VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM DISKONTINUIERLICHEN ABSTECHEN VON SCHMELZEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum diskontinuierlichen Abstechen von Schmelzen, insbesondere von Metallschmelzen, insbesondere von flüssigem Stahl, oder schmelzflüssigen Nichtmetallen, aus einem Gefäß durch einen Durchlauf. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Beim diskontinuierlichen Abstechen von Schmelze wird der Schmelzenausfluß, während das Gefäß noch mehr oder weniger gefüllt ist, gezielt unterbrochen, um danach erneut gestartet zu werden. Nach dem Unterbrechen des Schmelzenflusses friert Schmelze im Durchlauf ein und bildet dort einen Pfropfen. Dieser muß vor dem erneuten Starten des Schmelzenausflusses entfernt werden. Nach dem Stand der Technik wird der Pfropfen mittels einer Sauerstofflanze ausgeschmolzen. Diese muß hierfür von unten an das Gefäß geführt werden, was ein gefährlicher Arbeitsvorgang ist.

[0003] Ein diskontinuierliches Abstechen von Schmelzen erfolgt beispielsweise bei Müll-Einschmelzanlagen.

[0004] In der US-A 5,348,566 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur induktiven Steuerung des Ausfließens einer Metallschmelze aus einem Gefäß beschrieben. Die Metallschmelze selbst koppelt an das elektromagnetische Feld eines Induktors an. Der Durchlauf des Gefäßes koppelt nicht an das elektromagnetische Feld an.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, ein betriebssicheres Verfahren der eingangs genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung vorzuschlagen.

[0006] Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Schmelzenfluß im Durchlauf des Gefäßes oder in Flußrichtung hinter dem Durchlauf des Gefäßes oder in Flußrichtung hinter dem Durchlauf unterbrochen wird und durch Abkühlung verfestigt wird und daß zum erneuten Abstechen die Unterbrechung freigegeben wird und die im Durchlauf eingefrorene Schmelze durch radiale elektromagnetische Energiezufuhr in den Durchlauf wieder aufgeschmolzen wird.

[0007] Gestoppt wird der Schmelzenfluß durch Betätigung der Unterbrechung. Anschließend läßt man die Schmelze im Durchlauf einfrieren. Es ist damit ein sicherer, doppelter Abschluß des Gefäßes erreicht. Zum erneuten Starten des Schmelzenflusses wird die Unterbrechung geöffnet und der Schmelzenpfropfen durch radiale, elektromagnetische Energiezufuhr aufgeschmolzen. Auch dieser Vorgang ist betriebssicher, weil der Einsatz einer Sauerstofflanze überflüssig ist.

[0008] Beim erneuten Abstechen kann entweder zuerst die Unterbrechung freigegeben werden und dann die im Durchlauf eingefrorene Schmelze aufgeschmolzen werden. Vorzugsweise wird jedoch umgekehrt derart vorgegangen, daß zuerst die im Durchlauf eingefrorene Schmelze aufgeschmolzen und danach die Unterbrechung freigegeben wird. Dies ist möglich, weil das Aufschmelzen nicht durch eine Sauerstofflanze von unten, sondern durch radiale elektromagnetische Energiezufuhr erfolgt. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß auf dem die Unterbrechung bildenden (folgt Seite 3 der ursprünglichen Unterlagen).

[0009] Bauteil festgefrorene Schmelze freigeschmolzen wird, bevor das Bauteil mechanisch bewegt wird. Das Bauteil ist also nicht durch festgefrorene Schmelze blockiert.

[0010] Die elektromagnetische Energiezufuhr erfolgt vorzugsweise durch induktives Ankoppeln eines elektromagnetischen Feldes an die erstarrte Schmelze und/oder an den Durchlauf. Wenn die Schmelze eine Metallschmelze ist, koppelt sie selbst an das elektromagnetische Feld eines Induktors an. Es kann jedoch auch der Durchlauf aus einem induktiv ankoppelnden Material bestehen. Er überträgt dann durch Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung die Energie auf die erstarrte Schmelze.

