DE20121645U1 - Einrichtung zur Verhinderung eines Vortex-Effekts im Auslaufbereich eines metallurgischen Schmelzgefäßes - Google Patents
Einrichtung zur Verhinderung eines Vortex-Effekts im Auslaufbereich eines metallurgischen SchmelzgefäßesInfo
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Einrichtung zur Verhinderung eines Vortex-Effekts
im Auslaufbereich eines metallurgischen
Schmelzgefäßes
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verhinderung eines Vortex-Effektes im Auslaufbereich eines metallurgischen Schmelzgefäßes. Zum Beispiel im Auslaufbereich eines sogenannten tundish (Zwischengefäß) zur Behandlung von Stahlschmelze kann immer wieder das Phänomen der sogenannten Vortex-Bildung beobachtet werden. Beim Ablassen der Stahlschmelze kommt es zur Bildung eines Strömungswirbels. Es entsteht eine unkontrollierte Strömung der Schmelze vor dem und/oder durch den Ausguß mit der Folge, daß auf der Schmelze schwimmende Schlacketeilchen mitgerissen werden können.
Turmstraße 22 · D-40878 Ratingen · TSfeforT4-nS(0)?l'e2/2ii24-0"Telefax +49<0)2'&iacgr;&thgr;2/2&ugr;&tgr;24·2&thgr;' VAT: &thgr;£ 12^648979
Die Verhinderung oder zumindest Verminderung nicht metallischer Einschlüsse in der Metallschmelze stellt ein vorrangiges Ziel insbesondere im Bereich der Sekundärmetallurgie dar. Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, die beobachtete Vortex-Bildung durch unterschiedliche Maßnahmen zu minimieren oder zu verhindern. Dazu gehören:
der Einbau von feuerfesten Bauteilen im Auslaufbereich, beispielsweise im Bereich einer Freilaufdüse.
In der EP 0 662 021 Bl wird ein solcher feuerfester Körper vorgeschlagen, der in den Boden des metallurgischen Gefäßes, um den Ausguß herum, eingebaut wird. Dabei stehen nach Art von Schikanen gestaltete Rippen über den Boden vor, um eine gewisse Strömungslenkung zum Ausguß zu erreichen. Die bekannte Einrichtung erfordert einen erheblichen konstruktiven Aufwand, weil sie im Boden des metallurgischen Schmelzgefäßes eingebaut werden muß. Darüber hinaus berücksichtigt der bekannte Vorschlag nicht den ferrostatischen Druck, der die genannte Vortex-Bildung maßgeblich unterstützt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der die Wirbelbildung einer Schmelze im Auslaufbereich eines metallurgischen Schmelzgefäßes zumindest unter normalen Bedingungen zuverlässig verhindert werden kann.
Grundgedanke der Erfindung ist es, eine aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff bestehende Einrichtung zu verwenden, die mit Abstand oberhalb des Auslaufbereiches des metallurgischen Schmelzgefäßes angeordnet wird und diesen vollständig überdeckt. Auf diese Weise wird der ferrostatische Druck im Auslaufbereich drastisch reduziert. Ein entsprechender Basisteil der Einrichtung sorgt dafür, daß die Schmelze auf ihrem Weg zum Auslaufbereich umgelenkt wird. Darüber hinaus ist vorgesehen, den Basisteil umfangsseitig und/oder in Richtung auf den Auslaufbereich mit mindestens einer Verlängerung auszubilden, wobei diese Verlängerung(en) als „Strömungsbrecher" wirkt (wirken), das heißt, der Schmelzefluß in mehrere voneinander getrennte Teilströme unterteilt wird.
Insgesamt ergibt sich damit eine gleichzeitige Umlenkung und Teilung der Strömung der metallurgischen Schmelze auf ihrem Weg zum Ausguß. In Vorversuchen wurde festgestellt, daß auf diese Weise die genannte Vortex-Bildung praktisch vollständig verhindert werden kann.
In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Verhinderung eines Vortex-Effekts im Auslaufbereich eines metallurgischen Schmelzgefäßes, mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die vorgenannten allgemeinen konstruktiven Vorgaben zur Gestaltung der Einrichtung lassen sich in unterschiedlichsten konkreten Ausführungsformen realisieren.
Die Einrichtung ist nach Art einer Haube gestaltet, die auf den Boden des metallurgischen Schmelzgefäßes aufgesetzt werden kann, wobei der Auslaufbereich vollständig überdeckt wird. Mit anderen Worten: ein unterhalb der Haube ausgebildeter Hohlraum weist eine horizontale Querschnittsfläche auf, die mindestens so groß ist wie die Querschnittsfläche des Auslaufbereiches im Bereich der Oberfläche des Bodens des Schmelzgefäßes. Umfangsseitig wird dieser Hohlraum von der genannten Verlängerung beziehungsweise den genannten Verlängerungen begrenzt, oberseitig vom Basisteil der Einrichtung.
