DE102008008033A1

DE102008008033A1 - Einrichtung zum schlackenfreien Abstich oder zur Überführung einer Schmelze

Info

Publication number: DE102008008033A1
Application number: DE102008008033A
Authority: DE
Inventors: Norbert Uebber; Manfred Schubert
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2007-08-04
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2009-02-05
Also published as: WO2009018796A1

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 eigenständige, mobile Einheit ausgebildet.

Description

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 Rolla 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 Rolla) 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 ferner 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 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 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 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 (3). Dies beschleunigt die Fließgeschwindigkeit und erhöht den metallurgischen Reinheitsgrad.
Zum Erkennen von mitlaufender Schlacke kann nach 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 Kanalquerschnitts 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10223906 A1 [0002, 0003]
- EP 1181491 B1 [0004]

Claims

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.
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.
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.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des Füllgrades der Schmelze dem Kanalsystem ein Sensor (15) zugeordnet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Höhenstand regelungstechnisch mit der Unterdruckerzeugung verknüpfbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung der Schmelzenströmung im Eintrittskanal (5) Inertgas (13) einbringbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erkennen von mitlaufender Schlacke im Eintrittskanal (5) ein Schlackeerkennungssystem (14) installiert ist.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schlackenerkennung eine Induktionsspule um den Eintrittskanal (5) oder Verbindungskanal (6) herum angeordnet ist.
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.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Eintrittskanals (5) und des Austrittskanals (7) austauschbar ausgebildet sind.