DE3511341C2

DE3511341C2 - Feuerfester Ausguß für Stahl-Konverter und -Elektroöfen

Info

Publication number: DE3511341C2
Application number: DE19853511341
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 5400 Koblenz Braun; Alfred Villach Weidner
Original assignee: Deutsche Magnesit GmbH, 5401 Urmitz
Current assignee: Veitsch Radex GmbH and Co OG
Priority date: 1985-03-28
Filing date: 1985-03-28
Publication date: 1987-03-19
Also published as: DE3511341A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ausguß für Behandlungsgefäße für Metall-, insbesondere Stahlschmelzen und hier einen Ausguß, der aus einer Außenhülse (10) besteht, in der eine Innenhülse (13) eingesetzt ist, wobei Außen- und Innenhülse (10, 13) über einen feuerfesten Mörtel (14) miteinander verbunden sind und die Innenhülse (13) als einstückiges Bauteil gestaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen feuerfesten Ausguß für Stahl- Konverter und -Elektroöfen.
Es ist ein Ausguß bekannt, der am Boden eines Konverters angeordnet ist und folgenden Aufbau zeigt: Der Ausguß besteht aus einem Außenrohr und einem Innenrohr, die über eine zwischen ihnen angeordnete Mörtelschicht miteinander verbunden sind.
Das Außenrohr besteht dabei aus mehreren, in Durchflußrichtung der Metallschmelze gesehen, hintereinander angeordneten Abschnitten, die mit ihren Stirnflächen stumpf gegeneinander gesetzt sind. Um ein exaktes Ausmauern im Bereich des Konverterverschleißfutters zu ermöglichen, weisen die Abschnitte des Außenrohres einen quadratischen Querschnitt auf. Ferner sind die einzelnen Abschnitte jeweils mit einer mittigen Bohrung versehen, so daß sich insgesamt ein Außenrohr mit paarweise sich gegenüberliegenden geraden Außenflächen und einer zentralen durchlaufenden Mittenöffnung ergibt.
In diese Mittenöffnung ist das Innenrohr eingesetzt, welches gleichfalls aus einzelnen, in Durchflußrichtung der Metallschmelze gesehen, hintereinander angeordneten Abschnitten besteht, die vorzugsweise über eine Nut-Feder- Verbindung oder entsprechende Vor- beziehungsweise Rücksprünge untereinander verbunden sind. Sowohl die einzelnen Abschnitte als auch dann das gesamte Innenrohr weisen einen kreisrunden Querschnitt und eine koaxiale Mittenbohrung auf, die den Durchgangskanal für die Metallschmelze bildet.
Ein derartiger Ausguß dürfte auch aus "Stahl und Eisen" 90, 1970, S. 1511, bekannt sein, wenngleich dort nur allgemein von einem Abstichrohr gesprochen wird. Derartige Ausgüsse werden gehalten durch eine Trägerplatte, die die endseitigen Stirnseiten des Außenrohres untergreift und an einer Metallhalterung an der Außenseite des Konverters befestigt ist. Gleiches gilt auch für den aus der DE-AS 21 20 946 bekannten Abstichlochstein.
Mit zunehmender Chargenzahl werden die Erosionen im Bereich der Innenwandung des Innenrohres immer größer, bis der Ausguß erneuert werden muß. Der Austausch beziehungsweise die Erneuerung des entsprechenden Feuerfestmaterials muß am heißen Konverter erfolgen, was erhebliche Probleme mit sich bringt.
Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem mittels eines Bohrgerätes der feuerfeste Mörtel zwischen Innen- und Außenrohr ausgebohrt und damit das Innenrohr ausgetragen werden kann. Anschließend werden neue Abschnitte des Innenrohres nacheinander auf ein metallisches Trägerrohr, das endseitig mit der Trägerplatte verbunden ist, aufgesetzt. Die so zusammengestellte Einheit wird dann in die nur noch durch die Mittenbohrung der Außenhülse gebildete Durchtrittsöffnung eingeschoben und über die endseitige Trägerplatte an der Halterung an der Konverteraußenwand befestigt, zum Beispiel verschraubt. Vom Innenraum des Konverters aus wird dann der feuerfeste Mörtel in den Zwischenraum zwischen Innen- und Außenhülse eingefüllt, wo er anschließend erhärtet.
Beim späteren Betrieb des Konverters schmilzt das Trägerrohr auf, so daß die Metallschmelze anschließend wieder durch das feuerfeste Innenrohr austreten kann.
Durch die Konstruktion eines derartigen Ausgusses ist das Reparaturverfahren außerordentlich aufwendig und bedingt erhebliche Ausfallzeiten, die auch unter finanziellen Gesichtspunkten unerwünscht sind.
Insoweit hat es an Versuchen nicht gefehlt, den Ausguß konstruktiv anders zu gestalten, um die Reparaturarbeiten zu verringern beziehungsweise die Standhaltigkeit des Innenrohres zu verbessern.
So ist ein Ausguß neuerer Bauart bekanntgeworden, der in Längsrichtung gesehen "zweigeteilt" ist. Der, vom Konverterinneren aus gesehen, 1. Abschnitt besteht in bekannter Weise aus hintereinander angeordneten, miteinander über ein Nut-Feder-System verbundenen Rohrabschnitten, die jedoch eine besonders große Wandstärke aufweisen. Dieser Teil erstreckt sich etwa über die Hälfte der gesamten Ausgußlänge. Die, wiederum vom Konverterinneren aus gesehen, hintere Hälfte besteht aus einer Außenhülse, die ähnlich der vorstehend beschriebenen aufgebaut ist und insbesondere wiederum aus einzelnen Abschnitten zusammengesetzt ist, wobei die einzelnen Steine jedoch mit einer derartigen Innenöffnung versehen sind, daß sich insgesamt eine zum freien Ende hin sich konisch erweiternde Durchgangsöffnung ergibt, in die korrespondierende Abschnitte der Innenhülse eingesetzt und mit der Außenhülse über einen plastischen Kitt verbunden sind. Der Innendurchmesser der Abschnitte des hinteren Teils des Innenrohres ist so gewählt, daß er mit dem des vorderen Ausgußabschnittes fluchtet, so daß sich eine zylindrische Mittenöffnung für den Durchtritt der Metallschmelze ergibt.
