EP1328364B1 - Metallurgisches gefäss und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Metallurgisches gefäss und verfahren zur herstellung desselben Download PDF

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EP1328364B1
EP1328364B1 EP01986280A EP01986280A EP1328364B1 EP 1328364 B1 EP1328364 B1 EP 1328364B1 EP 01986280 A EP01986280 A EP 01986280A EP 01986280 A EP01986280 A EP 01986280A EP 1328364 B1 EP1328364 B1 EP 1328364B1
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EP
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shield segment
shield
vessel
segments
metallurgical vessel
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Hans-Werner Gohres
Franz-Josef Divjak
Norbert Asmus
Olaf Kleinjan
Sait Taniyan
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Mannesmannroehren Werke AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/04—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like tiltable
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a metallurgical vessel for the transport of molten Metals according to the preamble of claim 1, and a method its manufacture according to the preamble of claim 7.
  • a vessel for metallurgical purposes is known from DE 195 38 530 C1. It points a heat-resistant liner, made of individual tubular Shots composite metal jacket, the circumferential with Stiffening rings is provided and on the two vessel support pins on the outside arranged opposite each other and by means of one each connected to the stiffening ring Plate are supported. Depending on the size of the axial extent of the vessel, there are more ais two stiffening rings provided as an integral part of the metal shell and the The central area of the plate is at a short distance from the metal jacket and the upper one and the lower brim-like edge region of the plate is adjacent to it horizontal stiffening ring connected.
  • the vessel support pin extends from the plate only to the outside.
  • a disadvantage of both constructions is that the plate segment is attached to the A long connecting seam is required and the shield segment to the metal jacket Stiffening rings must be aligned in a complex manner.
  • the object of the invention is to provide a metallurgical vessel for the transport of molten Specify metals, which has a simple construction, so that Manufacturing costs are lower compared to the known designs.
  • the shield segment is formed in one piece and at least the upper region has arms extending in both circumferential directions, which in the End area in cross section adapted to the respective subsequent stiffening ring and are provided with a welding edge.
  • the upper and lower areas of the shield segment extending arms in both circumferential directions.
  • the manufacturing costs can be reduced even further if you manufacture the
  • the supporting structure proceeds as follows.
  • the usually forged 360 ° stiffening ring is divided into three segments each with 120 ° extension. From two 120 ° segments of at least the upper stiffening ring and two 60 ° extensions each having shield segments, the supporting structure is formed.
  • the third 120 ° segment the respective stiffening ring can be used for the next vessel so that when producing two vessels, a total of at least two 120 ° segments for a third container.
  • the one when disconnecting the 360 ° stiffening ring Any cutting loss that occurs must be taken into account for the two 60 ° shield segments become.
  • the straight extension must also be taken into account if an im Cross section of oval vessel to be produced.
  • the one-piece shield segment to manufacture a thick sheet.
  • a thick sheet is created rolled, which, after being cut to size, can be bent warm or cold using a press becomes.
  • the choice of hot or cold forming depends on the thickness of the sheet and the selected material.
  • the desired contour and the hole for the trunnion are burned out and finally the final one is made by mechanical processing Final contour made.
  • the degree of deformation from block casting to thick sheet is at least the degree of forging corresponds to a conventionally manufactured shield segment.
  • stiffening rings proposed a new method of the invention. Instead of the stiffening rings too Forging, you can roll them as straight profiles and after cutting into lengths bend them into a 120 ° segment. The end areas are in relation to the welding edges machined.
  • FIGS. 1-3 show an external view, a top view and a section of the invention formed metallurgical vessel, here in the form of a steel ladle 1, shown.
  • This consists of a pipe section 2-4, which is heat-resistant Lining receiving metal jacket and a bottom 5 and foot elements 6.
  • Two circumferential stiffening rings 7, 8 are integrated in the metal jacket and a shield segment 9, 9 'arranged between them.
  • a support pin 11, 11 ' is welded in each case.
  • a tilting linkage 12 is attached to the left-hand outside, around the steel ladle 1 to be able to tilt using a crane, not shown here.
  • this embodiment is the top edge of the vessel 13 with a lid attachment designed as a ring lid 14 connected.
  • This ring cover 14 preferably has a frustoconical shape Cross section on. As can be seen in Figure 2, this steel ladle shown here has 1 has an oval cross section.
  • FIG. 3 shows two different embodiments in a partial section and in a view of the shield segment 9 shown. In this illustration, they are in the trunnion 11, 11 'hook hook loops 15, 15' can be seen.
