PROCESS FOR OPERATING A METALLURGICAL MELTING-FURNACE, AND METALLURGICAL MELTING-FURNACE

Abstract: 1. Process suitable for the operation of a metallurgical melting furnace, in particular an electric arc, plasma or primary energy heated melting furnace, from which the molten metal can be tapped largely free of slag by letting the metal melt flow out vertically through a taphole which is arranged eccentrically in the underside of the furnace bottom and is provided with a closure, from which the metal flow is controlled by tilting the melting furnace forward not more than 15 degrees, in which part of the furnace side walls is lined with refractories and part with water-cooled panels, the refractory to panel covered sidewall ratio being approximately 7:1 to 9:1 maximum, in which an uncritical bath depth of 200 to 400 mm is constantly maintained above the furnace shell bottom in the taphole closure area when the melting furnace is tilted forward and the slag which floats on the remaining molten metal pool towards tapping end is caused to flow away from the taphole when the furnace is tilted back beyond its neutral position to a maximum inclination of minus 6 degrees.

Description: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines metallurgischen Schmelzofens, insbesondere eines Elektro-, Plasmabzw. eines mit Primarenergie beheizten Schmelzofens, bei dem nach Fertigschmel zen die Metall schmel ze weitestgehend schi ackenfrei abgestochen wird, indem die Metallschmelze aussermittig an der Unterseite des Schmelzofens nach Uffnen eines Verschlussorgans senkrecht abgelassen wird, wobei der Abstichvorgang über das Kippen des Schmelzofens gesteuert wird, und ein dazu alternierendes Verfahren, bei dem die Metallschmelze an der Unterseite in der Mitte des Schmeizofens nach Uffnen des VerschluDorgans lotrecht abgelassen wird, sowie einen metallurgischen Schmelzofen zur Durchführung der Verfahren. Derartige Betriebsverfahren bzw. Schmelzöfen arbeiten mit einem Bodenabstich, aus dem der Giessstrahl in Annäherung an eine laminare Strömung austritt. Es sind jedoch Zusatzmassnahmen erforderlich, um Schlacke und flüssige Metallschneize, insbesondere Stahlschmelze, vor dem Abstich an einem Durchmischen zu hindern. Das Stoppen mitauslaufender Schlacke am Ende des Abstechens erfolgt bei kippbaren Schmelzöfen in der Weise, indem bei exzentrischem Bodenabstich über die Kippbewegung des Ofens ein gezieltes Unterbrechen des Abstichvorganges eingeleitet wird. Der weitestgehend schlackenfreie Abstich bildet die Voraussetzung für nachfolgende pfannenmetallurgische Behandlung mit nachfolgenden einschlussanmen GuSwerkstoffen bzw. im Schmelzbetrieb für das Arbeiten mit flüssigem Sumpf, z.B. im Fall von Eisenschwamm- oder Schrotte i nsatz. Die Unterbrechung des Abstichvorganges bedeutet eine Beendigung des gesamten Abstichverfahrens, jedoch noch keine Anweisung, wie während des Abstichvorganges eine Einwirkung der sich ausbildenden Strömung auf die Schlacke verhindert werden kann. Es ist bekannt (DE-OS 18 94 007), die Entleerung des Schmelzofens erst dann beginnen zu lassen, wenn das tferschlussorgan in der äussersten Kippstellung des Schmelzofens geöffnet wird. Diese Ver- fahrenweise nimmt auf das Zusammenspiel der tal lschmel zen- strömungen, die insbesondere bei Stahl von besonderer Bedeutung sind, und Schlacke keinerlei Rücksicht. Es ist ferner bekannt (DE-OS 29 44 269), den Schmelzofen mit einem erkerartigen Vorsprung zu versehen, dessen Innenraum mit dem Ofenraum über eine im seitlichen Bodenbereich des wannenförmigen Gefassteiis vorgesehene Durchflussöffnung verbunden ist. Hier wird jedoch die Metallschmelze innerhalb des Erkertells mittels eines auf dem Metall bad schwimmenden Verschlusskörpers von der Schlacke getrennt, so dass ein schlackenfreies Abstechen vom Vorhandensein und von der Wirkung dieses schwimmenden Verschlusskörpers abhängig ist. Das Abbrechen des Abstichvorganges kann jedoch nur gegen Ende des Verfahrensabschnittes ein totales Mitauslaufen der Schlacke verhindern, um damit einen grösseren Nachteil zu beseitigen. Es sind jedoch bisher keine Manahmen in Betracht gezogen worden, die vor der Beendigung des Abstichvorganges wirken. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Einflüssen der Abstichstromung auf die auf der Metallschmelze (Stahlschmelze) schwimmende Schlacke während des Abstichvorganges entgegenzuwirken, so da3 ein weitestgehend schlackenfreies Abstechen während des gesamten Abstichvorganges ermöglicht wi rd. Die gestellte Aufgabe wird bei den der ersten Alternative zugrundegelegten Gegebenheiten dadurch gelöst, dass bei einem Oberflächenverhältnis von wassergekühl ter Wandfläche/feuerfester Wandfläche von 6 : 1 bis 9 : 1 der Schmel zofen während des Abstechens lediglich von 0' bis maximal + 15' bzw. von 0' bis maximal -6' gekippt wird, dass im Bereich des Verschlussorgans fortwährend eine unkritische Schmel zbadtiefe beim Vorwärtskippen des Schmelzofens aufrechterhalten wird und dass gegen Ende des Abstechens die auf der restlichen Metallschmelze schwimmende Schlacke durch Zurückkippen des Schmelzofens aus dem Bereich des Verschlussorgans verlagert wird. Die zuerst genannte Massnahme erspart im Betrieb Feuerfestmaterial und gestattet demnach die Anwendung bei einem kleinsten Kippwinkelbereich, der wiederum für das Abstechen erforderlich ist, ohne mit der Schlacke wassergekühlte Rohrwandelemente zu berühren, was schädlich ware. Mit dem genannten Kippwinkelbereich ist sodann möglich, eine unkritische Schmel zbadtiefe kontinuierlich einzuhalten, wodurch eine Potentialwirbelbildung ausgehend von der Abstichöffnung weitgehend vermieden wird, was wiederum einen Sog auf die Schlackenschicht vermeidet, so dass das Mitreissen von Schlacke in die abzustechende Metallschmelze verhindert wird. Der negative Kippwinkelbereich reicht ebenfalls nur bis -6', um die noch auf der Metallschmelze schwimmende Schlacke in Eintritt in die Abstich Öffnung zurückzuhalten. Unkritisch ist die Schmelzbadtiefe ausserdem dann, wenn bei niedriger Schmelzbadtiefe noch keine Schlacke in die AusgieBoffnung gesogen wird oder wenn bei grosser Schmeizbadtiefe ausschliesslich das Feuerfestmaterial berührt wird und nicht etwa die wassergekühl- ten Rohrwandelemente. Es wäre nämlich wenig sinnvoll, durch schlackenfreies Abstechen einerseits zwar eine Qualitätssteigerung des Endproduktes (Stahl) zu erzielen, andererseits jedoch einen hohen Anstieg der Betriebskosten (Feuerfestkosten, Investitionskosten, lay-out-Kosten und dgl.) in Kauf nehmen zu müssen. Die Erfindung gestattet daher ef ne eine Qualltatsverbesserung des Endproduktes Stahl bei gleichzeitiger Betriebskostensenkung. Die gestellte Aufgabe wird bei den der zweiten Alternativen zugrundegelegten Gegebenheiten dadurch gelöst, dass bei einem Oberflächenverhältnis von kssergekühl ter Wandfla'chelfeuerfester Wandfläche von 7 : 1 bis 10 : 1 der Schmelzofen während des Abstechens in lotrechter Position verbleibt, dass die Schlacke durch Zugabe von Absteifmittel zähflüssig gemacht wird, dass 11 Bereich des Yerschlussorgans fortwährend die jeweils grösste Schmelzbadtiefe aufrechterhalten wird und dass gegen Ende des Abstechens die nach einem Abschl ackvorgang vorhandene Restschlacke auf den Gefässboden abgelagert wird. Nach dieser Verfahrensweise kann noch mehr