Title:
PROCESS AND DEVICE FOR CLOSING A TAP HOLE
Kind Code:
B1


Inventors:
Fuchs, Reinhard (Kurze Strasse 10, Wassenberg, 41849, DE)
Hofmann, Werner (Feldstrasse 53a, Moers, 47441, DE)
Application Number:
EP19960938971
Publication Date:
07/12/2000
Filing Date:
11/04/1996
Assignee:
SMS Demag AG (Eduard-Schloemann-Strasse 4, Düsseldorf, 40237, DE)
International Classes:
B22D41/14; B22D41/46; (IPC1-7): B22D41/46; B22D41/14
European Classes:
B22D41/14; B22D41/46
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Foreign References:
WO/1988/006068AINSTALLATION FOR POURING LIQUID METAL, AND PROCESS FOR ITS IMPLEMENTATION
DE3437810A
DE3826245A
Attorney, Agent or Firm:
Meissner, Dipl. Peter -Ing E. (Meissner & Meissner, Patentanwaltsbüro, Hohenzollerndamm 89, Berlin, 14199, DE)
Claims:
1. A method of closing a tap opening located in the base of a vessel, in particular for steel, filled with molten metal, having a tubular closing element arranged in the furnace vessel, which may be moved vertically to and from the inlet of the tap hole, and a stop device arranged beneath the vessel base
characterised by the following steps: a) prior to each closing procedure, a compressible refractory material is brought to the mouth of the closing element, b) immediately prior to immersion in the melt, a medium is provided upstream of the refractory material in the closing direction in an amount which extensively prevents contact between the refractory material and the melt, c) during the closing procedure, the mouth of the closing element is conveyed through the melt to close the tap hole and is pressed against the vessel base with such force that the refractory material is compressed, d) the stop device outside the vessel is subsequently brought in a known manner to a position in front of the tap mouth and the tap opening is filled with a pourable refractory composition via the tubular closing element.

2. A method according to claim 1,
characterised in that,
after placing of the mouth of the closing element on the base of the inner vessel, the closing element is rotated about its central axis.

3. A method according to claim 1,
characterised in that
the medium is a gas, e.g. nitrogen.

4. A method according to claim 3,
characterised in that
the gas is additionally introduced during passage of the mouth of the closing element through the melt.

5. A method according to claim 1,
characterised in that
the medium consists of liquid or solid material which is converted into the gaseous phase under the action of heat when the closing element is immersed in the melt and the gas then lies in a protective manner upstream of the refractory material.

6. A device for closing a tap opening arranged in the base of a metallurgical vessel, which tap opening may be closed from outside the vessel by a stop device and may be filled with a pourable refractory composition, having a tubular closing element which, on the inside of the vessel, may rest against the upper edge of the tap opening and, in a release position, may be displaced so as to release the tap opening, for performing the method according to claim 1,
characterised in that, at the end (32) of the closing element (31), a forkshaped channel (33) is provided, the opening of which is oriented in the direction of the vessel base (13), in that the inner area (34) of the channel (33) including the base (35) is filled with compressible material F in that the remaining inner area (34) of the channel may be filled with gas G and in that the walls (36) of the channel (33) consist of a material which does not put up any substantial resistance to the pressure of the closing element (31) against the vessel base (13).

7. A device according to claim 6,
characterised in that
the material of the walls (36) is metallic and takes the form of an expansion joint.

8. A device according to claim 7,
characterised in that
the walls (36) are from 0.3 to 20.0 mm thick and the wall material (36) at least softens under the action of the heat of the melt (S).

9. A device according to one of claims 6 to 8,
characterised in that
the head (37) of the closing element (31), including the component comprising the channel (33), takes the form of a replaceable part and may be connected with the main body (39) of the closing element (31) by a releasable connection (38).

10. A device according to claim 9,
characterised in that
the wall thickness of the replaceable part (37) is 3 to 10 times the wall thickness of the main body (39) while exhibiting the same internal diameter (di).

11. A device according to claim 9 or claim 10,
characterised in that
the ratio of the internal diameter (di) of the closing element (31) to the diameter (Di) of the tap opening (14) is di:Di=0.7 to 2.0.

12. A device according to claim 6,
characterised in that
the compressible material (F) consists of refractory material, e.g. carbon-containing material, and is constructed from fibres as a mat or as a shaped article.

13. A device according to one of claims 6 to 12,
characterised in that
the base (35) of the channel (33) is conically inclined, with the tip pointing towards the main axis (I).

14. A device according to claim 13,
characterised in that
the base (35) of the channel (33) has a shape which matches the inlet (15) of the tap opening (14).

