DE19919378A1 - Metallurgisches Gefäß mit einer Abstichvorrichtung und Verfahren zum kontrollierten, schlackenfreien Abziehen von flüssigem Metall aus diesem Gefäß - Google Patents

Abstract

Bei einem metallurgischen Gefäß (1) mit einer Abstichvorrichtung (5) zum kontrollierten, schlackenfreien Abziehen von flüssigem Metall (3) nach dem Prinzip eines Flüssigkeitshebers aus einem in dem Gefäß (1) befindlichen Metallschmelzbad (3) durchdringt ein erster Schenkel (11) eines in Form eines umgekehrten U oder V ausgebildeten Abflußrohres (10) die feuerfeste Gefäßwand (15) und eine Überlaufkante (14) im Verbindungsbereich der beiden Schenkel (11, 12) des Abflußrohres (10) liegt höher als die Oberkante (18) der Abflußrohr-Eintrittsöffnung (17). Die Metallschmelze (3) im Abflußrohr (10) ist vorzugsweise induktiv beheizbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein metallurgisches Gefäß mit einer Abstichvorrichtung zum kontrollierten, schlackenfreien Abziehen von flüssigem Metall nach dem Prinzip eines Flüssigkeitshebers gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1. Außerdem bezieht sie sich auf ein Verfahren unter Verwendung einer solchen Abstichvorrichtung.

Durch die WO 86/04980 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überleiten einer vorgegebenen Menge flüssigen Metalls aus einem ein Metallschmelzbad enthaltenden Aufnahmebehälter mittels eines feuerfest ausgekleideten Abflußrohres bekannt geworden, bei denen das Prinzip eines Flüssigkeitshebers ausgenutzt wird. Das Abflußrohr ist in Form eines umgekehrten U oder V mit zwei nach unten weisenden Schenkeln ausgebildet, von denen der erste eine Eintrittsöffnung und der zweite eine durch eine Verschlußvor­ richtung gasdicht verschließbare Austrittsöffnung für das flüssige Metall aufweist. Im oberen Bereich des Abflußrohres ist ein mit einer Vakuumvorrichtung verbindbarer, feuerfest ausgekleideter Rohrstutzen vorgesehen, der wahlweise über ein erstes Ventil an die Vakuumvorrichtung anschließbar oder über ein zweites Ventil mit der freien Atmo­ sphäre verbindbar ist. Zum Überleiten einer vorgegebenen Menge flüssigen Metalls aus dem ein Metallschmelzbad enthaltenden Gefäß, insbesondere einem Schmelzofengefäß, wird der erste Schenkel des Abflußrohres, dessen zweiter Schenkel durch die Verschluß­ vorrichtung gasdicht verschlossen ist, in das Metallschmelzbad eingetaucht, das als Belüftungsventil wirkende zweite Ventil geschlossen und das erste Ventil zur Verbindung des Abflußrohres mit der Vakuumvorrichtung geöffnet. Durch den Vakuumsog der Vakuumvorrichtung wird die Metallschmelze im ersten Schenkel hochgezogen und läuft über eine Überlaufkante im Verbindungsbereich der beiden Schenkel in den zweiten Schenkel. Wenn dieser gefüllt ist, wird die Verschlußvorrichtung des zweiten Schenkels geöffnet, und das flüssige Metall nach dem Prinzip des Flüssigkeitshebers in den Aufnah­ mebehälter, vorzugsweise eine Pfanne, übergeleitet. Durch Schließen des ersten Ventils, das die Verbindung zur Vakuumvorrichtung herstellt, und Öffnen des zweiten Ventils, das als Belüftungsventil wirkt, kann der Durchfluß durch das Abflußrohr unterbrochen werden, so daß ein kontrolliertes, schlackenfreies Abziehen der Metallschmelze möglich ist. Um beim Eintauchen des ersten Schenkels in das Metallschmelzbad durch eine Schlacken­ schicht hindurch den Eintritt von Schlacke in das Abflußrohr zu verhindern, wird die Eintrittsöffnung vor dem Eintauchen in das Metallschmelzbad durch ein Blech verschlos­ sen, das nach dem Eintauchen schmilzt und die Eintrittsöffnung freigibt. Zum Schutz der Verschlußplatte der Verschlußvorrichtung wird vor dem Abstechen des Ofengefäßes körniges ff-Material in den zweiten Schenkel gefüllt, der im übrigen im unteren Bereich eine Verengung aufweist.

Durch die DE-C 605 701 ist ein Saugheber zum Entleeren von thermischen Bädern bekannt geworden, bei dem in das von einem Heizmantel umgebene Saugrohr eine Ejektor­ düse eingebaut ist, die zusammen mit dem Saugrohr beheizt wird. Durch die Ejektordüse wird ein Unterdruck erzeugt, mit dem der Vorgang zum kontrollierten Abziehen der Flüssigkeit aus dem Gefäß eingeleitet wird.

Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Abziehen von flüssigem Metall nach dem Prinzip eines Flüssigkeitshebers wird ein Schenkel des in Form eines umgekehrten U oder V ausgebildeten Abflußrohres in das Metallschmelzbad eingetaucht. Der obere Umlenkbereich des Abflußrohres liegt oberhalb des Gefäßrandes. Die Metallschmelze muß deshalb zur Einleitung des Abstichvorganges um mehr als die Höhendifferenz zwischen dem Gefäßrand und dem Metallschmelzspiegel angehoben werden. Dies ist bei dem hohen spezifischen Gewicht einer Metallschmelze - Flüssigstahl hat beispielsweise ein spezifi­ sches Gewicht von 6,9 g/cm³ - nur bis zu einer Höhe unterhalb 1,5 m möglich. Aus diesem Grund haben die bekannten Verfahren und Vorrichtungen bei modernen Schmelzö­ fen keine praktische Bedeutung erlangt.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem metallurgischen Gefäß mit einer Abstichvor­ richtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 unabhängig von der Gefäß­ größe ein sicheres kontrolliertes schlackenfreies Abziehen von flüssigem Metall nach dem Prinzip des Flüssigkeitshebers zu ermöglichen. Es sollen verschiedene Modifikationen der Abstichvorrichtung angegeben werden, bei denen ein Einleiten des Abstichvorganges mit geringem Unterdruck oder sogar ohne Unterdruck möglich ist, so daß eine Vakuumvor­ richtung zur Einleitung des Abstichvorganges überflüssig wird. Schließlich soll auch ein Verfahren zum kontrollierten schlackenfreien Abziehen von flüssigem Metall aus einem metallurgischen Gefäß unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung angegeben werden.

Das erfindungsgemäße metallurgische Gefäß mit einer Abstichvorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Abstichvor­ richtung sind den Ansprüchen 2 bis 24 zu entnehmen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des Anspruches 25 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind den restlichen Ansprüchen zu entnehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist das Abflußrohr mit einem Schenkel in die Gefäß­ wand integriert und die Höhe der Überlaufkante im Verbindungsbereich der beiden Schenkel des Abflußrohres so festgelegt, daß auch bei dem großen spezifischen Gewicht einer Metallschmelze zur Einleitung des Abstichvorganges nur ein geringer Unterdruck ei­ ner Vakuumvorrichtung erforderlich ist oder auf die Vakuumvorrichtung zur Einleitung des Abstichvorganges verzichtet werden kann. Hierbei wird durch ein Belüftungsventil oder durch die Verschlußvorrichtung ein schneller Abbruch des Abstichvorganges zu jeder Zeit ermöglicht, so daß sichergestellt werden kann, daß mit dem Abziehen des flüssigen Metalls keine Schlacke aus der auf der Metallschmelze schwimmenden Schlackenschicht mitgezo­ gen wird.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein metallurgisches Gefäß mit einer Abstichvorrichtung im Schnitt und

Fig. 2 den die Abstichvorrichtung enthaltenden Teil des Gefäßes mit einigen Modifi­ kationen in vergrößerter Darstellung.

Als Beispiel eines metallurgischen Gefäßes ist in Fig. 1 das Ofengefäß 1 eines Lichtbogen­ ofens im Schnitt dargestellt. Das Ofengefäß 1 besteht aus einem, den gemauerten Ofenherd bildenden Gefäßunterteil 2 zur Aufnahme der Schmelze 3 und aus einem Gefäßoberteil 4, das aus wassergekühlten Elementen gebildet ist. Bei der Darstellung nach Fig. 1 befindet sich auf der linken Seite des Ofengefäßes eine Abstichvorrichtung 5 und auf der rechten Seite eine mittels einer Schlackentüre 6 verschließbare Schlackenöffnung 7. Der Boden des Gefäßunterteils 2 fällt zur Abstichvorrichtung 5 hin ab. An der tiefsten Stelle der Boden­ kontur 8 befindet sich ein Bodenabstich 9 üblicher Bauart, der dann benutzt wird, wenn das Ofengefäß beispielsweise vor einem Ofenstillstand zwecks Reparatur oder Neuzustel­ lung vollständig entleert werden soll. Das Ofengefäß kann in bekannter Weise in Richtung der Abstichvorrichtung 5 kippbar ausgebildet sein. Die Abstichvorrichtung gemäß der Erfindung macht ein Kippen des Gefäßes jedoch nicht erforderlich, so daß sich konstrukti­ ve Maßnahmen zum Kippen des Ofengefäßes und im Falle von Schrottvorheizschächten zum Anheben des Schachtes vor dem Kippen des Ofengefäßes erübrigen. Bei einem feststehenden Ofen können dann auch die Wasserkühlelemente an der Abstichseite gleich lang wie die übrigen Wasserkühlelemente ausgebildet werden, so daß weitere Einsparungen an feuerfestem Material in der Gefäßwand möglich sind.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ofengefäß 1 enthält die nach dem Prinzip eines Flüssigkeitshebers ausgebildete Abstichvorrichtung 5 ein feuerfest ausgekleidetes Ab­ flußrohr 10, das in Form eines umgekehrten V mit zwei nach unten weisenden, oben verbundenen Schenkeln 11 und 12 ausgebildet ist. Im Verbindungsbereich 13 der beiden Schenkel ist innerhalb des Abflußrohres 10 eine Überlaufkante 14 für das flüssige Metall 3 definiert. Der erste Schenkel 11 des Abflußrohres durchdringt die feuerfeste Gefäßwand 15 des Gefäßunterteils 2 vom Ofeninneren aus gesehen schräg ansteigend. Der zweite Schenkel 12 liegt außerhalb des Ofengefäßes 1 und weist parallel zur Gefäßwand 15 senkrecht nach unten. Aus Fertigungs- und Wartungsgründen ist der außerhalb der feuerfe­ sten Gefäßwand 15 liegende Bereich der Abstichvorrichtung 5 mittels eines Flansches 16 mit dem die feuerfeste Gefäßwand durchdringenden Abschnitt des Abflußrohres (10) verbunden.

Der erste Schenkel 11 des Abflußrohres 10 weist eine Eintrittsöffnung 17 mit einer Oberkante 18 auf, durch die in der Arbeitsposition des Gefäßes 1, d. h. in der in Fig. 1 dargestellten Position, eine Höhe h0 definiert ist. Als Arbeitsposition wird bei kippbaren Öfen die Position im nichtgekippten Zustand bezeichnet, bei feststehenden Öfen ändert sich die Arbeitsposition nicht. Soweit in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit Höhenangaben nichts besonderes erwähnt ist, beziehen sich diese stets auf die so definierte und in Fig. 1 dargestellte Arbeitsposition des Gefäßes.