  • the one-piece shield segment 9.1 has a recess 16 on the inside. In terms of area, this is larger than the inner surface 17 of the trunnion 11. In the recess an insulating layer can be placed to control the temperature in the trunnion lower.
  • the shield segment 9.2 shown in the right view is against this continuously smooth on the inside.
  • the shield segment 9 designed according to the invention is shown as a detail in FIG. 4. It has an almost rectangular central part 18, with the bore 10 for receiving the respective Trunnion 11, 11 '. In the upper and lower area close to the middle part 18 to the right and left each an extending arm 19, 19 ', 20, 20'. In shape and In cross-section, the end regions of these arms correspond to the respective stiffening ring 7, 8. They are designed as welding edges to the respective shield segment 9, 9 'with the Stiffening rings 7, 8 to be able to connect cohesively.
  • the middle part 18 is straight ( Figure 5), the circumferential extent corresponding to the degree of ovality.
  • the adjoining areas are bent to ensure a clean connection to the To ensure metal jacket or stiffening rings 7, 8.
  • FIGS. 7-9 show the proposed manufacturing process in the form of principle drawings shown for the stiffening rings 7, 8.
  • the manufacturing method for the lower stiffening ring 7 schematically explained.
  • the forged 360 ° full ring is divided into three 120 ° segments I, II, III in a first step.
  • the third 120 ° segment III is shown in dashed lines to clarify that this segment for the first vessel is not needed.
  • Figure 8 now shows how from the two 120 ° segments I, II and two 60 ° shield segments 9, 9 'the supporting structure is formed, the upper Stiffening ring 8 would belong.
  • the top stiffening ring 8 would be manufactured and cut in the same way.
  • the intermediate parts are the 60 ° sign segments are Trunnions 11, 11 'have been drawn in. When dimensioning the extension of the 60 ° shield segments 9, 9 ', the loss of cut occurring during separation must be taken into account.
  • the variant is the production of a steel ladle 1 with an oval cross section shown. Comparable to FIG. 5, the middle part 18 is straight and the two adjacent sections bent to a 30 ° segment, so that in total one 60 ° segment results. The consideration of cutting losses also applies here.

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Description

Die Erfindung betrifft ein metallurgisches Gefäß zum Transport von schmelzflüssigen Metallen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruches 7.
Aus der DE 195 38 530 C1 ist ein Gefäß für metallurgische Zwecke bekannt. Es weist einen eine hitzebeständige Auskleidung aufnehmenden, aus einzelnen rohrförmigen Schüssen zusammengesetzten Metallmantel auf, der mit in Umfangsrichtung verlaufenden Versteifungsringen versehen ist und an dem zwei Gefäßtragzapfen an der Außenseite gegenüberliegend angeordnet und mittels je einer mit dem Versteifungsring verbundenen Platte abgestützt sind. Je nach Größe der axialen Erstreckung des Gefäßes sind mehr ais zwei Versteifungsringe als integrierter Bestandteil des Metallmantels vorgesehen und der Mittelbereich der Platte weist einen geringen Abstand zum Metallmantel auf und der obere und untere krempenartig ausgebildete Randbereich der Platte ist mit dem benachbart liegenden Versteifungsring verbunden. Der Gefäßtragzapfen erstreckt sich von der Platte nur nach außen.
Ein verbesserte Ausführung ist in der DE 197 06 056 C1 offenbart. Bei dieser Weiterentwicklung weist der dem Boden näher liegende erste Versteifungsring im Bereich der als Schildsegment ausgebildeten Platte eine nach oben gerichtete, nasenartige ausgebildete Fortführung und der dem Boden weiter entfernt liegende zweite Versteifungsring im Bereich des Schildsegmentes eine nach unten gerichtete nasenartige ausgebildete Fortführung auf. Zwischen den Fortführungen ist das Schildsegment eingeschweißt, wobei der Übergang von der jeweiligen Fortführung in den jeweiligen Versteifungsring sowohl im Längsschnitt als auch in der Draufsicht abgerundet ist und die letztgenannten Abrundungen knickfrei in entsprechende Abrundungen des Schildsegmentes übergehen.
Nachteilig bei beiden Konstruktionen ist, dass zur Befestigung des Schildsegmentes am Metallmantel eine lange Verbindungsnaht erforderlich ist und das Schildsegment zu den Versteifungsringen in aufwendiger Weise ausgerichtet werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein metallurgisches Gefäß zum Transport von schmelzflüssigen Metallen anzugeben, das eine einfache Konstruktion aufweist, so dass die Herstellkosten niedriger sind im Vergleich zu den bekannten Konstruktionen.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom jeweiligen Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines metallurgischen Gefäßes sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.