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen einer im Boden eines mit metallischer Schmelze gefüllten Gefäßes, insbesondere für Stahl, befindlichen Abstichöffnung, mit einem im Ofengefäß angeordneten rohrförmigen Schließelement, das vertikal zu und von dem Eingang des Abstichloches bewegbar ist, und einer unterhalb des Gefäßbodens angeordneten Absperrvorrichtung sowie einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der sogenannten Sumpffahrweise beim Abstich eines metallurgischen Gefäßes insbesondere bei Stahl werden Verschlußeinrichtungen eingesetzt, mit denen es möglich ist, einen Rest der Metallschmelze und der Schlacke im Gefäß zurückzuhalten. Solche Gefäße sind regelmäßig kippbar ausgebildet um zu vermeiden, daß das Verschlußsystem einem Verschleiß durch das flüssige Metall bzw. der Schlacke ausgesetzt ist.

So ist aus der DE 34 37 810 eine Verschlußeinrichtung für eine Abstichöffnung im Boden eines metallurgischen Gefäßes bekannt, bei dem außerhalb des Gefäßes, insbesondere eines metallischen Heizofens, ein Absperrorgan vorgesehen ist, bei dem ein unteres Absperrorgan von außen gegen die Abstichöffnung verfahrbar ist. Im Gefäßinneren ist ein Rohr angeordnet, das von einer Freigabeposition in die Sperrposition absenkbar ist und dessen Mündung sich gegen den Rand der Abstichöffnung legt. In der abgesenkten Sperrposition wird rieselfähiges Füllmaterial durch das Rohr in die Abstichöffnung gebracht.

Weiterhin wird vorgeschlagen, das Rohr fußendig zu verschließen und in den Innenraum ein Gas einzubringen, das dafür sorgt, daß die Schmelze durch die untere Rohröffnung nicht in das Rohr eindringen kann.

Nachteil dieser Verschlußeinrichtung ist neben seinem hohen Verschleiß die geringe Dichtheit. Im rauhen Stahlwerksbetrieb kommt es nämlich nicht nur zu Auswaschungen des Eingangs der Abstichöffnung, auch die aggressive Schlacke und die hohe Schmelzentemperatur zerstören ungleichmäßig den unteren Rand des Verschließorgans.

Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum wiederholbaren Verschließen einer Abstichöffnung eines metallurgischen Gefäßes zu schaffen, mit der bei hoher Gesamtlebensdauer ein sicheres Absperren auch ohne für eine Sumpffahrweise erforderliches Kippen des Gefäßes möglich ist.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 6.

Erfindungsgemäß wird an der Stirn des Schließelementes ein kompressibles Material vorgesehen, das zum Verschließen bei seinem Kontakt mit dem Boden des Gefäßes im Bereich des Abstichloches zusammengedrückt wird.

Während des Durchfahrens durch die Schmelze, die Temperaturen zwischen 1500 und 1700 °C aufweist, wird das Dichtungsmaterial gegen Einwirkungen aus der Schmelze und aus dem Flüssigmetall geschützt. So wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dieses zu Dichtungszwecken eingesetzte zusammendrückbare Material aus einem feuerfesten Werkstoff herzustellen und im von der Mündung wegweisenden Innenbereich einer an der Stirn der Schließeinrichtung vorgesehenen Nut einzubringen. Der restliche Innenbereich der Nut wird freigelassen und dient als Kammer für ein Gas, das zum Schutz des Dichtmaterials beim Durchfahren durch die Schmelze in dieser Kammer gehalten wird.

Dieses Gas kann aus einem festen oder flüssigen Medium stammen, das auf das zusammendrückbare Material gebracht wird und unter Hitzeeinwirkung vergast. Es kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung als Gas ständig zugeliefert werden oder es wird ein Gas eingesetzt, das während der Verweildauer des zusammendrückbaren Materials im Schmelzbad, erfahrungsgemäß kleiner 30 sek., sich beim Erwärmen ausdehnt und während des Ausdehnens die Schmelze verdrängt, wobei sein Gesamtvolumen ausreicht diesen Vorgang über die ganze Zeit aufrechtzuerhalten.

