DE3903444C1 - Method and apparatus for transporting liquid metal from a metallurgical furnace to a casting vessel - Google Patents

Method and apparatus for transporting liquid metal from a metallurgical furnace to a casting vessel

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Klaus Dipl.-Ing. 2800 Bremen De Ulrich
Manfred Dipl.-Ing. Loewenstein
Erhard Ing.(Grad.) 2863 Ritterhude De Krause
Manfred Dipl.-Ing. 2800 Bremen De Voss
Joachim Dipl.-Ing. 2863 Ritterhude De Witt
Klaus Dieter Dipl.-Ing. Gruetzmacher
Uwe Dipl.-Ing. Hammer
Hans De Dr.-Ing. 2800 Bremen De Haas
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Flüssigmetall-Transport von einem metallurgischen Ofen in ein Abgießgefäß. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die aus mindestens einer an einer Abstichöffnung eines metallurgischen Gefäßes, insbesondere Hochofens, installierten Ablaufrinne und einer Übergabestation mit einer Schwenk- oder Kipprinne, wo das Flüssigmetall von der Ablaufrinne über ein Verteilersystem in Austrittsöffnungen läuft, aus denen es in ein vorzugsweise fahrbares Abgießgefäß abläuft, besteht.
Bei der Metallerzeugung, insbesondere der Stahl- und Eisenher­ stellung fallen beim Transport des flüssigen Metalls erhebliche Mengen an z.B sog. "Braunem Rauch" an, der vornehmlich aus Me­ talloxiden besteht. Die entstehenden Staubmengen sind so hoch, daß Maßnahmen zu ihrer Begrenzung bzw. Beseitigung getroffen werden müssen. Gesetzlich vorgeschriebene Anforderungen begren­ zen den zulässigen Staub-Restgehalt auf 50 mg Staub/Nm3. Um diese Werte zu erreichen, wird nach dem derzeitigen Stand der Technik (vergl. DE-Druckschriften "Altanlagenprogramm des Bundesministers des Inneren, Luftreinhaltung, Abschlußbericht - Gießhallenentstaubung von Hochöfen mit 5000 t/d und 4000 t/d Schmelzleistung von Dipl.-Ing. Dieter Eickelpasch, Hoesch Stahl AG, Dortmund, März 1985 und - Gießhallenentstaubung des Hochofens B mit automatischer Minimierung der Abgasmenge"- von Dr.-Ing. Paul van Ackeren, Mannesmannröhren-Werke AG, Aprilil 1983 und DE-Z "Stahl und Eisen" 104 (1984) Nr. 7, Seiten 351ff.) der bei Transportvorgängen des Eisens und des Stahls entstehende z.B. "Braune Rauch" mittels umfangreicher Anlagen über Filter geleitet; dort wird das Eisenoxid abgeschieden und gesammelt, um anschließend einer geeigneten Weiterverwendung bzw. Entsorgung zugeführt zu werden. Um z.B. den in der Abstichhalle eines metallurgischen Ofens, insbesondere eines Hochofens auftretenden Staub überhaupt erfassen zu können, sind somit umfangreiche und leistungsstarke Absaugeinrichtungen mit entsprechenden Abgasfiltern, Rohrsystemen, Ventilatoren, Regelungseinrichtungen usw. zu schaffen, die sowohl von der Installation als auch vom Betreiben her sehr teuer sind. Des weiteren hat sich gezeigt, daß die durch die Absaugung bedingte intensive Heranführung von Luft an das fließende Roheisen die Staubentwicklung zusätzlich drastisch erhöht.
Schließlich können nicht alle Stäube wegen ihrer Verunreini­ gungen rezykliert oder anderweitig wieder verwendet werden, was eine z.T. umweltbelastende Deponierung erforderlich macht. Insgesamt führen alle die genannten Maßnahmen zu einer nicht unerheblichen Verteuerung bei der Metallgewinnung.
