DE3321576A1 - Verfahren zum betreiben eines metallurgischen schmelzofens und metallurgischer schmelzofen - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines metallurgischen schmelzofens und metallurgischer schmelzofen

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Description

899 - Fl/Schi - 4 - 13.6.83
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines metallurgischen Schmelzofens, insbesondere eines Elektro-, Plasmabzw, eines mit Primärenergie beheizten Schmelzofens, bei dem nach Fertigschmelzen die Metallschmelze weitestgehend schlackenfrei abgestochen wird, indem die Metallschmelze außermittig an der Unterseite des Schmelzofens nach Offnen eines Verschlußorgans senkrecht abgelassen wird, wobei der Abstichvorgang Über das Kippen des Schmelzofens gesteuert wird, und ein dazu alternierendes Verfahren, bei dem die Metallschmelze an der Unterseite in der Mitte des Schmelzofens nach öffnen des Verschlußorgans lotrecht abgelassen wird, sowie einen metallurgischen Schmelzofen zur Durchführung der Verfahren.
Derartige Betriebsverfahren bzw. Schmelzofen arbeiten mit einem Bodenabstich, aus dem der Gießstrahl in Annäherung an eine laminare Strömung austritt. Es sind jedoch Zusatzmaßηahmeη erforderlich, um Schlacke und flüssige Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, vor dem Abstich an einem Durchmischen zu hindern. Das Stoppen mitauslaufender Schlacke am Ende des Abstechens erfolgt bei kippbaren Schmelzöfen in der Weise, Indem bei exzentrischem Bodenabstich Über die Kippbewegung des Ofens ein gezieltes Unterbrechen des Abstichvorganges eingeleitet wird.
Der weitestgehend schlackenfreie Abstich bildet die Voraussetzung für nachfolgende pfannenmetallurgische Behandlung mit nachfolgenden einschlußarmen Gußwerkstoffen bzw. im Schmelzbetrieb für das Arbeiten mit flüssigem Sumpf, z.B. im Fall von Eisenschwamm- oder Schrotteinsatz.
Die Unterbrechung des Abstichvorganges bedeutet eine Beendigung
des gesamten Abstichverfahrens, jedoch noch keine Anweisung, wie während des Abstichvorganges eine Einwirkung der sich ausbildenden Strömung auf die Schlacke verhindert werden kann.
• « * ■
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Es 1st bekannt (DE-OS 18 04 007), die Entleerung des Schmelzofens erst dann beginnen zu lassen, wenn das Verschlußorgan 1n der äußersten Kippstellung des Schmelzofens geöffnet wird. Diese Verfahrenwelse nimmt auf das Zusammenspiel der Metal !schmelze n-Strömungen, die Insbesondere bei Stahl von besonderer Bedeutung sind, und Schlacke keinerlei Rücksicht.
Es 1st ferner bekannt (DE-OS 29 44 269), den Schmelzofen mit einem erkerartigen Vorsprung zu versehen, dessen Innenraum mit dem
Ofenraum Über eine 1m seitlichen Bodenbereich des wannenförmigen
Gefaßtens vorgesehene Durchflußöffnung verbunden 1st. Hler wird jedoch die Metallschmelze Innerhalb des Erkerteils mittels eines auf dem Metallbad schwimmenden Verschlußkörpers von der Schlacke getrennt, so daß ein schlackenfreies Abstechen vom Vorhandensein und von der Wirkung dieses schwimmenden Verschlußkörpers abhängig 1st. Das Abbrechen des Abstichvorganges kann jedoch nur gegen Ende des Verfahrensabschnittes ein totales Mitauslaufen der Schlacke verhindern, um damit einen größeren Nachteil zu beseitigen. Es sind jedoch bisher keine Maßnahmen 1n Betracht gezogen worden, die vor der Beendigung des Abstichvorganges wirken.
Der Erfindung Hegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Einflüssen der Abstichströmung auf die auf der Metallschmelze (Stahlschmelze) schwimmende Schlacke während des Abstichvorganges entgegenzuwirken, so daß ein we1testgehend schlackenfreies Abstechen während des gesamten Abstichvorganges ermöglicht wird.
