DE19925598A1

DE19925598A1 - Abstichkanal für Schmelzöfen und Gießpfannen

Info

Publication number: DE19925598A1
Application number: DE19925598A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schubert
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2000-12-07
Also published as: TR200103499T2; EP1183398A1; BR0011315A; EG22473A; KR20020016818A; CA2376066A1; CN1353770A; JP2003501608A; WO2000075380A1; MXPA01012411A

Abstract

Beim Abstechen von Schmelze aus einem metallurgischen Schmelzgefäß durch eine im Herdboden angeordnete Abstichöffnung kann ein Hohlwirbel (Vortex) entstehen, der zu einem unerwünschten Schlackenmitlauf führt. Um die Entstehung des Hohlwirbels zu verhindern wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, den Abstichkanal (11) von der Kreisform abweichend und zumindest an der Schmelzeintrittsseite (12) schlitzförmig oder elliptisch auszubilden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abstichkanal zum Abstechen von Metallschmelzen, vorzugsweise Stahlschmelzen, aus metallurgischen Schmelzgefäßen, wie beispielsweise Elektrolichtbogenschmelzöfen, Elektrowiderstandsschmelzöfen oder Gießpfannen durch eine im Gefäßboden angeordnete kanalförmige Abstichöffnung, wobei zum Zeitpunkt des Abstichs die Metallschmelze mit Schlackenschmelze überschichtet ist.

Bei der Durchführung von thermischen metallurgischen Reaktionen an Metallen in metallurgischen Schmelzgefäßen liegen nach Abschluss dieser Reaktionen 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 durch die feuerfeste Zustellung reichende kanalförmige Abstichöffnung angeordnet, durch die die Metallschmelze nach unten in beispielsweise eine Schmelzpfanne abgezogen wird.

Mit fallendem Schmelzbadspiegel bildet sich von der Abstichöffnung ausgehend ein Wirbel (Vortex) aus, der sich bei weiter sinkendem Schmelzbadspiegel zum Hohlwirbel ausbildet, 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 ausgetragen wird.

Die mit der Metallschmelze auf diese Weise in die Schmelzpfanne geförderte oxidische Schlacke bringt Sauerstoff mit und führt beispielsweise zu einem Mehrverbrauch von Aluminium für die erforderliche Desoxidation von synthetischer Schlacke für die Aufnahme der Oxide und von Kalzium für die Modifikation der oxidischen Einschlüsse. Das Oxidationsprodukt Tonerde (Al₂O₃) verschlechtert die Gießeigenschaften der Metallschmelze und der Sauerstoff aus dem FeO in der Schlacke erschwert weiterhin die Entschwefelung und Entgasung.

Um den geschilderten Schlackenmitlauf beim Abstich der Metallschmelze zu reduzieren, sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt.

Eine einfache, aber teure Möglichkeit besteht beispielsweise darin, dass eine relativ große Restmenge an Metallschmelze (zwischen 10 bis 30% des Fassungsvermögens) im metallurgischen Gefäß verbleibt, so dass der Hohlwirbel nicht bis an die Schlackenschmelzschicht heranreicht.

Aus der DE 33 27 671 C1 ist bekannt, einen kegelförmig geformten Strömungskörper - mit der Kegelspitze nach unten - von oben über eine Hubvorrichtung nach unten bis dicht oberhalb 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 29 80 8318 U1 wird schließlich vorgeschlagen, im Gefäßboden um die Abstichöffnung gasdurchlässige 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.

Eine zusammenfassende Darstellung weiterer Möglichkeiten, den Schlackenmitlauf zu unterbinden bzw. einzuschränken wird von H. Hage-Jewasinski und D. Sucker in der Zeitschrift "Stahl und Eisen" 107 (1987) Nr. 23, Seiten 1099 bis 1104 angegeben.

Es sind dies im wesentlichen

- geometrische Maßnahmen am Gefäßboden durch beispielsweise Ausbildung einer schrägen Bodenfläche,
- verfahrenstechnische Maßnahmen durch beispielsweise Einblasen von Gas,
- bauliche Maßnahmen durch beispielsweise Eintauchkörper (Schwimmkörper, Verdrängungskörper).

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Vielzahl der bekannten Maßnahmen zeigt, dass trotz großem apparativen und konstruktiven Aufwand eine zufriedenstellende Verhinderung des Hohlwirbels und damit des Schlackenmitlaufs bisher nicht erreicht worden ist.

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, mit möglichst geringem Kostenaufwand und in möglichst einfacher Weise einen Abstichkanal zu schaffen, der das Auftreten eines den Schlackenmitlauf begünstigenden Hohlwirbels (Vortex) erfolgreich verhindert.

Die gestellte Aufgabe wird bei metallurgischen Schmelzgefäßen der genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die einfache erfindungsgemäße Maßnahme, die kanalförmige Abstichöffnung zumindest schmelzseitig von der Kreisform abweichend schlitzförmig bis elliptisch auszubilden, kann sich ein Hohlwirbel erst gar nicht ausbilden, da eine kreisförmige Strömung der ausfließenden Schmelze durch diese schlitzförmige Ausbildung des Abstichkanalquerschnitts von Anfang an verhindert wird.

