EP1373583B1 - Vorrichtung zur verhinderung des mitfliessens von schlacke beim abstich einer metallschmelze - Google Patents

Vorrichtung zur verhinderung des mitfliessens von schlacke beim abstich einer metallschmelze Download PDF

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EP1373583B1
EP1373583B1 EP02735019A EP02735019A EP1373583B1 EP 1373583 B1 EP1373583 B1 EP 1373583B1 EP 02735019 A EP02735019 A EP 02735019A EP 02735019 A EP02735019 A EP 02735019A EP 1373583 B1 EP1373583 B1 EP 1373583B1
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pipe
channels
vessel
alternate
tapping
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Georgsmarienhuette GmbH
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    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
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    • F27D3/15—Tapping equipment; Equipment for removing or retaining slag
    • F27D3/1509—Tapping equipment

Definitions

  • the invention relates to a device for preventing the co-flow of sips when tapping a molten metal from a metallurgical vessel.
  • These vessels may be, for example, but not exclusively, those for steel production so one. Converter or act around the vessel of an electric furnace.
  • Such a vessel offers in plan view a roughly oval or pear shape, wherein the tapping opening is provided in the tapered front bottom area. In the normal position, i. before tapping, the melt level is about 1 m to 1.50 m above the tapping opening.
  • This tap hole is clogged with a filler and closed at the bottom by means of a slider.
  • the filling material forms over the tapping opening a projecting into the container interior hill.
  • the vessel For the tapping, ie for the transfer of the melt into the ladle, in which the steel is subjected to secondary metallurgy process, the vessel is pivoted to the tapping position, so that the tapping now the deepest portion of the vessel forms. In this position, the slide is opened and the backfill material removed in the tap hole.
  • the effluent melt forms a vortex (vortex effect) above the tapping opening, which entrains the slag floating on the melt by the suction effect, which is undesirable for metallurgical reasons.
  • the invention is therefore based on the object, a Vorrichung of the type mentioned and as they are approximately from the EP 0 097 610 A1 emerges so educate that the elimination of the aforementioned whirl effect is possible in a simple manner.
  • the invention solves the problem according to the characterizing part of claim 1, characterized in that in the tube wall at least in the opening in the vessel interior exchange tube axially extending, opening at the two end faces of the tube channels are provided on the side facing away from the Geäßinnenraum pipe end with a gas supply are connected.
  • gas is introduced from below through the bottom of the pan into the Blow melt injected to produce a circulation process of the melt, so that a homogenization of the melt temperature and dissolved in the melt alloy components is achieved.
  • these purging stones are surrounded by a metal shell.
  • the height of the steel mirror in the ladle above the sinks is up to 4 m.
  • the tapping opening in the vessel of an electric furnace is formed by so-called exchange tubes, of which a plurality of one above the other form the downwardly narrowing opening.
  • exchange tubes are made of magnesite, corundum concrete or similar refractory materials.
  • Abstichumraungssteine Surround these exchange tubes by Abstichumraungssteine, between the exchangeable tubes and Abstichumraungssteinen a gap exists, which is filled with a refractory material.
  • This system is completed by a so-called cup stone.
  • the opening of the cupstone is closed by means of a slider.
  • the gas supply begins.
  • the gas exiting the channels removes the mound formed from backfill above the tap hole.
  • the slider is pivoted away below the cupstone and the backfill material is removed within the tap hole.
  • the melt can now flow out into the pan, with the mentioned vortex forming above the tapping opening.
  • the gas flowing into the melt similar to the rinsing process in the ladle above the channel openings, forms the described "bald head", which means that in this area the slag is forced outwards and is prevented from flowing through the tapping opening into the ladle.
  • the channels are all arranged one above the other. Pull through the exchange tubes, however, is preferably provided to provide only the top or the top two of the exchange tubes with channels. These two uppermost exchange tubes can also be integrally formed and thus form a unit.