Die gestellte Aufgabe wird bei den der ersten Alternative zugrundegelegten Gegebenheiten dadurch gelöst, daß bei einem Oberflächenverhältnis von wassergekühlter Wandfläche/feuerfester Wandfläche von 6 : 1 bis 9 : 1 der Schmelzofen während des Abstechens lediglich von 0* bis maximal + 15* bzw. von 0' bis maximal -6* gekippt wird, daß 1m Bereich des Verschlußorgans fortwährend eine unkritische Schmelzbadtiefe beim Vorwärts kippen
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des Schmelzofens aufrechterhalten wird und daß gegen Ende des Abstechens die auf der restlichen Metallschmelze schwimmende Schlacke durch Zurückkippen des Schmelzofens aus dem Bereich des Verschlußorgans verlagert wird. Die zuerst genannte Maßnahme erspart 1m Betrieb Feuerfestmaterial und gestattet demnach die Anwendung bei einem kleinsten Kippwinkel bereich, der wiederum für das Abstechen erforderlich 1st, ohne mit der Schlacke wassergekühlte Rohrwandelemente zu berühren, was schädlich wäre. Mit dem genannten Kippwinkelbereich 1st sodann möglich, eine unkritische Schmelzbadtiefe kontinuierlich einzuhalten, wodurch eine Potential wirtel bildung ausgehend von der Abstichöffnung weltgehend vermieden wird, was wiederum einen Sog auf die Schlackenschicht vermeidet, so daß das Mitreißen von Schlacke in die abzustechende Metallschmelze verhindert wird. Der negative Kippwinkelbereich reicht ebenfalls nur bis -6*, um die noch auf der Metallschmelze schwimmende Schlacke am Eintritt in die Abstichöffnung zurückzuhalten.
Unkritisch 1st die Schmelzbadtiefe außerdem dann, wenn bei niedriger Schmelzbadtiefe noch keine Schlacke in die Ausgießöffnung gesogen wird oder wenn bei großer Schmelzbadtiefe ausschließlich das Feuerfestmaterial berührt wird und nicht etwa die wassergekühlten Rohrwandelemente. Es wäre nämlich wenig sinnvoll, durch sehl ackenfreies Abstechen einerseits zwar eine Qualitätssteigerung des Endproduktes (Stahl) zu erzielen, andererseits jedoch einen hohen Anstieg der Betriebskosten (Feuerfestkosten, Investitionskosten, 1ay-out-Kosten und dgl.) 1n Kauf nehmen zu müssen. Die Erfindung gestattet daher eine Qualitätsverbesserung des Endproduktes Stahl bei gleichzeitiger Betriebskostensenkung.
Die gestellte Aufgabe wird bei den der zweiten Alternativen zugrundegelegten Gegebenheiten dadurch gelöst, daß bei einem Oberflächenverhältnis von wassergekühlter Wandfläche/feuerfester Wandfläche von 7 : 1 bis 10 : 1 der Schmelzofen während des Abstechens 1n lotrechter Position verbleibt, daß die Schlacke durch
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Zugabe von Absteifmittel zähflüssig gemacht wird, daß 1m Bereich des Verschlußorgans fortwährend die jeweils größte Schmelzbadtiefe aufrechterhalten wird und daß gegen Ende des Abstechens die nach einen Abschlackvorgang vorhandene Restschlacke auf dem Gefäßboden abgelagert wird. Nach dieser Verfahrensweise kann noch mehr Feuerfestmateriai 1m Betrieb eingespart werden. Die Schlacken« schicht wird zusammenhängend und unterliegt in geringerem Maß den Einflüssen des Potential wirbeis. Im allgemeinen wirkt der Potential Wirbel hler nur gering auf die versteifte und durch
Abschlecken verringerte Schlackenschicht ein, so daß die Gesamt
menge der vorhandenen Metallschmelze abgestochen werden kann.
Beide Verfahrens-Alternativen bewirken verringerte Temperaturverluste, so daß bei einer jeweils um ca. 20*C gegenüber der qualitäts- bzw. nachbehandlungsabhängigen Abstichtemperatur verminderten Abstichtemperatur die Metallschmelze abgelassen wird.
Der Bodenabstich gestattet eine näherungsweise laminare Strömung des Gießstrahls. Es wird dadurch möglich, daß das unter dem Schmelzofen befindliche Gefäß bis maximal 1 m des lotrechten Abstandes, gemessen vom Verschlußorgan bis zum Gefäßrand, eingestellt wird.
