LV13102B - Device for preventing a vortex effect in the discharge area of a metallurgical melting vessel - Google Patents

Description

LV 13102 1 -

Einrichtung zur Verhinderung eines Vortex-Effekts im Auslaufbereich eines metallurgischen SchmelzgefāBes

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verhinderung eines Vortex-Effektes im Auslaufbereich eines metallurgischen SchmelzgefāBes. Zum Beispiel im Auslaufbereich eines sogenannten tundish (Zwischengefāfi) zur Behandlung von Stahlschmelze kann immer wieder das Phānomen der sogenannten Vortex-Bildung beobachtet werden. Beim Ablassen der Stahlschmelze kommt es zur Bildung eines Strfimungs-" wirbels. Es entsteht eine unkontrollierte Strčmung der Schmelze vor dem und/oder durch den AusguB mit der Folge, dass auf der Schmelze schwimmende Schlacketeilcheh mitgerissen werden konnen.

Die Verhinderung oder zumindest Verminderung nicht metallischer Einschlūsse in der Metallschmelze stellt ein vorrangiges Ziel insbesondere in. Bereich der Sekundār-metallurgie dar. Es hat deshalb nicht an Versuchen ge-fehlt/ die beobachtete Vortex-Bildung durch unterschied-liche Mafinahmen zu minimieren oder zu verhindern. Dažu gehfirt der Einbau von feuerfesten Bauteilen im Auslaufbereich, beicpielsweise im Bereich einer 'Freilaufdūse.

In der US 5,382,003 A wird ein solcher feuerfester Kārper vorgeschlagen, der auf den Boden des metallurgischen Gefāfies, um den AusguB herum, aufgestelīt wird. Der Kčrper hat die Form eines „Dreibeins", wobei die „Beine" auf dem Boden des metallurgischen Schmelzgefāfies aufstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine MčJglichkeit auf-zuzeigen, mit der die Wirbelbildung einer Schmelze im Auslaufbereich eines metallurgischen Schmelzgefāfies zumindest unter normalen Bedingungen zuverlāssig verhindert werden kann.

Grundgedanke der Erfindung ist es, eine aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff bestehende Einrichtung zu verwenden, die im Auslaufbereich des metallurgischen Schmelzgef&Bes angeordnet wird und den Auslaufbereich Uberdeckt. Auf diese Weise wird der ferrostatische Druck im Auslaufbereich reduziert. LV 13102

Im Weiteren soli die Einrichtung eine oder mehrere Gffnungen aufweisen, durch die hindurch die im Schmelz-. gefāfi befindliche Schmelze zum Auslaufbereich des Gefāfies, also zum AusguJJ, fliefien kann.

Ein Basisteil der Einrichtung sorgt dafiir, dass die Schmelze auf ihrem Weg zum Auslaufbereich umgelenkt wird. Eine an den Basisteil anschliefiende Verlāngerung dient als „Strdmungsbrecher", das heifit, der Schmelzeflufi wird in mehrere, voneinander getrennte Teilstrdme unterteilt. Die Offnungen sind so platziert, dass sie im montierten Zustand der Einrichtung (im metallurgischen Gefāfi) mit Abstand zur Bodenflāche des Gefāfies verlaufen. Der Abstand zum Bodenniveau (= Niveau, von dem aus die AusguBdffnung verlāuft) kann > 20 mm und < 200 mm betragen, beispiels-weise 30 bis 60, 60 bis 80 oder 70 bis 100 mm.

Damit entsteht eine Art Barriere fūr die Schmelze. Die Einrichtung macht damit den Einsatz eines sogenannten Starterrohres tiberfltissig. Die in das Gefafi gefullte Schmelze und/oder eine voreilende Schlacke werden gehindert, ūber den AusguB abzufliefien, bis das Schmelz-niveau die Unterkante der dem Boden des Gefāfies nāchst-liegenden Čffnung erreicht hat.

