EP0171658B1

EP0171658B1 - Vorrichtung für den Bodenabstich einer Metallschmelze aus einem Schmelzofen oder einer Giesspfanne

Info

Publication number: EP0171658B1
Application number: EP85109155A
Authority: EP
Inventors: Karl-Heinz Klein; Volkwin Werner Köster; Günter Paul
Original assignee: Badische Stahl Engineering GmbH
Current assignee: Badische Stahl Engineering GmbH
Priority date: 1984-07-28
Filing date: 1985-07-23
Publication date: 1988-04-27
Also published as: ATE33895T1; EP0171658A1; ES296051U; JPS61105094A; ES296051Y; DE8422585U1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für den Bodenabstich einer Metallschmelze aus einem Schmelzofen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.
An Metalle, einschließlich Eisenmetallen, wofür die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise bestimmt ist, werden ständig steigende Forderungen bezüglich des Reinheitsgrades gestellt. Beim Abgießen einer Metallschmelze aus einem Schmelzofen in eine Gießplanne ist aber der Gießstrahl atmosphärischen Einflüssen ausgesetzt, so daß die Metallschmelze über den Gießstrahl mit Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff angereichert wird. Diese Elemente oder ihre Verbindungen verschlechtern den Reinheitsgrad der Metallschmelze. Diese Verschlechterung kann begrenzt werden, indem man die Gießzeiten und die Gießwege verkürzt. Hierzu ist es bekannt, die Metallschmelze aus dem Schmelzofen am Boden abzustechen. Diese Arbeitsweise ist als Bodenabstich bekannt.
Zwar ist es bekannt, den Gießstrahl vor atmosphärischen Einflüssen durch Anordnung des gesamten Schmelzofens und der Gießpfanne in einem geschlossenen Raum, welcher evakuiert oder unter Schutzgas gesetzt wird, zu schützen (GB-A 812 216), jedoch ist diese Verfahrensweise wegen der Durchführbarkeit und Wirtschaftlichkeit nur auf kleine Einheiten beschränkt.
Der Schutz des Gießstrahls vor atmosphärischen Einflüssen muß sich deshalb auf die Verkürzung des Gießstrahls und der Gießzeit durch den Bodenabstich beschränken. Dabei läßt die Verkürzung der Abgießzeit der Metallschmelze aus dem Schmelzofen auch eine niedrigere Abstichtemperatur zu, was wiederum eine Verkürzung der Gesamtchargenzeit zur Folge hat und gleichzeitig Energie einspart. Trotz dieser Vorteile sind die bekannten Bodenabstichvorrichtungen mit einigen Nachteilen behaftet, weil sie mit Klappen arbeiten, welche die Bodenabstichöffnung über Pneumatik- oder Hydraulikzylinder öffnen und schließen, wobei während des Schmelzvorganges und der metallurgischen Arbeiten der gesamte statische Druck der Metallschmelze auf der Klappe und über das zugehörige Gestänge auf dem pneumatischen bzw. hydraulischen Antrieb ruht. Deshalb können Unregelmäßigkeiten im pneumatischen oder hydraulischen System dieser Bodenabstichvorrichtungen während der Chargenzeit und während des Abstiches zu Störungen und erheblichen Schäden führen. Auch erfordern sie aufgrund ihrer Arbeitsweise einen bestimmten Abstand zwischen den einzelnen Aggregaten, was einen längeren Gießstrahl zur Folge hat.
Bei der erwähnten bekannten Anlage (GB-A 812 216) ist eine Verschlußplatte am Schmelztiegel des Schmelzofens vorgesehen, womit der Nachteil der Aufnahme des statistischen Druckes der Metallschmelze durch ein Hydrauliksystem oder Pneumatiksystem vermieden ist. Die Verschlußplatte hält den statischen Druck der Metallschmelze mechanisch und wird über eine Schwenkachse und Kegelräder mittels eines Handrades betätigt. Der Nachteil dieser Verschlußplatte ist, daß sie zur Vermeidung des Abfließens der Metallschmelze sehr eng an der Mündung der Abstichöffnung im Boden des Schmelztiegels anliegen muß. Dies läßt sich bei der großen und ständig unterschiedlichen thermischen Belastung der Verschlußplatte nicht sicher erreichen, weswegen sie nur kurzzeitig zum Verschluß der Bodenabstichöffnung herangezogen wird. Im allgemeinen wird die Metallschmelze vor der Verschlußplatte bzw. in der Bodenabstichöffnung eingefroren und erst kurz vor dem Abstich wird dieser Teil der Schmelze durch elektrische Energie in der Bodenabstich-Öffnung aufgeschmolzen.
Bei einer weiterhin bekannten Vorrichtung für den Bodenabstich einer Metallschmelze aus einem Schmelzofen, insbesondere einem elektrischen Lichtbogenschmelzofen, mit einer unterhalb der im Boden des Schmelzofens vorgesehenen Abstichöffnung verschiebbaren Verschlußplatte für die Abstichöffnung wird die Verschlußplatte in der Schließstellung mittels Keilflächen gegen die benachbarte Mündung der Abstichöffnung gedrückt (DE-A 3 041 029).
Bekannt ist auch eine Vorrichtung für den Bodenabstich einer Stahlschmelze aus einer Gießpfanne mit einer Abstichöffnung im Boden, wobei der Abstichöffnung einer unterhalb derselben beweglich angeordnete Verschlußplatte zugeordnet ist und die von letzterer abgedeckte Abstichöffnung statt des üblichen metallischen Packungsmaterials mit billigen Schleifspänen gefüllt wird, welche beim Schleifen von Brammen nach deren Walzen anfallen und reichlich zur Verfügung stehen (JP-A 56/ 30 072).
Ebenso ist ein Gefäß für metallurgische Schmelzen, insbesondere eine Pfanne zum Vergießen von Stahlschmelzen, mit einer Abstichöffnung im Boden und einer unterhalb derselben verschiebbaren oder verschwenkbaren Verschlußplatte für die Abstichöffnung bekannt, wobei die von der Verschlußplatte verschlossene Abstichöffnung, an deren unterer Mündung die Verschlußplatte dabei dicht anliegt, mit einem körnigen feuerfesten Material gefüllt, an der dem Gefäßinnenraum zugewandten Mündung mit einer porösen Platine aus einem gleichfalls feuerfesten Material abgedeckt und mit einem Behandlungsmedium für die im Gefäß enthaltene Schmelze beaufschlagt wird (EP-A 0 062 790).
