[0001] Die Erfindung betrifft einen kippbaren Konverter mit einem Konvertergefäß, welches
im Abstand von einem Tragring umgeben ist, wobei der Tragring zwei gegenüberliegende
Tragzapfen zum Kippen um eine Kippachse aufweist und wobei eine Aufhängung des Konvertergefäßes
am Tragring vier am Umfang verteilte vertikale Pendelelemente umfasst, welche bei
aufrecht stehendem Konverter Kräfte vom Konvertergefäß auf den Tragring übertragen.
[0002] Konverter kommen bei der Stahlerzeugung zum Einsatz und weisen in der Regel eine
Chargierseite und eine Abstichseite auf. In manchen Fällen wird aus logistischen Gründen
von derselben Seite chargiert und abgestochen. Über die Chargierseite erfolgt die
Befüllung des Konverters, wobei dieser meist um ca. 45° geneigt wird. Zur Entleerung
wird der Konverter zur Abstichseite hin gekippt. Die Kippachse ist durch zwei am Tragring
diametral gegenüberliegende Tragzapfen bestimmt. Dabei ist in der Regel nur ein Tragzapfen
mit einem Kippantrieb verbunden. Manchmal sind auch beide Tragzapfen mit Antrieben
versehen.
[0003] Der Tragring umgibt das Konvertergefäß, welches über eine Aufhängung mit dem Tragring
verbunden ist. Diese Aufhängung überträgt die Kräfte vom Konvertergefäß auf den Tragring.
Beeinflusst werden die zu übertragenden Kräfte durch den Füllstand und die Kippstellung
des Konvertergefäßes sowie durch dynamische Belastungen. Die Gestaltung der Aufhängung
muss berücksichtigen, dass es infolge auftretender Temperaturunterschiede zwischen
Konverter und Tragring zu beträchtlichen Verformungen des Konverters relativ zum Tragring
kommt.
[0004] Bekannt ist aus der
DE 43 27 640 A1 eine Aufhängung mittels Pendelelemente (Links), welche sowohl am Konvertergefäß als
auch am Tragring sphärisch gelagert sind. In einer Ausführungsform sind bei Betrachtung
des aufrecht stehenden Konverters drei horizontale und drei vertikale Pendelelemente
angeordnet. Damit ist eine statisch bestimmte Aufhängung des Konvertergefäßes im Tragring
realisiert. Allerdings weist diese Anordnung den Nachteil auf, dass nicht alle vertikalen
Pendelelemente gleich belastet werden. Zudem ist der für diese Aufhängungsart benötigte
Platzbedarf nachteilig. Andere bekannte Ausführungsformen umfassen zwei horizontale
Pendelelemente und eine Pratze.
[0005] Eine andere Ausführungsform beinhaltet ein zusätzliches vertikales Pendelelement
und somit eine Redundanz. Damit soll erreicht werden, dass bei vollkommenem Versagen
eines Auflageelements weiterhin in allen Kippstellungen eine sichere Kraftübertragung
möglich ist. Ein solches Lagerungssystem ist jedoch einfach statisch unbestimmt. Außerdem
ist eine Überdimensionierung der Auflageelemente vorzusehen, um im Versagensfall eine
ausreichende Belastbarkeit der verbleibenden Links sicherzustellen.
[0006] Auch die
WO 2011/069395 A1 offenbart eine Aufhängung mit vier vertikalen Pendelelementen, welche symmetrisch
am Umfang des Konvertergefäßes angeordnet sind. Daraus resultieren ebenfalls ein einfach
statisch unbestimmtes Lagerungssystem mit auftretenden Zwangskräften im Verformungsfall
sowie hohe Montageanforderungen.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen kippbaren Konverter der eingangs
genannten Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben.
