DE4208520C2

DE4208520C2 - Abstichrohr an einem Konverter oder Lichtbogenofen

Info

Publication number: DE4208520C2
Application number: DE4208520A
Authority: DE
Inventors: Hans Rothfuss; Guenther Haubold; Dieter Bach; Werner Glasmacher; Dieter Stuesser
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1992-03-17
Filing date: 1992-03-17
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2012-03-18
Also published as: DE59304013D1; EP0561181A2; EP0561181A3; ES2094946T3; ZA931903B; ATE143702T1; US5310164A; EP0561181B1; DE4208520A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Abstichrohr für einen Konverter oder Lichtbogenofen, mit Durchflußquerschnitten, die in Höhe der Auslaufzone kleiner sind als in dem Konverter- bzw. Lichtbogenofen-Innenraum näheren Höhen.

Ein derartiges Abstichrohr ist in der EP 0 057 946 B1 beschrieben. Bei diesem verjüngen sich die Durchflußquerschnitte des Abstichrohrs gestuft von der dem Konverter nahen Einlaufzone zu der Auslaufzone des Abstichrohrs. Dadurch soll der Abstichkanal an die Strömungsverhältnisse des Abstichstrahls angepaßt sein.

Durch den Verschleiß des Abstichrohrs verringert sich dessen Strömungswiderstand. Dies hat zur Folge, daß sich die Abstechzeit, also die Zeit, in der der Konverter ausgehend von seiner maximalen Badspiegelhöhe bis zu seiner minimalen Badspiegelhöhe leerläuft, entsprechend ändert. Dies ist ungünstig, weil die jeweilige Abstechzeit die Temperatur, die die Schmelze im nachgeordneten Gefäß aufweist, beeinflußt. Bei längeren Abstechzeiten ergibt sich im nachgeordneten Gefäß eine niedrigere Schmelzentemperatur als bei kürzeren Abstechzeiten. Um daraus resultierende metallurgische Unregelmäßigkeiten zu vermeiden, muß die Schmelze nachgeheizt werden. Dies bedingt einen beträchtlichen Energieeinsatz.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Abstichrohr der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß dieses bei den mit ihm durchzuführenden Abstichen eine möglichst gleiche Abstechzeit aufweist.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Abstichrohr der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Durchflußquerschnitte in den verschiedenen Höhen des Abstichrohres, wenigstens in der Auslaufzone des Abstichrohres, etwa gleich den Querschnitten desjenigen Strömungsprofils der Schmelze in diesen Höhen ist, das sich bei einer vertikalen Strömung der Schmelze bei einem Badspiegel zwischen 30% und 70% der maximalen Badspiegelhöhe einstellt.

Dadurch ist erreicht, daß das Durchflußprofil des Abstichrohres dem sich bei einem mittleren Badspiegel - zwischen 30% und 70% der maximalen Badspiegelhöhe - einstellenden Strömungsprofil der Schmelze angepaßt ist. Dieses Strömungsprofil ist rechnerisch aus der bekannten Formel

A_(x) = m/r(2gx)^1/2

rechenbar, wobei
A_(x) der Strömungsquerschnitt in der Höhe x,
m der Massenstrom der Schmelze pro Zeiteinheit,
r die Dichte der Schmelze,
g die Erdbeschleunigung und
x die jeweilige Höhe ist.

Entsprechend des hieraus errechenbaren Strömungsprofils der vertikalen Schmelzenströmung bei einem mittleren Badspiegel lassen sich dann die dem Strömungsprofil der Schmelze angepaßten, in den verschiedenen Höhen des Abstichrohres unterschiedlichen Durchflußquerschnitte ermitteln. Wenigstens in der Auslaufzone werden die Durchflußquerschnitte des Abstichrohrs dementsprechend bemessen.

Dadurch ist erreicht, daß das Abstichrohr, solange es für Abstiche gut ist, während dieser Abstiche eine ziemlich konstante Abstechzeit gewährleistet, wobei hier eine gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbesserte Konstanz der Abstechzeit während der Abstiche schon darin gesehen werden kann, wenn beispielsweise während 80 Abstichen durch das gleiche Abstichrohr sich die Abstechzeiten nur zwischen 3,5 min und 5,5 min ändern.

