DE20308140U1

DE20308140U1 - Rinnenanordnung

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Publication number: DE20308140U1
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Priority date: 2003-05-24
Filing date: 2003-05-24
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2013-05-25

Description

Paul-Antoine Wurtz. Packertstraße 15. D-47441 Moers
Rinnenanordnung

Die Erfindung betrifft eine Rinnenanordnung zum Ablassen einer Schmelze, insbesondere von geschmolzenem Roheisen und Schlacke aus einem Schmelzofen.

Das Ablassen des geschmolzenen Metalls aus einem Schmelzofen, z.B. aus einem Hochofen oder Kupolofen bezeichnet man fachsprachlich als Abstich. Das flüssige Metall einschließlich der flüssigen Laufschlacke wird hierbei über eine Rinne aus feuerfestem Material aus dem Schmelzofen geführt. Die Rinne ist in einer starken Auskleidung aus feuerfesten Schamottesteinen angeordnet, die auch als Zustellung bezeichnet wird. Die hohen thermischen und mechanischen Belastungen des beim Abstich durch die Rinne geführten glühendflüssigen Materials führen zu einer starken Beanspruchung der Innenflächen der Rinne. Es kommt im oberen Bereich der Rinne, in der sogenannten Schlackenzone, verstärkt zu einem Verschleiß sowie im unteren Bereich, der sogenannten Roheisenzone. In Abhängigkeit der Abnutzung muss dann die

Rinne erneuert werden. Hierzu wird die Rinne außer Betrieb genommen und es werden die verschlissenen Bereiche teils maschinell, teils manuell mittels Presslufthämmern herausgebrochen. Es verbleibt die Sicherheitsauskleidung aus Schamottesteinen. Anschließend wird eine Schablone bzw. eine Form in die Rinne eingesetzt und der zwischen den Schamottesteinen bzw. der Sicherheitsauskleidung und der Form verbleibende Zwischenraum mit einer feuerfesten Masse ausgegossen. Diese sogenannte Vergussmasse trocknet innerhalb von acht Stunden so weit, dass die Schablone entfernt werden kann. Anschließend muss die Feuerfestmasse noch 36 Stunden gebrannt werden. Hierzu wird ein Brenner in die ausgegossene Rinne gelegt und die Flamme direkt auf das Feuerfestmaterial gerichtet. Da die Vergussmasse Kohlenstoff enthält, wird dieser beim Brennen oxidiert und automatisch ausgetragen. Allerdings werden bereits durch den Brennvorgang 50 mm bis 100 mm der frisch eingegossenen Vergussmasse abgetragen, so dass von ursprünglich beispielsweise 550 mm Vergussmasse bzw. Sicherheitsauskleidung bereits nur noch 450 mm bis 500 mm verbleiben. Der Reparaturprozess ist daher sehr arbeits- und zeitaufwendig und zudem kostenintensiv.

Ein weiteres Problem ist darin zu sehen, dass die beim Abstich auf dem Roheisen schwimmende Schlacke eine wirbelnde Bewegung ausführt, die aufgrund der erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten zu einem Abtragen der Verschleißauskleidüng führt. Lokal kann eine Rinne daher sehr stark beansprucht werden, insbesondere in Bereichen in der Nähe des Abstichlochs, wo die höchsten Strömungsgeschwindigkeiten festzustellen sind. Aufgrund des lokalen Verschleißes ist es jedoch erforderlich, die gesamte Rinne zu erneuern, obwohl der Verschleiß ungleichmäßig erfolgt ist. Dies führt wiederum zu hohen Kosten für den Schmelzofenbetreiber.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Rinnenanordnung zum Ablassen einer Schmelze bereitzustellen, die höhere Widerstandsfähigkeiten gegenüber strömungstechnisch bedingten Abtragungen, insbesondere aufgrund wirbelnder Schlackeschichten besitzt.

Bei einer Rinnenanordnung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 ist diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in Seitenwände der Verschleißauskleidung Einsätze eingebettet sind, die eine höhere Festigkeit besitzen als die sie umgebende feuerfeste Vergussmasse. Kerngedanke der Erfindung ist, dass die Verschleißauskleidung nach wie vor aus einem feuerfesten Vergussmaterial hergestellt sein muss, um auf einfachste Weise unterschiedliche Rinnenformen auskleiden zu können. Dennoch können durch die Einbettung von Einsätzen höherer Festigkeit bestimmte Bereiche der Rinnenanordnung oder auch die gesamte Rinnenanordnung widerstandsfähiger gestaltet werden als es allein durch Verwendung der feuerfesten Vergussmasse der Fall ist. Die Einsätze werden anders als die Vergussmasse bzw. die Herstellung der Verschleißauskleidung nicht vor Ort hergestellt, sondern können in einem kontrollierten Fertigungsprozess bei hohen Temperaturen gebrannt werden. Es ist vorstellbar, dass die Einsätze bei etwa 1.200 ⁰C gebrannt werden. Dadurch ist ihre Festigkeit deutlich höher als die gießtechnisch eingebrachte Vergussmasse der Verschleißauskleidung.

