Metallurgisches Gefäß mit einer Abstichvorrichtung zum kontrollierten Abstechen von flüssigem Metall

Gebiet der Technik

Die Erfindung ist auf dem Gebiet von metallurgischen Anlagen, konkret auf dem Gebiet von metallurgischen Gefäßen von Metallen.

Das metallurgische Gefäß weist eine Abstichvorrichtung zum kontrollierten Abstechen von flüssigem Metall auf, welches sich in einem Gefäßunterteil befindet.

Das Gefäßunterteil besteht aus einer Feuerfest - Ausmauerung mit einem Gefäßboden und einer geschlossenen Gefäßwand. Ein Teilbereich der Gefäßwand, von einer Innenseite der Gefäßwand zu einer Außenseite der Gefäßwand, weist einen Abflusskanal auf.

Die Abstichvorrichtung ist derart ausgestaltet, dass der Abflusskanal an der Außenseite der Gefäßwand in einen Abstichkanal der Abstichvorrichtung mündet. Der Abstichkanal erstreckt sich, wenn das metallurgische Gefäß sich in einer Schmelzposition befindet, anfangs nach oben - in einem Absolutwinkel von 0° bis 20° zur Erdanziehungskraft, bevorzugt in einem Absolutwinkel von 0° bis 5° zur Erdanziehungskraft, entgegen der Richtung der Erdanziehungskraft - zu einem Überlaufkanal, - welcher sich im Wesentlichen im Winkel von 90° zur Erdanziehungskraft erstreckt - und der Überlaufkanal mündet in einen Abstichlochkanal welcher - im Wesentlichen in Richtung der Erdanziehungskraft - in einem Absolutwinkel von 0° bis 20° zur Erdanziehungskraft, bevorzugt in einem Absolutwinkel von 0° bis 5° zur Erdanziehungskraft -nach unten zu einer Abstichöffnung verläuft.

Stand der Technik

In der EP1181491 B1 ist ein metallurgisches Gefäß mit einer Abstichvorrichtung zum kontrollierten schlackefreien Abziehen von flüssigem Metall beschrieben.

Eine in dieser Schrift offenbarte Abstichvorrichtung zeigt in Phasen von Prozessen, bei welchen es zwischen den Schmelzen zu Stillständen kommt, die Tendenz zum Erstarren der Schmelze im Kanal der Abstichvorrichtung. In der offenbarten Abtichvorrichtung beginnt der Kanal auf gleicher Höhe mit dem Gefäßboden, wodurch der Kanal auch immer mit flüssigem Stahl geflutet ist. Es kann somit vorkommen, dass bei Prozesspausen das flüssige Metall erstarrt. Dieses erstarrte Metall muss anschließend wieder durch flüssiges Metall, welches beim Start einer neuen Prozessphase entsteht, aufgeschmolzen werden. Dies wird zusätzlich mit einer langen Sauerstofflanze, welche von oben in den Kanal eingeführt wird, unterstützt. Dieser Aufschmelzprozess kann sich über mehrere Stunden erstrecken. Des Weiteren besteht auch bei der ersten Schmelze immer die Gefahr, dass das flüssige Metall sofort in den Kanal fließt und dort, aufgrund mangelnder Temperatur im Kanal dort wieder erstarrt.

In der CN107062900A ist ein Elektrischer Ofen zum Herstellen von Glas und Steinwolle gezeigt. Dieser Ofen weist einen Überlaufkanal auf, aus welchem diese geschmolzenen Materialien austreten. Sobald die gewünschte Temperatur erreicht wurde wird über eine Öffnung zusätzliches Material in den Ofen eingebracht und das flüssige Material tritt über den Überlaufkanal aus.

In der US6596221 B1 ist eine Abstichvorrichtung für einen elektrischen Lichtbogenofen gezeigt.

In der CH665976A5 ist eine weitere Ausführung für eine Einrichtung für das Abstechen aus einem Schmelzofen gezeigt.

In der DE102004050701 B3 ist ein Abstichrohr für ein Schmelzgefäß gezeigt.

In der KR1020050010620A ist ein Öffner für einen exzentrischen Sumpfabstich gezeigt. Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine einfache Bauart der Abstichvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei welcher das Erstarren von flüssigem Metall im Abtich- kanal verhindert wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass sich eine Unterkante des Abflusskanal an der Gefäßwand, gemessen an einer Innenseite der Gefäßwand von einer Schnittkante der Gefäßwand und dem Gefäßboden, in einer Höhe von 50-300mm befindet, wobei der Abflusskanal sich zumindest in einem Teilbereich der Gefäßwand im Wesentlichen im 90° Winkel zur Gefäßwand durch diese hindurch erstreckt.

Im Zusammenhang mit der Erfindung wird unter im Wesentlichen im 90° Winkel eine Abweichung, welche sich durch die Toleranzen beim Ausmauern ergeben, verstanden. Die Abweichung soll maximal plus/minus 5° von 90° Winkel betragen.