Man hat daher in der Vergangenheit bereits vorgeschlagen, Maßnahmen zu ergreifen, welche die Entstehung des Staubes von vornherein verhindern. So ist z.B. vorgeschlagen worden, den Flüssigmetalltransport unter gleichzeitiger Verdrängung des Sauerstoffs durchzuführen, was z.B. durch Stickstoffbedüsung des fließenden Metalles realisiert werden kann. Es hat sich in der Praxis jedoch als wenig wirkungsvoll erwiesen, die Flüssig­ metall-Ablaufrinnen ohne Zusatzmaßnahmen offen mit Stickstoff zu begasen, da allein durch den thermischen Auftrieb der Sauer­ stoffzutritt nur unzureichend begrenzt werden konnte.Die Redu­ zierung des z.B. "Braunen Rauches" bzw. der anfallenden Stäube stand hier in keinem Verhältnis zu dem technischen Aufwand, insbesondere dem Inertgas-Verbrauch.
Für die nur schwer zugänglichen Hauptemissionsquellen wie den Bereich der Abstichöffnung und den Übergabe- bzw. Einlaufbereich in die Abgießgefäße sind keine Maßnahmen zur Rauchgasunter­ drückung bekannt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Verfahren und die genannte Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß bei niedrigen Investitions- und Betriebskosten (Energie, Wartungs- und Inertgas-Aufwand) eine weitgehende Rauchgasunterdrückung über den gesamten Bereich der Roheisen­ führung erzielt wird, wobei die Erfindung speziell auf die besonders schwer beherrschbaren Bereiche der Abstichöffnung, der Übergabestelle mit z.B. einer Schwenk- oder Kipprinne sowie des Pfanneneinlaufes und des Abgießgefäß-Innenraumes hinzielt.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 7 gegebenen Maßnahmen gelöst, die im folgenden näher erörtert werden. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 und 8 bis 10 beschrieben.
Der Begriff "Flüssigmetall" schließt auch die bei metallur­ gischen Prozessen oft mit auftretende Schlacke mit ein, die in Gemengen oder in getrennten Schichten zusammen mit dem flüssigen Metall auftreten kann.
Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch nicht nur die Entstehung von Metalloxiden (z.B. "Brauner Rauch") verhindert, sondern auch die Oxidation weiterer im Flüssigmetall enthaltener Stoffe, wie z.B. Schwefel, weitestgehend unterbunden, so daß die Entstehung weiterer unerwünschter Oxide, wie z.B. von SO2 weitestgehend unterbleibt.
Bereich der Abstichöffnung
Als 1. Maßnahme ist vorgesehen, die unmittelbar an den Abstichöffnungen des metallurgischen Ofens, insbesondere des Hochofens befindlichen Rinnen mit z.B. Hauben abzudecken, in die ein Inertgas eingeleitet wird. Dadurch wird zunächst der Luftzutritt zum flüssigen Metall weitgehend verhindert, ferner wird durch Minimierung des Innenraumes oberhalb des fließenden Flüssigmetalles der theoretisch mögliche Reaktionsraum des Metalles mit dem darüber liegenden Gas und damit der mögliche Reaktionsumfang erheblich reduziert.
Aus verfahrenstechnischen Gründen müssen die Abdeckhauben im Bereich der Abstichöffnung beweglich, d.h. von der Ablaufrinne weg schwenkbar oder klappbar angeordnet sein. Das Inertisierungsgas kann so eingeleitet werden, daß es gleichzeitig zur Kühlung thermisch hoch beanspruchter Bereiche dienen kann.
Transportieren
Die Abschirmung des Flüssigmetallstromes in den Transportrinnen wird dadurch gelöst, daß die Rinnen durch Hauben abgedeckt werden, wobei die Inertgaseinleitung zur gleichzeitigen Kühlung der Abdeckhauben dient.