Der Gesamtvorgang des Verschließens läuft dabei so ab, daß durch den im aufrechtstehenden Ofen durch die Schlacke und Flüssigschmelze das rohrförmige Schließelement geführt wird, bis es die Innenwand des Gefäßbodens berührt und diese gegen Herausfließen der Schmelze dicht verschließt. Zu dieser Zeit ist das Abstichloch noch geöffnet, so daß die sich im Innenraum des rohrförmigen Elementes und im Abstichloch befindliche Schmelze bzw. Schlacke das Ofengefäß verläßt. Hiernach wird die außerhalb des Gefäßes angeordnete Absperreinrichtung, ein Schieber oder eine Klappe, geschlossen. Es besteht nunmehr die Möglichkeit, das Abstichloch zu inspizieren. Dies kann durch direkte Inaugenscheinnahme, aber auch durch eine Kamera oder ein Endoskop geschehen. Weiterhin kann durch das rohrförmige Schließelement ein Werkzeug geführt werden, mit dem die Abstichöffnung behandelt werden kann, beispielsweise durch Abschlagen von Bären o.ä. Außerdem kann eine Einrichtung, beispielsweise eine Torkretmaschine, durch das rohrförmige Schließelement bis in das Abstichloch gebracht werden, mit der eine Reparatur des Feuerfestmaterials durchgeführt wird. Wird die Abstichöffnung als verwendbar angesehen, so wird in bekannter Weise ein rieselfähiges Material in die Abstichöffnung gebracht. Diese dient zum Schutz der Absperrvorrichtung und zur Erleichterung des Angießens nach Öffnen der Absperrung.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Kopf des Schließelementes als Wechselteil ausgebildet. Dieses Wechselteil wird bei Bedarf nach einem oder mehreren Schließvorgängen ausgetauscht und mit einer neuen Dichtlippe, also einer Nut und dem zusammendrückbaren Feuerfestmaterial, bestückt.

Dieses Wechselteil kann dabei eine Wandstärke aufweisen, die deutlich größer ist als die des restlichen rohrförmigen Schließelementes.

Die Wandungen der Nut haben die Aufgabe, das Dichtmaterial während des Durchfahrens durch die Schmelze zu schützen. Wenn das Dichtmaterial, beispielsweise eine Matte oder ein aus Fasern bestehendes Formteil, den Boden des metallurgischen Gefäßes erreicht hat, soll das Material der Wandungen der Nut das Zusammendrücken des Dichtmaterials nicht stören. Als Material bietet sich ein metallischer Werkstoff an, der als Kompensator ausgebildet ist. Weiterhin kann ein metallischer Werkstoff benutzt werden, der nach Durchfahren der Schmelze, also in etwa 15 bis 30 sek., mindestens erweicht, schmilzt oder verkohlt. So kann etwa eine Pappe eingesetzt werden, die eine ausreichende Standzeit besitzt und die beim Kontakt mit der Schmelze verkohlt.

Weiterhin wird vorgeschlagen, den Grund der Nut in der Weise auszugestalten, daß sie sich den Verhältnissen des Eintritts des Abstichloches anpaßt. Dabei kann der Grund, d.h. die Stirn des Wechselteils, eine konische Fläche aufweisen, die zur Mittenachse hin spitz zuläuft. Es kann aber auch in Kenntnis der Eintrittsform des Abstichloches eine korrespondierende Form des Grundes der Nut eingesetzt werden mit der Folge, daß die Dicke der später zusammengedrückten Dichtmasse, also der feuerfesten Fasern, nahezu konstant gehalten wird. Auf diese Weise wird eine besonders hohe Dichtigkeit sicher erreicht.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Skizze dargelegt. Es zeigen

Figur 1
Einen Schnitt durch das Ofengefäß mit gerader Grundfläche des Verschließelementes
Figur 2
Einen Schnitt mit angepaßter Grundfläche des Verschließelementes
Figur 3
Eine Skizze eines Wechselteils

Die Figur 1 zeigt den Schnitt durch einen Teil eines metallurgischen Gefäßes 10 mit dem metallischen Gefäßmantel 11 und der feuerfesten Gefäßauskleidung 12. Im Gefäßboden 13 ist eine Abstichöffnung 14 vorgesehen, deren Mündung 16 durch eine Absperrvorrichtung 20 geschlossen ist, hier durch eine Klappe 21.

Die Abstichöffnung 14 weist eine Feuerfestauskleidung 17 aus, die im Bereich des Eintrittes 15 eine konische Abschrägung aufweisen kann.

In das durch einen Deckel 19 abdeckbares metallurgisches Gefäß 10 ist ein rohrförmiges Schließelement 31 geführt, an dessen Stirnfläche 32 eine Nut 33 vorgesehen ist. In den Nutinnenraum 34 ist zusammendrückbares Material F eingebracht. Im rechten Teil des Schließelementes 31 ist ein über eine lösbare Verbindung 36 am Hauptkörper 39 anbringbares Wechselteil 37 vorgesehen.