Im Reparaturfall wird nun nur der hintere (beziehungsweise untere) Teil des Innenrohres, also der Teil, dessen Außenumfang sich zum freien Ende des Ausgusses hin erweitert, ausgebohrt oder mittels Lufthämmern ausgebrochen. Anschließend wird dann ein Trägerrohr mit endseitiger Trägerplatte und darauf aufgesetzten Abschnitten des Innenrohres, soweit diese den konischen hinteren Teil der Innenhülse bilden, in die zuvor vorbereitete Öffnung gesteckt und in bekannter Art und Weise verkeilt beziehungsweise die Trägerplatte an der Außenhalterung verschraubt. Dabei bleibt dann jedoch noch im Bereich des vom Konverterinneren aus gesehen vorderen Teil des Innenrohres ein Zwischenraum zwischen Trägerrohr und Innenrohr aufgrund der zuvor beim Konverterbetrieb erfolgten Erosionen. Dieser Ringspalt wird dann, wie zuvor beschrieben, vom Konverterinneren aus mit einem geeigneten Feuerfestmaterial, vorzugsweise materialgleich mit dem des Innenrohres, ausgefüllt.
Bei einem derartigen Ausguß beziehungsweise einem derartigen Reparaturverfahren wird also nur ein Teil des Innenrohres ausgetauscht, während der andere Teil lediglich ausgebessert wird. Der Aufwand des Ausbohrens wird etwas verringert und die Ausfallzeiten während der Reparatur gesenkt.
Nachteilig bei dem letztgenannten Ausguß ist jedoch, daß eine Vielzahl unterschiedlicher Formatsteine bereitgestellt werden muß, nicht zuletzt aufgrund der konischen Ausbildung des einen Abschnittes des Ausgusses.
Die Problematik besonders hoher Lagerhaltung von Steinen unterschiedlicher Formate wird dann noch größer, wenn, wie ebenfalls bekannt, der Ausguß so ausgebildet wird, daß die Durchtrittsöffnung für die Metallschmelze vom Konverterinneren zum gegenüberliegenden Ende konisch verjüngt ausgebildet ist, wodurch eine bessere Durchströmung und geringere Verwirbelung der Metallschmelze erreicht werden soll. In diesem Fall weist jeder Abschnitt des Innenrohres zwangsweise ein eigenes Format auf.
Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, einen Ausguß vorzuschlagen, der einerseits durch eine verbesserte Standhaltigkeit, das heißt eine geringere Erosionsanfälligkeit des feuerfesten Materials, eine Reparatur erst nach höheren Chargenzahlen notwendig macht, der andererseits aber auch für den Fall einer Reparatur beziehungsweise eines Auswechselns ein schnelleres und einfacheres Reparieren ermöglicht.
Die Erfindung schlägt hierzu in einer ersten Ausführungsform einen feuerfesten Ausguß für Stahl-Konverter und -Elektroöfen vor, bei dem der mit der Metallschmelze in Berührung tretende Ausgußteil aus zwei in Fließrichtung der Schmelze gesehen einstückig verlaufenden, isostatisch gepreßten Segmenten besteht, die zusammen eine konische Durchgangsöffnung umschließen.
Angriffsflächen für die durchtretende Metallschmelze bilden sich bei einem bekannten Ausguß insbesondere an den Kontaktstellen zwischen den einzelnen Abschnitten der Innenhülse, d. h. des mit der Metallschmelze in Berührung tretenden Teils.
Die Halbschalen, die stumpf oder über eine Nut-Feder-Verbindung miteinander verbunden sind, weisen nur noch zwei Nähte, die überdies in Strömungsrichtung der Metallschmelze verlaufen, auf, so daß Angriffsstellen für die Metallschmelze vermindert werden.
Die Erfindung sieht weiter in einer zweiten Ausführungsform vor, daß der mit der Metallschmelze in Berührung tretende Ausgußteil ein isostatisch gepreßtes, einstückiges feuerfestes Teil mit konischer Durchgangsöffnung ist, das heißt, er besteht aus einem einzigen Bauteil ohne jegliche Kontakt- oder Verbindungsstellen. Dabei kann das isostatisch gepreßte Teil Längen von bis zu 1500 mm ohne weiteres aufweisen.
Ein isostatisch gepreßtes Teil hat den Vorteil, daß seine Porosität, insbesondere offene Porosität, sehr viel geringer ist, als die auf konventionelle Art und Weise hergestellter Teile, (z. B. durch Gießen oder Stampfen), wodurch die Erosionsanfälligkeit deutlich herabgesetzt wird. Isostatisch gepreßte Ausgüsse sind als solche bekannt (Fachberichte Hüttenpraxis Metallweiterverarbeitung, 22 (1984) Nr. 5, 450-457), allerdings für andere Anwendungszwecke, nämlich Gießschutzrohre wie Schattenrohre oder dergleichen.
Vorzugsweise besteht der mit der Metallschmelze in Berührung tretende Teil aus einer keramisch gebundenen Schmelzmagnesitqualität, die zusätzlich teergetränkt sein kann.
Die Innenhülse kann in üblicher Weise in eine entsprechende Außenhülse eingesetzt und mit dieser vermörtelt werden.
Ein mit einem erfindungsgemäßen Ausguß ausgerüsteter Konverter erlaubt zwischen den einzelnen Reparaturintervallen die Durchführung einer sehr viel höheren Zahl von Chargen, insbesondere aufgrund folgender Vorteile:

