DE3327671C2

DE3327671C2 - Einrichtung zum weitestgehend schlackenfreien Abstechen von Metalschmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, aus metallurgischen Gefäßen

Info

Publication number: DE3327671C2
Application number: DE3327671A
Authority: DE
Inventors: Fritz-Peter Dr.-Ing. 4100 Duisburg Pleschiutschnigg; Heinrich Dipl.-Ing. 4134 Rheinberg Schnitzer; Hugo 4130 Moers Todzy
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1983-07-30
Filing date: 1983-07-30
Publication date: 1986-06-05
Also published as: DE3327671A1

Abstract

Bei dem bezeichneten Verfahren sinkt 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 ab. Um ein durch Metallströme bedingtes Verwirbeln von Schlacke gegen Ende des Abstichvorganges zu vermeiden, so daß bis kurz vor Erreichen der Schließstellung immer noch unverschlackte Metallschmelze abgestochen werden kann, d. h. um einen Gewinn von über 95% an Metallschmelze zu erzielen, wird vorgeschlagen, daß ein vertikal fluchtend zur Abstichöffnung (13) des Schieber- bzw. Klappenverschlusses (2) an einer Hubvorrichtung (7) befestigter Strömungskörper (11) in einer oberen Stellung zur Schmelze (3) gehalten wird, daß bei Erreichen einer Restmenge von Metallschmelze (3) mit einer kritischen Schmelzbadhöhe von 200-500 mm über der Abstichöffnungs-Oberkante des offenen Schieber- bzw. Klappenverschlusses (2) der Strömungskörper (119) auf eine untere Stellung von ca. 30 bis 50 mm über dem Gefäßbodengrund (1c) abgesenkt und daß mit dem Absinken des Schmelzbadspiegels bis auf den Gefäßbodengrund (1c) das Auslaufen der Schmelze gestoppt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum weitestgehend schlackenfreien Abstechen von Metallschmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, aus metallurgischen Gefäßen, deren Mündungsbereich sich oben befindet und die nicht oder nur in geringem Umfang kippbar sind und die an der Abstichöffnung mit einem Schieber- oder Klappenverschluß versehen sind.

Die Voraussetzungen für die Trennung der Metallschmelze von schwimmender Schlacke beim Abstechen sind jeweils nach Gefäßart, Gefäßform, 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

ίο mit einem Schieber- bzw. KJappenverschluß 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.
Grundsätzlich kann das Mitreißen der Schlacke im Schmelzenraum oder von außen beeinflußt werden.

Von feststehenden Schmelzofen ist es bekannt (DE-PS 12 35 964) zum Zurückhalten der Schlacke mittels eines Gestänges und eines Stopfens von außerhalb des Gefüßes 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 Stahlstrom eindringen, sondern auf diesem schwimmen.

Für ein Ofengefäß eines kippbaren Lichtbogenofens ist schon vorgeschlagen worden (DE-PS 29 44 269), in einem mit dem Schmelzenraum verbundenen Auslaufbehälter einen Verschlußstopfen vorzusehen, der während des Abstechens als Schwimmerverschluß wirkt, dessen Körper auf dem Metallbad schwimmt. Dieses Prinzip läßt sich jedoch nur bei kippbaren öfen anwenden, die den erwähnten Auslaufbehälter aufweisen.

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.

Mit diesem bekannten Schwimmerverschluß sind zwar Erfolge erzielt worden, jedoch kann eine weitergehende Verbesserung des schlackenfreien Abstechens nur von Nutzen sein.

Eine Einrichtung zum weitestgehend schlackenfreien Abstechen für Konverter, deren Mündung während des Abstechens seitlich liegt, ist aus der DE-OS 31 26 559 bekannt. Diese bekannte Einrichtung verhindert das Auftreten von Wirbeln, die aufgrund der Strömung durch das Abstichloch entstehen, in dem gerade vor dem Beginn der Wirbelung der Schlacke ein Absperr-

element in den durch das Abstichloch abgezogenen geschmolzenen Stahl hineinbewegt wird und das Abstichloch verschließt Das Abstichloch wird anschließend durch Anheben des Verschlußkörpers wieder geöffnet, so daß ein Stahl-Ausströmungsraum zwischen dem Absperrelement und der Innenöffnung des Abstichloches gebildet wird. Nachteilig hierbei ist, daß der Abstechvorgang unterbrochen werden muß. Nachteilig ist ebenso ein Eintauchen des Absperrelements in einem Stadium, in dem mit Wirbelbildung nicht gerechnet weroen muß, z. B. bei einer Schmelzbadspiegelhöhe von 800 mm, weil dadurch der Verschlußkörper einem erhöhten Verschleiß unterworfen wird. Im übrigen ist nicht jeder beliebige Verschlußkörper für den Eintauchvorgang geeignet

Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt das Eintauchen eines Absperrkörpers zur Vermeidung von Wirbelbildungen im Hinblick auf die Anwendung in metallurgischen Gefäßen, ausgenommen Konverter, zu verbessern.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Spitze einer von einer Hubvorrichtung getragenen, fluchtend mit der Mittenachse der Abstichöffnung heb- und senkbaren Stange ein Strömungskörper befestigt ist, der etwa kegelförmig geformt ist, wobei die Kegelspitze nach unten weist, der ferner in einer oberen Betriebsstellung außerhalb der Metallschmelze oder bei einer kritischen Schmelzbadhöhe von 200 bis 500 mm über der Abstichöffnungs-Oberkante in einer unteren Betriebsstellung in der Metallschmelze in einer Stellung von ca. 30 bis 50 mm über dem Gefäßbodengrund eingetaucht gehalten ist und mit dem Absinken des Schmelzbadspiegels bis auf den Gefäßbodengrund bzw. die Abstichöffnung absenkbar ist. 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. Die Erfindung ist daher vorteilhaft an Gießpfannen und Elektroschmelzofen und ähnlichen metallurgischen Gefäßen, ausgenommen Konverter, anwendbar, deren Mündungsbereich sich oben befindet und die, wenn überhaupt, dann nur in geringem Umfang kippbar sind. Bei derartigen öfen wird durch das Absenken des Strömungskörpers der Potentialwirbel besser gebunden, so daß die Schlakke nicht verwirbelt werden kann. Beim Eintauchen befindet sich der Verschlußkörper vorteilhafterweise eine gerade notwendige Zeitspanne in der Metallschmelze und kann aufgrund seiner Formgebung leicht ohne größeren Verschleiß von der Metallschmelze umströmt werden. Der kegelförmige Strömungskörper bindet vor allen Dingen mit seiner Spitze den Potentialwirbel besonders leicht und wirkungsvoll. Der Strömungskörper ist außerdem leicht austauschbar ohne großen Aufwand. Die Betriebskosten sind daher für einen derartigen Strömungskörper gering.

Herstellung und Gebrauch werden ferner dadurch begünstigt, daß Kegelspitze und Übergang des Kegels am Strömungskörper gerundet sind.

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

Speziell für metallurgische Schmelzofen, die mit Elektroden bestückt sind, wird vorgeschlagen, daß die Hubvorrichtung für einen Elektrolichtbogenofen im Bereich der Elektroden angeordnet ist und daß die den Strömung^körper tragende Stange parallel zu den Elektroden verläuft

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. Die Erfindung ist auch auf nach neuen technologischen Verfahren betriebene Elektroschmelzofen 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.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen.

F i g. 1 eine Gießpfanne im vertikalen Querschnitt mit der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer ausgewählten Betriebsphase;

F i g. 2 denselben vertikalen Querschnitt durch eine Gießpfanne mit der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer anderen Betriebsphase;

F i g. 3 einen Ausschnitt aus F i g. 1 in vergrößertem Maßstab mit der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer weiteren Betriebsphase;

F i g. 4 einen Ausschnitt wie F i g. 3 mit der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer auf die vorangegangenen Betriebsphase folgenden Betriebsphase; Fig.5 eine Draufsicht auf einen mit Elektroden bestückten Elektrolichtbogenofen;

F i g. 6 einen vertikalen Querschnitt durch den Elektrolichtbogenofen gemäß F i g. 5;

F i g. 6a eine Einzelheit »X« aus F i g. 6 in vergrößertem Maßstab mit einer alternativen Ausführungsform des Verschlußorgans;

Fig. 7 einen Elektrolichtbogenofen mit einer seitlichen öffnung in Draufsicht;

F i g. 8 einen vertikalen Querschnitt durch den Elektrolichtbogenofen gemäß F i g. 7;

F i g. 9 einen Elektrolichtbogenofen mit sogenanntem Erkerteil in Draufsicht;

Fig. 10 einen vertikalen Querschnitt durch den Elektrolichtbogenofen gemäß F i g. 9 und

Fig. 10a eine Einzelheit »V« aus Fig. 10 in vergrößertem Maßstab mit einer alternativen Ausführungsform des Verschlußorgans.

Das metallurgische Gefäß 1 besteht gemäß F i g. 1 aus einer Gießpfanne, in der die Stahlschmelze einer metallurgischen Behandlung unterzogen worden ist und nunmehr nach Öffnen 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 werdet? 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 verhältnis-

gleich so schnell, wie die Metallschmelze als Gießstrahl 5 ausläuft.

Auf dem metallurgischen Gefäß 1 (Gießpfanne) befindet sich, abgestützt auf der Krantraverse 6 oder einem höherliegenden Bauteil der Stahlwerkshalle, die Hubvorrichtung 7 mit einem Hubantrieb 8.

