EP1183397B1 - Verfahren und vorrichtung zum abstechen von metallschmelzen aus metallurgischen schmelzgefässen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum abstechen von metallschmelzen aus metallurgischen schmelzgefässen Download PDF

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EP1183397B1
EP1183397B1 EP00926821A EP00926821A EP1183397B1 EP 1183397 B1 EP1183397 B1 EP 1183397B1 EP 00926821 A EP00926821 A EP 00926821A EP 00926821 A EP00926821 A EP 00926821A EP 1183397 B1 EP1183397 B1 EP 1183397B1
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    • 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
    • C21C5/4693—Skull removal; Cleaning of the converter mouth

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for parting off Metal melts, preferably steel melts, from metallurgical Melting vessels, such as electric arc furnaces, by an in Vessel bottom arranged tapping opening, the at the time of tapping Metal melt is overlaid with slag melt.
  • molten pool level falls, it forms from the tap opening Vortex, which runs obliquely to the vessel wall. If it continues to fall Melt pool level ultimately creates a hollow vortex, which is also part of the Metal melt floating slag melt captured and swirled so that the originally existing separation between molten metal and Slag melt is no longer present and slag melt together with the molten metal is discharged down through the tap hole.
  • the oxidic slag conveyed into the melting pan with the molten metal thus brings oxygen with it and leads, for example, to the increased consumption of aluminum for the necessary deoxidation, of synthetic slag for the absorption of the oxides and calcium for the modification of the oxidic inclusions.
  • the oxidation product alumina (Al 2 O 3 ) deteriorates the casting properties and the oxygen from the FeO in the slag continues to make desulphurization and degassing more difficult.
  • US-A-5 203 909 proposes using a blowing lance in the area to blow a gas jet from the tap opening onto the slag melt from above, through which the slag melt is pushed away from the metal surface becomes.
  • the disadvantage of this known method is the indentation of the Melt slag in the molten metal, which makes it especially during training of a vortex in the molten metal, the danger of slag running given is.
  • EP-A-0 321 861 is a tiltable metallurgical vessel known, at least above the tap opening on the inside of the side wall a blowing device, preferably a burner, is provided by which the slag melt blown away from the surface of the metal melt can be.
  • a blowing device preferably a burner
  • it is provided with a side in the vessel wall
  • Known rinsing device arranged directly above the tap opening Introduce gas bubbles into the molten metal below the bath surface, to thereby also, among other things, the slag melt from to displace the surface of the molten metal.
  • the task is in the case of metallurgical vessels in the bottom of the vessel arranged tap opening with the characterizing features of claim 1 solved.
  • the measure according to the invention in the immediate vicinity of the tap opening to arrange at least one nozzle through which a neutral gas or corresponding gas mixture in a jet with high pulse energy into the metallurgical melting vessel is blown in, in the area of the tap opening the slag melt is removed from the molten metal surface (blown away).
  • the strength and the rate of injection of the gas jet is regulated by a valve station, those with a compressed gas tank or a compressed gas generation plant in Connection is established.
  • one or more nozzles are in the area of the The tap opening is arranged so that it is certain that the Slag layer is reached from the metal surface.
  • the size, shape, number and arrangement (in the side wall of the vessel and / or in the Vessel lid, angle to the vessel bottom) of the nozzles are the size and design of the metallurgical vessel and the size of the bath surface adapted the nozzle outlet openings are above and / or below the bath level can.
  • a metallurgical vessel 5 is shown at the time of tapping. It this embodiment is a conventional one Electric arc furnace, the electrodes not being shown.
  • the left oriel there is a tap opening 10 in the vessel bottom 13 through which the molten metal 2 in a sump 11 arranged below the metallurgical vessel 5 Pouring stream 6 flows.
  • the melting pan 11 is located on a ladle car 8 or the weighing cells 7 arranged there, through which the continuously into the Melting pan 11 flowing metal amount can be detected. Above the Metal melt 2 floats the slag melt 1, in which the by The tapping process generated vortex 4 extends almost to the bathroom mirror 15.
  • the nozzle outlet openings 14 here from above and from are directed against the slag layer 1 below. 1 are not shown the gas supply lines 25 (Fig. 3) through which the nozzles 3 with the gas to be injected and also the valve station 16 (FIG. 3) as well as the measurement and control system 20 (FIG. 3).
