WO2009018796A1 - Einrichtung zum schlackenfreien abstich oder zur überführung einer schmelze - Google Patents

Einrichtung zum schlackenfreien abstich oder zur überführung einer schmelze Download PDF

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Definitions

  • a bay is specially designed or designed a separately attached bay, which adjoins a connecting wall of the lower vessel of the arc furnace and is connected via a tapping channel with this.
  • DE 102 23 906 A1 can be controlled at pressure and vacuum-tight coverage of this bay window, by controlling the gas pressure in the bay, the tapping speed of the melt or the tapping can be started or interrupted.
  • EP 1 181 491 B1 is a metallurgical vessel in which a siphon is an integral part of the lower vessel part.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a device of the type mentioned above for slag-free melt transfer with good maintainability and high availability, with which can continue to avoid business interruptions for the replacement of a worn tapping system. It should also be possible to use a fixed arc furnace.
  • siphon is designed as a separate, mobile unit.
  • the essence of the invention thus consists in that the siphon for slag-free melt transfer is not firmly integrated into the vessel for melting or for the metallurgical work, so it is not firmly connected with this structurally, but is designed as an independent, independently movable or movable system ,
  • the melt flow can be introduced and maintained by means of a negative pressure in the channel and be interrupted again by releasing the negative pressure.
  • at least one vessel is movable in height.
  • the proposal is to make it possible that with the help of the siphon concept a slag-free tapping and / or a fixed arc furnace and generally a slag-free transfer of melt between metallurgical vessels is reliably enabled.
  • the concept should in particular be implemented in a relatively simple way to electric arc furnaces, steel pans, etc. and allow easy maintenance and in particular a quick replacement of the siphon.
  • the system is also intended to allow controllability of the melt flow between the vessels, in particular the beginning and end of the melt flow.
  • the transfer of a melt from an electric arc furnace 1 takes place into a first metallurgical vessel 2 and from there into a second metallurgical vessel 3.
  • the siphon is designated in this and in all other figures with 4 and consists of an inlet channel 5, a connecting channel 6 and an outlet channel. 7
  • a siphon 4 is positioned with refractory lined channels over the two vessels such that the two ends of inlet and outlet channel 5, 7 protrude into the respective melt.
  • a negative pressure is built up at the upper end of the outlet channel 7.
  • the corresponding connection is numbered 8.
  • the melt flow is determined essentially by the height difference between the melts in both vessels 1, 2 and the channel cross sections and can be varied to a certain extent by relative changes in the height of the vessels.
  • FIG. 2 shows the melt flow between two metallurgical vessels, in which the vessel to be filled is empty at the beginning and is filled from the arc furnace.
  • the channel end is temporarily sealed gas-tight in the vessel to be filled.
  • the closure 10 can be realized for example by sheets or plates at the channel end, which are provided with sealing compounds. Release of the melt flow may be accomplished by actively removing or opening the shutter 10, by timely melting of the shutter, or by exceeding a metallostatic pressure threshold above the shutter. It should be noted that the possibly necessary residual evacuation of the melt channel takes place more quickly than the gas volume in the channel rises again by the start of the melt outlet.
  • the vessel to be filled is movable in height and is lowered during the tapping process according to the melt flow steadily down.
  • the outlet end of the melt or outlet channel 7 can also be located outside the melt of the vessel to be filled.
  • the height of the melt in the channel system can be linked by a control unit 12 with the vacuum generation.
  • inert gas 13 can be introduced into the inlet channel 5 of the melt, similar to an RH system (FIG. 3). This accelerates the flow rate and increases the metallurgical purity.
  • a slag detection system 14 may preferably be installed in the inlet channel 5 (for example an induction coil around the channel).
  • the slag transfer can be reduced or avoided to a minimum by rapid gas filling of the melt channel.
  • efficient intervention is significantly less favorable.
  • Another way to detect running slag when emptying a vessel is the detection of the course of the negative pressure in Evacuation channel. If slag is sucked in, this is reflected in a discontinuity of the pressure curve.
  • melt channel in discontinuous use of the channel can be preheated with hot burner gases or spent, for example, in a preheating furnace.
