EP1097246A1 - Verfahren und vorrichtung zum abdichten einer abstichöffnung in metallurgischen gefässen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum abdichten einer abstichöffnung in metallurgischen gefässen

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EP1097246A1
EP1097246A1 EP99929165A EP99929165A EP1097246A1 EP 1097246 A1 EP1097246 A1 EP 1097246A1 EP 99929165 A EP99929165 A EP 99929165A EP 99929165 A EP99929165 A EP 99929165A EP 1097246 A1 EP1097246 A1 EP 1097246A1
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EP
European Patent Office
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tapping
stopper
tube
opening
tap opening
Prior art date
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EP99929165A
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EP1097246B1 (de
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Fritz-Peter Pleschiutschnigg
Wei-Ping Wu
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SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Schloemann Siemag AG
Schloemann Siemag AG
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Publication of EP1097246B1 publication Critical patent/EP1097246B1/de
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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
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4653—Tapholes; Opening or plugging thereof
    • 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
    • B22D41/46—Refractory plugging masses
    • 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
    • F27D3/1545—Equipment for removing or retaining slag
    • F27D3/159—Equipment for removing or retaining slag for retaining slag during the pouring of the metal or retaining metal during the pouring of the slag

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for sealing a tap opening in metallurgical vessels
  • tapping is carried out, for example, by tilting the furnace vessel sideways it is unavoidable that slag partially runs out of the tap hole with the melt jet
  • the tapping opening is prepared for a new batch by closing the opening with a closing plate and filling sand into this opening.
  • the sand filling process is carried out either manually or using a mechanical loading system.
  • the opening is optimally filled with sand when manual Filling process not possible
  • this step can be time consuming and labor intensive if cleaning work needs to be carried out
  • a low-slag tapping system in a converter by means of a float or slag stopper is known.
  • a float the specific weight of which lies between that of the molten steel and that of the slag, is introduced into the molten bath above the vortex caused by seizing.
  • sealing the tap opening depends solely on the sinking melt / slag boundary layer and cannot otherwise be influenced.
  • a completely slag-free leakage of the melt with this float solution is not reachable
  • the so-called AMEPA system has become known for tapping in pans.
  • This system is mainly used to check the tapping from the pan into the distributor of a continuous caster.
  • This is a tapping system based on the electromagnetic principle.
  • the tapping is ended and the separation process between the melt and slag is reached via a sensor that is installed on the ladle spout.
  • a slag-free tapping is not feasible with this principle, since the sensor only reacts when there is already one Part of the slag has flowed through the opening
  • German patent DE 33 27 671 also discloses a device for largely slag-free tapping of metal melts, in particular steel melts, from metallurgical vessels.
  • the object here is to prevent eddy formation and thus mixing of slag and melt by immersing a shut-off element
  • a shut-off body is proposed which can be moved into the metallurgical vessel by means of a lifting and lowering rod via a lifting system. By lowering the flow body and holding it briefly above the bottom of the vessel above The negative potential vortex is better tied to the tap opening.
  • EP 0 315 311 B1 discloses a stopper for closing tapping openings in metallurgical vessels.
  • This stopper consists of a cylindrically shaped container made of metal, which is provided with two plates at its ends. Here, the end pointing towards the interior of the vessel during installation of the container and the corresponding inner plate are spaced apart from each other.
  • the metallic container receives refractory material, such as sand. This sand is surrounded by a plastic film.
  • the plug is provided with a plunger, which is used to place the plug in the hole is that the outer plate is moved against the inner plate along a rod guide that penetrates the sand mass. This tears the plastic film. This process is supported by a jagged edge surface of the container. The sand emerges from the gap and into the Space between container and tap opening u nd thus creates a sealing connection. The plunger is then turned off, while the metallic container remains in the tap hole
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method and a tapping system with which a slag-free tapping can be carried out easily and inexpensively in a metallurgical vessel and steel with a high degree of purity can thus be produced
  • This object is achieved according to the invention by means of the features of method claim 1 and of device claim 7.
  • Advantageous refinements of the invention are disclosed in the subclaims
  • the essence of the invention is the creation of a tap system with which the tap opening of a metallurgical vessel can be optimally sealed. This is achieved by a special design of the plug, according to the method. It is proposed to control the time at which the plug is introduced into the tap opening, for example depending on Weight of the tapped steel, the bath mirror or via a slag detection system. Automatic, but also semi-automatic or manual controls are preferably possible. The time of import can be controlled selectively or, for example, via a signal which is determined by visual scanning on a screen pointer
  • the stopper according to the invention consists of a stopper sleeve which receives a flowable substance.
  • This filled stopper sleeve is introduced into the tap opening through the liquid metal or from outside the metallurgical vessel.
  • the tap hole is then closed, for example by means of a closing plate.
  • the invention makes use of the fact that the material of the stopper casing changes with regard to its consistency and / or its shape due to the influence of temperature in such a way that the flexible substance can spread out in the tap opening.
  • the material of the stopper casing is preferably a temperature-insulating material, for example cardboard or wood
  • the flowable material is preferably full sand. This forms a sintered layer that seals the tap opening on the contact surface with the molten metal after the shell has disintegrated.This means an additional sealing effect since the amount of full sand is dosed in the stopper casing and depending on the wear of the tap hole can be varied, the tap hole can be sealed with an optimal amount of sand. It is thus avoided that the sand 3- The hole is not completely filled for sealing. Problems with opening the tap hole are avoided
  • the import means for the stopper sleeve are preferably a metal rod or a metal tube which can be moved through the melting material to the tap opening.