  • Figure 2 shows an enlarged section of the tapping part of the melting vessel 5, which is in a tilted position.
  • a nozzle 3 in the lateral vessel wall 12 almost parallel to the vessel bottom 13 and arranged slightly inclined upwards.
  • the gas jet 9 the slag melt 1 above the metal melt 2 pushed far from the tap opening 10 that the slag melt with the vertebra 4 no longer come into contact and a slag idler or Cinder run through the tap opening 10 can not take place.
  • FIG 3 is shown in a block diagram, in which way Melting vessel 5 with the valve station 16 and the measuring and control system 20 is functionally connected.
  • the on the load cells 7 due to the in Melting pan 11 flowing pouring beam 6 received measuring pulses and the am Melting vessel 5 detected measuring pulses (tilt position, melt pool height) fed into the measuring and control system 20 via the measuring lines 19, 22.
  • Out this measuring and control system 20 are then via the control line 21 for the Control of the compressed gas required control pulses to the valve station 16 given.
  • the invention is not based on those shown in the drawing figures metallurgical vessels (electric arc furnace / EAF) limited, but also at other metallurgical vessels applicable, in which the tap opening is in the The bottom of the vessel and where there is a risk of slag trailing through the tap opening during tapping.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abstechen von Metallschmelzen, vorzugsweise Stahlschmelzen, aus metallurgischen Schmelzgefäßen, wie beispielsweise Elektrolichtbogenöfen, durch eine im Gefäßboden angeordnete Abstichöffnung, wobei zum Zeitpunkt des Abstichs die Metallschmelze mit Schlackenschmelze überschichtet ist.
Bei der Durchführung von thermischen metallurgischen Prozessen an Metallen oder deren Legierungen in einem metallurgischen Schmelzgefäß liegen nach Abschluss dieser Prozesse die Metalle in schmelzflüssiger Form vor, überschichtet mit schmelzflüssiger Schlacke. Um die Metallschmelze von der Schlackenschmelze abzutrennen, ist bei bekannten metallurgischen Schmelzgefäßen möglichst in einem Erkerteil im Gefäßboden eine Abstichöffnung angeordnet, durch die die Metallschmelze nach unten in eine Schmelzpfanne abgezogen werden kann.
Mit fallendem Schmelzbadspiegel bildet sich von der Abstichöffnung ausgehend ein Wirbel (Vortex) aus, der schräg bis zur Gefäßwand verläuft. Bei weiter sinkendem Schmelzbadspiegel entsteht letztlich ein Hohlwirbel, der auch Teile der auf der Metallschmelze schwimmenden Schlackenschmelze erfasst und verwirbelt, so dass die ursprünglich vorhandene Trennung zwischen Metallschmelze und Schlackenschmelze nicht mehr gegeben ist und Schlackenschmelze gemeinsam mit der Metallschmelze durch die Abstichöffnung nach unten ausgetragen wird.
Die mit der Metallschmelze auf diese Weise in die Schmelzpfanne geförderte oxidische Schlacke bringt Sauerstoff mit und führt beispielsweise zum Mehrverbrauch von Aluminium für die erforderliche Desoxidation, von synthetischer Schlacke für die Aufnahme der Oxide und Kalzium für die Modifikation der oxidischen Einschlüsse. Das Oxidationsprodukt Tonerde (Al2O3) verschlechtert die Gießeigenschaften und der Sauerstoff aus dem FeO in der Schlacke erschwert weiterhin die Entschwefelung und Entgasung.
Demgegenüber wird bei einem reduzierten Schlackengehalt in der Metallschmelze beispielsweise die "Clean Steel"-Behandlung einer Stahlschmelze in der Sekundär-Metailurgie deutlich begünstigt, was insbesondere für die Erzeugung von "Ultra-Low-Carbon"-Stahlen für Flachprodukte eine wichtige Rolle spielt.
Um den geschilderten Schlackenmitlauf beim Abstich der Metalischmelze zu reduzieren, sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt geworden.
