DE19621141A1

DE19621141A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Metallschmelzen

Info

Publication number: DE19621141A1
Application number: DE1996121141
Authority: DE
Inventors: Ewald Dipl Ing Feuerstacke
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2016-05-16
Also published as: DE19621141C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen, insbesondere Stahl, in einem metallurgischen eine Abstichöffnung aufweisende Gefäß, daß um seine vertikale Mittenachse drehbar ist und in das mindestens zwei Elektroden hineinragen, sowie die entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zum Stand der Technik zählen verschiedene Ofentypen, in die Flüssigmetall einbringbar ist und die in Rotation versetzt werden.

So ist aus DE-OS 27 30 784 ein zylindrischer Drehofen bekannt, dessen Mittenachse im wesentlichen horizontal angeordnet ist und an dessen Entladeende ein Enddamm vorgesehen ist. Über diesem Enddamm wird flüssige Schlacke aus dem Endladeende des Drehofens gegossen.

Der Pegel der Flüssigkeit wird hierbei von der Höhe des Dammes und der Winkelstellung des Drehofens zur Waagerechten bestimmt.

Aus EP 0 234 536 B1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem geschmolzenes Metall mittels mindestens eines elektromagnetischen Rührers in einem Ofengefäß um eine vertikale Achse drehbar ist. Das hierbei verwendete Gefäß besitzt mindestens ein Abzapfloch im Boden, wobei das Loch exzentrisch nahe der Seitenwand angeordnet ist. Bei diesem Gefäß ist ein Abstich während der Rotation des Gefäßes mit gleichzeitigem Unterbrechen des Metallausflusses nicht möglich.

Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren mit zugehöriger Vorrichtung zum Behandeln von Schmelzen, insbesondere von Stahl, zu schaffen, bei dem mit einfachen konstruktiven Mitteln über eine verschleißfreie Abstichsöffnung ein schlackearmes Abstechen der Metallschmelze möglich ist.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 4.

Erfindungsgemäß wird eine Metallschmelze, insbesondere Stahl, um seine vertikale Mittenachse in Rotation versetzt, indem ein Ofengefäß, welches in der Bodenmitte eine Abstichöffnung ausweist, in seiner Geschwindigkeit beliebig steuerbar gedreht wird.

Das Ofengefäß ist dabei so ausgestaltet, daß im Boden sich auch bei Stillstand des Ofengefäßes ein Flüssigsumpf befindet. Bei Beginn des Schmelzprozesses wird das Gefäß um seine vertikale Achse in Rotation versetzt mit der Folge, daß sich die Schmelze gleichmäßig und großflächig vor die Innenwand des Ofengefäßes legt.

Anschließend wird die Charge ins Gefäß eingefüllt. Die Feststoffe werden dabei aufgrund der Fliehkraft nach außen gefördert und lehnen sich an die Innenwand des Ofengefäßes an. Dabei werden die Feststoffe weitgehend von der Schmelze umhüllt, so daß ein Maximum an Wärmeenergie auf den noch nicht erschmolzenen Teil übertragen werden kann.

Für die Feuerfestwand bedeutet dies, daß der zu chargierte Festschrott, der sich wegen der höheren Dichte direkt vor die Wand legt diese vor weiteren Einflüssen schützt. Darüber hinaus tritt keine unzulässige örtliche Überhitzung der Schmelze wie auch der Feuerfestwand durch die Lichtbögen auf.

Durch die frei einstellbare Rotationsgeschwindigkeit des Gefäßes kann das sich im Zentrum des Bodens befindende Abstichloch freigehalten werden. Unter Berücksichtigung des Schmelzenvolumens ist die Rotation so einstellbar, daß keine Schmelze abfließt, obwohl kein Verschluß vorhanden ist.

Zum Abschlacken kann in einfachster Weise durch Minderung der Drehgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit abgeschlackt werden. Bei dieser Abstichmethode entfällt der beim üblicherweise über einen Bodenausguß durchgeführte Abstechen auftretende Wirbel und damit die Vermischung zwischen Schlacke und Flüssigmetall.

Zum Abstechen des Metalls wird dann die Drehgeschwindigkeit weiter gesenkt, ggf. bis zum Stillstand des Ofengefäßes.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein portionsweises Abstechen der Schmelze dadurch durchgeführt werden, daß die Drehgeschwindigkeit des Ofens gesenkt und nach Erreichen der gewünschten Abstichmenge wieder beschleunigt wird.

Bei dem zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagenen Gefäßes handelt es sich um ein geschlossenes Ofengefäß, bei dem mindestens teilweise der Deckel fest steht und nur die am Gefäßboden vorgesehene Abstichöffnung offen ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gefäßes wird nicht nur die Gefäßinnenwand, sondern auch der Gefäßmantel in einer Weise ausgestaltet, daß die Kurve einer Parabel entspricht, die bei höchster Drehzahl erreicht wird.