[0008] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Konverter gemäß Anspruch 1.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
[0009] Die Lösung sieht vor, dass die Lagerpositionen zumindest zweier vertikaler Pendelelemente
am Konvertergefäß und/oder am Tragring horizontal und/oder vertikal versetzt angeordnet
ist gegenüber einer rotationssymmetrischen Anordnung bezüglich einer Längachse des
Konverters, sodass nicht alle Wirkungslinien der von den vertikalen Pendelelementen
übertragenen Kräfte einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen oder in einem Punkt einander
angenähert sind. Es sind also nicht alle Lagerpositionen der einzelnen vertikalen
Pendelelemente am Konvertergefäß und/oder am Tragring bezüglich der Längachse des
Konverters rotationssymmetrisch angeordnet. Das dem Begriff Pendelelement vorangestellte
Attribut "vertikal" bezieht sich hierbei nicht auf die Ausrichtung oder Lage der Pendelelemente.
Vielmehr ist damit gemeint, dass bei aufrecht stehendem Konverter mittels dieser Pendelelemente
Kräfte vom Konvertergefäß auf den Tragring übertragen werden und dass dabei die resultierende
Kraft eine vertikale Richtung aufweist. Die Kräfte in den Pendelstäben gehen in Richtung
des jeweiligen Stabes. Die Aufhängung des Konvertergefäßes im Tragring erfolgt sowohl
am Gefäß wie auch am Tragring mittels sphärischer Lager. Damit weist jedes Lager einen
Drehpunkt auf, um den das jeweilige Pendelelement schwenkbar ist. Die Wirkungslinien
der übertragenen Kräfte sind durch die beiden Lagerdrehpunkte des jeweiligen Pendelelements
festgelegt, wenn die Reibungskräfte in den Lagern vernachlässigt werden. Die jeweilige
Lagerposition bestimmt in diesem Zusammenhang die Lage des jeweiligen Lagerdrehpunktes.
[0010] In Abgrenzung zum Stand der Technik sieht die vorliegende Erfindung eine Versetzung
der Lagerpositionen bezüglich einer rotationssymmetrischen Anordnung vor, welche weit
über Fertigungstoleranzen hinausgeht. Obwohl bekannte rotationssymmetrische Anordnung
infolge unvermeidbarer Fertigungstoleranzen in der Realität ebenfalls Abweichungen
aufweisen, ist damit nicht die erfindungsgemäße Forderung erfüllt, dass nicht alle
Wirkungslinien der übertragenen Kräfte in einem Punkt einander angenähert sind. Denn
sobald eine rotationssymmetrische Anordnung vorgesehen ist, weisen die Kraftwirkungslinien
auf einen gemeinsamen Punkt, selbst wenn dieser im Falle von parallelen Kraftwirkungslinien
unendlich weit entfernt ist.
[0011] Die vorliegende Erfindung sieht Abweichungen von der rotationssymmetrischen Anordnung
der Lagerpositionen in einem Ausmaß vor, das die gegebenen Platzverhältnisse ausnutzt.
Unter Berücksichtigung der vorgegebenen Anordnung von Konvertergefäß und Tragring
erfolgt innerhalb des für die Aufhängung vorhandenen Bauraums eine größtmögliche horizontale
und/oder vertikale Versetzung der Lagerpositionen zueinander. Damit wird ein gemeinsamer
Schnittpunkt aller Kraftwirkungslinien der vertikalen Pendelelemente so weit wie möglich
vermieden.
[0012] Erreicht wird mit der erfindungsgemäßen Kennzeichnung ein statisch bestimmtes Lagerungssystem
mit vier vertikalen Pendelelementen. Damit ist zunächst der Vorteil verbunden, dass
das System bei drei montierten vertikalen Pendelelementen einen Freiheitsgrad behält,
der eine einfache Montage des vierten vertikalen Pendelelements erlaubt.
[0013] Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass alle vier vertikalen Pendelelemente während
eines Kippvorgangs eine annähernd gleiche maximale Belastung aufweisen. Diese gleichmäßige
Verteilung der maximalen Belastungen auf alle vier vertikalen Pendelelemente erlaubt
eine Reduktion der Bauteilabmessungen gegenüber bekannten Aufhängungssystemen bzw.
eine länger Lebensdauer der Aufhängungselemente.
