EP1097246B1 - Verfahren und vorrichtung zum abdichten einer abstichöffnung in metallurgischen gefässen - Google Patents

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EP1097246B1
EP1097246B1 EP99929165A EP99929165A EP1097246B1 EP 1097246 B1 EP1097246 B1 EP 1097246B1 EP 99929165 A EP99929165 A EP 99929165A EP 99929165 A EP99929165 A EP 99929165A EP 1097246 B1 EP1097246 B1 EP 1097246B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
fact
stopper
tap opening
covering
tube
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99929165A
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English (en)
French (fr)
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EP1097246A1 (de
Inventor
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 date
Application filed by SMS Schloemann Siemag AG, Schloemann Siemag AG filed Critical SMS Schloemann Siemag AG
Publication of EP1097246A1 publication Critical patent/EP1097246A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1097246B1 publication Critical patent/EP1097246B1/de
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Expired - Lifetime 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
    • 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 systems are known from the prior art.
  • the electric arc furnace is tapped, for example, from the side Tilt the furnace vessel.
  • the furnace is tilted to the rack side for tapping, after reaching the desired tapping weight, the outflow of the melt ended by a quick tilt back.
  • slag partially runs out of the tap hole with the melt jet.
  • the tapping opening is opened for one Another batch prepared by closing the opening with a closing plate and sand is poured into this opening.
  • the sand filling process is either carried out manually or by a mechanical conveyor system. Optimal filling opening with sand is not possible with the manual filling process. It can also this step, if cleaning work needs to be carried out, is time consuming and labor intensive his.
  • the so-called AMEPA system has become known for racking in pans.
  • This system is mainly used to control the tapping from the pan into the Distributor of a continuous caster used. It is a racking system according to the electromagnetic principle.
  • the termination of the racking and the Separation process between the melt and slag is achieved via a sensor that is installed on the pan spout.
  • JP-A-58 031 018 describes a control system which is dependent on the weight of the tapped melt for a stopper which can be moved from above through the melt into a tapping opening.
  • WO-A-9 718 050 describes a closing plate which can be brought up to the tap opening from below from the outside of the vessel and which is present in addition to a stopper acting from above.
  • EP 0 315 311 B1 describes a stopper for closing tapping openings known in metallurgical vessels.
  • This plug consists of one cylindrical shaped container made of metal with two plates at its ends is provided. In this case, the end of the Container and the corresponding inner plate with a gap spaced apart arranged.
  • the metallic container takes refractory material, such as Sand, on. This sand is surrounded by a plastic sheet.
  • the stopper is provided with a plunger, which is used to place the plug in the hole the outer plate against the inner plate along a rod guide, which penetrates the sand mass is moved. This will make the plastic sheet torn. This process is supported by a serrated edge of the container. The sand emerges from the gap and into the gap between the container and the tap hole and thus creates a sealing connection. The plunger is then turned off while the metallic container is in the tap hole remains.
  • the present invention is therefore based on the object, a method and to create a racking system with which a slag-free racking is easy and inexpensive can be carried out in a metallurgical vessel and thus with steels high purity can be produced.
  • the essence of the invention is the creation of a tapping plug system with which the tapping opening of a metallurgical vessel can be optimally sealed. This is achieved according to the device by a special design of the stopper. According to the method, it is proposed to insert the stopper into the tap opening to control, for example, depending on the weight of the tapped Steel, the bathroom mirror or via a slag detection system. There are preferably automatic, but also semi-automatic or manual controls possible. The time of introduction can be controlled selectively or, for example via a signal which is via a visual scanning via a screen indicator is determined.
  • the stopper according to the invention consists of a stopper casing which is flowable Fabric that picks up.
  • This filled plug casing is made of the liquid metal or introduced into the tap opening from outside the metallurgical vessel. Subsequently the tap opening is closed, for example, by means of a closing plate.
  • the invention takes advantage of the fact that the material of the plug casing with regard to its consistency and / or its shape due to the influence of temperature changes that the flowable material spreads sealingly in the tap opening can.
  • the material of the plug casing is preferably one temperature insulating material, for example cardboard or wood.