Im Bereich des Eintritts der Abstichöffnung ist eine Erhöhung vorgesehen, hinter der sich in radialer Richtung nach außen eine ringförmige Auskolkung erstreckt, in der sich auch bei Stillstand des Ofens ein Flüssigkeitssumpf sammeln kann.

In besonders einfacher Weise ist die Abdichtung des feststehenden Deckelteils zum rotationsbeweglichen Gefäß bzw. Deckelteils ausgestaltet, in dem eine mit einem Dichtfluid gefüllte Dichtrinne vorgesehen ist, in die eine ringförmige Nase hineinragt.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargelegt. Dabei zeigen die

Fig. 1 einen Schnitt durch das Rotationsgefäß,

Fig. 2 eine Draufsicht.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch das Gefäß 11, das einen Gefäßmantel 13 aufweist, der im Gefäßinneren mit einer Feuerfestauskleidung 14 ausgekleidet ist. Im linken Teil der Figur weist das Gefäß eine kurvenförmige Gestalt auf, die der Parabel der Schmelzenoberfläche bei höchster Drehzahl entspricht und im rechten Teil der Figur ist ein zylindrisches Gefäß dargestellt.

Das Gefäß 11 besitzt in der Mitte des Gefäßbodens 16 eine Abstichöffnung 17. Die Gefäßinnenwand 12 ist im Bereich des Gefäßbodens 16 mit einer Auskolkung 19 versehen, die zum Eintritt zur Abstichöffnung 17 hin einen mit einer Erhöhung versehenen Eintrittswand 18 aufweist.

Auf der Gefäßmündung 15 ist ein Deckel 21 vorgesehen. Im rechten Teil der Figur wird das Gefäß 11 durch einen feststehenden Deckel 22 verschlossen, im linken Teil weist der Deckel einen feststehenden Deckelteil 22 und einen drehbeweglichen Deckelteil 23 auf.

Im Deckel sind Durchtritte 24 für die Elektroden 41, 42 sowie Durchtritte 25 für die Materialzufuhr 51 vorgesehen.

Am Außenrand 26 des feststehenden Deckels 22 ist eine Nase 61 vorgesehen, die in eine Dichtrinne 62 hineingreift, die mit einem Dichtfluid F gefüllt ist. Im Bereich des Gefäßbodens 16 des Gefäßes 11 sind Antriebselemente 31 vorgesehen. Im rechten Teil der Figur werden Räder 32 für die horizontale und Räder 33 für die vertikale Führung des Gefäßes eingesetzt. Im linken Teil der Figur kommen Magnete zum Einsatz, und zwar Magnete 34 für die horizontale und Magnete 35 für die vertikale Führung.

An der Mündung der Abstichsöffnung 17 ist ein Ableitungselement 71 zur Abführung der Fehlluft angeordnet.

Das Gefäß ist während des Rotationsvorganges dargestellt, so daß sich das Metall M an die Gefäßinnenwand 12 anlehnt und Schlacke S in Form einer Parabel auf der Oberfläche des Metalls ansammelt.

Die Fig. 2 zeigt die Draufsicht des Deckels 21. Im rechten Teil der Figur ist ein feststehender Deckel 22 dargestellt, durch den die Elektrode 42 und das Materialzufuhrbauteil 52 geführt ist.

Im linken Teil ist der innere Teil des Deckels 21 als feststehender Deckelteil 22 und der äußere als ringförmiger drehbeweglicher Deckel 23 ausgeführt. Durch den feststehenden Deckel 22 ist die Elektrode 41 und das Materialzufuhrbauteil 51 geführt.

Mit D ist der Gefäßmanteldurchmesser und mit d der Durchmesser des feststehenden Teils des Deckels, soweit der mit einem beweglichen Deckelteil 23 kombiniert, bezeichnet. Der Teilkreis der Elektroden ist mit D_E gekennzeichnet, wobei beim linken Teil der Fig. 2 das Materialzufuhrbauteil 51 auf diesem Teilkreis mit angeordnet ist. Die Mittenachse ist mit 1 gekennzeichnet. Die Scheitelhöhe der Auskolkung 19 ist mit h bezeichnet.

Bezugszeichenliste

10 Behälter
11 Gefäß
12 Gefäßinnenwand
13 Gefäßmantel
14 Feuerfestauskleidung
15 Gefäßmündung
16 Gefäßboden
17 Abstichöffnung
18 Eintrittsrand
19 Auskolkung
20 Abdeckung
21 Deckel
22 Feststehender Deckel
23 Drehbeweglicher Deckelteil
24 Durchtritt für Elektrode
25 Durchtritt für Materialzufuhr
26 Außenrand feststehender Deckel
30 Antrieb
31 Antriebselemente
32 Räder horizontale Führung
33 Räder vertikale Führung
34 Magnete horizontale Führung
35 Magnete vertikale Führung
40 Elektrik
41, 42 Elektrode
50 Materialeinrichtung
51, 52 Materialzufuhrbauteil
60 Abdichtung
61 Nase
62 Dichtrinne
70 Abluft
71 Ableitungselement
F Dichtfluid
D_E Teilkreis Elektrode
M Metall
S Schlacke
l Mittenachse
h Scheitelhöhe
D Gefäßmanteldurchmesser
d Durchmesser feststehender Teil des Deckels