Die Einsätze erstrecken sich gemäß den Merkmalen des Schutzanspruchs 2 in Längsrichtung der Seitenwände im parallelen Abstand zur Sicherheitsverkleidung. Die Einsätze bilden dadurch gewissermaßen eine weitere Schicht innerhalb der Seitenwände.

Die Einsätze sind gemäß den Merkmalen des Schutzanspruchs 3 sowohl auf ihrer der Rinnenmitte zugewandten Längsseite als auch auf ihrer der Sicherheitsauskleidung zugewandten Längsseite mit Vergussmasse versehen. Vorteilhaft sind die Einsätze vollständig in die Vergussmasse eingebettet. Hierfür können die Einsätze beim Vergießen an Haken, beispielsweise über einen Kran, gehalten sein. Die Einsätze werden dann zugleich mit der die Rinnenkontur bestimmenden Schablone eingegossen. Vorteilhaft sind die Einsätze etwa mittig innerhalb der Verschleißauskleidung angeordnet. Das heißt, sie sind in gleichmäßigem Abstand von der Sicherheitsverschalung und der Rinnenmitte angeordnet. Dieser Abstand kann jeweils 100 mm betragen.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Einsätze zumindest auf ihrer der Rinnenmitte zugewandten Längsseite mit einer Profilierung versehen sind (Anspruch 4).

Die Profilierung ist vorzugsweise auf beiden Längsseiten ausgebildet und erfüllt mehrere Funktionen. Zum einen dient die Profilierung zur Lagefixierung der Einsätze innerhalb der Vergussmasse, so dass auch bei fortschreitendem Verschleiß und damit der Freilegung der ersten Längsseite der Sicherheitsauskleidung ein Ausreißen der Einsätze verhindert wird. Eine weitere Aufgabe der Profilierung ist es, die Strömungsgeschwindigkeit von wirbelnder Schmelze, insbesondere von Schlacke, herabzusetzen. Dies kann nur gelingen, wenn die Festigkeit der Einsätze wesentlich höher ist als die Festigkeit der Vergussmasse. Durch das Herabsetzen der Strömungsgeschwindigkeit und das Bremsen der Verwirbelungen insbesondere im Bereich der Abstichöffnung wird die Verschleißauskleidung insgesamt wesentlich geschont, da die rein mechanischen Verschleißwirkungen herabgesetzt sind.

Eine möglichst effektive Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeiten ergibt sich, wenn die Profilierung aus mehreren im Abstand zueinander angeordneten Rippen gebildet ist (Anspruch 5). Die Rippen sollten dabei vorzugsweise quer zur Flussrichtung der Schmelze ausgerichtet sein (Anspruch 6). Das bedeutet, dass die Rippen vorzugsweise senkrecht zum Rinnenboden ausgerichtet sind. Es ist aber auch ohne weiteres vorstellbar, dass die Rippen gegenüber der Vertikalen geneigt sind. Wichtig dabei ist, dass die Rippen groß genug bemessen sind und auch der Abstand zwischen den Rippen hinreichend groß ist, damit einerseits ein Abtragen von Vergussmasse aus den Zwischenräumen verhindert wird und zum anderen, dass die Schmelze nach dem Abtragen zwischen die Rippen eindringen kann und dadurch an einem allzu schnellen Fließen gehindert wird.

Nach Schutzanspruch 7 ist vorgesehen, dass die Rippen einstückig mit einem Mittelteil des Einsatzes verbunden sind, wobei die Mittelachsen der Rippen gegenüber einer Mittellängsachse des Mittelteils in einem von 90° abweichen-

