DE4011798A1 - Verfahren und vorrichtung zum gezielten starten des flusses von fluessigem stahl durch den auslauf einer stahlwerkspfanne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gezielten Starten des Flusses von flüssigem Stahl durch den Auslauf einer Stahlwerkspfanne.

Das gezielte Starten des Stahlflusses aus einer Stahlwerkspfanne ist seit langem mit Problemen behaftet. Aus der Praxis ist hierfür die folgende Vorgehensweise bekannt.

Vor dem Einfüllen des flüssigen Stahls in eine Stahlwerkspfanne, deren Auslauf mit einem Schieberverschluß verschließbar ist, wird in diesem eine Schieberfüllmasse, der sogenannte Schiebersand, gegeben. Dieser soll verhindern, daß der flüssige Stahl im Einlaufbereich aufgrund der dort vorliegenden starken Wärmeabfuhr sofort erstarrt. Zum anschließenden Vergießen des Stahls wird der Schieberverschluß geöffnet, woraufhin ein Teil des Schiebersandes herausrieselt. Die meist kuppelförmige Grenzschicht des in diesem Bereich versinterten Schiebersandes zum flüssigen Stahl wird im Idealfall unter dem anstehenden ferrostatischen Druck brechen, sodaß der Gießprozeß beginnen kann.

Ein erheblicher Nachteil dieser Arbeitsweise ist darin zu sehen, daß die erwähnte Grenzschicht stets in Abhängigkeit von einer Reihe von Faktoren unterschiedlich stark ausgebildet sein kann. Dies hat zur Folge, daß der anstehende Druck der Flüssigkeitssäule nicht immer ausreicht, um die Schicht zu durchbrechen. In diesem Falle liegt kein sogenannter Selbstöffner vor. Ursache für die variierende Selbstöffnungsrate ist die qualitätsbedingte Arbeitsweise. So wurde festgestellt, daß neben der Güte des Schiebersandes die sogenannte Stahlverweilzeit von großer Bedeutung ist. Hierunter ist die Zeit vom Einfüllen des flüssigen Stahls in die Pfanne bis zum Gießbeginn zu verstehen. Vor der Einführung des Stranggießens lagen diese Zeiten üblicherweise bei 10 bis 20 Minuten. Mit der Verbreitung der Sekundärmetallurgie sowie der Einführung des Pfannenofens sind nunmehr Zeiten von 2 bis 5 Stunden üblich. Mit Einführung dieser Technik ist in der Praxis ein Rückgang der Selbstöffnungsraten feststellbar.

Wenn nun keine Selbstöffnung vorliegt, muß die Grenzschicht mechanisch zerstört werden. Dies geschieht zumeist mit Hilfe einer Sauerstoff-Brennlanze. Diese Arbeit ist nur unter größten Schwierigkeiten durchführbar und führt oftmals zu Ablaufverzögerungen, die den Angießprozeß stören und im ungünstigsten Fall zu einem Gießabbruch führen. Darüber hinaus erfordert diese Notfallmaßnahme teure Zusatzeinrichtungen und verursacht höhere Kosten.

Vor dem aufgezeigten Hintergrund ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dessen Durchführung bei Nichtvorliegen einer Selbstöffnung des Auslaufs der Stahlwerkspfanne ein gezieltes Starten des Gießvorganges erreicht wird. Darüber hinaus soll eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens angegeben werden.

Nachdem durch eine erstmalige Betätigung des Schieberverschlusses die Schieberfüllmasse aus dem Auslauf herausgerieselt ist und es aufgrund der Eigenschaften der versinterten Grenzschicht aus der Schieberfüllmasse im Gießgutkontaktbereich nicht zu einem Durchbrechen derselben gekommen ist, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst der Schieberverschluß wieder betätigt, um den Auslauf zu verschließen. Daran anschließend wird der durch die Grenzschicht und dem Schieberverschluß begrenzte Hohlraum mit einem Inertgas gefüllt. Diese Füllung erfolgt mit einem Arbeitsdruck, der höher ist als der ferrostatische Druck. Das Inertgas kann beispielsweise Argon sein. Der Arbeitsdruck ist gegenüber dem ferrostatischen Druck, der durch die Pfannenhöhe vorgegeben ist, sehr hoch. So wird der ferrostatische Druck nur selten mehr als 4 bar erreichen. Der Arbeitsdruck hierbei kann bis zu 20 bar betragen.

Erfindungsgemäß wird der bei Durchbrechen der Grenzschicht auftretende Druckabfall in dem besagten Hohlraum oder in eine zu diesem führenden Gasdruckleitung erfaßt. Überschreitet dieser Meßwert einen vorgebbaren Sollwert, so wird der Schieberverschluß motorisch in seine den Auslauf öffnenden Stellung gebracht. Das vorgeschlagene Verfahren gewährleistet also stets den sicheren Start des Angießvorganges.