[0011] In Weiterbildung der Erfindung wird die Abkühlung und Verfestigung der Schmelze im Durchlauf nach der Unterbrechung des Schmelzenflusses mittels einer Kühlung eines für die elektromagnetische Energiezufuhr vorgesehenen Induktors bei elektrisch abgeschaltetem Induktor unterstützt. Dadurch wird ein den Durchlauf absperrender Schmelzenpfropfen schnell gebildet.

[0012] Um zu vermeiden, daß der Schmelzenpfropfen beim Aufschmelzen den Durchlauf sprengen kann, erfolgt das Aufschmelzen des verfestigten oder völlig durcherstarrten Schmelzenpfropfens so schnell, daß eine dünne Randzone des Schmelzenpfropfens verflüssigt wird, bevor im Schmelzenpropfen ein Temperaturausgleich von außen nach innen erfolgt ist. Durch den sich beim Aufschmelzen ausdehnenden Schmelzenpfropfen wird das verflüssigte Material seiner Randzone nach oben oder unten weggeschoben, so daß durch die Ausdehnung der Durchlauf nicht gesprengt wird. Die Gefahr des Sprengens des Durchlaufes kann auch dadurch Schmelzenpfropfen sich in den dabei freiwerdenden Ringraum ausdehnen kann. In diesem Fall besteht der Durchlauf aus einem induktiv an das behoben werden, daß der Durchlauf voreilend zur eingefrorenen Schmelze aufgeheizt wird und sich dabei so weit aufdehnt, daß der aufschmelzende elektromagnetische Feld des Induktors ankoppelnden Material, insbesondere aus Keramik, wegen der hohen Temperaturen der Schmelzen.

[0013] Eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Schmelzengefäß ein Durchlauf, insbesondere eine Hülse, angeordnet ist, dessen Austritt mittels einer mechanischen, an sich bekannter Verstellgliedanordnung verschließbar und freigebbar ist und daß der Durchlauf von einem Induktor, insbesondere einem luftgekühlten Induktor, umgeben ist, dessen elektromagnetisches Feld direkt an die Schmelze und/oder an den Durchlauf ankoppelt. Dadurch, daß der Durchlauf selbst von dem Induktor umgeben ist, ist gewährleistet, daß der Schmelzenpfropfen von der radialen Energiezufuhr erfaßt wird.

[0014] Die bekannte Verstellgliedanordnung kann eine Platte mit einem Loch und einer Verschlußfläche sein. Sie kann auch aus einer Blindplatte und einer Lochplatte oder Düse bestehen.

[0015] Zur elektromagnetischen Abschirmung einer metallischen Halterung, mit der die Vorrichtung am Gefäß befestigt ist, können Ferritkerne vorgesehen sein.

[0016] Ein Ausführungsbeispiel ist in der einzigen Figur beschrieben. Sie zeigt:
   einen Teilschnitt eines metallurgischen Gefäßes mit einer Blindplatte und Wechseldüse.

[0017] In den Boden (1) eines metallurgischen Gefäßes ist als Durchlauf für die Schmelze eine Hülse(2) aus feuerfestem, keramischem Material eingebaut. Die Hülse(2) bildet eine Austrittsöffnung(3) für die Schmelze, wobei die Austrittsöffnung(3) an eine mechanische Verstellgliedanordnung(4) angrenzt, mit der die Austrittsöffnung(3) verschließbar und freigebbar ist.

[0018] Die Hülse(2) ist von einem Induktor(5) umgeben, dessen hohles Querschnittsprofil von einem Kühlmedium, insbesondere Luft, durchströmt ist. Der Induktor(5) reicht möglichst nahe an die Austrittsöffnung(3). Zur elektrischen Abschirmung gegenüber einer metallischen Halterung(6) der Verstellgliedanordnung(4) können Ferritkerne(7) vorgesehen sein.

[0019] In der Halterung(6) ist die an sich bekannte Verstellgliedanordnung (4) verschieblich geführt. Bei der Ausführung nach Figur 1 besteht die Verstellgliedanordnung(4) aus einer Wechseldüse(8) bzw. Lochplatte und einer Blindplatte (10). Beide sind in einer Führung(9) der Halterung(6) in der Weise verschieblich, daß beim Einschieben der Blindplatte diese die Wechseldüse(8) von der Austrittsöffnung(3) wegschiebt, wonach dann die Blindplatte die Austrittsöffnung(3) versperrt und eine nachgeschobene Wechseldüse(8) die Blindplatte von der Austrittsöffnung(3) wegschiebt, wobei die Wechseldüse(8) dann unter die Austrittsöffnung(3) gelangt.