den Winkel angeordnet sind. Dieser Winkel ist vorzugsweise größer als 45°. Insbesondere liegt er zwischen 70° und 80°. Versuche haben gezeigt, dass ein Winkel von 75° besonders günstig ist (Ansprüche 8 und 9), da bei diesem Winkel eine besonders effektive Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit gegeben ist. Die genaue Wahl des Winkels ist abhängig von der jeweiligen Konfiguration der gesamten Rinne, das heißt insbesondere von der Rinnenbreite, der Konsistenz der Schmelze sowie der Positionierung innerhalb der Rinne. Es ist im Rahmen der Erfindung durchaus vorstellbar, dass in einem Bereich, in dem besonders hohe Strömungsgeschwindigkeiten zu erwarten sind, mit Einsätzen gearbeitet wird, die andersartig konfigurierte Rippen aufweisen als in einem Bereich, in dem geringere Strömungsgeschwindigkeiten auftreten. Z.B. kann bei einer etwa 20 m langen Rinne nach 6 m eine Fuchsbrücke mit einem Fuchsloch vorgesehen sein. An der Fuchsbrücke bleibt die Schlacke hängen, während die metallische Schmelze, insbesondere das Roheisen durch das tiefer liegende Fuchsloch abfließt. Dieser Abschnitt der Rinne wird auch Spülbereich genannt. Vorzugsweise sind die Einsätze vor dem Fuchsbalken, also dem Abstichloch zugewandt platziert, da hier höhere Strömungsgeschwindigkeiten auftreten. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, die Einsätze hinter dem Fuchsbalken zu platzieren, wobei aufgrund der unterschiedlichen Strömungsverhältnisse sowie der abgetrennten Schlacke andersartig konfigurierte Einsätze in die Verschleißauskleidung eingebettet sein können.

In der Ausführungsform des Schutzanspruchs 10 sind die Rippen auf beiden Längsseiten des Einsatzes versetzt zueinander angeordnet. Diese versetzte Anordnung gewährleistet eine besonders starke Fixierung innerhalb der Verschleißauskleidung. Gleichzeitig ist durch die gleichmäßigere Materialverteilung gewährleistet, dass die Einsätze durch fehlerhafte Handhabungen nicht so leicht beschädigt werden können.

Nach Schutzanspruch 11 sind die Stirnflächen des Mittelteils gegengleich angeschrägt ausgeführt, so dass mehrere der Einsätze über ihre Stirnflächen

vollflächig aneinander fügbar sind. Das hat zum einen den Vorteil, dass Vergussmasse, die beim Trocknen schrumpft, nicht zu unerwünschten Fugen zwischen den Einsätzen führt, die wiederum Angriffsflächen für wirbelndes Material, insbesondere für Schlacke, wären. Zudem sind die Schrägen derart ausgerichtet, dass sie in Flussrichtung zeigen, so dass sich auch aufgrund der Schrägung weder Schlacke noch Roheisen zwischen den Stirnflächen festsetzen kann.

Versuche haben gezeigt, dass ein Winkel zwischen 20° und 45° gegenüber der Mittellängsebene des Mittelteils von Vorteil ist. Dieser Winkel kann insbesondere 30° betragen. Die Einsätze können auf beliebige Längen gekürzt werden und sind hinsichtlich ihrer Stirnflächen im gleichen Längenabschnitt der Rinnen vorzugsweise gegeneinander versetzt angeordnet. Durch den gegenseitigen Versatz wird verhindert, dass in besonders kritischen Bereichen gleichzeitig die linke als auch die rechte Innenseite eine vermeidbare Angriffsfläche bietet. In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn die Rippen und die Stirnflächen derart angeordnet sind, dass bei einer Aneinanderreihung der Einsätze eine gleichmäßige Profilierung gegeben ist. Das heißt, der Abstand der Rippen soll möglichst über die gesamte Längserstreckung der Verschleißauskleidung konstant sein, ohne dass der Abstand im Bereich der Enden der einzelnen Einsätze vergrößert ist. Es kann sogar von Vorteil sein, wenn der Abstand der Rippen im Übergangsbereich von einem Ende eines Einsatzes auf den Anfang des sich anschließenden Einsatzes kleiner bemessen ist als die Abstände der Rippen im übrigen, um auf diese Weise die Stirnflächen der Enden zu schützen, um ein Herausbrechen der Einsätze aus der Verschleißauskleidung zu verhindern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 in der Draufsicht einen Abschnitt einer Rinnenanordnung;

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Figur 2 in perspektivischer Ansicht einen Einsatz der Rinnenanordnung der Figur 1 und

Figur 3 mehrere hintereinander angeordnete Einsätze der Rinnenanordnung in perspektivischer Ansicht.