Die Durchflußquerschnitte des Abstichrohrs in der Auslaufzone an das Strömungsprofil anzupassen, kann genügen, da die Auslaufzone, wenigstens solange die Länge des Abstichrohrs nicht durch einen Verschleiß der Auskleidung des Konverters selbst reduziert ist, im wesentlichen die Abstechzeit bestimmt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Konverter in Ausgußstellung mit vertikaler Stellung seines Abstichrohres,

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Teilansicht,

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht eines dreiteiligen Abstichrohres bei einem noch nicht verschlissenen Konverter mit Schmelzen- Strömungsprofil bei maximaler Badspiegelhöhe,

Fig. 4 das Schmelzen-Strömungsprofil bei einer mittleren Badspiegelhöhe zwischen 30% und 70% der maximalen Badspiegelhöhe,

Fig. 5 ein dreiteiliges Abstichrohr für einen verschlissenen Konverter in einer Fig. 3 entsprechenden Darstellung, wobei das Strömungsprofil bei maximaler Badspiegelhöhe mit durchgezogener Linie und das Strömungsprofil bei minimaler Badspiegelhöhe strich-doppelpunktiert angedeutet ist,

Fig. 6 ein Diagramm der Abstechzeiten über der Anzahl der Abstiche und

Fig. 7 die Intervalle der Auswechslung des Abstichrohres über den mit dem Konverter möglichen Abstichen bis zu dessen Erneuerung.

Ein Konverter 1 weist eine Auskleidung 2 auf, in der ein diesen überragendes Abstichrohr 3 sitzt. Zwischen dem Abstichrohr 3 und der Auskleidung 2 sind Zwischenschichten 4, 5 vorgesehen.

Wird der Konverter 1 um seine Achse 6 so geschwenkt, daß das Abstichrohr 3 vertikal steht, dann stellt sich im Konverter 1 eine maximale Badspiegelhöhe xm ein. Die Auslauföffnung 7 des Abstichrohrs 3 liegt dabei in der Höhe x2.

Bei noch unverschlissener Auskleidung 2 des Konverters 1 liegt die Einlauföffnung 8 des Abstichrohrs 3 in der Einlaufhöhe x1. Zwischen der Einlaufhöhe x1 und der Auslaufhöhe x2 besteht das Abstichrohr 3 mit einer Länge l1.

Ist die Auskleidung 2 infolge der Abstiche verschlissen, wie dies in Fig. 2 durch die Verschleißlinie 9 dargestellt ist, dann ist damit auch das Abstichrohr 3 verschlissen so daß seine jetzige Einlauföffnung 10 in der Einlaufhöhe x3 liegt, wobei das Abstichrohr 3 zwischen der Einlaufhöhe x3 und der Auslaufhöhe x2 nur noch die Länge l2 aufweist, die kleiner ist als die Länge l1.

Während eines Abstechens sinkt die Badspiegelhöhe. In einem mittleren Badspiegelniveau ergibt sich die Badspiegelhöhe x0, die bei 30% bis 70%, vorzugsweise 40% bis 50%, der maximalen Badspiegelhöhe xm über der minimalen Badspiegelhöhe xu liegt.

Das sich bei dieser mittleren Badspiegelhöhe x0 - ohne das Abstichrohr 3 - einstellende Strömungsprofil So ist aus der oben genannten Formel für die verschiedenen Höhen zwischen der Einlaufhöhe x1 und der Auslaufhöhe x2 errechenbar. Entsprechend dieser Berechnung lassen sich die Durchflußquerschnitte A1, A3, A2 in den Höhen x1, x3, x2 und auch in den dazwischenliegenden Höhen in der Weise bemessen, daß sie den jeweils dortigen Querschnitten des Strömungsprofils So der Schmelze möglichst gleich sind.