[0014] Zudem treten infolge thermischer Verformungen keine unbeherrschbaren Zwangskräfte
auf, welche zu einer Überlastung einzelner Aufhängungselemente führten könnten.
[0015] Von Vorteil ist es, wenn die Lagerpositionen eines ersten Paares vertikaler Pendelelemente
rotationssymmetrisch bezüglich einer Längachse des Konverters angeordnet sind und
wenn die Lagerpositionen eines zweiten Paares vertikaler Pendelelemente horizontal
und/oder vertikal versetzt ebenfalls rotationssymmetrisch bezüglich einer Längachse
des Konverters angeordnet sind. Somit sind jeweils nur zwei vertikale Pendelelemente
rotationssymmetrisch bezüglich einer Längachse des Konverters angeordnet. Das spart
Platz und erleichtert die Auslegung der einzelnen Pendelelemente.
[0016] Dabei ist es günstig, wenn die Pendelelemente des ersten Paares und die Pendelelemente
des zweiten Paares jeweils baugleich ausgeführt sind. Beispielsweise sind die Pendelelemente
eines Paares länger als die anderen Pendelelemente, um den Abstand zwischen den Schnittpunkten
der Wirkungslinien der von den Pendelelementpaaren übertragenen Kräfte zu maximieren
[0017] Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, alle vertikalen Pendelelemente baugleich auszuführen.
Die Fertigung, Montage und Lagerhaltung der Pendelelemente ist auf diese Weise günstiger
durchführbar. Ebenso ist in einem Störungsfall die Austauschbarkeit eines Pendelelements
einfacher.
[0018] Eine vorteilhafte Ausprägung der Erfindung sieht vor, dass zwei vertikale Pendelelemente
auf einer Chargierseite des Konverters und dass zwei vertikale Pendelelemente auf
einer Abstichseite des Konverters jeweils bezüglich einer Längsachse des Konverters
rotationssymmetrische Lagerpositionen aufweisen. Somit weist die Aufhängung beidseits
einer senkrechten Mittelebene durch die Kippachse jeweils Pendelelemente mit gleichartigen
Lagerpositionen auf. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird als Chargierseite
die von der Abstichseite abgewandte Seite bezeichnet, auch wenn in Sonderfällen von
der gleichen Seite chargiert und abgestochen wird.
[0019] Dabei ist es günstig, wenn bei Betrachtung des aufrecht stehenden Konverters das
Verhältnis des horizontalen Abstands zum vertikalen Abstand der jeweils am Konvertergefäß
und am Tragring befindlichen Lagerpositionen der beiden vertikalen Pendelelemente
auf einer Seite des Konverters größer ist gegenüber dem Verhältnis der Lagerpositionen
der beiden vertikalen Pendelelemente auf der anderen Seite. Die Kraftwirkungslinien
der von den Pendelelementen auf der Chargierseite übertragenen Kräfte schneiden dann
eine senkrechte Mittelebene durch die Kippachse an einer höheren oder niedrigeren
Stelle als die Kraftwirkungslinien der von den Pendelelementen auf der Abstichseite
übertragenen Kräfte. Der Abstand zwischen den Schnittpunkten mit der Mittelebene wirkt
dabei als Hebelarmlänge eines von dieser Anordnung aufnehmbaren Moments um die Kippachse.
Zudem können Kräfte in Richtung der Kippachse übertragen werden. Zum Beispiel werden
dynamische Kräfte in Richtung der Kippachse durch Kräfte in den vertikalen Pendelelementen
ins Gleichgewicht gebracht.
[0020] Ein einfacher Aufbau einer solchen Anordnung sieht vor, dass die Wirkungslinien der
von den vertikalen Pendelelementen übertragenen Kräften auf der Abstichseite einen
gemeinsamen ersten Schnittpunkt mit der Längsachse des Konverters aufweisen und dass
die Wirkungslinien der von den vertikalen Pendelelementen übertragenen Kräften auf
der Chargierseite einen gemeinsamen zweiten Schnittpunkt mit der Längsachse des Konverters
aufweisen.