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.

Gemäß F i g. 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.

Der Strömungskörper 11 weist eine etwa kegelförmige Grundform auf. 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 Übergang üb sowie ggf. der Kegelsockel lic sind jeweils aus herstellungstechnischen Gründen sowie aus Gründen der Verschleißfestigkeit mit Rundungen 14 ausgeführt.

Die auf der Metallschmelze 3 schwimmende Schlakkenschicht 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 »h« (F i g. 3) ein Potentialwirbel 15 aufgrund des ferrostatischen Druckes ausbildet und sich der Gefäßwandung \b 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 Λ« (F i g. 4) liegt. Vor Erreichen der kritischen Schmelzbadhöhe »Λ« 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 Potentialwirbels 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 Xc 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 Ic abgesenkt oder das Gefäß gekippt Eine solche Verfahrensweise sichert ein Ausbringen an schlackenfreier Metallschmelze (Stahl) von nahezu 98 bis 99%.

Die beschriebene Verfahrensweise ist auf alle solche metallurgischen Gefäße anwendbar, die mit einem Bodenabstich der beschriebenen Gestaltungen versehen sind.

Eine derartige Anwendung ist zu F i g. 5 für einen Elektrolichtbogenofen 16 mit Elektroden 17, 18 und 19 gemäß F i g. 6 vorgesehen. 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.

Anstelle des Verschlußorgans 2 in Form einer Klappe ist gemäß F i g. 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.

Der Elektroschmelzofen 22 (gemäß F i g. 7) weist eine öffnung 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 Öffnung 23 hindurch verlaufend angeordnet ist. Die Öffnungshöhe der öffnung 23 entspricht der erforderlichen Hubhöhe der Hubvorrichtung 7. Die öffnung 23 ist verschließbar und dient gleichzeitig zum Abkippen der Hauptschlacke.

Der Elektrolichtbogenofen 16 ist nach einer weiteren Ausführungsform (F i g. 9) mit einem Erkerteil 25 versehen, in den die Abstichöffnung 13 zur Elektroschmelzofen-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 (F i g. 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).

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum weitestgehend schlackenfreien Abstechen von Metallschmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, aus metallurgischen Gefäßen, deren Mündungsbereich sich oben befindet und die nicht oder nur in geringem Umfang kippbar sind und die an der Abstichöffnung mit einem Schieber- oder Klappenverschluß versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der Spitze (9a) einer von einer Hubvorrichtung (7) getragenen, fluchtend mit der Mittenachse (12) der Abstichöffnung (13) heb- und senkbaren Stange (9) ein Strömungskörper (11) befestigt ist, der etwa kegelförmig geformt ist, wobei die Kegelspitze (Ha) nach unten weist, der ferner in einer oberen Betriebsstellung außerhalb der Metallschmelze (3) oder bei einer kritischen Schmelzbadhöhe von 200 bis 500 mm über der Abstichöffnungs-Oberkante in einer unteren Betriebsstellung in der Metallschmelze (3) in einer Stellung von ca. 30 bis 50 mm über dem Gefäßbodengrund (ic) eingetaucht gehalten ist und mit dem Absinken des Schmelzbadspiegels bis auf den Gefäßbodengrund (ic) bzw. die Abstichöffnung (13) absenkbar ist.

2. Einrichtung nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kegelspitze (UaJ und Übergang (Ub) des Kegels am Strömungskörper (11) gerundet sind.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubvorrichtung (7) auf einer Gießpfanne mittels einer Krantraverse (6) gebildet ist, wobei für die den Strömungskörper (U) tragende Stange (9) eine senkrechte Führung (10) auf der Krantraverse (6) vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubvorrichtung (7) für einen Elektrolichtbogenofen (16) im Bereich der Elektroden (17, 18, 19) angeordnet ist und daß die den Strömungskörper (11) tragende Stange (9) parallel zu den Elektroden (17,18,19) verläuft.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubvorrichtung (7) für einen Elektroschmelzofen (22) aus einem außerhalb des metallurgischen Gefäßes (1) angeordneten Hubantrieb (8) und einem diesen mit der den Strömungskörper (11) tragenden Stange (9) verbindenden, horizontal durch eine öffnung (23) des metallurgischen Gefäßes (1) verlaufenden Träger (24) gebildet ist.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubvorrichtung (7) für einen Elektrolichtbogenofen (16), bei dem die Abstichöffnung (13) in einem Erkerteil (25) angeordnet ist, die den Strömungskörper (11) tragende Stange (9) in den oben offenen Erkerteil (25) einführbar ist, wobei der außerhalb des Erkerteiles (25) angeordnete Hubantrieb (8) und die Stange (9) mittels eines horizontal verlaufenden Auslegers (26) verbunden sind.