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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gießen von geschmolzenem Metall,
insbesondere von geschmolzenem Stahl. Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung, die das sichere Öffnen
der Ausguss- bzw. Anstichblockierung eines metallurgischen Gefäßes, beispielsweise
einer metallurgischen Pfanne, ermöglicht. Die Erfindung wird
nachstehend bezüglich
des Gießens
von geschmolzenem Stahl aus einer Pfanne beschrieben. Es ist klar,
dass dies nicht als eine Begrenzung des Schutzbereichs der vorliegenden
Erfindung verstanden werden sollte.
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In
Stahlanlagen wird der geschmolzene Stahl in Pfannen transportiert.
Der flüssige
Stahl wird durch die Oberseite in die Pfanne gegossen und von der
Pfanne durch die Unterseite, durch einen Ausguss, der durch einen
Schiebeverschluss geregelt werden kann, abgezapft. Aufgrund der
hohen Temperatur des geschmolzenen Stahls ist die Innenwand der
Pfanne vollständig
mit feuerfesten Elementen (wie in 1; a zu
sehen ist) mit einer Dicke ausgekleidet, die häufig 20 Zentimeter übersteigt. 1 zeigt
einen Querschnitt einer Stahlpfanne. Im Boden der Pfanne befindet
sich ein Loch, das Ausguss (1; b) genannt
wird, der durch einen Schiebeverschluss gesteuert wird. Dieses Loch
besteht auch aus feuerfesten Elementen. Der Schiebeverschluss befindet
sich außerhalb
der Pfanne unter der Bodenwand. Er ist auch mit feuerfesten Elementen
ausgestattet. 2 zeigt einen Querschnitt eines
Pfannenausgusses mit dem Schachtblock (2; c), der
inneren Düse
(2; d), der festen (oder stationären) Platte
des Schiebeverschlusses (2; e), der Schieberplatte bzw.
beweglichen Platte des Schiebeverschlusses (2; f) und
der Sammeldüse
(2; g).
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Vor
der Verwendung, wenn die Pfanne leer ist, ist dieser Ausguss auch
leer. Wenn die Pfanne mit Stahl gefüllt wird (in diesem Moment
ist der Schiebeverschluss geschlossen), wird der Ausguss auch mit flüssigem Stahl
gefüllt
und aufgrund der Wärmeleitfähigkeit
der feuerfesten Elemente, die den Ausguss bilden, erstarrt der flüssige Stahl.
Wenn der Verschluss geöffnet
wird, fließt
der flüssige
Stahl, der sich in der Pfanne befindet, folglich nicht durch den Ausguss,
da er mit verfestigtem Stahl blockiert wird.
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Um
zu verhindern, dass dies passiert, ist es üblich, den Ausguss mit Sand
(Ausgusssand genannt) zu füllen,
bevor die Pfanne mit geschmolzenem Stahl gefüllt wird. Wenn der Schiebeverschluss geöffnet wird,
fließt
zuerst der Ausgusssand, was ein freies Fließen des flüssigen Stahls ermöglicht.
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Es
könnte
passieren, dass, wenn der Schiebeverschluss geöffnet wird, der Stahl nicht
herausfließt.
Obwohl die Mehrheit des Ausgusssandes herausfließt, besteht eine Art von Kruste,
die sich an der Grenzfläche
zwischen dem flüssigen
Stahl und dem Ausgusssand gebildet hat. Diese Kruste kann beständig genug
sein, um dem ferrostatischen Druck des flüssigen Stahls, der sich auf
dieser befindet, standzuhalten.
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Wenn
diese Art von Blockierung auftritt, muss eine Bedienperson in den
Ausguss eine Sauerstoff-Stahllanze bis zur Blockierungshöhe einführen und
Sauerstoff einblasen. Die Temperatur der Sandkruste wird durch die
Verbrennungswirkung der Lanze erhöht und die Kruste bricht durch,
was es ermöglicht,
dass der Stahl aus der Pfanne ausfließt. Der Einschneidevorgang
erzeugt wiederum andere Probleme.