Schließlich gehört eine Vorrichtung zum elektrisch gesteuerten Vergießen von Metall, insbesondere von Stahl, aus Behältern, insbesondere Gießpfannen, mit einer Abstichöffnung im Boden zum Stande der Technik, wobei der Abstichöffnung mindestens eine Wechselstromspule zugeordnet ist und die Abstichöffnung mittels einer Verschlußplatte verschlossen wird, welche gegen die untere Mündung der Abstichöffnung gedrückt wird und einen in der Abstichöffnung aufgenommenen Verschlußstopfen trägt. Um zu verhindern, daß die im Behälter befindliche Metallschmelze mit dem Verschlußstopfen verschweißt, kann die Abstichöffnung oberhalb des Verschlußstopfens mit einer kleinen Menge an einem feuerfesten Werkstoff, wie beispielsweise Kies, Asbest oder dergleichen, gefüllt werden (DE-B 1 049 547).
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung für den Bodenabstich einer Metallschmelze aus einem Schmelzofen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, welche auf einfache Weise selbst bei größter mechanischer sowie thermischer Belastung einen sicheren Betrieb gewährleistet und wartungsfrei ist.
Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den restlichen Patentansprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt der Verschluß der Abstichöffnung im Boden des Schmelzofens mittels einer Verschlußplatte in Verbindung mit einem losen, trockenen, feuerfesten Granulat, womit die Abstichöffnung oder eine Teillänge der Abstichöffnung gefüllt ist. Die Platte verhindert das Abfließen des Granulats nach unten, nimmt den statischen Druck der Metallschmelze auf und ist direkt unter der unteren Mündung der Abstichöffnung angeordnet. Zum Öffnen und Schließen der Abstichöffnung wird die Platte einfach in horizontaler Richtung verschoben oder gedreht. Um die erforderliche Beweglichkeit sicherzustellen, hat die obere Ebene der Platte einen Abstand von 2 bis 15 mm, vorzugsweise 5 bis 8 mm, von der Ebene der unteren Mündung der Abstichöffnung, wobei der Abstand von der Körnigkeit des Granulats abhängt. Damit sichergestellt ist, daß kein Granulat bei geschlossener Abstichöffnung abfließt, ist der Durchmesser der Platte 2 bis 3 mal so groß wie der Durchmesser der Abstichöffnung oder sogar noch größer. Zusätzlich kann die Platte mit einer Vertiefung versehen und/oder aufgerauht werden.
Zum Öffnen der Abstichöffnung wird die Platte einfach von deren Mündung wegbewegt, so daß das Granulat aus der Abstichöffnung herausfällt bzw. durch den statischen Druck der Metallschmelze herausgedrückt wird und die Metallschmelze ausfließen kann. Die Bewegung der Platte erfolgt entweder geradlinig auf Gleitschienen, die fest am Schmelzofen angebracht sind, oder von einer vertikalen Schwenkachse aus, an der die Platte angebracht ist, so daß letztere sich beim Drehen der Schwenkachse entlang einer kreisbogenförmigen Bahn bewegt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch eine extrem niedrige Bauhöhe aus.
Die Bewegung der Platte wird vorzugsweise mittels eines Pneumatikzylinders bewirkt, welcher aus dem normalen Werksnetz gespeist wird. Dabei kann dafür Vorsorge getroffen werden, daß bei Ausfall der Druckluft Platte und Schwenkachse mittels eines Handhebels betätigt werden können, und daß bei Reparaturarbeiten im Bereich der Bodenabstich-Vorrichtung die Platte mittels Steckbolzen gesichert werden kann.
Überraschenderweise läßt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne wirtschaftlichen Aufwand der Gießstrahl beim Abstich vor atmosphärischen Einflüssen vollkommen schützen. Dies geschieht in der Weise, daß gleichzeitig mit dem Wegbewegen der Platte von der Abstichöffnung ein Schutzrohr eingefahren oder eingeschwenkt wird, welches den Gießstrahl abschirmt und mit der Platte gekoppelt ist, so daß für seine Bewegung eine zusätzliche Steuerung oder ein zusätzlicher Antrieb nicht erforderlich ist. Es ist lediglich vorzusehen, daß in der entsprechenden Endstellung des gemeinsamen Bewegungsantriebes für die Platte und das Schutzrohr die Achse des letzteren mit derjenigen der Abstichöffnung zusammenfällt.
Statt des Schutzrohres können auch andere Hilfseinrichtungen für metallurgische Zwecke eingefahren bzw. eingeschwenkt werden, beispielsweise eine Sonde zur Erfassung des Metallstrahlendes, die aber auch mit dem Schutzrohr kombiniert sein kann, oder ein Siphon zur vollkommenen Trennung von Metall und Schlacke.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Vorrichtung nach der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert: Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt eines Elektrolichtbogenofens mit geöffneter Bodenabstichöffnung;
Fig. 2 einen Schnitt eines Elektrolichtbogenofens mit geöffneter Bodenabstichöffnung, wobei ein Schutzrohr für den Gießstrahl vorgesehen ist;
Fig. 3 eine Ansicht von unten einer Vorrichtung mit einer als Drehverschluß ausgebildeten Platte zum Abdecken der Bodenabstichöffnung gemäß Fig. 1 oder 2 in geschlossener Stellung;
Fig. 4 den Schnitt entlang der Linie A-B in Fig. 3;
Fig. 5 die Ansicht entsprechend derjenigen gemäß Fig. 3 einer Vorrichtung mit der Platte nach Fig. 3 und dem Schutzrohr gemäß Fig. 2, wobei die Platte sich in geschlossener Stellung befindet;
Fig. 6 die Ansicht gemäß Fig. 5, wobei die Platte sich in geöffneter Stellung befindet;
Fig. 7 den Schnitt entlang der Linie A-B in Fig. 6;
Fig. 8 die Ansicht entsprechend derjenigen gemäß Fig. 3 einer Vorrichtung mit einer als Schiebeverschluß ausgebildeten Platte zum Abdecken der Bodenabstichöffnung gemäß Fig. 1 oder 2 in geschlossener Stellung;
Fig. 9 den Schnitt entlang der Linie A-B in Fig. 8;
Fig. 10 die Ansicht entsprechend derjenigen gemäß Fig. 8 einer Vorrichtung mit der Platte nach Fig. 8 und dem Schutzrohr gemäß Fig. 2, wobei die Platte sich in geöffneter Stellung befindet; und
Fig. 11 den Schnitt entlang der Linie A-B in Fig. 10.