  • the metal rod or the metal tube consists of links which allow them to be moved out of the horizontal using an arcuate guide to move the vertical
  • This protective tube also consists of a material that is only briefly resistant to the molten metal.
  • This material for the plug casing and the protective tube is cardboard, which is in the molten metal coked All other types of materials are also conceivable which change their consistency due to the temperature effect of the molten metal, which also includes total dissolving, or change their shape by losing their strength
  • the fulisand absorbed by the shell can contain binders which disintegrate at temperatures as high as the molten metal. It is also conceivable that the fulisand within the shell is surrounded by an intermediate protective layer and is vacuum-sealed. This intermediate protective layer is advantageously a film that dissolves at the given temperatures
  • a support plate lies on top of the full sand.
  • the rod or tube can use the support plate to push the fulisand further down
  • Another embodiment of the invention provides that in addition to the stopper casing as the first chamber for receiving filler, the cavity of the protective tube is used as a second chamber.
  • This second chamber serves as a storage chamber for filler.
  • the second chamber is filled with filler in particular when the The diameter of the tap opening has become larger due to wear
  • this second chamber is located between the rod that can be axially guided through the protective tube and the inner surface of the protective tube.
  • the amount of filler in this second chamber can be selected depending on the need if the import means is a pipe, it penetrates the first chamber with the protective tube surrounding it.
  • the second chamber is formed in the cavity of the import pipe inside and above the first chamber.
  • the bottom of the first chamber is provided with a plug, preferably made of ceramics. To protect the filler when it passes through the hot melt, the chambers and the plug are surrounded by the temperature-insulating plug sleeve. This plug can be moved through the rod or the pipe due to pressure. The movement of the import means moves the plug,the wrapping tore at the bottom, and filler emerges
  • the proposed method and the stopper show the advantage of a slag-free tapping. If the method is already used in the electric furnace, the secondary metallurgical treatment, in particular with regard to the current requirement for "clean steel", is considerably simplified Slag is prevented.
  • the invention results in a saving of the deoxidizing agents, the guidewires such as CaSi and the synthetic slag. Favorable conditions for desulfurization and degassing are also created. The casting properties are improved
  • the method according to the invention makes it possible to end the tapping at a precisely determined target tapping weight.
  • the time for introducing the stopper into the tapping opening is controlled, for example, as a function of the weight of the melt that has already been tapped the time of import can be controlled by means of a bath level measuring system or an early slag detection system
  • Figure 1 is an enlarged view of the plug of the tapping system at
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of the stopper according to the invention with complete reception in the tap opening
  • Figure 3 is an enlarged view of the stopper according to the invention
  • FIG. 4 shows the racking in an electric furnace with the automatically controlled racking system
  • FIG. 5 shows the tapping end in an electric furnace with the automatically controlled tapping system
  • FIG. 6 shows an enlarged illustration of an embodiment of the stopper according to the two-chamber system in a position inserted into a tap opening of a metallurgical vessel
  • Figure 7 is an enlarged view of another embodiment of the
  • Stopper according to the two-chamber system in a position inserted into a tap opening of a metallurgical vessel
  • Figure 1 shows a partial enlargement of the plug 1 of the tapping system during the immersion process in the tap opening 2 in the bottom 3 of an electric furnace 4
  • the stopper 1 comprises a casing 7 and a core 8 made of fulisand, which is surrounded by the casing 7 as a protective jacket.
  • the plug 1 is inserted into the tap opening 2 by means of a metal rod 9 via a lifting system 10 coming from the interior of the vessel
  • the metal rod 9 acts on the fulisand 8 via a support grid 11.
  • a plug 12 forms the end of the solid sand core 8 to the bottom region of the stopper casing.
  • the diameter of the plug corresponds at least approximately to the diameter of the tap opening 2 at its lower end
  • a protective tube 13 This tube can be formed as a whole with the sleeve 7 of the stopper or attached to it.
  • the protective tube 13 in combination with the sleeve 7 forms the outer jacket for the metal rod 9 and den Fullsandkem 8
  • the protective tube 13 can be made of the same material as the casing of the plug. According to the invention, this is a material that can only withstand the temperature influence of the melt for a certain time.
  • the casing consists of cardboard, which is due to of the high temperatures
  • the fulis sand can also be provided by means of an intermediate protective film (not shown) be vacuum-sealed, which dissolves at the existing temperatures.
  • the sand can be bound with binders which disintegrate at high temperatures, for example synthetic resin
  • the tap opening 2 is closed from the outside of the metallurgical vessel.
  • This closed state shows Figure 2
  • the closure means is a closing plate 14. It can also be any other type of conventional closure means.
  • the metal rod 9 is separated by an automatic release of a clamping device (not shown) and withdrawn through the interior of the vessel
  • Figures 4 and 5 show an embodiment of the tapping system according to the invention using the example of an electric furnace during a tapping ( Figure 4) and at the tapping end ( Figure 5).
  • a section of an electric furnace 4 is shown 14 pushed back below the tap hole 2
  • the sand in the tap hole 2 runs out, and the molten steel 5 is poured into a pan 17
  • the electric furnace is operated with a sufficient sump so that there is a sufficient bath height above the tap hole when tapping and there are no vortices which could cause the slag to run along undesirably.