Die Abmessung des Abstichkanalquerschnitts entspricht dabei einem Verhältnis von Länge l zur Breite b von 2 : 1 bis 5 : 1, vorzugsweise 3 : 1 an der Schmelzeintrittsseite des Austrittskanals. Dieser Austrittskanalquerschnitt kann entsprechend der Erfindung über seine gesamte Länge beibehalten sein, kann sich aber auch in Richtung zur Schmelzaustrittsseite hin stetig verändern und schließlich in die Kreisform mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von 1 : 1 übergehen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von in Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Körperelements eines Herdbodens mit einem Abstichkanal nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Körperelement entsprechend Fig. 1,

Fig. 3 ein Vertikalschnitt entsprechend der Linie A-A der Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Körperelements eines Herdbodens mit einem Abstichkanal nach der Erfindung,

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Körperelement entsprechend Fig. 4,

Fig. 6 einen Vertikalschnitt entsprechend der Linie A-A der Fig. 5,

Fig. 7 einen Vertikalschnitt entsprechend der Linie 8-8 der Fig. 5.

In Fig. 1 ist ein Körperelement 1 eines Herdbodens dargestellt, das einen Abstichkanal 2 nach dem Stand der Technik enthält. Der Querschnitt des Abstichkanals 2 ist durchgehend kreisrund und von gleicher Größe, d. h. die Querschnittsfläche 3 an der Schmelzeintrittsseite 4 des Herdbodens entspricht der Querschnittsfläche 6 an der Schmelzaustragsseite 5 des Herdbodens.

In Fig. 2 ist dieses Körperelement 1 in einer Draufsicht und in Fig. 3 entsprechend der Linie A-A der Fig. 2 in einem Vertikalschnitt dargestellt, woraus nochmals in klarer Weise die runde Form des Abstichkanals über seine gesamte Länge deutlich hervorgeht.

In Fig. 4 ist ein Körperelement 10 eines Herdbodens dargestellt, das einen Abstichkanal 11 gemäß der Erfindung aufweist. Der Abstichkanal 11 ist an der Schmelzeintrittsseite mit einem schlitzförmigen Querschnitt 13 ausgebildet, wobei das Verhältnis der Länge L zur Breite B des Querschnitts 13 (Schlitzlänge L zur Schlitzbreite 8) in diesem dargestellten Beispiel 3 : 1 beträgt. Zur Schmelzaustragsseite 14 hin verändert sich der Querschnitt 13 stetig und endet mit Abstand zur Schmelzaustrittsseite 14 hin in eine kreisrunde Querschnittsflächenform 15, die dann bis zur Schmelzaustrittsseite 14 beibehalten wird. Der Durchmesser der kreisrunden Querschnittsfläche 15 ist dabei so dimensioniert, dass die Größe der unteren kreisrunden Fläche 15 der Größe der schlitzförmigen Fläche 13 entspricht. Dadurch ist gewährleistet, dass durch die Veränderung der Querschnittsfläche keine Einschnürung im Abstichkanal 11 erfolgt, die das Ausfließen der Schmelze behindern würde.

Die in Fig. 4 perspektivisch dargestellten Verhältnisse sind in Fig. 5 in einer Draufsicht des Körperelements 10 und in Fig. 6 als Vertikalschnitt entsprechend der Linie A-A der Fig. 5 dargestellt. Fig. 7 zeigt einen Vertikalschnitt entsprechend der Linie B-B der Fig. 5. Insbesondere wird durch die Darstellung an der Fig. 5, 6 und 7 deutlich, dass die Flächengröße der unteren runden Querschnittsfläche 15 in etwa der Flächengröße der oberen schlitzförmigen Querschnittsfläche 13 entspricht und weiterhin, bis zu welchem Abstand von der Schmelzaustrittsfläche 14 sich die schlitzförmige Querschnittsfläche 13 zur unteren runden Querschnittsfläche 15 beispielhaft stetig verändert.

Die Ausbildung des Abstichkanals ist gemäß der Erfindung nicht auf das in den Fig. 4 bis 7 dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann je nach den Gegebenheiten des metallurgischen Schmelzgefäßes in weiten Grenzen variiert werden, wenn zumindest schmelzseitig eine Abweichung der Querschnittsfläche des Abstichkanals von der kreisrunden Form vorgenommen wird.

Claims

1. Abstichkanal zum Abstechen von Metallschmelzen, vorzugsweise Stahlschmelzen, aus metallurgischen Schmelzgefäßen, wie beispielsweise Elektrolichtbogenschmelzöfen, Elektrowiderstandsschmelzöfen oder Gießpfannen, durch eine im Gefäßboden angeordnete kanalförmige Abstichöffnung, wobei zum Zeitpunkt des Abstichs die Metallschmelze mit Schlackenschmelze überschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (13, 15) des Abstichkanals (11) zumindest schmelzeintrittseitig, abweichend von der Kreisform schlitzförmig bis elliptisch ausgebildet ist.

2. Abstichkanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Länge (l) zur Breite (b) des Querschnitts deutlich von 1 : 1 abweichend 2 : 1 bis 5 : 1, vorzugsweise 3 : 1 beträgt.

3. Abstichkanal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (13, 15) des Abstichkanals (11) nur in seinem oberen Bereich, der Schmelzeintrittsseite (12), schlitzförmig bis elliptisch ausgebildet ist und sich dann zum unteren Bereich, der Schmelzaustrittsseite (14) hin stetig der Kreisform nähert und vorzugsweise schließlich in die Kreisform übergeht.