Aus der DE 33 27 671 C2 ist bekannt, einen kegelförmig geformten Strömungskörper (mit der Kegelspitze nach unten) von oben über eine Hubvorrichtung nach unten bis dicht obernalb der Abstichöffnung abzusenken. Durch diese Maßnahme umströmt der Wirbel nun den Formkörper und ist dadurch so gebunden, dass eine Verwirbelung der Schlacke nicht mehr stattfindet. Auch dieses bekannte Verfahren stellt eine relativ teure und aufwendige Methode dar, da der Formkörper im Schmelzbad einem Verschleiß unterliegt und deshalb öfters ausgetauscht werden muss.
In der DE 298 08 318 U1 wird schließlich vorgeschlagen, im Gefäßboden um die Abstichöffnung herum gasdurchlässige kegelstumpfförmige Spülsteine anzuordnen, durch die von unten ein Gas - entgegen der Fließrichtung der Metallschmelze - in die Metallschmelze eingeblasen wird. Durch diese Maßnahme soll der Ausbildung eines Wirbels oberhalb der Abstichöffnung begegnet werden.
In der US-A-5 203 909 wird vorgeschlagen, mittels einer Blaslanze im Bereich der Abstichöffnung von oben auf die Schlackenschmelze einen Gasstrahl aufzublasen, durch den die Schlackenschmelze von der Metalloberfläche weggedrückt wird. Nachteilig ist bei diesem bekannten Verfahren das Eindrücken der Schlackenschmelze in die Metallschmelze, wodurch insbesondere bei Ausbildung eines Wirbels in der Metallschmelze die Gefahr eines Schlackenmitlaufs gegeben ist.
Schließlich ist aus der EP-A-0 321 861 ein kippbares metallurgisches Gefäß bekannt, bei dem oberhalb der Abstichöffnung innen an der Seitenwand mindestens eine Blaseinrichtung, vorzugsweise ein Brenner, vorgesehen ist, durch den die Schlackenschmelze von der Oberfläche der Metallschmelze weggeblasen werden kann. Zusätzlich ist vorgesehen, mit einem seitlich in der Gefäßwand unmittelbar über der Abstichöffnung angeordneten bekannten Spülsteileinrichtung Gasblasen unterhalb der Badoberfläche in die Metallschmelze einzuführen, um hierdurch unter anderem gleichfalls die Schlackenschmelze von der Oberfläche der Metallschmelze zu verdrängen. Nachteilig ist bei diesem bekannten Verfahren, dass durch die aufsteigenden Gasblasen unerwünschte, den Schlackenmitlauf begünstigende, Turbulenzen in die Metallschmelze eingetragen werden.
Neben dem beschriebenen Mitlauf der Schlackenschmelze infolge ihrer Verwirbelung mit der Metallschmelze kann es auch zu einem direkten Kontakt der Schlackenschmelze mit der Abstichöffnung kommen. Dieser Schlackennachlauf kommt dann zustande, wenn beim Zurückkippen bei kippbaren metallurgischen Gefäßen, beispielsweise beim Elektrolichtbogenofen, trotz hoher Kippgeschwindigkeit die Schlackenschmelze über die Metallschmelze hinaus schnell zurückfließt.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Abstichsystem anzugeben, das den Schlackenmitlauf und auch den Schlackennachlauf mit einfachen Mitteln, ohne größeren apparativen Aufwand und ohne große Betriebskosten betriebssicher reduziert.
Die gestellte Aufgabe wird bei metallurgischen Gefäßen mit im Gefäßboden angeordneter Abstichöffnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, in unmittelbarer Nähe der Abstichöffnung mindestens eine Düse anzuordnen, durch die ein neutrales Gas oder eine entsprechende Gasmischung in einem Strahl mit hoher Impulsenergie in das metallurgische Schmelzgefäß eingeblasen wird, wird im Bereich der Abstichöffnung die Schlackenschmelze von der Metallschmelzoberfläche entfemt (weggeblasen). Damit ist gewährleistet, dass trotz Ausbildung eines Wirbels in der Metallschmelze ein Schlackenmitlauf nicht mehr erfolgen kann und auch der Schlackennachlauf durch dieses Verfahren durch den entsprechend energiestarken Gasstrahl mit Erfolg verhindert wird.
Geregelt wird die Stärke und die Einblasrate des Gasstrahls durch eine Ventilstation, die mit einem Druckgasbehälter oder einer Druckgaserzeugungsanlage in Verbindung steht.