Nach der Lehre der Erfindung ist das Schildsegment einteilig ausgebildet und mindestens der obere Bereich weist in beide Umfangsrichtungen sich erstreckende Arme auf, die im Endbereich im Querschnitt dem jeweiligen anschließenden Versteifungsring angepasst und mit einer Schweißkante versehen sind. Vorzugsweise weist der obere und untere Bereich des Schildsegmentes in beide Umfangsrichtungen sich erstreckende Arme auf.
Statt der langen, in Umfangsrichtung sich erstreckenden Schweißnaht sind mindestens nur noch zwei, im Regelfall vier kurze Quernähte erforderlich, um das Schildsegment mit dem (den) Versteifungsringen zu verbinden. Dieses Konstruktionskonzept ist für alle möglichen Schildsegmentformen und -Arten der Anbindung an den Metallmantel anwendbar.
Die Herstellkosten lassen sich noch weiter senken, wenn man bei der Herstellung der Tragkonstruktion wie folgt vorgeht. Der üblicherweise geschmiedete jeweilige 360°-Versteifungsring wird in drei je 120°-Erstreckung aufweisende Segmente zerteilt. Aus zwei 120°-Segmenten mindestens des oberen Versteifungsringes und zwei je 60°-Erstreckung aufweisenden Schildsegmenten wird die Tragkonstruktion gebildet. Das dritte 120°-Segment des jeweiligen Versteifungsringes kann für das nächste Gefäß verwendet werden, so dass bei Herstellung von zwei Gefäßen insgesamt mindestens zwei 120°-Segmente für ein drittes Gefäß übrigbleiben. Der beim Trennen des 360°-Versteifungsringes entstehende Schnittverlust muss bei den beiden 60°-Schildsegmenten berücksichtigt werden. Ebenso muss die gerade Erstreckung berücksichtigt werden, falls ein im Querschnitt ovales Gefäß hergestellt werden soll.
Bisher war es üblich, das Schildsegment als Schmiedeteil herzustellen. Alternativ wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, das einteilige Schildsegment aus einem Dickblech herzustellen. Dabei wird ausgehend von einem Blockguss ein Dickblech gewalzt, das nach entsprechendem Zuschnitt mittels einer Presse warm oder kalt gebogen wird. Die Wahl Warm- oder Kaltumformung hängt von der Dicke des Bleches und dem gewählten Werkstoff ab. Die gewünschte Kontur sowie die Bohrung für den Tragzapfen werden ausgebrannt und abschließend wird durch mechanische Bearbeitung die endgültige Endkontur hergestellt.
Um ein ausreichendes feinkörniges Gefüge zu erzeugen, muss berücksichtigt werden, dass der Umformgrad vom Blockguss zum Dickblech mindestens dem Verschmiedungsgrad eines konventionell hergestellten Schildsegmentes entspricht.
Auch bezüglich der Herstellung der Versteifungsringe wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ein neuer Verfahrensweg vorgeschlagen. Statt die Versteifungsringe zu schmieden, kann man sie als gerade Profile walzen und nach dem Zerteilen in Vorlängen diese zu je einem 120°-Segment biegen. Die Endbereiche werden bezüglich der Schweißkanten mechanisch bearbeitet.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von einem in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
Es zeigen:
Figur 1
eine Außenansicht einer erfindungsgemäß hergestellten Stahlgießpfanne,
Figur 2
eine Draufsicht von Figur 1,
Figur 3
linke Hälfte, ein Schnitt in Richtung A-A in Figur 1; rechte Hälfte, die dazugehörige Ansicht,
Figur 4
in einer Ansicht das erfindungsgemäß ausgebildete Schildsegment,
Figur 5
einen Schnitt in Richtung B-B in Figur 4,
Figur 6
einen Schnitt in Richtung C-C in Figur 4,
Figuren 7-9
Prinzipskizzen zur Erläuterung des Herstellverfahrens.