Gemäß Fig. 1 und 2 fließt die in einem Elektrolichtbogenofen 1 befindliche Metallschmelze 2 in einem Gießstrahl 3 in eine Gießpfanne 4, und zwar durch eine geöffnete Abstichöffnung 5 im Boden des Elektrolichtbogenofens 1 hindurch. Zum Abdecken der Abstichöffnung 5 ist gemäß Fig. 1 eine Verschlußplatte 6 vorgesehen. Beim Elektrolichtbogenofen 1 nach Fig. 2 ist zusätzlich ein Schutzrohr 9 für den aus der Abstichöffnung 5 austretenden Gießstrahl 3 vorhanden.
Gemäß Fig. 3 und 4 wird die Platte 6 zum Verschließen der Abstichöffnung 5 über eine Schwenkachse 10 mit Hilfe eines doppeltwirkenden pneumatischen Zylinders 11 mit der Abstichöffnung 5 in Deckung gebracht, so daß sich ein Spalt 7 zwischen der Platte 6 und der Abstichöffnung 5 ergibt. Danach wird die Abstichöffnung 5 mit einer Füllung 8 versehen, indem ein Granulat mit einer bestimmten Körnung mittels eines Trichters von oben in die Abstichöffnung 5 eingebracht wird. Anschließend kann ein Einschmelzvorgang in gewohnter Weise im Elektrolichtbogenofen 1 durchgeführt werden.
Wenn die Metallschmelze 2 abgestochen werden soll, wird einfach über ein Ventil der Zylinder 11 betätigt, der die Platte 6 über die Schwenkachse 10 aus dem Bereich der Abstichöffnung 5 herausschwenkt. Sobald die Platte 6 diesen Bereich verlassen hat, fällt das Granulat der Füllung 8 aus der Abstichöffnung 5 bzw. wird es vom statischen Druck der Metallschmelze 2 aus derselben herausgedrückt, so daß die Metallschmelze 2 in die Gießpfanne 4 abfließen kann. Die Platte 6 kann bei etwaigem Ausfall der Druckluft von Hand über einen Handhebel 13 geschlossen und geöffnet werden.
Nach dem Abfließen der Metallschmelze 2 wiederholt sich der oben geschilderte Vorgang. Die Platte 6 wird in die Abdeckstellung gebracht und Granulat wird in die Abstichöffnung 5 eingefüllt, so daß sich die Füllung 8 ergibt. Danach kann ein neuer Einschmelzvorgang beginnen.
Die erweiterte Vorrichtung nach Fig. 5 bis 7 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 3 und 4 im wesentlichen nur dadurch, daß zusätzlich zur Platte 6 das Schutzrohr 9 gemäß Fig. 2 vorgesehen und der Bewegungsmechanismus für die Platte 6 auch dem Schutzrohr 9 für den Gießstrahl 3 (Fig. 2) zugeordnet ist, so daß die Platte 6 und das Schutzrohr 9 gleichzeitig verschwenkt werden, um wechselweise unter die Abstichöffnung 5 zu gelangen, wie in Fig. 5 bzw. 6, 7 dargestellt.
Die Vorrichtung nach Fig. 8 und 9 entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. 3 und 4, abgesehen davon, daß die Platte 6 in Gleitschienen 12 verschiebbar ist.
Die erweiterte Vorrichtung nach Fig. 10 und 11 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 8 und 9 im wesentlichen nur dadurch, daß analog der Ausführungsform gemäß Fig. 5 bis 7 zusätzlich zur Platte 6 das Schutzrohr 9 nach Fig. 2 vorgesehen und der Bewegungsmechanismus gemäß Fig. 8 und 9 so ausgebildet ist, daß die Platte 6 und das Schutzrohr 9 für den Gießstrahl 3 (Fig. 2) bezüglich der Abstichöffnung 5 analog dem anhand von Fig. 5 bis 7 geschilderten Verschwenken in den Gleitschienen 12 verschoben werden.
Das Schutzrohr 9 kann auch durch andere, nicht dargestellte metallurgische Einrichtungen ersetzt sein.

