DE2037808A1 - Metallurgischer Ofen - Google Patents
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Description
ΟΠ.-INQ. DIPI.-IN9. lx.*C. DIPL.-PMY». OB. ΟΙΛ -PHV».
HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER
A 38 286 h
2": iS1 197° 2037808
U.S.Ser.No. 850,358
Joslyn Mfg. and Supply Co.
155 North Wacker Drive,
Chicago, Illinois, U.S.A.
155 North Wacker Drive,
Chicago, Illinois, U.S.A.
Metallurgischer Ofen
Die Erfindung betrifft einen metallurgischen Ofen zum Raffinieren von geschmolzenem Metall mit einem normalerweise senkrecht
angeordneten, aus einem Gefäß und einem Deckel bestehenden Behälter, der eine Auskleidung aus feuerfestem Material innerhalb
eines Stahlmantels aufweist, die beide von mindestens einer Viindleitung durchdrungen sind.
Bisher war es allgemeine Praxis beim Raffinieren von bestimmten Metallen, beispielsweise rostfreiem Stahl, mit einer Sauerstofflanse
Sauerstoff in einen elektrischen Ofen zum Entkohlen von Schmelzen aus rostfreiem Stahl einzuführen, die relativ wenig
Chrom enthielten. Das notwendige Chrom wird dann der Mischung nach der Entkohlung zugeführt. Um dabei eine Analyse zu erhalten,
ist es notwendig, daß die Schmelze aus dem Ofen entfernt, analysiert und wieder in den Ofen zurückgegeben wird, worauf
dann die chemische Zusammensetzung durch Zusatz von Chrom entsprechend eingestellt wird.
Es ißt daher erwünscht, in der Ofoncharge all das notwendige
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Chrom mit einzugeben, wie beispielsweise Chrom enthaltenden Abfall oder Chrom als Chargenzugabe, und dann mit Hilfe von Sauerstoff die Entkohlung bis zu der gewünschten Kohlenstoffhöhe
durchzuführen. Bisher war ein solches. Verfahren wegen des außerordentlichen Chromverlustes während der Oxidation ungünstig. In
der letzten Zeit wurde jedoch ein Verfahren entwickelt, das die gleichzeitige Injektion von Argon und Sauerstoff vorsieht, bei
dem eine Entkohlung der Schmelze in einem Reaktionsgefäß mit der optimalen Chrommenge auf den niedrigen Kohlenstoffgehalt
bei vernachlässigbarem Chromverlust möglich ist. Die Schmelze kann dabei jede gewünschte Menge von Kohlenstoff und Silizium
enthalten. Ein solches Verfahren verwendet einen elektrischen Ofen, um Schrott und Legierungen zu schmelzen. Das geschmolzene
Metall wird dann in ein Reaktionsgefäß zur Raffinierung übergeführt, und nach der Raffinierung wird das geschmolzene Metall
in eine Pfanne abgelassen.
Bei der Durchführung dieses Verfahrens traten jedoch Schwierigkeiten
auf. Einmal war die Lebensdauer der feuerbeständigen Auskleidung im Reaktionsgefäß verhältnismäßig kurz, zum zweiten
waren die verwendeten Winddüsen zum Einblasen des Reaktionssauerstoffes und des Argons unbefriedigend. Drittens wurde durch die
von den Reaktionsgasen erzeugte Turbulenz ein Spritzen verursacht, so daß ein übergroßes Gefäß notwendig war, in dem das
zu raffinierende Metall Aufnahme fand. Es erschien daher erwünscht
bei der praktischen Durchführung dieses Argon-Sauerstoff-Raffinierverfahrens von rostfreiem Stahl ein Reaktionsgefäß
und Windleitungen für dieses Gefäß derart vorzusehen, daß das Spritzen und die Turbulenz auf einen kleineren Raum beschränkt
bleiben. Da ferner das Gefäß häufig neu ausgemauert werden mußte, war es auch erwünscht, erstens das Gefäß von seinem Träger
so entfernbar zu mach·η, daß ein weiteres Gefäß während der Abnahmezeit
beschickt werden konnte und dadurch ein kontinuier-
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liches Verfahren ermöglicht wurde, und zweitens eine Spritzkontrolle
vorzusehen, um die Gefäßgröße zu reduzieren und weniger feuerfestes Material beim erneuten Auskleiden zu benötigen» ·
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Behälter
für einen metallurgischen Ofen zu schaffen, bei dem das Abspritzen des Metalls im wesentlichen verhindert wird und bei
dem die Turbulenz bei der Windzuführung herabgesetzt ist. Diese Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Behälter gemäß der
Erfindung dadurch gelöst, daß das Unterteil des Gefässes sich nach unten zu verjüngt und vorzugsweise eine im wesentlichen
kegelstumpfartige Form hat, daß die Windleitung an diesem
Unterteil angeordnet ist und daß der mit einem Ausguß versehene Deckel ein scharf nach innen vorstehendes Teilsttick mit einer
vorstehenden Kante hat, an die sich in radialer Richtung der Ausguß
anschließt.