  • the furnace 4 is provided with a relatively lower oriel or with a tap hole directly in the stove or with a large one swamp
  • the weight of the tapped melt is measured by means of a weighing device 18.
  • the weighing device is a weighing cell which is arranged below the pan 17 in the transport trolley 19.
  • the current weight is detected by measuring signals from a measuring system 20 and fed into a data processing system 21 after reaching the desired tapping weight, the metal rod 9 of the tapping system is moved vertically through the interior of the vessel via a lifting device 10, which is controlled by means of a plug control system 22, in order to close the tap opening 2 with the plug 1.
  • Such a lifting device is advantageously adapted to the extreme operating conditions at one
  • this lifting device could be arranged on the furnace barrel or on the tilting platform.
  • a known early slag detection system can be provided, for example in the event of fluctuations in the bath height connected to the data processing system 21 and the stopper control system 22 Even if the desired molten steel weight has not yet been reached, the stopper is moved into the tap opening as soon as the running of slag has been determined.
  • the rapid reaction of the tapping system according to the invention makes it possible to prevent slag from escaping
  • FIG. 6 shows a first embodiment of the stopper according to the two-chamber system.
  • the components that correspond to FIGS. 1 to 3 are provided with corresponding reference numerals.
  • FIGS. 6 and 7 do not show the initial state of the stopper, but rather the import state into the tap opening Stopper composed of a first chamber covered with cardboard and a second chamber, which is also covered with cardboard. The bottom of the first chamber is detachably closed with a stopper, which is located within the protective covering
  • the first chamber is designated by 123, the second chamber by 124.
  • the second chamber extends between the inner jacket surface of the protective tube 113 adjoining the plug sleeve 7 of the first chamber 123 and the outer flat of the metal rod 109
  • the plug 112 is released from the bottom of the first chamber by pressurizing the rod 109 and undergoes a pushing movement in the direction of the outside of the vessel.
  • the bottom-side covering tears, and fulisand 125 emerges.
  • the stopper is moved continuously by contact with the axially movable rod.
  • the diameter of the stopper is dimensioned in the two-chamber system so that guidance within the narrowing tap opening is possible
  • the metal rod is replaced by a hollow tube 226.
  • the protective tube 213 receives this tube 226 and penetrates the part of the plug casing 7 covering the top of the chamber 223 and thus the first chamber 223.
  • the second chamber 224 is in the cavity of the inlet tube 226 formed
  • the plug 212 experiences an impact movement and tears the bottom-side covering (no longer shown). Fulisand 225 emerges. If the plug is displaced by a contact movement, the full sand runs out of the second Chamber of pipe 213 must be moved back

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Abstract

Um ein Verfahren zum Abdichten einer Abstichöffnung (2) in metallurgischen Gefässen und ein Abstichsystem zu schaffen, mit dem ein schlackenfreier Abstich durchgeführt werden kann, soll der Stopfen zum Verschliessen der Abstichöffnung eine Stopfenhülle (7) umfassen, die einen hitzebeständigen fliessfähigen Stoff (8) aufnimmt, wobei der Einführzeitpunkt automatisch gesteuert wird und nach dem Einsetzen die Abstichöffnung von der Aussenseite des Gefässes verschlossen wird, und wobei das Material der Stopfenhülle seine Konsistenz und/oder seine Form durch Temperatureinfluss derart ändert, dass sich der fliessfähige Stoff in der Abstichöffnung abdichtend ausbreitet.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Abdichten einer Abstichöffnung in metallurgischen Gefäßen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abdichten einer Abstichoffnung in metallurgischen Gefäßen
In jüngster Zeit besteht die Tendenz, Stahle mit hohem Reinheitsgrad, sogenannten "Clean Steel" herzustellen, um somit den steigenden Anforderungen nach besseren Stahleigenschaften gerecht zu werden Die Abtrennung von Schmelze und Schlacke im Elektroofen bzw Konverter mit nachfolgender Sekundarmetallurgie ist ein wesentlicher Einflußfaktor hinsichtlich des Reinheitsgrades
Aus dem Stand der Technik sind einige Abstichsysteme bekannt In einem konventionellen Elektrolichtbogenofen erfolgt der Abstich beispielsweise durch seitliches Verkippen des Ofengefaßes Der Ofen wird für den Abstich zur Abstichseite gekippt, nach Erreichen des gewünschten Abstichgewichtes wird der Ausfluß der Schmelze durch ein schnell durchgeführtes Zuruckkippen beendet Hierbei ist es nicht vermeidbar, daß Schlacke teilweise mit dem Schmelzestrahl aus dem Abstichloch auslauft