  • the lowest channel leading exchange tube is provided on its underside with an annular space in which all channels open, and in which the gas supply pipe opens, for example, in the area between the exchangeable pipes and the surrounding Abstichumrahmungssteinen is guided.
  • the existing gap between the two elements can be used or it is provided a groove in the outside of the channelless exchange tubes.
  • claims 10 and 11 suggest alternatively either to place the metallic shell of the metallurgical vessel at the same electrical potential as the gas supply pipes or according to claim 11, the gas supply pipes against the metallurgical Isolate vessel potential.
  • the vessel of an electric furnace for steelmaking is shown in longitudinal section and generally designated by the reference numeral 1.
  • the vessel 1 in about pear shape, with the tapping opening 4 is located at the tapered end 2 in the bottom 3 of the vessel 1.
  • the anode 5 is arranged in the approximately central region of the bottom 3. The cathode and the lid of the vessel are not shown.
  • the vessel 1 is tiltable about an axis perpendicular to the paper passing through the axis.
  • this vessel 1 mainly scrap is melted down, wherein the melt reaches the designated 6 height after the melting process.
  • FIG. 2 shows the tapping system with the tapping opening 4 on a larger scale.
  • This tapping system is constructed of five superimposed alternating tubes 7, 7 'in the present case, whose opening diameter becomes smaller towards the bottom.
  • the tapping is completed below by means of a cup block 10, the opening of which is closed by means of a slide, not shown.
  • the top two exchangeable tubes 7 ' have axially extending channels 11 arranged in the tube wall, which establish a connection between the interior of the vessel 1 and an annular space 12 which is provided on the underside of the lower exchangeable tube 7'.
  • annular space 12 opens a gas supply line 13 which leads between the exchangeable tubes 7 and the Abstichumrahmungssteinen 8 down and is guided obliquely outwards between the bottom Abstichumrahmungsstein 8 and the cup stone.
  • FIG. 3 shows a possible embodiment of an exchangeable tube 7 'is shown.
  • This exchange tube 7 ' is constructed in two parts, namely an inner part 14 which is conical, wherein the outer shell of this cone narrows upwards.
  • This inner cone 14 is inserted in an outer part 15 whose inner surface is complementary to the outer surface of the inner cone 14.
  • FIG. 4c A plan view of such a removable tube 7 'is shown in Fig. 4c.
  • the channels 11 for the gas guide are formed here by molded into the outer surface of the inner cone 14 grooves.
  • FIGS. 4a and 4b Further possible embodiments of the channels can be seen in FIGS. 4a and 4b.
  • the channels 11 are formed as radially arranged slots, while the channels 11 are formed in the example of Fig. 4b by a plurality of holes.
  • channels in star form or the like are possible, for example channels in star form or the like.
  • the vessel 1 is tilted forward, so that the tapping opening 4 forms the lowest part of the vessel 1.
  • a so-called "bald head" i. an area where the slag is forced sideways.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung des Mitfließens von Schlucke beim Abstich einer Metallschmelze aus einem metallurgischen Gefäß.
  • Bei diesen Gefäßen kann es sich beispielsweise, aber nicht ausschließlich, um solche für die Stahlherstellung also um einen. Konverter oder um das Gefäß eines Elektroofens handeln.
  • Im folgenden wird die Erfindung am Beispiel des Elektro-Ofens dargestellt.
  • Ein derartiges Gefäß bietet in Draufsicht eine in etwa ovale bzw. Birnenform, wobei im spitzer zulaufenden vorderen Bodenbereich die Abstichöffnung vorgesehen ist. In der normalen Stellung, d.h. vor dem Abstich, befindet sich der Schmelzespiegel etwa 1 m bis 1,50 m oberhalb der Abstichöffnung.
  • Diese Abstichöffnung ist mit einem Füllmaterial verstopft und unten mittels eines Schiebers abgeschlossen. Das Füllmaterial bildet über der Abstichöffnung einen in den Behälterinnenraum hineinragenden Hügel.