Der zweite Schenkel 12 des Abflußrohres 10 weist eine durch eine Verschlußvorrichtung 19 verschließbare Austrittsöffnung 20 für das flüssige Metall 3 auf, die tiefer als die Oberkante 18 der Eintrittsöffnung 17 des Abflußrohres 10 auf einer mit hA bezeichneten Höhe liegt. Die Verschlußvorrichtung 19 ist nur schematisch durch eine Verschlußplatte 21 dargestellt, die mittels eines Antriebs wiederholt aus einer am Rand der Austritts­ öffnung 20 anliegenden Schließposition in eine die Austrittsöffnung 20 freigebende Freiga­ beposition und aus der Freigabeposition in die Schließposition bewegbar ist. Wird der Abstichvorgang über eine im zweiten Schenkel 12 vom vorhergehenden Abstichvorgang zurückgehaltene Restmenge oder eine vorher über die Überlaufkante 14 des Abflußrohres zugeflossene Überlaufmenge der Metallschmelze 3 eingeleitet, dann sind hinsichtlich der Dichtigkeit des Verschlusses durch die Verschlußvorrichtung keine besonderen Anforde­ rungen zu stellen. Wird zur Einleitung des Abstichvorganges bei einem leeren, zweiten Schenkel 12 eine Vakuumeinrichtung eingesetzt, dann ist, um die Wirkung des Vakuumso­ ges nicht wesentlich zu vermindern, auf einen gasdichten Verschluß der Verschlußvor­ richtung 19 zu achten. Keramikschieber und Verschlußvorrichtungen, bei denen die Ver­ schlußplatte an die Austrittsöffnung gegebenenfalls unter Verwendung einer Dichtung ange­ preßt wird, sind hierfür in besonderer Weise geeignet.

Der zweite Schenkel 12 des Abflußrohres 10 ist unten durch ein Schutzrohr 22 verlängert, das beim Abstechen des Ofengefäßes 1 in eine Pfanne den Metallstrahl umgibt und ihn somit gegenüber der freien Atmosphäre abschirmt.

Um innerhalb des Abflußrohres Turbulenzen der Flüssigkeitsströmung weitgehend zu verhindern, ist der Durchflußquerschnitt des Abflußrohres verhältnismäßig groß ausgebil­ det und kurz vor der Austrittsöffnung 20 ein den Durchfluß begrenzender Abschnitt 23 mit verringertem Durchflußquerschnitt vorgesehen. Da dieser Abschnitt aufgrund der höheren Durchflußgeschwindigkeit besonders beansprucht ist, ist er als selbständiger, auswechsel­ barer Abschnitt ausgebildet (nicht dargestellt). Abgesehen von dem Abschnitt mit ver­ ringertem Durchflußquerschnitt, der zur Ausbildung eines Strahls mit kreisförmigem Querschnitt einen kreisförmigen Durchflußquerschnitt aufweist, ist bei dem Ausführungs­ beispiel der Durchflußquerschnitt des Abflußrohres zumindest im Bereich der Eintrittsöff­ nung 17 des ersten Schenkels 11 rechteckig oder oval mit größerer Breite als Höhe ausgebildet, damit die den beim Abstich zurückbleibenden Flüssigkeitssumpf bestimmende Oberkante 18 der Eintrittsöffnung 17 möglichst weit unten liegt. Abmessungen des lichten Querschnitts der Eintrittsöffnung mit einer Breite von etwa 30 cm und einer Höhe von etwa 20 cm haben sich als vorteilhaft erwiesen.

Um im Hinblick auf ein ungehindertes Abfließen der Schmelze beim Abstichvorgang eine im Abflußrohr vorhandene Metallschmelze im flüssigen Zustand zu halten oder eine eingefrorene Restschmelze wieder zu verflüssigen, ist das Abflußrohr bzw. eine im Abflußrohr befindliche Metallschmelze mittels einer Heizvorrichtung beheizbar. Im dargestellten Fall ist eine induktive Heizung mittels einer ersten, den ersten Schenkel 11 des Abflußrohres 10 umgebenden Induktionsspule 24 und einer zweiten, den zweiten Schenkel 12 des Abflußrohres 10 umgebenden Induktionsspule 25 vorgesehen. Die Induk­ tionsspulen sind getrennt mit Wechselstrom beaufschlagbar, so daß je nach Bedarf eine im ersten Schenkel 11 oder eine im zweiten Schenkel 12 befindliche Metallschmelze aufge­ heizt werden kann. Zwischen den Windungen der Induktionsspulen 24 und 25 und den Schenkeln 11 und 12 des feuerfest ausgekleideten Abflußrohres 10 sind Isolierschichten 26 vorgesehen, um den Wärmefluß vom Abflußrohr zu den gekühlten Windungen der Induk­ tionsspulen 24 und 25 zu verringern. Im stromlosen Zustand können die zwangsgekühlten Windungen der Induktionsspulen 24 und 25 auch zum Abkühlen einer im Abflußrohr zurückgehaltenen Metallschmelze benutzt werden. In diesem Fall wird auf die Isolier­ schichten 26 verzichtet.

