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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum
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weitestgehend schlackenfreien Abstechen von Metall schmelzen, insbesondere
von Stahlschmelzen, aus metallurgischen Gefäßen, bei dem die bei relativ großer
Schmelzbadhöhe auf dem Schmelzbad schwimmende Schlacke gegen Ende des Abstechens
auf die mit einem Schieber- bzw. Klappenverschluß verschließbare bzw. regelbare
Ausgießöffnung im Gefäßboden absinkt.
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Die Voraussetzungen für die Trennung der Metallschmelze von schwimmender
Schlacke beim Abstechen sind jeweils nach Gefäßart, Gefäßforn, Anordnung des Ausgusses
und dgl. erheblich unterschiedlich. Im vorliegenden Fall wird von einem in Betriebsphasen
im wesentlichen lotrecht stehenden metallurgischen Gefäß ausgegangen, dessen Ausguß
an der Bodenunterseite mit einem Schieber- bzw.
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Klappenverschluß versehen ist. Bei Beendigung des Abstechvorganges
wird daher, um das Mitreißen von Schlacke zu vermeiden, entweder der Schieber- bzw.
Klappenverschluß, soweit dies der Gießstrahl nicht verhindert, geschlossen oder
aber stattdessen das metallurgische Gefäß kurzzeitig aus seiner aufrechten Lage
in eine Schräglage verschwenkt, in der weder Metallschmelze noch Schlacke durch
das Abstichloch hindurch auslaufen können.
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Grundsätzlich kann das Mitreißen der Schlacke im Schmelzenraum oder
von außen beeinflußt werden.
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Von feststehenden Schmelzöfen ist es bekannt (DE-PS 12 35 964) zum
Zurückhalten der Schlacke mittels eines Gestänges und eines Stopfens von außerhalb
des Gefäßes den freien Ausflußquerschnitt des Abstichloches fortlaufend zu verkleinern.
Dieser Vorschlag macht sich zwar den Unterschied im spezifischen Gewicht zwischen
dem flüssigen Stahl und der flüssigen Schlacke zunutze, kann jedoch nur bei entsprechend
horizontalem Austritt des Gießstrahls eingesetzt werden. Der Stopfen soll dabei
nicht in den Stahl strom eindringen, sondern auf diesem schwimmen.
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Für ein Ofengefäß eines kippbaren Lichtbogenofens ist schon vorgeschlagen
worden (DE-PS 29 44 269), in einem mit dem Schmelzenraum verbundenen Ausl aufbehälter
einen Verschlußstopfen vorzusehen, der während des Abstechens als Schwimmerverschluß
wirkt, dessen Körper auf dem Metallbad schwimmt. Dieses Prinzip läßt sich jedoch
nur bei kippbaren ofen anwenden, die den erwähnten Auslaufbehälter aufweisen.
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Nach einer früheren Erkenntnis wird erst beim Ausfließen von Schlacke
aus dem Abstichloch sichergestellt, daß der flüssige Stahl vollständig ausgelaufen
ist. Davon ausgehend ist außerdem ein Schwimmerverschluß zum Zurückhalten der Schlacke
während des Abstiches vorgeschlagen worden (DE-PS 15 08 223), dessen Schwimmkörper
an seiner Unterseite eine Führungsstange aufweist. Dieses System basiert auf der
selbsttätigen Wirkungsweise, bei der sich der Schwimmkörper stets in Höhe der Trennungsebene
zwischen Metallschmelze und Schlackenschicht befinden muß. Für den Fall, daß die
Unterkante des Schwimmkörpers über der besagten Ebene liegt, wird gegen Ende des
Abstichvorganges in unerwünschter Weise Schlacke in den Sog des Metallstroms gerissen
und für den Fall, daß die Unterkante des Schwimmkörpers unter der besagten Ebene
liegt, schließt der Schwimmverschluß zu früh, so daß ein Verlust an Metallschmelze
auftritt.
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Mit diesem bekannten Schwimmerverschluß sind zwar Erfolge erzielt
worden, jedoch kann eine weitergehende Verbesserung des schlackenfreien Abstechens
nur von Nutzen sein.
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Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, das schlackenfreie Abstechen
dahingehend zu verbessern, indem ein durch Metallströme bedingtes Verwirbeln von
Schlacke gegen Ende des Abstichvorganges vermieden wird, so daß bis kurz vor Erreichen
der Schließstellung immer noch unver schl ackte Metallschmelze abgestochen werden
kann, d.h., daß ein Gewinn von über 95 10 an Metallschmelze erzielt werden kann.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein vertikal fluchtend
zur Abstichöffnung des Schieber- bzw. Klappenverschlusses an einer Hubvorrichtung
befestigter Strömungskörper in einer oberen Stellung zur Schmelze gehalten wird,
daß bei Erreichen einer Restmenge von Metallschmelze mit einer kritischen Schmelzbadhöhe
von 200 bis 500 mm über der Abstichöffnungs-Oberkante des offenen Schieber- bzw.