  • Für den Abstich, d.h. für das Umfüllen der Schmelze in die Pfanne, in der der Stahl Sekundär-Metallurgie-Verfahren unterzogen wird, wird das Gefäß in die Abstichstellung verschwenkt, so daß die Abstichöffnung nun den tiefsten Bereich des Gefäßes bildet. In dieser Stellung wird der Schieber geöffnet und das Verfüllmaterial in der Abstichöffnung entfernt.
  • Die ausfließende Schmelze bildet oberhalb der Abstichöffnung einen Strudel (Vortex-Effekt), der die auf der Schmelze aufschwimmende Schlacke durch die Sogwirkung mit sich reißt, was aus metallurgischen Gründen unerwünscht ist.
  • Aus Patent Abstracts of Japan Bd. 013, Nr. 504 (C-653, 13.11. 1989) und JP 01 201 410 A (NKK Corporation), 14.08. 1989) ist bekannt, inertes Gas durch zwischen die Abstichöffnung umgebenden Abstichumrahmungssteinen und dem Gefäßboden angeordnete Kanäle in die Schmelze einzublasen, wobei zusätzlich Radialkanäle von diesen axialen Kanälen in den Schmelzeablasskanal führen.
  • Derartige Methoden zur Verhinderung bzw. Verminderung dieses Vortex-Effekts haben sich bisher als unbrauchbar erwiesen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichung der eingangs genannten Art und wie sie in etwa aus der EP 0 097 610 A1 hervorgeht so weiterzubilden, dass die Eliminierung des angesprochenen Strudeleffekts auf einfache Art und Weise möglich ist.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch, dass in der Rohrwandung wenigstens des in dem im Gefäßinnenraum mündenden Wechselrohrs axial verlaufende, an den beiden Stirnseiten des Rohres mündende Kanäle vorgesehen sind, die auf der dem Geäßinnenraum abgewandten Rohrstirnseite mit einer Gaszuführung verbunden sind.
  • Das Einblasen von Gas in eine Schmelze ist bekannt (siehe oben).
  • In der sekundär-metallurgischen Behandlung des erzeugten Stahles wird Gas von unten durch den Boden der Pfanne in die Schmelze eingeblasen, um einen Umwälzvorgang der Schmelze zu erzeugen, damit eine Homogenisierung der Schmelzetemperatur sowie der in der Schmelze gelösten Legierungskomponenten erreicht wird.
  • Bei derartigen Gasspülsystemen sind im Boden der Pfanne quadratische oder runde Lochsteine eingelassen, in denen konisch geformte Spülsteine sitzen, die so ausgelegt sind, daß durch sie das Gas in die Schmelze einströmen kann. Es sind mehrere Typen bekannt, so zum Beispiel poröse Spülsteine, Schlitzspüler, Sternspüler etc.
  • Um zu verhindern, daß das Gas seitlich aus den Spülsteinen austritt, sind diese Spülsteine mit einem Metallmantel umgeben.
  • Die Höhe des Stahlspiegels in der Pfanne oberhalb der Spülsteine beträgt bis zu 4 m.
  • Beim Einblasen des Gases von unten in die Schmelze beobachtet man an der Oberfläche der Schmelze einen sogenannten "Glatzkopf". Wie die Bezeichnung vermuten läßt, ist der Schmelzespiegel an dieser Stelle absolut frei von Fremdkörpern.
  • Diesen Effekt macht sich die Erfindung zunutze.
  • Die Abstichöffnung bei dem Gefäß eines Elektro-Ofens (analog auch bei einem Konverter) wird gebildet durch sogenannte Wechselrohre, von denen mehrere übereinander die nach unten enger werdende Öffnung bilden. Derartige Wechselrohre bestehen aus Magnesit, Korund-Beton oder ähnlichen Feuerfestmaterialien. Umgeben werden diese Wechselrohre durch Abstichumrahmungssteine, wobei zwischen den Wechselrohren und den Abstichumrahmungssteinen eine Fuge existiert, die mit einem Feuerfestmaterial verfüllt wird. Nach unten wird dieses System durch einen sogenannten Tassenstein abgeschlossen. Die Öffnung des Tassensteines ist dabei mittels eines Schiebers verschließbar.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß ähnlich wie bei den eben genannten Spülsteinen in der Wandung der Wechselrohre (zumindest des obersten oder der obersten beiden) axial verlaufende Kanäle vorgesehen sind, die im Inneren des Gefäßes münden. Die Kanäle stehen mit einer Gaszuführung in Verbindung.
