DE4326325A1 - Verfahren zum wahlweisen Entleeren eines metallurgischen Gefäßes und zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Gefäß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum wahlweisen Entleeren eines metallurgi­ schen Gefäßes durch Öffnen und Schließen mindestens eines im Bodenbereich vorgesehenen Entleerungsstutzens und erstreckt sich auf ein metallurgisches Gefäß zur Durchführung dieses Verfahrens.

Metallurgische Gefäße werden beispielsweise zur kontinuierlichen Beschichtung von Stahlbändern eingesetzt, wobei das Gefäß, als keramischer Tiegel ausgebildet, Bestandteil eines Induktionsofens ist. Da Stahlbänder nicht nur mit Zink, sondern auch mit Legierungen beschichtet werden, die bei höheren Temperaturen ver­ arbeitet werden müssen, sind Anlagen zur kontinuierlichen Stahlbandbeschichtung bekannt, die mehrere metallurgische Gefäße umfassen, welche je nach ihrem Legierungsinhalt mit unterschiedlichen Zustellungen ausgestattet sind. Solche Beschichtungsanlagen ermöglichen beim Wechsel der Beschichtungslegierung einen schnellen Wechsel der Gefäße, wobei jedoch erhebliche Wärmeverluste bei den jeweils nicht benötigten, aber in Bereitschaft zu haltenden Gefäßen auftreten.

Zur Vermeidung der Wärmeverluste bei Beschichtungsanlagen mit zeitweise nicht im Einsatz befindlichen metallurgischen Gefäßen ist es allgemein bekannt, die Anlagen mit Umpumpeinrichtungen auszustatten. Diese werden nicht nur bei einem Legierungswechsel, sondern auch bei einem Induktorersatz und einer Ausfütte­ rungserneuerung in Betrieb genommen, um zuvor das betreffende metallurgische Gefäß zu entleeren. Nicht zuletzt werden Umpumpeinrichtungen bereit gehalten, um im Gefahrensfall die gesamte Schmelze schnell aus dem Gefäß in ein anderes umpumpen zu können. Hinreichend temperaturbeständige Umpumpeinrichtungen sind außerordentlich teuer und erreichen trotz Fertigung ihrer Verschleißteile aus hochtemperaturbeständigem keramischem oder keramisch beschichtetem Material nur relativ kurze Betriebszeiten und müssen danach häufig durch gänzlich neue Umpumpeinrichtungen ersetzt werden.

Weitere wesentliche Nachteile der Pumpeinrichtung bestehen darin, daß sich damit metallurgische Gefäße nicht vollständig entleeren lassen, sondern immer ein nicht förderbarer Rest des Behälterinhalts im Behälter verbleibt. Auch ist es besonders energieaufwendig, daß der Behälterinhalt, um pumpfähig zu sein, in gut fließfähi­ gen Zustand überführt und darin gehalten werden muß. Da für mehrere Behälter aus Kostenersparnisgründen in der Regel nur eine Pumpe verfügbar ist, muß diese häufig de- und remontiert werden, um am jeweiligen Behälter eingesetzt werden zu können, was sehr zeitaufwendig ist. Metallurgische Gefäße großer Tiefe machen es erforderlich, die Pumpe mit entsprechend hoher Saugleistung auszustatten. Derartige Pumpen neigen dazu, leicht zu blockieren. Schließlich erfordern spezielle Legierungen, die bei höheren Temperaturen verarbeitet werden müssen, wie beispielsweise Galvalume, außerordentlich kostspielige Pumpen, bei denen wesentliche Teile aus Keramik hergestellt sein müssen. Aber auch diese Pumpen lassen sich nur für einige Entleerungsvorgänge verwenden, sind hochempfindlich und ebenso unzuverlässig wie kostspielig.

Je nach der in einem metallurgischen Gefäß enthaltenen Beschichtungslegierung ist vor ihrer vollständigen Entnahme oder auch in bestimmten Zeitabständen die sich ansammelnde Schlacke zu entfernen. Dies erfolgt mit einer einem Bagger ähnlichen Einrichtung, welche mit einem Löffel aus entsprechend temperaturbeständigem Material die Schlacke nach und nach aufnimmt und aus dem Behälter ausschöpft. Auch dieser Vorgang ist sehr kosten- und zeitaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Entleeren eines metallurgischen Gefäßes vorzuschlagen, zu dessen Durchführung weder aufwen­ dige Pumpeinrichtungen noch baggerähnliche Einrichtungen erforderlich sind, um den gesamten Gefäßinhalt, d. h. die flüssige Legierung einschließlich Trass und Schlacke, aus dem Gefäß zu entfernen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einem Verfahren zum wahlweisen Entleeren eines metallurgischen Gefäßes durch Schließen und Öffnen mindestens eines im Bodenbereich vorgesehenen Entleerungsstutzens ausgegangen und erfindungs­ gemäß vorgeschlagen, nach den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angege­ benen Merkmalen zu verfahren.