Die Höhe der Stufe ist einerseits von der Größe des Gefäßes abhängig und andererseits von der jeweiligen Prozessfahrweise des metallurgischen Ofens. Diese Stufe erlaubt es, dass auch in der Einschmelzphase flüssiges Metall zeitlich verzögert, in den Abflusskanal gelangt und somit eine längere Phase vorliegt, in welcher der Abflusskanal erwärmt wird, und somit ein Erstarren im Abflusskanal, wegen mangelnder Temperatur der Ausmauerung im Abflusskanal, vermieden wird.

Der Abflusskanal sollte sich zumindest in einem Teilbereich der Gefäßwand, bevorzugt über die gesamte Breite der Gefäßwand, im 90° Winkel zur Gefäßwand aufweisen, da eine derartige Stufe besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist.

Die Höhe der Stufe wird bevorzugt so festgelegt, dass sich ein definierter Sumpf des flüssigen Metalls entweder unterhalb oder oberhalb der Stufe befindet. Dabei kann der Focus sein, entweder den Einlauf des Sumpfs des flüssigen Metalls in den Abflusskanal zu verzögern oder durch das vollständige Abdecken des Abflusskanals mit flüssigem Metall um den Schlacke - Einlauf gänzlich zu verhindern. Die Höhe der Unterkante wird in Abhängigkeit des prozentualen Anteils eines Sumpfes von flüssigem Metall- welcher nach dem Abstich im metallurgischen Schmelzgefäß verbleibt - an einem Abstichgewicht des metallurgischen Gefäßes festgelegt, der im Bereich von 15%-70% liegen kann. Die Höhe der Unterkante kann so gewählt werden, dass in den kritischen Prozessphasen, wie beispielsweise Prozesspausen, das im Ofen verbliebene flüssige Metall vollständig im Schmelzgefäß verbleibt und der Abflusskanal vollständig leerlaufen kann. Der Abflusskanal kann neben einem Rechteckquerschnitt beispielsweise auch einen Gewölbe - Querschnitt oder einen runden Querschnitt aufweisen. Wenn die Unterkante keine Gerade ist, dann wird immer jene Höhe verstanden, die den geringsten Abstand zur Schnittkante der Gefäßwand und des Gefäßbodens aufweist.

In einer bevorzugten Ausführung weist die Unterkante und/oder eine Oberkante eine Fase auf. Die Fase hat bevorzugt eine Abmessung in horizontaler und vertikaler Richtung oder einen Radius von zumindest 10 mm, besonders bevorzugt von zumindest 20mm. Durch die Fase oder den Radius erfolgt ein besseres Einströmen in den Abflusskanal.

Eine Ausflusszahl erhöht sich durch das Prinzip der abgerundeten oder gefasten Unterkante und/oder Oberkante und erhöht so eine Durchflussmenge.

In einer vorteilhaften Ausführung weist zumindest eine Seitenkante des Abflusskanal eine Fase oder einen Radius auf. Die Fase hat bevorzugt eine Abmessung in horizontaler und vertikaler Richtung oder einen Radius von zumindest 10 mm, besonders bevorzugt von zumindest 20mm. Durch die Fase erfolgt ein besseres Einströmen in den Abflusskanal. Durch das gleichmäßigere Einströmen des flüssigen Metalls von allen Seiten, wird eine Einlauf-Geschwindigkeit des flüssigen Metalls auf einen Querschnitt des Abflusskanals harmonisiert. Die einseitige Abnutzung der Oberkante reduziert sich und der Abrieb verteilt sich gleichmäßiger auf alle Seitenteile. Die Standzeit des Abflusskanals wird so verlängert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt die Abstichöffnung oberhalb einer Unterkante an einer Außenfläche des Gefäßbodens. Aufgrund dessen, dass die Unterkante des Abflusskanales oberhalb des Gefäßboden liegt, kann eine Gefäßbodenunterkante im Bereich des Abflusskanales nach oben versetzt werden, um die gleiche Dicke der Feuerfest Ausmauerung zu erzielen. Dies erlaubt es die Abstichöffnung nach oben zu versetzen, um eine kürzere Länge des Abstichlochkanales zur Abstichöffnung zu erhalten. Durch die kürzere Länge vermindert sich die Gefahr von Verstopfungen des Kanals.

In einer zweckmäßigen Ausführung ist ein Brenner mittig zum Abstichkanal plaziert ist, wobei der Brenner eine Leistung von mindestens 0,2 MW und maximal 1 MW aufweist. Durch die mittige Anordnung des Brenners reduziert sich ein Verschleiß der Feuerfestausmauerung im Überlaufkanal und im Abstichkanal.

Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass ein Verhältnis von hydraulischem Durchmesser des Abflusskanal zu einem Durchmesser der Abstichöffnung zumindest größer als 0,9 ist.

Der hydraulische Durchmesser wird berechnet durch die Gleichung 1.