Damit ist die Turbulenz und das Spritzen, wie es durch die in das
geschmolzene Metall eingeblasenen Reaktionsgase erzeugt wird, auf einen kleinen Raum beschränkt.
Das Gefäß kann dabei mit geschmolzenem Metall bis zu einer Höhe oberhalb des schrägen Teils chargiert werden. Der schräge Teil
ergibt die Möglichkeit, die Windlei tungen weiter an die Mitte
des Gefäßes zu bringen, so daß die Mischung des Argon-Sauerstoff-Gases näher an der Hitzenmitte erfolgt, wobei die sich erge
bende Kochwirkung im Abstand von den Seitenwänden des Gefäßes
stattfindet und damit die Erosion auf ein Minimum herabgesetzt wird. Zusätzlich erhöht das schräge Unterteil die Tiefe des
Metalles im Gefäß und dadurch die Durchlaufzeit der Argon-Sauerstoff-Mischung
durch das geschmolzene Metall. Vorteilhaft ist es, wenn der Behälter von seinem Träger während der erneuten Auskleidung
oder während eines Umbaues entfernt werden kann.
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Gemäß der Erfindung ist ferner eine vorteilhafte Windleitung
am Behälter vorgesehen, der in vorteilhafter Weise so konstruiert ist, daß seine Lebensdauer ungefähr^ der Lebensdauer der Gefäßauskleidung
entspricht.
Zusammenfassend wird also durch die Erfindung ein Reaktor zur
Raffinierung von geschmolzenen Metallen, insbesondere zum Raffinieren von rostfreiem Stahl durch ein Argon-Sauerstoff- Entkohlungsverfahren,
geschaffen, der ein leicht entfernbares Reaktionsgefäß aufweist, das in einem Träger gehalten ist. Der
Träger ist schwenkbar auf Zapfen an einem Gestell angebracht, und es sind Antriebsmittel vorgesehen, um den Träger zum Chargieren
und Abzapfen der Schmelze zu drehen. Damit kann das Reaktionsgefäß ohne weiteres vom Träger zur Reparatur und zum Neuaufbau
der Auskleidung entfernt werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bestehen die Windleitungen
jeweils aus konzentrischen Rohren von ungefähr gleichmäßigem Querschnitt, so daß sie nun mit der Gefäßauskleidung
verbrauchbar sind und eine Lebensdauer entsprechend dar Lebensdauer
der Auskleidung ohne Änderung der Merkmale der Windleitungen haben. Außerdem ergeben die Windleitungen in vorteilhafter Weise
einen geradlinigen Strom der Gasmischung, so daß auch hierdurch eine Erosion und ein Ablenken der Gasstronunischung dem geschmolzenen
Metall zu verhindert wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, die
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht eines metallurgischen Ofens gemäß der Erfindung,
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Fig. 2 einen Längsschnitt gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine auseinandergenonunene, perspektivische Ansicht einer Windleitung gemäß der Erfindung
,
Fig. 4 einen Teillängsschnitt gemäß Fig. 4 in größerem Maßstab als diese,
Fig. 5 einen Querschnitt nach Linie 5-5 der Fig. 4.