  • the ends of the channels 5, 7, which dip into the melts, should preferably be designed to be exchangeable quickly, since slag attachments can form here over time and the edges of the inlet opening are subject to wear.
  • this can also be used for the slagging, e.g. a fixed arc furnace, are used.
  • the tapping system can be subjected to a gas pressure, wherein upon reaching the boundary layer of the gas pressure increases due to the higher density of the melt. In response to this signal, the system can then be slightly withdrawn, the vacuum for the suction of slag generated and thus the vessel to be detoxified.
  • the transfer of the melt does not require a tilting movement.
  • the melt comes in no significant contact with the ambient air, so that the gas absorption is reduced or prevented.
  • the tapping process or the transfer of melt can be used to improve the metallurgical purity of the melt.
  • the height difference between the melt channel inlet and outlet can be made larger than the metallostatic height in the vessel to be emptied, so that with the same outlet cross-section, a larger mass flow can be achieved.
  • the melt can be purified with a customized system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum schlackenfreien Abstich oder zur Überführung einer Schmelze aus einem metallurgischen Gefäß (1,2,3) in ein anderes metallurgisches Gefäß mit einer siphonartigen, umgekehrt U-förmigen Ausbildung, wobei der Siphon (4) einen Eintrittskanal (5), einen Verbindungskanal (6) sowie einen Austrittskanal (7) aufweist, und der Eintrittskanal (5) und der Austrittskanal (7) in das abgebende bzw. das aufnehmende Gefäß eintauchbar sind. Eine solche Einrichtung soll mit guter Wartbarkeit und hoher Verfügbarkeit geschaffen werden, wobei gleichzeitig Betriebsunterbrechungen für den Austausch eines verschlissenen Abstichsystems vermieden werden sollen. Um das zu erreichen, ist der Siphon (4) als eingeständige, mobile Einheit ausgebildet.

Description

Einrichtung zum schlackenfreien Abstich oder zur Überführung einer Schmelze
Einrichtung zum schlackenfreien Abstich oder zur Überführung einer Schmelze aus einem metallurgischen Gefäß in ein anderes metallurgisches Gefäß, insbesondere aus einem kippbaren oder feststehenden Lichtbogenofen, in siphonartiger Ausbildung mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Um schlackefrei abzustechen, sind seit längerer Zeit einfache Siphonabstiche bekannt, die aber im Wesentlichen aus Gründen der Gasaufnahme der Schmelze beim Abstich und des geringeren Kippbedarfs weitgehend von Bodenabstichen verdrängt wurden. Um die Vorzüge, beider Systeme zu verbinden, wurden Siphonabstiche konzipiert, die in einem Bodenabstich münden ( DE 102 23 906 A1 ).
Dort wird ein Erker besonders gestaltet oder ein separat angebauter Erker ausgeführt, der an eine Anschlusswand des Untergefäßes des Lichtbogenofens angrenzt und über einen Abstichkanal mit diesem verbunden ist. Bei der DE 102 23 906 A1 kann bei druck- und vakuumdichter Abdeckung dieses Erkers, durch Kontrolle des Gasdrucks im Erker, die Abstichgeschwindigkeit der Schmelze geregelt werden bzw. der Abstich gestartet oder unterbrochen werden. Auch aus der EP 1 181 491 B1 ist ein metallurgisches Gefäß bekannt, bei dem ein Siphon integraler Bestandteil des unteren Gefäßteiles ist.
Zur Überführung von Schmelze aus einem feststehenden metallurgischen Gefäß in ein nachfolgendes Gefäß für den nächsten metallurgischen Prozess wird von der Universität Missouri RoIIa eine kaskadenförmige Anordnung von Gefäßen ausgeführt, die feste siphonartige Gefäßgebilde aufweisen, die kontinuierlich betrieben werden sollen.
