EP0959316A1 - Schmelzgefäss mit einer Einrichtung zum Verschliessen der Abstichöffnung - Google Patents
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- EP0959316A1 EP0959316A1 EP98109363A EP98109363A EP0959316A1 EP 0959316 A1 EP0959316 A1 EP 0959316A1 EP 98109363 A EP98109363 A EP 98109363A EP 98109363 A EP98109363 A EP 98109363A EP 0959316 A1 EP0959316 A1 EP 0959316A1
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- melting vessel
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- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
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- F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
- F27D3/15—Tapping equipment; Equipment for removing or retaining slag
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- F27D3/1536—Devices for plugging tap holes, e.g. plugs stoppers
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
- B22D41/14—Closures
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- B22D41/48—Meltable closures
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- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
- F27D2009/0002—Cooling of furnaces
- F27D2009/001—Cooling of furnaces the cooling medium being a fluid other than a gas
- F27D2009/0013—Cooling of furnaces the cooling medium being a fluid other than a gas the fluid being water
Definitions
- the invention relates to a melting vessel with a tap opening and a device for closing the tap opening.
- the cited prior art also describes an im Vertical tapping system arranged in the area of the furnace floor, designed as a so-called eccentric floor cut can be.
- an im Vertical tapping system arranged in the area of the furnace floor, designed as a so-called eccentric floor cut can be.
- eccentric floor cut can be used in order to avoid the tracking of Furnace slag and for closing the tap hole with refractory granules after tapping Melting vessel can be tilted.
- the central floor tapping does not require any tilting movement for tapping, but must be completely emptied before filling, so that the furnace slag cannot be retained.
- DE-A-195 00 407 describes a device for closing the tap opening of a shaft furnace which is manufactured according to the "process the lost rod ".
- a Stuffing compound filled into the tap hole and then through an explicitly described as violent introduction of a Tapping rod by means of a complex hydraulic device condensed.
- the invention has for its object a melting vessel to create the kind mentioned in the introduction of the racking and reclosing the racking opening after tapping is possible with little effort is.
- the invention solves this problem in that the device to close the tap opening with a cooling device provided tapping mandrel, in its closed position closes the tap hole.
- a melting vessel is any vessel that holds any Melt for treatment and / or storage purposes serves.
- the invention particularly relates to metallurgical Melting vessels, however, is not necessarily on it limited.
- the tap opening serves to remove the melt and penetrates it usually a wall or the bottom of the melting pot.
- a tapping pin for closing the device Tapping opening a tapping pin. It is about an elongated mandrel or a rod which in the Tap hole is insertable.
- the tapping pin penetrates in its closed position the longitudinal extent of the tap opening completely or partially. He can in this closed position its tip also protrude into the melting vessel.
- the mandrel does not necessarily have to close the tap opening fill out the entire cross-section of the tap hole, so fit positively on the wall of the tap hole.
- a certain undersize of the tapping mandrel relative to the free cross-section of the tap hole is harmless as long as a corresponding gap between the outer circumference of the mandrel and inner circumference of the tap opening due to solidifying melt is closed.
- the tapping mandrel is according to the invention with cooling devices Mistake. These cool the outer surface facing the melt of the mandrel to a temperature below the solidification temperature the melt, so that immediately around the mandrel around it forms an area of solidified melt which is to be closed contributes to the tap opening. If the tip of the thorn something protrudes into the melting vessel, forms over the furnace-side entrance of the tap opening a closure hood from solidified melt.
- the invention enables the tap opening to be closed simply by inserting the cooled tapping mandrel. Of the area of solidified melt forming around the mandrel contributes to the closure. It is different from the state of the Technology, no additional closure of the tap opening with a filling or stuffing compound is required. An expensive one and filling the opening, which is stressful for the personnel omitted. Tilting the melting vessel to perform the Backfilling is therefore not necessary on an elaborate The tilt mechanism can be dispensed with.
- the mandrel is removed from the tapping opening pulled out. Because the heat dissipation through the cooled The overheated melt melts and the mandrel is no longer required the hood of solidified melt in the vessel, and the racking begins.
- the tapping mandrel itself is subject to only one low thermal wear, as it is constantly cooled during operation becomes.
- Cooling media such as liquid sodium are also conceivable.
- the tapping mandrel therefore has a cavity, at least one Device for cooling by spraying a cooling medium in this cavity, and at least one catching device for collecting of molten metal breaking into the cavity on.
- a cooling medium water or a water / air mixture is preferably used.
- the use of other cooling media is also possible. A particularly high cooling effect can be achieved through the Achieve the use of liquid sodium as a coolant.
- a trap for breaking through molten metal is to be understood any institution that the further Penetration of molten metal broken into the cavity towards the outer wall of the metallurgical vessel prevented or at least delayed.
- the safety gear must be designed be that they reflux the heated sodium not or only insignificantly disabled.
- the invention has recognized that due to the spray cooling used a relatively small amount of water Risk of explosion from contact of molten metal with the Spray mist surprisingly does not exist.
- the safety gear are designed so that the return of Only insignificantly hinder the cooling medium.
- Any coolant that may still be present can be drained off or removed quickly become. This will prevent that from metal melt stopped in the traps includes a lot that creates an explosion hazard.
- the operating conditions are advantageously as the cooling medium chosen so that the water when hitting the Cooling inner wall of the cavity largely or completely evaporates.
- This has two advantages. For one uses not only the heat capacity of the water for cooling, but also the much greater heat of vaporization for the Phase transition water-steam and thus maintains even at proportionate low cooling water flows a high cooling capacity.
- Breakthrough of molten metal comes into the cavity shortly before this breakthrough the temperature in the cavity so far increase that practically all the water evaporates and the Metal melt after the breakthrough not even with sprayed Water, but only in contact with water vapor is coming. This means a further reduction in the risk of explosion.
