DE3000730C2

DE3000730C2 - Vorrichtung zum Abtrennen von Schlacke von einer Schmelze

Info

Publication number: DE3000730C2
Application number: DE3000730A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Kurashiki Ohmori
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1979-01-11
Filing date: 1980-01-10
Publication date: 1983-07-28
Also published as: NL8000143A; ATA11180A; GB2039349A; FR2446458A1; JPS5654366B2; AT385052B; JPS5594430A; FR2446458B1; GB2039349B; NL181141B; SE434187B; SE7910571L; NL181141C; DE3000730A1; US4274622A

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Abtrennen von Schlacke von ehv-r Schmelze der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen und aus der DE-AS 11 96 821 bekannten Gattung. Diese bekannte Vorrichtung ist indes in erster Linie zum Vergießen von Stahl mittels Druckgas unter Verwendung einer Gießtrommel vorgesehen, wobei die Gießtrommel mit -to Öffnungen zum Ausgießen des Stahls, zum Abgießen der Schlacke sowie zum Einbringen des schmelzfluss!- gen Materials versehen ist Diese öffnungen sind im Mantel der Gießtrommel derart versetzt angeordnet, daß durch geeignete Rotation der Gießtrommel um ihre Drehachse beispielsweise beim Abgießen des Stahls verhindert wird, daß Schlacke aus der Schlackenabstich-Öffnung austritt.

Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch nicht imstande, zu verhindern, daß insbesondere gegen Ende des Gießvorganges mit Schlacke vermischte Metallschmelze in die Gießform gelangt. Ein derartiges Einmischen von Schlacke in die Metallschmelze hat jedoch den Nachteil, daß auf diese Weise Schlackeanteile in das Gußstück eindringen, wodurch dessen Qualität merklich he?abgesetzt wird. Um das Erzeugen derart schadhafter Gußerzeugnisse zu verhindern, wird deshalb der Gießvorgang in aller Regel so frühzeitig abgebrochen, daß mit Sicherheit eine erfolgte Vermischung von Schlacke mit Metallschmelze ausgeschlossen werden *>o kann. Dadurch gehen beträchtliche Mengen schmelzflüssigen Metalls verbunden, was entsprechende Kostennachteile mit sich bringt. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß zuverlässig die Schlacke von der Metallschmelze getrennt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung dem Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Bevorzugte Ausführungsformen sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ist in erster linie darin zu sehen, daß es mit vergleichsweise geringem Aufwand gelingt, pine sehr weitgehende Trennung von Schlacke und Schmelze herbeizuführen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch eine für einen Konverter bestimmte Ausführungsform der neuen Vorrichtung,

Fig.2 eine Stirnansicht der in Fig. 1 dargestellten Schmelzbad-Austrittsöffnung,

Fig.3 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1,

F i g. 4a einen Querschnitt durch einen in F i g. 1 gezeigten, die Durchflußrichtung ändernden Stein,

Fig.4b einen Schnitt entlang der Linie B-B in F ig. 4a,

F i g. 4c eine Stirnansicht des die Durchflußrichtung ändernden Steins gemäß F i g. 4a,

F i g. 5a einen Querschnitt durch einen in F i g. 1 dargestellten Stein mit U-förmigem Durchtritt,

F i g. 5b eine Aufsicht auf den Stein gemäß F i g. 5a,

F i g. 6 eine schematische Darstellung der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips und

Fig.7a und 7b schematische Darstellungen von weiteren Ausführungs-Formen der Erfindung.

Beim Gegenstand der Erfindung ist davon ausgegangen, daß ein Unterschied besteht zwischen dem spezifischen Gewicht einer Schlacke und dem spezifischen Gewicht einer Metallschmelze, und sind Vorkehrungen getroffen, um die Schlacke von der Schmelze abzutrennen. Zu diesem Zweck dien; eine Einrichtung, die die hinter der Schmelze vorhandene Schlacke daran hindert, aus einem Behälter auszutreten. Dieses erfolgt durch Nutzbarmachung des statischen Druckes hinter der Schmelze auf der Basis der vorstehend erörterten Dichtedifferenz.

Im Rahmen dieser Erfindung sei unter einem Schmelzebehälter nicht lediglich ein metallurgischer Ofen zum Schmelzen oder Frischen von Metallen, Legierungen ode: dergleichen verstanden, sondern gleichfalls ein übliches Aufnahmegefäß für Schmelzen zur Herstellung von Gußblöcken wie auch andere beliebige Aufnahmegefäße.

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abtrennen von Schlacke von einer Konverter-Schmelze. In F i g. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Ofenkörper des in seiner Abgießstellung angeordneten Konverters, bezeichnet 2 eine Schmelze-Auslaßöffnung und 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abtrennen der Schlacke von der Schmelze, welche abnehmbar an der Auslaßöffnung 2 befestigt ist.