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Wenn
der Stahl aus der Pfanne gegossen wird, müssen Kontakte mit Luft verhindert
werden, um eine Stahlrückoxidation
zu vermeiden, die zum "Verbrennen" der im Stahl gelösten Legierungen durch
den Sauerstoff der Luft und zur Bildung von "Einschlüssen" führen
würde,
die die Qualität
des Stahls herabsetzen. Daher ist es wichtig, die "Rückoxidation" des flüssigen Stahls während des
Gießens zu
verhindern. In den meisten kontinuierlichen Gießvorrichtungen leitet eine "Pfannen abdeckung" – feuerfestes Rohr – den Stahl
aus der Pfanne in den Zwischenbehälter, während er vor der Luft geschützt wird.
Die Pfannenabdeckung muss entfernt werden, um zu ermöglichen,
dass die Bedienperson den Sauerstoffstrahl in den Ausguss einführt. Wenn
die Blockierung entfernt wurde, wird der Stahl folglich ohne irgendeine
Abdeckung gegossen und wird- erheblich rückoxidiert.
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Ein
weiteres Problem besteht darin, dass, wenn der Stahl nicht vor der
Luft geschützt
wird, sein Wasserstoff- und
Stickstoffgehalt zunimmt und der erzeugte Stahl aufgrund einer unzweckmäßigen Endqualität auch verschlechtert
werden könnte.
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Ein
weiteres Problem besteht darin, dass die Bedienperson nur einen
kurzen Zeitraum hat, um die Pfanne zu öffnen; wenn es zu viel Zeit
braucht, bis sie geöffnet
wird, könnte
es passieren, dass die Höhe des
Stahls in der kontinuierlichen Gießvorrichtung zu niedrig wird
und dass die Gießsequenz
beendet werden soll. Dieser Vorfall führt zu "Nicht-Produktions"-Kosten, da die Gießvorrichtung für einen
neuen Start erneut vorbereitet werden muss. Diese Arten von Nicht-Produktions-Ereignissen
sind für
die Stahlindustrie äußerst teuer.
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Noch
ein weiteres Problem besteht darin, dass, wenn der Stahl nach dem
Entfernen der Blockierung auszufließen beginnt, die Bedienperson "wegrennen" muss, damit sie
sich nicht durch Spritzer von geschmolzenem Stahl verbrennt. Man
kann verstehen, dass dieser "Einschneide"-Vorgang sehr gefährlich ist
und vermieden werden muss, wann immer es möglich ist.
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Daher
ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen,
die ein schnelles, zuverlässiges
und sicheres Öffnen
eines metallurgischen Gefäßes ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines
sicheren und effizienten Verfahrens für das Öffnen eines metallurgischen
Gefäßes.
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Versuche
wurden in der Vergangenheit unternommen, um eine Lösung für diese
Probleme bereitzustellen.
US
5 167 902 beschreibt beispielsweise eine Pfeilanordnung,
die aus einem Pfeilelement, das sich in der Sammeldüse befindet
und durch eine Druckfeder betätigt
wird, besteht. Wenn die Schieberplatten- und die Sammeldüsenöffnung mit
den Öffnungen
der festen Platte und der inneren Düse deckungsgleich sind, wird
das Pfeilelement abgeschossen und nach oben durch den Sand projiziert.
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JP-A-06063729
und JP-A-63052755 betreffen auch das Problem der Sandblockierung
eines Ausgusses und offenbaren einen einzelnen Stift, der innerhalb
des Ausgusses angeordnet wird, von dem erwartet wird, dass er sich
mit dem Ziel, die verfestigte Sandschicht aufzubrechen, von links
nach rechts bewegt. Die Amplitude der Bewegung eines solchen Systems
ist auf die Länge
des Stifts begrenzt. Außerdem
ist die Bewegung des Stifts unvorhersagbar und somit wird der gewünschte Effekt
nicht immer erreicht.