- the setting of the operating conditions in such a way that it sprayed during normal operation Water or most of it when hitting the Cavity wall evaporates, for a further increase in security.
- the heated water flowing out of the cavity and / or the Water vapor is conveniently from a vacuum source such as a vacuum pump. It is possible that Select the suction power of the pump higher than for the discharge of the spray water required. Through an additional inlet can then let in additional air if necessary and thus the Removal of the cooling medium can be promoted. So you can make sure that there is no water accumulation at the safety gear forms.
- the catching device is expediently used as a device for Cross-sectional narrowing of the cavity along the major axis of the Tap mandrel trained.
- the main axis of the mandrel is its longitudinal axis pointing through the vessel wall.
- a Cross-sectional narrowing of the cavity along this major axis means that the cavity cross-section is perpendicular in the plane is reduced to this main axis.
- Such a narrowing of the cross-section stops or brakes the flow of the in Comparison to the cooling medium of higher-viscosity molten metal.
- the Cross-sectional constriction is expediently designed such that that the free cross-section into a plurality of small cross-sectional areas is divided. E.g. can the safety gear Have slotted or perforated sheets.
- openings for the cooling medium to be removed in the case of a perforated sheet, these are the ones arranged therein Holes, for example in the form of slots. If subsequently by Perforated sheets are mentioned, so any sheet is included openings suitable for the passage of cooling medium, such as Understand bores, slots, etc.
- the safety gear as a so-called slit body educated. It is essentially one massive body that occupies a large proportion of the interior space of the tapping mandrel. It preferably faces radially outer area its entire length or at least essential Parts of its length through openings that are preferably designed as slots. The transverse extension these slots can run in the radial direction.
- the Slots are formed so that the cooling medium through them from the tip of the tapping mandrel facing the furnace interior can flow back to the end facing away from the furnace.
- the longitudinal extent in the slit body must be so large that the slots on the end facing away from the inside of the furnace to return areas or connect connections for cooling medium and so allow the cooling medium to flow out of the slit body.
- the slot body does not hinder the backflow of the in the Cavity introduced cooling medium, but may stop breaking metal melt mechanically the narrowing of the cross-sectional area and secondly thermal by its considerable due to its large mass Heat capacity.
- the slit body is covered by the enamel heats and cools the front of the enamel mass far from the fact that it either solidifies or at least so becomes viscous that they no longer penetrate through the slits can.
- the safety gear e.g. the slit body
- the safety gear consist of a material that one melting point above the temperature of the molten metal having.
- the safety gear can be made of stainless steel, for example or copper. Copper has a high thermal conductivity rapid heat dissipation.
- a nozzle for spraying cooling medium is arranged.
- This thermally highly stressed cavity end region becomes particularly effective chilled.
- the coolant supply to the The nozzle can be positioned essentially in the direction of the Main axis of the slit body extending tube. It is advantageously in one piece in the slot body molded.
- the wall of the cavity expediently consists made of a highly thermally conductive material, for example copper or a copper alloy.
- the outside surface of the tapping mandrel can be hard chrome-plated.
- E.g. can the cavity of a copper cylinder with dome-shaped or be conical.
- the conclusion faces the interior of the melting vessel. This training of the end facing the interior of the vessel facilitates Formation of a melt hood closing the tap opening.
- the tap opening also has a slide closure on how it is known in the prior art and, for example, in the above-mentioned literature reference "electrical steel production" is described.
- slide closures are an additional backfill the tap opening with refractory granules required, since the melt solidifies in the tap opening and becomes an independent one Opening is no longer possible.
- the tap hole is opened first only closed by means of the slide lock. Subsequently with the melting process of the next melt began. The slide is kept closed until until the melting material (the approx. 10% furnace residue or fresh Melt) has solidified over the slide plate so far that it does not come out when the slide is opened.
- the melting material the approx. 10% furnace residue or fresh Melt
- the intensive cooling of the tapping mandrel leads to the formation of a solidified melt hood over the tap hole.
- the mandrel comes out of the tap hole drawn.
- the hot melt melts the solidified one Hood that has formed over the cooled mandrel and the tapping process begins. Should the thermal Energy of the melt is not sufficient to melt the hood, can the tap opening from the outside, for example of an oxygen burner tube.
- the slide closure can serve short-term interruption of the racking if, for example the contents of the melting pot are distributed over several pans should.
- An electromagnetic slag early detection system can be found in the tapping area (for example in the form of a coil), a slag run out of the tap opening in time recognizes. The tap opening can then by means of the sliding closure getting closed.
- the electric arc furnace designated as a whole has 1 a stove 2, in the bottom of the stove at the lowest point a tap opening 3 is arranged.
- the vertical tapping system has tapping blocks 4. It are known in the prior art and the expert common components. There will be several tapping blocks at a time arranged one above the other in the longitudinal direction of the tap opening, to enforce their entire length. You are with one chemically setting mass or stamped in the hot state been poured in.
- the tapping blocks can, for example, be made of carbon-bonded and graphite-containing magnesia or enamel magnesia varieties consist.
- a cooled tapping mandrel 8 is provided, by means of a lifting or moving device 9 into the tap opening 3 can be retracted or extended.
- the tapping mandrel 8 fills the free cross section of the tapping opening 3 partially off. Remaining marginal columns will be sealed by solidified melt. Above the conical (or dome-shaped) tip 10 of the mandrel forms due to a hood made of solidified melt for cooling the mandrel, which also contributes to the closure of the tap opening 3.
- FIG. 1 shows the melting vessel according to the invention in the state in which the tapping mandrel 8 closes the tap opening 3.