In den Figuren 1-3 ist in einer Außensicht, einer Draufsicht und in einem Schnitt ein erfindungsgemäß ausgebildetes metallurgisches Gefäß, hier in Form einer Stahlgießpfanne 1, dargestellt. Diese besteht aus einem aus Rohrschüssen 2-4 gebildeten, die hitzebeständige Auskleidung aufnehmenden Metallmantel und einem Boden 5 sowie aus Fußelementen 6. In den Metallmantel integriert sind zwei umlaufende Versteifungsringe 7, 8 sowie je einem dazwischen angeordneten Schildsegment 9, 9'. In einer Bohrung 10 (Figur 4) des Schildsegmentes 9 ist je ein Tragzapfen 11, 11' eingeschweißt. An der hier links liegenden Außenseite ist ein Kippgestänge 12 angebracht, um die Stahlgießpfanne 1 mittels eines hier nicht dargestellten Kranes kippen zu können. In diesem Ausführungsbeispiel ist der oberste Gefäßrand 13 mit einem als Ringdeckel 14 ausgebildeten Deckelaufsatz verbunden. Vorzugsweise weist dieser Ringdeckel 14 einen kegelstumpfartigen Querschnitt auf. Wie man in Figur 2 erkennen kann, weist diese hier dargestellte Stahlgießpfanne 1 einen ovalen Querschnitt auf.
In Figur 3 sind in einem Teilschnitt und in einer Ansicht zwei verschiedene Ausführungsarten des Schildsegmentes 9 dargestellt. In dieser Darstellung sind die in die Tragzapfen 11, 11' eingehängten Hakenschlaufen 15, 15' zu erkennen. Im hier links liegenden Teilschnitt weist das einteilige Schildsegment 9.1 auf der Innenseite eine Ausnehmung 16 auf. Dies ist flächenmäßig größer als die Innenfläche 17 des Tragzapfens 11. In die Ausnehmung kann eine isolierende Schicht angeordnet werden, um die Temperatur im Tragzapfen abzusenken. Das in der rechten Ansicht dargestellte Schildsegment 9.2 ist dagegen auf der Innenseite durchgehend glatt ausgebildet.
Das erfindungsgemäß ausgebildete Schildsegment 9 ist als Detail in Figur 4 dargestellt. Es weist einen fast rechteckigen Mittelteil 18 auf, mit der Bohrung 10 zur Aufnahme des jeweiligen Tragzapfens 11, 11'. Im oberen und unteren Bereich schließen sich an das Mittelteil 18 nach rechts und links je ein sich erstreckender Arm 19, 19', 20, 20' an. In Form und Querschnitt entsprechen die Endbereiche dieser Arme dem jeweiligen Versteifungsring 7, 8. Sie sind als Schweißkanten ausgebildet, um das jeweilige Schildsegment 9, 9' mit den Versteifungsringen 7, 8 stoffschlüssig verbinden zu können.
Wegen des ovalen Querschnittes der Stahlgießpfanne 1 ist das Mittelteil 18 gerade (Figur 5), wobei die umfangsmäßige Erstreckung dem Grad der Ovalität entspricht. Die daran anschließenden Bereiche sind gebogen, um einen sauberen Anschluss an den Metallmantel bzw. Versteifungsringe 7, 8 zu gewährleisten.
In den Figuren 7-9 sind in Form von Prinzipzeichnungen das vorgeschlagene Herstellverfahren für die Versteifungsringe 7, 8 dargestellt. Beispielsweise wird die Herstellweise für den unteren Versteifungsring 7 schematisch erläutert. Der geschmiedete 360°-Vollring wird in einem ersten Schritt in drei 120°-Segmente I, II, III zerteilt. Das dritte 120°-Segment III ist gestrichelt dargestellt, um zu verdeutlichen, dass dieses Segment für das erste Gefäß nicht benötigt wird. Figur 8 zeigt nun, wie aus den beiden 120°-Segmenten I, II und den beiden 60°-Schildsegmenten 9, 9' die Tragkonstruktion gebildet wird, wobei der oberen Versteifungsring 8 dazugehören würde. Es versteht sich von selbst, dass der oberen Versteifungsring 8 in gleicher Weise hergestellt und zerteilt werden würde. Um zu verdeutlichen, dass es sich bei den Zwischenteilen um die 60°-Schildsegmente handelt, sind die Tragzapfen 11, 11' mit eingezeichnet worden. Bei der Bemessung der Erstreckung der 60°-Schildsegmente 9, 9' ist der beim Trennen auftretende Schnittverlust zu berücksichtigen.
In Figur 9 ist die Variante die Herstellung einer Stahlgießpfanne 1 mit ovalem Querschnitt dargestellt. Vergleichbar wie Figur 5 zeigt, ist das Mittelteil 18 gerade und die beiden angrenzenden Abschnitte zu je einem 30°-Segment gebogen, so dass sich in Summe ein 60°-Segment ergibt. Die Berücksichtigung der Schnittverluste gilt hier ebenso.