Um einen Zufluß der Schmelze durch diese Haube zum Auslaufbereich zu erreichen, ist mindestens eine Verbindungsöffnung im Wandbereich angeordnet. Vorzugsweise sind mehrere Verbindungsöffnungen vorgesehen, die nach einer Ausführungsform regelmäßig verteilt im Wandbereich der Haube angeordnet sind.
Eine Optimierung der Strömungsverteilung, also eine Untergliederung der Strömung der Metallschmelze in einzelne Teilströme wird erreicht, wenn die Haube, relativ zu einer durch ihren Schwerpunkt verlaufenden gedachten Achse (Symmetrieachse) rotationssymmeterisch ausgebildet ist und entsprechend dann die Verbindungsöffnungen rotationssymmetrisch verteilt im Wandbereich verlaufen.
Die nachfolgende Figurenbeschreibung offenbart Einzelheiten einer möglichen Ausführungsform.
Der Basisteil der Einrichtung kann in Bezug auf den Auslaufbereich konvex gewölbt sein, so daß die Haube eine Art Glockenform erhält, wobei sich der Wandbereich im wesentlichen zylinderförmig an den Basisteil anschließen kann.
Die vorgenannte Haubengestaltung schließt Ausführungsformen ein, bei der die Einrichtung nach Art eines Kugelsegmentes, nach Art eines Quaders, nach Art einer Pyramide oder nach Art eines Zylinders gestaltet ist. Ebenso sind unsymmetrische Formen und Querschnitte möglich oder Hauben mit konkaver Deckfläche (bezogen auf den Auslaufbereich). Die genannten Verbindungsöffnungen verlaufen dabei durch den jeweiligen Wandbereich (abschnittweise oder über den gesamten Wandbereich) in Richtung auf die Ausflußöffnung des Schmelzgefäßes und münden vorzugsweise in einen gemeinsamen Hohlraum, der oberhalb des Ausgusses unmittelbar an diesen anschließt.
Die konkrete geometrische Gestaltung der Einrichtung insgesamt sowie ihrer Bestandteile, einschließlich der geometrischen Gestaltung der Verbindungsöffnungen und ihrer Querschnitte(Verbindungskanäle) kann in weiten Grenzen variieren und richtet sich nach dem jeweiligen Anwendungsfall. So können die Verbindungsöffnungen (Verbindungskanäle) einen Halbkreis- oder Kreisquerschnitt aufweisen und geradlinig oder kurvenförmig, gegebenenfalls auch evolventenartig in Richtung auf einen Bereich um die Mittenlängsachse der Einrichtung herum verlaufen. Symmetrische wie unsymmetrische Formen und Querschnitte sind möglich.
Nach einer Ausführungsform soll die Querschnittsfläche der Gesamtheit der Verbindungsöffnungen größer als die Querschnittsfläche des Auslaufbereiches in Höhe der Oberfläche des Bodens des Schmelzgefäßes sein. Auf diese Weise wird ein Abreißen des - durch die Schwerkraft beschleunigten Schmelzenstromes zuverlässig verhindert.
Die vorstehenden Ausführungsformen einer Einrichtung sind insbesondere für ungeregelte Ausgüsse, beispielsweise Freilaufdüsen, geeignet.
Die Einrichtung ist konstruktiv relativ einfach gestaltet, führt jedoch in jedem Fall zu einer Aufteilung der Strömung in Teilströme in dem dem Ausguß unmittelbar vorgelagerten Bereich.
Für alle Ausführungsformen gilt, daß der Abstand des Basisteils zum Ausguß in Höhe des Bodenniveaus etwa 10 bis 250 mm im Regelfall betragen sollte. Die Querschnittsfläche des Basisteils sollte so gewählt werden, daß sie den genannten Eingang des Ausgusses allseits um mindestens 20 mm überdeckt, wobei ein Überdeckungsgrad von allseitig 100 mm in der Regel ausreichen dürfte.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen .
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Dabei zeigt - in stark schematisierter Darstellung - die einzige Figur einen Längsschnitt durch einen Teil eines metallurgischen Schmelzgefäßes im bodenseitigen Auslaufbereich mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung.
Das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Boden eines metallurgischen Schmelzgefäßes, hier eines Verteilers (tundish). Der aus Feuerfestmaterial üblicher Art gebildete Boden 10 wird außenseitig (unterseitig) von einem Stahlmantel 12 begrenzt. Im Boden 10 sind schematisch zwei Ausgußsteine 14 dargestellt, die jeweils eine mittige Ausflußöffnung 16 aufweisen, die an ihrem oberen, einer Metallschmelze 18 zugewandten Ende trichterförmig gestaltet sind. Daraus ergibt sich ein Durchmesser „d" der Auslauföffnungen 16 im Bereich einer Oberfläche 1Oo des Bodens 10.
Der rechte Auslaufbereich 16 wird von einer Einrichtung überdeckt.
Die in der Figur rechts dargestellte Einrichtung 20 umfaßt einen Basisteil 20b, der nach Art einer kreisförmigen Platte gestaltet ist, von der eine zylinderförmige Verlängerung 2Ow in Richtung auf den Boden 10 des Schmelzgefäßes absteht, wobei dieser Wandbereich 2Ow wiederum auf der Oberfläche 1Oo des Bodens 10 aufsteht.
