DE4326325C2 - Metallurgisches Gefäß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein metallurgisches Gefäß mit mindestens einem im Bereich des Gefäßbodens angeordneten Entleerungsstutzen.

Metallurgische Gefäße werden beispielsweise zur kontinuierlichen Beschichtung von Stahl­ bändern 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 verarbeitet 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 Beschich­ tungslegierung 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 Umpump­ einrichtungen auszustatten. Diese werden nicht nur bei einem Legierungswechsel, sondern auch bei einem Induktorersatz und einer Ausfütterungserneuerung in Betrieb genommen, um zuvor das betreffende metallurgische Gefäß zu entleeren. Nicht zuletzt werden Umpump­ einrichtungen bereit gehalten, um im Gefahrensfall die gesamte Schmelze schnell aus dem Gefäß in ein anderes umpumpen zu können. Hinreichend temperaturbeständige Umpump­ einrichtungen 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 Umpumpeinrich­ tungen ersetzt werden.

Weitere wesentliche Nachteile der Pumpeinrichtung bestehen darin, daß sich damit metallur­ gische 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 fließfähigen 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 auszu­ statten. 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.

Um zur Entleerung eines metallurgischen Gefäßes auf eine Pumpeinrichtung oder eine baggerähnliche Einrichtung verzichten zu können, ist es allgemein bekannt, das Gefäß mit einem Bodenauslaß zu versehen. So ausgerüstete metallurgische Gefäße sind beispielsweise aus der DE 40 00 656 A1 und der DE 29 33 989 C2 bekannt. Die Bodenauslässe dieser Gefäße sind mit ihrer jeweiligen Mittelachse so ausgerichtet, daß bei jedem Öffnungszustand der fließfähige Gefäßinhalt ungeachtet seiner Bestandteile ausströmt. Der aus der DE 29 33 989 C2 bekannte Bodenauslaß neigt zudem zur Strudelbildung, wobei zumindest eine partielle Vermischung des Gefäßinhalts begünstigt wird und dadurch Trass und Schlacke bereits zu Beginn des Entleerungsvorgangs mit der Strömung der Schmelze mitgerissen und ausgetragen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein metallurgisches Gefäß vorzuschlagen, das weder aufwendige Pumpeinrichtungen noch baggerähnliche Einrichtungen erfordert, um den gesamten Gefäßinhalt, d. h. zunächst die verwertbare flüssige Legierung und sodann getrennt davon mit Trass und Schlacke vermischte, nicht verwertbare Legierungsreste aus dem Gefäß zu entfernen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein metallurgisches Gefäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen vorgeschlagen.

Für die Einleitung des Schließvorganges reicht es aus, wenn der Auslaßquerschnitt des Entleerungsstutzens z. B. mit Hilfe eines Schiebers oder einer Klappe so zugedeckt 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 verschlossen wird, ohne daß sein Auslaßquerschnitt eines anderweitigen Absperrmittels bedarf.

Für die Einleitung des Öffnungsvorganges wird der bis dahin eventuell noch zugedeckte Auslaßquerschnitt des Entleerungsstutzens freigelegt und kann mit dem Ende einer Abführ­ leitung gekuppelt werden. Daraufhin wird der im Entleerungsstutzen befindliche Pfropfen zum Schmelzen gebracht, wodurch unter dem statischen 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-, Galvalume-, Aluminium- od. dgl. Schmelze jedenfalls um einen solchen Betrag niedriger ist, der ausreicht, die Schmelze im Entleerungsstutzen erstarren zu lassen.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung läßt sich die in den Entleerungsstutzen einfließende Schmelze bei ihrem Kontakt mit dem gekühlten Schieber- oder Klappenelement spontan zum Erstarren bringen, so daß auch anfängliche Undichtigkeiten zwischen dem Schieber- oder Klappenelement einerseits und dem Auslaßquerschnitt des Entleerungsstutzens andererseits mit der erstarrenden Schmelze schnell abgedichtet sind. Die Kühleinrichtung kann vorzugsweise aus einer im Schieber- oder Klappenelement integrierten Leitungsschlan­ ge 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 erfindungsgemäß mit einer Heiz­ einrichtung ummantelt. Diese kann ebenso wie die Heizeinrichtung für das metallurgische Gefäß im übrigen aus einem Induktor- oder Widerstandsheizteil bestehen, das den Entlee­ rungsstutzen umschließt oder in dessen Wand integriert ist.

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

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 pyramidenstumpf­ förmiges Volumen, so daß eine Volumenverringerung des Pfropfens lediglich zu einer Pfropfenverlagerung in Richtung des Auslaßquerschnittes des Entleerungsstutzens führt, jedoch der Pfropfen daran gehindert ist, plötzlich aus dem Entleerungsstutzen herauszuschie­ ßen. Beim Schmelzen des Pfropfens gleitet dieser statt dessen kontinuierlich in Richtung des Auslaßquerschnittes des Entleerungsstutzens, 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 Boden­ oberfläche 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 Gefäßbodens ein Entleerungsstutzen zugeordnet ist, an dessen Sohle sich in fließendem Übergang der Bodenbereich anschließt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemaßen metallurgischen Gefäßes 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 Wandung 4 des Gefäßes 1 sind in konventioneller Weise keramisch zugestellt.

Im Eckbereich 2 ist ein Entleerungsstutzen 5 angeordnet, der ringsum in festgestampftes 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 Schieber­ element 11 ist mit einer nicht dargestellten Kühleinrichtung versehen, 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 Entleerungsstutzen 5 so aufheizen, daß der darin befindliche Pfropfen 13 relativ schnell erschmolzen werden kann. Zweckmäßi­ gerweise wird zuvor das Schieberelement 11 in eine den Auslaßquerschnitt 10 mehr oder weniger freigebende Position überführt und eine Abführleitung 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 ausgestattet.

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 Entleerungs­ stutzen 5 mit Schmelze der nachfolgenden Charge in der erfindungsgemaßen Weise erneut verschließen.

Claims (3)

1. Metallurgisches Gefäß (1) mit mindestens einem im Bereich des Gefäßbodens (3) angeordneten; die Gefäßwandung (4) durchdringenden Entleerungsstutzen (5), dem eine Heiz- und oder eine Kühleinrichtung (15) zugeordnet ist und vor dessen Auslaßquerschnitt (10) ein Schieber (11) gelagert ist, wobei die Oberseite des Gefäßbodens (3) in Richtung eines jeden Entleerungsstutzens (5) ein Gefälle aufweist und stufenlos in die Sohle des jeweiligen Entleerungs­ stutzens (5) übergeht.

2. Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt (10) des Entleerungsstutzens (5) kleiner ist als der Eintrittsquerschnitt (9) des Entleerungsstutzens (5).

3. Gefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entleerungs­ stutzen (5) ein kegelstumpf oder pyramidenstumpfförmiges Volumen umschließt.