[0021] Für die Aufteilung der vertikalen Pendelelemente in der Grundrissbetrachtung des
aufrecht stehenden Konverters ist es günstig, wenn die Lagerpositionen jeweils in
einem Winkelbereich von 40° bis 50° bezogen auf die Kippachse angeordnet sind. Eine
solche Anordnung bewirkt eine gleichmäßige Kräfteübertragung vom Konvertergefäß auf
den Tragring.
[0022] Bei Betrachtung des aufrecht stehenden Konverters ist es von Vorteil, zur Übertragung
horizontaler Kräfte zwei horizontale Pendelelemente zwischen Konvertergefäß und Tragring
anzuordnen. Insgesamt umfasst die Aufhängung dann sechs Pendelelemente. Die als horizontale
Pendelelemente bezeichneten Links übertragen Kräfte vom Konvertergefäß auf den Tragring
bei gekipptem Konverter. Je nach Lage des Schwerpunkts werden bei einer 90° Kippstellung
die größten Kräfte mittels horizontaler Pendelelemente und kleinere Kräfte mittels
vertikaler Pendelelemente übertragen. Dabei ist es günstig, auch diese beiden horizontalen
Pendelelemente baugleich mit den vertikalen Pendelelementen auszuführen.
[0023] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
- Fig. 1
- Konverter im Seitenriss
- Fig. 2
- Konverter im Aufriss
- Fig. 3
- Konverter im Grundriss
[0024] Der Konverter 1 umfasst ein Gefäß 2, das beabstandet in einem Tragring 3 mittels
mehrerer Tragelemente 6, 7, 8, 9, 10, 11 aufgehängt ist. Vier dieser Tragelemente
sind als vertikale Pendelelemente 6, 7, 8, 9 ausgeführt und dienen zur Übertragung
der Kräfte vom Konvertergefäß 2 auf den Tragring 3 bei aufrecht stehendem Konverter
1. Dabei nehmen die vertikalen Pendelelemente 6, 7, 8, 9 aufgrund einer schrägen Ausrichtung
auch horizontale Kräfte auf, welche sich jedoch gegenseitig aufheben. Unter Vernachlässigung
dynamischer Kräfte sind die von den vertikalen Pendelelementen 6, 7, 8, 9 übertragenen
Kräfte mit der Gewichtskraft F
G des Konvertergefäßes 2 und dessen Inhalts in einem Kräftegleichgewicht.
[0025] Zwei horizontale Pendelelemente 10, 11 dienen der Kräfteübertragung in Kippstellungen
des Konverters 1. Kippaber ist der Konverter 1 mittels zweier am Tragring 3 angeordneter
Tragzapfen 4, 5, welche in nicht dargestellten Auflagern drehbar gelagert sind und
die Kippachse a festlegen. In der Regel ist nur einer dieser Tragzapfen 4 mit einem
entsprechenden Kippantrieb verbunden.
[0026] Eine Ebene, welche durch die Kippachse a und einer Längachse b des Konverters 1 aufgespannt
ist, teilt den Konverter 1 in zwei Seiten, welche als Chargierseite C (Charging Side)
und als Abstichseite T (Tapping Side) definiert sind. Auf jeder Seite ist ein Paar
vertikaler Pendelelemente 6, 7 bzw. 8, 9 angeordnet.
[0027] Erfindungsgemäß ist zumindest zwei vertikale Pendelelemente 6, 7, 8, 9 mit versetzten
Lagerpositionen 62, 63, 72, 73, 82, 83 bzw. 92, 93 vorgesehen. Somit sind nicht alle
vertikalen Pendelelemente 6, 7, 8, 9 bezüglich der Längachse b rotationssymmetrisch
angeordnet.
[0028] Zur Vermeidung von Zwangskräften sind die Pendelstäbe 6, 7, 8, 9, mittels sphärischer
Lager an das Konvertergefäß 2 und an den Tragring 3 angeschlossen. Jede dieser Lagerungen
weist somit einen Drehpunkt auf, um den der jeweilige Pendelstab 6, 7, 8, 9 in alle
Richtungen schwenkbar ist. Der jeweilige Drehpunkt definiert dabei die jeweilige Lagerposition
62, 63, 72, 73, 82, 83 92, 93 innerhalb der Anordnung.