Für die Einleitung des Schließvorganges reicht es aus, wenn der Auslaßquerschnitt des Entleerungsstutzens z. B. mit Hilfe eines Schiebers oder einer Klappe so zu­ gedeckt wird, daß sich der Entleerungsstutzen mit geschmolzenem Gefäßinhalt füllen kann, ohne auszulaufen. Sobald der Entleerungsstutzen mit Schmelze gefüllt ist, wird dieser Anteil des Gefäßinhalts einfach zum Erstarren gebracht und bildet in diesem Zustand einen Pfropfen, durch den der Entleerungsstutzen sicher ver­ schlossen wird, ohne daß sein Auslaßquerschnitt eines anderweitigen Absperr­ mittels bedarf.

Für die Einleitung des Öffnungsvorganges wird der bis dahin eventuell noch zu­ gedeckte Auslaßquerschnitt des Entleerungsstutzens freigelegt und kann mit dem Ende einer Abführleitung gekuppelt werden. Daraufhin wird der im Entleerungs­ stutzen befindliche Pfropfen zum Schmelzen gebracht, wodurch unter dem stati­ schen Druck der Gefäßinhalt einschließlich sämtlicher in der Schmelze enthaltener Bestandteile ausfließt und über die Abführleitung entfernt werden kann.

Durch Versuche konnte nachgewiesen werden, daß die Temperatur in einem die Wandung der Gefäßes durchdringenden Entleerungsstutzen gegenüber den in metallurgischen Gefäß herrschenden Temperaturverhältnissen einer Zink-, Galvalu­ me-, Aluminium- od. dgl.- Schmelze jedenfalls um einen solchen Betrag niedriger ist, der ausreicht, die Schmelze im Entleerungsstutzen erstarren zu lassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei konventionellen metallurgischen Gefäßen, insbesondere bei solchen für kontinuierliche Stahlbandbeschichtungsanlagen, durchführbar, zumal die dabei eingesetzten Tiegel durch die übliche Zustellung so große Wandstärken aufweisen, daß ein die Gefäßwandung durchdringender Entlee­ rungsstutzen über eine ausreichende Länge für die Pfropfenbildung verfügt.

Ein metallurgisches Gefäß mit mindestens einem in dessen Bodenbereich angeord­ neten, die Wandung des Gefäßes durchdringenden Entleerungsstutzen, vor dessen Auslaßquerschnitt ein Schieber- oder Klappenelement gelagert ist, eignet sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dann besonders gut, wenn dem Schieber- oder Klappenelement erfindungsgemäß eine Kühleinrichtung zugeordnet ist.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung läßt sich die in den Entleerungs­ stutzen einfließende Schmelze bei ihrem Kontakt mit dem gekühlten Schieber- oder Klappenelement spontan zum Erstarren bringen, so daß auch anfängliche Undich­ tigkeiten zwischen dem Schieber- oder Klappenelement einerseits und dem Aus­ laßquerschnitt des Entleerungsstutzens andererseits mit der erstarrenden Schmelze schnell abgedichtet sind. Die Kühleinrichtung kann vorzugsweise aus einer im Schieber- oder Klappenelement integrierten Leitungsschlange bestehen, die z. B. mit Kühlwasser beaufschlagt wird.

Um zum Öffnen des Entleerungsstutzen den darin befindlichen Pfropfen schnell und sicher zum Schmelzen zu bringen, ist der Entleerungsstutzen mit einer Heizeinrich­ tung ummantelt. Diese kann ebenso wie die Heizeinrichtung für das metallurgische Gefäß im übrigen aus einem Induktor- oder Widerstandsheizteil bestehen, das den Entleerungsstutzen umschließt oder in dessen Wand integriert ist.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des metallurgischen Gefäßes ist der Auslaßquerschnitt des Entleerungsstutzens kleiner als dessen Eintriftsquer­ schnitt.

Durch diese Ausgestaltung ist gewährleistet, daß der im Entleerungsstutzen sitzende Pfropfen auch dann noch hinreichend sicher darin festgehalten wird, wenn der Pfropfen infolge unkontrollierter Temperatureinflüsse in begrenztem Umfang an Volumen einbüßen sollte.

Vorzugsweise umschließt der Entleerungsstutzen ein kegelstumpf- oder pyramiden­ stumpfförmiges Volumen, so daß eine Volumenverringerung des Pfropfens lediglich zu einer Pfropfenverlagerung in Richtung des Auslaßquerschnittes des Entleerungs­ stutzens führt, jedoch der Pfropfen daran gehindert ist, plötzlich aus dem Entlee­ rungsstutzen herauszuschießen. Beim Schmelzen des Pfropfens gleitet dieser statt dessen kontinuierlich in Richtung des Auslaßquerschnittes des Entleerungsstut­ zens, wobei die Pfropfenoberfläche ständig in formschlüssigem Kontakt mit der Stutzeninnenfläche bleibt, was einen gleichmäßigen Abschmelzvorgang begünstigt.