- sehr viel weniger oder gar keine "Nähte" im Durchgangsbereich für die Metallschmelze
- geringere Porosität des Feuerfestmaterials
- höhere Dichte des Feuerfestmaterials
- geringere thermische Ausdehnung des Feuerfestmaterials das isostatisch gepreßt ist.

Darüber hinaus bietet ein erfindungsgemäßer Ausguß aber auch erhebliche Vorteile für den Reparaturfall. Nach dem Ausbohren der schadhaften Innenhülse ist es nicht mehr notwendig, einzelne Bauteile sozusagen als Reparaturset zusammenzustellen; vielmehr wird die Innenhülse entweder unmittelbar an der Trägerplatte befestigt oder auf ein Trägerrohr aufgesetzt und in die vorbereitete Öffnung eingeschoben, verkeilt und der zwischen Innen- und Außenhülse vorhandene Ringspalt anschließend mit einem geeigneten Mörtel verspritzt.
Ein ganz entscheidender Vorteil liegt aber auch in der erheblichen Reduzierung vorzuhaltender Verschleißteile, da es nicht mehr notwendig ist, insbesondere bei einer Ausbildung der Innenhülse mit konischer Durchgangsöffnung, unterschiedlichste Steinformate bereitzuhalten, vielmehr braucht nur noch eine Innenhülse bereitgestellt zu werden. Auch mit fortschreitendem Verschleiß des Konverterfutters und damit verbundener Verringerung der Ausgußlänge, ist es nicht notwendig, Hülsen unterschiedlicher Länge lagermäßig zu führen, vielmehr kann die Ausgußlänge millimetergenau durch Abschneiden der Hülse(n) eingestellt werden.
Durch die höhere Standhaltigkeit und leichtere sowie schnellere Reparaturmöglichkeit, ferner durch die stark reduzierte Lagerhaltung von Ersatzteilen sind mit einem erfindungsgemäßen Ausguß erhebliche Kostenvorteile zu erzielen.
Beispielsweise bei Elektroöfen werden Ausgüsse verwendet, die keine separate Außenhülse aufweisen. Auch in diesen Fällen kann der erfindungsgemäße Ausguß die genannten Vorteile bringen, indem das mit der Metallschmelze in Berührung tretende isostatisch gepreßte Teil mit konischer Durchgangsöffnung den Ausguß insgesamt bildet.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Patentansprüchen sowie den übrigen Anmeldungsunterlagen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, in der ein Ausguß beispielhaft dargestellt ist, näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1: Einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Konverterausguß mit Innen- und Außenhülse;
Fig. 2: Die Stirnansicht des Ausgusses gemäß Fig. 1;
Fig. 3: Den Abschnitt eines Konverterbodens mit eingesetztem erfindungsgemäßen Ausguß.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausguß besteht aus einer Außenhülse 10, die, wie sich insbesondere aus Fig. 2 ergibt, einen quadratischen Querschnitt aufweist. Die Außenhülse 10 besteht aus mehreren, in Durchflußrichtung der Stahlschmelze (Pfeil A) hintereinander angeordneten Abschnitten 10 a. Die einzelnen Abschnitte 10 a sind mit ihren abgeflachten Stirnflächen 10 b stumpf gegeneinander gesetzt.
Jeder Abschnitt 10 a weist eine kreisrunde Mittenöffnung 11 auf, so daß die Ausgußhülse 10 insgesamt eine kreisrunde durchgehende mittige Öffnung 11 a besitzt.
Im Abstand zur Innenwand 12 dieser mittigen Öffnung 11 a ist koaxial eine Innenhülse 13 angeordnet.
Während sich aus Fig. 1 ergibt, daß die Innenhülse 13 zumindest in ihrer Längserstreckung als durchgehendes Bauteil gestaltet ist, läßt sich Fig. 2 entnehmen, daß die Innenhülse 13 einen Kreisquerschnitt aufweist.
Die in Fig. 1 dargestellte Innenhülse 13 ist einstückig, das heißt, sie weist keinerlei Nähte oder sonstige Unterbrechungen auf.
Die Innenhülse 13 besteht aus einer keramisch gebundenen schmelzgegossenen Magnesitqualität, und der Körper ist im isostatischen Preßvorgang hergestellt worden. Durch isostatisches Pressen besitzt die Innenhülse 13 sowohl eine hohe Dichte als auch damit eine geringe Porosität. Zusätzlich kann die Innenhülse 13 auch noch teergetränkt sein.
Innenhülse 13 und Außenhülse 10 sind über einen feuerfesten Mörtel 14 miteinander verbunden, der beispielsweise nach Ausrichten der Innenhülse 13 in der Außenhülse 10 eingespritzt, gestampft oder dergleichen werden kann. Der feuerfeste Mörtel 14 besitzt vorzugsweise etwas plastische Eigenschaften, um thermische Ausdehnungen aufnehmen zu können.