Bei den aufgeführten Konzepten ist die Zugänglichkeit der Kanäle des Siphons für Instandhaltungsarbeiten schwierig zu realisieren. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass Anfrierungen oder Auswaschungen bei den vorbenannten Systemen zu Funktionsbeeinträchtigungen und langwierigen Stillständen führen. Die Integration von Siphonsystemen ( Missouri RoIIa ) beeinträchtigt die metallurgisch optimale Ausgestaltung der Gefäße zwischen Einschmelzaggregat und Verteiler. Generell wird durch die Integration von Siphonsystemen in oder an die metallurgischen Gefäße der Gestaltungsfreiraum für prozessoptimierte Formgebung der metallurgischen Gefäße eingeschränkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zur schlackefreien Schmelzenüberführung mit guter Wartbarkeit und hoher Verfügbarkeit zu schaffen, mit der sich weiterhin Betriebsunterbrechungen für den Austausch eines verschlissenen Abstichsystems vermeiden lassen. Ermöglicht werden soll femer die Verwendung eines fest stehenden Lichtbogenofens.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Einrichtung dadurch gelöst, dass der Siphon als eigenständige, mobile Einheit ausgebildet ist. Der Kern der Erfindung besteht somit darin, dass der Siphon zur schlackefreien Schmelzenüberführung nicht in das Gefäß zum Einschmelzen oder für die metallurgische Arbeit fest integriert ist, also mit diesem baulich nicht fest verbunden ist, sondern als eigenständiges, unabhängig beweg- oder verfahrbares System ausgebildet ist.
Der Schmelzenfluss kann mittels eines Unterdrucks im Kanal eingeleitet und aufrechterhalten werden und durch Aufheben des Unterdrucks wieder unterbrochen werden. Um den Schmelzenfluss zu steuern und den Schmelzenspiegel im Bereich der feuerfesten Kanalenden zu belassen, wird nach einer bevorzugten Ausführung vorgeschlagen, dass mindestens ein Gefäß in der Höhe verfahrbar ist. Mit dem Vorschlag soll ermöglicht werden, dass mit Hilfe des Siphonkonzeptes ein schlackefreier Abstich und/oder ein feststehender Lichtbogenofen und allgemein eine schlackenfreie Überführung von Schmelze zwischen metallurgischen Gefäßen zuverlässig ermöglicht wird. Weiterhin soll sich das Konzept insbesondere auf relativ einfache Art an Lichtbogenöfen, Stahlpfannen usw. realisieren lassen und auf einfache Art Wartungsarbeiten sowie insbesondere einen schnellen Austausch des Siphons ermöglichen. Das System soll darüber hinaus eine Steuerbarkeit des Schmelzenflusses zwischen den Gefäßen ermöglichen, insbesondere Beginn und Ende des Schmelzflusses.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen die Figuren schematisch verschiedene Varianten der erfindungsgemäßen Einrichtung.
Nach der Figur 1 erfolgt die Überführung einer Schmelze aus einem Lichtbogenofen 1 in ein erstes metallurgisches Gefäß 2 und von dort in ein zweites metallurgisches Gefäß 3. Der Siphon ist in dieser und in allen anderen Figuren mit 4 bezeichnet und besteht aus einem Eintrittskanal 5, einem Verbindungskanal 6 und einem Austrittskanal 7.
In diesem Fall wird ein Siphon 4 mit feuerfest ausgekleideten Kanälen über den beiden Gefäßen derart positioniert, dass die beiden Enden von Eintritts- bzw. Austrittskanal 5, 7 in die jeweilige Schmelze hineinragen. Zwischen dem zu entleerenden und dem zu befüllenden Gefäß 1 , 2 liegt ein Höhenunterschied vor. Um den Schmelzenfluss einzuleiten, wird am oberen Ende des Austrittskanals 7 ein Unterdruck aufgebaut. Der entsprechende Anschluss ist mit 8 beziffert. Der Schmelzenfluss wird im Wesentlichen durch den Höhenunterschied zwischen den Schmelzen in beiden Gefäßen 1 , 2 und den Kanalquerschnitten festgelegt und kann in einem gewissen Maße durch relative Höhenveränderung der Gefäße variiert werden.
Die Figur 2 zeigt den Schmelzenfluss zwischen zwei metallurgischen Gefäßen, bei denen das zu füllende Gefäß zu Beginn leer ist und aus dem Lichtbogenofen befüllt wird.