  • the flowable material is preferably filling sand. This replicates the disintegration of the shell at the contact area with the molten metal, the tapping opening sealing sintered layer. This means an additional sealing effect. Since the amount of filling sand is dosed in the stopper casing and depending on Wear of the tap hole can be varied, the tap hole with a optimal amount of sand can be sealed. It is thus avoided that the sand not completely filling the hole for sealing. Thus, problems with opening bypassed the tap hole.
  • the insertion means for the plug casing are preferably a metal rod or a metal tube that can be moved through the melt to the tap opening are.
  • the metal rod or the metal tube advantageously 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 one opposite the molten metal is only resistant for a short time. Preferably acts This material for the plug casing and the protective tube is cardboard, which coked in the molten metal. It is also all other types of materials conceivable, the consistency due to the temperature influence of the molten metal change, which includes total dissolution, or change their shape, by losing firmness.
  • the filling sand absorbed by the casing can contain binders which are at temperatures disintegrate at the level of the molten metal. It is also conceivable that the Filling sand within the casing is surrounded by an intermediate protective layer and vacuum-sealed is. This intermediate protective layer is advantageously a film, that dissolves at the given temperatures.
  • a support plate lies on top of the filling sand.
  • Rod or tube press the filling sand further down.
  • Another embodiment of the invention provides that in addition to the plug casing as the first chamber for receiving filler the cavity of the protective tube as second chamber is used.
  • This second chamber serves as a storage chamber for filler.
  • the second chamber is filled with filler in particular when the The tap hole diameter has increased due to wear is.
  • this second chamber is located between the axially through the Protective tube feasible rod and the inner surface of the protective tube. The amount the filler in this second chamber can be selected as required. If if the insertion means is a tube, it penetrates with it surrounding protective tube the first chamber. The second chamber is in the cavity of the insertion tube formed inside and above the first chamber.
  • a Grafting preferably made of ceramic, is provided. To protect the filler when The chambers as well as the stopper pass through the hot melt surrounding the temperature-insulating plug casing. This grafting is due to a Pressurization can be moved through the rod or tube. Through the movement the plug is moved, the cover torn on the bottom, and filler comes out.
  • the proposed method and the plug show the advantage of a slag-free Tapping.
  • the secondary metallurgical Treatment especially with regard to the current requirement after "Clean Steel", significantly simplified.
  • the uncontrollable aluminum erosion is prevented by the accompanying slag.
  • the invention brings about a saving the deoxidizing agent, the winding wires such as CaSi and the synthetic Slag. Furthermore, favorable conditions for desulfurization and degassing created The casting properties are improved.
  • Figure 1 shows a partial enlargement of the plug 1 of the tapping system during the immersion process into the tap hole 2 in the bottom 3 of an electric furnace 4.
  • 6 denotes the lighter slag.
  • the stopper 1 comprises a casing 7 and a core 8 of filling sand, which of the Shell 7 is surrounded as a protective jacket.
  • the plug 1 by means of a metal rod 9 into the tap opening 2 via a lifting system 10 from the interior of the vessel coming in.
  • the metal rod 9 acts on the filling sand 8 via a support grid 11.
  • a graft 12 forms the end of the filling sand core 8 to the bottom region of the plug casing.
  • the diameter of the plug corresponds at least approximately to the diameter of the Tap hole 2 at its lower end.
  • a protective tube 13 This tube can be formed as a whole with the casing 7 of the stopper or attached to this.
  • the protective tube 13 forms in combination with the shell 7 the outer casing for the metal rod 9 and the filling sand core 8.
  • the protective tube 13 can be made of the same material as the cover of the plug. According to the invention, this is a material that influences the temperature the melt can only withstand for a certain time.
  • the one described here The shape of the cover is made of cardboard, which cokes due to the high temperatures.
  • the immersion step of the stopper 1 in the tap opening 2 by means of the Metal rod 9 presses this onto the support grid 11, which then continues on the sand core 8 acts, which is supported by the plug 12.
  • the filling sand also vacuum-sealed by means of an intermediate protective film (not shown) that dissolves at the existing temperatures.
  • the tap opening 2 is from the outside of the closed 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. After the closing process the metal rod 9 by automatically releasing a clamping device (not shown) separated and withdrawn through the interior of the vessel.
  • FIG. 1 The plug casing 7, consisting of cardboard, coked (15).