  • Sobald das Gefäß in die Abstichstellung gekippt ist, beginnt die Gaszuführung. Das aus den Kanälen austretende Gas entfernt den aus Verfüllmaterial gebildeten Hügel oberhalb der Abstichöffnung. Dann wird der Schieber unterhalb des Tassensteins weggeschwenkt und das Verfüllmaterial innerhalb der Abstichöffnung entfernt. Die Schmelze kann nun in die Pfanne ausfließen, wobei sich oberhalb der Abstichöffnung der erwähnte Strudel bilden will. Das in die Schmelze einströmende Gas bildet ähnlich wie beim Spülvorgang in der Pfanne oberhalb der Kanalöffnungen den beschriebenen "Glatzkopf", was bedeutet, daß in diesem Bereich die Schlacke nach außen weggedrückt wird und daran gehindert wird, durch die Abstichöffnung in die Pfanne zu fließen.
  • Das Einblasen des Gases wird so lange fortgesetzt, bis das Gefäß wieder zurückgeschwenkt worden ist und die Abstichöffnung nicht mehr von Schmelze bedeckt ist.
  • Es versteht sich dabei von selbst, daß ein Gas verwendet wird, das die metallurgischen Eigenschaften der erzeugten Schmelze nicht stört.
  • Damit das Gas nicht seitlich aus den Wechselrohren austreten kann, sind diese außen mit einem Stahlmantel aus nichtrostendem Material umgeben.
  • Obwohl es denkbar ist, daß die Kanäle sämtliche übereinander angeordneten. Wechselrohre durchziehen, ist bevorzugtermaßen jedoch vorgesehen, lediglich den obersten oder die obersten beiden der Wechselrohre mit Kanälen zu versehen. Diese beiden obersten Wechselrohre können auch einstückig ausgebildet sein und somit eine Einheit bilden.
  • Anordnung und Geometrie der Kanäle ergeben sich aus den jeweiligen Anwendungsanforderungen.
  • Bei der Erzeugung und der Geometrie der Kanäle kann auf die Erfahrung auf dem Gebiet der Spülsteine zurückgegriffen werden.
  • Damit alle gasführenden Kanäle gleichmäßig mit dem Gas beaufschlagt werden können, ist das unterste kanalführende Wechselrohr an seiner Unterseite mit einem Ringraum versehen, in dem alle Kanäle münden, und in dem das Gaszuführungsrohr mündet, das beispielsweise im Bereich zwischen den Wechselrohren und den sie umgebenden Abstichumrahmungssteinen geführt ist. Hierzu kann entweder die bereits vorhandene Fuge zwischen den beiden Elementen benutzt werden oder es wird eine Nut in der Außenseite der kanallosen Wechselrohre vorgesehen.
  • Um elektrische Überschläge auf die Gaszuführungsrohre und deren Zerstörung oder Beschädigung zu verhindern, schlagen die Ansprüche 10 und 11 alternativ vor, entweder die metallische Hülle des metallurgischen Gefäßes auf das gleiche elektrische Potential zu legen wie die Gaszuführungsrohre oder gemäß Anspruch 11 die Gaszuführungsrohre gegen das am metallurgischen Gefäß anliegende Potential zu isolieren.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt und näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1:
    Gefäß eines Elektro-Ofens im Längsschnitt,
    Fig. 2:
    in perspektivischer Darstellung und im Schnitt das Abstichsystem eines Gefäßes gemäß Fig. 1,
    Fig. 3:
    im Schnitt eine besondere Ausführungsform eines Wechselrohres,
    Fig. 4a bis 4c:
    drei mögliche Kanalgeometrien in den Wechselrohren.