Zur Erzeugung eines Unterdrucks im Austrittskanal 7, um den Schmelzenfluss zwischen den Gefäßen einzuleiten, wird das Kanalende in dem zu befüllenden Gefäß vorübergehend gasdicht verschlossen. Der Verschluss 10 kann beispielsweise durch Bleche oder Platten am Kanalende realisiert werden, die mit Dichtmassen versehen sind. Die Freigabe des Schmelzenflusses kann durch aktives Erntfernen oder Öffnen des Verschlusses 10, durch zeitgenaues Schmelzen des Verschlusses oder Überschreiten eines Schwellenwertes des metallostatischen Druckes über dem Verschluss realisiert werden. Dabei ist zu beachten, dass die gegebenenfalls notwendige Restevakuierung des Schmelzenkanals schneller erfolgt, als das Gasvolumen im Kanal durch Beginn des Schmelzenaustritts wieder ansteigt. Um bei der Überführung der Schmelze nur einen kleinen Teil des Austrittskanals 7 in die Schmelze eintauchen zu lassen, ist das zu befüllende Gefäß in der Höhe verfahrbar und wird beim Abstichvorgang gemäß dem Schmelzenfluss stetig nach unten abgesenkt. Grundsätzlich kann sich das Auslaufende des Schmelzen- bzw. Austrittskanals 7 aber auch außerhalb der Schmelze des zu befüllenden Gefäßes befinden.
Um den Füllgrad des Schmelzenkanals 7 zu erfassen, wird (wie in Figur 3 dargestellt) beispielsweise an einem Kanal 11 am oberen Ende des Verbindungskanals 6, der auch zur Evakuierung genutzt wird, mittels eines Sensors 15 der Höhenstand der Schmelze im Kanalsystem erfasst. Der erfasste Höhenstand kann von einer Regeleinheit 12 mit der Unterdruckerzeugung verknüpft werden.
Zur Unterstützung der Schmelzenströmung im Kanal kann in den Eintrittskanal 5 der Schmelze, ähnlich wie bei einer RH Anlage, Inertgas 13 eingebracht werden ( Fig. 3 ). Dies beschleunigt die Fließgeschwindigkeit und erhöht den metallurgischen Reinheitsgrad.
Zum Erkennen von mitlaufender Schlacke kann nach Figur 4 vorzugsweise im Eintrittskanal 5 ein Schlackeerkennungssystem 14 installiert werden ( beispielsweise eine Induktionsspule um den Kanal ). Im Falle der Schlackedetektion kann so durch schnelle Gasbefüllung des Schmelzenkanals die Schlackeüberführung auf ein Minimum reduziert oder vermieden werden. Bei herkömmlicher Schlackeerkennung am EAF ist eine effiziente Eingriffsmöglichkeit deutlich ungünstiger.
Eine weitere Möglichkeit zum Erkennen mitlaufender Schlacke beim Entleeren eines Gefäßes ist die Erfassung des Verlaufs des Unterdrucks im Evakuierungskanal. Wird Schlacke mit eingesaugt, zeigt sich dies in einer Unstetigkeit des Druckverlaufs.
Zum Vorheizen des Schmelzenkanals bei unstetigem Einsatz kann der Kanal mit heißen Brennergasen vorgeheizt werden oder beispielsweise in einen Vorwärmofen verbracht werden.
Zur Minimierung des Temperaturabfalls der Schmelze beim Überführen der Schmelze oder zum Einbringen zusätzlicher Wärme in die Schmelze, kann um den Schmelzenkanal, beispielsweise den Verbindungskanal 6, herum eine Induktionsheizung 9 installiert werden, die aufgrund des konstanten Kanaiquerschnitts sehr wirksam ausgeführt werden kann.