Claims

1. Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen, insbesondere Stahl, mit einem metallurgischen und eine Abstichöffnung aufweisenden Gefäß, das um seine vertikale Mittenachse drehbar ist und in das mindestens zwei Elektroden hineinragen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) bei Beginn des Schmelzprozesses wird das Gefäß um seine vertikale Mittenachse soweit in Rotation versetzt, daß die von vorhergehenden Schmelzen verbliebene Metallschmelze die Gefäßinnenwand großflächig bedeckt,
b) anschließend wird die Charge, insbesondere Schrott, ins Gefäß eingefüllt und seine Drehgeschwindigkeit so eingestellt, daß sich die Feststoffe direkt vor die Wand legen,
c) während des Schmelzprozesses wird die Drehgeschwindigkeit des Gefäßes mindestens soweit erhöht, daß das Volumen des geschmolzenen und des einzuschmelzenden Materials von der zentrisch angeordneten Abstichöffnung im Gefäßboden ferngehalten wird,
d) zum Abschlacken wird die Drehgeschwindigkeit des Gefäßes geringfügig gemindert und
e) zum Abstechen des Metalls wird die Drehgeschwindigkeit des Gefäßes schnellstmöglich abgesenkt, wobei auch bei einer Absenkung der Drehgeschwindigkeit auf Null ein Metallsumpf im Gefäß verbleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit des Gefäßes im Normalbetrieb zwischen 40 bis 70 1/min liegt und zum Abstechen um einen Betrag zwischen 50 bis 30 1/min in einer Zeit von 15 bis 20 sek gesenkt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum portionsweisen Abstechen die Drehgeschwindigkeit gezielt gesenkt und nach Abziehen der gewünschten Schmelzmenge wieder angehoben wird.

4. Vorrichtung zum Behandeln eines in einem metallischen mit einer Feuerfestauskleidung versehenen Gefäßes befindlichen Metallschmelze, die in Rotation bring bar, durch in das Gefäß hineinragende Elektroden aufheizbar und durch eine im Gefäßboden vorgesehene Öffnung abstechbar ist, nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (11) eine zur vertikalen Mittenachse (1) rotationssymmetrische Form aufweist, daß ein zumindest teilweise feststehender Deckel (21) zum Verschließen der Gefäßmündung vorgesehen ist, daß im Zentrum des Gefäßbodens (16) eine Abstichöffnung (17) angeordnet ist, daß ausgehend von dem Eintrittsrand (18) der Abstichöffnung (17) hin zur Gefäßinnenwand (12) die Feuerfestauskleidung (14) eine ringförmige Auskolkung (19) besitzt und daß Antriebselemente (31) zum Drehen des Gefäßes (11) vorgesehen sind, die im Bereich des Gefäßbodens (16) mit dem Gefäßmantel (13) in Verbindung stehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (12) der Feuerfestauskleidung (14) des rotationssymmetrischen Gefäßes (11) eine kurvenförmige Gestalt besitzt, die der Parabel der Schmelzenoberfläche bei höchster Drehzahl entspricht und der Gefäßmantel (13) zylindrisch oder eine Gefäßinnenwand (12) entsprechende Form aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, daß die Scheitelhöhe (h) der Auskolkung (19) sich zum Durchmesser (D) des Gefäßmantels verhält wie h = 0,1 bis 0,3 × D.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im feststehenden Teil (22) des Deckels (21) Durchtritte (24, 25) vorgesehen sind, durch die Elektroden (41) sowie Materialzuführungen (51) durchleitbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Teil (22) des Deckels- (21) einen Durchmesser (d) besitzt, der zum Teilkreis (D_E) der Elektrode sich verhält wie d = 1,1 bis 1,3 × D_E.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialdurchführung (25) auf dem Teilkreis (D_E) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenrand (26) des feststehenden Deckelteils (22) eine Nase (61) vorgesehen ist, die in eine am drehbeweglichen Gefäßteil (15) bzw. Deckelteil (23) vorgesehenen Dichtrinne (62) hineingreift, die mit einem Dichtfluid (F) gefüllt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtfluid (F) eine dickflüssige, schwer entflammbare Flüssigkeit, z. B. Schweröl ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehantriebselemente (31) Räder (32, 33) vorgesehen sind, die das Gefäß (11) in horizontaler und vertikaler Richtung führen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehantriebselemente (31) elektrisch schaltbare Magnete (34, 35) vorgesehen sind, die das Gefäß (11) in horizontaler und vertikaler Richtung führen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Austritt der Abstichöffnung (17) ein Ableitungselement (71) rum Ableiten der Fehlluft vorgesehen ist.