DE4201748C2 - Verfahren zur Herstellung der feuerfesten Zustellung einer Gießpfanne - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Ein solches Verfahren gehört in seinen Grundzügen durch einen Vortrag von T. Mafune und N. Chastant auf der Tagung "Journees d′Information Techniques de Mise en Oeuvre des Produits & Materiaux Refractaires" am 29. und 30.10.1985 in Nancy zum Stand der Technik. Es ist auch in der DE-PS 37 41 073 erläutert. Der Unterschied dieser Art der Zustellung zu der klassischen Ausmauerung mit feuerfesten Steinen besteht darin, daß die Zustellung als monolithischer Block entsteht. Die Herstellung der Zustellung erfolgt in der Weise, daß in die Pfanne eine deren lichte Öffnung bestimmende Schablone abgesenkt und der Zwischenraum zwischen Pfanneninnenwandung und Schablone mit einer thixotropen feuerfesten Masse ausge­ füllt wird, die unter dem Einfluß von Vibratoren gut fließt und kompaktiert wird. Bei einem Verschleiß der Zustellung nach einer Anzahl von Pfannenreisen kann eine Reparatur auf relativ einfache Weise durch neues Aufbringen thixotroper feuerfester Masse mit Hilfe der Schablone nach dem Entfernen der Oberflächenschicht der alten Zustellung erfolgen, wie es in der DE-PS 37 41 073 beschrieben ist.

Die Bestrebungen gehen dahin, die Lebensdauer einer solchen Zustellung ohne den Betriebsablauf unterbrechende Reparaturen so weit wie möglich zu verlängern. Die Pfannen und die darin durchzuführenden metallurgischen Verfahren haben nämlich in der modernen Metallurgie eine steigende Bedeutung gewonnen. Insbesondere spielt heute der sogenannte Pfannenofen eine entscheidende Rolle bei der Stahlerzeugung. Die Pfanne ist mit Bodenspülsteinen und einem Deckel mit drei Lichtbogenelektroden zur Aufheizung und Spülung des flüssigen Stahls ausgerüstet. Der Elektrolichtbogenofen und der Sauerstoffaufblaskonverter sind zu reinen Einschmelz­ aggregaten geworden. Im Pfannenofen jedoch wird der Stahl eingestellt, legiert, korrekturlegiert und auf eine exakte Temperatur gebracht, so daß der wichtige kostensparende Sequenzguß beim Stranggießen gewährleistet werden kann. Der Pfannenofen ist somit ein entscheidendes Gefäß in der moder­ nen Stahlerzeugung und muß absolut zuverlässig und sicher sein. Jede Schmelze übt einen erodierenden Angriff auf die Zustellung aus. Ein besonderes Problem bilden dabei die Loch- und Spülsteine, d. h. die Steine im Bereich des Abstichlochs und im Bereich der Stellen, durch die Gase von außen in den flüssigen Stahl in der Pfanne eingeblasen werden.

Die bis heute übliche Technik an derartigen Wanddurch­ lässen der Pfanne besteht darin, die eigentlichen Düsenstei­ ne, also buchsenartige Elemente aus besonders hochwertigem feuerfesten Material, und Spülsteine, d. h. poröse Steine meist kegeliger Gestalt zum Einblasen von gasförmigen Me­ dien, in besondere Sitzsteine einzusetzen, d. h. Steine, die ihrerseits in der Zustellung sitzen und die Düsensteine oder Spülsteine in einer zentralen Lochung aufnehmen. Mit "Düsen- und/oder Spülsteine" sollen also die eigentlich funktionel­ len Steine gemeint sein, die mit der auslaufenden Schmelze bzw. dem eingeblasenen Gas in Berührung kommen, mit "Sitz­ steine" separate, in die umgebende Auskleidung eingefügte Steine, die die Halterung für die vorgenannten Steine bil­ den. Für den Düsenstein des Abstichlochs oder Ausgusses ist diese Technik aus der Stahleisen-Schrift, Heft 8 "Das Stranggießen von Stahl" Verlag Stahleisen GmbH (Düsseldorf 1975), Seite 58 ersichtlich, für Spülsteine aus der GB-A-21 22 532. Die Sitzsteine waren bei der klassischen Ausmauerung Bestandteil des feuerfesten Mauerwerks und sind bei der Herstellung der Zustellung aus Vibrationsmassen in mittels Schablonen freigehaltene Öffnungen derselben eingesetzt.

Diese Sitzsteine verschleißen unter der erodierenden Wirkung der Schmelze meist voreilend. Die Pfanne mußte in einem solchen Fall bisher abgekühlt werden, damit die Steine ausgebrochen und durch neue ersetzt werden konnten. Störende Betriebsunterbrechungen waren die Folge.

Die Technik, die eigentlichen Düsen- und/oder Spülstei­ ne in separate Sitzsteine einzusetzen, ist stets beibehalten worden, trotz der damit verbundenen Mißhelligkeiten durch den Verschleiß der Sitzsteine. Dies gilt auch für die Zeit nach dem Aufkommen der monolithischen Zustellungen. Die Steine waren unverändert vorhanden, sogar in rechteckiger Form, was ein Relikt aus der Periode der gemauerten Ausklei­ dungen ist.