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Eine
weitere Lösung
ist in Dokument FR-A1-2 755 045 offenbart, die ein Pfeilelement zeigt,
das sich in der inneren Düse
befindet und das durch eine pneumatische Vorrichtung betätigt wird, die
in der Sammeldüse
angeordnet ist.
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Bekannte
Systeme sind entweder nicht zuverlässig oder kompliziert und teuer.
Einige sind auch schwierig anzubringen (sobald sie vorgerüstet sind) und
könnten
sogar selbst den Ausguss blockieren. Praktisch wird oder wurde keines
dieser Systeme in einem kommerziellen Maßstab verwendet. Daher ist es
eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine einfache, sichere und preisgünstige Vorrichtung
bereitzustellen. Diese und weitere Aufgaben werden mit einer Vorrichtung
nach Anspruch 1 gelöst.
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Da
mit einer solchen Vorrichtung die ganze Energie der Betätigung der Öffnungs-Vorrichtung durch
die Betätigung
der Schieberplatte im Schiebeverschluss geliefert wird, ist es daher
nicht erforderlich, die Energie in Form von potentieller Energie (vorgespannte
Feder) oder von irgendeiner an deren teuren und komplizierten zusätzlichen
Energiequelle zu liefern.
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Ein
wichtiger Teil der Betätigungsenergie
der Schieberplatte wird dadurch in die Betätigungsenergie der Öffnungs-Vorrichtung
umgewandelt.
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Nachdem
dieses Prinzip festgelegt ist, wird der Fachmann selbst viele mechanische
Lösungen finden
können,
um es zu implementieren.
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Die Öffnungs-Vorrichtung
kann beispielsweise einen Stift oder irgendein anderes Element umfassen,
das nach oben geschoben oder gleiten lassen wird, gedreht oder gemäß einer
Kombination dieser Bewegungen betätigt wird. Das obere Ende dieses Stifts
oder Elements, das lang genug sein sollte, um zumindest die Sandkruste
zu erreichen, stößt zumindest,
wenn es betätigt
wird, und bricht die Kruste, wenn es betätigt wird, was daher das freie
Fließen des
geschmolzenen Stahls ermöglicht.
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Gemäß weiterer
ihrer Aspekte betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Öffnen des
Ausgusses eines metallurgischen Gefäßes, das mit einem Schiebeverschluss
und mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung versehen ist.
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Um
das Verständnis
der Erfindung zu unterstützen,
wird sie nun mit Bezug auf die zugehörigen Figuren beschrieben.
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1 stellt
eine schematische Ansicht einer Pfanne dar;
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2 stellt
einen Querschnitt eines Pfannenausgusses dar;
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3 stellt
eine dreidimensionale Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung dar;
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4 bis 7 zeigen
Konstruktionselemente der Vorrichtung von 3;
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8 bis 12 zeigen
die verschiedenen Schritte der Ausgussöffnung mit der Vorrichtung
von 3;
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13 zeigt
das Verschließen
des Schiebeverschlusses;
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14 bis 16 zeigen
die verschiedenen Schritte der Ausgussöffnung mit einer Variante der Öffnungs-Vorrichtung.
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Die
Vorrichtung der Erfindung (siehe 3) besteht
aus einem Rohr (1), an das Positionierungsplatten und Verriegelungsfedern
geschweißt
sind. Am unteren Ende des Rohrs (1) befindet sich ein Träger. Eine
vollständige
Beschreibung des Rohrs wird bei 4 gegeben.
Innerhalb dieses Rohrs (1) befindet sich ein Stift (2).
Dieser Stift kann sich innerhalb des Rohrs (1) auf und
ab bewegen und drehen. Eine vollständige Beschreibung des Stifts
wird bei 5 gegeben. Am oberen Ende des
Stifts (2) befindet sich ein Kopfteil (3), um
die gesinterte Sandkruste durch Drehen und/oder vertikale Aufwärtsverschiebung
zu brechen. Am unteren Ende des Stifts (2) ist am Träger (1-4)
eine Betätigungsvorrichtung,
beispielsweise ein exzentrisches Rad bzw. eine exzentrische Scheibe
(4), befestigt, um die Schließkraft des Schiebeverschlusses
zu nutzen und um sie durch den Stift (2) auf den Kopfteil
(3) zu übertragen.