Die Druckmessung kann vorteilhaft an einer Drossel vorgenommen werden, über die ein Referenzgasdruckbehälter während des Füllens des Hohlraums mit Gas mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt wird.

Der Arbeitsdruck, der für ein Durchbrechen der Grenzschicht erforderlich ist, kann reduziert werden, wenn der Hohlraum mit Gas gefüllt wird, dessen Arbeitsdruck pulsiert. Hierdurch wird eine Ermüdung der versinterten Grenzschicht erreicht, sodaß diese bereits bei niedrigeren Druckwerten durchbricht.

Aus Sicherheitsgründen ist es vorteilhaft, daß gleichzeitig mit der Betätigung des Schieberverschlusses in die den Auslauf öffnende Stellung nach dem Durchbrechen der Grenzschicht der weitere Fluß des Inertgases zu dem Hohlraum unterbrochen wird. Anderenfalls könnten größere Mengen von flüssigem Stahl aus der Pfanne hinausgeschleudert werden.

Die Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens zeichnet sich aus durch einen Differenzdruckmesser, mit Hilfe dessen der Druckabfall im Hohlraum des Auslaufes beim Durchbrechen der Grenzschicht erfaßt wird. Der Meßwert wird einer Auswerteeinrichtung zugeführt und dort mit einem vorgebbaren Sollwert, beispielsweise 1 bar, verglichen. Übersteigt der Meßwert diesen Sollwert, wird ein Stellmotor angesteuert, welcher seinerseits den Schieberverschluß in die den Auslauf öffnende Stellung verfährt.

Vorzugsweise ist ein Referenzgasdruckbehälter vorgesehen, der über eine Drossel mit dem Arbeitsdruck des Inertgases beaufschlagbar ist, wobei der Differenzdruckmesser parllel zu der Drossel geschaltet ist. Beim Durchbrechen der Grenzschicht fällt somit der Druck in dem Referenzgasdruckbehälter nicht schlagartig ab, sondern innerhalb einer durch die Dimensionierung der Drossel 7 vorgegebenen Zeitspanne, während derer die Messung erfolgt.

Aus Sicherheitsgründen kann ein Überdruckventil in der das Inertgas führenden Druckleitung vorgesehen sein, daß bei Überschreiten eines vorgebbaren Druck-Maximalwertes öffnet. Um dem bereits oben angesprochenen Sicherheitsaspekt Rechnung zu tragen, kann in der Gaszuführleitung ein Schließventil vorgesehen sein, welches von der Auswerteeinrichtung synchron mit dem Stellmotor angesteuert wird. Dadurch wird sichergestellt, daß nach dem Durchbrechen der Grenzschicht in dem Auslauf kein weiteres Gas zugeführt wird, das in diesem Falle zu einem Herausschleudern von flüssigem Stahl aus der Pfanne führen würde.

Im übrigen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung gekoppelt sein mit einer an sich bekannten Dosierspülungseinrichtung, welche Inertgas kontinuierlich in den sogenannten Spülstein im Auslauf der Pfanne speist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt ein schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Der Auslauf 1 einer nicht dargestellten Stahlwerkspfanne ist mittels eines durch einen Stellmotor M betätigbaren Schieberverschlusses 2 öffen- und verschließbar. In den Auslauf 1 führt eine Gaszuführleitung 18, durch die Inertgas aus der Quelle 12 geführt werden kann. Gemäß dem Blockschaltbild ist die Vorrichtung gekoppelt mit einem an sich bekannten Dauerspülungssystem aus dem Rückschlagventil 15 und dem Schaltventil 16, durch welches kontinuierlich Inertgas aus der Quelle 19 in den Auslauf gespeist werden kann.

Das Gas aus der Quelle 12 gelangt über ein Schaltventil 10, das mit einem Druckmesser 11 verbunden ist, über ein Schließventil 6, über eine Drossel 20 und ein Rückschlagventil 13 in den Auslauf, wo es bestimmungsgemäß den Hohlraum zwischen der nicht dargestellten Grenzschicht aus versinterter Füllmasse und dem verschlossenen Schieberverschluß 2 mit Druck beaufschlagt.

Ein Teilstrom des Inertgases gelangt über ein Rückschlagventil 14 und in geringen Mengen über eine dazu parallel geschaltete Drossel 7 in einen Referenzgasdruckbehälter 3. Ein Differenzdruckmesser 4 greift einen auftretenden Druckabfall an der Drossel 7 ab. Der Wert wird einer Auswerteeinrichtung 5 zugeführt, in der der Meßwert dahingehend ausgewertet wird, ob der Druckabfall größer als ein vorgebbarer Sollwert ist. Trifft dies zu, steuert die Auswerteeinrichtung 5 einen Stellmotor M an, der den Schieberverschluß 2 in dessen den Auslauf 1 öffnenden Stellung verfährt. Gleichzeitig erzeugt die Einrichtung 5 ein Signal, mit dem das Schließventil 6 angesteuert wird.