Dies gilt auch für die Lehre nach der DE-B-22 33 894, die die Auskleidung eines metallurgischen Gefäßes mit einer durch Vibration zum Fließen bringbaren, jedoch nicht thi­ xotropen Zustellmasse zum Gegenstand hat. Der Ausgußstein, der in die Zustellmasse einvibriert oder nach deren Einbrin­ gen in einen dabei freigehaltenen Bereich später eingesetzt werden kann, ist schematisch als einheitlicher Körper ge­ zeichnet, bestand jedoch tatsächlich entsprechend der damals üblichen Technik aus Sitzstein und Düsenstein.

Der Blasstein nach der DE-C2 34 33 123 ist in seinem unteren Bereich blechummantelt und grenzt in seinem oberen Bereich unmittelbar an die Zustellung der Pfanne und ver­ sintert nach Inbetriebnahme der Pfanne an seiner Oberfläche zusammen mit der Zustellung, deren Art nicht beschrieben ist. Er verbindet sich mit der Zustellung zu einer Einheit und kann ohne größere Ausbrucharbeiten nicht ausgewechselt werden.

Aus der Schriftstelle "Bottom inert gas blowing into an electric arc furnace at Vallourec" in "Metallurgical Plant and Technology International" 6 (1990) S. 54-61 ist ein Elektrolichtbogenofen bekannt, bei dem ein Blasstein aus MgO unmittelbar in eine MgO-Zustellung eingestampft wird und sich mit ihr unter der Wirkung der Schmelze zu einer Einheit verbindet.

Besonders erschwert ist ein Auswechseln der Steine bei den vorgenannten Ausführungsformen durch ihre in dem der Zustellung benachbarten Bereich zylindrische Form, die im Verein mit dem unmittelbaren Zusammensintern mit der umge­ benden Zustellung ein Ausstoßen der Steinreste praktisch unmöglich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dauerhaf­ tigkeit, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit der Zustellung von Stahlgießpfannen zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch wieder­ gegebene Erfindung gelöst.

Es ist hierdurch erreicht, daß die mit den Sitzsteinen verbundenen Probleme in Gestalt des vorzeitigen Verschleißes behoben sind. Es werden also nicht nur die Sitzsteine einge­ spart, sondern auch noch erhebliche Gewinne durch Vermeidung von Betriebsunterbrechungen erzielt.

An die Stelle der Sitzsteine, die am Ausguß auch Loch­ steine oder Ausgußsteine genannt werden, werden erfindungs­ gemäß bei der thixotropen Vibrationszustellung der Pfanne nur kleine Schablonen für die funktionellen Steine selbst gesetzt, d. h. für den die Ausgußdüse bildenden Düsenstein und den kegeligen Spülstein. Der Boden der Zustellung der Pfanne wird vergossen und vibriert, und es werden anschlie­ ßend die Schablonen gezogen. Nach dem Trocknen der Zustel­ lung werden nur der buchsenartige Düsenstein bzw. der Spül­ stein in die belassenen Öffnungen eingesetzt und die Fuge mit feuerfestem Mörtel geschlossen. Dieser Vorgang war auch beim Einsetzen der Düsen- oder Spülsteine in die Sitzsteine erforderlich. Diese Sitzsteine selbst und ihre Verbindung mit der umgebenden Zustellung durch Mörtel sind aber nunmehr überflüssig. Durch die Verminderung der Fugen, die eine schlechte Erosionsbeständigkeit aufweisen, und der entspre­ chenden Steine ist das Durchbruchsrisiko verringert. Natür­ lich ergibt sich auch eine erhebliche Zeit- und Kostener­ sparnis, und es nimmt die Lebensdauer der Pfannenzustellung deutlich zu. Bei Versuchen wurden mit erfindungsgemäßen Pfannen schon Lebensdauern von mehr als 150 Pfannenreisen erzielt, bevor eine Erneuerung der Zustellung notwendig war.

Am Ende der Lebensdauer wird die Oberfläche der Zustel­ lung am Boden und an der Wandung aufgerauht und reliefgetreu in einer dünnen Schicht abgetragen, wobei ein verschlissener Düsenstein und/oder ein solcher Spülstein wegen seiner Koni­ zität relativ leicht ausgestoßen werden kann, indem er sich entlang der Mörtelschicht löst. Nach der Säuberung der Öff­ nung wird wieder die kleine Schablone für den jeweiligen Düsen- oder Spülstein und anschließend die große Schablone eingesetzt, die der lichten Öffnung der Pfanne entspricht. Der Zwischenraum zwischen der "alten Oberfläche" und der Schablone wird mit thixotroper feuerfester Masse ausgefüllt. Nach der Vibration, dem Einmörteln der neuen Steine und dem Trocknen liegt eine neuwertige Pfanne mit einer monolithi­ schen Zustellung vor, wie es in der DE-PS 37 41 073 be­ schrieben ist. Durch den Wegfall der Fugen und der zusätzli­ chen Steine ist die neue Zustellung im Bereich der Düsen­ steine deutlich erosionsfester und haltbarer als bei der bisherigen Technik.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Achse einer Gieß­ pfanne zum Vergießen von Stahl;

Fig. 2 zeigt eine Ansicht von oben in die Pfanne in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Boden der Pfanne nach der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 und 5 zeigen zum Vergleich der Fig. 2 und 3 entsprechende Ansichten einer Pfanne mit der bisherigen Technik.