- the tapping mandrel 8 closes the tap opening 3.
- the displacement device 9 moved out of tap opening 3.
- the Melt melts the hood over the tap opening 3 and the racking begins.
- FIGS. 2 and 3 show the structure of the tapping mandrel. He points an outer wall 11 which extends to the tip 10 of the tapping mandrel slightly tapered cavity.
- the wall 11 is made of copper or a copper alloy, the outside is hard chrome-plated.
- a Slotted body 12 is used essentially positively. He consists preferably of copper or a copper alloy. In its radial outer area facing the wall 11 he a plurality of longitudinal slots open radially outwards 13 on. Runs centrally in the longitudinal direction of the slit body 12 a coolant line 14 via cooling supply lines 15, 16 and a mixing chamber 17 is fed with coolant.
- the flow line 15 Air or another gas and in the supply line 16 water fed. Mixing takes place in the area of the mixer 17 to a water / gas mixture, the water content in the mixture is preferably in the form of fine droplets.
- This cooling mixture is through line 14 towards the top 10 of the tapping mandrel and is conveyed through a nozzle 18th sprayed onto the inside of the wall 11 in the area of the tip 10.
- the coolant absorbs heat there (possibly with evaporation or partial evaporation of the water content) and is through the 10 axially open slots in the area of the tip 13 of the slit body 12 in the direction of the return line 18 promoted.
- the slit body 12 is also a catching device against Breaking through melt in exceptionally unfavorable operating conditions (e.g. failure of cooling or overheating the tapping mandrel by machining with oxygen lances).
- exceptionally unfavorable operating conditions e.g. failure of cooling or overheating the tapping mandrel by machining with oxygen lances.
- the wall 11 of the mandrel 8 should burn out, in the of the Wall 11 enclosed cavity breaking melt immediately stopped by the slit body.
- Even in the event of a total failure the cooling causes the high heat capacity of the Slit body such a strong cooling of the breakthrough Melt front that this solidifies and so the leakage of the Oven is prevented through the tapping mandrel.
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Schmelzgefäß (1) mit einer Abstichöffnung (3) und einer Einrichtung zum Verschließen dieser Abstichöffnung (5,8). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß diese Verschlußeinrichtung einen mit Kühleinrichtungen versehenen Abstichdorn (8) aufweist, der in seiner Schließstellung die Abstichöffnung (3) verschließt. <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft ein Schmelzgefäß mit einer Abstichöffnung
und einer Einrichtung zum Verschließen der Abstichöffnung.
Im Stand der Technik gibt es eine Vielzahl von Prozessen, bei
denen in einem Gefäß eine Schmelze hergestellt und/oder behandelt
wird. Zur Entnahme aus dem Gefäß wird diese üblicherweise
durch eine Abstichöffnung abgestochen. Üblich ist dies
insbesondere bei der Eisen- und/oder Stahlherstellung.
Verschiedene Systeme zum Abstechen von Elektrostahlöfen sind
beschrieben in Elektrostahlerzeugung, 4. Aufl., herausgegeben
von Karl-Heinz Heinen im Auftrag des Vereins Deutscher Eisenhüttenleute.
Der dort beschriebene konventionelle Abstichkanal und der Syphonabstich
sind nachteilig, da sie eine kippbare und damit
sehr aufwendige Ofenkonstruktion erfordert, damit beim Abstechen
das Mitlaufen von Ofenschlacke nach Möglichkeit verhindert
wird. Mitlaufende Ofenschlacke erschwert erheblich die
nachfolgende metallurgische Behandlung einer Stahlschmelze.
Der genannte Stand der Technik beschreibt ebenfalls ein im
Bereich des Ofenbodens angeordnetes vertikales Abstichsystem,
das als sogenannter exzentrischer Bodenabstich ausgebildet
sein kann. Auch hier muß zur Vermeidung des Mitlaufs von
Ofenschlacke sowie für das Verschließen der Abstichöffnung
mit Feuerfestgranulat nach durchgeführtem Abstich das
Schmelzgefäß kippbar ausgeführt sein.
Der zentrische Bodenabstich benötigt zum Abstich keine Kippbewegung,
muß aber zum Verfüllen vollständig entleert werden,
so daß die Ofenschlacke nicht zurückgehalten werden kann.
DE-A-195 00 407 beschreibt eine Vorrichtung zum Verschließen
der Abstichöffnung eines Schachtofens, das nach dem "Verfahren
der verlorenen Stange" arbeitet. Zum Verschließen des
Abstichloches nach durchgeführtem Abstich wird zunächst eine
Stopfmasse in das Abstichloch eingefüllt und diese dann durch
eine ausdrücklich als gewaltsam bezeichnete Einführung einer
Abstichstange mittels einer aufwendigen Hydraulikeinrichtung
verdichtet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schmelzgefäß
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Einleitung
des Abstiches und das Wiederverschließen der Abstichöffnung
nach durchgeführtem Abstich mit geringem Aufwand möglich
ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Einrichtung
zum verschließen der Abstichöffnung einen mit Kühleinrichtung
versehenen Abstichdorn aufweist, der in seiner Schließstellung
die Abstichöffnung verschließt.
Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe
erläutert.
Ein Schmelzgefäß ist jegliches Gefäß, das der Aufnahme irgendeiner
Schmelze zum Zwecke der Behandlung und/oder Aufbewahrung
dient. Die Erfindung betrifft insbesondere metallurgische
Schmelzgefäße, ist jedoch nicht notwendigerweise darauf
beschränkt.
Die Abstichöffnung dient der Entnahme der Schmelze und durchsetzt
in der Regel eine Wand oder den Boden des Schmelzgefäßes.