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Das
Rohr besteht aus einem Rohr selbst (1-1), aus 4 Positionierungsplatten
(1-2a, 1-2b, 1-2c, 1-2d), 2
Federn (1-3a, 1-3b)
und einem Träger
(1-4).
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Die
Positionierungsplatten, die Federn und der Träger sind an das Rohr (1-1)
geschweißt,
wie in 4 dargestellt, sodass die Anordnung einfach in der
feuerfesten inneren Düse
von der Außenseite des
Schiebeverschlusses installiert werden kann.
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Die
Kraftreaktion aufgrund der Drehung des Stifts (2) innerhalb
des Rohrs (1-1) wird zweckmäßigerweise auf die feuerfeste
Wand der oberen Düse durch
die Positionierungsplatten (1-2a bis 1-2d) übertragen.
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Um
die Mitte des Rohrs (1) befindet sich ein geneigter Schlitz
(5), der die Drehung des Stifts induziert, wenn der Stift
nach oben geschoben wird.
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Um
den 1/3 unteren Teil des Stifts (2) befindet sich ein Ansatz
(2a), der im Schlitz (5) des Rohrs (1)
gleitet, wenn der Stift (2) nach oben geschoben wird. Dieser
Gleiteffekt induziert, dass sich der Stift (2) um ungefähr 45° dreht. Der
untere Teil des Stifts kann abgerundet sein.
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Eine
Sandbrechvorrichtung (der Kopfteil (3)) ist an das obere
Ende des Stifts (2) geschweißt. Dieser Kopfteil kann aus
der Anordnung eines Rohrs (3-1) und einiger Platten (3-x),
die senkrecht, in der Achsenrichtung, an das Rohr (3-1) geschweißt sind (wahlweise
geringfügig
geneigt), bestehen.
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Der
untere Teil des Kopfteils ist dazu ausgelegt, das Hauptrohr (1)
zu bedecken, um eine Sandeinführung
in das Rohr zu vermeiden.
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Die
allgemeine Konstruktion des Kopfteils (3) ist an das feuerfeste
Profil des Kunden angepasst.
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Ein
Rad (4) ist am unteren Ende des Rohrs (1-4) mittels
einer exzentrischen Achse (4a) befestigt. Die Bewegung
dieses Rades ist locker um die Achse 4a. Die Achse 4a ist
jedoch am Träger
(1-4) des Rohrs (1) gut festgespannt.
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Der
Zweck dieses Rades besteht darin, die Kraft der Platte auf den Stift
(2) zu übertragen,
um den Kopfteil (3) in den Sand zu bewegen.
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Dieses
Rad muss über
der Schieberplatte des Schiebeverschlusses vor seinem Öffnen "gelagert" werden. Wenn der
Schiebeverschluss geöffnet wird,
fällt das
Rad in die Arbeitsposition im Loch der Schieberplatte des Schiebeverschlusses.
Wenn der Schiebeverschluss dazu tendiert vollständig geschlossen zu sein, wird
das exzentrische Rad in eine obere Position angehoben und ermöglicht dadurch, dass
der Schiebeverschluss, falls erforderlich, wiederum vollständig geschlossen
wird.
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Beschreibung der Erfindung
im Dienstbetrieb
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Die
Installation der Vorrichtung wird im Pfannenvorbereitungsbereich
der Stahlanlage, direkt bevor die Pfanne diesen Bereich verlässt, durchgeführt. Die
Vorrichtung wird in die obere Düse
der Pfanne (d.h. über
dem Schiebeverschluss) eingeführt.
Sie wird einfach in den Ausguss gescho ben. Sobald sie sich in Position
befindet, kann der Schiebeverschluss verschlossen werden.
