DE19911607A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abstechen einer Metallschmelze - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abstechen einer Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, aus einem metallurgischen Gefäß (1) vorgeschlagen, wobei die Schmelze (4) durch ein geöffnetes Abstichloch (6), das in die Gefäßbodenwand (2) eingelassen ist, aufgrund der Schwerkraft ausströmt und gleichzeitig die auf der Schmelze schwimmende Sclacke (5) bei geringer werdender Metallschmelzenhöhe über dem Abstichloch durch einen Hohlsog mit ausfließt. Um ein Vermischen von Schlacke mit der Schmelze beim Ausfließen zu verhindern, wird die ausströmende Schmelze einem Magnetfeld ausgesetzt, so daß die Corioliskraft durch eine elektromagnetische Gegenkraft kompensiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abstechen einer Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, aus einem metallurgischen Gefäß, wobei die Schmelze durch ein geöffnetes Abstichloch, das in den Gefäßboden eingelassen ist, aufgrund der Schwerkraft ausströmt und gleichzeitig die auf der Schmelze schwimmende Schlacke bei geringer werdender Metallschmelzenhöhe mit ausfließt.

In diesem Zusammenhang werden unter dem Begriff metallurgisches Gefäß sowohl Gefäße zum Aufschmelzen von Metall, wie Elektrolichtbogenöfen und Konverter verstanden, als auch alle Gefäße, mit denen flüssiges Metall transportiert oder weitergefördert wird, wie beispielsweise Transportpfannen oder der Verteiler bei einer Stranggießanlage.

Die Herstellung von Stählen mit erhöhtem Reinheitsgrad gewinnt zunehmend an Bedeutung und entspricht den Kundenanforderungen nach Stählen mit verbesserten Eigenschaften. Eine wesentliche Voraussetzung für die Sicherung eines niedrigen Gehaltes von unerwünschten Einschlüssen in der Metallschmelze ist das Verhindern des Mitlaufens von Frischschlacke beim Abstich und/oder das Einziehen von Schlacke in den Schmelzestrahl bei nachfolgenden Behandlungsschritten.

Das Mitlaufen von Frischschlacken führt zu Problemen bei der Desoxidation des Stahls, Schwankungen im Legierungsausbringen, direkter Bildung zusätzlicher Einschlüsse und reduziert die Wirksamkeit von synthetischen Schlacken. Das Einziehen von Schlacken in den Stahl bei nachfolgenden Behandlungsschritten führt zur Bildung von Einschlüssen im Stahl.

Aus der deutschen Patentschrift DE 33 27 671 ist ein metallurgischen Gefäß mit einem Bodenabstichloch bekannt, welches ein schlackenarmes Abstichsystem mittels eines Schwimmers oder Schlackenstoppers aufweist. Hierbei wird ein Schwimmer, dessen spezifisches Gewicht zwischen dem der Stahlschmelze und der der Schlacke liegt, in das Schmelzbad oberhalb des aufgrund des Ausfließens bedingten Wirbels mit einer an einer Hubvorrichtung angebrachten Stange eingebracht. Mit fallendem Schmelzbadspiegel bildet sich ausgehend von dem Bodenabstichloch ein Wirbel in der Schmelze, der bei einer kritischen Schmelzbadhöhe die Schlacke erfaßt und verwirbelt. Es kommt zu unerwünschten Vermischungen von Schmelze und Schlacke. Zur Lösung dieses Problems schlägt die DE 33 27 671 vor, durch Absenken eines Strömungskörpers und Halten kurz über dem Gefäßboden oberhalb der Abstichöffnung den Wirbel zu binden und auf diese Weise eine Verwirbelung und Einziehen der Schlacke in den Wirbel zu verhindern. Bei einer derartigen Anordnung ist es aber notwendig, einen Strömungskörper durch Schmelze und Schlacke zu führen, was mit einem erhöhten Verschleiß und Umrüstzeiten verbunden ist.

Es ist grundsätzlich bekannt, mittels Magnetfeldern den Strömungsfluß von Metallschmelzen in Stranggießkokillen zu beeinflussen. Ferner ist aus der WO 94/03 294 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rühren einer Metallschmelze in einem geschlossenen Behälter bekannt, um eine Homogenisierung sowie einen Temperaturausgleich während der Erstarrung zu bewirken. Die Rührwirkung entsteht durch elektromagnetische Kräfte aufgrund eines magnetischen Wanderfeldes, welches in einer Spule erzeugt wird, die außerhalb des Behälters um diesen herum angeordnet ist. Es kommt zu einer Rührwirkung in vertikaler Richtung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen ein schlackefreier Abstich in einem metallurgischen Gefäß möglich ist zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad.