  • the metal pillar from remaining melt and slag presses the flowable sand, which is no longer is stabilized by a cover, down and to the side. This spreads the Sealing sand in the tap hole.
  • the Material of the protective tube 13 has completely dissolved.
  • This sintered layer 16 means an additional sealing layer. After forming this seal, the furnace can be scraped again for the next one Batch to be infested.
  • FIGs 4 and 5 show an embodiment of the tapping system according to the invention using the example of an electric furnace during a racking ( Figure 4) and at the tapping end (Figure 5).
  • a section of an electric furnace 4 is shown.
  • the closing plate is used for tapping the furnace 4 which cannot be tilted in the embodiment 14 pushed back below the tap hole 2.
  • the one in the tap hole 2 located sand runs out, and the molten steel 5 is in a Pan 17 filled.
  • the electric oven is sufficient Swamp driven so that when tapping a sufficient bath height above the tap opening is present and there are no vortices that cause unwanted running the slag could cause.
  • the oven 4 is 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 determined by means of a weighing device 18 measured.
  • the weighing device is a weighing cell located below the pan 17 are arranged in the trolley 19.
  • the current weight will be detected by measuring signals from a measuring system 20 and into a data processing system 21 fed.
  • a lifting device 10 which is controlled by means of a plug control system 22, vertically through the interior of the vessel is moved in order to close the tap opening 2 with the stopper 1.
  • a lifting device is advantageously the extreme operating conditions customized.
  • this lifting device can be arranged on the furnace vessel or on the tilting platform.
  • a known one Early slag detection system may be provided. This is on the data processing system 21 and the plug control system 22 connected. Even if the desired molten steel weight has not yet been reached, the plug is inserted into the The tap opening is driven as soon as slag has been detected.
  • the rapid reaction of the tapping system according to the invention makes it possible to prevent slag from leaking.
  • Figure 6 shows a first embodiment of the plug according to the two-chamber system.
  • the components which correspond to FIGS. 1 to 3 are corresponding Provide reference numbers.
  • Figures 6 and 7 do not show the initial state of the stopper, but the state of insertion into the tap hole.
  • the stopper In the initial state the stopper is made from a cardboard-covered first chamber and a second chamber, which is also covered with cardboard.
  • the floor the first chamber is detachably closed with a plug that is inside of the protective covering.
  • the first chamber is designated 123, the second chamber 124.
  • the second chamber extends between the inner surface of the plug casing 7 of the first chamber 123 adjacent protective tube 113 and the outer surface of the metal rod 109.
  • the plug is used to empty the chamber system 112 by pressurizing rod 109 from the bottom of the first chamber detached and undergoes a pushing movement towards the outside of the vessel. in this connection the bottom wrapper tears (no longer shown) and filler sand 125 emerges. It is also conceivable that the plug by contact with the axially movable rod is proceeding steadily.
  • the diameter of the plug is in the two-chamber system dimensioned so that a leadership within the narrowing Tapping is possible.
  • the metal rod is through a hollow tube 226 replaced.
  • the protective tube 213 receives this tube 226 and penetrates the Top of the chamber 223 covering part of the plug casing 7 and thus the first Chamber 223.
  • the second chamber 224 is in the cavity of the insertion tube 226 educated.
  • the plug 212 an impact movement and tears the bottom-side wrapping (not more shown).
  • Filling sand 225 emerges. If the stopper is caused by a contact movement is moved, a back process is for the discharge of the filling sand from the second chamber of the tube 213 necessary.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abdichten einer Abstichöffnung in metallurgischen Gefäßen.
In jüngster Zeit besteht die Tendenz, Stähle 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 Sekundärmetallurgie 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 Ofengefäßes. Der Ofen wird für den Abstich zur Abstichseite gekippt, nach Erreichen des gewünschten Abstichgewichtes wird der Ausfluß der Schmelze durch ein schnell durchgeführtes Zurückkippen beendet. Hierbei ist es nicht vermeidbar, daß Schlacke teilweise mit dem Schmelzestrahl aus dem Abstichloch ausläuft.