Nach erfolgtem Abstich und der Ruckkippbewegung wird die Abstichoffnung für eine erneute Charge vorbereitet, indem die Öffnung mit einer Schließplatte verschlossen und Sand in diese Öffnung eingefüllt wird Der Sandeinfullvorgang wird entweder manuell oder durch ein maschinelles Fordersystem durchgeführt Ein optimales Füllen der Öffnung mit Sand ist beim manuellen Fullvorgang nicht möglich Zudem kann dieser Schritt, falls Reinigungsarbeiten durchzufuhren sind, zeitraubend und arbeitsintensiv sein Des weiteren ist ein schlackenarmes Abstichsystem bei einem Konverter mittels eines Schwimmers oder Schlackenstoppers bekannt Hierbei wird ein Schwimmer, dessen spezifisches Gewicht zwischen dem der Stahlschmelze und dem der Schlak- ke liegt, in das Schmelzbad über dem aufgrund des Ausf eßens bedingten Wirbel eingebracht Der Schwimmer sinkt mit der ausfließenden Stahlschmelze herab und verschließt die Abstichoffnung Als nachteilig erweist sich aber, daß ein Abdichten der Abstichoffnung allein von der absinkenden Schmelze/Schlacke-Grenzschicht abhangig ist und ansonsten nicht beeinflußbar ist Zudem ist ein vollständig schlacken- freies Auslaufen der Schmelze mit dieser Schwimmerlosung nicht erreichbar
Für den Abstich in Pfannen ist das sogenannte AMEPA System bekannt geworden Dieses System wird hauptsächlich zur Kontrolle des Abstiches aus der Pfanne in den Verteiler einer Stranggießanlage eingesetzt Es handelt sich hierbei um ein Abstichsystem nach elektromagnetischem Prinzip Die Beendigung des Abstiches und der Trennvorgang zwischen Schmelze und Schlacke wird über einen Sensor erreicht, der am Pfannenausguß eingebaut ist Es ist ein Schiebersystem vorhanden, das nach Feststellung, daß Schlacke mit auslauft, die Abstichoffnung verschließt Ein schlak- kenfreies Abstechen ist mit diesem Prinzip nicht durchfuhrbar, da der Sensor erst reagiert, wenn bereits ein Teil der Schlacke durch die Öffnung geflossen ist
Des weiteren ist ein pneumatisches Abstichsystem Stand der Technik, das von außen das metallurgische Gefäß verschließt Hierbei besteht aber starke Spritzgefahr
Aus der deutschen Patentschrift DE 33 27 671 ist ebenfalls eine Einrichtung zum weitestgehend schlackenfreien Abstechen von Metallschmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, aus metallurgischen Gefäßen bekannt Es geht hier pπmar um die Aufgabe, über einen Eintauchvorgang eines Absperrkorpers Wirbelbildungen und damit Vermischungen von Schlacke und Schmelze zu verhindern Hierzu wird ein Absperrkorper vorgeschlagen, der mittels einer heb- und senkbaren Stange über ein Hubsystem in das metallurgische Gefäß eingefahren werden kann Durch das Absenken des Stromungskorpers und Halten kurz über dem Gefaßboden oberhalb der Abstichoffnung wird der negative Potentialwirbel besser gebunden Es wird beschrieben, daß die Art von Stromungskorper zur Verminderung einer Verwirbelung aber auch vollends auf die Abstichoffnung auf dem Gefaßgrund abgesenkt werden kann, um somit den Abstich zu beenden Dabei wird aber der Stromungskorper nicht voll- standig von der Abstichoffnung aufgenommen, sondern dieser sitzt auf der Öffnung auf Bei allen genannten Abstichmethoden aus dem Stand der Technik ist allerdings nur ein schlackenarmer, kein schlackenfreier Abstich möglich Dies bedeutet u a , daß der Sauerstoffgehalt in der Schmelze durch die mitgerissene oxidische Schlacke erhöht wird, was eine erhöhte Desoxidation nach sich zieht Der Sauerstoffgehalt des FeO in der Schlacke erschwert die Entschwefelung und Entgasung
Schließlich ist aus der EP 0 315 311 B1 ein Stopfen zum Verschließen von Ab- stichoffnungen in metallurgischen Gefäßen bekannt Dieser Stopfen besteht aus einem zylindrisch geformten Behalter aus Metall, der an seinen Enden mit zwei Platten versehen ist Hierbei sind das im Einbau zum Gefaßinnenraum zeigende Ende des Behalters und die entsprechende innere Platte mit einem Spalt beabstandet zueinander angeordnet Der metallische Behalter nimmt feuerfestes Material, wie beispielsweise Sand, auf Dieser Sand ist von einer Plastikfo e umgeben Der Stopfen ist mit einem Plunger versehen, mit dem nach Plazierung des Stopfens im Loch erreicht wird, daß die äußere Platte gegen die innere Platte entlang einer Stangenfuh- rung, die die Sandmasse durchdringt, bewegt wird Hierdurch wird die Plastikfolie zerrissen Dieser Vorgang wird unterstutzt durch eine mit Zacken versehene Randflache des Behalters Der Sand tritt aus dem Spalt aus und in den Zwischenraum zwischen Behalter und Abstichoffnung und schafft somit eine dichtende Verbindung Anschließend wird der Plunger abgedreht, wahrend der metallische Behalter im Abstichloch verbleibt
Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Abstichsystem zu schaffen, mit dem einfach und preiswert ein schlackefreier Abstich in einem metallurgischen Gefäß durchgeführt werden kann und somit Stahle mit hohem Reinheitsgrad hergestellt werden können Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß mittels der Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 sowie der des Vorrichtungsanspruchs 7 gelost Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen offenbart
Kern der Erfindung ist die Schaffung eines Abstich-Stopfensystems, mit dem die Abstichoffnung eines metallurgischen Gefäßes optimal abgedichtet werden kann Dies wird vorπchtungsgemaß durch eine besondere Ausgestaltung des Stopfens erreicht Verfahrensgemaß wird vorgeschlagen, den Einfuhrzeitpunkt des Stopfens in die Abstichoffnung zu steuern, beispielsweise in Abhängigkeit vom Gewicht des abgestochenen Stahls, des Badspiegeis oder über ein Schlackenerkennungssystem Es sind vorzugsweise automatische, aber auch halbautomatische oder manuelle Steuerungen möglich Der Einfuhrzeitpunkt kann punktuell gesteuert werden oder beispielsweise über ein Signal, welches über eine visuelle Abtastung über einen Bildschir- manzeiger ermittelt wird
Der erfindungsgemaße Stopfen besteht aus einer Stopfenhulle, die einen fließfahi- gen Stoff, aufnimmt Diese gefüllte Stopfenhulle wird durch das flussige Metall oder von außerhalb des metallurgischen Gefäßes in die Abstichoffnung eingebracht Anschließend wird die Abstichoffnung beispielsweise mittels einer Schließplatte verschlossen Die Erfindung nutzt den Umstand, daß sich das Material der Stopfenhulle hinsichtlich seiner Konsistenz und/oder seiner Form durch Temperatureinfluß derart ändert, daß sich der f eßfahige Stoff in der Abstichoffnung abdichtend ausbreiten kann Bei dem Material der Stopfenhulle handelt es sich vorzugsweise um einen temperatuπsolierenden Werkstoff, beispielsweise Pappe oder Holz
Bei dem fließfahigen Stoff handelt es sich bevorzugt um Fullsand Dieser bildet nach dem Zerfall der Hülle an der Kontaktflache mit der Metallschmelze eine die Abstichoffnung abdichtende Sinterschicht aus Dies bedeutet eine zusätzliche Abdichtwirkung Da die Menge des Fullsandes in der Stopfenhulle dosiert ist und je nach Verschleiß des Abstichloches variiert werden kann, kann das Abstichloch mit einer optimalen Sandmenge abgedichtet werden Es wird somit vermieden, daß der Sand 3- zum Abdichten das Loch nicht vollständig ausfüllt Somit werden Probleme beim Offnen des Abstichloches umgangen
Bevorzugt handelt es sich bei den Einfuhrmitteln für die Stopfenhulle um einen Metallstab oder ein Metallrohr, die durch das Schmelzgut an die Abstichoffnung verfahrbar sind Vorteilhafterweise besteht der Metallstab oder das Metallrohr aus Gliedern, die es erlauben, sie mit Hilfe einer bogenförmigen Fuhrung aus der Horizontalen in die Vertikale zu bewegen
Zum Schutz des Metallstabes oder des Rohres vor der heißen Schmelze sind diese von einem Schutzrohr umgeben Dieses Schutzrohr besteht ebenfalls aus einem gegenüber der Metallschmelze nur kurzzeitig resistenten Material Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Material für die Stopfenhulle und das Schutzrohr um Pappe, die in der Metallschmelze verkokt Es sind ebenfalls alle anderen Arten von Materialien denkbar, die aufgrund der Temperatureinwirkung der Metallschmelze ihre Konsistenz andern, was auch das ganzliche Auflosen miteinschließt, oder ihre Form andern, indem sie an Festigkeit verlieren
Der von der Hülle aufgenommene Fulisand kann Bindemittel enthalten, die bei Temperaturen in Hohe der Metallschmelze zerfallen Des weiteren ist vorstellbar, daß der Fulisand innerhalb der Hülle von einer Zwischenschutzschicht umgeben und vakuumverschlossen ist Diese Zwischenschutzschicht ist vorteilhafterweise eine Folie, die sich bei den gegebenen Temperaturen auflost
Oberhalb des Fullsandes liegt eine Stutzplatte auf Mittels der Stutzplatte können der Stab oder das Rohr den Fulisand weiter nach unten drucken
Eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung sieht vor, daß neben der Stopfenhulle als ersten Kammer zur Aufnahme von Füllstoff der Hohlraum des Schutzrohres als zweite Kammer genutzt wird Diese zweite Kammer dient als Vorratskammer für Füllstoff Die zweite Kammer wird insbesondere dann mit Füllstoff aufgefüllt, wenn der Durchmesser der Abstichoffnung aufgrund von Verschleißerscheinungen großer geworden ist
Wenn es sich bei dem Einfuhrmittel für den Stopfen bis zur Abstichoffnung um einen Stab handelt, befindet sich diese zweite Kammer zwischen dem axial durch das Schutzrohr fuhrbaren Stab sowie der Innenmantelflache des Schutzrohres Die Menge des Füllstoffes in dieser zweiten Kammer ist abhangig vom Bedarf wahlbar Falls es sich bei dem Einfuhrmittel um ein Rohr handelt, durchdringt dieses mit dem es umgebenden Schutzrohr die erste Kammer Die zweite Kammer wird im Hohlraum des Einfuhrrohres innerhalb und oberhalb der ersten Kammer gebildet Bei beiden Ausfuhrungsformen ist vorgesehen, daß der Boden der ersten Kammer mit einem Pfropfen, vorzugsweise aus Keramik, versehen ist Zum Schutz des Füllstoffes beim Durchtritt durch die heiße Schmelze sind die Kammern sowie der Pfropfen mit der temperaturisolierenden Stopfenhulle umgeben Dieser Pfropfen ist aufgrund einer Druckbeaufschlagung durch den Stab oder das Rohr bewegbar Durch die Bewegung der Einfuhrmittel wird der Pfropfen verschoben, die Umhüllung am Boden zerrissen, und Füllstoff tritt aus