A d ^{h = 4} Ü (Gleichung 1) dh ... hydraulischer Durchmesser A... Fläche U... Umfang

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei zeigen: Fig 1 - 4 zeigt eine schematische Darstellung eines metallurgischen Gefäßes mit einer Abstichvorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsformen

In der Fig. 1 ist ein metallurgisches Gefäß 1 dargestellt, wobei das Gefäßunterteil eine Feuerfest - Ausmauerung mit einem Gefäßboden 2 und einer geschlossenen Gefäßwand 3 aufweist. Im Gefäßboden 2 befindet sich ein Bodenabstich 9. In der Gefäßwand 3 befindet sich ein Abflusskanal 4. Eine Unterkante 5 des Abflusskanal 4 befindet sich in einer Höhe H, gemessen vom Schnittpunkt der Gefäßwand 3 und dem Gefäßboden 2.

Von der Unterkante 5 erstreckt sich der Abflusskanal im Wesentlichen im Winkel von 90° durch die Gefäßwand 3. Eine Abstichvorrichtung 10 ist derart ausgestaltet, dass der Abflusskanal 4 in einen Abstichkanal 11 der Abstichvorrichtung 1 mündet und der Abstichkanal 11, wenn das metallurgische Gefäß 1 sich in einer Schmelzposition befindet, sich anfangs nach oben - entgegen der Richtung der Erdanziehungskraft Fg - zu einem Überlaufkanal 12 erstreckt und anschließend in einen Abstichlochkanal 13 nach unten - in Richtung der Erdanziehungskraft Fg - zu einer Astichöffnung 14 erstreckt.

In der Fig. 2 ist ebenfalls ein metallurgisches Gefäß 1 dargestellt mit einer Innenseite 3a und einer Außenseite 3b der Gefäßwand 3. In dieser bevorzugten Ausführung weist die Unterkante eine Fase 5a und eine Oberkante 5d eine Fase mit der Abmessung a auf.

Eine Seitenwand 5b des Abflusskanals 5 weist ebenfalls eine Fase 5c auf. Die Fasen sind jeweils beim Übergang von der Innenfläche 3a der Gefäßwand zum Abflusskanal 4 angebracht.

Durch diese Ausführung ist das gleichmäßigere Einströmen des flüssigen Metalls von allen Seiten besonders gut harmonisiert. Die einseitige Abnutzung der Oberkante reduziert sich. Der Abrieb verteilt sich gleichmäßiger auf alle vier Seiten des Abflusskanal 5. Die Standzeit des Abflusskanals wird so verlängert.

In der Fig. 3 ist im Gegensatz zu Fig. 1 die Unterkante der Abstichöffnung 13 über einer Unterkante des Gefäßbodens 2b, wobei die Unterkante 2b sich an einer Außenfläche 2a des Gefäßbodens 2 befindet. Die Unterkante 2b ist die tiefste Stelle des Gefäßbodens an dessen Außenfläche 2a. Durch diese Ausführung verkürzt sich eine Länge des Abstichkanals 11 vom Überlaufkanal 12 bis zur Abstichöffnung 14.

Des Weiteren ist in dieser Ausführung ein Brenner 15 mittig zum Abstichkanal 11 , welcher sich vom Abflusskanal 4 bis zum Überlaufkanal 12 erstreckt. In der Fig. 4 ist eine Draufsicht gezeigt, welche mit dem Pfeil in Fig. 3 angedeutete Ansicht A auf die Abstichvorrichtung 10 darstellt. Die Abstichvorrichtung 10 besteht neben der Feuerfestausmauerung 10a auch aus einer Stahlkonstruktion 10b. Es ist die Gefäßwand 3, welche ebenfalls aus einer Feuerfestausmauerung 3c und einer Stahl konstruktion 3d besteht, mit der Innenseite 3a und der Außenseite 3b dargestellt und der Abflusskanal

4, welcher sich von der Innenseite 3a zur Außenseite 3b erstreckt und in den Abstichkanal 11 mündet. Der Abstichkanal 11 erstreckt sich dann nach oben zu einem Überlaufkanal 12, welcher anschließend in den Abstichlochkanal 13, mit einem Durchmesser d, mündet. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1 Metallurgisches Gefäß

2 Gefäßboden 2a Außenseite des Gefäßbodens 2b Unterkante des Gefäßbodens

3 Gefäßwand 3a Innenseite

3b Außenseite 3c Feuer - Fest Ausmauerung

3d Stahlkonstruktion 4 Abflusskanal

5 Unterkante 5a Fase

5b Seitenwand 5c Fase der Seitenwand

5d Oberkante 9 Bodenabstich

10 Abstichvorrichtung 10a Feuerfest - Ausmauerung 10b Stahlkonstruktion 11 Abstichkanal

12 Überlaufkanal

13 Abstichlochkanal

14 Abstichöffnung

15 Brenner H Höhe A Abmessung d Durchmesser