Feuerfestmaterial im Betrieb eingespart werden. Die Schlackenschicht wird zusammenhängend und unterliegt in geringeren Mass den Einflüssen des Potentialwirbels. Im allgemeinen wirkt der Potentialwirbel hier nur gering auf die versteifte und durch Abschlacken verringerte Schlackenschicht ein, so dass die Gesamtmenge der vorhandenen Metallschmelze abgestochen werden kann. Beide Verfahrens-Alternativen bewi rken verringerte Temperaturverluste, so dass bei einer jeweils un ca. 20*C gegenüber der qualitäts- bzw. nachbehandlungsabhängigen Abstichtenperatur verminderten Abstichtemperatur die Metallschmelze abgelassen wird. Der Bodenabstich gestattet eine näherungsweise laminare Strömung des Giessstrahls. Es wird dadurch möglich, dass das unter den Schmelzofen befindliche Gefäss bis maximal 1 In des lotrechten Abstandes, gemessen vom Yerschlussorgan bis zum Gefässrand, eingestellt wird. Der metallurgische Schmelzofen zur Durchführung des Verfahrens ist Init einem Erkerteil ausgestattet, in dessen Boden zuinindest eine Abstichöffnung vorgesehen ist. Der Obergang des Erkertelis auf den Ofeninnenraum übt einen Einfluss auf die Ausbildung des Potentialwirbels bzw. auf dessen Wo rungen aus. Nach der weiteren Erffndung St der Schmelzofen daher dahingehend weitergestaltet, dass der Erkerteil ilt seiner inneren Begrenzungswand im Grundriss angenähert trapezförmig ausgebildet ist, dass die Trapezschenkelwände ii Bereich der den Schmelzraum zugewandten Seite zu den kreisförmigen bzw. ovalfönnigen Ofeninnenraum jeweils tangential verlaufen und dass die Abstichöffnung auf der Trapezachse angeordnet ist. Solange die Schmelibadtiefe unkritisch ist, kann sich der Potentfalwfrbel ztsnindest an drei Wänden abstützen, ohne einen Weg in die Schlackenschicht zu finden. Die Schlackenschicht senkt sich daher beruhigt auf den 6gefässboden ab. Eine andere Mbglichkeit, den Potentlaiwirbel von der Schlacke fernzuhalten, besteht darin, dass der Erkerteil mit seiner inneren Begrenzungswand im Grundriss rechteckförmig ausgebildet ist, dass die Seitenwände im Bereich der dem Scbmeizraum zugewandten Seite zu dem kreisförnigen bzw. ovalfönnigen Ofeninneraum als parallele Sekanten verlaufen und dass die Abstichöffnung mittig zwischen den Sekanten angeordnet ist. Hier bedeutet der Abstand der Sekanten ein Mass für ein beruhigtes Absenken der Metalischmelze zusammen arft der auf der Metallschmelze schwimmenden Schlacke. 1. allgemeinen sind bei derartigen Schmelzöfen Abstichöffnungen im Erkerteil an einer beliebigen Stelle vorgesehen. 6enäB einer Verbesserung der Erfindung sind entweder nur das Abstichloch im Erkerteil oder nur das Abstichloch in der Mittelachse des Ofeninnenraums vorgesehen, oder sind sowohl im Ofeninnenraun als auch im Erkerteil jeweils ein gesondertes Abstichloch vorgesehen. Mehrere Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt, anhand deren auch die Verfahren erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 bis 4 die Verfahrensphasen für das Abstechen von Meta schmelze aus einem Schmelzofen mit exzentrischem Bodenabstich; Fig. 5 bis 7 die Verfahrensstufen für das Abstechen von Metall- schmelze aus einem Schmelzofen mit zentrischem Boden abstich; Fig. 8 die Draufsicht auf einen Schmelzofen Mit Erkerteil. Der .etallurgische Schmelzofen flir die Verfahrensstufen der ersten Verfahrensalternative weist an der Ofenwanne 1 im Erkerteil 2 an der Unterseite das Verschlussorgan 3 auf, das z.B. aus einer anlegbaren Verschlussklappe bestehen kann. Die Abstichöffnung 4 ist während des Schmelzvorganges mit einer Füllmasse gefüllt und schützt das Verschlussorgan 3 vor dem Einfluss der Metallschmelze, die, sofern aus Stahl