Verfahren und Vorrichtung zum schlackenfreien Abstechen einer Metall-, insbesondere einer Stahl-Schmelze, aus einer senkrecht stehenden metallurgischen Gefäss

Abstract

 Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schlackenfreien Abstechen einer Metall-, insbesondere einer Stahlschmelze, aus einem senkrecht stehenden metallurgischen Gefäß (1) durch eine Abstichöffnung (2), wobei die auf der Schmelze schwimmende Schlacke (5) mit dem Badspiegel zusammen abgesenkt wird, zielt auf Maßnahmen, durch die die Entstehung von Wirbel verhindert wird und schlägt vor, dass vor Beginn eines zu erwartenden Potentialwirbels (4) im Bereich der Abstichöffnung (2) und der Bildung einer Trombe (8) um die Achse (9) der Abstichöffnung (2) von außen ein Körper (10) in den Bereich der Abströmung (11) eingeschoben oder vorher eingebracht wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schlackenfreien Abstechen einer Metall-, insbesondere Stahlschmelze, aus einem senkrecht stehenden metallurgischen Gefäß durch eine Abstichöffnung, wobei die auf der Schmelze schwimmende Schlacke mit dem Badspiegel abgesenkt wird.

[0002] Beim Entleeren von metallurgischen Gefäßen mit Bodenausguss tritt beim Unterschreiten einer bestimmten Badspiegelhöhe ein unerwünschtes Mitlaufen der oben auf der Metallschmelze befindlichen Schlacke auf. Dieses Mitlaufen der Schlacke wird durch einen Potentialwirbel der ablaufenden Flüssigkeit verursacht, wobei sich im Innern des Wirbels die Dreh-Geschwindigkeit derart erhöht, dass die Metallschmelze eine Trombe bildet, in die die Schlacke förmlich miteingesogen wird. Die Umfangsgeschwindigkeit nimmt dabei mit sinkendem Abstand zur Abstichöffnung zu. Die Form der Trombe wird von der lokal wirkenden Trägheits-, Schwer-, Auftriebs-und Coriolis-Kraft bestimmt. Die Ausbildung der Trombe geschieht ab einer von den geometrischen Gestaltungen abhängigen kritischen Füllhöhe. Das Mitlaufen und die dadurch verursachte Vermischung von Schlacke und flüssigem Metall führt zu einer starken Beeinträchtigung der Schmelzenqualität und daher zu einem vorzeitigen Schließen des Gefäßabstichs.

[0003] Es sind eine ganze Reihe von Verfahren bekannt, den beschriebenen Effekt zu beeinflussen oder zu vermeiden. Um einen Gewinn von über 95% an Schmelze zu erzielen, ist z.B. schon vorgeschlagen worden ( DE 33 27 671 A1), ein vertikal fluchtend zur Abstichöffnung eines Schieber oder Klappenverschlusses an einer Hubvorrichtung befestigter Strömungskörper in einer oberen Stellung zur Schmelze zu halten und bei einer kritischen Schmelzbadhöhe von 200-500 mm über der Abstichöffnungs-Oberkante des offenen Schieber- bzw. Klappenverschlusses den Strömungskörper auf eine untere Stellung von ca. 30 - 50 mm über dem Gefäßbodengrund abzusenken und schließlich ganz zu schließen. Diese Verfahrensweise geht jedoch davon aus, dass der Potentialwirbel ohnehin nicht vermieden werden kann und setzt eine entsprechende zusätzliche verhältnismäßig aufwendige Einrichtung voraus. Eine ähnliche Maßnahme ergibt sich aus der EP 0 974 801 A1, wobei allerdings die Halterung für den Strömungskörper aufwendig gekühlt werden muss.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu ergreifen, durch die die Entstehung der Wirbel deutlich verzögert oder ganz verhindert wird.

[0005] Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor Beginn eines zu erwartenden Potentialwirbels im Bereich der Abstichöffnung und der Bildung einer Trombe um die Achse der Abstichöffnung von außen etwa ein Körper in Bereich der Abströmung eingeschoben oder vorher eingebracht wird. Diese Behinderung der Drehbewegung der Strömung hindert die Schlacke daran, in die Abstichöffnung mit-einzulaufen. Außerdem wird dadurch die erforderliche Vorrichtung einfacher.

[0006] In Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Körper derart eingebracht wird, dass er die Höhe des kritischen Füllnivaus erfasst. Eine darüber liegende Höhe braucht deshalb nicht berücksichtigt zu werden.