Durch diese Anpassung der Durchflußquerschnitte an eine Schmelzenströmung aus mittlerer Badspiegelhöhe x0 ist erreicht, daß die Abstechzeiten während der mit einem Exemplar eines Abstichrohrs 3 möglichen Abstiche sich in engen Grenzen befinden, also möglichst gleich sind. Fig. 6 stellt dies dar:

In Fig. 6 ist eine maximale Abstechzeit To, mit beispielsweise 5,5 min und eine minimale Abstechzeit Tu mit etwa 3,5 min dargestellt. Zwischen diesen Abstechzeiten liegende Abstechzeiten sind metallurgisch unproblematisch.

In Fig. 6 ist mit durchgezogener Linie der Verlauf der Abstechzeiten über 80 Abstiche bei der Verwendung eines der erfindungsgemäßen Abstichrohres gezeigt. Mit einem Exemplar des erfindungsgemäßen Abstichrohrs 3 sind also 80 Abstiche möglich, ohne daß die zwischen den Grenzen Tu und To zulässige Abstechzeit überschritten wird.

Zum Vergleich ist in Fig. 6 mit "-o-o-o" der entsprechende Verlauf für einen Abstich durch ein zylindrisches Abstichrohr dargestellt. Dabei liegen die Abstechzeiten bei den anfänglichen Abstichen - bis etwa zum 10. Abstich - über der maximalen Abstechzeit To und unterschreiten dann schon etwa beim 50. Abstich die minimale Abstechzeit Tu. Außerdem ist zum Vergleich in Fig. 6 auch die Kennlinie "-+-+-+" gezeigt, die den Verlauf bei einem gestuften bzw. bei einem rein konischen Abstichrohr nach dem Stand der Technik entspricht. Auch in diesem Fall liegt die Abstechzeit bei vielen anfänglichen Abstichen oberhalb der maximal zulässigen Abstechzeit To und dann schon etwa bei 65 Abstichen unterhalb der minimal zulässigen Abstechzeit Tu.

Fig. 7 zeigt einen weiteren Vorteil der Erfindung. Dieser beruht darauf, daß bei dem erfindungsgemäßen Abstichrohr die erlaubte Abstechzeit über sehr viele Abstiche im wesentlichen gleich ist. In Fig. 7 ist davon ausgegangen, daß nach etwa 800 Abstichen der Konverter 1 bzw. dessen Auskleidung 2 erneuert werden muß. Die dargestellten Linien entsprechen der Fig. 6. Es ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Abstichrohr 3 bei 800 Abstichen nur 9 mal ersetzt werden muß, wogegen ein übliches Abstichrohr mit rein zylindrischem Durchflußquerschnitt 17 mal und ein Abstichrohr mit gestuftem Querschnitt 13 mal während der 800 Abstiche erneuert werden müßte. Günstig ist auch, daß beim erfindungsgemäßen Abstichrohr 3 die Intervalle zwischen dem Auswechseln des Abstichrohrs 3 gleich sind und jeweils auf eine gleiche Anzahl von Abstichen, im Beispielsfalle 80 Abstiche festlegbar sind, so daß das Personal bis zur Erneuerung des Konverters 1 bzw. dessen Auskleidung 2 immer wieder nach einer gleichen Anzahl von Abstichen das Abstichrohr 3 erneuern kann, wogegen sich bei den Abstichrohren nach dem Stand der Technik diese Zeiträume laufend verkürzen, so daß das Personal bei einem mehr verschlissenen Konverter ein Abstichrohr nach dem Stand der Technik jeweils eher austauschen muß, als bei einem noch weniger verschlissenen Konverter.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 bis 5 besteht das Abstichrohr 3 aus drei Bausteinen 11, 12, 13.

Der Baustein 11 bildet die Auslaufzone des Abstichrohres 3. Er ist in den Durchflußquerschnitten in seiner Höhe H1 so bemessen, wie dies dem Strömungsprofil So der Schmelze in dieser Höhe bei einer mittleren Badspiegelhöhe x0 bei einem freien Schmelzenaustritt entspricht (vgl. Fig. 4).