Im Verbindungsbereich 13 der beiden Schenkel 11 und 12 des Abflußrohres 10 sind bei dem Ausführungsbeispiel jeweils fluchtend zu dem betreffenden Schenkel mit ff-Material ausgekleidete Rohrstutzen 27 bzw. 28 vorgesehen. Der mit dem ersten Schenkel 11 fluchtende erste Rohrstutzen 27 ist mittels eines Flansches 29 gasdicht verschließbar. Der mit dem zweiten Schenkel 12 fluchtende zweite Rohrstutzen 28 ist über einen zweiten Flansch 30 an wenigstens eine externe Vorrichtung anschließbar. Zu diesem Zweck ist der zweite Flansch 30 mit einem Anschlußrohr 31 versehen, an das über ein erstes Ventil 32 eine in Fig. 2 symbolisch dargestellte Vakuumvorrichtung 39 anschließbar ist. In einer Abzweigung des Anschlußrohres 31 befindet sich ein zweites Ventil, das als Belüftungs­ ventil 33 bezeichnet ist, da beim Öffnen dieses Ventils eine Verbindung zur freien Atmo­ sphäre hergestellt werden kann. Zur Verminderung des freien Volumens im Verbindungs­ bereich 13 der beiden Schenkel 11 und 12 sind an den Innenseiten der Flansche 29 und 30 feuerfeste Stopfen 34 und 35 angebracht. Beim Entfernen der Flansche 29 und 30 ist das Innere der mit den betreffenden Rohrstutzen fluchtenden Schenkel 11 bzw. 12 für In­ spektions- und Wartungszwecke zugänglich. Wenigstens einer der Rohrstutzen kann auch dazu verwendet werden, entweder anstelle der Induktionsheizung oder zusätzlich zu dieser einen Brenner als Heizvorrichtung für das Abflußrohr bzw. eine im Abflußrohr befindliche Metallschmelze anzuschließen.

In Fig. 2, die den die Abstichvorrichtung enthaltenden Teil des Gefäßes in vergrößerter Darstellung zeigt, sind einige Modifikationen und Zusatzeinrichtungen dargestellt, die die Arbeitsweise der Abstichvorrichtung bei einigen Varianten begünstigen.

In der Nähe der Eintrittsöffnung 17 des Abflußrohres 10 ist ein über eine Druckgasleitung an eine Druckgasquelle anschließbarerer poröser Spülstein 36 vorgesehen, der zum Einleiten eines Gases, vorzugsweise eines inerten Gases, wie Argon, von unten in das Innere, d. h. in den Durchflußkanal des Abflußrohres 10, mündet. Durch Einleiten von Gas, das im ersten Schenkel 11 nach oben steigt und über das geöffnete Belüftungsventil 33 entweichen kann, wird Schmelze 3 mitgerissen und damit das flüssige Metall im ersten Schenkel bis über die Überlaufkante 14 angehoben. Dieser Mitzieheffekt kann ersatzweise oder ergänzend zu einem durch die Vakuumvorrichtung 39 verursachten Vakuumsog eingesetzt werden.

Alternativ oder ergänzend zur induktiven Heizung des ersten Schenkels kann auch ein Erstarren der Schmelze in diesem Schenkel dadurch verhindert werden, daß in der Nähe der Abflußrohr-Eintrittsöffnung 17 ein zweiter, über eine Druckgasleitung an eine Druck­ gasquelle anschließbarer, poröser Spülstein 37 vorgesehen werden, der an der Oberseite des Abflußrohres in den Durchflußkanal mündet, und mit dem eine Zirkulation des flüssigen Metalls im Durchflußkanal des ersten Schenkels erzielbar ist. Hierdurch wird heißes Metall aus dem Gefäß 2 in den kälteren Bereich des ersten Schenkels geleitet, und damit ein Einfrieren in diesem Bereich entgegengewirkt. Es ist auch möglich, einen porösen Spülstein im Boden des Gefäßunterteils 2, beispielsweise an einer ähnlichen Stelle wie den Bodenabstich 9 in der Nähe der Abflußrohr-Eintrittsöffnung 17 vorzusehen, um durch Zirkulation in diesem Bereich einer Abkühlung entgegenzuwirken.

Um bei Einsatz einer Vakuumvorrichtung 39 zu verhindern, daß bei maximalem Bad­ spiegel h3 im Gefäß der Badspiegel h4 im Verbindungsbereich 13 des Abflußrohres 10 so weit angehoben wird, daß er in die Zuleitung zur Vakuumvorrichtung oder in einen an den Rohrstutzen 27 angeschlossenen Brenner gelangt, ist eine in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnete Vorrichtung vorgesehen zum Erfassen und Steuern der Höhe des Bad­ spiegels h4 in Verbindungsbereich 13 der beiden Schenkel 11 und 12 des Abflußrohres 10. Diese Vorrichtung 40 enthält einen, die Höhe des Badspiegels h4 erfassenden Niveaufüh­ ler, dessen Ausgangssignal über einen Regelkreis z. B. den Unterdruck der Vakuumvor­ richtung 39 regelt. Der im Verbindungsbereich 13 der beiden Schenkel 11 und 12 wirken­ de Unterdruck kann auch unter Einsatz einer einen konstanten Unterdruck liefernden Vakuumvorrichtung 39 dadurch geregelt werden, daß die vom Niveaufühler gelieferten Steuersignale einem Regelventil 38 zugeführt werden, durch das in den Ansaugbereich der Vakuumvorrichtung 39 kontrolliert Falschluft zur Aufrechterhaltung des als Sollwert eingestellten Pegels h4 zugeführt wird. Die Regelvorrichtung zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Höhe des Badspiegels h4 erübrigt sich, falls die Länge der Rohrstutzen 27 und 28 so groß bemessen wird, daß die gefährdeten Elemente stets oberhalb der maxima­ len Saughöhe der Metallschmelze liegen.