Das komplette Abstichsystem, bestehend aus Außenhülse 10 und darin über den feuerfesten Mörtel 14 eingesetzter einstückiger Innenhülse 13 sitzt etwas von der Vertikalen versetzt in einer entsprechenden Öffnung im Konverterboden 15 ein, wie sich dies aus Fig. 3 ergibt. Das komplette Abstichsystem wird endseitig über eine Trägerplatte 16 mit einer Mittenbohrung im Bereich der Durchgangsöffnung 17 der Innenhülse 13 an einer an der Außenseite 18 des Konverters angeordneten Halterung 19 befestigt, beispielsweise verschraubt, so daß der Ausguß oder seine Teile nicht nach unten wegrutschen können.
Mit einem erfindungsgemäßen Ausguß sind bei einem 270 t Konverter deutlich über 100 Chargen durchführbar, ohne die Innenhülse 13 auswechseln zu müssen, weil die Erosionsbeständigkeit dieses isostatisch gepreßten einstückigen Teils der bekannter Anordnungen weit überlegen ist.
Im Rahmen der Erfindung sind weitere Ausbildungen möglich. So kann beispielsweise, um eine homogenere Überführung der Metallschmelze vom Konverter in den Ausguß zu erreichen, der zum Konverterinneren weisende freie Endbereich der Innen- und/oder Außenhülse eine zur Durchgangsöffnung 17 hin abgerundete Stirnfläche aufweisen, wie dies beispielhaft in Fig. 1 dargestellt ist.
Ferner kann die Außenhülse 10 in gleicher Weise gestaltet sein, wie die Innenhülse 13, das heißt sie kann ebenfalls aus einem einstückigen isostatisch gepreßten Körper bestehen.
Innenhülse 13 und Außenhülse 10 können darüber hinaus in beinahe jeder beliebigen Form hergestellt werden, weil der isostatische Preßvorgang eine praktisch freie Formgebung ermöglicht. Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß die Durchgangsöffnung 17 der Innenhülse 13 in Durchflußrichtung A der Metallschmelze konisch verjüngt ausgebildet ist, wodurch die Strömungsverhältnisse durch den Ausguß insgesamt verbessert werden.
Anstelle der vorstehend genannten schmelzgegossenen Magnesitqualitäten beispielsweise folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent): ≤ 98% MgO, ≤ 0,3% Fe₂O₃, ≤ 1,0% CaO, kann die Innenhülse 13 auch aus einer Sintermagnesitqualität hergestellt sein.
Als feuerfester Mörtel eignet sich beispielhaft einer auf Sintermagnesitbasis.
Die Außenhülse 10 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls aus einer Sintermagnesitqualität.
Ist die Innenwandung 13 a der Innenhülse 13 soweit erodiert, daß eine Reparatur, das heißt ein Austausch des Innenrohres notwendig wird, wird wie folgt vorgegangen: Der verschlissene Teil der Innenhülse 13 und der feuerfeste Mörtel 14 werden mittels einer Bohrmaschine oder eines Lufthammers ausgebrochen. Die auf ein metallisches Trägerrohr mit stirnseitiger Trägerplatte aufgesetzte neue Innenhülse 13 wird dann in die vorbereitete Öffnung gesteckt, verkeilt bzw. an der Halterung 19 verschraubt und vom Konverterinneren in bekannter Art und Weise mit neuem feuerfesten Mörtel verspritzt. Für die Reparatur ist danach nur ein einziges feuerfestes Bauteil, nämlich die einstückige Innenhülse 13 notwendig, und die Reparatur kann, da auf weitergehende vorbereitende Tätigkeiten verzichtet werden kann, in kürzester Zeit durchgeführt werden. Danach steht der neue Ausguß kurzfristig für den weiteren Konverterbetrieb zur Verfügung.
Hat sich nach mehreren hundert Chargen das Konverterfutter 20 der Seitenwand 15 des Konverters in größeren Bereichen verschlissen (in Fig. 3 durch die geschlängelte durchgezogene Linie 21 dargestellt, die die Form der dann vorliegenden Innenwandung angibt), so würde die lagermäßig vorrätige Innenhülse 13 in den Konverterinnenraum vorstehen und keinen vollständigen Ausfluß der Metallschmelze mehr erlauben. Ohne daß hierdurch die Lagerhaltung von Innenhülsen 13 unterschiedlicher Baulängen notwendig wäre, kann in diesem Fall die neu einzusetzende Innenhülse 13 an ihrem unteren Ende einfach auf die entsprechende Länge abgetrennt werden.