[0007] Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Körper die Höhe im Zustand einer ohne Körper eintretenden Trombenbildung erfasst. Der Einfluss des Körper wird nur darauf abgestellt, dass Maßnahmen für eine kritische Badspiegel-Höhe erforderlich sind. Die höher liegenden Bereiche brauchen nicht berücksichtigt zu werden.

[0008] Eine Potentialwirbel-Bildung kann nach einer anderen Maßnahme auch dadurch verhindert werden, dass der Körper bis nahe an die Abstichöffnung eingebracht wird. Dadurch tritt die gewollte Störung der Wirbelbildung ein, so dass sich solche Wirbel von Anfang an nicht bilden können.

[0009] In Ausgestaltung ist weiter vorgesehen, dass der Körper über die Abstichöffnung eingebracht wird.

[0010] Eine andere Verbesserung besteht darin, dass der Körper etwa horizontal eingebracht wird.

[0011] Die Vorrichtung zum Abstechen einer Metallschmelze, insbesondere einer StahlSchmelze, aus einem in Abstechstellung befindlichen metallurgischen Gefäß, das eine geöffnete Abstichöffnung aufweist, löst die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass in der Ebene des Eingangs der Abstichöffnung ein oder mehrere einander zugeordnete Einbauten bis in den Strömungs-Umlenkungsbereich vor der Abstichöffnung einbringbar oder fest eingebaut sind. Die Einbauten können z.B. sternförmig, strahlenförmig oder mit anderen Vorsprüngen geformt sein. Diese Gestaltung verzögert oder verhindert sogar ganz die Potentialwirbelbildung und vermeidet einen großen Aufwand an Vorrichtungsteilen. Es sind lediglich Dämme aus Feuerfestmaterial zu errichten, die jeweils zwischen den Chargen ausgebaut oder wiederhergestellt werden können.

[0012] Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Einbauten bis nahe an die Abstichöffnung heranreichen. Dadurch kann auf die Abströmung ein großer Einfluss ausgeübt werden.

[0013] Nach weiteren Merkmalen wird vorgeschlagen, dass bei einer sich einstellenden Hauptströmungsrichtung die Einbauten stromabwärts hinter der Abstichöffnung liegen. Dadurch wird ebenfalls eine Potentialwirbel-Bildung mit einfachsten Mitteln verhindert.

[0014] In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass beidseitig oder nach mehreren seiten, zur Abstichöffnung gerichtet, Einbauten angeordnet sind. Diese Gestaltung ist besonders wirkungsvoll, weil etwaige Potentialwirbel sowohl vor als auch hinter der Abstichöffnung gestört werden.

[0015] Diese Gestaltung kann dann noch derart vorgenommen werden, dass die beidseitig oder nach mehreren Seiten zur Abstichöffnung angeordneten Einbauten über die Abstichöffnung hinweg miteinander verbunden sind. Dadurch wird gleichzeitig die Wirksamkeit erhöht und eine größere Haltbarkeit geschaffen.

[0016] Die Verbindung kann auch dahingehend gestaltet werden, dass in beidseitig zur Abstichöffnung angeordneten Einbauten ein Ausschnitt über der Abstichöffnung vorgesehen ist. Dadurch entsteht eine einfache und zweckmäßig zu erstellende Bauweise.

[0017] In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachstehend näher erläutert werden.

[0018] Es zeigen:

Fig. 1

einen senkrechten Schnitt durch die Abstichöffnung eines metallurgischen Gefäßes mit der Trombenbildung beim Abstich,

Fig. 2A

einen senkrechten Schnitt durch die Abstichöffnung mit einem ersten Ausführungsbeispiel von Einbauten,

Fig. 2B

die zu Fig.2A gehörende Draufsicht,

Fig. 3A

einen senkrechten Schnitt durch die Abstichöffnung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel von Einbauten und

Fig. 3B

die zu Fig. 3A gehörende Draufsicht.

[0019] Gemäß Fig. 1 bildet sich ohne jede Maßnahme gegen einen Potentialwirbel bei einem metallurgischen Gefäß 1 in der Abstichöffnung 2 des Gefäßbodens 3 am Ende des Abstechens ein Potentialwirbel 4, der Schlacke 5 aus einer Gasphase 6 in das flüssige Metall 7 hineinreißt, und eine Trombe 8 bildet, so dass das flüssige Metall später unzulässige Einschlüsse aufweisen würde. In diesem Fall muss der Abstich unterbrochen werden.