Übergabestelle
Einen weiteren Problempunkt stellt die Übergabestelle des Flüssigmetalls von der Transportrinne in die Einlauföffnung des Abgießgefäßes dar. Das von der Transportrinne kommende Metall trifft im freien Fall zunächst auf eine Schwenk- oder Kipprinne, über die es über eine Verteilerrinne in eine Auslauföffnung und über diese in das Abgießgefäß, z.B. eine Torpedopfanne, abfließt. Die Übergabestelle ist durch eine Einhausung nach außen weitgehend gasdicht abgeschirmt, der betreffende Innenraum kann somit wirkungsvoll mit Inertgas, insbesondere Stickstoff, inertisiert werden. Die Einhausung der Übergabestelle minimiert den Raum, der mit Inertgas gespült werden muß, erheblich. Die ansonsten wirtschaftlich nicht vertretbare Druck-Stickstoff- bzw. Inertgas-Eindüsung wird auf einen kleinen Bereich, nämlich den von dem Ende der Transportrinne bis zur Auslauföffnung in das Abgießgefäß z.B. einer Pfanne oder eines Torpedowagens beschränkt. Aus verfahrenstechnischen Gründen wird die Übergabestation mit einem vorzugsweise verfahrbaren Deckel ausgestattet.
Als Besonderheit der Erfindung wird die Schwenk- oder Kipprinne während des Flüssigmetalldurchflusses durch dasselbe Inertgas gekühlt, mit dem auch die Inertisierung in dem durch die Abschirmung gebildeten Innenraum gewährleistet wird. Vorzugs­ weise wird hierbei das Inertgas unterhalb der Abschirmung gegen die Wandung der Schwenk- oder Kipprinne geblasen. Um den Inertgas-Verbrauch zu senken, soll der Überdruck oberhalb des Flüssigmetallstromes in den Ablaufrinnen, in dem Übergaberaum und in dem Abgießgefäß-Innenraum möglichst klein gehalten werden.
Ablauf ins Abgießgefäß
Der Flüssigmetallablaufstrahl wird nach seinem Austritt aus der Auslauföffnung bis zum Eintritt in das Abgießgefäß durch einen Inertgasmantel vom Luftzutritt abgeschirmt. Dieser Inertgas­ mantel wird durch eine vorzugsweise ringförmige Ausdüsung von Inertgas unter Druck, vorzugsweise 1,5 bar, geschaffen, so daß sich ein den Flüssigstrahl umhüllender Inertgasschleier ergibt. Prinzipiell wäre es auch möglich, statt des Inertgasschleiers technisch gleichwertige Rohreinläufe bzw. mechanische Abdich­ tungen zu verwenden. Dabei sind jedoch zumeist "bärige" Ablagerungen an den Einlauföffnungen des Abgießgefäßes hinderlich, die ein gasdichtes Aufsetzen des Rohres auf eine solche Einlauföffnung unmöglich machen. Statt des umhüllenden Inertgasschleiers bieten sich somit lediglich metallische Ketten, Streifen oder ähnliches an, die jedoch nachteiligerweise gegeneinander verschiebbar sind und dort insbesondere durch die beim Abguß herrschende Thermik einen luftdichten Abschluß erschweren. Auch hier dient das Inertgas zusätzlich als Kühlmedium für die Auslauföffnung.
Abgießgefäß
Als weitere Maßnahme wird der Abgießgefäß-Innenraum durch Enleiten von Inertgas vorzugsweise durch im Gefäßmantel befindliche Eintrittsöffnungen weitgehend unter Inertgas gehalten, um auch dort eine Metalloxidation zu verhindern. Das aus der Abgießgefäß-Einfüllöffnung für das Flüssigmetall austretende Inertgas unterstützt die beschriebene Abschirmwirkung des ringförmigen Inertgasschleiers für den Flüssigmetall-Strahl. Vorzugsweise sollte das Inertisieren des Abgießgefäßes vor dem ersten Einlauf von Flüssigmetall beginnen.
Inertgase
Als Inertgas können nach der vorliegenden Erfindung entweder Stickstoff oder ein solches Gas verwendet werden, dessen Gehalt an freiem O2 durch Verbrennen in einer Brennkammer verbraucht ist. Das entstehende nunmehr inerte Abgas, das z.B. durch Verbrennen von Erdgas erzielt werden kann, wird vor Einleitung in die genannten Räume gekühlt.