Nach erfolgtem Abstich und der Rückkippbewegung wird die Abstichöffnung für eine erneute Charge vorbereitet, indem die Öffnung mit einer Schließplatte verschlossen und Sand in diese Öffnung eingefüllt wird. Der Sandeinfüllvorgang wird entweder manuell oder durch ein maschinelles Fördersystem durchgeführt. Ein optimales Füllen der Öffnung mit Sand ist beim manuellen Füllvorgang nicht möglich. Zudem kann dieser Schritt, falls Reinigungsarbeiten durchzuführen 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 Schlakke liegt, in das Schmelzbad über dem aufgrund des Ausfließens bedingten Wirbel eingebracht. Der Schwimmer sinkt mit der ausfließenden Stahlschmelze herab und verschließt die Abstichöffnung. Als nachteilig erweist sich aber, daß ein Abdichten der Abstichöffnung allein von der absinkenden Schmelze/Schlacke-Grenzschicht abhängig ist und ansonsten nicht beeinflußbar ist. Zudem ist ein vollständig schlackenfreies Auslaufen der Schmelze mit dieser Schwimmerlösung 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 ausläuft, die Abstichöffnung verschließt. Ein schlakkenfreies Abstechen ist mit diesem Prinzip nicht durchführbar, 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 primär um die Aufgabe, über einen Eintauchvorgang eines Absperrkörpers Wirbelbildungen und damit Vermischungen von Schlacke und Schmelze zu verhindern. Hierzu wird ein Absperrkörper vorgeschlagen, der mittels einer heb- und senkbaren Stange über ein Hubsystem in das metallurgische Gefäß eingefahren werden kann. Durch das Absenken des Strömungskörpers und Halten kurz über dem Gefäßboden oberhalb der Abstichöffnung wird der negative Potentialwirbel besser gebunden. Es wird beschrieben, daß die Art von Strömungskörper zur Verminderung einer Verwirbelung aber auch vollends auf die Abstichöffnung auf dem Gefäßgrund abgesenkt werden kann, um somit den Abstich zu beenden. Dabei wird aber der Strömungskörper nicht vollständig von der Abstichöffnung 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.
JP-A-58 031 018 beschreibt ein vom Gewicht der abgestochenen Schmelze abhängiges Steuersystem für einen von oben durch die Schmelze hindurch bis in eine Abstichöffnung bewegbaren Stopfen.
WO-A-9 718 050 beschreibt eine von unten von der Außenseite des Gefäßes her an die Abstichöffnung heranführbare Schließplatte, welche zusätzlich zu einem von oben her wirkenden Stopfen vorhanden ist.
Schließlich ist aus der EP 0 315 311 B1 ein Stopfen zum Verschließen von Abstichöffnungen in metallurgischen Gefäßen bekannt. Dieser Stopfen besteht aus einem zylindrisch geformten Behälter aus Metall, der an seinen Enden mit zwei Platten versehen ist. Hierbei sind das im Einbau zum Gefäßinnenraum zeigende Ende des Behälters und die entsprechende innere Platte mit einem Spalt beabstandet zueinander angeordnet. Der metallische Behälter nimmt feuerfestes Material, wie beispielsweise Sand, auf. Dieser Sand ist von einer Plastikfolie 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 Stangenführung, die die Sandmasse durchdringt, bewegt wird. Hierdurch wird die Plastikfolie zerrissen. Dieser Vorgang wird unterstützt durch eine mit Zacken versehene Randfläche des Behälters. Der Sand tritt aus dem Spalt aus und in den Zwischenraum zwischen Behälter und Abstichöffnung und schafft somit eine dichtende Verbindung. Anschließend wird der Plunger abgedreht, während der metallische Behälter 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 Stähle mit hohem Reinheitsgrad hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels der Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 sowie der des Vorrichtungsanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Kern der Erfindung ist die Schaffung eines Abstich-Stopfensystems, mit dem die Abstichöffnung eines metallurgischen Gefäßes optimal abgedichtet werden kann. Dies wird vorrichtungsgemäß durch eine besondere Ausgestaltung des Stopfens erreicht. Verfahrensgemäß wird vorgeschlagen, den Einführzeitpunkt des Stopfens in die Abstichöffnung zu steuern, beispielsweise in Abhängigkeit vom Gewicht des abgestochenen Stahls, des Badspiegels oder über ein Schlackenerkennungssystem. Es sind vorzugsweise automatische, aber auch halbautomatische oder manuelle Steuerungen möglich. Der Einführzeitpunkt kann punktuell gesteuert werden oder beispielsweise über ein Signal, welches über eine visuelle Abtastung über einen Bildschirmanzeiger ermittelt wird.