Claims

1. Feuerfester Ausguß für Stahl-Konverter und -Elektroöfen, bei dem der mit der Metallschmelze in Berührung tretende Ausgußteil (13) aus zwei in Fließrichtung (A) der Schmelze gesehen einstückig verlaufenden, isostatisch gepreßten feuerfesten Segmenten besteht, die zusammen eine konische Durchgangsöffnung umschließen.

2. Feuerfester Ausguß für Stahl-Konverter und -Elektroöfen, bei dem der mit der Metallschmelze in Berührung tretende Ausgußteil (13) ein isostatisch gepreßtes, einstückiges feuerfestes Teil mit konischer Durchgangsöffnung ist.

3. Ausguß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Teils (13) von seinem einen zum anderen freien Ende kontinuierlich abnehmend ausgebildet ist.

4. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (13) aus einer Sintermagnesitqualität folgender Zusammensetzung besteht:

≤ 76,7 Gew.-% MgO, ≤ 0,3 Gew.-% Fe₂O₃, ≤ 1,0 Gew.-% CaO, ≤ 22,0 Gew.-% C.

5. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (13) aus einer keramisch gebundenen Schmelzmagnesitqualität besteht.

6. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (13) die Innenhülse des Ausgusses bildet, die in einer isostatisch gepreßten Außenhülse einsitzt und mit dieser über einen feuerfesten Mörtel (14) verbunden ist.

7. Ausguß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse (10) einstückig ausgebildet ist.

8. Ausguß nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der feuerfeste Mörtel (14) auf Sintermagnesitbasis aufgebaut ist.

9. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülse (13) und/oder die Außenhülse (10) an ihrem in Fließrichtung (A) der Schmelze zugewandten Ende zur Durchgangsöffnung (17) der Innenhülse (13) hin abgerundet ausgebildet ist (sind).