Ziel des Verfahrens bzw. der Vorrichtungen
Geht man davon aus, daß in der Gießhalle z.B. eines Hochofens bei den heute üblichen Entstaubungsverfahren durch Absaugung des entstehenden Staubes etwa 1,5 kg Staub/t Flüssigmetall anfallen, so kann diese Staubmenge bei der erfindungsgemäßen Staubunter­ drückung mindestens auf 0,1 kg/t Flüssigmetall abgesenkt werden. Dies liegt unter der Staubmenge, die bei konventioneller Entstaubung in der Gießhalle erreichbar wäre; zusätzlich können das Absaugen des Staubes und dessen anschließende Entsorgung eingespart werden. Durch Vermeidung der Staubentstehung wird eine Luftreinhaltung ohne Absaugung und aufwendige Nachbehandlung der Stäube erreicht. Kostensparende Nebeneffekte sind dabei die nicht mehr erforderliche Antriebsenergie für die Staubbeseitigung sowie die Lärmminderung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Abgießhalle eines Hochofens ist in den Zeichnungen Fig. 1 und 2 dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hochofens mit drei Abstichlöchern und einer entsprechenden Zahl von Ablaufrinnen zu einer Übergabestation und
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Übergabestation mit Abgießgefäßen.
Der in Fig. 1 dargestellte Hochofen 10 besitzt drei Abstich­ löcher 11, 12 und 13, von denen Ablaufrinnen 14, 15 und 16 zu jeweiligen Übergabestationen 17, 18 und 19 führen, unterhalb derer jeweils verfahrbare Abgießgefäße 20 und 21 (Fig. 2) zur Flüssigmetallaufnahme angeordnet sind.
Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Abstichbereich sind die mit Inertgas beaufschlagbaren Abdeckhauben 22, 23 und 24, die im Bereich des jeweiligen Stichloches 11 bis 13 mit Hilfe der Schwenkvorrichtungen 25, 26, 27 schwenkbar angeordnet sind.
In den jeweils abgedeckten und inertisierten Ablaufrinnen 14, 15 und 16 wird das Roheisen zu den jeweiligen Übergabestationen 17, 18 und 19 geführt.
Innerhalb der Übergabestationen 17, 18 und 19 läuft das Flüssigmetall von den Ablaufrinnen auf Schwenkrinnen 28, 29 und 30, die vorzugsweise seitlich durch Anströmung mit dem Inerti­ sierungsgas gekühlt werden. Das Flüssigmetall wird über Vertei­ lerrinnen 31 und 32 (Fig. 2) zu den jeweiligen Auslauföffnungen 33 und 34 geleitet. Die gesamten Übergabestationen sind mit Gehäusen 35 und 36 ummantelt; die Deckelkonstruktion 36 wird vorzugsweise verfahrbar angeordnet.
Der Flüssigmetallstrahl 37 tritt unterhalb der Gießbühne aus der Auslauföffnung 33 aus, die von der ringförmigen Düse 38 um­ schlossen wird. Diese umhüllt den Flüssigmetallstrahl mit dem Inertgasschleier 39 bis zum Eintritt in die obere Öffnung 40 der Abgießgefäße 20 bzw. 21.
Der Innenraum des Abgießgefäßes wird vor und während des Befül­ lens durch vorzugsweise eine oder mehrere im Gefäßmantel befind­ liche Eintrittsöffnungen 41 bzw. 42 mit Inertgas beaufschlagt.
Sämtliche Gasdüsen sind an Gaszuführungssysteme 43, 44, 45 angeschlossen und werden über Druckventile 46, 47, 48 mit Stickstoff gespeist.
Das erfinderische Prinzip ist ebenso bei sogenannten Kipprinnen verwendbar, bei denen es erforderlich ist, die Kipprinne entsprechend einzuhausen und den Gehäuseinnenraum unter weit­ gehend inerter Atmosphäre mit leichtem Überdruck zu halten. Das erfinderische Prinzip ist gleichfalls bei Schlacken- Transportrinnen anwendbar.