Der Ofenkörper 1 ist normalerweise in seinem Schulterabschnitt in der Nähe einer Ofenöffnung mit der Schmelze-Auslaßöffnung 2 versehen, die nach unten ausgerichtet ist, wenn der Ofenkörper 1 in seine in F i g. 1 dargestellte Abgießstellung gebracht worden ist. Gemäß Fig. 1 bezeichnet 4 eine innere Steinauskleidung, 5 eine steinerne Führung für das Schmelzbad 7

einen StahlmanteL Die innere Auskleidung 4 ist in demjenigen Bereich, der auf den Mittelpunkt der Schmelze-Auslaßöffnung 2 gerichtet ist, mit einer Vertiefung 8 versehen. Die Schmelzbad-Führung 5 endet an der Vertiefung 8 und besteht aus rechteckigen bzw. quadratischen Steinen, die jeweils eine kreisförmige Öffnung aufweisen und übereinanderliegend angeordnet sind. Zwischen der Schmelzbad-FührungS und der inneren Auskleidung 4 sind Formsteine 4' sandwichartig eingefügt, wobei diese Formsteiae 4' die Schmelzbad-Führung 5 umringen. Die Formsteine 4' haben den Zweck, die Schmelzbad-Führung 5 fest innerhalb der inneren Auskleidung 4 zu halten.

Vorzugsweise ist die in der Schmelzbad-Führung 5 ausgebildete Öffnung zumindest etwas in Richtung zur ι ί Ofenbasisseite verlagert, welches diejenige Seite des Ofenkörpers 1 ist, die der Ofenöffnung gegenüberliegt Dabei ist die Dicke t\ der Ofenöffnungsseite der Schmelzbad-Führungssteine vorzugsweise dicker dimensioniert als die Dicke fe der Ofenbasisseite der Schmelzbad-Führungssteine, wodurch die Lebensdauer der Schmelzbad-Führungssteine gegenüber dem korrosiven Angriff des gemäß Pfeil P daran aufprallenden Gießstrahls verlängert ist

Erfindungsgemäß ist der Stahlmantel 7 am unteren Ende der Schmelzbad-Austrittsöffnung 2 mit einem sich nach außen erstreckenden Flansch 9 versehen. Außerdem ist am Eisenmantel 7 ein Bügel 11 befestigt der eine Anschlußecke 10 aufweist, die nach dem Flansch 9 ausgerichtet ist und im Abstand von der Schmelzbad- » Auslaßöffnung 2 verläuft.

Der Bügel 11 ist mit einem rechtwinkligen Eisenmantelabschnitt 12 versehen, welcher wie in Fig. 1 dargestellt, im Schnitt schräg verläuft und im Inneren mit die Durchflußrichtung ändernden Steinen 13 » versehen ist, die zusammengefügt sind und mit der Schmelzbad-Austrittsöffnung 2 in Strömungsverbindung stehen. Diese Steine 13 sind mit Hilfe eines vergießbaren Feuerfestmaterials 6' an Ort und Stelle gehalten. *o

Über den Tlansch 9 und die Anschlußkante 10 ist demontierbar mit Hilfe von Bolzen und Schrauben eine kastenförmige Eisenabdeckung 14· befestigt. Diese kastenförmige Eisenabdeckung 14 is;i in ihrem Inneren mit einer Fortsetzung der Schmelzbad-Führung 5, den die Durchflußrichtung ändernden Steinen 13 sowie Steinen 16 mit U-fönnigem Durchtrhi versehen, wobei diese Steine mit Hilfe eines vergießb.aren Feuerfestmaterials 6" an Ort und Stelle gehalten sind.

Die Fig.4a, 4b und 4c erläutere schematisch das ·'· Wesen der zu einer Einheit zusammengefügten, die DurchfluBrichtung ändernden Steine 13, wohingegen die F i g. 5a und 5b schematich das Wesen der zu einer Einheit zusammengefügten Richtungs-Inversionssteine 16 erläutern. *>'<

Es ist klar, daß dann, wenn der Konverter in seine in F i g. I dargestellte Abgießstellung gebracht worden ist, die im Ofen enthaltene Stahlschmelze durch die Schmelzbad-Führung 5 austritt und durch einen gekrümmten Durchtritt 15 in eine nicht dargestellte «> Abstichpfanne fließt, wobei dieser Durchtritt 15 definiert ist von den Steinen 16 sowie den die Durchflußrichtung ändernden Steinen 13. Die Schmelzbad-Führung 5 und der gekrümmte Durchtritt 15 bilden gemeinsam einen U-förmigen Schmelzauslaß. Beispiels- <« weise besitzt die im Ofen vorhandene Stahlschmelze ein spezifisches Gewicht in der Größenordnung von etwa 6.8 und die auf der Schmelze schwimmende und deren freie Oberfläche abdeckende Schlacke ein spezifisches Gewicht von etwa 2J5.