Zur vollständigen und gründlichen Entleerung des metallurgischen Gefäßes weist die Oberseite des Gefäßbodens in Richtung eines jeden Entleerungsstutzens ein Gefälle auf und geht stufenlos in die Sohle des jeweiligen Entleerungsstutzens über. Dazu kann die Bodenoberfläche eine konvexe Wölbung aufweisen oder aber aus mindestens einer schiefen Ebene bestehen oder aber pyramidenförmig gestaltet sein. Entscheidend ist, daß dem jeweils tiefsten Punkt der Oberseite des Gefäßbo­ dens ein Entleerungsstutzen zugeordnet ist, an dessen Sohle sich in fließendem Übergang der Bodenbereich anschließt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines metallurgischen Gefäßes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt und nachfolgend näher beschrieben:

Zur Aufnahme eines Metallbades dient ein metallurgisches Gefäß 1, das lediglich mit einem Eckbereich 2 abgebrochen dargestellt ist. Ein Boden 3 und eine Wan­ dung 4 des Gefäßes 1 sind in konventioneller Weise keramisch zugestellt.

Im Eckbereich 2 ist ein Entleerungsstutzen 5 angeordnet, der ringsum in festge­ stampftes feuerfestes Material 6 eingebettet ist, das eine Aussparung 7 und 8 im Boden 3 bzw. der Wandung 4 des Gefäßes 1 ausfüllt.

Der kegelstumpfförmig ausgebildete Entleerungsstutzen 5 ist so angeordnet, daß er mit einem großen Einlaßquerschnitt 9 zum Inneren des Gefäßes 1 und mit einem kleinen Auslaßquerschnitt 10 nach außen gerichtet ist. Der Auslaßquerschnitt 10 ist durch ein Schieberelement 11 bedeckt, das mit einem Temperaturfühler 12 versehen ist. Das Schieberelement 11 kann mit einer nicht dargestellten Kühl­ einrichtung versehen sein, um in das Lumen des Entleerungsstutzens eingeflossene Schmelze beschleunigt zu einem Pfropfen 13 erstarren zu lassen.

Der Entleerungsstutzen 5 ist außenseitig mit einer Ausdrehung 14 versehen, in welcher eine Induktionsheizung 15 plaziert ist. Mit dieser läßt sich der Entleerungs­ stutzen 5 so aufheizen, daß der darin befindliche Pfropfen 13 relativ schnell er­ schmolzen werden kann. Zweckmäßigerweise wird zuvor das Schieberelement 11 in eine den Auslaßquerschnitt 10 freigebende Position überführt und eine Abführ­ leitung 16 an den Entleerungsstutzen 5 dicht angeschlossen. Um ein Erstarren des ausfließenden Behälterinhalts innerhalb der Abführleitung 16 zu verhindern, ist auch diese mit einer in ihrem Mantel integrierten Induktionsheizung 17 ausgestat­ tet.

Da die Oberseite des Bodens 3 stufenlos mit einem Gefälle in die Sohle des auch selbst nach außen hin geneigt ausgerichteten Entleerungsstutzens 5 übergeht, läßt sich somit durch den Entleerungsstutzen 5 das metallurgische Gefäß 1 vollständig entleeren und der Entleerungsstutzen 5 mit Schmelze der nachfolgenden Charge in der erfindungsgemäßen Weise erneut verschließen.

Claims (6)

1. Verfahren zum wahlweisen Entleeren eines metallurgischen Gefäßes durch Schließen und Öffnen mindestens eines im Bodenbereich vor­ gesehenen Entleerungsstutzens, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) zum Schließen des Entleerungsstutzens zunächst dessen Auslaßquerschnitt zugedeckt wird, sodann der Entlee­ rungsstutzen mit geschmolzenem Gefäßinhalt ausgefüllt wird und schließlich die im Entleerungsstutzen befindli­ che Schmelze zur Bildung eines Pfropfens zum Erstarren gebracht wird und
• b) zum Öffnen des Entleerungsstutzens dessen Auslaßquer­ schnitt abgedeckt wird, bedarfsweise an den Entlee­ rungsstutzen eine Abführleitung angeschlossen wird und schließlich der aus dem Gefäßinhalt gebildete, im Entlee­ rungsstutzen befindliche Pfropfen zum Schmelzen ge­ bracht wird.

2. Metallurgisches Gefäß mit mindestens einem in dessen Bodenbereich angeordneten, die Wandung des Gefäßes durchdringenden Entlee­ rungsstutzen, vor dessen Auslaßquerschnitt ein Schieber- oder Klap­ penelement gelagert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schieber- oder Klappen­ element (11) eine Kühleinrichtung zugeordnet ist.

3. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entleerungsstutzen (5) mit einer Heizeinrichtung (15) umman­ telt ist.

4. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Austrittsquerschnitt (10) des Entleerungsstutzens (5) kleiner ist als der Eintrittsquerschnitt (9) des Entleerungsstutzens (5).

5. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Entleerungsstutzen (5) ein kegelstumpf- oder pyramiden­ stumpfförmiges Volumen umschließt.

6. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite des Bodens (3) des Gefäßes (1) in Richtung eines jeden Entleerungsstutzens (5) ein Gefälle aufweist und stufenlos in die Sohle des jeweiligen Entleerungsstutzens (5) über­ geht.