Figur 1 zeigt eine Rinnenanordnung 1, die einem nicht näher dargestellten Schmelzofen zugeordnet ist. Durch die Rinnenanordnung 1 wird nach dem Abstechen Schmelze in Form von geschmolzenem Roheisen und darauf aufschwimmender Schlacke der weiteren Verarbeitung zugeführt. Die Rinnenanordnung umfasst eine äußere Rinnenschalung 2, die mit einer Sicherheitsauskleidung 3 in Form von Schamotten versehen ist. An die Sicherheitsauskleidung 3 schließt sich zur Rinnenmitte 4 der Rinne 5 eine Verschleißauskleidung 6 an. Die auf diese Weise gebildeten Seitenwände 7, 8 der Rinnenanordnung 1 sind jeweils identisch konfiguriert. In die Verschleißauskleidungen 6 sind jeweils Einsätze 9, 10 eingebettet. Die Einsätze 9, 10 besitzen eine höhere Festigkeit als die sie umgebende Vergussmasse 11. Die Einsätze 9, 10 erstrecken sich im parallelen Abstand zur Sicherheitsauskleidung 3 und sind sowohl auf ihrer der Rinnenmitte 4 zugewandten Längsseite 12 als auch auf ihrer der Sicherheitsauskleidung 3 zugewandten Längsseite 13 vollständig mit Vergussmasse 11 bedeckt. Die Einsätze 9, 10 sind mittig innerhalb der Verschleißauskleidung 6 platziert.

Die Pfeile P1, P2 verdeutlichen mögliche Strömungsrichtungen der Schmelze, insbesondere der Schlacke nach dem Abstich. Die Querschnittskonfiguration der Einsätze 9, 10, die ähnlich einem Fischgrätmuster ist, soll bei einer zunehmenden Abtragung der Vergussmasse 11 möglichen Verwirbelungen der Schlacke entgegenwirken, um dadurch eine mechanische Abtragung der Verschleißauskleidung 6 zu reduzieren. Die Einsätze 9, 10 sind einzelne Elemente diskreter Länge, z.B. mit einer Länge L von 2 m (Figur 2). Die Einsätze 9, 10 sind dabei zwischen den Seitenwänden 8, 9 versetzt angeordnet, das heißt das Ende 14 des Einsatzes 9 der in der Bildebene linken

Seitenwand liegt auf einem anderen Längenabschnitt der Rinne als das Ende 14 des Einsatzes 9 in der rechten Seitenwand 7.

Ein möglicher Aufbau eines Einsatzes 9 wird nachfolgend anhand der Figur 2 erläutert. Der Einsatz 9 besitzt eine Länge L von ca. 2 m. Er ist einstückig ausgebildet und bei hohen Temperaturen, insbesondere Temperaturen von etwa 1.200 ⁰C, gebrannt. Er besitzt eine Festigkeit, die größer ist als die Festigkeit der Vergussmasse 11. Die Höhe H des Einsatzes 9 richtet sich nach der Höhe der Verschleißauskleidung 6 und beträgt in diesem Ausführungsbeispiels 80 cm. An einem quaderförmig konfigurierten Mittelteil 15 mit abgeschrägten Enden 14, 16 sind beidseits jeweils Rippen 17 vorgesehen. Die Breite B der Rippen 17 entspricht in diesem Ausführungsbeispiel der Dicke D des Mittelteils 15. Die Breite B der Rippen 17 beträgt 10 cm. Der Abstand A zweier Rippen 17 ist doppelt so groß wie die Breite B der Rippen 17. Die Rippen 17 einer Längsseite 12 des Einsatzes 9 sind um das Maß B, das heißt um die Breite einer Rippe 17 gegenüber den Rippen 17 der anderen Längsseite 13 versetzt angeordnet.

Die Rippen 17 und die dazwischen liegenden Aussparungen 18 bilden eine beidseitige Profilierung des Einsatzes 9. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Profilierung hinterschnitten ausgeführt. Die Mittelachsen MA der Rippen 17 schließen mit der Mittellängsachse MLA des Mittelteils 15 einen Winkel a ein. Der Winkel ä beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 75°. Die Rippen 17 besitzen alle die gleiche Länge und sind auch in ihrer Querschnittsgebung identisch konfiguriert. Die Abstände A zwischen den Rippen 17 sind ebenfalls identisch. Die Außenflächen 19 der einzelnen Rippen 17 bilden die Längsseiten 12, 13 der Einsätze 9, 10 und die Außenflächen 19 sind parallel zu Außenflächen 20 des Mittelteils 15 ausgerichtet. Der Mittelteil 15 ist an seinen Enden 14, 16 angeschrägt, wobei seine Stirnflächen 21 in einem Winkel ß von 30° gegenüber der Mittellängsachse MLA des Mittelteils 15 geneigt angeordnet sind. Der Winkel beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 30°.