Das vorgeschlagene Verfahren und der Stopfen zeigen den Vorteil eines schlacken- freien Abstiches Bei Anwendung des Verfahrens bereits im Elektroofen wird die se- kundarmetallurgische Behandlung, insbesondere im Hinblick auf die aktuelle Forderung nach "Clean Steel", wesentlich vereinfacht Der unkontrollierbare Aluminiumab- brand durch mitlaufende Schlacke wird unterbunden Die Erfindung bewirkt eine Einsparung der Desoxidationsmittel, der Einspuldrahte wie CaSi sowie der synthetischen Schlacke Ferner werden gunstige Bedingungen für die Entschwefelung und die Entgasung geschaffen Die Gießeigenschaften werden verbessert
Durch das erfindungsgemaße Verfahren ist es möglich, den Abstich bei einem genau bestimmten Soll-Abstichgewicht zu beenden Über geeignete Systeme wird der Zeitpunkt zum Einfuhren des Stopfens in die Abstichoffnung beispielsweise in Abhängigkeit vom Gewicht des bereits abgestochenen Schmelze gesteuert Des weiteren kann der Einfuhrzeitpunkt mittels eines Badspiegelmeßsystems oder eines Schlak- kenfruherkennungssystems gesteuert werden
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung Hierbei zeigen
Figur 1 eine vergrößerte Darstellung des Stopfens des Abstichsystems beim
Vorgang des Eintauchens in die Abstichoffnung eines Elektroofens,
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des erfmdungsgemaßem Stopfens bei vollständiger Aufnahme in der Abstichoffnung,
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemaßen Stopfens beim
Vorgang der Temperatureinwirkung auf die Stopfenhulle
Figur 4 eine Darstellung des Abstiches in einem Elektroofen mit dem automatisch gesteuerten Abstichsystem,
Figur 5 eine Darstellung des Abstichendes in einem Elektroofen mit dem automatisch gesteuerten Abstichsystem
Figur 6 eine vergrößerte Darstellung einer Ausfuhrungsform des Stopfens nach dem Zweikammer-System in in eine Abstichoffnung eines metallurgischen Gefäßes eingeführten Position,
Figur 7 eine vergrößerte Darstellung einer weiteren Ausfuhrungsform des
Stopfens nach dem Zweikammer-System in in eine Abstichoffnung eines metallurgischen Gefäßes eingeführten Position
Figur 1 zeigt eine Teilvergroßerung des Stopfen 1 des Abstichsystems beim Eintauchvorgang in die Abstichoffnung 2 im Gefaßboden 3 eines Elektroofens 4 Mit 5 wird die Stahlschmelze, mit 6 die leichtere Schlacke bezeichnet Der Stopfen 1 umfaßt eine Hülle 7 sowie einen Kern 8 aus Fulisand, der von der Hülle 7 als Schutzmantel umgeben ist Bei dieser Ausfuhrungsform wird der Stopfen 1 mittels eines Metallstabs 9 in die Abstichoffnung 2 über ein Hubsystem 10 vom Innenraum des Gefäßes kommend eingeführt
Der Metallstab 9 wirkt über eine Stutzgitter 11 auf den Fulisand 8 ein Ein Pfropfen 12 bildet den Abschluß des Fullsandkerns 8 zum Bodenbereich der Stopfenhulle Der Durchmesser des Pfropfens entspricht zumindest annähernd dem Durchmesser der Abstichoffnung 2 an deren unteren Ende
Zum zeitweisen Schutz des Metallstabs 9 ist dieser mit einem Schutzrohr 13 ummantelt Dieses Rohr kann mit der Hülle 7 des Stopfens als Ganzes ausgebildet oder an diese angesetzt sein Im ersten Fall bildet das Schutzrohr 13 in Kombination mit der Hülle 7 die Außenummantelung für den Metallstab 9 und den Fullsandkem 8 Das Schutzrohr 13 kann aus dem gleichen Material wie die Hülle des Stopfens sein Erfindungsgemaß handelt es sich hierbei um ein Material, das dem Temperatureinfluß der Schmelze nur für eine bestimmte Zeit standhalt Bei der hier beschriebenen Form besteht die Hülle aus Pappe, die aufgrund der hohen Temperaturen verkokt
Wahrend des Eintauchschrittes des Stopfens 1 in die Abstichoffnung 2 mittels des Metallstabes 9 druckt dieser auf das Stutzgitter 11 , das dann weiter auf den Fullsandkem 8 einwirkt, der von dem Pfropfen 12 gestutzt wird Zusatzlich kann der Fulisand auch mittels einer Zwischenschutzfo e (nicht gezeigt) vakuumverschiossen sein, die sich bei den bestehenden Temperaturen auflost Des weiteren kann der Sand mit Bindemitteln, die bei hohen Temperaturen zerfallen, beispielsweise Kunstharz, gebunden sein
Nach oder gleichzeitig mit dem Einfuhrvorgang des Stopfens 1 mit hoher Geschwindigkeit in die Abstichoffnung 2 wird die Abstichoffnung 2 von der Außenseite des metallurgischen Gefäßes her verschlossen Diesen verschlossenen Zustand zeigt Figur 2 Das Verschlußmittel ist eine Schließplatte 14 Es kann sich hierbei auch um jede andere Art von herkömmlichen Verschlußmitteln handeln Nach dem Verschließvorgang wird der Metallstab 9 durch ein automatisches Losen einer Klemmvorrichtung (nicht gezeigt) abgetrennt und durch das Innere des Gefäßes zurückgezogen