[0029] Die von einem vertikalen Pendelelement 6, 7, 8, 9 übertragene Kraft wirkt entlang
einer Wirkungslinie, welche durch die beiden Drehpunkte der Lagerungen dieses Penelementes
6, 7, 8, 9 geht. Somit bewirkt eine versetzte Lagerposition 62, 63, 72, 73, 82, 83,
92, 93, dass nicht alle Wirkungslinien der von den vertikalen Pendelelementen 6, 7,
8, 9 übertragenen Kräfte einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen, wie dies bei einer
rotationssymmetrischen Anordnung der Fall wäre.
[0030] Im vorliegenden Beispiel, welches in den Figuren 1-3 dargestellt ist, sind jeweils
zwei vertikale Pendelelemente 6, 7 bzw. 8, 9 rotationssymmetrisch bezüglich einer
Längachse b des Konverters angeordnet. Als Längsachse b ist die Symmetrieachse des
Konvertergefäßes 2 und die Symmetrieachse des Tragrings 3 anzusehen, wobei diese Symmetrieachsen
geringfügig voneinander abweichen können. Jedes dieser Pendelelementpaare (6, 7 bzw.
8, 9) weist somit einen jeweils gemeinsamen Schnittpunkt S1 bzw. S2 auf. Wesentlich
ist dabei ein ausreichender Abstand zwischen diesen Schnittpunkten S1 bzw. S2, um
günstige Kraftverhältnisse und Baugrößen sicherzustellen.
[0031] Erfüllt wird diese Anforderung, indem innerhalb der zur Verfügung stehenden Platzverhältnisse
eine größtmögliche Versetzung der Lagerpositionen 62, 63, 72, 73, 82, 83, 92, 93 gegenüber
einer rotationssymmetrischen Anordnung vorgesehen ist. So weisen beispielsweise die
vertikalen Pendelelemente 6, 7 auf der Abstichseite T eine stärkere Neigung als die
Pendelelemente 8, 9 auf der Chargierseite C auf. Das Verhältnis des horizontalen Abstands
zum vertikalen Abstand der jeweils am Konvertergefäß 2 und am Tragring 3 angeordneten
Lagerpositionen 62, 63, 72, 73, 82, 83, 92, 93 ist dann auf der Abstichseite T größer
als auf der Chargierseite C.
[0032] Der Abstand zwischen den beiden Schnittpunkten S1, S2 wirkt als Hebelarm eines Lagerungsmoments,
das einem vom Konvertergefäß 2 auf den Tragring 3 übertragenen Moment und Kräften
in Richtung der Kippachse a entgegenwirkt. Ein solches Moment entsteht in einer aufrechten
Konverterstellung beispielsweise durch dynamische Bewegungskräfte F
d des Konverterinhalts. Dieses Lagerungsmoment wirkt jedoch auch einem Moment entgegen,
das die Gewichtskraft F
G mit einem Abstand x zum Schnittpunkt der Kippachse a mit der Längsachse b bildet.
[0033] Die Anordnung der vertikalen Pendelelemente 6, 7, 8, 9 am Umfang des Tragrings 3
ist in Fig. 3 ersichtlich. Der Übersichtlichkeit halber sind hier unter anderem die
horizontalen Pendelelemente 10, 11 nicht eingezeichnet. Idealerweise beträgt der jeweilige
Winkel ϕ6, ϕ7, ϕ8, ϕ9 zwischen einer Mittelachse des jeweiligen Pendelelements 6,
7, 8, 9 und der Kippachse a ungefähr 45°. Für eine gleichmäßige Kräfteverteilung ist
ein Bereich zwischen 40° und 50° sinnvoll.