Ein Überdruckventil 8 ist in der Zuführleitung vorgesehen, um gegebenenfalls beim Überschreiten eines zulässigen Betriebsdruckes zu öffnen.

Ein Rücksetzventil 9 am Refenrenzgasdruckbehälter 3 gestattet es, diesen nach Durchführung des Verfahrens vollständig zu entleeren.

Wird bei der Einleitung des Angießvorganges festgestellt, daß kein sogenannter Selbstöffner vorliegt, wird Gas aus der Quelle 12 in den Hohlraum im Auslauf und gleichzeitig in den Referenzgasdruckbehälter 3 geleitet. Der dabei auftretende, vom Differenzdruckmesser 4 erfaßte Druckabfall ist so gering, daß er unterhalb eines Sollwertes, beispielsweise 1 bar, liegt.

Steigt der Druck im Hohlraum weiter an, so bricht die Grenzschicht im Auslauf durch und ein schlagartiger Druckverlust in der Zuführleitung tritt ein. Hierdurch strömt das unter hohem Druck stehende Gas aus dem Referenzgasdruckbehälter 3 bei geschlossenem Rücksetzventil 9 über die Drossel 7 zurück in das Zuführsystem, wobei ein relativ hoher Druckabfall vom Differenzdruckmesser 4 registriert wird. Dieser hohe Druckabfall ist ein sicheres Indiz dafür, daß die Grenzschicht aufgebrochen ist. In diesem Falle steuert die Einrichtung 5 den Stellmotor M an, um den Schieberverschluß 2 in die den Auslauf 1 öffnende Stellung zu bringen. Gleichzeitig erzeugt die Einrichtung 5 ein Signal, welches das Schließventil 6 zum Schließen veranlaßt, sodaß kein weiteres Inertgas unter hohem Druck in den Auslauf gelangt. Hierdurch wird verhindert, daß flüssiger Stahl durch in den nun offenen Auslauf gelangendes Gas aus der Pfanne herausgeschleudert wird.

Claims (8)

1. Verfahren zum gezielten Starten des Flusses von flüssigem Stahl durch den Auslauf einer Stahlwerkspfanne, der mit einem Schieberverschluß verschließbar ist, wobei an dem Übergang der Pfanne zum Auslauf eine Grenzschicht aus versinterter Schieberfüllmasse, deren Reste zuvor durch Öffnen des Schieberverschlusses entfernt worden sind, ausgebildet ist, die den ferrostatischen Druck über der Schmelze aufnimmt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schieberverschluß betätigt wird, um den Auslauf zu verschließen,
daß der durch die Grenzschicht aus versinterter Schieberfüllmasse und den Schieberverschluß begrenzte Hohlraum mit einem Inertgas unter einem solchen Arbeitsdruck gefüllt wird, der höher ist als der erwähnte ferrostatische Druck,
daß der bei Durchbrechen der Grenzschicht aus der Schieberfüllmasse auftretende Druckabfall in dem besagten Hohlraum oder in der zu diesem führenden Druckleitung erfaßt wird, und
daß bei Überschreitung dieses Meßwertes über einen vorgebbaren Sollwert der Schieberverschluß motorisch in seine den Auslauf öffnenden Stellung gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Füllens des Hohlraums mit Gas ein Referenzgasdruckbehälter mit dem Arbeitsdruck über eine Drossel beaufschlagt wird, und daß der Druckabfall beim Durchbrechen der Grenzschicht an der Drossel abgegriffen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsdruck pulsiert.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Betätigung des Schieberverschlusses in die den Auslauf öffnende Stellung der Fluß des Inertgases zu dem Hohlraum unterbrochen wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem motorisch betätigbaren Schieberverschluß (2), mittels dessen der Auslauf (1) einer Stahlwerkspfanne verschließbar ist, gekennzeichnet durch einen Differenzdruckmesser (4), der den Druckabfall im Hohlraum des Auslaufes (1) beim Durchbrechen der Grenzschicht erfaßt, und durch eine Auswerteeinrichtung (5), die den Meßwert vom Differenzdruckmesser (4) dahingehend auswertet, ob der Meßwert einen Sollwert überschreitet und gegebenenfalls einen Stellmotor (M), der seinerseits den Schieberverschluß (2) betätigt, ansteuert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Referenzgasdruckbehälter (3) vorgesehen ist, der über eine Drossel (7) mit dem Arbeitsdruck des Inertgases beaufschlagbar ist, und
daß der Differenzdruckmesser (4) parallel zu der Drossel (3) geschaltet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überdruckventil (8) in der das Inertgas führenden Druckleitung vorgesehen ist, das bei Überschreiten eines vorgebbaren Druck-Maximalwertes öffnet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gaszuführleitung ein Schließventil (6) vorgesehen ist, das von der Auswerteeinrichtung (5) synchron mit dem Stellmotor (M) angesteuert wird.