Insgesamt ergibt sich eine gleichzeitige Umlenkung und *

Teilung der Strdmung der metallurgischen Schmelze auf ihrem Weg zum AusguJS. In Vorversuchen wurde festgestellt, dass die genannte Vortex-Bildung praktisch vollstāndig verhindert werden kann.

In ihrer allgemeinsten AusfUhrungsform betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Verhinderung eines Vortex-Effekts im Auslaufbereich eines metallurgischen Schmelz-gefāBes, mit folgenden Merkmalen: - die Einrichtung besteht aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff, - die Einrichtung umfaht einen Basisteil, - an den Basisteil schlieBt eine zylinderfdrmige Ver-lhngerung mit mindestens einer wandseitigen Čffnung an, - die čffnung ist so angeordnet, dass sie nach Platzierung der Einrichtung im Auslaufbereich des SchmelzgefāBes einen Abstand zum Boden des SchmelzgefāBes aufweist und eine Verbindung zum Auslaufbereich des SchmelzgefāBes schafft.

Die vorgenannten allgemeinen konstruktiven Vorgaben zur Gestaltung der Einrichtung lassen sich in unterschied-lichsten konkreten Ausfūhrungsformen realisieren.

Soweit von einer „zylinderformigen" Verlāngerung gesprochen wird, bedeutet dies „im Wesentlichen zylinder-fdrmig" und umfafit zum Beispiel auch bauchige Formen, mehreckige Querschnitte oder dergleichen.

Die Einrichtung kann nach Art einer Haube gestaltet sein, die auf den Boden des metallurgischen SchmelzgefāSes aufgesetzt wird, wobei der Auslaufbereich vollstāndig tiberdeckt wird. Mit anderen Worten: ein unterhalb der Haube ausgebildeter Hohlraum weist oberhalb des GefāB-bodens zumindest an einer Stelle eine horizontāle - 5 - - 5 - LV 13102

Querschnittsflāche auf, die mindestens so grofi ist wie die Querschnittsflāche des Auslaufbereiches im Bereich der Oberflāche des Bodens (des Bodenniveaus) des Schmelz-gefāfies. Umfangsseitig wird dieser Hohlraum von der genannten Verlāngerung begrenzt, oberseitig vom Basisteil der Einrichtung.

Um einen ZufluB der Schmelze durch diese Haube zum Aus-laufbereich zu erreichen, sind die genannten Durch-brechungen/Čffnungen im Wandbereich vorgesehen. Nach einer Ausfūhrungsform sind mehrere solcher Čffnungen regelmāMg verteilt im Wandbereich angeordnet.

Eine Optimierung der Stromungsverteilung, also eine Unter-gliederung der Strčmung der Metālischmelze in einzelne Teilstrdme wird erreicht, wenn die Einrichtung rotations-symmetrisch ausgebildet ist, und zwar rotationssymmetrisch in Bezug auf eine durch ihren Schwerpunkt verlaufende gedachte Achse (Symmetrieachse) . Die Symmetrie lāfit sich ebenso in Bezug auf eine gedachte Mittenlāngsachse der Verlāngerung beziehungsweise der gesamten Einrichtung definieren.

Die nachfolgende Figurenbeschreibung offenbart Einzel-heiten moglicher Ausftihrungsformen.

Der Basisteil der Einrichtung kann in Bezug auf die Verlāngerung beziehungsweise den Auslaufbereich konvex gewolbt sein, so dass die Haube eine Art Glockenform erhālt, wobei sich der Wandbereich der Verlāngerung im Wesentlichen zylinderfčrmig an den Basisteil anschlieBen kann. 6

Die Haubengestaltung schliefit Ausfūhrungsformen ein, bei der die Einrichtung nach Art eines Kugelsegmentes, nach Art eines Quaders, nach Art einer Pyramide oder nach Art eines Zylinders gestaltet ist. Ebenso sind unsymmetrische Formen und Querschnitte mdglich oder Hauben mit konkaver Deckflāche (bezogen auf den Auslaufbereich). Die Čffnungen konnen als Kanāle mit unterschiedlicher Steigung ausge-bildet sein.