Die Enden der Kanäle 5, 7, die in die Schmelzen hineintauchen, sollten vorzugsweise schnell austauschbar ausgeführt sein, da sich hier mit der Zeit Schlackenansätze bilden können und die Kanten der Eintrittsöffnung einem Verschleiß unterworfen sind. •
Bei einer angepassten Ausführungsart des oben beschriebenen Abstichsystems kann dieses auch für das Abschlacken, z.B. eines feststehenden Lichtbogenofens, eingesetzt werden. Zur Erkennung der Grenzschicht zwischen Schlacke und Schmelze kann beispielsweise das Abstichsystem mit einem Gasdruck beaufschlagt werden, wobei beim Erreichen der Grenzschicht der Gasdruck aufgrund der höheren Dichte der Schmelze ansteigt. Beim Ansprechen dieses Signals kann dann das System geringfügig zurückgezogen, der Unterdruck für das Ansaugen der Schlacke erzeugt und somit das Gefäß entschlackt werden.
Die Vorteile, die mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erzielbar sind, lassen sich wie folgt zusammenfassen: Zuverlässiger Siphonbetrieb beim schlackenfreien Abstich eines Lichtbogenofens oder allgemein der Schmelzenüberführung zwischen metallurgischen Gefäßen, wobei der Siphon gut zu warten und gegebenenfalls schnell austauschbar ist.
Das Überführen der Schmelze erfordert keine Kippbewegung.
Beim Überführen der Schmelze kommt die Schmelze in keinen nennenswerten Kontakt mit der Umgebungsluft, so dass die Gasaufnahme verringert bzw. verhindert wird.
Es gibt bei den metallurgischen Gefäßen keine Einschränkungen bei der Nutzung konventioneller Gefäße und auch beim Lichtbogenofen sind nur geringfügige Modifikationen notwendig.
Durch den Unterdruck und ein optionales Eindüsen von Inertgas kann der Abstichvorgang oder das Überführen von Schmelze genutzt werden zur Verbesserung des metallurgischen Reinheitsgrades der Schmelze.
Der Höhenunterschied zwischen Schmelzenkanaleintritt und -austritt kann größer gestaltet werden, als die metallostatische Höhe im zu entleerenden Gefäß, so dass bei gleichem Austrittsquerschnitt ein größerer Massenfluss erreicht werden kann.
Die Schmelze kann mit einem angepassten System entschlackt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zum schlackenfreien Abstich oder zur Überführung einer Schmelze aus einem metallurgischen Gefäß (1 ,2,3) in ein anderes metallurgisches Gefäß mit einer siphonartigen, umgekehrt U-förmigen Ausbildung, wobei der Siphon (4) einen Eintrittskanal (5), einen Verbindungskanal (6) sowie einen Austrittskanal (7) aufweist, und der Eintrittskanal (5) und der Austrittskanal (7) in das abgebende bzw. das aufnehmende Gefäß eintauchbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Siphon (4) als eigenständige, mobile Einheit ausgebildet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Austrittskanal (7) eine regelbare Einrichtung (12) zur Erzeugung eines Unterdrucks in diesem Kanal vorgesehen ist, so dass der Schmelzenfluss im Kanal eingeleitet, aufrecht erhalten und durch Aufheben des Unterdrucks wieder unterbrochen werden kann.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gefäß (1 , 2) in der Höhe um die metallostatische Höhe im zu entleerenden Gefäß verfahrbar ist, so dass bei gleichem Austrittsquerschnitt ein größerer Massenfluss erreichbar ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des Füllgrades der Schmelze dem Kanaisystem ein Sensor (15) zugeordnet ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Höhenstand regelungstechnisch mit der Unterdruckerzeugung verknüpfbar ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,' dass zur Unterstützung der Schmelzenströmung im Eintrittskanal (5) Inertgas (13) einbringbar ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erkennen von mitlaufender Schlacke im Eintrittskanal (5) ein Schlackeerkennungssystem (14) installiert ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schlackenerkennung eine Induktionsspule um den Eintrittskanal (5) oder Verbindungskanal (6) herum angeordnet ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Minimierung des Temperaturabfalls der Schmelze beim Überführen oder zum Einbringen zusätzlicher Wärme in die Schmelze um mindestens einen der Kanäle eine Induktionsheizung (9) installiert ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Eintrittskanals (5) und des Austrittskanals (7) austauschbar ausgebildet sind.
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