb dieser Ausnehmungen in eine Stellung bringbar sind, in der sie den Durchblick bzw. den Weg der Schmelzenzuschläge nicht behindern.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscherstempel (43, 44) mit Kreisscheiben (41, 42) versehen sind, deren Durchmesser dem Durchmesser der Ausnehmungen (34, 36) im Spritzschutzdeckel (33) entsprechen, und daß die Kreisscheiben exzentrisch an drehbaren Führungsstangen (39,40) befestigt sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzschutzdeckel (33) nach oben gewölbt und an seinem Rand mit einem im wesentlichen senkrechten Kragen (49) versehen ist, dessen Oberkante (50) den höchsten Punkt der Wölbung übersteigt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rand (30) des Schmelzenbehälters (10) und dem Spritzschutzdekkel (33) eine flexible, feuerfeste Zwischenlage (31) angeordnet ist, welche die Innenfläche (32) des Schmelzenbehälters von oben ausgehend teilweise überdeckt.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Vakuumbehandlung von Metallschmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, durch Einleiten von Sauerstoff und/oder sauerstoffabgebenden Mitteln in die Schmelze, bestehend aus einem Schmelzenbehälter und einem den Schmelzenbehälter übergreifenden Behälterdeckel, in welchem mindestens eine Meßeinrichtung und mindestens eine Chargiereinrichtung für Schmelzenzuschläge angeordnet sind und wobei auf den Rand des Schmelzenbehälters ein Spritzschutzdeckel mit Ausnehmungen aufsetzbar ist, die mit der Meßeinrichtung und mit der Austrittsöffnung der Chargiereinrichtung fluchten.

   Derartige Vorrichtungen dienen zur Entkohlung insbesondere von Stählen durch Einleiten von Sauerstoff unter gleichzeitiger Einwirkung von Vakuum. Der Sauerstoff wird dabei in beträchtlichen Mengen pro Zeiteinheit eingeführt, so daß ein starkes Kochen der Metallschmelze in Verbindung mit einem exothermen Reaktionsablauf die Folge sind. Ein derartiges Verfahren ist auch als VOD-Prozeß bekannt. Es steht im Gegensatz zu denjenigen Vakuum-Entgasungsverfah- ren, bei dem lediglich eine geringe Menge Inertgas durch die Schmelze geleitet wird, um den Entgasungsprozeß zu fördern. Während -bei einer Stahlschmelze von 30 Tonnen beispielsweise eine Gasmenge von 40 Litern pro Minute Argon ausreichend ist, müssen für die gleiche Metallmenge bei Durchführung des VOD-Prozesses 14 Normalkubikmeter Sauerstoff pro Minute eingeleitet werden. In der Regel geschieht dies durch Aufblasen des Sauerstoffs auf die Schmelzenoberfläche mittels einer Lanze.

   Bei den bisher bekannten Vorrichtungen wurde durch die starke Bewegung der Schmelze aufgrund der Reaktion mit dem Sauerstoff ein häufiges Zusetzen der Einblick- und Chargieröffnungen beobachtet, die sogar zu Unterbrechungen des Verfahrensablaufs führten.

   Dabei haben sich Messungen der Schmelze als ebenso undurchführbar erwiesen, wie die Nachchargierung von Legierungszusätzen, weil sich die hierfür vorgesehenen Ausnehmungen im Spritzschutzdeckel durch die Anhäufung von Schmelzenspritzern bzw. eine Verkrustung zugesetzt haben.

   Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung derart zu verbessern, daß ein störungsfreier Prozeßablauf ohne Unterbrechung des Vakuums und eine mehrfache Wiederverwendung der Vorrichtung zwischen umfangreichen Reinigungs- und Wartungsarbeiten ermöglicht werden.

   Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß im Behälterdeckel Führungen für Abscherstempel angeordnet sind, welche durch die Ausnehmungen im Spritzschutzdeckel hindurchführbar und außerhalb dieser Ausnehmungen in eine Stellung bringbar sind, in der sie den Durchblick bzw. den Weg der Schmelzenzuschläge nicht behindern.

   Unter dem Begriff »Abscherstempel« sind sämtliche Einrichtungen zu verstehen, die der Form und Lage der Ausnehmungen im Spritzschutzdeckel angepaßt sind, so daß es mit ihrer Hilfe möglich ist, etwaige Ansätze von Schmelzenspritzern, Schlacken und Stäuben durch einen mechanischen Vorgang nach Art des Stanzens zu beseitigen, und zwar beliebig oft während eines Verfahrensablaufs. Hierdurch wird es ohne Brechung des Vakuums durch von außen eingeleitete Maßnahmen ermöglicht, die Ausnehmungen im Spritzschutzdeckel freizulegen, wenn sich dies zur Erhaltung ihrer Funktion als notwendig erweisen sollte. Hierdurch werden eine permanente Beobachtung des Prozeßablaufs, eine beliebig häufige Probennahme in Verbindung mit optischen, beispielsweise pyrometrischen Messungen ermöglicht Außerdem wird gewährleistet, daß der Inhalt der Chargiereinrichtung unbehindert durch die zugeordnete Ausnehmung im Spritzschutzdeckel in die Metallschmelze gelangen kann.

   Eine besonders einfache und vorteilhafte Ausführungsform ist gemäß der weiteren Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Abscherstempel mit Kreisscheiben- versehen sind, deren Durchmesser dem Durchmesser der Ausnehmungen im Spritzschutzdeckel entspricht, und daß die Kreisscheiben exzentrisch an drehbaren Führungsstangen befestigt sind. Durch eine solche Maßnahme ist es möglich, die Abscherstempel bzw. Kreisscheiben zunächst in eine Stellung zu bringen, in der sie mit der zugehörigen Ausnehmung im Spritzschutzdeckel fluchten, danach den Abscher- bzw.