Fig.6 erläutert schematisch die Verhältnisse bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform. Erreicht in F i g. 6 eine Grenzfläche Czwischen der Stahlschmelze / und der Schlacke s einen Punkt B, so ergibt sich die Strömungsgeschwindigkeit Lider Stahlschmelze gemäß

In vorstehender Gleichung bezeichnet A # die Summe aus einer Eisensäule χ und einer Schlackensäule (H₂ -H₁ -x), deren spezifisches Gewicht von 2^ auf der Grundlage des spezifischen Gewichtes von Eisen, welches 6,8 beträgt, berichtigt wird, so daß folgt

AH= x+ (H₁-H_x -x) |4 6,8

Anschließend wild H₁-H_x=Ii physikalisch anhand der Ofenkonstruktionsdaten ermittet' Ist h—2,0 m, so ergibt sich A H gemäß

A//=(2,0 -x)|4 + *
6,8

und ergibt sich die Strömungsgeschwindigkeit i/gemäß

H/ff &+43*)

Wird angenommen, daß das Ausströmen der Stahlschmelze bei U=O beendet ist, so gilt

5 +4,3x = 0.
Daraus ergibt sich
χ«-l,2(in).

Aus Vorstehendem zeigt sich, daß dann, wenn die Grenzfläche C zwischen der Stahlschmelze und der Schlacke ausgehend von Punkt A zu einem Punkt, welcher vom Punkt A um 1,2 m entfernt ist, abgesenkt wird, die Strömungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze gleich 0 wird.

Wird folglich H_x durch die folgende Gleichung

H_x>\x\= 1,2 m

definiert, so ist es möglich, automatisch den v/ahlweisen Austrag der von der Schlacke abgetrennten Stahlschmelze zu steuern.

In der physikalischen Diskussion der Verhältnisse in F i g. 6 wurden H'\ und ΗΊ anstelle von H\ bzw. H₁ verwendet. Für die Praxis ist es jedoch sicherer, H\ und H₁ zu verwenden. Da die Stahlschmelze vährend ihres Ausströmens eine nicht zu vernachlässigende kinetische Energie aufweist, ist es empfehlenswert, den Wert für H\ um einen diese/ kinetischen Energie Rechnung tragenden Wert zu vergrößern.

Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, ist bei der Erfindung darauf abgestellt, daß der Schme!:-:auslaß 5,15 so gestaltet und angeordnet ist, daß der statische Druck der Stahlschmelze im Gleichgewicht mit dem statischen Druck der Schlacke gehalten wird, um auf diese Weise die Schlacke daran zu hindern, hinter der Stahlschmelze auszufließen, wodurch selektiv die Schlacke von der

Stahlschmelze getrennt wird.

Das Vorhandensein des U-förniigen Schmelzauslasses macht es schwierig, die Schmelzbad-Austrittsöffnung mit dem Auge zu inspizieren. Um die Stahlschmelzen-Auslaßöffnung mit dem Auge zu inspizieren, kann ein Inspektionsloch 17 vorgesehen sein, wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt. Dieses Inspektionsloch 17 kann mit Hilfe eines Inspektionsstopfens beim Abgießen der Stahlschmelze verschlossen werden. Wahlweise kann die Inspektionsöffnung 17 erweitert und mit einem Schieber versehen werden. Eine derart große Inspektionsöffnung 17 kann vor und während der mittleren Abgießstufe geöffnet und die Stahlschmelze durch diese öffnung ausgetragen werden. Zu Ende des Austragevorganges wird der Schieber verschlossen, worauf die Stahlschmelze durch den gekrümmten Durchtritt herausfließt, so daß die Schlacke von der Schmelze geschieden werden kann.

Die Ouerschnittsfläche des U-förmigen Durchtritts 15 kann beträchtlich größer dimensioniert sein als diejenige der Schmdzbadführung 5 sowie des Eintrittsbereichs des Stein«. 16 auf der einen Seite und kann beträchtlich größeir gemacht werden als die Querschnittsfläche des Austrittsabschnittes des Steins 16 und des die DurchfluGrichtung ändernden Steins 1.3 auf der anderen Seite, wodurch die Schlacke noch wirksamer daran gehindert wird, sich mit der austretenden Stahlschmelze zu mischen.