Erfindungsgemäß umfaßt die Einrichtung zum Verschließen der
Abstichöffnung einen Abstichdorn. Es handelt sich dabei um
einen länglichen Dorn bzw. eine Stange, der bzw. die in die
Abstichöffnung einführbar ist. Der Abstichdorn durchsetzt in
seiner Schließstellung die Längserstreckung der Abstichöffnung
ganz oder teilweise. Er kann in dieser Schließstellung
mit seiner Spitze auch in das Schmelzgefäß hineinragen. Zum
Verschließen der Abstichöffnung muß der Dorn nicht notwendigerweise
den gesamten Querschnitt der Abstichöffnung ausfüllen,
also formschlüssig an der Wandung der Abstichöffnung anliegen.
Ein gewisses Untermaß des Abstichdorns relativ zum
freien Querschnitt der Abstichöffnung ist unschädlich, solange
eine entsprechender Spalt zwischen Außenumfang des Dorns
und Innenumfang der Abstichöffnung durch erstarrende Schmelze
geschlossen wird.
Der Abstichdorn ist erfindungsgemäß mit Kühleinrichtungen
versehen. Diese kühlen die der Schmelze zugewandten Außenfläche
des Dorns auf eine Temperatur unterhalb der Erstarrungstemperatur
der Schmelze, so daß sich unmittelbar um den Dorn
herum ein Bereich erstarrter Schmelze bildet, die zum Verschluß
der Abstichöffnung beiträgt. Wenn die Spitze des Dorns
etwas in das Schmelzgefäß hineinragt, bildet sich über dem
ofenseitigen Eingang der Abstichöffnung eine Verschlußhaube
aus erstarrter Schmelze.
Die Erfindung ermöglicht das Verschließen der Abstichöffnung
lediglich durch Einführen des gekühlten Abstichdorns. Der
sich um den Dorn herum bildende Bereich erstarrter Schmelze
trägt zum Verschluß bei. Es ist, anders als im Stand der
Technik, kein zusätzlicher Verschluß der Abstichöffnung mit
einer Verfüll- oder Stopfmasse erforderlich. Eine aufwendige
und für das Personal belastendes Verfüllen der Öffnung kann
entfallen. Ein Kippen des Schmelzgefäßes zum Durchführen der
Verfüllung ist daher nicht erforderlich, auf einen aufwendigen
Kippmechanismus kann verzichtet werden.
Zum Einleiten des Abstichvorgangs wird der Dorn aus der Abstichöffnung
herausgezogen. Da die Wärmeabfuhr durch den gekühlten
Dorn jetzt entfällt, schmilzt die überhitzte Schmelze
im Gefäß die Haube aus erstarrter Schmelze auf, und der Abstich
beginnt.
Der erfindungsgemäße Abstichdorn selbst unterliegt nur einem
geringen thermischen Verschleiß, da er im Betrieb ständig gekühlt
wird.
Als Kühlmedium für den Abstichdorn wird bevorzugt Wasser, Gas
oder ein Wasser/Gasgemisch verwendet. Die Verwendung anderer
Kühlmedien wie bspw. flüssigen Natriums ist ebenfalls denkbar.
Aus Sicherheitsgründen soll ein Kontakt zwischen der Schmelze
(insbesondere einer metallurgischen Schmelze) und Kühlwasser
vermieden werden. Ein Kontakt von Metallschmelze mit Kühlwasser
kann zu explosionsartigen Reaktionen führen, insbesondere
dann, wenn Wasser von der Metallschmelze eingeschlossen wird,
da die dann erfolgende Expansion des Wasserdampfs die Schmelze
explosionsartig auseinander reißt. Auch eine chemische
Zersetzung des Wassers und anschließende Knallgasreaktionen
sind nicht auszuschließen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
weist der Abstichdorn daher einen Hohlraum, wenigstens eine
Einrichtung zum Kühlen durch Versprühen eines Kühlmediums in
diesem Hohlraum, und wenigstens eine Fangeinrichtung zum Auffangen
von in den Hohlraum durchbrechender Metallschmelze
auf.
Im Rahmen der Erfindung ist unter dem Begriff "Versprühen"
jegliches Verteilen des Kühlmediums in dem Hohlraum dergestalt,
daß zumindest ein Teil der Innenwandung des Hohlraums
davon gekühlt wird, zu verstehen. Bevorzugt ist feinverteiltes
Versprühen mittels einer oder mehrerer Düsen. Als Kühlmedium
wird bevorzugt Wasser oder ein Wasser/Luftgemisch verwendet.
Die Verwendung anderer Kühlmedien ist ebenfalls möglich.
Eine besonders hohe Kühlwirkung läßt sich durch die
Verwendung von flüssigem Natrium als Kühlmittel erzielen.
Unter einer Fangeinrichtung für durchbrechende Metallschmelze
ist jegliche Einrichtung zu verstehen, die den weiteren
Durchtritt von in den Hohlraum durchgebrochener Metallschmelze
in Richtung auf die Außenwandung des metallurgischen Gefäßes
verhindert oder zumindest verzögert. Sofern als Kühlmittel
Natrium verwendet wird, muß die Fangeinrichtung so ausgebildet
sein, daß sie den Rückfluß des erwärmten Natriums
nicht oder nur unwesentlich behindert.
Bei einem so ausgebildeten Abstichdorn entsteht trotz unmittelbarer
Nachbarschaft zwischen Metallschmelze und sprühgekühltem
Hohlraum innerhalb des Abstichdorns praktisch kein
Sicherheitsrisiko. Sollte es bei außergewöhnlichen ungünstigen
Betriebsbedingungen (bspw. Ausfall der Kühlung oder Überhitzung
durch Sauerstofflanzen) einmal zu einem so weitgehenden
Abschmelzen des Abstichdorns kommen, daß Schmelze in den
Hohlraum durchbricht, wird diese durch die Fangeinrichtungen
gestoppt. Ein Auslaufen des Schmelzgefäßes durch den durchgebrannten
Abstichdorn hindurch wird vermieden.