[0020] Es ist jedoch auch jede andere an sich bekannte Unterbrechung des Schmelzenflusses denkbar, wie z.B. ein in die Hülse (2) von unten eingeführter Kupferdorn oder ein von oben eingeführter keramischer Stopfen (nicht dargestellt).

[0021] Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtungen ist im wesentlichen folgende: Soll der Schmelzenfluß gestoppt werden, dann wird bei der Ausführung nach der Figur die Wechseldüse(8) mittels einer Blindplatte weggeschoben, bis die Blindplatte die Austrittsöffnung(3) sperrt oder es wird ein Dorn bzw. Stopfen eingeführt.

[0022] Damit ist der Schmelzenfluß primär unterbrochen. Anschließend läßt man dann die Schmelzen in der Hülse(2) ganz oder teilweise einfrieren. Dies kann dadurch beschleunigt werden, daß der Induktor(5) elektrisch abgeschaltet wird, sein Kühlkreislauf jedoch weiter arbeitet, so daß in der Hülse(2) gezielt ein Schmelzenpfropfen entsteht, der einen sekundären Verschluß bildet.

[0023] Wenn dann wieder Schmelze aus dem Gefäß abgestochen werden soll, wird der Induktor(5) elektrisch eingeschaltet. Dadurch erfolgt eine radiale, elektromagnetische Energiezufuhr, durch die der Schmelzenpfropfen in der Hülse(2) aufgeschmolzen wird. Der Schmelzenpfropfen wird dabei auch in einem an der Blindplatte (10) bzw. der Verschlußfläche erstarrten Bereich zumindest zähflüssig, so daß sich anschließend dann die Blindplatte mittels einer Wechseldüse (8) von der Austrittsöffnung (3) wegschieben läßt, so daß ihr Loch unter die Austrittsöffnung(3) gelangt. Damit ist der Schmelzenfluß wieder freigegeben.

[0024] Die Hülse(2) ist beim Aufschmelzen des in ihr sitzenden Schmelzenpfropfens an sich Belastungen ausgesetzt, die darauf beruhen, daß sich der Schmelzenpfropfen beim Aufschmelzen radial ausdehnt, so daß die Gefahr besteht, daß die Hülse(2) bricht oder sich in ihr Risse bilden. Dieses Problem ist bei der beschriebenen Einrichtung dadurch vermieden, daß mittels des Induktors(5) eine dünne Randzone des Mantelbereichs des Schmelzenpfropfens in den flüssigen oder zähflüssigen Zustand übergeht, bevor im Schmelzenpfropfen von außen nach innen ein Temperaturausgleich erfolgt, also die über den gesamten Querschnitt des Schmelzenpfropfens gehende Temperaturausdehnung wirksam wird. Die voreilend flüssig oder zähflüssig gewordene Randzone des Schmelzenpfropfens wird bei dessen weiterer Ausdehnung nach oben - wenn die Austrittsöffnung(3) noch geschlossen ist - oder nach unten und oben aus der Hülse(2) durch den sich weiter ausdehnenden Schmelzenpfropfen herausgedrückt, so daß die Hülse(2) höchstens einem geringen radialen Innendruck ausgesetzt ist.

[0025] Das genannte Problem läßt sich auch dadurch umgehen, daß sich die Hülse(2) unter der Wirkung des Induktors(5) temperaturbedingt so weit aufdehnt, daß für die dann folgende Ausdehnung des Schmelzenpfropfens ein freier Ringraum besteht, in den sich der Schmelzenpfropfen ausdehnen kann. Beide Funktionen können auch sich gleichgerichtet unterstützend zusammenwirken.

[0026] Bei den Ausführungsbeispielen wird der Schmelzenfluß in Flußrichtung hinter dem von der Hülse(2) gebildeten Durchlauf unterbrochen und durch Abkühlung im Durchlauf verfestigt. Es ist auch möglich, den Schmelzenfluß im Durchlauf mittels eines Verschlußdornes oder eines Stopfens zu unterbrechen.