Diese Aufgabe wird mittels des Verfahrens mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie mit der Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen offenbart.

Es wird erfindungsgemäß bei einem metallurgischen Gefäß mit Abstichloch vorgeschlagen, daß oberhalb des Abstichloches in der Metallschmelze ein derartig gerichtetes Magnetfeld erzeugt wird, daß die Schmelze eine elektromagnetische Kraft als Gegenkraft zur Corioliskraft erfährt.

Die sich oberhalb des Abstichloches befindende Metallschmelze wird dem wechselnden Magnetfeld - auch unter wanderndem Magnetfeld bekannt - einer Rührspule ausgesetzt, wobei in der Metallschmelze durch die induzierte Spannung Ströme induziert werden, sogenannte Wirbelströme. Die Wirbelströme erzeugen nach der Lenzschen Regel ein magnetisches Feld. Die elektromagnetische Kraft ist auch unter Lorentz-Kraft bekannt.

Bei der Ausfließbewegung aus einem Gefäß unterliegt eine Flüssigkeit der Corioliskraft als Beschleunigungsmoment, das durch die Rotation der Erde hervorgerufen wird. Die Corioliskraft macht sich darin bemerkbar, daß es zu einer rotierenden Ausfließbewegung kommt, die auch als "Hohlsog" bekannt ist. Die Drehrichtung des Dralls ist abhängig von dem Standort des Gefäßes. Bei einem Standort des Behälters auf der Nordhalbkugel erfolgt die Drehung der Strömung - von oben gesehen - gegen den Uhrzeigersinn, auf der südlichen Halbkugel im Uhrzeigersinn. Diese Corioliskraft ist die Ursache für die Ausbildung eines Strömungswirbels.

Aufgrund dieser Verwirbelung kommt es in den beschriebenen metallurgischen Gefäßen zu einem Vermischen von Schmelze und Schlacke mit abnehmender Schmelzehöhe. Es wird erfindungsgemäß eine elektromagnetische Gegenkraft zur Corioliskraft aufgebracht und somit die Ausbildung der sogenannten Hohlsogströmung beim Ausfließen der Schmelze verhindert. Dies wirkt einer unerwünschten Vermischung von Schmelze mit Schlacke entgegen. Das Magnetfeld der Rührspule ist dabei so ausgerichtet, daß die Lorentzkraft entgegen der Corioliskraft gerichtet ist. Der Betrag der Lorentzkraft ist durch geeignete Einstellung des Magnetfeldes an den Betrag der Corioliskraft anpaßbar.

Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß das Magnetfeld mittels einer stromdurchflossenen Ring- oder Feldspule induziert wird. Durch eine geeignet gewählte Stromstärke und Richtung ist das Magnetfeld und folglich die Lorentzkraft in Richtung und Betrag so einstellbar, daß die Corioliskraft kompensiert wird.

Es wird vorgeschlagen, daß der Betrag der auf die strömende Schmelze wirkenden Lorentzkraft an die Menge der bereits abgestochenen Schmelze angepaßt wird. Während des Abstichs kann der Betrag der Kraft verändert werden. Die Abstichgewichtserfassung kann beispielsweise auf dem Pfannentransportfahrzeug als Signal herangezogen werden.

Die stromdurchflossene Rührspule ist vorzugsweise unterhalb des Abstichloches angeordnet. Sie befindet sich in einem entsprechend geformten Gehäuse, das vorzugsweise ringförmig oder rechteckig ist. Das Gehäuse dient als Spritz- und Wärmestrahlungsschutz.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Ausschnitts eines metallurgischen Gefäßes mit einer Rührspule, die am Abstichloch angeordnet ist;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein metallurgisches Gefäß einschließlich eines Abstichlochs nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein metallurgisches Gefäß einschließlich eines Abstichlochs mit einer zweiten Art von Rührspule.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines metallurgischen Gefäßes 1 mit Gefäßboden 2. Der Gefäßboden 2 ist mit einem feuerfestem Material 3 ausgemauert. Mit 4 ist die Schmelze, mit 5 die auf der Schmelze schwimmende Schlacke bezeichnet, die sich durch metallurgische Vorgänge beispielsweise beim Schmelzen und Legieren eines Metalls erzeugt wird und wegen der geringeren Dichte auf der Schmelze schwimmt. Es ist ein Abstichloch 6 vorgesehen, das sich durch die Ausmauerung 3 sowie die Gefäßwand erstreckt. Bei dieser Ausführungsform befindet sich das Abstichloch in dem Gefäßboden 2. In Verlängerung des Abstichloches 6 ist ein hier ringförmiges Gehäuse 9 an dem Gefäßboden angeordnet. Das Gehäuse 9 nimmt eine Rührspule 7, hier eine Ringspule, auf. Die Spule 7 ist so angeordnet, daß die austretende Schmelze 4 quer zu deren Aufspannfläche und durch deren Inneres fließt. Das Abstichloch 6 ist bei der gezeigten Ausführungsform mittels einer hin- und herbewegbaren Verschlußplatte 8 zu verschließen und zu öffnen.