  • In der Fig. 1 ist das Gefäß eines Elektro-Ofens zur Stahlerzeugung im Längsschnitt dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehen. In Draufsicht weist das Gefäß 1 in etwa Birnenform auf, wobei sich am spitzer zulaufenden Ende 2 im Boden 3 des Gefäßes 1 die Abstichöffnung 4 befindet. Im in etwa mittigen Bereich des Bodens 3 ist die Anode 5 angeordnet. Die Kathode und der Deckel des Gefäßes sind nicht dargestellt.
  • Das Gefäß 1 ist um eine die Papierebene senkrecht durchsetzende Achse kippbar. In diesem Gefäß 1 wird vorwiegend Schrott eingeschmolzen, wobei die Schmelze nach dem Aufschmelzvorgang die mit 6 bezeichnete Höhe erreicht.
  • In der Fig. 2 ist das Abstichsystem mit der Abstichöffnung 4 im größeren Maßstab dargestellt. Dieses Abstichsystem ist aufgebaut aus im vorliegenden Fall fünf übereinander angeordneten Wechselrohren 7, 7', deren Öffnungsdurchmesser nach unten hin geringer wird. Umgeben sind die Wechselrohre 7, 7' von kubisch ausgeführten Abstichumrahmungssteinen 8, wobei die Fuge 9 zwischen den Wechselrohren 7, 7' und den Abstichumrahmungssteinen 8 mit einem feuerfesten Verfüllmaterial ausgefüllt ist. Das Abstichsystem wird unten mittels eines Tassensteins 10 abgeschlossen, dessen Öffnung mittels eines nicht dargestellten Schiebers verschließbar ist.
  • Die obersten beiden Wechselrohre 7' verfügen über axial verlaufende in der Rohrwandung angeordnete Kanäle 11, die eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Gefäßes 1 und einem Ringraum 12 herstellen, der an der Unterseite des unteren Wechselrohres 7' vorgesehen ist. In diesen Ringraum 12 mündet eine Gaszuführungsleitung 13, die zwischen den Wechselrohren 7 und den Abstichumrahmungssteinen 8 nach unten führt und zwischen dem untersten Abstichumrahmungsstein 8 und dem Tassenstein schräg nach außen geführt ist.
  • In der Fig. 3 ist eine mögliche Ausführungsform eines Wechselrohres 7' dargestellt. Dieses Wechselrohr 7' ist zweiteilig aufgebaut, nämlich aus einem Innenteil 14, das konisch ausgebildet ist, wobei der Außenmantel dieses Konus sich nach oben verengt. Dieser Innenkonus 14 steckt in einem Außenteil 15, dessen Innenfläche komplementär zur Außenfläche des Innenkonus 14 ausgebildet ist.
  • Eine Draufsicht auf ein derartiges Wechselrohr 7' ist in der Fig. 4c dargestellt. Die Kanäle 11 für die Gasführung sind hier durch in die Außenfläche des Innenkonus 14 eingeformte Rillen gebildet.
  • Weitere mögliche Ausgestaltungen der Kanäle sind den Fig. 4a und Fig. 4b zu entnehmen.
  • In der Fig. 4a sind die Kanäle 11 als radial angeordnete Schlitze ausgebildet, während die Kanäle 11 im Beispiel der Fig. 4b durch eine Vielzahl von Bohrungen gebildet sind.
  • Andere Geometrien bzw. Ausführungsformen der Kanäle sind möglich, beispielsweise Kanäle in Sternform oder ähnlichem.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden kurz dargestellt:
  • Nach dem Schmelzvorgang wird das Gefäß 1 nach vorne abgekippt, so daß die Abstichöffnung 4 den untersten Teil des Gefäßes 1 bildet.