Claims (10)

1. Verfahren zum Flüssigmetall-Transport von einem metallurgischen Ofen, insbesondere Hochofen, in Abgießgefäße dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß von der Abstichöffnung des metallurgischen Ofens die das Flüssigmetall führenden Ablaufrinnen unter Bildung eines möglichst kleinvolumigen, nicht vom Flüssigmetall durchströmten freien Innenraumes abgedeckt werden,
  • b) daß die Übergabestelle, in der das Flüssigmetall von der Transport- und Ablaufrinne in ein Abgießgefäß weitergeleitet wird, weitgehend gasdicht abgeschirmt wird,
  • c) wobei sowohl der freie Innenraum der abgedeckten Ablaufrinnen als auch der weitgehend gasdicht abgeschirmte Innenraum der Übergabestelle und der Abgießgefäßinnenraum mit Inertgas gespült werden und
  • d) daß der Flüssigmetall-Ablaufstrahl von der Auslauföffnung ab bis in das Abgießgefäß von einem den Luftzutritt verhindernden, im Querschnitt im wesentlichen ringförmigen Druck-Inertgasmantel zusätzlich abgeschirmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung der Transport- und Ablaufrinne und/oder der Schwenk- oder Kipprinne an der Übergabestelle während des Flüssigmetalldurchflusses gekühlt werden bzw. wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium das Inertgas verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Inertgasmantel durch ein vorzugsweise ringförmiges Ausdüsen von Inertgas unter einem Druck von vorzugsweise 1,5 bar erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgas Stickstoff oder ein solches Gas verwendet wird, dessen freier Sauerstoff-Gehalt durch Abbrennen in einer Brennkammer verbraucht und das anschließend gekühlt worden ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Inertgasdruck über der Transport- und Ablaufrinne, an der Übergabestelle und in dem Abgießgefäß-Innenraum vorzugsweise zwischen 10 und 100 Pa über dem Außendruck eingestellt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die aus mindestens einer an einer Abstichöffnung des metallurgischen Ofens installierten Transport- und Ablaufrinne und einer Übergabestation mit einer Schwenk- oder Kipprinne, wo das Flüssigmetall von der Ablaufrinne über ein Verteilersystem in Austrittsöffnungen läuft, aus denen es in ein vorzugsweise fahrbares Abgießgefäß abläuft, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) jede Transport- und Ablaufrinne (14-16) über ihre gesamte Länge eine oder mehrere Abdeckhaube(n) (22-24) besitzt, die einen möglichst kleinen freien, d.h. nicht vom Flüssigmetall durchströmten Innenraum bildet (bilden),
  • b) daß die Übergabestationen (17-19) einschließlich der Auslauföffnungen (33, 34) weitgehend gasdicht durch ein geschlossenes Gehäuse (35, 36) abgeschirmt ist,
  • c) daß oberhalb des von der Auslauföffnung (33, 34) zur Abgießgefäß-Einlauföffnung (40) sich bildenden Flüssigmetallstrahles (37) eine ringförmige oder mehrere einen Ring bildende Druckgasdüsen (38) angeordnet ist bzw. sind, deren ausströmendes Inertgas einen senkrechten ringförmigen Inertgasmantel (39) um den Flüssigmetall­ strahl (37) bildet und
  • d) daß in den Abdeckhauben (22-24), in dem Übergabestationsgehäuse (35,36) und in dem Abgießgefäß (20, 21) Gasdüsen vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüsen für jede einer Abstichöffnung nachgeordnete Flüssigmetalltransportanordnung mit Gaszuführungssystemen (43, 45) verbunden sind und daß deren Inertgasabgabe durch eingebaute Druckventile (46, 48) regelbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckhauben (22-24) von den Transport- und Ablaufrinnen (14-16) abschwenkbar sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergabestationen (17-19) bewegliche, vorzugsweise verfahrbare Deckel (36) aufweisen.
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