Bezugszeichenliste
1
Stahlgießpfanne
2 - 4
Rohrschuss Metallmantel
5
Boden
6
Fußelement
7, 8
Versteifungsring
9, 9'
Schildsegment
10
Bohrung Schildsegment
11, 11'
Tragzapfen
12
Kippstange
13
Gefäßrand
14
Ringdeckel
15, 15'
Hakenschlaufe
16
Ausnehmung Schildsegment
17
Innenfläche Tragzapfen
18
Mittelteil Schildsegment
19, 19'
Arm des Schildsegments
20, 20'
Arm des Schildsegments

Claims (12)

  1. Metallurgisches Gefäß (1) zum Transport von schmelzflüssigen Metallen mit einem eine hitzebeständige Auskleidung aufnehmenden Metallmantel, der zwei in Umfangsrichtung verlaufende, im axiale Abstand zueinander im Metallmantel befestigte und integrierte Versteifungsringe (7, 8) aufweist, und an den zwei Tragzapfen an der Außenseite einander gegenüberliegend angeordnet und mittels je eines mit den Versteifungsringen verbundenen Schildsegmentes (9, 9') abgestützt sind, wobei der Übergang von den Versteifungsringen zum Schildsegment abgerundet ist und gegebenenfalls am Gefäßrand ein Deckelaufsatz befestigt ist, der einen kegelstumpfartigen Querschnitt aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Schildsegment (9, 9') einteilig ausgebildet ist und mindestens der obere Bereich in beide Umfangsrichtungen sich erstreckende Arme (19, 19') aufweist, die im Endbereich im Querschnitt dem jeweiligen anschließenden Versteifungsring (8) angepasst und mit einer Schweißkante versehen sind.
  2. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der obere und der untere Bereich des Schildsegmentes (9) in beide Umfangsrichtungen sich erstreckende Arme (19, 19', 20, 20') aufweist.
  3. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Schildsegment einen geringen radialen Abstand zum Metallmantel aufweist.
  4. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass nur der obere Randbereich des Schildsegmentes stoffschlüssig mit dem Versteifungsring verbunden und der gegenüberliegende freigestellte Randbereich des Schildsegmentes durch am Versteifungsring angeordnete Mittel in vertikaler Richtung geführt ist.
  5. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Schildsegment (9) Bestandteil des Metallmantels ist.
  6. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Schildsegment (9.1) auf der Innenseite eine Ausnehmung (16) aufweist, deren Querschnittsfläche wenigstens so groß ist wie die Stirnfläche (17) der innenseite des Tragzapfens (11).
  7. Verfahren zur Herstellung eines metallurgischen Gefäßes zum Transport von schmelzflüssigen Metallen nach Anspruch 1 als Schweißkonstruktion, bei dem der Metallmantel aus einzelnen rohrförmigen Schüssen zusammengesetzt wird und die aus den Versteifungsringen und dem Schildsegment bestehende Tragkonstruktion mit dem Metallmantel verbunden wird und die Tragzapfen in eine Bohrung des Schildsegmentes eingeschweißt werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige 360°-Versteifungsring in drei Segmente (I, II, III) mit je 120° Umfangserstreckung geteilt wird und aus zwei 120°-Segmenten (I, II) und zwei je 60°-Erstreckung aufweisende Schildsegmente die Tragkonstruktion gebildet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der beim Trennen der 360°-Versteifungsringes entstehende Schnittverlust bei den beiden 60°-Schildsegmenten berücksichtigt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei einem im Querschnitt ovalen Gefäß, die die Ovalität charakterisierende gerade Erstreckung im Schildsegment berücksichtigt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass das einteilige Schildsegment aus einem Dickblech hergestellt wird, wobei ausgehend von einem Blockguss ein Dickblech gewalzt wird, das nach entsprechendem Zuschnitt mittels einer Presse warm oder kalt gebogen wird und anschließend die Kontur sowie die Bohrung (10) für den Tragzapfen (11, 11') ausgebrannt und anschließend durch mechanische Bearbeitung die Endkontur erzeugt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Umformgrad vom Blockguss zum Dickblech mindestens dem Verschmiedungsgrad eines konventionell hergestellten Schildsegmentes entspricht.
  12. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsringe als gerade Profile gewalzt werden und nach Zerteilen in Vorlängen zu einem 120°-Segment gebogen und abschließend die Endbereiche mechanisch bearbeitet werden.
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