  • Sobald das Gefäß in dieser Position ist, wird mit dem Einblasen des Gases über die Kanäle 11 in die Schmelze begonnen. Erst dann wird das Abstichsystem geöffnet, so daß die Schmelze durch die Abstichöffnung 4 in eine darunter abgestellte (nicht dargestellte) Pfanne abfließen kann. Durch das Einblasen des Gases über die Kanäle 11 in die Schmelze wird erreicht, daß der Bildung eines Strudels oberhalb der Abstichöffnung 4 entgegengewirkt wird, so daß durch diesen Strudel keine Schlacke durch die Abstichöffnung 4 in die Pfanne mitgerissen werden kann.
  • Es bildet sich oberhalb der Abstichöffnung 4 durch das eingeblasene Gas ein sogenannter "Glatzkopf", d.h. ein Bereich, in dem die Schlacke seitlich weggedrängt wird.
  • Wenn die Füllhöhe in der Pfanne den gewünschten Wert erreicht hat, wird das Gefäß 1 zurückgeschwenkt.
  • Wenn die Abstichöffnung 4 nicht mehr von Schmelze bedeckt ist, wird die Gaszufuhr abgestellt.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Verhinderung des Mitfließens von Schlacke beim Abstich einer Metallschmelze aus einem metallurgischen Gefäß, bei dem die Abstichöffnung (4) aus aus verschleißfestem feuerfestem Material bestehenden, übereinander angeordneten Wechselrohren (7, 7') gebildet ist, die von Abstichumrahmungssteinen (8) eingeschlossen sind, wobei das untere Ende des so gebildeten Abstichwechselsystems durch einen Tassenstein (10) gebildet ist, an dem ein die Öffnung (4) verschließender Schieber anliegt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der Rohrwandung wenigstens des in dem im Gefäßinnenraum mündenden Wechselrohrs (7') axial verlaufende, an den beiden Stirnseiten des Rohres (7') mündende Kanäle (11) vorgesehen sind, die auf der dem Gefäßinnenraum abgewandten Rohrstirnseite mit einer Gaszuführung (13) verbunden sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das/die wechselrohr/-rohre (7'), in dessen/deren Wandung/Wänden die gasführenden Kanäle (11) angeordnet sind, mit einem Blechmantel aus rostfreiem Stahl umgeben ist/sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kanäle (11) die Rohröffnung umgebende, radial angeordnete Schlitze sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kanäle (11) die Rohröffnung umgebende, gleichmäßig verteilte Bohrungen sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kanäle (11) durch den Zwischenraum gebildet werden, der entsteht, wenn das Wechselrohr (7') aus einem konisch ausgebildeten Innenrohr (14) und einem komplementär ausgebildeten Außenrohr (15) zusammengesetzt ist und entweder in der Außenfläche des Innenkonus (14) oder in der Innenfläche des Außenkonus (15) kanalbildende Rillen vorgesehen sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gaszuführung (13) zu dem/den Kanäle aufweisenden Wechselrohr/-rohren in einem unterhalb des untersten kanal führenden Wechselrohrs angeordneten, alle Kanäle beaufschlagenden Ringraum (12) mündet.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gaszuführung (13) aus einem Rohr besteht, das oberhalb des Tassensteins (10) in die Fuge (9) zwischen den Wechselrohren (7) und den Abstichumrahmungssteinen (8) mündet und von dort axial zum Ringraum (12) geführt ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wechselrohre (7'), die die Kanäle (11) aufweisen, eine Einheit bilden.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die metallische Hülle des metallurgischen Gefäßes auf dem gleichen elektrischen Potential liegt wie die Gaszuführungsrohre.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gaszuführungsrohre gegen das Potential, auf dem das metallurgische Gefäß liegt, isoliert sind.
EP02735019A 2001-04-05 2002-03-27 Vorrichtung zur verhinderung des mitfliessens von schlacke beim abstich einer metallschmelze Expired - Lifetime EP1373583B1 (de)

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