Wird die Abstichvorrichtung 5 so ausgestaltet und betrieben, daß bei jedem Abstich der zweite Schenkel völlig entleert wird, dann wird vorzugsweise, wie aus der einleitend genannten WO 86/04980 bekannt, nach dem Abstich und erneutem Verschließen der Austrittsöffnung 20 des Abflußrohres 10 mittels der Verschlußplatte 21 von oben körniges ff-Material in den zweiten Schenkel gefüllt. In diesem Fall wird der zweite Rohrstutzen 28, der mit dem zweiten Schenkel 12 des Abflußrohres 10 fluchtet, dazu benutzt, über eine geeignete Zuleitung und Dosiervorrichtung einen Behälter mit körnigem ff-Material als externe Vorrichtung anzuschließen. Das Anschlußrohr 31 für den Anschluß einer Vakuum­ vorrichtung und die Verbindungsmöglichkeit zur freien Atmosphäre über das Belüftungs­ ventil 33 kann dann dem ersten Flansch 29 zugeordnet werden, der mit dem ersten Schenkel 11 des Abflußrohres 10 fluchtet.

Im Hinblick auf die Einleitung und Durchführung des Abstichvorganges sind je nach Ausgestaltung der Abstichvorrichtung 5 mehrere Modifikationen möglich, von denen im folgenden die wesentlichsten erläutert werden.

Hierbei spielen die in Fig. 1 eingetragenen Höhenangaben h1 bis h7 und hA eine Rolle. Die in der Beschreibung bereits gegebenen Definitionen für diese Höhenangaben werden im folgenden nochmals zusammengefaßt und ergänzt. Die Höhenangaben beziehen sich bei einem kippbaren Gefäß auf den nichtgekippten Zustand, der in dieser Anmeldung als Arbeitszustand bezeichnet ist. Es bedeuten
hA = Höhe der durch die Verschlußplatte 21 verschließbaren Austrittsöffnungen 20 des Abflußrohres 10
h0 = Höhe der Oberkante 18 der Abflußrohreintrittsöffnung 17
h1 = Höhe der Bodenkontur 8 vor der Eintrittsöffnung 17
h2 = Höhe der Überlaufkante 14
h3 = Höhe des maximal zulässigen Badspiegels der Metallschmelze 3
h4 = Höhe der Metallschmelze im Verbindungsbereich 13 des Abflußrohres 10
h5 = Höhe der Oberfläche einer auf dem Schmelzbad schwimmenden Schlacken­ schicht 36
h6 = Höhe des Abschlusses durch die Stopfen 34 und 35 im Verbindungsbereich der beiden Schenkel 11 und 12, und
h7 = Höhe des Badspiegels der Metallschmelze, bei dem durch Einlaufwirbel ein Einziehen von Schlacke in das Abflußrohr (10) erfolgt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Abstichvorrichtung liegt die Höhe h2 der Überlaufkante 4 etwa auf der gleichen Höhe wie der maximal zulässige Badspiegel h3 der Metallschmelze 3. Da auf der Metallschmelze 3 im Gefäß 1 die Schlackenschicht 36 lastet, ist die Höhe h4 des Badspiegels der Metallschmelze 3 im Abflußrohr etwas größer als h3. Dies bedeutet, daß kurz vor dem Erreichen des maximalen Badspiegels h3 im Gefäß 1 Schmelze aus dem ersten Schenkel 11 in den zweiten Schenkel 12 überläuft und diesen Schenkel des Ab­ flußrohres 10 füllt. Dieser Zustand kurz vor dem Abstich ist in Fig. 1 dargestellt. Das freie Volumen im Verbindungsbereich 13 ist aufgrund eines geringen Unterschiedes zwischen den Höhen H6 und H4 kleingehalten. Wenn in diesem Zustand durch Öffnen des Belüftungsventils 33 im Freiraum des Verbindungsbereiches 13 Atmosphärendruck herge­ stellt wird und danach das Belüftungsventil geschlossen wird, wird ohne die Notwendigkeit einer Vakuumvorrichtung nach Freigabe der Austrittsöffnung 20 durch die Verschlußplatte 21 beim Abfließen der im zweiten Schenkel 12 vorhandenen Metallschmelze die im ersten Schenkel 11 vorhandene Metallschmelze nachgezogen und mit dieser Schmelze aus dem Gefäß 1. Der Abfluß nach dem Prinzip eines Flüssigkeitshebers erfolgt so lange, bis Schlacke und mit dieser Luft aus der mit dem Schmelzbadspiegel sinkenden Schlacken­ schicht 36 über die Oberkante 18 der Einflußrohr-Eintrittsöffnung 17 in das Abflußrohr eingezogen wird. Wenn der Badspiegel der Metallschmelze 3 im Gefäß 1 die Höhe h0 erreicht hat, wird der Abstichvorgang durch das Einziehen von Schlacke und Luft automa­ tisch beendet, wobei allerdings geringe Mengen an Schlacke in das Abflußrohr und damit in das abgezogene Metall gelangen.

Aufgrund von Einlaufwirbeln oberhalb der Oberkante 18 der Abflußrohr-Eintrittsöffnung 17 werden geringe Mengen an Schlacke bereits in das Abflußrohr eingezogen, bevor der Badspiegel der Metallschmelze 3 die Höhe h0 erreicht hat. Die Höhe, bei der der Einzug von Schlacke durch Einlaufwirbel beginnt, ist mit h7 bezeichnet. Wenn jeglicher Zustrom von Schlacke verhindert werden soll, muß deshalb der Abstichvorgang beendet werden, wenn der Badspiegel der Metallschmelze 3 die Höhe h7 erreicht hat. Die zwangsweise Beendigung des Abstichvorganges kann entweder durch Schließen der Austrittsöffnung 20 des Abflußrohres 10 mittels einer geeigneten Verschlußvorrichtung 19 erfolgen, oder auch durch Öffnen des Belüftungsventils 33, d. h. durch Falschluftzufuhr in den Verbindungs­ bereich 13 der beiden Schenkel 11 und 12. Im erstgenannten Fall bleibt der zweite Schen­ kel 12 mit einer Restmenge an Metallschmelze wenigstens teilweise gefüllt, im zweitge­ nannten Fall entleert sich der zweite Schenkel 12 vollständig.