Der metallurgische Schmelzofen zur Durchführung des Verfahrens 1st mit einem Erkerte11 ausgestattet, 1n dessen Boden zumindest eine Abstichöffnung vorgesehen 1st. Der Obergang des Erkerteils auf den Ofeninnenraum übt einen Einfluß auf die Ausbildung des Potentialwirbels bzw. auf dessen Wirkungen aus.
Nach der weiteren Erfindung 1st der Schmelzofen daher dahingehend
weitergestaltet, daß der Erkerteil mit seiner inneren Begrenzungswand 1m Grundriß angenähert trapezförmig ausgebildet 1st, daß die Trapezschenkel wände 1m Bereich der dem Schmelzraum zugewandten Seite zu dem kreisförmigen bzw. ovalfdrmigen Ofeninnenraum jeweils
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tangential verlaufen und daß die Abstichöffnung auf der Trapezachse angeordnet ist. Solange die Schmelzbadtiefe unkritisch ist, kann sich der Potential Wirbel zumindest an drei Wänden abstützen, ohne einen Weg in die Schlackenschicht zu finden. Die Schiackenscflicht senkt sich daher beruhigt auf den Gefäßboden ab.
Eine andere Möglichkeit, den Potenti al wi rbel von der Schlacke fernzuhalten, besteht darin, daß der Erkerteil mit seiner inneren Begrenzungswand im Grundriß rechteckförmig ausgebildet ist, daß die Seitenwände 1m Bereich der dem Schmelzraum zugewandten Seite zu dem kreisförmigen bzw. ovalförmigen Ofeninneraum als parallele Sekanten verlaufen und daß die Abstichöffnung mittig zwischen den Sekanten angeordnet 1st. Hler bedeutet der Abstand der Sekanten ein Maß für ein beruhigtes Absenken der Metallschmelze zusammen mit der auf der Metallschmelze schwimmenden Schlacke.
Im allgemeinen sind bei derartigen Schmelzöfen Abstichöffnungen im Erkerteil an einer beliebigen Stelle vorgesehen. Gemäß einer Verbesserung der Erfindung sind entweder nur das Abstichloch im Erkerteil oder nur das Abstichloch in der Mittelachse des Ofen-Innenraums vorgesehen, oder sind sowohl im Ofeninnenraum als auch im Erkerteil jeweils ein gesondertes Abstiehl och vorgesehen.
Mehrere Ausführungsbeispiele sind 1n der Zeichnung dargestellt, anhand deren auch die Verfahren erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 bis 4 die Verfahrensphasen für das Abstechen von Metallschmelze aus einem Schmelzofen mit exzentrischem. Bodenabstich;
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Fig. 5 bis 7 die Verfahrensstufen für das Abstechen von Metallschmelze aus einem Schmelzofen mit zentrischem Bodenabstich;
Fig. 8 die Draufsicht auf einen Schmelzofen mit Erkerteil.
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Der metallurgische Schmelzofen für die Verfahrensstufen der ersten Verfahrensalternative weist an der Ofenwanne 1 1m Erkerteil 2 an der Unterseite das Verschlußorgan 3 auf, das z.B. aus einer anlegbaren Verschlußklappe bestehen kann. Die Abstichöffnung 4 1st während des Schmelzvorganges mit einer Füllmasse gefüllt und schützt das Verschlußorgan 3 vor dem Einfluß der Metallschmelze, die, sofern aus Stahl bestehend, eine Temperatur von über 1.500*C aufweist. In dieser Verfahrensphase reicht die Stahlschmelze 5 mit der Restschlackenschicht 6 knapp unter die wassergekühlte
Wandfläche 7 und berührt lediglich die feuerfeste Wandfläche 8 aus
feuerfesten Mauerwerkssteinen. Für die Entfernung der Hauptschi acke ist die Schlackenabstichöffnung 9 vorgesehen. Der Schmelzofen 1st mittels einer welter nicht dargestellten Kippvorrichtung kippbar und mit einen Kippantrieb versehen, der ein feinstufiges Kippen oder alternativ ein kontinuierliches Kippen gestattet.