Die Erfindung hat erkannt, daß aufgrund der bei der Sprühkühlung
verwendeten verhältnismäßig geringen Wassermenge eine
Explosionsgefahr durch Kontakt von Metallschmelze mit dem
Sprühnebel überraschenderweise nicht besteht. Die Fangeinrichtungen
sind so ausgebildet, daß sie den Rücklauf von
Kühlmedium nur unwesentlich behindern. Somit kann bei einem
Durchbruch von Schmelze in dem entsprechenden Hohlraumbereich
ggf. noch vorhandenes Kühlmedium schnell abfließen bzw. abgezogen
werden. Auf diese Weise wird verhindert, daß die von
den Fangeinrichtungen gestoppte Metallschmelze Restwasser in
einer Menge einschließt, die zu einer Explosionsgefahr führt.
Bei der Verwendung von Wasser oder eines Wasser/Gasgemischs
als Kühlmedium werden die Betriebebedingungen vorteilhafterweise
so gewählt, daß das Wasser beim Auftreffen auf die zu
kühlenden Innenwandung des Hohlraums großenteils oder vollständig
verdampft. Dies hat zwei Vorteile. Zum einen nutzt
man zur Kühlung so nicht nur die Wärmekapazität des Wassers,
sondern auch die wesentlich größere Verdampfungswärme für den
Phasenübergang Wasser-Dampf und erhält so selbst bei verhältnismäßig
geringen Kühlwasserströmen eine hohe Kühlleistung.
Sofern es bei außergewöhnlichen Betriebsbedingunen zu einem
Durchbruch von Metallschmelze in den Hohlraum kommt, wird
kurz vor diesem Durchbruch die Temperatur im Hohlraum so weit
ansteigen, daß praktisch sämtliches Wasser verdampft und die
Metallschmelze nach dem Durchbruch nicht einmal mehr mit versprühtem
Wasser, sondern nur mit Wasserdampf in Berührung
kommt. Dies bedeutet eine nochmalige Verminderung der Explosionsgefahr.
Somit führt die Einstellung der Betriebsbedingungen
dergestalt, daß bereits im Normalbetrieb das versprühte
Wasser oder dessen größter Teil beim Auftreffen auf die
Hohlraumwand verdampft, zu einer nochmaligen Erhöhung der Sicherheit.
Das aus dem Hohlraum abfließende erwärmte Wasser und/oder der
Wasserdampf wird zweckmäßigerweise von einer Unterdruckquelle
wie bspw. einer Vakuumpumpe abgesaugt. Es ist möglich, die
Saugleistung der Pumpe höher zu wählen, als für das Abführen
des Sprühwassers erforderlich. Durch einen zusätzlichen Einlaß
kann dann bei Bedarf Nebenluft eingelassen und damit das
Abführen des Kühlmediums begünstigt werden. Man kann so sicherstellen,
daß sich an den Fangeinrichtungen kein Wasserstau
bildet.
Die Fangeinrichtung ist zweckmäßigerweise als Einrichtung zur
Querschnittsverengung des Hohlraums längs der Hauptachse des
Abstichdorns ausgebildet. Die Hauptachse des Dorns ist seine
durch die Gefäßwandung hindurchweisende Längsachse. Eine
Querschnittsverengung des Hohlraums längs dieser Hauptachse
bedeutet, daß der Hohlraumquerschnitt in der Ebene senkrecht
zu dieser Hauptachse vermindert wird. Eine solche Querschnittsverengung
stoppt bzw. bremst den Weiterfluß der im
Vergleich zum Kühlmedium höherviskosen Metallschmelze. Die
Querschnittsverengung ist zweckmäßigerweise so ausgebildet,
daß der freie Querschnitt in eine Mehrzahl von kleinen Querschnittsflächen
aufgeteilt ist. Bspw. kann die Fangeinrichtung
Schlitz- oder Lochbleche aufweisen. Zweckmäßigerweise
sind Durchtrittsöffnungen für abzuführendes Kühlmedium vorhanden,
bei einem Lochblech sind dies die darin angeordneten
Löcher, bspw. in Form von Schlitzen. Wenn nachfolgend von
Lochblechen die Rede ist, so ist darunter jegliches Blech mit
zum Durchtritt von Kühlmedium geeigneten Öffnungen wie bspw.
Bohrungen, Schlitzen etc. zu verstehen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist die Fangeinrichtung als ein sogenannter Schlitzkörper
ausgebildet. Es handelt sich um einen im wesentlichen
massiven Körper, der einen großen Raumanteil des Innenraums
des Abstichdorns ausfüllt. Es weist vorzugsweise im radial
äußeren Bereich seine gesamte Länge oder doch zumindest wesentliche
Teile seiner Länge durchsetzende Öffnungen auf, die
vorzugsweise als Schlitze ausgebildet sind. Die Quererstreckung
dieser Schlitze kann in Radialrichtung verlaufen. Die
Schlitze sind so ausgebildet, daß durch sie das Kühlmedium
von der dem Ofeninnenraum zugewandten Spitze des Abstichdorns
hin zu dessen vom Ofen abgewandten Ende zurückströmen kann.
Die Längserstreckung im Schlitzkörper muß so groß sein, daß
die Schlitze am vom Ofeninneren abgewandten Ende an Rücklaufbereiche
bzw. Anschlüsse für Kühlmedium anschließen und so
den Abfluß des Kühlmediums aus dem Schlitzkörper erlauben.