Die geometrische Gestaltung der Einrichtung und ihrer Teile kann in weiten Grenzen variieren und richtet sich nach dem jeweiligen Anwendungsfall. Die Čffnungen (Ver-bindungskanāle) konnen einen Halbkreis- oder Kreisquer-schnitt aufweisen, geradlinig oder kurvenfbrmig/ gege-benenfalls auch evolventenartig in Richtung auf einen Bereich um die Mittenlāngsachse der Einrichtung herum verlaufen. Ebenso kdnnen die Čffnungen als Schlitze gestaltet sein, die im Wesentlichen in Axialrichtung der Einrichtung (Axialrichtung des Ausgusses) verlaufen. Symmetrische wie unsymmetrische Formen und Querschnitte sind moglich.

Nach einer Ausftihrungsform soli die Ouerschnittsflāche der Gesamtheit der Čffnungen grdfler als die Querschnittsflāche des Auslaufbereiches in Hohe der Oberflāche des Bodens des SchmelzgefABes sein.

Die Einrichtung kann an dem, dem Basisteil gegenuber-liegenden Ende, konisch verjiingt gestaltet sein. īst die Form korrespondierend (zur inneren) Form des Ausgusses, - 7 - - 7 - LV 13102 lāfit sich die Einrichtung leicht im Ausgufibereich platzieren, beispielsweise auch vermorteln oder verkleben. Eine formschltissige Verbindung ist auch besonders dicht. Profilierungen auf der Aufienflāche des Endteils der Einrichtung sind dabei hilfreich. Die Figuren zeigen Beispiele.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindurig ist, dass die Einrichtung einteilig sein kann und sich in einem Verfahrens-gang herstellen lSLBt. Dies gilt selbst bei einer Aus-fuhrung mit konisch verjiingtem Endteil. Auf die bekannten Herstellungsverfahren wie.SchlickerguB (bei Porzellan) oder das Ausbrennen von temporāren Einsātzen zur Aus-bildung von Hohlrāumen wird Bezug genommen.

Der Abstand des Basisteils zum AusguB in Hohe des Boden-niveaus betragt in der Regel bis 250 mm. Die Querschnitts-flāche des Basisteils sollte so gewāhlt werden, dass sie den genannten Eingang des Ausgusses allseitig im min- ' destens 20 mm Uberdeckt, wobei ein Ūberdeckungsgrad von 100 mm in der Regel ausreichen diirfte.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merk-malen der Unteransprūche sowie den sonstigen Anmeldungs-unterlagen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Aus-fUhrungsbeispiele n&her erlSutert.

Dabei zeigen - in jeweils stark schematisierter Darstellung 8

Figur 1: einen Lāngsschnitt durch einen Teil eines metallurgischen SchmelzgefāBes im bodenseitigen Auslaufbereich mit zwei alternativen Gestaltungs-formen einer erfindungsgemāBen Einrichtung

Figur 2: eine analoge Darstellung wie Figur 1, jedoch ftir ein drittes Ausfuhrungsbeispiel.

In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugsziffern dargestelīt.

In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen Boden eines metallurgischen SchmelzgefāBes, hier eines Ver-teilers (tundish) . Der aus Feuerfestmaterial tlblicher Art gebildete Boden 10 wird auBenseitig (unterseitig) von einem Stahlmantel 12 begrenzt. Im Boden 10 sind schema-tisch zwei AusguBsteine 14 dargestellt, die jeweils eine mittige AusfluBoffnung 16 aufweisen, die an ihrem oberen, einer Metallschmelze 18 zugewandten Ende trichterfčrmig gestaltet sind. Daraus ergibt sich ein Durchmesser „d" der Auslaufdffniingen 16 im Bereich einer Oberflāche 10o des Bodens 10.