In Figur 3 sind die sich durch den Temperatureinfluß ergebenden Einflüsse erkennbar Die Stopfenhulle 7, bestehend aus Pappe, verkokt (15) Die Metallsaule aus verbleibender Schmelze und Schlacke druckt den fließfahigen Sand, der nicht mehr durch eine Hülle stabilisiert wird, nach unten und zur Seite Hierdurch breitet sich der Sand in der Abstichoffnung abdichtend aus Es ist ebenfalls ersichtlich, daß sich das Material des Schutzrohres 13 vollkommen aufgelost hat An der Kontaktzone zwischen dem Fulisand und dem flussigen Metall bzw der Schlacke kommt es zu einer Sinterreaktion Diese Sinterschicht 16 bedeutet eine zusätzliche Abdichtungsschicht Nach Ausbildung dieser Abdichtung kann der Ofen erneut mit Schrott für die nächste Charge befullt werden
Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Abstichsystems am Beispiel eines Elektroofens wahrend eines Abstiches (Figur 4) sowie beim Abstichende (Figur 5) Es ist ein Ausschnitt eines Elektroofens 4 dargestellt Zum Abstich des bei der Ausfuhrungsform nicht kippbaren Ofens 4 wird die Schließplatte 14 unterhalb der Abstichoffnung 2 zurückgeschoben Der sich in der Abstichoffnung 2 befindende Sand lauft aus, und die Stahlschmelze 5 wird in eine Pfanne 17 eingefüllt Bei normaler Fahrweise wird der Elektroofen mit ausreichendem Sumpf gefahren, so daß beim Abstich eine ausreichende Badhohe über der Abstichoffnung vorhanden ist und keine Wirbel entstehen, die ein unerwünschtes Mitlaufen der Schlacke bewirken konnten Um zu verhindern, daß zum Ende des Abstichs der Badspiegel zu weit sinkt, ist der Ofen 4 mit einem im Verhältnis tiefer liegenden Erker versehen oder mit einem Abstichloch direkt im Herd oder mit großem Sumpf Das Gewicht der abgestochenen Schmelze wird mittels einer Wiegevorrichtung 18 gemessen Bei der Wiegevorrichtung handelt es sich um Wiegezellen, die unterhalb der Pfanne 17 im Transportwagen 19 angeordnet sind Das aktuelle Gewicht wird über Meßsignale von einem Meßsystem 20 erfaßt und in ein Datenverarbeitungssystem 21 eingespeist Nach Erreichen des gewünschten Abstichgewichtes wird der Metallstab 9 des Abstichsystems über eine Hubvorrichtung 10, die mittels eines Stopfenkontrollsystems 22 gesteuert wird, vertikal durch das Innere des Gefäßes bewegt, um mit dem Stopfen 1 die Abstichoffnung 2 zu verschließen Eine derartige Hubvorrichtung ist vorteilhafterweise den extremen Betriebsbedingungen angepaßt Bei einer alternativen Ausfuhrungsform eines kippbaren Ofens konnte diese Hubvorrichtung am Ofengefaß oder auf der Kippbuhne angeordnet sein Zusätzlich kann - beispielsweise bei Schwankungen in der Badhohe - ein bekanntes Schlackenfruherkennungssystem vorgesehen sein Dieses ist an das Datenverarbeitungssystem 21 und das Stopfenkontrollsystem 22 angeschlossen Auch wenn das gewünschte Stahlschmelzegewicht noch nicht erreicht ist wird der Stopfen in die Abstichoffnung gefahren, sobald der Mitlauf von Schlacke festgestellt worden ist Durch die schnelle Reaktion des erfindungsgemaßen Abstichsystems ist es möglich zu verhindern, daß Schlacke auslauft
Figur 6 zeigt eine erste Ausfuhrungsform des Stopfens nach dem Zweikammer- System Die mit den Figuren 1 bis 3 übereinstimmenden Bauteile sind mit entsprechenden Bezugsziffern versehen Die Figuren 6 und 7 zeigen nicht den Ausgangszustand des Stopfens, sondern den Einfuhrzustand in die Abstichoffnung Im Ausgangszustand setzt sich der Stopfen aus einer mit Pappe umhüllten ersten Kammer und einer zweiten Kammer, die ebenfalls mit Pappe umhüllt ist, zusammen Der Boden der ersten Kammer ist losbar mit einem Pfropfen verschlossen, der sich innerhalb der Schutzumhullung befindet
Gemäß Figur 6 ist die erste Kammer mit 123, die zweite Kammer mit 124 bezeichnet Die zweite Kammer erstreckt sich zwischen der Innenmantelflache des an die Stopfenhulle 7 der ersten Kammer 123 angrenzenden Schutzrohres 113 und der Außen- flache des Metallstabes 109 Zum Entleeren des Kammersystems wird der Pfropfen 112 durch Druckbeaufschlagung des Stabes 109 vom Boden der ersten Kammer abgelost und erfahrt eine Anschubbewegung in Richtung Gefaßaußenseite Hierbei zerreißt die bodenseitige Umhüllung (nicht mehr gezeigt), und Fulisand 125 tritt aus Es ist auch denkbar daß der Pfropfen durch Kontakt mit dem axial verfahrbaren Stab stetig verfahren wird Der Durchmesser des Pfropfens ist bei dem Zwei- Kammersystem so bemessen, daß eine Fuhrung innerhalb der sich verengenden Abstichoffnung möglich ist