Der Schlitzkörper behindert nicht den Rückstrom des in den
Hohlraum eingebrachten Kühlmediums, stoppt aber möglicherweise
durchbrechende Metallschmelze zum einen mechanisch durch
die Verengung der Querschnittsfläche und zum anderen thermisch
durch seine aufgrund seiner großen Masse erheblichen
Wärmekapazität. Der Schlitzkörper wird durch die Schmelzmasse
erhitzt und kühlt dabei die vordere Schmelzmassenfront so
weit ab, daß diese entweder erstarrt oder doch zumindest so
viskos wird, daß sie nicht mehr durch die Schlitze dringen
kann. Es ist von Vorteil, wenn die Fangeinrichtungen (bspw.
die Schlitzkörper) aus einem Material bestehen, das einen
über der Temperatur der Metallschmelze liegenden Schmelzpunkt
aufweist. Bei einem metallurgischen Gefäß für eine Stahlschmelze
können die Fangeinrichtungen bspw. aus Edelstahl
oder Kupfer bestehen. Kupfer bewirkt durch seine hohe Wärmeleitfähigkeit
eine schnelle Wärmeabfuhr.
Zweckmäßigerweise ist in dem dem Innenraum des metallurgischen
Gefäßes zugewandten Endbereich des Hohlraums wenigstens
eine Düse zum Versprühen von Kühlmedium angeordnet. Auf diese
Weise wird dieser thermisch hochbelastete Hohlraumendbereich
besonders wirkungsvoll gekühlt. Die Kühlmittelzufuhr zu der
Düse kann mittels eines sich im wesentlichen in Richtung der
Hauptachse des Schlitzkörpers erstreckenden Rohrs erfolgen.
Es ist vorteilhafterweise einstückig in den Schlitzkörper
eingeformt. Die Wandung des Hohlraums besteht zweckmäßigerweise
aus einem gut wärmeleitfähigen Material, bspw. aus Kupfer
oder einer Kupferlegierung.
Die Außenfläche des Abstichdorns kann hartverchromt sein.
Bspw. kann der Hohlraum von einem Kupferzylinder mit kalottenförmigem
oder konischem Abschluß umschlossen sein. Der Abschluß
ist dem Schmelzgefäßinnenraum zugewandt. Diese Ausbildung
des dem Gefäßinnenraum zugewandten Endes erleichtert die
Bildung einer die Abstichöffnung verschließenden Schmelzehaube.
Erfindungsgemäß kann die Abstichöffnung am tiefsten Punkt des
Gefäßes angeordnet sein (zentrischer Bodenabstich). Diese Anordnung
erleichtert das Abstechen des Ofens ohne Mitlauf von
Ofenschlacke.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
weist die Abstichöffnung zusätzlich einen Schieberverschluß
auf, wie er im Stand der Technik bekannt und bspw. in
der eingangs genannten Literaturstelle "Elektrostahlerzeugung"
beschrieben ist. Bei den im Stand der Technik bekannten
Schieberverschlüssen ist allerdings eine zusätzliche Verfüllung
der Abstichöffnung mit Feuerfestgranulat erforderlich,
da die Schmelze in der Abstichöffnung erstarrt und ein selbständiges
Öffnen nicht mehr möglich ist.
Die erfindungsgemäße Kombination eines Schieberverschlusses
und des gekühlten Abstichdorns arbeitet wie folgt:
Nach Durchführung eines Abstiches wird die Abstichöffnung zunächst
nur mittels des Schieberverschlusses verschlossen. Anschließend
wird mit dem Schmelzvorgang der nächsten Schmelze
begonnen. Der Schieber wird solange verschlossen gehalten,
bis das Schmelzgut (der ca. 10%ige Ofenrest oder frische
Schmelze) über der Schieberplatte soweit erstarrt ist, daß es
beim Öffnen des Schiebers nicht austritt.
Der Schieberverschluß wird nun geöffnet und der Abstichdorn
wird in die Abstichöffnung durch die teilweise erstarrte
Schmelze hindurch eingeführt. Nach dem Durchdrücken dieser
Schmelzeschicht, die aufgrund der konischen Ausbildung des
Dorns fest an dessen Wandung anliegt, wird ein Austreten von
nichterstarrter Schmelze auch dann sicher verhindert, wenn es
im weiteren Verlauf des Schmelzvorgangs zu hohen Temperaturen
in der Schmelze (Überhitzung der Schmelze) kommt.
Die intensive Kühlung des Abstichdorns führt zur Bildung einer
erstarrten Schmelzguthaube über der Abstichöffnung.
Nach Beendigung des Schmelzvorgangs wird der Dorn aus der Abstichöffnung
gezogen. Die heiße Schmelze schmilzt die erstarrte
Haube, die sich über dem gekühlten Dorn gebildet hat,
auf, und der Abstichvorgang beginnt. Sollte die thermische
Energie der Schmelze zum Aufschmelzen der Haube nicht ausreichen,
kann die Abstichöffnung auch von außen bspw. mittels
eines Sauerstoffbrennrohrs aufgebrannt werden.
Während des Abstichvorgangs kann der Schieberverschluß zum
kurzfristigen Unterbrechen des Abstiches dienen, wenn bspw.
der Schmelzgefäßinhalt auf mehrere Pfannen verteilt werden
soll.
Im Abstichbereich kann ein elektromagnetisches Schlackenfrüherkennungssystem
(bspw. in Form einer Spule) angeordnet sein,
das einen Schlackenmitlauf aus der Abstichöffnung rechtzeitig
erkennt. Die Abstichöffnung kann dann mittels des Schiebeverschlusses
geschlossen werden.