Der erfindungsgemäße Stopfen besteht aus einer Stopfenhülle, die einen fließfähigen Stoff, aufnimmt. Diese gefüllte Stopfenhülle wird durch das flüssige Metall oder von außerhalb des metallurgischen Gefäßes in die Abstichöffnung eingebracht. Anschließend wird die Abstichöffnung beispielsweise mittels einer Schließplatte verschlossen. Die Erfindung nutzt den Umstand, daß sich das Material der Stopfenhülle hinsichtlich seiner Konsistenz undloder seiner Form durch Temperatureinfluß derart ändert, daß sich der fließfähige Stoff in der Abstichöffnung abdichtend ausbreiten kann. Bei dem Material der Stopfenhülle handelt es sich vorzugsweise um einen temperaturisolierenden Werkstoff, beispielsweise Pappe oder Holz.
Bei dem fließfähigen Stoff handelt es sich bevorzugt um Füllsand. Dieser bildet nach dem Zerfall der Hülle an der Kontaktfläche mit der Metallschmelze eine die Abstichöffnung abdichtende Sinterschicht aus. Dies bedeutet eine zusätzliche Abdichtwirkung. Da die Menge des Füllsandes in der Stopfenhülle 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 zum Abdichten das Loch nicht vollständig ausfüllt. Somit werden Probleme beim Öffnen des Abstichloches umgangen.
Bevorzugt handelt es sich bei den Einführmitteln für die Stopfenhülle um einen Metallstab oder ein Metallrohr, die durch das Schmelzgut an die Abstichöffnung verfahrbar sind. Vorteilhafterweise besteht der Metallstab oder das Metallrohr aus Gliedern, die es erlauben, sie mit Hilfe einer bogenförmigen Führung 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 Stopfenhülle 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 ändern, was auch das gänzliche Auflösen miteinschließt, oder ihre Form ändern, indem sie an Festigkeit verlieren.
Der von der Hülle aufgenommene Füllsand kann Bindemittel enthalten, die bei Temperaturen in Höhe der Metallschmelze zerfallen. Des weiteren ist vorstellbar, daß der Füllsand innerhalb der Hülle von einer Zwischenschutzschicht umgeben und vakuumverschlossen ist. Diese Zwischenschutzschicht ist vorteilhafterweise eine Folie, die sich bei den gegebenen Temperaturen auflöst.
Oberhalb des Füllsandes liegt eine Stützplatte auf. Mittels der Stützplatte können der Stab oder das Rohr den Füllsand weiter nach unten drücken.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß neben der Stopfenhülle 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 Abstichöffnung aufgrund von Verschleißerscheinungen größer geworden ist.
Wenn es sich bei dem Einführmittel für den Stopfen bis zur Abstichöffnung um einen Stab handelt, befindet sich diese zweite Kammer zwischen dem axial durch das Schutzrohr führbaren Stab sowie der Innenmantelfläche des Schutzrohres. Die Menge des Füllstoffes in dieser zweiten Kammer ist abhängig vom Bedarf wählbar. Falls es sich bei dem Einführmittel um ein Rohr handelt, durchdringt dieses mit dem es umgebenden Schutzrohr die erste Kammer. Die zweite Kammer wird im Hohlraum des Einführrohres innerhalb und oberhalb der ersten Kammer gebildet. Bei beiden Ausführungsformen 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 Stopfenhülle umgeben. Dieser Pfropfen ist aufgrund einer Druckbeaufschlagung durch den Stab oder das Rohr bewegbar. Durch die Bewegung der Einführmittel wird der Pfropfen verschoben, die Umhüllung am Boden zerrissen, und Füllstoff tritt aus.