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Die
Pfanne wird in ihre Arbeitsposition (vertikal) bewegt. In diesem
Moment liegt das Rad an der unteren Platte an. Der Stift (2)
befindet sich in seiner unteren Position, was bedeutet, dass die
Sandbrechvorrichtung auch in ihrer unteren Position liegt (siehe 8).
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Dann
wird der Ausgusssand in den Ausguss gegossen. Die Vorrichtung wird
somit vollständig vom
Ausgusssand umgeben. Danach wird der flüssige Stahl in die Pfanne gegossen.
Dann geschieht die Stahlbehandlung, bis die Pfanne in ihre Gießposition geht.
Der obere Teil der Kopfvorrichtung wird geringfügig in den Ausgusssand eingetaucht.
Dadurch wird er in die Kruste eingebettet (siehe 9).
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In
der Gießposition
wird der Schiebeverschluss geöffnet.
In 10 entspricht das Öffnen des Schiebeverschlusses
einer Bewegung der Schiebeplatte von links nach rechts. Der Ausgusssand
fällt heraus
(siehe 10). Wenn der Schiebeverschluss fast
vollständig
geöffnet
ist, fällt
das Rad (4) in seine untere Position und befindet sich "im Loch" der beweglichen
Schiebeverschlussplatte (siehe 11).
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Wenn
der Stahl sofort nach dem Ausgusssand fließt, schmilzt die Vorrichtung
im Stahlfluss und stört
den normalen Gießvorgang
nicht.
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Wenn
der Stahl nicht herausfließt,
ist eine Ausgusssandkruste vorhanden, die den oberen Teil der inneren
Düse blockiert
(siehe 11). Um sie aufzubrechen, schließt die Bedienperson
den Schiebeverschluss wieder, wodurch das Rad mit der Schiebeverschlussplatte
(die sich in die Schließposition
zurückbewegt)
geschoben wird und folglich der Stift geschoben wird. Der Stift
bewegt sich nach oben und dreht sich geringfügig. Dadurch bewegt sich die Sandbrechvorrichtung
(Kopfteil), die am Stift befestigt ist, auch nach oben und dreht
sich (siehe 12). Dies zerstört die Sandkruste
und lässt
den Stahl fließen.
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Wenn
der Stahl selbst nach dem Schließen des Schiebeverschlusses
und nachdem die Vorrichtung betätigt
wurde, nicht herausfließt,
kann der Schiebeverschluss in die vollständig geschlossene Position
zurückkehren,
ohne die Vorrichtung zu stören
(siehe 13).
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In
einer Variante der Erfindung, die in 14–16 dargestellt
ist, ist das Rad (4) gegen eine gelenkige Anordnung von
drei Verbindungsstäben
(61, 62, 63) ausgetauscht.
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Die
in den 14–16 dargestellte
Variante sieht einen viel längeren
Hub für
die vertikale Bewegung des Stifts (2) vor. Der Rest der
Vorrichtung kann zu der Vorrichtung von 3 ähnlich sein
oder alternativ kann der Schlitz (5) im Rohr (1)
linear sein.
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In
der anfänglichen
(Warte-) Position (14) ist der erste Verbindungsstab
(61) fest an einem Träger
angebracht, der wie in der dargestellten Vorrichtung ein Rohr (7)
sein könnte,
das an das Rohr (1) geschweißt ist. Wenn die Schieberplatte
bewegt wird und sich der Schiebeverschluss in der vollständig geöffneten
Position befindet (15), fallen die Verbindungsstäbe (62, 63)
in den Ausguss und werden nur durch den ersten Verbindungsstab (61) festgehalten.
Das Ende des letzten Verbindungsstabes (63) steht gerade
mit dem unteren Ende des Stifts (2) in Kontakt, sodass,
wenn der Schiebeverschluss geschlossen wird (16), die
Schieberplatte den letzten Verbindungsstab (63) schiebt,
der selbst den Stift (2) schiebt, wodurch die Öffnungs-Vorrichtung
betätigt
wird.