Der die Einlaufzone des Abstichrohrs 3 bildende Baustein 12 ist in den verschiedenen Höhen seines Durchflußquerschnittes so bemessen, daß seine Durchflußquerschnitte über seine Höhe H2 dem sich bei einer minimalen bzw. unteren Badspiegelhöhe xu einstellenden Strömungsprofil (vgl. in Fig. 5 doppelstrichpunktiert) entsprechen; und zwar dann, wenn die Auskleidung 2 des Konverters 1 soweit verbraucht ist, daß sich der Verschleiß der Verschleißlinie 9 angenähert hat.

Der Baustein 13 ist als Übergangsbaustein ausgebildet. Es stehen Übergangsbausteine 13 mit unterschiedlichen Höhen H3 zur Verfügung, wobei in jedem Fall der Übergangsbaustein 13 so gestaltet ist, daß er strömungs- bzw. innenseitig einen möglichst glatten Übergang zwischen den Bausteinen 11, 12 bildet.

In den Fig. 3 und 5 sind jeweils abmessungsgleiche Bausteine 11 für die Auslaufzone und untereinander abmessungsgleiche Bausteine 12 für die Einlaufzone dargestellt. Lediglich die Bausteine 13 der Übergangszone sind unterschiedlich gestaltet. Die unterschiedliche Gestaltung der Bausteine 13 liegt in deren Höhe H3, die dem in Richtung der Verschleißlinie 9 fortschreitenden Verschleiß der Auskleidung 2 des Konverters 1 angepaßt ist.

Für den Fall, daß wie im Beispiel nach Fig. 7 für eine Konverterreise von 800 Abstichen neun Ersetzungen des Abstichrohres 3 vorgesehen sind, werden dementsprechend Übergangs-Bausteine 13 neun bzw. zehn verschiedener Längen H3 vorgesehen, die sich strömungsseitig möglichst stufenlos an die in allen Fällen gleichen Bausteine 11 bzw. 12 der Auslaufzone bzw. der Einlaufzone anschließen.

Dadurch ist mit einfachen Bausteinen eine Vereinfachung der Reparatur- bzw. Auswechselarbeiten des Abstichrohres 3 erreicht. Günstig ist diese Gestaltung auch, weil herstellerseitig vergleichsweise wenige und einfach herstellbare Bausteinformate genügen, um für eine Konverterreise die jeweils notwendigen Abstichrohre zur Verfügung zu stellen, die annähernd gleiche Abstechzeiten gewährleisten.

Claims

1. Abstichrohr für einen Konverter oder Lichtbogenofen, mit Durchflußquerschnitten, die in Höhe der Auslaufzone kleiner sind als in dem Konverter- bzw. Lichtbogen-Innenraum näheren Höhen, dadurch gekennzeichnet daß die Durchflußquerschnitte in den verschiedenen Höhen des Abstichrohres (3) wenigstens in der Auslaufzone (11) des Abstichrohres (3), etwa gleich den Querschnitten desjenigen Strömungsprofils (So) der Schmelze in diesen Höhen ist, das sich bei einer vertikalen Strömung der Schmelze bei einem Badspiegel zwischen 30% und 70% maximalen Badspiegelhöhe (xm) einstellt.

2. Abstichrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußquerschnitte in den verschiedenen Höhen der Einlaufzone (12) des Abstichrohres (3) etwa gleich dem Querschnitt desjenigen Strömungsprofils (So) der Schmelze in diesen Höhen ist, das sich bei einer vertikalen Strömung der Schmelze bei einem Badspiegel zwischen 30% und 70% der maximalen Badspiegelhöhe (xm) und bei einer durch Verschleiß des Konverters (1) reduzierten Länge (12) des Abstichrohres (3) einstellt.

3. Abstichrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstichrohr aus wenigstens drei Bausteinen (11, 12, 13) zusammengesetzt ist, in deren erstem (11) die Auslaufzone, in deren zweitem (12) die Einlaufzone und in deren drittem (13) die Übergangszone zwischen dem ersten und dem zweiten Baustein (11, 12) liegt.

4. Abstichrohr nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß zwischen der Einlaufzone und der Auslaufzone des Abstichrohres (3) eine diese glatt verbindende Übergangszone (13) vorgesehen ist, deren Länge dem Verschleiß des Konverters (1) angepaßt ist.