Klappenverschlusses der Strömungskörper auf eine untere Stellung von ca. 30 bis
50 mm über dem Gefäßbodengrund abgesenkt und daß mit dem Absinken des Schmel zbadspi
egel s bis auf den Gefäßbodengrund das Auslaufen der Schmelze gestoppt wird. Die
Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei Bodenausgießöffnungen mit fallendem
Schmelzbadspiegel sich von der Bodenausgießöffnung ein Potentialwirbel bildet, der
schräg bis zur Gefäßwandung verläuft und letztlich bei einer kritischen Schmelzbadhöhe
die Schlacke erfaßt und verwirbelt, so daß in derartigen Fällen eine definierte
Ebene zwischen Schlacke und Metallschmelze nicht mehr vorhanden ist, wodurch ein
Schwimmerverschluß die mit ihm ansonsten verbundenen Wirkungen nicht erzeugen kann.
Die Erfindung ist vorteilhaft an Gießpfannen und Elektroschmelzöfen und ähnlichen
metallurgischen Gefäßen anwendbar, deren Mündungsbereich sich oben befindet und
die, wenn überhaupt, dann nur in geringem Umfang kippbar sind. Bei derartigen ofen
wird durch das Absenken des Strömungskörpers der Potentialwirbel gebunden, so daß
die Schlacke nicht verwirbelt werden kann. Somit ist es möglich, aufgrund der Erfindung
ein höheres Ausbringen an schlackenfreier Metallschmelze zu erzielen.
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Je nach Schmelzbadhöhe und damit verbundener Beanspruchung der von
der Metallschmelze berührten Teile, wird ferner vorgeschlagen, daß der Strömungskörper
in der oberen Stellung außerhalb der Schmelze und in der unteren Stellung in die
Schmelze eindringend oder eingetaucht gehalten wird.
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Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist derart ausgebildet,
daß der aus temperaturbeständigem Material bestehende Strömungskörper an der Spitze
einer Stange befestigt ist, daß die Stange in vertikal mit der Mittenachse der Abstichöffnung
fluchtender Stellung an einer Hubvorrichtung befestigt ist und daß die Hubvorrichtung
entweder über dem metallurgischen Behälter oder seitlich neben dem metallurgischen
Behälter angeordnet ist.
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Für-die Bindung des Potentialwirbels bei gleichzeitiger Schaffung
eines Verschlußorgans ist vorgesehen, daß der Strömungskörper etwa kegelförmig geformt
ist, wobei die Kegelspitze in Betriebsstellung nach unten weist.
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Herstellung und Gebrauch werden ferner dadurch begünstigt, daß Kegel
spitze und Obergang des Kegels am Strömungskörper gerundet sind.
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Die Einrichtung ist ferner für verschiedene metallurgische Gefäße
leicht anpaßbar. So ist vorgesehen, daß die Hubvorrichtung auf einer Gießpfanne
mittels einer Krantraverse gebildet ist, wobei für die den Strömungskörper tragende
Stange eine senkrechte Führung auf der Krantraverse vorgesehen ist.
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Speziell für metallurgische Schmelzöfen, die mit Elektroden bestückt
sind, wird vorgeschlagen, daß die Hubvorrichtung für einen Elektrolichtbogenofen
im Bereich der Elektroden angeordnet ist und daß die den Strömungskörper tragende
Stange parallel zu den Elektroden verläuft.
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Für einen anderen Anwendungsfall ist diesbezüglich vorgesehen, daß
daß die Hubvorrichtung für einen Elektroschmelzofen aus einem außerhalb des metallurgischen
Gefäßes angeordneten Hubantrieb und einem diesen mit der den Strömungskörper tragenden
Stange verbindenden, horizontal durch eine öffnung des metallurgischen Gefäßes verlaufenden
Träger gebildet ist.
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Die Erfindung ist auch auf nach neuen technologischen Verfahren betriebene
Elektroschmelzöfen anwendbar, wobei vorgesehen ist, daß die Hubvorrichtung für einen
Elektrolichtbogenofen, bei dem die Abstichöffnung in einem Erkerteil angeordnet
ist, die den Strömungskörper tragende Stange in den oben offenen Erkerteil einführbar
ist, wobei der außerhalb des Erkerteiles angeordnete Hubantrieb und die Stange mittels
eines horizontal verlaufenden Auslegers verbunden sind.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen.