In der Zeichnung ist ein metallurgischer Ofen dargestellt, der ein Gestell 12 mit einem Tragring 13 und ferner einen herausnehmbaren,
birnenartigen Behälter 15 gemäß der Erfindung aufweist. Der Tragring 13 ist am Gestell 12 über entsprechende
Zapfen 16 schwenkbar gelagert. Außerdem ist eine umkehrbare Antriebsvorrichtung 17 vorgesehen, um den Behälter 15 aus der aufrechten
Lage in die Anzapfstellung zu kippen.
Der Behälter 15 weist ein normalerweise aufrechtes Gefäß 18
auf, das in diesem Beispiel einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat und nun eine Charge aus geschmolzenem Metall 19
in sich aufnehmen kann. Das Gefäß 18 hat eine äußere Schale 20 aus Stahl oder einem anderen festen Material und eine innere
Auskleidung 21 aus feuerfestem Material , beispielsweise aus Chrom-Magnesit-Stcinen oder einem sonstigen entsprechenden Material.
Der untere Mantel 18a des Gefässes 18 verengt sich nach unten, und in dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat er im wesentlichen
die Form eines Kegelstumpfes.
Der Behälter hat ferner einen Deckel 24, der auf dem Gefäß 18 angeordnet
ist,und eine äußere Schale 25 aus Metall oder einem anderen
festen Material und eine Innenschicht 26 aus feuerfestem
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Material . Die Innenschicht 26 hat einen Kantenbereich, der scharf nach innen vorsteht, wie bei 26a angedeutet, so daß
Spritzer des geschmolzenen Metalls während des Kochens oder dergleichen
nunmehr das Gefäß nicht verlassen können, so daß eine größere Charge aus geschmolzenem Metall 19 im Behälter 15 vorhander,
sein kann. Der Deckel 24 weist ferner einen länglichen Ausguß 27 auf, der im wesentlichen innerhalb des Kantenbereiches vorgesehen
ist, so daß nun chargiert, eine Probe entnommen, das geschmolzene Material aufgenommen oder abgezapft werden kann.
In vorteilhafter Weise ist der Ausguß 27 im wesentlichen schlüssellochartig, wobei ein Wandteil 27a im wesentlichen mit einem Randteil
des Gefässes 18 fluchtet, so daß nun der Behälter 15 vollständig entleert werden kann.
Zum Halten des Behälters 15 auf dem Tragring 13 ist das Gefäß
18 mit sich nach außen erstreckenden Armen 29 versehen, die auf der oberen Fläche des Tragringes 13 ruhen. An den Armen 29 sind
Klemmvorrichtungen 30 vorgesehen, die am Tragring 13 festklemmbar sind, so daß das Behältergefäß 15 am Tragring 13 befestigt
werden kann.
Um nun die gewünschten Reaktions- und Raffiniermedien einblasen zu können, beispielsweise eine Mischung aus Argon und Sauerstoff,
ist eine entsprechende Anzahl von Windleitungen 32 vorgesehen, und zwar hier zwei, die ungefähr 90 bis 180 gegeneinander versetzt
auf der Seite der Zapfen 16 angeordnet sind, das heißt im Abstand von der Ausgußseite des Behälters 15 während des Abzapf
ens und ähnlichen Vorgängen. Die einzelnen Windleitungen 32 erstrecken sich durch den nach innen geneigten Mantel des Behälters
15 und kommen mit der Wärme des geschmolzenen Metalls während des Raffinierens in Berührung. Damit erodieren die
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der hohen Temperatur des geschmolzenen Metalls ausgesetzten Windleitungen
32 zugleich mit der Erosion der feuerfesten Auskleidung 21 in diesem Bereich. Ferner haben die einzelnen Windleitungen
32 ein Aussenrohr 33 und ein konzentrisches Innenrohr 34 und erstrecken s'cfc durch den Mantel des Behälters 15, wobei ihr
Innenteil die ganze Stärke der feuerfesten Auskleidung 21 durchdringt. Auf der ganzen Länge innerhalb der Auskleidung ist das
Innenrohr 34 mit einer Vielzahl von Rippen 35 versehen, die dazu dienen, die beiden Rohre 34 und 33 in konzentrischem Abstand
zu halten. Damit ist ds auch möglich, durch die Ringkammer zwischen
den Rohren einen Längsstrom aus Fließmedien hindurchzuleiten.