Das Oberflächenverhältnis der wassergekühlten Wandfläche 7 und der Feuerfestwandfläche 8 beträgt, wie gezeichnet, etwa 7 : 1. Nachdem das Verschlußorgan 3 geöffnet ist (Flg. 2) erreicht der Schmelzofen eine Kippstellung von ca. 5*, wodurch eine ausreichend große Schmelzbadtiefe Über der Abstichöffnung 4 vorhanden 1st, was Potential Wirbel vermeldet. Der Gießstrahl 10 verläßt nahezu in laminarer Strömung das geöffnete Verschlußorgan 3. Danach erfolgt ein In kleineren Stufen ausgeführtes oder kontinuierliches Kippen (Fig. 3) bis in eine Kipplage von ca. 8* bis 12*, falls erforderlich. Die Schmelzbadtiefe über der Abstichöffnung 4 reicht noch aus, um Potential Wirbel zu vermelden. Für den Fall, daß 1n der letzten Phase solche Potential Wirbel fäden auftreten, verbrauchen diese Ihre Energie an den Wänden des trapezförmigen Erkerteils (Fig. 8). Die letzte Phase (Fig. 4) besteht darin, das Schmelzgefäß negativ zu kippen. Während dieses Zurückkippens gelangt die Schlacke von der Abstichöffnung 4 weg und gleitet meist zurück in die Ofenwanne 1. Der verbleibende MetalIschmelzensurapf und die
Schlacke werden für die nachfolgende Charw^ genutzt.
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Die Verfahrensstufen der zweiten Verfahrensalternative werden anhand der Fig. 5 bis 8 beschrieben. Das Oberflächenverhältnis der wassergekühlten Wandfläche 7 zur feuerfesten Wandfläche 8 beträgt hier etwa 9 : 1, was ermöglicht wird, weil der Schmelzofen in erster Phase lotrecht steht (Fig. 5). Die Restschlackenschicht 6 wird in der ersten Phase mit Kalk abgesteift, so daß die Schlacke wie eine feste Decke wirkt. Nachdem das Verschlußorgan 3 in zweiter Phase geöffnet wird, strömt die Metallschmelze mittig aus der Ofenwanne 1 als Gießstrahl 10 mit annähernd laminarer Strömung in ein (nicht näher gezeigtes), etwa 1 m tiefer befindliches Gefäß.
Die Ofenwanne 1 1st muldenförmig gestaltet, und ein Erkerteil fehlt hier völlig.
Bei kritisch werdender Schmelzbadtiefe (ca. 200 bis 400 mm über dem Gefäßboden) ist ein Potentialwirbel 11 nicht mehr auszuschließen (Fig. 6). Die Wirkung des Potentialwirbelfadens kommt jedoch 1n der abgesteiften Restschlackenschicht 6 nicht zur Geltung. Nachdem die Stahlschmelze 5 ausgelaufen ist (Fig. 7), setzt sich die Restschlackenschicht 6 auf dem Boden der Ofenwanne ab. In dieser letzten Phase durchströmt nur ein geringer Teil der Schlacke die Abstichöffnung 4. Dieser Teil der Schlacke ist auch deshalb gering, well der Großteil der Schlacke vor dem Abstich entfernt wird, so daß in der Phase gemäß Fig. 6 die Restschlackenschicht nur noch sehr dünn 1st und als Restschlacke nur noch einen geringen VoIumenanteil einnimmt.
Der metallurgische Schmelzofen gemäß Fig. 8 weist den Erkerteil 2 auf, dessen innere Begrenzungswand 12 trapezförmig verläuft. Die Trapezschenkel wände 13a und 13b verlaufen in Richtung Schmelzraum 14 tangential zu dem kreisförmigen bzw. ovalförmigen Ofeninnenraum
15. Die Abstichöffnung 4 1st auf der Trapezachse 16 angeordnet. Zusätzlich zu der Abstichöffnung 4 im ErkerteH 2 kann auch noch ein Abstichloch 4a In der Mittelachse 17 des Ofeninnenraums 15 vorgesehen sein.