Das erfindungsgemäße Schmelzgefäß kann ein metallurgisches
Gefäß, insbesondere ein Elektrolichtbogenofen sein. Es kann
sich jedoch auch um einen Hochofen, Kupolofen oder dergleichen
handeln.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand
der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:
- Fig. 1
- schematisch einen Längsschnitt durch den Bodenbereich eines erfindungsgemäßen Schmelzegefäßes;
- Fig. 2
- einen Längsschnitt durch den Abstichdorn.
- Fig. 3
- einen Querschnitt durch den Abstichdorn.
Der insgesamt mit 1 bezeichnete Elektrolichtbogenofen weist
einen Herd 2 auf, in dessen Herdboden an der tiefsten Stelle
eine Abstichöffnung 3 angeordnet ist.
Das vertikale Abstichsystem weist Abstichblöcke 4 auf. Es
handelt sich um im Stand der Technik bekannte und dem Fachmann
geläufige Bauteile. Jeweils mehrere Abstichblöcke werden
in Längsrichtung der Abstichöffnung übereinander angeordnet,
um deren gesamte Länge zu durchsetzen. Sie sind mit einer
chemisch abbindenden Masse eingestampft oder im heißen Zustand
eingegossen worden.
Die Abstichblöcke können bspw. aus kohlenstoffgebundenen und
graphithaltigen Magnesia- bzw. Schmelzmagnesiasorten
bestehen.
Am Ausgang der Abstichöffnung ist ein insgesamt mit 5 bezeichneter
Schieberverschluß angeordnet. Er weist zwei relativ
zueinander verschiebliche Schieberplatten 6, 7 auf, die
in dem gezeigten Zustand die Abstichöffnung freigeben und
diese durch verschieben relativ zueinander verschließen können.
Die technische Ausführung eines solchen Schieberverschlusses
ist dem Fachmann geläufig und bedarf hier keiner
näheren Erläuterung.
Erfindungsgemäß ist ein gekühlter Abstichdorn 8 vorgesehen,
der mittels einer Hub- bzw. Verfahreinrichtung 9 in die Abstichöffnung
3 ein- bzw. aus dieser ausgefahren werden kann.
Der Abstichdorn 8 füllt den freien Querschnitt der Abstichöffnung
3 teilweise aus. Verbleibende Randspalten werden
durch erstarrte Schmelze verschlossen. Oberhalb der konischen
(oder kalottenförmigen) Spitze 10 des Dorns bildet sich aufgrund
der Kühlung des Dorns eine Haube aus erstarrter Schmelze,
die ebenfalls zum Verschluß der Abstichöffnung 3 beiträgt.
Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Schmelzgefäß in dem Zustand,
in der der Abstichdorn 8 die Abstichöffnung 3 verschließt.
Nach Beendigung des Schmelzvorgangs wird zum Einleiten
des Abstiches der Abstichdorn 8 mittels der Verfahreinrichtung
9 aus der Abstichöffnung 3 herausgefahren. Die
Schmelze schmilzt die Haube über den Eingang der Abstichöffnung
3 auf und der Abstich beginnt.
In der Zeichnung nicht dargestellte Einrichtungen im Bereich
der Abstichöffnung detektieren einen etwaigen Schlackenmitlauf
im Bereich des Eingangs der Abstichöffnung 3. Sobald es
gegen Ende des Abstichs zu Schlackenmitlauf kommt, geben diese
elektromagnetischen Detektionseinrichtungen ein Signal ab,
das ein Verfahren der Schieberplatten 6,7 in ihre Verschlußstellung
auslöst.
Der Abstichvorgang ist jetzt beendet und der Schmelzofen 1
kann von Neuem mit Schmelzgut befüllt und der Aufschmelzvorgang
begonnen werden. Die Restschmelze in der Abstichöffnung
erstarrt über den Schieberplatten 6, 7. Sobald diese Schmelze
soweit erstarrt ist, daß sie den Austritt weiterer Schmelze
zumindest kurzfristig verhindern kann (im Ofen befindet sich
im Frühstadium des Aufschmelzvorgangs lediglich wenig Schmelze,
üblicherweise nur der etwa 10%ige Ofenrest), wird der
Schieberverschluß 5 geöffnet und der gekühlte Abstichdorn 8
mittels der Verfahreinrichtung 9 in die Abstichöffnung 3 eingefahren.
Er wird dabei durch die teilweise erstarrte Schmelze
in der Abstichöffnung 3 hindurchgedrückt. Diese teilweise
erstarrte Schmelze legt sich fest an die Außenwandung des
Dorns 8 ab. Über der Spitze 10 entsteht im weiteren Verlauf
des Schmelzvorgangs aufgrund der intensiven Kühlung des Dorns
8 wieder eine Haube aus erstarrter Schmelze.
Die Fig. 2 und 3 zeigen den Aufbau des Abstichdorns. Er weist
eine äußere Wand 11, die einen sich zur Spitze 10 des Abstichdorns
hin leicht konisch verjüngenden Hohlraum umschließt.
Die Wand 11 besteht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung,
die Außenseite ist hartverchromt.
In den von der Wand 11 umschlossenen Hohlraum ist ein
Schlitzkörper 12 im wesentlichen formschlüssig eingesetzt. Er
besteht vorzugsweise aus Kupfer- oder einer Kupferlegierung.
In seinem der Wand 11 zugewandten radialen Außenbereich weist
er eine Mehrzahl von radial nach außen offenen Längsschlitzen
13 auf. Zentrisch in Längsrichtung des Schlitzkörpers 12 verläuft
eine Kühlmittelleitung 14, die über Kühlzufuhrleitungen
15, 16 und eine Mischkammer 17 mit Kühlmittel gespeist wird.