Jeder Auslaufbereich 16 wird von einer Einrichtung 20 ūberdeckt, wobei zunāchst die in der Figur links darge-stellte Einrichtung 20 erlāutert wird:

Diese ist haubenartig gestaltet iind weist einen in Bezug auf den Ausgufistein 14 konvexen Basisteil 20b auf, an den sich eine im wesentlichen zylindrische Veriangerung (Wandabschnitt 20w) anschlieBt, die mit ihrem (unteren) freien Ende auf der Oberflāche 10o des Bodens 10 aufsteht. - 9 - - 9 - LV 13102

Im Wandbereich 20w sind gleichmāfiig verteilt mehrere Čff-nungen 22 mit Kreisquerschnitt angeordnet. Der Abstand zum Bodenniveau 10o ist mit „h" angegeben und betr&gt 72 mm.

Die Metallschmelze 18 wird auf ihrem Weg zur AusfluB-dffnung 16 um den Basisteil 20b umgelenkt und ent-sprechend der Zahl der Offnungen 22 (hier: acht StOck, die gleichmāfiig iiber den Umfang des Wandteils 20w verteilt sind) in acht Teilstrdme aufgeteilt, die in einen gemeinsamen Hohlraum 20h mtlnden, der oben vom Basisteil 20b, seitlich vom Wandteil 20w und unten teil-weise vom Boden 10 begrenzt wird.

Aufgrund dieser Unterteilung der Strdmung wird eine Vortex-Bildung zuverlāssig verhindert und die Metallschmelze 18 verwirbelungsfrei dem AusfluBbereich 16 zugefiihrt.

Die Abschnitte 20s zwischen den Čffnungen 22 und der Bodenflāche 10o verhindern, dass Schmelze oder Schlacke unkontrolliert abfliefit, insbesondere beim AngieBen.

Die in Figur 1 rechts dargestellte Einrichtung 20 umfafit ebenfalls einen Basisteil 20b, der nach Art einer kreis-formigen Platte gestaltet ist, von der eine zylinder-ffirmige Verlāngerung 20w in Richtung auf den Boden 10 des SchmelzgefāBes absteht, wobei dieser Wandbereich 20w wiederum auf der Oberflāche 10o des Bodens 10 aufsteht. 10

Im Bereich der Verlāngerung (des Wandbereiches) 20w sind analog dem zuvor beschriebenen AusfUhrungsbeispiel eine Vielzahl von Durchbrechungen (Verbindungsbffnungen) 22 angeordnet, die kanalartig mit Kreisquerschnitt gestaltet sind und eine jeweils schrāg nach oben in den Hohlraum 20h gerichtete Steigung aufweisen, wie durch den Winkel α symbolisiert (a = 35cj.

Der mit dieser Einrichtung erzielbare Effekt entspricht im Wesentlichen dem der links in Figur 1 dargestellten Einrichtung. Auch hier wird die Schmelze 18 in Teilstrdme aufgeteilt, die durch die Verbindungsdffnungen 22 in den Hohlraum 20h und von dort durch den Auslaufbereich 16 wegge£Uhrt werden. Die Wandabschnitte 20s s'orgen dafiir, dass die Einrichtung die Funktion eines Starterrohrs tlbernehmen kann.

Figur 1 lāflt sich bei beiden Ausfūhrungsformen entnehmen, dass der jeweilige Basisteil 20b der Einrichtungen 20 mit Abstand oberhalb des Bodens 10 verlāuft und die Ver-lāngerungen 20w die Austrit.tsoffnung 16 fūr die Metall-schmelze allseitig mit Abstand umgeben, wobei der Abstand vom Randbereich der Austrittsčffnung 16 zur inneren Wand-flāche der Verlāngerung 20w grdfier als der Durchmesser d der Austrittsdffnung 16 im Bereich der Oberfache 10o des Bodens 10 ist.