Die Draufsicht zeigt schematisch den Boden des metallurgischen Gefäßes 1 mit einem Abstichloch 6, das seitlich an dem Gefäßboden angeordnet ist. Mit strichpunktierter Linie ist die Rührspule 7 dargestellt. Durch die Abwärtsströmung aufgrund der Schwerkraft erfährt die Schmelze 5 als Trägheitskraft durch die Rotation der Erde die Corioliskraft und wird auf der Nordhalbkugel nach links, d. h. entgegen dem Uhrzeigersinn, abgelenkt. Diese Corioliskraft und somit Verwirbelung der Strömung wird erfindungsgemäß kompensiert. Kurz vor Beginn des Abstichs der Schmelze durch Verschieben der Verschlußplatte wird die Rührspule 7 eingeschaltet. Die stromdurchflossene Rührspule erzeugt eine Magnetfeld, daß auch die Metallschmelze oberhalb des Abstichloches durchdringt.

Das sich bewegende Magnetfeld durchdringt die Metallschmelze, und der in der Metallschmelze induzierte Strom verursacht eine (Lorentz-)kraft. Die Anordnung der Rührspule und damit das Magnetfeld wird so gewählt, daß die auf die Metallschmelze wirkende Kraft entgegen der Corioliskraft gerichtet ist. Auf diese Weise wird die Strudelbildung beim Ausfließen der Schmelze verhindert, die Schlacke befindet sich der Schmelze, ohne einen Strudel zu bilden. Ein Mitlaufen von Schlacke während des Abstichs der Schmelze wird verhindert.

Neben der ringförmigen Rührspule nach Fig. 2 ist auch eine Rührspuleneinheit denkbar, wie sie Fig. 3 zeigt. Das erforderliche Wandermagnetfeld in der Metallschmelze oberhalb des Abstichloches wird von einzelnen Segmenten aufgebracht 7a bis 7e, die um das Abstichloch herum angeordnet sind.

Claims (7)

1. Verfahren zum Abstechen einer Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, aus einem metallurgischen Gefäß, wobei die Schmelze durch ein geöffnetes Abstichloch, das in den Gefäßboden eingelassen ist, aufgrund der Schwerkraft ausströmt und gleichzeitig die auf der Schmelze schwimmende Schlacke bei geringer werdender Metallschmelzenhöhe mit ausfließt, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Abstichloches (6) in der Metallschmelze ein derartig gerichtetes Magnetfeld erzeugt wird, so daß die Schmelze (4) eine elektromagnetische Kraft als Gegenkraft zur Corioliskraft erfährt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Magnetfeld um ein wechselndes Magnetfeld handelt, welches mittels mindestens einer Rührspule (7) induziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld so einstellbar ist, daß die auf die ausströmende Schmelze wirkende elektromagnetische dem Betrag der Corioliskraft entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der auf die strömende Schmelze wirkenden elektromagnetischen Kraft an die Menge der bereits abgestochenen Schmelze angepaßt wird.

5. Vorrichtung zum Abstechen einer Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, aus einem metallurgischen Gefäß, umfassend ein in den Gefäßboden oder bodennah eingelassenes Abstichloch, das zu öffnen und verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine stromdurchflossene Rührspule (7) um das Abstichloch (6) herum so angeordnet ist, daß die Schmelze sich durch das von ihr induzierte Magnetfeld bewegt und eine Kraft erfährt, die entgegen der Corioliskraft wirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (9) zur Aufnahme der jeweiligen Rührspulen (7) vorgesehen ist, das mit seiner gefäßseitigen Wand an der Gefäßbodenwand (2) anliegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse an seiner der Gefäßbodenwand abgewandten Seite mit einer Verschlußplatte (8) versehen ist, die durch eine Verschiebebewegung das Abstichloch (6) verschließt bzw. öffnet.