bestehend, eine Temperatur von über 1.500-C aufweist. In dieser Yerfahrensphase reicht die Stahlschmelze 5 mit der Restschlackenschicht 6 knapp unter die wassergekühlte Wandfläche 7 und berührt lediglich die feuerfeste Wandfläche 8 aus feuerfesten Mauerwerkssteinen. Für die Entfernung der Hauptschlacke ist die Schlackenabstichöffnung 9 vorgesehen. Der Schmelzofen ist mittels einer weiter nicht dargestellten Ki ppvorrichtung kippbar und mit einem Kippantrieb versehen, der ein feinstufiges Kippen oder alternativ ein kontinuierliches Kippen gestattet. Das Oberflächenverhältnis der wa wassergekühlten Wandfläche 7 und der Feuerfestwandfläche 8 beträgt, wie gezeichnet, etwa 7 : 1. Nachdem das Verschlussorgan 3 geöffnet ist (Fig. 2) erreicht der Schmelzofen eine Kippstellung von ca. 5 , wodurch eine ausreichend grosse Schmelzbadtiefe über der Abstichöffnung 4 vorhanden ist, was Potentialwirbe0 vermeidet. Der Giessstrahl 10 werl t nahezu in laminarer Ströiung das geöffnete Verschlussorgan 3. Danach erfolgt ein in kleineren Stufen ausgeführtes oder kontinuierliches Kippen (Fig. 3) bis in eine Kipplage von ca. 8' bis 12', falls erforderlich. Die Schmelzbadtiefe über der Abstichöffnung 4 reicht noch aus, um Potentialwirbel zu vermeiden. Für den Fall, dass in der letzten Phase solche Potentialwirbelfäden auftreten, verbrauchen diese ihre Energie an den Wänden des trapezförmigen Erkerteils (Fig. 8). Die letzte Phase (Fig. 4) besteht darin, das Schmelzgefäss negativ zu kippen, Während dieses Zurückki ppens gelangt die Schlacke von der Abstichöffnung 4 weg und gleitet meist zurück in die Ofenwanne 1. Der verbleibende Metallschmelzensumpf und die Schlacke werden für die nachfolgende Charge genutzt. Die Verfahrensstufen der zweiten Verfahrensalternative werden anhand der Fig. 5 bis 8 beschrieben. Das Oberflächenverhältnis der wassergekühlten Wandfläche 7 zur feuerfesten Wandfläche 8 beträgt hier etwa 9 : 1, was ermöglicht wird, weil der Schmelzofen in erster Phase lotrecht steht (Fig. 5). Die Restschlackenschicht 6 wird in der ersten Phase mit Kalk abgesteift, so dass die Schlacke wfe eine feste Decke wirkt. Nachdem das Verschlussorgan 3 In zweiter Phase geöffnet wird, strömt die Metalischmelze mittig aus der Ofenwanne 1 als Giessstrahl 10 mit annähernd laminarer Strömung in ein (nicht näher gezelgtes), etwa 1 m tiefer befindliches Gefäss. Die Ofenwanne 1 ist muldenförmig gestaltet, und ein Erkerteil fehlt hier völlig. Bei kritisch werdender Schmelzbadtiefe (ca. 200 bis 400 mm über dem Gefässboden) ist efn Potential wirbel 11 nicht mehr auszuschliessen (Fig. 6). Die Wirkung des Potentialwirbelfadens kommt jedoch in der abgesteiften Restschlackenschicht 6 nicht zur Geltung. Nachdem die Stahlschmelze 5 ausgelaufen ist (Fig. 7), setzt sich die Restschlackenschicht 6 auf dem Boden der Ofenwanne 1 ab. In dieser letzten Phase durchströmt nur ein geringer Teil der Schlacke die Abstichöffnung 4. Dieser Tefl der Schlacke ist auch deshalb gering, weil der Grossteil der Schlacke vor dem Abstich entfernt wird, so dass in der Phase gemäss Fig. 6 die Restschlacken schicht nur noch sehr dünn ist und als Restschlacke nur noch einen geringen Volumenanteil einnlinirt. Der metallurgische Schmelzofen gemäss Fig. 8 weist den Erkerteil 2 auf, dessen innere Begrenzungswand 12 trapezfÖriig verläuft. Die Trapezschenkelwinde 13a und 13b verlaufen in Richtung Schmelzraum 14 tangential zu dem kreisförmigen bzw. ovalförmigen Ofeninnenraum 15. Die Abstichöffnung 4 ist auf der Trapezachse 16 angeordnet. Zusätzlich zu der AbstichÖffnung 4 im Erkerteil 2 kann auch noch ein Abstichloch 4a in der Mittelachse 17 des Ofenflnnenraurs 15 vorgesehen sein.