Wie beschrieben, genügt für die Einleitung und Durchführung des Abstichvorganges eine im zweiten Schenkel 12 vorhandene Menge an Schmelze, wenn der beim Ablauf dieser Schmelze verursachte Sog ausreicht, die Schmelze 3 aus dem Gefäß über den ersten Schenkel in den zweiten Schenkel nachzuziehen. Wesentlich hierbei sind die Größe des Freiraums im Verbindungsbereich 13 der beiden Schenkel 11 und 12 und das Volumen der bei Einleitung des Abstichvorganges im zweiten Schenkel 12 vorhandenen Metallschmelze. Schließlich spielen auch die Strömungsverhältnisse im Abflußrohr, die durch die Ver­ kleinerung des Durchflußquerschnittes vor der Austrittsöffnung 20 beeinflußbar sind, eine wesentliche Rolle.

Wenn mit der erfindungsgemäßen Abstichvorrichtung nur ein Abstich jeweils bei Erreichen des maximalen Badspiegels h3 beabsichtigt ist, dann kann der Abstichvorgang bei den in Fig. 1 dargestellten Höhenverhältnissen, wie beschrieben, ohne Einsatz einer Vakuumvor­ richtung alleine durch die im zweiten Schenkel 12 vorhandene Restmenge oder Über­ laufmenge an Schmelze erfolgen, wobei diese ggf. durch die Heizvorrichtung 24, 25 in einen flüssigen Zustand zu versetzen ist.

Wird, beispielsweise durch Verringerung des Neigungswinkels des ersten Schenkels 11, die Höhe h2 der Überlaufkante 14 niedriger als die Höhe h3 des maximalen Schmelzbad­ spiegels angeordnet, dann ist ein Überlauf der Metallschmelze 3 in den zweiten Schenkel 12 auch dann gewährleistet, wenn der Badspiegel der Metallschmelze im Gefäß 1 unterhalb der maximalen Höhe h3 liegt, nämlich solange, bis der Badspiegel der Metallschmelze etwa die Höhe h2 erreicht hat. In diesem Bereich ist damit bei geeigneter Ausgestaltung des Volumens des zweiten Schenkels auch stets eine zuverlässige Einleitung des Abstichvor­ ganges durch Nachziehen der Schmelze aus dem ersten Schenkel gewährleistet. Wird die Überlaufkante 14 tiefer gesetzt, so erfolgt beim Einschmelzen des Materials im Gefäß 1 bereits einige Zeit vor Erreichen des maximalen Badspiegels h3 der Überlauf in den zweiten Schenkel 12 und es muß hier vorzugsweise durch eine induktive Heizung und/oder Einleiten eines Gases über den Spülstein 37 bzw. 36 einem Erkalten und Erstarren der Schmelze entgegengewirkt werden. Als unterste Grenze für die Höhe h2 der Überlaufkante 14 wird die Höhe h0 der Oberkante 18 der Abflußrohr-Eintrittsöffnung 17 angesehen. Vorzugsweise wird aber die Höhe h7 nicht unterschritten, d. h. es soll gelten: h2 ≧ h7.

Falls die Höhe h2 der Überlaufkante 14 höher als die Höhe h3 des maximalen Badspiegels der Metallschmelze 3 gewählt wird, oder falls mit der Abstichvorrichtung 5 mehrere Teilmengen nacheinander aus dem Gefäß 1 abgezogen werden sollen, und hierbei eine Unterbrechung der jeweiligen Abstichvorgänge mit Entleerung des zweiten Schenkels erfolgt, dann ist für die Einleitung des Abstichvorganges eine Vakuumvorrichtung erfor­ derlich, die bei dem dargestellten Beispiel an das Anschlußrohr 31 über das Ventil 32 anschließbar ist. Die Vakuumvorrichtung ist je nach anzuhebender Flüssigmetallsäule zu bemessen. Geringere Saugdrücke ließen sich auch durch Ejektordüsen nach dem Prinzip der einleitend genannten DE-C 605 701 realisieren. Ein geringfügiges Anheben des Badspiegels im ersten Schenkel läßt sich auch durch Einleiten von Gas durch den porösen Spülstein 36 bzw. 37 aufgrund des Mitzieheffektes erzielen.

Im folgenden wird ein Abstichverfahren mit der in Fig. 1 dargestellten Abstichvorrichtung 5 beschrieben.

Nach einem Abstichvorgang wird die Austrittsöffnung 20 des Abflußrohres 10 verschlos­ sen und in den unteren Abschnitt des zweiten Schenkels 12 körniges ff-Material eingefüllt. Gleichzeitig ist der Schmelzofen 1 mit Einsatzmaterial beschickt worden und es wird die nächste Charge eingeschmolzen. Hierbei steigt der Badspiegel im Schmelzgefäß 1 und gleichzeitig im ersten Schenkel 11 des Abflußrohres. Um eine Abkühlung der Schmelze im ersten Schenkel 11 zu verhindern, wird die Induktionsspule 24 mit Strom beaufschlagt und/oder Gas durch den Spülstein 37 bzw. 36 eingeleitet. Kurz bevor im Schmelzgefäß 1 der maximale Badspiegel 36 erreicht wird, fließt Schmelze aus dem ersten Schenkel 11 über die Überlaufkante 14 in den zweiten Schenkel 12 und füllt diesen, wobei auch hier durch Beaufschlagung der Induktionsspule 25 mit Strom, d. h. eine induktive Beheizung der Schmelze, eine Abkühlung verhindert wird. Während des Einschmelzprozesses ist das Belüftungsventil 33 geöffnet, um einen Druckaufbau im Verbindungsbereich 13 der beiden Schenkel 11 und 12 verhindern.