Bei Betrieb des Abstichdorns wird in die Vorlaufleitung 15
Luft oder ein anderes Gas und in die Vorlaufleitung 16 Wasser
eingespeist. Im Bereich des Mischers 17 erfolgt eine Mischung
zu einem Wasser/Gasgemisch, der Wasseranteil in dem Gemisch
liegt vorzugsweise in Form feiner Tröpfchen vor. Dieses Kühlgemisch
wird durch die Leitung 14 in Richtung auf die Spitze
10 des Abstichdorns zu gefördert und wird durch eine Düse 18
auf die Innenseite der Wand 11 im Bereich der Spitze 10 gesprüht.
Das Kühlmittel nimmt dort Wärme auf (ggf. unter Verdampfung
bzw. teilweiser Verdampfung des Wasseranteils) und
wird durch die im Bereich der Spitze 10 axial offenen Schlitze
13 des Schlitzkörpers 12 in Richtung auf die Rücklaufleitung
18 abgefördert. Beim Durchtritt durch die Schlitze 13
kühlt es die Wand 11 im gesamten thermisch beanspruchten Längenabschnitt
des Abstichdorns. Die Kühlung der Wand 11 erfolgt
dabei teilweise unmittelbar durch das vorbeiströmende
Kühlmittel, da die Schlitze 13 radial offen sind, teilweise
erfolgt sie indirekt, indem die Wärme zunächst in das gut
wärmeleitfähige Material des Schlitzkörpers 12 abgeleitet und
dann vom Kühlmittel aufgenommen wird.
Der Schlitzkörper 12 ist ferner eine Fangeinrichtung gegen
Durchbrechen von Schmelze bei außergewöhnlich ungünstigen Betriebsbedingungen
(bspw. Ausfall der Kühlung oder Überhitzung
des Abstichdorns durch Bearbeitung mit Sauerstofflanzen). Sofern
unter solchen besonderen Umständen einmal die Wand 11
des Abstichdorns 8 durchbrennen sollte, wird in den von der
Wand 11 eingeschlossenen Hohlraum durchbrechende Schmelze sofort
durch den Schlitzkörper gestoppt. Auch bei einem Totalausfall
der Kühlung bewirkt die hohe Wärmekapazität des
Schlitzkörpers eine so starke Abkühlung der durchbrechenden
Schmelzefront, daß diese erstarrt und so das Auslaufen des
Ofens durch den Abstichdorn hindurch verhindert wird.
Claims (10)
- Schmelzgefäß mit einer Abstichöffnung (3) und einer Einrichtung zum Verschließen der Abstichöffnung (5,8), dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verschließen der Abstichöffnung einen mit Kühleinrichtungen versehenen Abstichdorn (8) aufweist, der in seiner Schließstellung die Abstichöffnung (3) verschließt.
- Schmelzgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium für den Abstichdorn (8) Wasser, Gas oder ein Wasser/Gasgemisch verwendet wird.
- Schmelzgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstichdorn (8) einen Hohlraum, wenigstens eine Einrichtung zum Kühlen durch Versprühen eines Kühlmediums in diesem Hohlraum, und wenigstens eine Fangeinrichtung zum Auffangen von in den Hohlraum durchbrechender Metallschmelze aufweist.
- Schmelzgefäß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (11) des Hohlraums aus einem gut wärmeleitfähigen Material besteht.
- Schmelzgefäß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Material Kupfer oder eine Kupferlegierung ist.
- Schmelzgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstichdorn (8) eine konische Spitze aufweist.
- Schmelzgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstichöffnung (3) am tiefsten Punkt des Gefäßes (1) angeordnet ist.
- Schmelzgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstichöffnung (3) zusätzlich einen Schieberverschluß (5) aufweist.
- Schmelzgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ein metallurgisches Gefäß ist.
- Schmelzgefäß nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Elektrolichtbogenofen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP98109363A EP0959316A1 (de) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | Schmelzgefäss mit einer Einrichtung zum Verschliessen der Abstichöffnung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP98109363A EP0959316A1 (de) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | Schmelzgefäss mit einer Einrichtung zum Verschliessen der Abstichöffnung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP0959316A1 true EP0959316A1 (de) | 1999-11-24 |
Family
ID=8231983
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP98109363A Withdrawn EP0959316A1 (de) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | Schmelzgefäss mit einer Einrichtung zum Verschliessen der Abstichöffnung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0959316A1 (de) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE539480C (de) * | 1929-11-04 | 1931-11-26 | Ass Elect Ind | Abstichvorrichtung fuer Schmelzoefen |
GB859827A (en) * | 1959-11-10 | 1961-01-25 | British Iron Steel Research | Improvements in or relating to plugs for molten metal containers |
DE1147009B (de) * | 1960-02-16 | 1963-04-11 | Balzers Vakuum G M B H | Bodenabgiesseinrichtung fuer Schmelzgefaesse |
DE1200481B (de) * | 1961-01-24 | 1965-09-09 | Bbc Brown Boveri & Cie | Vorrichtung zum OEffnen und Schliessen der Ausflussoeffnung eines Behaelters fuer geschmolzene Metalle |
EP0838292A1 (de) * | 1996-10-21 | 1998-04-29 | DANIELI & C. OFFICINE MECCANICHE S.p.A. | Verfahren und Vorrichtung zum Abstechen von Lichtbogenöfen, Pfannenöfen und von Tundishes |
-
1998
- 1998-05-22 EP EP98109363A patent/EP0959316A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0838292A1 (de) * | 1996-10-21 | 1998-04-29 | DANIELI & C. OFFICINE MECCANICHE S.p.A. | Verfahren und Vorrichtung zum Abstechen von Lichtbogenöfen, Pfannenöfen und von Tundishes |
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