EP0959316A1 - Schmelzgefäss mit einer Einrichtung zum Verschliessen der Abstichöffnung - Google Patents

Schmelzgefäss mit einer Einrichtung zum Verschliessen der Abstichöffnung Download PDF

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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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EP
European Patent Office
Prior art keywords
tapping
mandrel
melting vessel
melt
cavity
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98109363A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volkwin Köster
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to EP98109363A priority Critical patent/EP0959316A1/de
Publication of EP0959316A1 publication Critical patent/EP0959316A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • 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
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/15—Tapping equipment; Equipment for removing or retaining slag
    • F27D3/1509—Tapping equipment
    • F27D3/1536—Devices for plugging tap holes, e.g. plugs stoppers
    • 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
    • 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
    • B22D41/44—Consumable closure means, i.e. closure means being used only once
    • B22D41/48—Meltable closures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • 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)

  1. 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.
  2. Schmelzgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium für den Abstichdorn (8) Wasser, Gas oder ein Wasser/Gasgemisch verwendet wird.
  3. 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.
  4. Schmelzgefäß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (11) des Hohlraums aus einem gut wärmeleitfähigen Material besteht.
  5. Schmelzgefäß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Material Kupfer oder eine Kupferlegierung ist.
  6. Schmelzgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstichdorn (8) eine konische Spitze aufweist.
  7. Schmelzgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstichöffnung (3) am tiefsten Punkt des Gefäßes (1) angeordnet ist.
  8. Schmelzgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstichöffnung (3) zusätzlich einen Schieberverschluß (5) aufweist.
  9. Schmelzgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ein metallurgisches Gefäß ist.
  10. Schmelzgefäß nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Elektrolichtbogenofen ist.
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