Das vorgeschlagene Verfahren und der Stopfen zeigen den Vorteil eines schlackenfreien Abstiches. Bei Anwendung des Verfahrens bereits im Elektroofen wird die sekundärmetallurgische Behandlung, insbesondere im Hinblick auf die aktuelle Forderung nach "Clean Steel", wesentlich vereinfacht. Der unkontrollierbare Aluminiumabbrand durch mitlaufende Schlacke wird unterbunden. Die Erfindung bewirkt eine Einsparung der Desoxidationsmittel, der Einspuldrähte wie CaSi sowie der synthetischen Schlacke. Ferner werden günstige Bedingungen für die Entschwefelung und die Entgasung geschaffen Die Gießeigenschaften werden verbessert.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, den Abstich bei einem genau bestimmten Soll-Abstichgewicht zu beenden. Über geeignete Systeme wird der Zeitpunkt zum Einführen des Stopfens in die Abstichöffnung beispielsweise in Abhängigkeit vom Gewicht des bereits abgestochenen Schmelze gesteuert. Des weiteren kann der Einführzeitpunkt mittels eines Badspiegelmeßsystems oder eines Schlakkenfrüherkennungssystems 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 Abstichöffnung eines Elektroofens;
Figur 2
eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßem Stopfens bei vollständiger Aufnahme in der Abstichöffnung;
Figur 3
eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Stopfens beim Vorgang der Temperatureinwirkung auf die Stopfenhülle;
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 Ausführungsform des Stopfens nach dem Zweikammer-System in in eine Abstichöffnung eines metallurgischen Gefäßes eingeführten Position;
Figur 7
eine vergrößerte Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Stopfens nach dem Zweikammer-System in in eine Abstichöffnung eines metallurgischen Gefäßes eingeführten Position.
Figur 1 zeigt eine Teilvergrößerung des Stopfen 1 des Abstichsystems beim Eintauchvorgang in die Abstichöffnung 2 im Gefäßboden 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 Füllsand, der von der Hülle 7 als Schutzmantel umgeben ist. Bei dieser Ausführungsform wird der Stopfen 1 mittels eines Metallstabs 9 in die Abstichöffnung 2 über ein Hubsystem 10 vom Innenraum des Gefäßes kommend eingeführt.
Der Metallstab 9 wirkt über eine Stützgitter 11 auf den Füllsand 8 ein. Ein Pfropfen 12 bildet den Abschluß des Füllsandkerns 8 zum Bodenbereich der Stopfenhülle. Der Durchmesser des Pfropfens entspricht zumindest annähernd dem Durchmesser der Abstichöffnung 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 Füllsandkem 8. Das Schutzrohr 13 kann aus dem gleichen Material wie die Hülle des Stopfens sein. Erfindungsgemäß handelt es sich hierbei um ein Material, das dem Temperatureinfluß der Schmelze nur für eine bestimmte Zeit standhält. Bei der hier beschriebenen Form besteht die Hülle aus Pappe, die aufgrund der hohen Temperaturen verkokt.
Während des Eintauchschrittes des Stopfens 1 in die Abstichöffnung 2 mittels des Metallstabes 9 drückt dieser auf das Stützgitter 11, das dann weiter auf den Füllsandkern 8 einwirkt, der von dem Pfropfen 12 gestützt wird. Zusätzlich kann der Füllsand auch mittels einer Zwischenschutzfolie (nicht gezeigt) vakuumverschlossen sein, die sich bei den bestehenden Temperaturen auflöst. Des weiteren kann der Sand mit Bindemitteln, die bei hohen Temperaturen zerfallen, beispielsweise Kunstharz, gebunden sein.
Nach oder gleichzeitig mit dem Einführvorgang des Stopfens 1 mit hoher Geschwindigkeit in die Abstichöffnung 2 wird die Abstichöffnung 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 Lösen 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 Stopfenhülle 7, bestehend aus Pappe, verkokt (15). Die Metallsäule aus verbleibender Schmelze und Schlacke drückt den fließfähigen Sand, der nicht mehr durch eine Hülle stabilisiert wird, nach unten und zur Seite. Hierdurch breitet sich der Sand in der Abstichöffnung abdichtend aus. Es ist ebenfalls ersichtlich, daß sich das Material des Schutzrohres 13 vollkommen aufgelöst hat. An der Kontaktzone zwischen dem Füllsand und dem flüssigen 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 befällt werden.
Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstichsystems am Beispiel eines Elektroofens während eines Abstiches (Figur 4) sowie beim Abstichende (Figur 5). Es ist ein Ausschnitt eines Elektroofens 4 dargestellt. Zum Abstich des bei der Ausführungsform nicht kippbaren Ofens 4 wird die Schließplatte 14 unterhalb der Abstichöffnung 2 zurückgeschoben. Der sich in der Abstichöffnung 2 befindende Sand läuft 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 Badhöhe über der Abstichöffnung vorhanden ist und keine Wirbel entstehen, die ein unerwünschtes Mitlaufen der Schlacke bewirken könnten. 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 Abstichöffnung 2 zu verschließen. Eine derartige Hubvorrichtung ist vorteilhafterweise den extremen Betriebsbedingungen angepaßt. Bei einer alternativen Ausführungsform eines kippbaren Ofens könnte diese Hubvorrichtung am Ofengefäß oder auf der Kippbühne angeordnet sein. Zusätzlich kann - beispielsweise bei Schwankungen in der Badhöhe - ein bekanntes Schlackenfrüherkennungssystem 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 Abstichöffnung gefahren, sobald der Mitlauf von Schlacke festgestellt worden ist. Durch die schnelle Reaktion des erfindungsgemäßen Abstichsystems ist es möglich zu verhindern, daß Schlacke ausläuft.
Figur 6 zeigt eine erste Ausführungsform 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 Einführzustand in die Abstichöffnung. 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 lösbar mit einem Pfropfen verschlossen, der sich innerhalb der Schutzumhüllung befindet.
Gemäß Figur 6 ist die erste Kammer mit 123, die zweite Kammer mit 124 bezeichnet. Die zweite Kammer erstreckt sich zwischen der Innenmantelfläche des an die Stopfenhülle 7 der ersten Kammer 123 angrenzenden Schutzrohres 113 und der Außenfläche des Metallstabes 109. Zum Entleeren des Kammersystems wird der Pfropfen 112 durch Druckbeaufschlagung des Stabes 109 vom Boden der ersten Kammer abgelöst und erfährt eine Anschubbewegung in Richtung Gefäßaußenseite. Hierbei zerreißt die bodenseitige Umhüllung (nicht mehr gezeigt), und Füllsand 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 Führung innerhalb der sich verengenden Abstichöffnung möglich ist.
Nach der Ausführungsform 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 Stopfenhülle 7 und somit die erste Kammer 223. Die zweite Kammer 224 wird in dem Hohlraum des Einführrohres 226 gebildet. Durch axiale Bewegung des Einführrohres 226 zum Schutzrohr 213 erfährt der Pfropfen 212 eine Stoßbewegung und zerreißt die bodenseitige Umhüllung (nicht mehr gezeigt). Füllsand 225 tritt aus. Falls der Pfropfen durch eine Kontaktbewegung verschoben wird, ist zum Auslaufen des Füllsandes aus der zweiten Kammer ein Zurückverfahren des Rohres 213 notwendig.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Abdichten einer Abstichöffnung in metallurgischen Gefäßen, wobei eine Stopfenhülle (7), die einen hitzebeständigen fließfähigen Stoff (8) aufnimmt, in die Abstichöffnung eingeführt wird, wobei der Stopfen (1) mittels eines Metallstabes (9; 109) oder eines Metallrohrs (226) in die Abstichöffnung eingeführt wird, und sich das Material der Stopfenhülle durch Temperatureinfluss der Metallschmelze derart ändert, dass sich der fließfähige Stoff in der Abstichöffnug abdichtend ausbreitet,
    gekennzeichnet durch
    Steuerung des Zeitpunktes zum Einführen der Stopfenhülle (7) mittels des Metallstabs (9; 109) oder des Metallrohrs (226) in die Abstichöffnung nach Hindurchführen durch das Schmelzenbad, wobei der Metallstab oder das Metallrohr von einem Schutzrohr (13) umgeben sind, das wie das Material der Stopfenhülle aus einem gegenüber der Metallschmelze nur kurzzeitig resistenten Material besteht,
    wobei das kurzzeitig resistente Material ein temporär temperaturisolierender Stoff in Form von Pappe oder Holz ist,
    Verschließen der Abstichöffnung (2) von der Außenseite des Gefäßes sowie Verkoken und Zerfall des Hüllenmaterials (7) des Stopfens in der Abstichöffnung und des Schutzrohrmateriafs.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
       dadurch gekennzeichnet, daß der fließfähige Stoff (8) in Form von Füllsand nach Zerfall der Hülle an der Kontaktfläche mit der Metallschmelze eine die Abstichöffnung abdichtende Sinterschicht (16) ausbildet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
       dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt zum Einführen des Stopfens (1) in die Abstichöffnung abhängig vom Gewicht des bereits abgestochenen Schmelze gesteuert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt zum Einführen des Stopfens (1) in die Abstichöffnung mittels eines Schlackenerkennungssystems gesteuert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
       dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt zum Einführen des Stopfens (1) in die Abstichöffnung abhängig vom Badspiegel im Schmelzaggregat gesteuert wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5,
       dadurch gekennzeichnet, daß der Einführzeitpünkt automatisch oder halbautomatisch oder manuell gesteuert wird.