Ansprüche

1. Verfahren zum diskontinuierlichen Abstechen von Schmelzen, insbesondere von Metallschmelzen, insbesondere von flüssigem Stahl, oder schmelzflüssigen Nichtmetallen, aus einem Gefäß durch einen Durchlauf,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schmelzenfluß im Durchlauf des Gefäßes oder in Flußrichtung hinter dem Durchlauf unterbrochen wird und durch Abkühlung verfestigt wird, und daß zum erneuten Abstechen die Unterbrechung freigegeben wird und die im Durchlauf verfestigte Schmelze durch radiale, elektromagnetische Energiezufuhr in den Durchlauf wieder aufgeschmolzen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum erneuten Abstechen zuerst die im Durchlauf verfestigte Schmelze aufgeschmolzen und danach die Unterbrechung freigegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektromagnetische Energiezufuhr durch induktives Ankoppeln eines elektromagnetischen Feldes an die eingefrorene Schmelze und/oder an den Durchlauf erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abkühlung und Verfestigung der Schmelze im Durchlauf nach der Unterbrechung des Schmelzenflusses mittels einer Kühlung eines für die elektromagnetische Energiezufuhr vorgesehenen Induktors bei elektrisch abgeschaltetem Induktor unterstützt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Aufschmelzen des verfestigten oder völlig durcherstarrten Schmelzenpfropfens so schnell erfolgt, daß eine Randzone des Schmelzenpfropfens verflüssigt wird, bevor im Schmelzenpfropfen ein Temperaturausgleich von außen nach innen erfolgt ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchlauf voreilend zum Schmelzenpfropfen aufgeheizt wird und sich dabei so weit aufdehnt, daß der aufschmelzende Schmelzenpfropfen sich in den dadurch freigewordenen Ringraum hinein ausdehnen kann.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum diskontinuierlichen Abstechen von Schmelzen, insbesondere von Metallschmelzen, insbesondere von flüssigem Stahl, oder schmelzflüssigen Nichtmetallen, aus einem Gefäß durch einen Durchlauf,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Gefäß im Durchlauf, insbesondere eine Hülse (2) angeordnet ist, dessen Austritt (3) mittels einer an sich bekannten mechanischen Verstellgliedanordnung (4) verschließbar und freigebbar ist, und daß der Durchlauf von einem Induktor (5), insbesondere einem luftgekühlten Induktor, umgeben ist, dessen elektromagnetisches Feld an den Durchlauf ankoppelt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchlauf aus einer feuerfesten, induktiv ankoppelbaren Keramik besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die an sich bekannte Verstellgliedanordnung eine Platte mit einem Loch und einer Verschlußfläche ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die an sich bekannte Verstellgliedanordnung (4) aus einer Blindplatte (10) und einer Lochplatte oder Wechseldüse (8) besteht.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine metallische Halterung (6) der Vorrichtung am Gefäß gegen das elektromagnetische Feld, insbesondere mittels Ferritkernen (7) in an sich bekannter Weise abgeschirmt ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Induktor (5) möglichst nahe an den Austritt (3) reicht.

Claims

1. Method of discontinuously teeming molten materials, particularly molten metals, particularly liquid steel or molten non-metals, from a vessel through a passage, characterised in that the flow of molten material is interrupted in the passage of the vessel or after the passage in the flow direction and is solidified by cooling and that for further teeming the interruption is removed and the molten material solidified in the passage is re-melted by radial supply of electromagnetic energy into the passage.

2. Method as claimed in Claim 1, characterised in that for further teeming the molten material solidified in the passage is firstly melted and thereafter the interruption is removed.

3. Method as claimed in Claim 1 or 2, characterised in that the electromagnetic energy supply is effected by inductive coupling of an electromagnetic field with the frozen molten material and/or the passage.

4. Method as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the cooling and solidification of the molten material in the passage is promoted after the interruption of the flow of molten material by means of a cooler of an inductor provided for the electromagnetic energy supply, with the inductor electrically switched off.

5. Method as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the melting of the solidified or completely frozen plug of molten metal is effected so rapidly that an edge region of the molten material plug is liquefied before a temperature balance from the exterior to the interior takes place in the plug of molten material.