Damit durch das Gaseinblasen mit dem Gas keine unerwünschten Bestandteile, wie beispielsweise Sauerstoff in die Metallschmelze gelangen, wird ein solches Gas oder Gasgemisch verwendet, das sich in Bezug auf die weitere Verwendung und Bearbeitung der Metallschmelze neutral verhält, wie beispielsweise ein Edelgas.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Ventilstation mit einem Mess- und Regelsystem verbunden, durch das der Startzeitpunkt, die Dauer und die Intensität des Gaseinblasens automatisch überwacht und geregelt wird. Als Messgrößen für diese automatische Regelung können durch entsprechende Messgeräte
  • die Höhe des Schmelzbadspiegels im metallurgischen Schmelzgefäß,
  • der Kippwinkel und die Kippgeschwindigkeit des metallurgischen Schmelzgefäßes,
  • das Abstichgewicht der Metallschmelze in der Schmelzpfanne
verwendet werden. Auf diese Weise kann mit hoher Betriebssicherheit ein optimales Gaseinblasen an die jeweilige Prozesssituation während des Abstichvorgangs angepasst werden.
Je nach dem Ort der Abstichöffnung sind eine oder mehrere Düsen im Bereich der Abstichöffnung so angeordnet, dass mit Sicherheit ein vollständiges Abblasen der Schlackenschicht von der Metalloberfläche erreicht wird.
Die Größe, Form, Anzahl und Anordnung (in der seitlichen Gefäßwand und/oder im Gefäßdeckel, Winkel zum Gefäßboden) der Düsen sind der Größe und Bauart des metallurgischen Gefäßes sowie der Größe der Badoberfläche angepasst, wobei sich die Düsenaustrittsöffnungen oberhalb und/oder unterhalb des Badspiegels befinden können.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von in schematischen Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
einen Vertikalschnitt durch ein metallurgisches Gefäß,
Fig. 2
ein Teilausschnitt eines metallurgischen Gefäßes im Vertikalschnitt,
Fig. 3
ein Blockschaltbild zur erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Figur 1 ist ein metallurgisches Gefäß 5 zum Zeitpunkt des Abstichs dargestellt. Es handelt sich bei diesem Ausführungsbeispiel um einen konventionellen Elektrolichtbogenofen, wobei die Elektroden nicht eingezeichnet sind. Im linken Erker befindet sich im Gefäßboden 13 eine Abstichöffnung 10, durch die Metallschmelze 2 in eine unterhalb des metallurgischen Gefäßes 5 angeordnete Schmetzpfanne 11 mit Gießstrahl 6 einfließt. Die Schmelzpfanne 11 befindet sich auf einem Pfannenwagen 8 bzw. den dort angeordneten Wiegezellen 7, durch die kontinuierlich die in die Schmelzpfanne 11 einfließende Metallmenge erfasst werden kann. Oberhalb der Metallschmelze 2 schwimmt die Schlackenschmelze 1, in die der durch den Abstichvorgang erzeugte Wirbel 4 bis fast zum Badspiegel 15 hineinreicht.
In unmittelbarer Nähe der Abstichöffnung 10 sind in der seitlichen Gefäßwand 12 zwei Düsen 3 angeordnet, deren Düsenaustrittsöffnungen 14 hier von oben und von unten gegen die Schlackenschicht 1 gerichtet sind. Nicht eingezeichnet sind in Fig. 1 die Gaszuführungsleitungen 25 (Fig. 3), durch die die Düsen 3 mit dem einzublasenden Gas beaufschlagt werden und auch die Ventilstation 16 (Fig. 3) sowie das Mess- und Regelsystem 20 (Fig. 3).
Figur 2 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt den Abstichteil des Schmelzgefäßes 5, das sich in einer gekippten Stellung befindet. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Düse 3 in der seitlichen Gefäßwand 12 fast parallel zum Gefäßboden 13 und leicht nach oben geneigt angeordnet. Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, wird durch den Gasstrahl 9 die Schlackenschmelze 1 oberhalb der Metallschmelze 2 so weit von der Abstichöffnung 10 zurückgedrängt, dass die Schlackenschmelze mit dem Wirbel 4 nicht mehr in Kontakt geraten und ein Schlackenmitlauf bzw. Schlackennachlauf durch die Abstichöffnung 10 nicht erfolgen kann.