• ·

Aus Figur 3 ist erkennbar, wie mehrere der identisch konfigurierten Einsätze 9, 10 hintereinander angeordnet sein können, wobei die dargestellten Einsätze 9, 10 im Abstand zueinander angeordnet platziert sind. In der Einbausituation ist vorgesehen, dass sich die Stirnflächen 21 der Einsätze 9, 10 berühren, so dass keine Vergussmasse 11 zwischen die Enden 14, 16 der Einsätze 9, 10 gelangen kann.

···· · &phgr;&phgr; &phgr;&phgr;&phgr; .. &phgr;&phgr;

Bezugszeichenaufstellunq

1 -	Rinnenanordnung
2-	Rinnenschalung
3-	Sicherheitsauskleidung
4-	Rinnenmitte
5-	Rinne
6-	Verschleißauskleidung
7-	Seitenwand v. 1
8-	Seitenwand v. 1
9-	Einsatz
10-	Einsatz
11 -	Vergussmasse
12-	Längsseite v. 1
13-	Längsseite v. 1
14-	Ende v. 9
15-	Mittelteil
16-	Ende v. 9
17-	Rippen
18-	Aussparung
19-	Außenfläche v. 12
20-	Außenflächen
21 -	Stirnfläche v. 14, 16
A-	Abstand zw. 17
B-	Breite v. 17
D-	Dicke v. 15
H-	Höhe
L-	Länge
	··· ···· ·· ·· ···· #·· ■··· · • · ··· · t · · *• · · · · ·**

I 9 99 99999 99

9 9 9 9 9 9999 9 9 9 9

999999 9 999 99

MA - Mittelachse &ngr;.

MLA- Mitellängsachse &ngr;.

&Rgr;1 - Flussrichtung

&Rgr;2 - Flussrichtung

ä - Winkel

ß- Winkel

Claims

1. Rinnenanordnung zum Ablassen und Leiten einer Schmelze, insbesondere von geschmolzenem Roheisen und Schlacke, aus einem Schmelzofen, wobei eine Verschleißauskleidung (6) aus einer feuerfesten Vergussmasse innerhalb einer rinnenförmigen Sicherheitsauskleidung (3) angeordnet ist, die wiederum in einer Rinnenschalung (2) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Seitenwände (7, 8) der Verschleißauskleidung (6) Einsätze (9, 10) eingebettet sind, die eine höhere Festigkeit besitzen als die sie umgebende feuerfeste Vergussmasse (11).

2. Rinnenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Einsätze (9, 10) in Längsrichtung der Seitenwände (7, 8) im parallelen Abstand zur Sicherheitsauskleidung (3) erstrecken.

3. Rinnenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (9, 10) sowohl auf ihrer der Rinnenmitte (4) zugewandten Längsseite (12) als auch auf ihrer der Sicherheitsauskleidung (3) zugewandten Längsseite (13) mit Vergussmasse (11) versehen sind.

4. Rinnenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (9, 10) zumindest auf ihrer der Rinnenmitte (4) zugewandten Längsseite (12, 13) mit einer Profilierung versehen sind.

5. Rinnenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung aus mehreren im Abstand (A) zueinander angeordneten Rippen (17) gebildet ist.

6. Rinnenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (17) quer zur Flussrichtung (P1, P2) der Schmelze ausgerichtete sind.

7. Rinnenanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (17) einstückig mit einem Mittelteil (15) des Einsatzes (9, 10) verbunden sind, wobei die Mittelachsen (MA) der Rippen (17) gegenüber einer Mittellängsachse (MLA) des Mittelteils (15) in einem von 90° abweichenden Winkel (á) angeordnet sind.

8. Rinnenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (á) größer ist als 45°.

9. Rinnenanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (á) in einem Bereich zwischen 70° und 80° liegt.

10. Rinnenanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (17) auf beiden Längsseiten (12, 13) des Einsatzes (9, 10) versetzt zueinander angeordnet sind.

11. Rinnenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Stirnflächen (21) des Mittelteils (15) gegengleich angeschrägt ausgeführt sind, so dass mehrere der Einsätze (9, 10) über ihre Stirnflächen (21) vollflächig aneinander fügbar sind.

12. Rinnenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (21) in einem Winkel (β) zwischen 20° und 45° gegenüber einer Mittellängsebene (MLA) des Mittelteils (15) angeordnet sind.

13. Rinnenanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (17) und die Stirnflächen (21) derart angeordnet sind, dass bei einer Aneinanderreihung eine gleichmäßige Profilierung gegeben ist.