  7. Abstichsystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Abdichten einer Abstichöffnung in metallurgischen Gefäβen, wobei dieses einen Stopfen (1) aufweist, der eine in die Abstichöffnung passende Hülle (7) umfasst, wobei die Hülle einen hitzebeständigen fließfähigen Stoff (8) zum Abdichten der Abstichöffnung aufnimmt, wobei die Hülle (7) selbst aus einem gegenüber der Metallschmelze nur kurzzeitig hinsichtlich seiner Konsistenz und/oder Form resistenten Material besteht und
    wobei der Stopfen (1) einen Metallstab (9, 109, 226) oder ein Metallrohr aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstab (9, 109) oder das Metallrohr (226) zum Hindurchführen des Stopfens (1) durch das Schmelzenbad in die Abstichöffnung dienen, wobei sie von einem Schutzrohr (13) umgeben sind, das ebenfalls aus einem gegenüber der Metallschmelze nur kurzzeitig resistenten Material besteht und
    wobei das Hüllenmaterial (7) sowie das Schutzrohrmaterial ein temporär temperaturisolierender Stoff in Form von Pappe oder Holz ist, der in der Metallschmelze verkokt.
  8. Abstichsystem nach Anspruch 7,
       dadurch gekennzeichnet, daß dieses automatisch steuerbare Mittel (9, 10) zum Einführen der Stopfenhülle (7) in die Abstichöffnung umfaßt.
  9. Abstichsystem nach Anspruch 7,
       dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (9) oder das Rohr (226) aus Gliedern bestehen, die es erlauben, sie mit Hilfe einer bogenförmigen Führung aus der Horizontalen in die Vertikale zu bewegen.
  10. Abstichsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (9) oder das Rohr (226) über Stützmittel (11) auf den fließfähigen Stoff (8) in Form von Füllsand einwirken.
  11. Abstichsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß neben der Stopfenhülle (7) als erster Kammer (123, 223) zur Aufnahme des fließfähigen Stoffes (8) der Hohlraum des Schutzrohres (113, 213) als zweite Kammer (124, 224) zur Aufnahme des fließfähigen Stoffes (8) dient.
  12. Abstichsystem nach der Ansprüch 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (113) an der Stopfenhülle (7) angeordnet ist und der Metallstab (109), beide Kammern durchdringend, axial zum Schutzrohr verfahrbar ist.
  13. Abstichsystem nach der Ansprüch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (213) die Stopfenhülle (7) durchdringt und das den zusätzlichen fließfähigen Stoff (8) aufnehmende Metallrohr (226) innerhalb des Schutzrohres (213) axial zu diesem verfahrbar ist.
  14. Abstichsystem nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Pfropfen (112, 212) bodenseitig die erste Kammer (123, 223) lösbar verschließt, und mittels Druckbeaufschlagung durch den Stab (109) oder das
    Metallrohr (226) bewegbar ist zum Öffnen der Kammer(n) und zum Austritt des fließfähigen Stoffes (8).
  15. Abstichsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß der fließfähige Stoff (8) Füllsand ist, der Bindemittel enthält, die bei Metallschmelzetemperaturen zerfallen oder daß der Füllsand innerhalb der Hülle von einer Zwischenschutzschicht umgeben und vakuumverschlossen ist
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