1. Kippbarer Konverter (1) mit einem Konvertergefäß (2), welches im Abstand von einem
Tragring (3) umgeben ist, wobei der Tragring (3) zwei gegenüberliegende Tragzapfen
(4, 5) zum Kippen um eine Kippachse (a) aufweist und wobei eine Aufhängung des Konvertergefäßes
(2) am Tragring (3) vier am Umfang verteilte vertikale Pendelelemente (6, 7, 8, 9)
umfasst, welche bei aufrecht stehendem Konverter (1) Kräfte vom Konvertergefäß (2)
auf den Tragring (3) übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerpositionen (62, 63, 72, 73, 82, 83, 92, 93) zumindest zweier vertikaler
Pendelelemente (6, 7, 8, 9) am Konvertergefäß (2) und/oder am Tragring (3) horizontal
und/oder vertikal versetzt angeordnet ist gegenüber einer rotationssymmetrischen Anordnung
bezüglich einer Längachse (b) des Konverters (1), sodass nicht alle Wirkungslinien
der von den vertikalen Pendelelementen (6, 7, 8, 9) übertragenen Kräfte einen gemeinsamen
Schnittpunkt aufweisen oder in einem Punkt einander angenähert sind.
2. Kippbarer Konverter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerpositionen (62, 63, 72, 73) eines ersten Paares vertikaler Pendelelemente
(6, 7) rotationssymmetrisch bezüglich einer Längachse (b) des Konverters (1) angeordnet
sind und dass die Lagerpositionen (82, 83, 92, 93) eines zweiten Paares vertikaler
Pendelelemente (8, 9) horizontal und/oder vertikal versetzt ebenfalls rotationssymmetrisch
bezüglich einer Längachse (b) des Konverters (1) angeordnet sind.
3. Kippbarer Konverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelelemente (6, 7) des ersten Paares und die Pendelelemente (8, 9) des zweiten
Paares jeweils baugleich ausgeführt sind.
4. Kippbarer Konverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle vertikalen Pendelelemente (6, 7, 8, 9) baugleich ausgeführt sind.
5. Kippbarer Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei vertikale Pendelelemente (8, 9) auf einer Chargierseite (C) des Konverters (1)
und dass zwei vertikale Pendelelemente (6, 7) auf einer Abstichseite (T) des Konverters
(1) jeweils bezüglich einer Längsachse (b) des Konverters (1) rotationssymmetrische
Lagerpositionen (62, 63, 72, 73, 82, 83, 92, 93) aufweisen.
6. Kippbarer Konverter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betrachtung des aufrecht stehenden Konverters (1) das Verhältnis des horizontalen
Abstands zum vertikalen Abstand der jeweils am Konvertergefäß (2) und am Tragring
(3) befindlichen Lagerpositionen (62, 63, 72, 73 bzw. 82, 83, 92, 93) der beiden vertikalen
Pendelelemente (6, 7 bzw. 8, 9) auf einer Seite (T bzw. C) des Konverters gegenüber
dem Verhältnis der Lagerpositionen (82, 83, 92, 93 bzw. 62, 63, 72, 73) auf der anderen
Seite (C bzw. T) größer ist.
7. Kippbarer Konverter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkungslinien der von den vertikalen Pendelelementen (6, 7) übertragenen Kräften
auf der Abstichseite (T) einen gemeinsamen ersten Schnittpunkt (S1) mit der Längsachse
(b) des Konverters (1) aufweisen und dass die Wirkungslinien der von den vertikalen
Pendelelementen (8, 9) übertragenen Kräften auf der Chargierseite (C) einen gemeinsamen
zweiten Schnittpunkt (S2) mit der Längsachse (b) des Konverters (1) aufweisen.
8. Kippbarer Konverter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Grundrissbetrachtung des aufrecht stehenden Konverters (1) die Lagerpositionen
(62, 63, 72, 73, 82, 83, 92, 93) der vertikalen Pendelelemente (6, 7, 8, 9) bezogen
auf die Kippachse (a) innerhalb eines Winkelbereichs von 40° bis 50° liegen.
9. Kippbarer Konverter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betrachtung des aufrecht stehenden Konverters (1) zur Übertragung horizontaler
Kräfte zwei horizontale Pendelelemente (10, 11) zwischen Konvertergefäß (2) und Tragring
(3) angeordnet sind.