6. Method as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the passage is heated prior to the plug of molten material and expands to such an extent that the melting plug of molten material can expand into the annular space which is thus made available.

7. Apparatus for carrying out the method of discontinuously teeming molten materials, particularly molten metals, particularly liquid steel or molten non-metals, from a vessel through a passage, characterised in that arranged in the passage in the vessel there is, in particular, a sleeve (2), the outlet (3) of which may be closed and opened by means of a mechanical control element arrangement (4) known per se and that the passage is surrounded by an inductor (5), particularly an air-cooled inductor, the electromagnetic field of which couples with the passage.

8. Apparatus as claimed in Claim 7, characterised in that the passage comprises a refractory, inductively couplable ceramic material.

9. Apparatus as claimed in Claim 7, characterised in that the control element arrangement known per se is a plate with a hole and a sealing surface.

10. Apparatus as claimed in Claim 7, characterised in that the control element arrangement (4) known per se comprises a blind plate (10) and an apertured plate or alternating nozzle (8).

11. Apparatus as claimed in one of the preceding claims, characterised in that a metallic mounting (6) of the apparatus on the vessel is shielded from the electromagnetic field, particularly by means of ferrite cores (7), in a manner known per se.

12. Apparatus as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the inductor (5) extends as close as possible to the outlet (3).

Revendications

1. Procédé pour la coulée discontinue de masses fondues, en particulier de bains de métal, en particulier d'acier en fusion ou de non-métaux en fusion, contenus dans une cuve à travers un orifice de sortie , caractérisé par le fait que l'on bloque l'écoulement de la masse fondue dans l'orifice de sortie de la cuve ou en aval de l'orifice de sortie, vu dans la direction d'écoulement, et que la masse fondue se solidifie par refroidissement et par le fait que pour procéder à une nouvelle coulée, on libère l'écoulement et on fait fondre par un apport radial d'énergie électromagnétique la masse fondue qui s'est solidifiée dans l'orifice de sortie.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour effectuer une nouvelle coulée, on fait fondre la masse fondue solidifiée dans l'orifice de sortie, puis on libère l'écoulement.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'apport d'énergie électromagnétique a lieu par couplage par induction d'un champ électromagnétique à la masse fondue solidifié et/ou à l'orifice de sortie.

4. Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le refroidissement et la solidification de la masse fondue dans l'orifice de sortie consécutivement à l'interruption de l'écoulement de la masse fondue sont renforcés par un refroidissement d'un inducteur prévu pour l'apport d'énergie électromagnétique, lorsque l'inducteur est électriquement hors service.

5. Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la fusion du bouchon de masse fondue solidifié ou totalement figé est tel qu'une zone périphérique du bouchon de masse fondue soit amenée à l'état liquide avant même qu'un équilibre de température s'établisse de l'extérieur vers l'intérieur dans le bouchon de masse fondue.

6. Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on chauffe l'orifice de sortie avant le bouchon de masse fondue et que celui-ci se dilate suffisamment pour que le bouchon de masse fondue qui commence à fondre puisse se dilater dans l'espace annulaire ainsi libéré.

7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de coulée discontinue de masses fondues, en particulier de bains de métal en fusion, en particulier d'acier en fusion ou de non-métaux en fusion, contenus dans une cuve à travers un orifice de sortie, caractérisé par le fait qu'en particulier un manchon (2), dont la sortie (3) peut être fermée et ouverte à l'aide d'un système de commande (4) mécanique connu en soi est disposé dans l'orifice de sortie de la cuve et par le fait que l'orifice de sortie est entouré par un inducteur (5), en particulier par un inducteur refroidi par air, dont le champ magnétique est couplé à l'orifice de sortie.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'orifice de sortie est formé d'une céramique réfractaire pouvant être couplée par induction.

9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le système de réglage connu en soi est une plaque avec un trou et une surface d'obturation.

10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le système de commande (4) connu en soi est formé d'une plaque borgne (10) et d'une plaque perforée ou d'une busette (8) interchangeable.

11. Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un moyen (6) métallique de fixation du dispositif sur la cuve est protégé de manière connue en soi contre le champ magnétique, en particulier au moyen de noyaux de ferrite (7).

12. Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'inducteur (5) s'étend le plus près possible de la sortie (3).

Zeichnung