Vor dem Abstich wird das Belüftungsventil 33 wieder geschlossen und durch Öffnen der Verschlußeinrichtung der Abstichvorgang eingeleitet. Mit der ausströmenden Überlaufmen­ ge im zweiten Schenkel 12 wird Schmelze aus dem ersten Schenkel 11 und dem Ofengefäß nachgezogen, solange bis die Höhe h7 erreicht ist. Durch Öffnen des Belüftungsventils 33 wird der Abziehvorgang mittels Zufuhr von Falschluft unterbrochen um ein Einziehen von Schlacke zu verhindern. Eine dem Badspiegel entsprechende Menge an flüssigem Metall verbleibt als Sumpf im Gefäß. Nach erneutem Schließen der Verschlußvorrichtung 19 und Einfüllen von rieselfähigem ff-Material wiederholt sich der beschriebene Vorgang.

Sollen nur Teilmengen abgestochen werden, dann kann der Strahl mittels der Verschluß­ vorrichtung 19 unterbrochen werden, so daß im zweiten Schenkel 12 eine Restmenge an flüssigem Metall zurückbehalten wird. Ein im ersten Schenkel 11 des Abflußrohres unter das Niveau der Überlaufkante 14 abgefallener Badspiegel h4 läßt sich zur Einleitung eines neuen Abstichvorganges mittels der Vakuumvorrichtung gegebenenfalls unter Einbeziehung der Badspiegelregelung mittels des Niveaufühlers der Vorrichtung 40 und/oder durch Einleiten von Gas durch den porösen Spülstein 36 über die Überlaufkante 14 anheben.

Claims (31)

1. Metallurgisches Gefäß (1) mit einer Abstichvorrichtung (5) zum kontrollier­ ten, schlackenfreien Abziehen von flüssigem Metall (3) nach dem Prinzip eines Flüssig­ keitshebers aus einem in dem Gefäß (1) befindlichen Metallschmelzbad (3), wobei die Abstichvorrichtung (5) ein feuerfest ausgekleidetes Abflußrohr (10) enthält, das in Form eines umgekehrten U oder V mit zwei nach unten weisenden, oben verbundenen Schenkeln (11, 12) ausgebildet ist, von denen der erste (11) eine Eintrittsöffnung mit einer Oberkante und der zweite (12) eine durch eine Verschlußvorrichtung (19) verschließbare, tiefer liegende Austrittsöffnung für das flüssige Metall (3) aufweist, ferner innerhalb des Ab­ flußrohres im Verbindungsbereich (13) der beiden Schenkel (11, 12) eine Überlaufkante (14) für das flüssige Metall definiert ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Schenkel (11) des Abflußrohres (10) die feuerfeste Gefäßwand (15) durchdringt,
daß in der Arbeitsposition des Gefäßes die Überlaufkante in einer Höhe (h2) liegt, die größer als die Höhe (h0) der Oberkante der Abflußrohr-Eintrittsöffnung ist,
und daß wenigstens ein Teil des Abflußrohres (10) oder einer im Abflußrohr befindlichen Metallschmelze (3) mittels einer Heizvorrichtung (24, 25) beheizbar ist.

2. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungsbereich (13) der beiden Schenkel (11, 12) des Abflußrohres (10) wenigstens ein mit ff-Material ausgekleideter Rohrstutzen (27, 28) angeordnet ist, der mittels eines Flansches (29, 30) gasdicht verschließbar und/oder an wenigstens eine externe Vorrichtung anschließbar ist.

3. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Schenkel (11, 12) des Abflußrohres (10) einen mit dem betreffenden Schenkel fluchtenden Rohrstutzen (29, 30) aufweist.

4. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (30) mit einem Anschlußrohr (31) versehen ist, an das über ein erstes Ventil (32) eine Vakuumvorrichtung (39) als externe Vorrichtung anschließbar ist.

5. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (30) mit einem Anschlußrohr (31) versehen ist, das über ein zweites Belüftungsventil (33) mit der freien Atmosphäre verbind­ bar ist.

6. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (40) vorgesehen ist zum Erfas­ sen und gegebenenfalls Steuern der Höhe des Badspiegels (h4) im Verbindungsbereich (13) der beiden Schenkel (11, 12) des Abflußrohres (10).

7. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit einer auf einen konstanten Druck einstellbaren Vakuumvorrichtung (39) ein die Höhe des Badspiegels (h4) im Ver­ bindungsbereich (13) der beiden Schenkel (11, 12) des Abflußrohres (10) erfassender Niveaufühler vorgesehen ist, der Steuersignale an ein Regelventil (38) liefert, das in einer den Verbindungsbereich (13) mit der freien Atmosphäre verbindenden Gasleitung vor­ gesehen ist.

8. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Abflußrohr-Eintrittsöffnung (17) wenigstens ein über eine Druckgasleitung an eine Druckgasquelle anschließbarer poröser Spülstein (36, 37) zum Einleiten eines Gases in das Innere des Gefäßes (1) oder des Abflußrohres (10) mündet.

9. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülstein (36, 37) an der Unterseite und/oder an der Oberseite des ersten Schenkels (11) in den Durchflußkanal des Abflußrohres (10) mündet.

10. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Arbeitsposition des Gefäßes der Flansch (29, 30) des Rohrstutzens höher liegt als die durch den maximal zulässigen Badspiegel der Metallschmelze definierte Höhe (h3).

11. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Arbeitsposition des Gefäßes (1) die Über­ laufkante (14) höher liegt als das Niveau (h7) des Badspiegels der Metallschmelze, bei dem ein durch Einlaufwirbel oberhalb der Oberkante (18) der Abflußrohr-Eintrittsöffnung (17) bedingtes Einziehen von Schlacke aus der auf der Metallschmelze (3) schwimmenden Schlackenschicht (36) in das Abflußrohr erfolgt.

12. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Arbeitsposition des Gefäßes (1) die Über­ laufkante (14) niedriger liegt als das Niveau (h5) des Bodens (37) einer in der Gefäßwand (15) vorgesehenen Schlackenablauföffnung (7).

13. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Arbeitsposition des Gefäßes (1) die Über­ laufkante (14) etwa in einer Höhe (h3) liegt, die durch den maximal zulässigen Badspiegel (h3) der Metallschmelze (3) definiert ist.

14. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schenkel (11) des Abflußrohres (10) die feuerfeste Gefäßwand (15) vom Ofeninneren aus gesehen schräg ansteigend durchdringt.

15. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schenkel (12) des Abflußrohres (10) innerhalb eines erkerartigen Vorsprungs des Ofengefäßes (1) angeordnet ist.

16. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Schenkel (12) des Abflußrohres (10) ein den Durchfluß begrenzender Abschnitt (23) mit verringertem Durchflußquerschnitt vor­ gesehen ist.

17. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (23) mit verringertem Durch­ flußquerschnitt kurz vor der Austrittsöffnung (20) des Abflußrohres (10) angeordnet ist.

18. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (23) mit verringertem Durch­ flußquerschnitt auswechselbar ist.

19. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußquerschnitt des Abflußrohres (10) zumindest im Bereich der Eintrittsöffnung (17) des ersten Schenkels (11) rechteckig oder oval mit größerer Breite als Höhe ausgebildet ist.

20. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß an den Rohrstutzen (27) die Heizvorrichtung anschließbar ist.

21. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß an einen, mit dem zweiten Schenkel (12) des Ab­ flußrohres (10) fluchtenden Rohrstutzen (28) über eine Dosiervorrichtung ein Behälter mit körnigem ff-Material anschließbar ist.

22. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung wenigstens eine den ersten und/oder zweiten Schenkel des Abflußrohres (10) umgebende Induktionsspule (24, 25) enthält.

23. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußvorrichtung (19) der Austrittsöff­ nung (20) des Abflußrohres (10) eine Verschlußplatte (21) enthält, die mittels eines Antriebs wiederholt aus einer am Rand der Austrittsöffnung (20) anliegenden Schließposi­ tion in eine die Austrittsöffnung (20) freigebende Freigabeposition und aus der Freigabepo­ sition in die Schließposition bewegbar ist.

24. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußrohr-Eintrittsöffnung (17) benachbart zum Gefäßboden (8) angeordnet ist.

25. Verfahren zum kontrollierten, schlackenfreien Abziehen von flüssigem Metall aus einem in einem Gefäß befindlichen Metallschmelzbad nach dem Prinzip eines Flüssigkeitshebers mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24,
bei dem nach einem Abstichvorgang die Austrittsöffnung des Abflußrohres verschlossen, gegebenenfalls der Schmelzbadspiegel im Gefäß, insbesondere durch Ein­ schmelzen von Metall, bis zu einer Abstichhöhe vergrößert und der Abstichvorgang, nach Schließen eines in einer Abzweigung des Verbindungsbereiches der beiden Schenkel vorhandenen Belüftungsventils eingeleitet wird durch Öffnen der Verschlußvorrichtung des zweiten Schenkels und Ableiten einer im zweiten Schenkel vom vorhergehenden Abstich­ vorgang zurückbehaltenen Restmenge und/oder einer vorher über die Überlaufkante des Verbindungsbereiches der beiden Schenkel zugeflossenen Überlaufmenge der Metall­ schmelze, wodurch weitere, im ersten Schenkel und im Gefäß vorhandene Metallschmelze nachgezogen wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung des Abstichvorgangs nach dem Schließen des Belüftungsventils und vor dem Öffnen der Verschlußeinrichtung durch Anschließen einer Vakuumeinrichtung an den Verbindungsbereich der beiden Schenkel des Abflußrohres Metallschmelze aus dem ersten, mit dem Gefäßinneren verbundenen Schen­ kel angesaugt und über die Überlaufkante in den zweiten Schenkel transportiert wird.

27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung des Abstichvorganges nach dem Schließen des Belüftungsventils und vor dem Öffnen der Verschlußeinrichtung durch Kippen eines in Richtung des Abflußrohres kippbaren Gefäßes Metallschmelze aus dem ersten, mit dem Gefäßinneren verbundenen Schenkel angesaugt und über die Überlaufkante in den zweiten Schenkel transportiert wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einleiten des Abstichvorgangs das Innere wenigstens eines der beiden Schenkel das Abflußrohres bzw. eine in dem betreffenden Schenkel vorhandene Metallschmelze aufgeheizt wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beendigung des Abstichvorganges das Belüftungsventil geöffnet wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem kippbaren Ofengefäß zur Beendigung des Abstichvorganges das Gefäß in eine zum Abflußrohr entgegengesetzte Richtung gekippt wird.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des Abstichvorganges und Schließen der Verschlußvorrichtung des zweiten Schenkels des Abflußrohres in den unteren Abschnitt dieses Schenkels körniges ff-Material eingefüllt wird.