Figur 2 zeigt eine alternative Ausfuhrungsform, wie sie bei einem SchmelzgefāB gemāfi Figur 1 ebenfalls verwendet werden kann. - 11 - - 11 - LV 13102

Die Einrichtung 20 gemāfi Figur 2 āhnelt der rechten Variante in Figur 1 mit folgender Besonderheit: Der (horizontāle) Querschnitt ist kleiner und an den zylin-drischen Wandabschnitt 20w schliefit ein Endabschnitt 20e an, der nach unten offen und konisch verjūngt ist. Die Aufienkontur des Endabschnitts 20e entspricht etwa der Innenkontur des oberen Ausgufiteils, so dass sich die Einrichtung 20 formschlUssig im oberen Ausgufiteil platzieren laBt, wobei eine Mortelschicht 50 Toleranzen ausgleicht. Eine Oberflāchenprofilierung 20p des Endabschnitts 20e optimiert die Verbindung. Ein kleines Loch 60 im Basisteil 20b ermoglicht es, Gase wegzuftihren, die sich im Hohlraum 20h sonst sammeln kānnten. Das Loch 60 kann durch Ausbrennen eines bei der Herstellung in situ eingelegten Fūllteils gebildet werden.

Die beschriebenen Einrichtungen kdnnen gegossene feuer-feste Teile sein. Ebenso ist es mdglich, die Teile zu pressen oder zu stampfen, je nach Ausfiihrungsform.. Die Auswahl der jeweiligen Feuerfestsorte richtet sich nach der jeweiligen Anwendung. Spezielle Anforderungen an das Feuerfestmaterial werden nicht gestellt. Es mu5 in ūblicher Weise temperaturbestāndig sein und moglichst erosionsbestāndig und sollte zudem gūnstige Duktilitāts-eigenschaften besitzen. 12

Einrichtung zur Verhinderung eines Vortex-Effekts im Auslaufbereich eines metallurgischen SchmelzgefaBes

Patentansprūche 1. Einrichtung zur Verhinderung eines Vortex-Effekts im

Auslaufbereich (16) eines metallurgischen Schmelzge- fāfies/ mit folgenden Merkmalen: 1.1 die Einrichtung besteht aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff, 1.2 die Einrichtung umfaBt einen Basisteil (20b)/ 1.3 an den Basisteil (20b) schlieBt eine zylinder-fčrmige Verlāngerung (20w) mit mindestens einer wandseitigen Čffnung (22) an, 1.4 die Offnung (22) ist so angeordnet, dass sie nach Platzierung der Einrichtung im Auslaufbereich (16) des Schmelzgefāfies einen Abstand zum Boden (10) des Schmelzgefāftes aufweist und eine Verbindung zum Auslaufbereich (16) des Schmelzgefāhes schafft. - 13 - - 13 - LV 13102 2. Einrichtung nach Anspruch 1/ bei dem mehrere Čffnungen (22) regelmaBig verteilt im Wandbereich der Verlāngerung (20w) angeordnet sind. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, die, relativ zur Lāngs-achse (L) der Verlāngerung (20w), rotationssymmetrisch ausgebildet ist. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der der Basisteil (20b) in Bezug auf die Verlāngerung (20w) konvex gewolbt ist. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Querschnitts-flāche der Gesamtheit der Čffnungen (22) groBer als die Querschnittsflāche des Auslaufbereiches (16) in Hčhe der Oberseite (10o) des Bodens (10) des zuge-horigen SchmelzgefāBes ist. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Čffnungen (22) einen Kreisquerschnitt aufweisen. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Čffnungen (22) schlitzartig ausgebildet sind. 8. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Verlāngerung (20w) in einen konisch sich verjūngenden Endteil (20e) tibergeht, 9. Einrichtung nach Anspruch 8/ bei der der Endteil (20e) korrespondierend zur Form des Auslaufbereiches (16) des SchmelzgefāBes ausgebildet ist. 14 10. Einrichtung nach Anspruch 8, bei der der Endteil (20e) auEenseitig profiliert gestaltet ist. 11. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der Basisteil (20b)/ Verlāngerung (20w) und gegebenenfalls Endteil (20e) materialschltissig ausgebildet sind.