Claims (7)

Mannesmann Aktiengesellschaft 13. Juni 1983 Mannesmannufer 2 22 899- Fl/Schi Düsseldorf Verfahren zum Betreiben eines metallurgischen Schmelzofens und metallurgischer Schmelzofen Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines metallurgischen Schmelzofens, insbesondere eines Elektro-, Plasma- bzw. eines mit Primärenergie beheizten Schmelzofens, bei dem nach Fertigschmelzen die Metallschmelze weitestgehend schlackenfrei abgestochen wird, indem die Metallschmelze außermittig an der Unterseite des Schmelzofens nach öffnen eines Verschlußorgans senkrecht abgelassen wird, wobei der Abstichvorgang über das Kippen des Schmelzofens gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Oberflächenverhältnis von wassergekühlter Wandfläche/feuerfester Wandfläche von 6 : 1 bis 9 : 1 der Schmelzofen während des Abstechens lediglich von 0* bis maximal +15* bzw. von 0# bis maximal -6* gekippt wird, daß 1m Bereich des Verschlußorgans fortwährend eine unkritische Schmelzbadtiefe beim Vorwärtskippen des Schmelzofens aufrechterhalten wird und daß gegen Ende des Abstechens die auf der restlichen Metallschmelze schwimmende Schlacke durch Zurückkippen des Schmelzofens aus dem Bereich des Verschlußorgans verlagert wird.
COPV
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2. Verfahren zum Betreiben eines Schmelzofens, insbesondere eines Elektro-, Plasma- bzw. eines mit Pr1märenerg1e beheizten Schmelzofens, bei dem nach Fertig schmelzen die Metallschmelze weitestgehend schlackenfrei abgestochen wird, indem die Metallschmelze an der Unterseite des Schmelzofens und etwa mittig nach öffnen eines Verschlußorgans lotrecht abgelassen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Oberflächenverhältnis von wassergekühlter Wandfläche/feuerfester Wandfläche von 7 : 1 bis 10 : 1 der Schmelzofen während des Abstechens in lotrechter Position verbleibt, daß die Schlacke durch Zugabe von Absteifmittel zähflüssig gemacht wird, daß im Bereich des Verse hl ußorgans fortwährend die jeweils größte Schmelzbadtiefe aufrechterhalten wird und daß gegen Ende des Abstechens die nach einem Abschlackvorgang vorhandene Restschlacke auf dem Gefä'ßboden abgelagert wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer jeweils um ca. 20*C gegenüber der qualitäts- bzw. nachbehandlungsabhängigen Abstichtemperatur verminderten Abstichtemperatur die Metallschmelze abgelassen wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das unter dem Schmelzofen befindliche Gefäß bis maximal 1 m des lotrechten Abstandes, gemessen vom Verschlußorgan bis zum Gefäß rand, eingestellt wird.
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5. Metallurgischer Schmelzofen mit einem Erkerteil, 1η dessen Boden zumindest eine Abstichöffnung vorgesehen 1st, zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Erkerteil (2) mit seiner inneren Begrenzungswand (12) im Grundriß (Fig. 8) angenähert trapezförmig ausgebildet ist, daß die Trapezschenkel wände (13a,13b) im Bereich der dem Schmelzraum (14) zugewandten Seite zu den kreisförmigen bzw. ovalförmigen Ofeninnenraum (15) jeweils tangential verlaufen und daß die Abstichöffnung (4) auf der Trapezachse (16) angeordnet ist.
6. Metallurgischer Schmelzofen mit einen Erkerteil, in dessen Boden zumindest eine Abstichöffnung vorgesehen 1st, zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Erkerteil (2) mit seiner inneren Begrenzungswand (12) im Grundriß rechteckförmig ausgebildet 1st, daß die Seitenwände (13a,13b) im Bereich der dem Schmelzraum (14) zugewandten Seite zu den kreisförmigen bzw. ovalförmigen Ofeninnenraum (15) als parallele Sekanten verlaufen und daß die Abstichöffnung (4) mittig zwischen den Sekanten angeordnet 1st.
7. Metallurgischer Schmelzofen nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß entweder nur das Abstichloch (4) 1m Erkerteil (2) oder nur das Abstichloch (4a) in der Mittelachse (17) des Ofeninnenraums (15) vorgesehen sind oder daß sowohl 1m Ofeninnenraum (15) als auch 1m Erkerteil (2) jeweils ein gesondertes Abstichloch vorgesehen sind.
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