Die in Fig. 1 dargestellte Pfanne 10 umfaßt ein topf­ förmiges Gehäuse 1 aus starkem Stahlblech, welches eine innere Höhe von einigen Metern hat und bis zu 400 t flüssi­ gen Stahls aufnehmen kann. Das Gehäuse 1 ist auf der Innen­ seite mit einem in dem Ausführungsbeispiel gemauerten, unter Umständen aber auch gegossenen Dauerfutter 2 aus feuerfestem Material versehen, welches von der Schmelze nicht erreicht wird. Auf der Innenseite ist das Dauerfutter 2 von dem soge­ nannten Verschleißfutter 3 überdeckt, welches die der Schmelze zugewandte Oberfläche bildet. Die Gestalt dieser Oberfläche wird durch eine kegelige Schablone 4 gebildet, die in Fig. 1 in schon teilweise aus der Pfanne 10 herausge­ hobenem Zustand strichpunktiert wiedergegeben ist. Bei der Erstzustellung und bei den folgenden Reparaturzustellungen wird nach dem Abtragen geschädigter Oberflächenschichten des Untergrundes und entsprechendem Aufrauhen die Schablone 4 in die Pfanne 10 abgesenkt und der Zwischenraum zwischen der in der Pfanne 10 verbliebenen Zustellung und der Schablone mit thixotroper Gießmasse aufgefüllt, die durch an der Schablone angebrachte Vibratoren zu einer monolithischen Zustellung kompaktiert wird.

Die in Fig. 1 nur angedeuteten Steine, nämlich der Düsenstein 5 und ein Spülstein 6, sind in Fig. 2 in der Ansicht von oben erkennbar.

In Fig. 3 sind der Düsenstein 5 und der Spülstein 6 in einer Seitenansicht wiedergegeben. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in dem Verschleißfutter 3 Öffnungen 7, 8 vorgesehen, die bei der Herstellung oder Reparatur des Verschleißfutters 3 durch Schablonen ausgespart worden sind. Die Öffnung 7 ist doppelkegelig, entsprechend der Gestalt des Düsensteins 5 für den Ausguß, der aus zwei mit den ver­ jüngten Seiten einander zugewandten Kegeln 5′, 5′′ mit einer zentralen Ausgußöffnung 9 besteht. Die Öffnung 8 ist ent­ sprechend der Gestalt des kegeligen Spülsteins 6 einfach konisch und verjüngt sich gegen das Innere der Pfanne hin. Die Steine 5′, 5′′ und 6 sind mit Hilfe von feuerfestem Mör­ tel 11 in die Öffnungen 7, 8 des Verschleißfutters 3 einge­ kittet. Der Mörtel 11 verbindet also die Steine unmittelbar mit dem umgebenden monolithischen Verschleißfutter 3.

Zum Vergleich ist in den Fig. 4 und 5 der bisherige Stand der Technik angedeutet. Der Düsenstein 105 für den Ausguß, bestehend aus den kegeligen Teilen 105′ und 105′′, und der Spülstein 106 saßen mittels feuerfestem Mörtel 11 eingekittet in separaten Sitzsteinen, nämlich dem sogenann­ ten Lochstein 115, der den Düsenstein 105 aufnahm, und dem Sitzstein 116, der den Spülstein 106 aufnahm. Die Steine 115, 116 waren ihrerseits mittels feuerfestem Mörtel 121 in der umgebenden monolithischen Zustellung 3 befestigt. Die Steine 115, 116, die mit ihren den feuerfesten Mörtel 121 aufnehmenden Fugen Angriffsstellen für die Erosion durch die Schmelze boten, können bei der Erfindung entfallen.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung der feuerfesten Zustellung einer Wandungsdurchlässe mit Düsen- und/oder Spülsteinen aufnehmenden Pfanne für das Vergießen von Stahl oder eines ähnlichen metallurgischen Gefäßes unter Verwendung thixotr­ oper Vibrationszustellmassen für das Verschleißfutter, da­ durch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Ver­ schleißfutters (3) durch Schablonen Öffnungen (7, 8) für die Wandungsdurchlässe freigehalten und die konischen Düsen- und/oder Spülsteine (5, 6) in die freigehaltenen Öffnungen (7, 8) des Verschleißfutters (3) eingesetzt und dort ohne Sitzsteine unmittelbar in das Verschleißfutter (3) eingemör­ telt werden.