(54) Tītie: DEVICE FOR PREVENTING A VORTEX EFFECTIN THE DISCHARGE AREA OF A METALLURGICAL MELT-ING VESSEL

(54) Bezeichnung: EINRICHTUNG ZUR VERHINDERUNG EINES VORTEX-EFFEKTSIM AUSLAUFBEREICH EINES ME-TALLURGISCHEN SCHMELZGEFĀSSES

(57) Abstract: The invcnlion rolaies lo a device compriscd of a rcfractory ceramie malerial and provided for preventing a vortcx cffect in the discharge area of a mctallurgical mclling vessel. The device has a base part to which a cylindrical extension having at least one opening on the wall eonneets. The opening is arranged in such a manner that, after the device has been placcd in the dischaige area of the melting vessel, it is localed at a distance l'rom the boltom of the meliing vessel and creatcs a eonneelion to the discharge area of the melting vessel. (57) Zusammenfassung: Eine aus einem feuerfeslen keramischen VVerlcstoff bestehende Einrichtung zur Verhinderung eines Vor-tex-EfTcctes im Auslaufbcreich eines mctallurgischen Schmclzgcfasses umfassl einen Basisteil, an dem eine zylindcr!ormige Ver-langerung mil mindestens einer Wandseitigen OfFnung anschliessL Die Olīnung ist so angeordnet, dass sie nach Platzierung der Einrichtung im Auslaufbcreich des Schmelzgelasses einen Abstand zum Bodcn des Schmelzgefasscs aufweist und eine Vcrbindung zum Auslaufbercich des Schmclzgcfasses schafft.

Claims (11)

1. LV 13102 IZGUDROJUMA FORMULA 1. Ierīce virpuļefekta novēršanai metalurģiska kausēšanas konvertera izplūdes zonā (16), kas raksturīga ar sekojošām pazīmēm: 1.1.ierīce sastāv no ugunsizturīga keramiska materiāla, 1.2. ierīce satur pamata daļu (20b), 1.3. pie pamata daļas (20b) piekļaujas cilindrveidīgs pagarinājums (20w) ar vismaz vienu sienā izveidotu caurumu (22), 1.4. caurums (22) ir izveidots tā, ka pēc ierīces ievietošanas kausēšanas konvertera izplūdes zonā (16) tas atrodas attālumā no kausēšanas konvertera dibena (10) un veido savienojumu ar kausēšanas konvertera izplūdes zonu (16).
2. 2. Ierīce atbilstoši 1. punktam, kur vairāki regulāri izvietoti caurumi (22) ir ierīkoti pagarinājuma (20w) sienā.
3. 3. Ierīce atbilstoši 1. punktam, kura attiecībā pret pagarinājuma (20w) garenisko asi (L) ir izveidota kā simetrisks rotācijas ķermenis.
4. 4. Ierīce atbilstoši 1. punktam, kurai tās pamata daļai (20b) attiecībā pret pagarinājumu (20w) ir izliekta forma.
5. 5. Ierīce atbilstoši 1. punktam, kurai caurumu (22) kopējais šķērsgriezumu laukums ir lielāks nekā izplūdes zonas (16) šķērsgriezuma laukums tai atbilstošā kausēšanas konvertera dibena (10) augšējās malas augstumā (10o).
6. 6. Ierīce atbilstoši 1. punktam, kurai caurumiem (22) ir apaļa šķērsgriezuma forma.
7. 7. Ierīce atbilstoši 1. punktam, kurai caurumi (22) ir izveidoti spraugu veidā.
8. 8. Ierīce atbilstoši 1. punktam, kurai pagarinājums (20w) pāriet gala daļā (20e), kura koniski sašaurinās.
9. 9. Ierīce atbilstoši 8. punktam, kur gala daļa (20e) ir izveidota tā, ka tā atbilst kausēšanas trauka izplūdes zonas (16) formai.
10. 10. Ierīce atbilstoši 9. punktam, kur gala daļa (20e) ir izveidota ar profilētu ārpusi.
11. 11. Ierīce atbilstoši 1. punktam, kur pamata daļa (20b), pagarinājums (20w) un attiecīgajā gadījumā gala daļa (20e) ir izveidota no saderīga materiāla.