Das Außenrohr 33 ist in der Auskleidung 21 in einer Mantelhülse 22 aus feuerfestem Material gehalten. Zum Positionieren der Windleitungen
32 - innerhalb der Mantelhülse ist das Außenrohr 33 mit einem Ringflansch 36 versehen, der
mit feuerfestem Mörtel 23 in einem einen größeren Innendurchmesser aufweisenden Teilstück der feuerfesten Mantelhülse 22 befestigt
ist. Die Mantelhülse 22 ist aus dem selben Material wie die feuerfeste Auskleidung 21. Eine Anschlußbuchse 37 stellt die
Verbindung des Innenrohrs 34 mit einer entsprechenden Fließmediumquelle her, und ein zusätzliches T-Stück 38 ergibt einen Anschluß,
über den die im wesentlichen ringförmige Kammer zwischen den Rohren an eine Druckmediumquelle anschließbar ist.
Aus der obigen Darstellung ergibt sich die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen
metallurgischen Ofens. Wie erwähnt, hat dieser einen Behälter, der abnehmbar im Trag ring 13 auf entsprechenden
Zapfen angeordnet ist. Der Behälter 15 weist einen Ausguß 27
auf und kann nach vorwärts gemäß Fig. 1 zum Ausglessen und dergleichen
geneigt werden. In vorteilhafter Weise kann der Behälter 15 vom Tragring 13 für eine gegebenenfalls notwendige Reparatur
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bei Beschädigung der Auskleidung entfernt werden, und ein Ersatzbehälter
kann nun zur Fortsetzung des Behandlungsverfahrens eingesetzt werden. In vorteilhafter Weise ist der Deckel des Gefässes
18 mit einem sich scharf nach innen erstreckenden Vorsprung 26a versehen, so daß nun Spritzer des geschmolzenen Metalls
oder Bades während der Raffinierung zurückgehalten werden.
Die Windleitungen 32 gemäß der Erfindung sind im Abstand an der Oberseite des Behälters 15 wenn der Behälter 15 zum Abzapfen gekippt
wird, so daß die Windleitungen dann außer Berührung mit dem Schmelzbad sind und ihre Abnutzung auf ein Minimum herabgesetzt
wird.
Bei einer typischen Raffinierung des geschmolzenen Metalls werden Mischungen aus Raffinier- und Kühlflüssigkeiten durch die Windleitungen
32 zugeführt. Bei dem verbesserten Verfahren zur
Raffinierung von rostfreiem Stahl kann Sauerstoff, Argon oder
eine Mischung aus Argon und Sauerstoff, durch das Innenrohr 34 eingeführt werden, und handelsüblich reines Argon oder ein anderes inertes Gas kann durch die zwischen den inneren und äußeren Rohren 34 und 33 gebildete Kammer zugeführt werden, um so die
Windleitungen und das umgebende feuerbeständige Material zu
kühlen. Es sei noch darauf hingewiesen, daß das Argon sich chemisch mit dem geschmolzenen Metall nicht verbindet, jedoch einen Katalysator für das Entkohlen des Metalles bilden kann.
Raffinierung von rostfreiem Stahl kann Sauerstoff, Argon oder
eine Mischung aus Argon und Sauerstoff, durch das Innenrohr 34 eingeführt werden, und handelsüblich reines Argon oder ein anderes inertes Gas kann durch die zwischen den inneren und äußeren Rohren 34 und 33 gebildete Kammer zugeführt werden, um so die
Windleitungen und das umgebende feuerbeständige Material zu
kühlen. Es sei noch darauf hingewiesen, daß das Argon sich chemisch mit dem geschmolzenen Metall nicht verbindet, jedoch einen Katalysator für das Entkohlen des Metalles bilden kann.
Die Lage der Windleitungen 32 an dem nach innen geneigten unteren Teil des Behälters ergibt ein Blasen der Reaktionsgase dem
Zentrum der Schmelzhitze zu. Die Richtung der Gase diesem Hitzezentrum
zu setzt die Erosion der Auskleidung oberhalb der Windleitungen auf ein Minimum herab.