Claims: Verfahren zum Betreiben eines metallurgischen Schmelzofens und metallurgischer Schmelzofen Patentansprüche 1. Verfahren zum Betreiben eines metallurgischen Schmeizofens, insbesondere eines Elektro-, Plasma- bzw. eines mit Primärenergie beheizten Schmelzofens, bei dem nach Fertigschmelzen die Metall schmelze weitestgehend schlackenfrei abgestochen wird, indem die Metallschmelze aussermittig an der Unterseite des Schmelzofens nach Uffnen eines Verschlussorgans senkrecht abgelassen wird, wobei der Abstichvorgang über das Kippen des Schmelzofens gesteuert wird, dadurch gekennzefshnet, dass bei einem Oberflächenverhältnis von wassergekühlter wand- flache/feuerfester Wandfläche von 6 : 1 bis 9 : 1 der Schmelzofen während des Abstechens lediglich von 0 bis maximal +15 bzw. von a bis maximal -6' gekippt wird, dass im Bereich des Verschlussorgans fortwährend eine unkritische Schmel zbadtiefe beim Vorwärtski ppen des Schmelzofens aufrechterhalten wird und dass gegen Ende des Abstechens die auf der restlichen Metallschmeize schwimmende Schlacke durch Zuruckkippen des Schmelzofens aus dem Bereich des Verschlussorgans verlagert wird. 2. Verfahren zum Betreiben eines Schmelzofens, insbesondere eines Elektro-, Plasma- bzw. eines mit Primärenergie beheizten Schmelzofens, bei dem nach Fertigschmelzen die Metalischmelze weitestgehend schlackenfrei abgestochen wird, indem die Metallschmelze an der Unterseite des Schmeizofens und etwa mittig nach Uffnen eines Verschlussorgans lotrecht abgelassen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Oberf ächenverhältnis von wassergekühiter Wandfläche/feuerfester Wandfläche von 7 : 1 bis 10 : 1 der Schmelz- ofen während des Abstechens in lotrechter Position verbleibt, dass die Schlacke durch Zugabe von Absteifmittel zähflüssig gemacht z rd, dass im Bereich des Verschlussorgans fortwährend die jeweils grösste Schmelzbadtiefe aufrechterhalten wird und dass gegen Ende des Abstechens die nach einem Abschlackvorgang vorhandene Rest schlacke auf dem Gefässboden abgelagert wird. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer jeweils un ca. 20-C gegenüber der qualitäts- bzw. nachbehandl ungsabhängigen Abstichtemperatur venninderten Abstich temperatur die Metallschmelze abgelassen wird. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das unter dem Schmelzofen befindliche Gefäss bis maximal 1 m des lotrechten Abstandes, gemessen vom Verschlussorgan bis zum Gefässwand, eingestellt wird. 5. Metallurgischer Schmelzofen mit einem Erkerteil, in dessen Boden zumindest eine Abstichoffnung vorgesehen ist, zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Erkerteil (2) mit seiner inneren Begrenzungswand (12) im Grundriss (Fig. 8) angenähert trapezförmig ausgebildet ist, dass die Trapezschenkelwande (13a,13b) im Bereich der dem Schmelzraum (14) zugewandten Seite zu dem kreisförmigen bzw. ovalförmigen Ofeninnenraum (15) jeweils tangential verlaufen und dass die Abstichöffnung (4) auf der Trapezachse (16) angeordnet ist. 6. Metallurgischer Schmelzofen mit einem Erkerteil, in dessen Boden zumindest eine Abstichöffnung vorgesehen ist, zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Erkerteil (2) mit seiner inneren Begrenzungswand (12) im Grundriss rechteckförmig ausgebildet ist, dass die Seitenwande (13a,13b) im Bereich der dem Schmelzraum (14) zugewandten Seite zu dem kreisförmigen bzw. ovalformigen Ofeninnenraum (15) als parallele Sekanten verlaufen und dass die Abstichöffnung (4) mittig zwischen den Sekanten angeordnet ist. 7. Metallurgischer Schmelzofen nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass entweder nur das Abstichloch (4) im Erkerteil (2) oder nur das Abstichloch (4a) in der Mittelachse (17) des Ofeninnenraums (15) vorgesehen sind oder dass sowohl im Ofeninnenraum (15) als auch im Erkerteil (2) jeweils ein gesondertes Abstichloch vorgesehen sind,

Inventors: MANNESMANN AKTIENGESELLSCHAFT
Applicants: MANNESMANN AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: F27B3
IPC codes: F27D3, H05B7, F27B3, C21C5