Die Erfindung kann jedoch auch auf eine Gießpfanne angewandt werden, die an ihrer Basiswandung oder Seitenwandung mit einem Schmelzeauslaß versehen ist, welcher mit Hilfe einer Stopfenstange, einer Rotationsdüse oder einer Verschiebedüse geöffnet und geschlossen werden kann, um auf diese Weise den Austritt von Schlacke zu verhindern, welche dazu neigt, sich zu Ende des Entleerungsvorganges mit der Stahlschmelze zu mischen. Insbesondere ist es mit Hilfe der Erfindung möglich, eine Verschlechterung der Qualität eines Stahl-Gußblockes als Folge von Schlackeneinschlüssen LU verhindern, wie es auch möglich ist, im Einlauftrichter einer Stranggießanlage das Einmischen von Schlacke zu verhindern, wodurch die Qualität und das Ausbringen gesteigert werden.

In einer Gießpfanne mit Steuereckrichtung zum öffnen und Schließen des Schmelzeauslasses mit Hilfe einer Rotationsdüse oder einer Schiebedüse kann von dem vorstehend erwähnten U-förmigen Schmelzeauslaß Gebrauch gemacht werden, indem dieser in die bewegliche Düse eingefügt wird, derart, daß Düse und Auslaß zu einer Einheit zusammengefaßt sind.

Im Rahmen der Erfindung ist die Anordnung des > gekrümmten Schmelzeauslasses in nach unten weisender Orientierung in der Abgießstellung des Schmelzbadbehälters so zu verstehen, daß nicht nur ein U-förmiger Durchtritt, sondern alle derartigen Durchtritte damit gemeint sind, welche imstande sind, die Richtung der

ι» nach unten fließenden Stahlschmelze und Schlacke in eine aufsteigende Strömungsrichtung umzukehren und imstande sind, die Richtung in eine Transversalrichtung zu verändern und diese Transversalrichtung wiederum in eine nach unten gerichtete Strömung umzukehren. So

ι > kann sich beispielsweise das untere Ende der Schmelzbad-Führung 5 in einen becherförmigen Körper 17 hineinerstrecken und in einem Abstand von dessen Boden enden, wie in Fig.7a dargestellt. Bei dieser Ausführungsform überströmt die aufwärtsgerichtete

2i) Schmelzbadströmung die Ümiangskante des feuerfesten becherförmigen Körpers 17, wie in Fig. 7a mit Hilfe des Pfeiles (Jangegeben.

Wahlweise kann die in der inneren Steinauskleidung 4 ausgebildete Vertiefung 8 erweitert sein und kann das

2) obere Ende der Schmelzbad-Führung 5 nach oben verlängert und mit einem feuerfesten glockenförmigen Körper t8 bedeckt sein (F i g. 7b), wobei das obere Ende der Schmelzbad-Führung 5 im Abstand vom Boden dieses touerfesten glockenförmigen Körpers 18 an-

jo geordnet ist. Bei dieser Ausführungsform überströmt die aufwärts gerichtete Schmelzbadströmung die Umfangskante des oberen Endes des Schmelzbad-Führungssteins 5, wie in F i g. 7b durch den Pfeil R angedeutet.
Wie im Vorstehenden dargelegt, besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abtrennen von Schlakke aus einer Schmelze eine Vielzahl von Vorteilen. So besitzt diese Vorrichtung erstens einen einfachen Aufbau. Zweitens vermag die Erfindung das Einmischen von Schlacke in die Schmelze zu verhindern. Drittens vermag die Vorrichtung die wahlweise Abtrennung und das wahlweise Austragen der Schmelze lediglich aus sich selbst zu steuern. Schließlich sei unterstrichen, daß mit Hilfe der Vorrichtung nach der Erfindung all die Nachteile vermieden werden können, die sonst unvermeidbar auftreten, wenn Schlacke in die Metallschmelze gelangt ist

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abtrennen von Schlacke von einer Schmelze, bestehend aus einem kippbaren Schmelzebehälter zur Aufnahme einer Schmelze aus einem Metall oder einer Legierung und einer auf der Schmelze schwimmenden und deren freie Oberfläche abdeckenden Schlacke, mit einem gekrümmten rohrförmigen Schmelzeauslaß, welcher mit dem Behälter strömungsverbunden und in der Abgießstellung des Behälters nach unten weisend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Schmelzeauslaß (5,15) U-förmig und so angeordnet ist, daß der statische Druck desjenigen !5 Schmelzeanteils, der nach dem Abgießen der Schmelze in dem gekrümmten Schmelzeauslaß verblieben ist, im Gleichgewicht steht mit dem statischen Druck der der Schmelze folgenden Schlacke.,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des U-förmigen Auslasses demontierbar befestigt ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzebehälter (1) ein Konverter ist.

4. Vorrichtung nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzebehälter (1) eine Gießpfanne ist.

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