Nach der Ausfuhrungsform der Figur 7 ist der Metallstab durch ein hohles Rohr 226 ersetzt Das Schutzrohr 213 nimmt dieses Rohr 226 auf und durchdringt den die Oberseite der Kammer 223 bedeckenden Teil der Stopfenhulle 7 und somit die erste Kammer 223 Die zweite Kammer 224 wird in dem Hohlraum des Einfuhrrohres 226 gebildet Durch axiale Bewegung des Einfuhrrohres 226 zum Schutzrohr 213 erfahrt der Pfropfen 212 eine Stoßbewegung und zerreißt die bodenseitige Umhüllung (nicht mehr gezeigt) Fulisand 225 tritt aus Falls der Pfropfen durch eine Kontaktbewegung verschoben wird, ist zum Auslaufen des Fullsandes aus der zweiten Kammer ein Zu- ruckverfahren des Rohres 213 notwendig

Claims

Patentansprüche:
1 Verfahren zum Abdichten einer Abstichoffnung in metallurgischen Gefäßen, wobei eine Stopfenhulle (7), die einen hitzebestandigen fließfahigen Stoff (8) aufnimmt, in die Abstichoffnung (2) eingeführt wird, gekennzeichnet durch
Steuerung des Zeitpunktes zum Einfuhren der Stopfenhulle (7), Verschließen der Abstichoffnung (2) von der Außenseite des Gefäßes, und Änderung der Konsistenz und/oder Form des Materials der Stopfenhulle durch Temperatureinfluß derart, daß sich der fließfahige Stoff in der Abstichoffnung abdichtend ausbreitet
2 Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der fließfahige Stoff in Form von Fulisand nach Zerfall der Hülle an der Kontaktflache mit der Metallschmelze eine die Abstichoffnung abdichtende Sinterschicht (16) ausbildet
3 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt zum Einfuhren des Stopfens in die Abstichoffnung abhangig vom Gewicht des bereits abgestochenen Schmelze gesteuert wird
4 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt zum Einfuhren des Stopfens in die Abstichoffnung mittels eines Schlackenerkennungssystems gesteuert wird
5 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - π- daß der Zeitpunkt zum Einfuhren des Stopfens in die Abstichoffnung abhangig vom Badspiegel im Schmelzaggregat gesteuert wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 1,3,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfuhrzeitpunkt automatisch oder halbautomatisch oder manuell gesteuert wird
Abstichsystem zur Durchfuhrung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei dieses einen Stopfen (1) aufweist, der eine in die Abstichoffnung passende Hülle (7) umfaßt, wobei die Hülle einen hitzebestandigen fließfahigen Stoff (8) zum Abdichten der Abstichoffnung aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (7) selbst aus einem gegenüber der Metallschmelze nur kurzzeitig hinsichtlich seiner Konsistenz und/oder Form resistenten Material besteht
Abstichsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dieses automatisch steuerbare Mittel (9, 10) zum Einfuhren der Stopfenhulle (7) in die Abstichoffnung umfaßt
Abstichsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfuhrmittel einen Metallstab (9) oder ein Metallrohr umfassen, welche jeweils durch das Schmelzgut an und in die Abstichoffnung verfahrbar sind und daß der Stab (9) oder das Rohr aus Gliedern bestehen, die es erlauben, sie mit Hilfe einer bogenförmigen Fuhrung aus der Horizontalen in die Vertikale zu bewegen
Abstichsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (9) oder das Rohr von einem Schutzrohr (13) umgeben sind, das ebenfalls aus einem gegenüber der Metallschmelze nur kurzzeitig resistenten Material besteht
Abstichsystem nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (9) oder das Rohr über Stutzmittel (11) auf den Fullsandkern (8) einwirken
Abstichsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Stopfenhulle (7) als ersten Kammer (123, 223) zur Aufnahme von Füllstoff der Hohlraum des Schutzrohres (113, 213) als zweite Kammer (124, 224) zur Aufnahme von Füllstoff dient
Abstichsystem nach den Ansprüchen 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (113) an der Stopfenhulle (7) angeordnet ist und der Einfuhrstab (109), beide Kammern durchdringend, axial zum Schutzrohr verfahrbar ist
Abstichsystem nach den Ansprüchen 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (213) die Stopfenhulle (7) durchdringt und das den zusätzlichen Füllstoff aufnehmende Einfuhrrohr (226) innerhalb des Schutzrohres (213) axial zu diesem verfahrbar ist
Abstichsystem nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pfropfen (112, 212) bodenseitig die erste Kammer (123, 223) losbar verschließt, und mittels Druckbeaufschlagung durch den Stab (109) oder das Einfuhrrohr (226) bewegbar ist zum Offnen der Kammer(n) und zum Austritt des Füllstoffes
Abstichsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Hullenmateπal (7) und das Schutzrohrmaterial ein temporar tempera- tuπso erender Stoff ist, wie Pappe oder Holz, der in der Metallschmelze verkokt
Abstichsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß der fließfahige Füllstoff Fulisand ist, der Bindemittel enthalt, die bei Metallschmelzetemperaturen zerfallen oder daß der Fulisand innerhalb der Hülle von einer Zwischenschutzschicht umgeben und vakuumverschlossen ist
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