[0020] Gemäß Fig. 2A wird vor Beginn eines zu erwartenden Potentialwirbels 4 im Bereich der Abstichöffnung 2 und der Bildung einer Trombe 8 um die Achse 9 der Abstichöffnung 2 von außen etwa horizontal ein Körper 10 in den Bereich der Abströmung 11 über die Abstichöffnung 2 eingeschoben oder der Körper 10 ist vorher schon in das Mauerwerk des metallurgischen Gefäßes 1 eingebaut worden. Der Körper 10 wird mit einer Höhe 12 eingebaut, die der Höhe des kritischen Füllniveaus entspricht, d.h. ein Badspiegel in dem sich in Kürze ein Potentialwirbel 4 bilden würde. Der Körper 10 erfasst damit die Höhe 12 in einem Zustand, in dem früher die Trombenbildung einsetzte. Dabei wird der Körper 10 bis nahe an die Abstichöffnung 2 herangeschoben (vgl. Fig. 2A und 2B).

[0021] Solche aus einem oder mehreren Körpern 10 bestehende Einbauten 13 werden allgemein in der Ebene 14 des Eingangs 2a der Abstichöffnung 2 bis in einen Strömungs-Umlenkungsbereich 15 vor der Abstichöffnung 2 kurzfristig eingeschoben oder sind schon bei der Zustellung des Gefäßes 1 fest eingebaut worden. Es ist günstig, dass die Einbauten 13 bis nahe an die Abstichöffnung 2 heranreicht, wie gezeichnet ist. Dabei sollte beachtet werden, dass bei einer sich einstellenden Hauptströmung 16 die Einbauten 13 stromabwärts hinter der Abstichöffnung 2 zu liegen kommen.

[0022] In einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 3A und 3B) sind beidseitig zur Abstichöffnung 2 Einbauten 13a und 13b angeordnet. Diese können über die Abstichöffnung 2 hinweg miteinander verbunden werden. Eine solche Verbindung kann auch derart vorgenommen werden, dass in den beidseitig zur Abstichöffnung 2 angeordneten Einbauten 13a; 13b ein Ausschnitt 17 über der Abstichöffnung 2 vorgesehen ist.

Bezugszeichenliste

[0023] 

1

metallurgisches Gefäß

2

Abstichöffnung

2a

Eingang

3

Gefäßboden

4

Potentialwirbel

5

Schlacke

6

Gasphase

7

flüssiges Metall

8

Trombe

9

Achse d. Abstichöffnung

10

Körper

11

Abströmung

12

Höhe der Einbauten

13

Einbauten

13a

seitliche Einbauten

13b

seitliche Einbauten

14

Ebene

15

Strömungs-Umlenkungsbereich

16

Hauptströmung

17

Ausschnitt

Ansprüche

1. Verfahren zum schlackenfreien Abstechen einer Metall-, insbesondere einer Stahlschmelze, aus einem senkrecht stehenden metallurgischen Gefäß durch eine Abstichöffnung, wobei die auf der Schmelze schwimmende Schlacke mit dem Badspiegel zusammen abgesenkt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor Beginn eines zu erwartenden Potentialwirbels im Bereich der Abstichöffnung und der Bildung einer Trombe um die Achse der Abstichöffnung von außen ein Körper in den Bereich der Abströmung eingeschoben oder vorher eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Körper derart eingebracht wird, dass er die Höhe des kritischen Füllniveaus erfasst.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Körper die Höhe im Zustand einer ohne Körper eintretenden Trombenbildung erfasst.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Körper bis nahe an die Abstichöffnung eingebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Körper über die Abstichöffnung eingebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Körper etwa horizontal eingebracht wird.

7. Vorrichtung zum Abstechen einer Metallschmelze, insbesondere einer Stahlschmelze, aus einem in Abstechstellung befindlichen metallurgischen Gefäß, das eine geöffnete Abstichöffnung aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Ebene (14) des Eingangs (2a) der Abstichöffnung (2) ein oder mehrere einander zugeordnete Einbauten (13) bis in den Strömungs-Umlenkungsbereich (15) vor der Abstichöffnung (2) einbringbar oder fest eingebaut sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einbauten (13) bis nahe an die Abstichöffnung (2) heranreichen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer sich einstellenden Hauptströmungsrichtung (16) die Einbauten (13) stromabwärts hinter der Abstichöffnung (2) liegen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass beidseitig oder nach mehreren Seiten zur Abstichöffnung (2) gerichtet Einbauten (13a; 13b) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beidseitig oder nach mehreren Seiten zur Abstichöffnung (2) angeordneten Einbauten (13a; 13b) über die Abstichöffnung (2) hinweg miteinander verbunden sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beidseitig zur Abstichöffnung (2) angeordneten Einbauten (13a; 13b) einstückig mit einem Ausschnitt (17) über der Abstichöffnung (2) ausgebildet sind.

Zeichnung