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Es wurde festgestellt, daß die Deckelausbildung mit den sich
scharf nach innen erstreckenden, oberen Kanten den Aufbau von verfestigtem Material am Ausguß auf ein Minimum herabsetzt.
Ferner werden die Instandsetzungsarbeiten zur Entfernung des Aufbaues herabgesetzt und die Lebensdauer des Behälters verlängert.
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Claims (10)
1. Metallurgischer Ofen zum Raffinieren von geschmolzenem
Metall mit einem normalerweise senkrecht angeordneten, aus einem Gefäß und einem Deckel bestehenden Behälter, der
eine Auskleidung aus feuerfestem Material innerhalb eines Stahlmantels aufweist, die beide von mindestens einer Windleitung
durchdrungen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil des Gefässes (18) sich nach unten zu verjüngt und
vorzugsweise eine im wesentlichen kegelstumpfartige Form bat, daß die Windleitung (32) an diesem Unterteil angeordnet
ist und daß der mit einem Ausguß (27) versehene Deckel (24) ein scharf nach innen vorstehendes Teilstück mit einer vorstehenden
Kante (26a) hat, an die sich in radialer Richtung der Ausguß (27) anschließt.
2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windleitung
(32) mindestens auf dem die Auskleidung (21) durchdringenden Teil einen konstanten Querschnitt hat.
3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gestell (12) vorgesehen ist, in dem mit Hilfe von Zapfen
(16) ein Behälterträger (13) schwenkbar gelagert ist, in dem
der Behälter (15) abnehmbar gehalten ist.
4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterträger
ein Tragring (13) ist.
5. Ofen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterträger (13) Spannvorrichtungen (30) hat, um den
Behälter (15) auf dem Behälterträger (13) festzuspannen.
6. Ofen nach einem der Ansprüche 3-5» dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (15) Arme (29) hat, die auf dem Behälterträger (13) aufsitzen und die Spannvorrichtungen (30) tragen.
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7. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Y/lndleitung (32) auf einer solchen Seite
angeordnet iäb, daß sie "bei gekipptem Behälter (i 5) außer
Berührung mit dem Schmelzbad (19) ist.
8. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausguß (27) gegenüber der vorspringenden Kante (26a) mit seiner Auskleidung (27a) ohne Schulterbildung
in die Auskleidung (21) des Gefässes (18) übergeht.
9. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Querschnitt des Gefässes (18) im wesentlichen kreisförmig ist.
10. Ofen, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Windleitung (32) ein einen
konstanten Durchmesser aufweisendes, die Auskleidung (21) durchdringendes Außenrohr (33) und ein einen konstanten
kleineren Querschnitt mindestens entlang der Auskleidung (21) aufweisendes Innenrohr (34) hat, die jeweils außerhalb
des Gefässes (18) an eine Druckmediumquelle anschließbar
sind,
11. Ofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandsmittel
(35) vorgesehen sind, um die beiden Rohre (33, 34) konzentrisch zueinander im Abstand au halten.
12. Ofen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmittel
gerade Längsrippen (35) sind, die an einem Rohr (33, 34) angebracht und dem anderen Rohr (34, 33) zu
gerichtet sind.
13. Ofen nach einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Außenrohr (34) und das Innenrohr (33) mit der Vorderkante der Auskleidung (21) bündig sind.
- 12 -
10 9 811/13 3
A 38 286 h
27.7.1970
14. Ofen nach einem der Ansprüche 10 - 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Außenrohr (34) in einer Mantelhülse (22) aus feuerfestem Material dicht angeordnet ist.
15. Ofen nach einem der Ansprüche 10 - 14, dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem Außenrohr (34) im kleinen Abstand von der Außenseite der Auskleidung (21) ein Anschlagflansch (36) befestigt
ist, der gegen eine Innenschulter der Mantelhülse (22) anliegt, wobei der freie Innenraum hinter dem Anschlagflansch
(36) mit feuerfestem Mörtel (23) ausgefüllt ist.
10 9 8 11/13
. 3 t
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