Im linken Teil des Schließelementes 31 ist eine Bohrung vorgesehen, durch die ein Gas G bis in den Nutbereich 34 der Nut 33 förderbar. In der Figur 1 ist der Innendurchmesser di des Schließelementes 31 gleich oder größer als der Durchmesser Di der Abstichöffnung 14.

Die Figur 2 zeigt einen mit metallischer Schmelze M, auf der Schlacke S aufschwimmt, gefülltes metallurgisches Gefäß 10, das durch einen Deckel 19 abgedeckt ist, durch den der Hauptkörper 39 des Schließelementes 31 führbar ist. Das Schließelement 31 wird dabei von einem Tragarm 42 gehalten, der durch ein Verschiebeantrieb 41 vertikal verfahrbar ist. Weiterhin ist das Schließelement 31 durch einen Drehantrieb 43 um seine Hauptachse l drehbar.

Auf den Hauptkörper 39 des Verschließelementes 31 ist ein Befülltrichter 45 aufgebracht zur Erleichterung der Zufuhr von rieselfähigem Material in die Abstichöffnung 14. Weiterhin ist eine Zufuhr 44 für Reparaturmassen, beispielsweise die Torkretmasse T.

Der Kopf 37 des Schließelementes 31 ist als Wechselteil ausgestaltet. Auf der rechten Seite der vorliegenden Skizze ist der Grund 35 abgeschrägt, wobei die Wandungen 36 achsparallel zur Hauptachse l geführt sind. Auf der linken Seite des Bildes ist die Grundfläche 35 dem aktuellen Zustand des Eintrittes 15 der Feuerfestauskleidung 17 der Abstichöffnung 14 nachgebildet. Auch sind die Wandungen 26 achsparallel zur Hauptachse l geführt.

Zwischen beiden aufgezeigten Grundflächen 35 und den jeweiligen Eintrittsabschnitten 15 wird das zusammendrückbare Material F aufgezeigt, wie es verformt wird und einen dichten Abschluß zwischen der flüssigen Metallschmelze M und der Abstichöffnung 14 bildet.

In der Figur 2 ist die Mündung 16 der Abstichsöffnung 14 durch eine Absperrvorrichtung 20, hier durch einen Schieber 22 verschließbar.

In der Figur 2 ist der Innendurchmesser di des Schließelementes 31 kleiner als der Innendurchmesser Di der Abstichöffnung 14.

Figur 3 zeigt einen Teil des Schließelementes 31, und zwar den Hauptkörper 39 und das über eine lösbare Verbindung 38 befestigte Wechselteil 37. In der linken Hälfte des Bildes weist die Nut 33 eine im rechten Winkel zur Hauptachse l angeordnete Grundfläche 35 auf und besitzt Wandungen 36, die in der linken Seite als Kompensator ausgebildet ist und in der rechten Seite beispielsweise aus Pappe aufgebaut ist. Im Innenbereich 34 der Nut 33 ist zusammendrückbares Material F vorgesehen. Bis zur Mündung der Wandungen 36 ist ein Freiraum gelassen, in dem sich Gas ansammeln kann, das aus einem flüssigen oder festen Medium H nach Übergang in die Gasphase durch Hitzeeinwirkung sich ansammelt.

Auf der rechten Seite der Skizze ist die Grundfläche 35 der die Wandungen 36 aufweisenden Nut 33 schräg angeordnet. Vor dieser schrägen Grundfläche 35 ist das zusammendrückbare Material F in Form eines Formteils eingebracht. Zu der Nut 33 ist über eine durch den Hauptkörper 39 und das Wechselteil 37 geführte Bohrung ein Gas G zuleitbar.

Positionsliste

10
Metallurgisches Gefäß
11
Gefäßmantel
12
Feuerfestauskleidung
13
Gefäßboden
14
Abstichöffnung
15
Eintritt Abstichloch
16
Mündung Abstichloch
17
Feuerfestauskleidung Abstichloch
19
Deckel
20
Absperrvorrichtung
21
Klappe
22
Schieber

Schließeinrichtung

31
Schließelement
32
Stirn Schließelement
33
Nut
34
Nutbereich Innen
35
Grundfläche
36
Wandung
37
Wechselteil

Kopf

38
Lösbare Verbindung
39
Hauptkörper

Trageinrichtung

41
Verschieberantrieb
42
Tragarm
43
Drehantrieb
44
Reparaturmassenzufuhr
45
Fülltrichter
S
Schlacke
M
Metallschmelze
F
Zusammendrückbares Material
G
Gas
R
Rieselförmiges Feuerfestmaterial
H
Flüssiges oder festes Medium
l
Hauptachse
di
Innendurchmesser Schließelement
Di
Durchmesser Abstichloch
T
Torkretmasse