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Fig. 1 eine Gießpfanne im vertikalen Querschnitt mit der erfindungsgemäßen
Einrichtung in einer ausgewählten Betriebsphase; Fig. 2 denselben vertikalen Querschnitt
durch eine Gießpfanne mit der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer anderen Betriebsphase;
Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab mit der erfindungsgemäßen
Einrichtung in einer weiteren Betriebsphase; Fig. 4 einen Ausschnitt wie Fig. 3
mit der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer auf die vorangegangenen Betriebsphase
folgenden Betriebsphase; Fig. 5 eine Draufsicht auf einen mit Elektroden bestückten
Elektrolichtbogenofen; Fig. 6 einen vertikalen Querschnitt durch den Elektrolichtbogenofen
gemäß Fig. 5;
Fig. 6a eine Einzelheit "X" aus Fig. 6 in vergrößertem
Maßstab mit einer alternativen Ausführungsforn des Verschlußorgans; Fig. 7 einen
Elektrolichtbogenofen mit einer seitlichen öffnung in Draufsicht; Fig. 8 einen vertikalen
Querschnitt durch den Elektrolichtbogenofen gemäß Fig. 7; Fig. 9 einen Elektrolichtbogenofen
mit sogenanntem Erkerteil in Draufsicht; Fig. 10 einen vertikalen Querschnitt durch
den Elektrolichtbogenofen gemäß Fig. 9 und Fig. 10a eine Einzelheit Y aus Fig. 10
in vergrößertem Maßstab mit einer alternativen Ausführungsform des Verschlußorgans.
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Das metallurgische Gefäß 1 besteht gemäß Fig. 1 aus einer Gießpfanne,
in der Stahlschmelze einer metallurgischen Behandlung unterzogen worden ist und
nunmehr nach Offenen des Verschlußorgans 2, das aus einem Schieber- oder Klappenverschluß
gebildet wird, in einen tiefer befindlichen Behälter, z.B. eine Verteilervorrichtung
von Stranggießanlagen oder dgl. abgestochen werden soll. Die sich im Gefäßbodenteil
la aufstauende Metallschmelze 3 ist von einer Schlackenschicht 4 bedeckt, die z.B.
durch Aufgeben von Kalk oder dgl. abgesteift wird, so daß die Schlackenschicht 4
zusammenhängt und in Schichtform absinkt, und zwar verhältnisgleich so schnell,
wie die Metallschmeize als Gießstrahl 5 ausläuft.
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Auf dem metallurgischen Gefäß 1 (Gießpfanne) befindet sich, abgestützt
auf der Krantraverse 6 oder einem höherliegenden Bauteil der Stahl werkshalle, die
Hubvorrichtung 7 mit einem Hubantrieb 8.
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Die Hubvorrichtung 7 trägt die Stange 9, die in der Führung 10 vertikal
heb- und senkbar gelagert ist und an der Spitze 9a den Strömungskörper 11 festhält.
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Gemäß Fig. 2 ist die Stange 9 mittels des Hubantriebes 7 in eine noch
zu beschreibende Betriebsstellung abgesenkt. Die Absenkbewegung erfolgt auf der
Mittenachse 12 der Abstichöffnung 13.
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Der Strömungskörper 11 weist eine etwa kegelförmige Grundform auf.
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Die Kegelspitze 11a (Fig. 3) weist nach unten und paßt erforderlichenfalls
in die Abstichöffnung 13, um einen dichtenden Sitz zu gewährleisten. Die Kegelspitze
11a und der Obergang 11b sowie ggf.
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der Kegel sockel llc sind jeweils aus herstellungstechnischen Gründen
sowie aus Gründen der Verschleißfestigkeit mit Rundungen 14 ausgefuhrt.
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Die auf der Metallschmelze 3 schwimmende Schlackenschicht 4 verhält
sich entsprechend ihrer Zähigkeit bzw. Festigkeit und sinkt zusammen mit dem Badspiegel
der Metallschmelze ab. Hierbei ändert sich der metallostatische Druck, wobei bei
Stahl entsprechend dem etwa siebenfachen Gewicht gegenüber Wasser sich bei einer
Höhe II "h" (Fig. 3) ein Potentialwirbel 15 aufgrund des ferrostatischen Druckes
ausbildet und sich der Gefäßwandung 1b zuneigt, d.h. dort seine Energie verzehrt.