Claims

1. Vorrichtung für den Bodenabstich einer Metallschmelze (2) aus einem Schmelzofen (1) mit einer Abstichöffnung (5) im Boden, wobei

a) eine Verschlußplatte (6) unterhalb der Abstichöffnung (5) angeordnet ist, welche in einer zum Boden des Schmelzofens (1) parallelen Ebene zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung für die Abstichöffnung (5) schwenkbar oder verschiebbar ist, und

b) eine Füllung (8) aus einem feuerfesten Granulat in der von der Verschlußplatte (6) abgedeckten Abstichöffnung (5) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß

c) die Verschlußplatte (6) in einem Abstand von 2 bis 15 mm von der benachbarten Mündung der Abstichöffnung (5) angeordnet ist und eine Breite aufweist, welche mindestens dem Zweifachen des lichten Durchmessers der Abstichöffnung (5) entspricht, und

d) der so gebildete Spalt (7) zwischen der Verschlußplatte (6) und der benachbarten Mündung der Abstichöffnung (5) ebenfalls mit dem feuerfesten Granulat gefüllt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (6) in einem Abstand von 5 bis 8 mm von der benachbarten Mündung der Abstichöffnung (5) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (6) auf der der Abstichöffnung (5) zugewandten Seite mit einer Vertiefung versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (6) auf der der Abstichöffnung (5) zugewandten Seite aufgerauht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (6) mittels eines Antriebs (11) bis in eine ffnungsstellung für die Abstichöffnung (5) schwenk- bzw. verschiebbar ist, in welcher die Abstichöffnung (5) vollkommen freigegeben ist, und daß ein keramisches Rohr (9) vorgesehen ist, welches die Abstichöffnung (5) in der Öffnungsstellung der Verschlußplatte (6) zum Schutz des aus der Abstichöffnung (5) austretenden Gießstrahles (3) verlängert und mittels des Antriebs (11) der Verschlußplatte (6) bewegbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (9) mit einer Schlackenmeldesonde versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (9) durch einen Siphon zur Trennung von Stahl und Schlacke ersetzt ist.