Im Bereich der Verlängerung (des Wandbereiches) 2Ow sind eine Vielzahl von Durchbrechungen (Verbindungsöffnungen) 22 angeordnet, die kanalartig mit Kreisquerschnitt gestaltet sind und eine jeweils schräg nach oben in den
Hohlraum 20h gerichtete Steigung aufweisen, wie durch die dargestellte Mittenlängsachse M und den Winkel &agr; symbolisiert.
Der mit dieser Einrichtung erzielbare Effekt ist folgender: Die Schmelze 18 wird in Teilströme aufgeteilt, die durch die Verbindungsöffnungen 22 in den Hohlraum 20h und von dort durch den Auslaufbereich 16 weggeführt werden.
Die Metallschmelze 18 wird auf ihrem Weg zur Ausflußöffnung 16 um den Basisteil 20b umgelenkt und entsprechend der Zahl der Verbindungsöffnungen 22 in Teilströme aufgeteilt, die in einen gemeinsamen Hohlraum 20h münden, der oben vom Basisteil 20b, seitlich vom Wandteil 2Ow und unten teilweise vom Boden 10 begrenzt wird.
Aufgrund dieser Unterteilung der Strömung wird eine Vortex-Bildung zuverlässig verhindert und die Metallschmelze 18 verwirbelungsfrei dem Ausflußbereich 16 zugeführt.
Der Figur läßt sich entnehmen, daß der Basisteil 20b der Einrichtung 20 mit Abstand oberhalb des Bodens 10 verläuft und die Verlängerungen 2Ow die Austrittsöffnung 16 für die Metallschmelze allseitig mit Abstand umgeben, wobei der Abstand vom Randbereich der Austrittsöffnung 16 zur inneren Wandfläche der Verlängerung 2Ow größer als der Durchmesser d der Austrittsöffnung 16 im Bereich der Oberfäche 1Oo des Bodens 10 ist.
Der Basisteil 20b und die Verlängerungen 2Ow sind einstückig (materialschlüssig) ausgeführt. Ebenso können die Verlängerungen (oder allgemein ausgedrückt: Strömungsschikanen) auch als getrenntes, diskretes Bauteil hergestellt und zum Beispiel nach Art einer Kappe oder eines Rings auf einen Grundkörper aufgebracht, zum Beispiel aufgemörtelt werden.
Die Einrichtungen können gegossene feuerfeste Teile sein. Ebenso ist es möglich, die Teile zu pressen oder zu stampfen. Die Auswahl der jeweiligen Feuerfestsorte richtet sich nach der jeweiligen Anwendung. Spezielle Anforderungen an das Feuerfestmaterial werden nicht gestellt. Es muß in üblicher Weise temperaturbeständig sein und möglichst erosionsbeständig und sollte zudem günstige Duktilitätseigenschaften besitzen.
Claims (7)
1. Einrichtung zur Verhinderung eines Vortex-Effekts im Auslaufbereich (16) eines metallurgischen Schmelzgefäßes mit folgenden Merkmalen:
1. 1.1 die Einrichtung besteht aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff,
2. 1.2 die Einrichtung ist nach Art einer Haube gestaltet, mit einem Basisteil (20b), an den sich in Richtung auf einen Boden (10) des Schmelzgefäßes mindestens eine Verlängerung (20w) anschließt,
3. 1.3 in der Verlängerung (20w) ist mindestens eine Verbindungsöffnung (22) angeordnet,
4. 1.4 die Verbindungsöffnung (22) verläuft, in Bezug auf eine Mittenlängsachse der Einrichtung, von außen nach innen schräg nach oben in Richtung auf den Basisteil (20b).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der mehrere Verbindungsöffnungen (22) regelmäßig verteilt im Wandbereich der Haube angeordnet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, bei der die Haube, relativ zu einer durch ihren Schwerpunkt verlaufenden gedachten Achse rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der der Basisteil (20b) in Bezug auf den Auslaufbereich (16) konvex gewölbt und der sich anschließende Wandbereich im wesentlichen zylinderförmig gestaltet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Querschnittsfläche der Gesamtheit der Verbindungsöffnung(en) (22) größer als die Querschnittsfläche des Auslaufbereichs (16) in Höhe der Oberseite (10o) des Bodens (10) des Schmelzgefäßes ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Verbindungsöffnungen (22) in einen Verteilraum (20h) münden, der in einer Funktionsposition der Einrichtung unterhalb des Basisteils (20b) zwischen Basisteil (20b) und Auslaufbereich (16) des Schmelzgefäßes verläuft.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Verbindungsöffnungen (22) kanalartig ausgebildet sind.
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| WO2010105595A1 (de) * | 2009-03-18 | 2010-09-23 | Sms Siemag Aktiengesellschaft | Metallurgisches gefäss, insbesondere elektrolichtbogenofen, mit mehreren bodenabstichöffnungen |
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2001
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