In Figur 3 ist in einem Blockschaltbild dargestellt, in welcher Weise das Schmelzgefäß 5 mit der Ventilstation 16 und dem Mess- und Regelsystem 20 funktional verbunden ist. Die an den Wiegezellen 7 auf Grund des in die Schmelzpfanne 11 einfließenden Gießstrahls 6 erhaltenen Messimpulse und die am Schmelzgefäß 5 erfassten Messimpulse (Kippstellung, Schmelzbadhöhe) werden über die Messleitungen 19, 22 in das Mess- und Regelsystem 20 eingespeist. Aus diesem Mess- und Regelsystem 20 werden dann über die Steuerleitung 21 die für die Steuerung des Druckgases erforderlichen Steuerimpulse an die Ventilstation 16 gegeben. Das aus einem Druckgasbehälter 18 und/oder aus einer Druckgaserzeugungsanlage 17 über die Versorgungsleitungen 23, 24 an der Ventilstation 16 anstehende Druckgas wird dann - von der Ventilstation 16 gesteuert mittels Mess- und Regelsystem 20 - über die Gaszuführung 25 in das metallurgische Schmelzgefäß 5 eingeblasen.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungsfiguren dargestellten metallurgischen Gefäße (Elektrolichtbogenofen /EAF) beschränkt, sondern auch bei anderen metallurgischen Gefäßen anwendbar, bei denen die Abstichöffnung sich im Gefäßboden befindet und bei denen die Gefahr eines Schlackenmitlaufs bzw. - nachlaufs durch die Abstichöffnung während des Abstichs besteht.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Abstechen von Metallschmelzen, vorzugsweise von Stahlschmelzen, aus metallurgischen Schmelzgefäßen wie beispielsweise Elektrolichtbogenöfen, durch eine im Gefäßboden angeordnete Abstichöffnung, wobei zum Zeitpunkt des Abstichs die Metallschmelze mit Schlackenschmelze überschichtet ist und während des Abstichs im Bereich der Abstichöffnung die Schlackenschmelze durch mindestens einen Gasstrahl, der durch mindestens eine Düse in das metallurgische Schmelzgefäß eingeblasen wird, von der Oberfläche der Metallschmelze entfernt (weggeblasen) wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Abstichöffnung (10) mindestens ein Gasstrahl (9) schräg von unten und mindestens ein Gasstrahl (9) schräg von oben gegen die Schlackenschmelze (1) gerichtet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke und die Einblasrate des Gasstrahls (9) durch eine Ventilstation (16) geregelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Mess- und Regelsystem (20) der Startzeitpunkt, die Dauer und die Intensität des Gaseinblasens automatisch überwacht und geregelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur automatischen Regelung des Gaseinblasens durch das Mess- und Regelsystem (20) mindestens einer der Parameter, nämlich die Höhe des Schmelzbadspiegels (15) im metallurgischen Schmelzgefäß (5), Kippwinkel und Kippgeschwindigkeit des Schmelzgefäßes (5) und/oder Abstichgewicht der Metallschmelze (2) in der Schmelzpfanne (11) verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einblasen ein neutrales Gas oder ein Gasgemisch, beispielsweise ein Edelgas, verwendet wird, das die weitere Bearbeitung und Verwendung der Metallschmelze (2) nicht negativ beeinflusst.
  6. Metallurgisches Schmelzgefäß (5) mit einer im Gefäßboden (13) angeordneten Abstichöffnung (10) und mit mindestens einer im Bereich der Abstichöffnung (10) durch die seitliche Gefäßwand (12) geführten Düse (3) zum Einblasen des Gasstrahls (9), zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenaustrittsöffnungen (14) der Düsen (3) oberhalb und unterhalb des Badspiegels (15) angeordnet sind.
  7. Metallurgisches Schmelzgefäß (5) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe, Form, Anzahl und Anordnung der Düsen (3) entsprechend der Größe der Badoberfläche ausgelegt sind.
  8. Metallurgisches Schmelzgefäß (5) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (3) über eine Ventilstation (16) mit einer Druckgaserzeugungsvorrichtung (17) und/oder einem Druckgasbehälter (18) verbunden sind.
  9. Metallurgisches Schmelzgefäß (5) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstation (16) mit einem Mess- und Regelsystem (20) verbunden ist.
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