Solange der Potentialwirbel 15 nur die Gefäßwandung berührt, sind die dort auf die
Feuerfestausmauerung treffenden Kräfte bisher noch nicht als gefährlich eingestuft
worden. Zu einem gewissen Zeitpunkt erreicht jedoch die Schlackenschicht 4 in jedem
Fall die Stelle 15a, die unter der "kritischen Höhe h" (Fig. 4) liegt. Vor Erreichen
der kritischen Schmelzbadhöhe "h" wird jedoch die Stange 9 mit dem Strömungskörper
11, wie in Fig. 4 dargestellt, abgesenkt, so daß der Potentialwirbel 15 eine Abstützung
an dem Strömungskörper 11 findet. In dieser Situation ist ein Eindringen des Potentialwir-
bels
15 in die Schlackenschicht 4 ausgeschlossen. Die Schlackenschicht 4 sinkt auf der
Metallschmelze 3 mit laminarer Strömung ab und diesem Absinken folgend wird der
Strömungskörper 11 kontinuierlich bis auf eine untere Stellung von ca. 30 bis 50
mm über dem Gefäßbodengrund 1c eingestellt (h/kritisch), wobei dieses Einstellen
auch stufenweise erfolgen kann. Danach wird, bevor die Schlackenschicht 4 in die
Abstichöffnung 13 hineingesaugt werden würde, entweder das Verschlußorgan 2 geschlossen
oder aber die Stange 9 mit dem Strömungskörper 11 vollends auf die Abstichöffnung
13 auf dem Gefäßbodengrund 1c abgesenkt oder das Gefäß gekippt. Eine solche Verfahrensweise
sichert ein Ausbringen an schlackenfreier Metallschmelze (Stahl) von nahezu 98 bis
99%.
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Die beschriebene Verfahrenseise ist auf alle solche metallurgischen
Gefäße anwendbar, die mit einem Bodenabstich der beschriebenen Gestaltungen versehen
sind.
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Eine derartige Anwendung ist zu Fig. 5 für einen Elektrolichtbogenofen
16 mit Elektroden 17, 18 und 19 gemäß Fig. 6 vorgesehen.
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Der Elektrolichtbogenofen 16 besitzt eine zentrische Abstichöffnung
13, und das Verschlußorgan 2 besteht aus einer anlegbaren Klappe. Während des Schmelzvorganges
ist die Abstichöffnung 13 mit einem hitzebeständigen Füllmittel, wie z.B. Sand,
ausgefüllt. Die Stange 9 verläuft hier parallel zu den Elektroden 17, 18 und 19.
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Anstelle des Verschlußorgans 2 in Form einer Klappe ist gemäß Fig.
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6a ein Schieberverschluß 20 vorgesehen. Es kann jedoch auch anstelle
des vom Schmelzenraum 21 aus betätigten Strömungskörpers 11 als Verschlußorgan 2
ein von außen in den Gießstrahl 5 einschwenkbarer Strömungskörper angewendet werden.
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Der Elektroschmelzofen 22 (gemäß Fig. 7) weist eine Offnung 23 auf.
Die Hubvorrichtung 7 und der Hubantrieb 8 befinden sich außerhalb des metallurgischen
Gefäßes 1. Ein Träger 24 verbindet
die Hubvorrichtung 7 mit der
Stange 9, die den Strömungskörper 11 trägt, wobei der Träger 24 durch die oeffnung
23 hindurch verlaufend angeordnet ist. Die Uffnungshöhe der öffnung 23 entspricht
der erforderlichen Hubhöhe der Hubvorrichtung 7. Die öffnung 23 ist verschließbar
und dient gleichzeitig zum Abkippen der Hauptschlacke.
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Der Elektrolichtbogenofen 16 ist nach einer weiteren Ausführungsform
(Fig. 9) mit einem Erkerteil 25 versehen, in den die Abstichöffnung 13 zur Elektroschmel
zofen-Mittelachse exzentrisch angeordnet ist. Der Erkerteil 25 ist nach oben hin
offen, um die Stange 9 für den Strömungskörper 11 einführen zu können. Der Hubantrieb
8 ist hier ebenfalls außerhalb des metallurgischen Gefäßes 1 angeordnet und mittels
des horizontal verlaufenden Auslegers 26 mit der Stange 9 verbunden (Fig. 10). Es
ist anstelle des als Verschlußorgan 2 dargestellten Klappenverschlusses auch möglich,
z.B. einen Schieberverschluß 27 einzusetzen oder, wie erwähnt, einen von außen einschwenkbaren
Stopfenverschluß, der tangential in den Gießstrahl 5 bei entsprechend ausgebildeten
Strömungsprofil eingeschwenkt wird (Fig. 10a).
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