DE3619092C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pfanne für eine Metall­ schmelze, insbesondere Stahlschmelze, mit einer oberen Ab­ deckung, deren Innenseite mit einem feuerfesten Material ausgekleidet und in der wenigstens ein Brenner für festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoff und Sauerstoffgas für die Erhitzung der Schmelze in der Pfanne angeordnet ist und die Abdeckung mit Halteeinrichtungen für den jeweiligen Bren­ ner ausgestattet ist, mit denen der Brenner axial verschieb­ lich in Beziehung zur Oberfläche des Schmelzbades und schwenk­ bar in bezug zur Vertikallinie des Brenners in Beziehung zur Oberfläche des Schmelzbades angeordnet ist.

Eine solche Pfanne für Metallschmelze ist in "Gießerei- Praxis", 1983, Nr. 9, Seiten 129 bis 138 beschrieben und findet Anwendung bei der sogenannten sekundären Metallurgie (Feinern des Stahls), im Gegensatz zur sogenannten primären Metallurgie (Schmelzen im Lichtbogenofen, Konverter).

Ein Faktor, der bei allen sekundären metallurgischen Prozessen eine Rolle spielt, ist der Temperaturverlust. Deswegen ist die Möglichkeit einer rationellen Erhitzung erwünscht, so daß die sekundären metallurgischen Prozesse wirksamer ablaufen können. Außerdem wird angestrebt, den Primärofen von dem Erfordernis einer Überhitzung zu befreien oder Überhitzungen zu verringern und schließlich Energie einzusparen. Eine derartige Verbesse­ rung der Erhitzungstechnologie würde eine unmittelbare Anwen­ dung bei Anlagen für den kontinuierlichen Guß finden. Sie schafft außerdem die Möglichkeit der Differizierung sekundärer metallurgischer Behandlungsverfahren, welche die Anwendungs­ häufigkeit derartiger Prozesse beeinflußt, bspw. die Injektion bei derartigen metallurgischen Prozessen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pfanne für eine Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, mit Abdeckung bereitzustellen, welche bei Verringerung des Temperaturver­ lustes eine rationellere Erhitzung der Metallschmelze bei gleichzeitiger Verringerung des Energiebedarfs ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer Pfanne der gattungsge­ mäßen Art gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 1. Dabei ist der Brenner in Abhängigkeit von der Brennerwirkung so anzuordnen, daß er für den bestmöglichen Wärmeübergang von der Flamme auf das Schmelzbad sorgt und gleichzeitig die geringstmögliche chemische Einwirkung auf das Schmelzbad ausübt. Der Abstand zwischen der Brennerdüse und der Schmelzbadoberfäche kann bspw. im Bereich zwischen 10 und 100 cm verändert werden. Außerdem ist der Brenner vorzugsweise relativ zur Vertikallinie bezüglich der Schmelzbadoberfläche innerhalb seines Winkelbereiches von 0 bis 60° schwenkbar.

In den Unteransprüchen 2 und 3 sind Ausbildungen der Pfanne nach Anspruch 1 angegeben.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch im Vertikalschnitt eine die Erfindung aufweisende Pfanne mit Abdeckung, sowie

Fig. 2 ein Kurvendiagramm, welches den Temperaturanstieg pro Zeiteinheit in der Schmelze als Funktion der spezifischen Brennerausgangsleistung verdeutlicht.

Die in Fig. 1 dargestellte Abdeckung überbrückt die Pfannen­ wandungen 1. In dem oberen leicht gekrümmten bzw. abgeknickten Teil 2 der Abdeckung sind sogenannte Sauerstoff-Brenn­ stoff-Brenner 4, 5 angeordnet. In der Zeichnung sind zwei derartige Brenner 4, 5 veranschaulicht. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind jedoch drei Brenner vorgesehen, die symmetrisch zur vertikalen Mittelachse der Abdeckung angeord­ net sind. Die Brenner 4, 5 werden mit festem (Staub), flüssi­ gem oder gasförmigem Brennstoff über Leitungen 7 bzw. 9 und mit Sauerstoffgas über Leitungen 6 bzw. 8 versorgt. Die Bren­ ner 4, 5 sind in Haltemitteln aufgenommen, so daß sie vermit­ tels Vorrichtungen 12 bzw. 10 in Richtung der Schmelzbadober­ fläche in der Pfanne und umgekehrt höhenverschiebbar sind. Mittels Vorrichtungen 13 bzw. 11 sind die Brenner 4, 5 ferner schwenkbar angeordnet, so daß sie relativ zur Vertikallinie der Brenner 4, 5 bezüglich der Schmelzbadoberfläche ver­ schwenkt werden können. In dem vertikalen Teil 14 der Ab­ deckung ist der Innendurchmesser derselben wesentlich kleiner als der Innendurchmesser der Pfannenwandung 1. Im darge­ stellten Fall ist der Innendurchmesser der Abdeckung soviel kleiner als der Innendurchmesser der Pfanne, daß die Pfan­ nenwandung 1 gegen die Brennerflamme abgeschirmt ist. Um die Pfannenwandung 1 darüber hinaus zu schützen, ist zwischen Abdeckung und Schmelzbadoberfläche ein zylindrischer Teil 15 an dem inneren Umfang der Abdeckung vorgesehen. Diese kann aus Feuerfestmaterial, z. B. keramischem Material bestehen und/oder wassergekühlt sein. Im Ergebnis wird der Teil der Pfannenwan­ dung 1, welcher oberhalb der Schmelzbadoberfläche liegt, gegen die Brennerflammen durch diesen zylindrischen Teil 15 ge­ schützt.

Durchlässe 16, bspw. drei an der Zahl, sind symmetrisch über den Umfang verteilt in dem vertikalen Teil 14 der Abdeckung angeordnet. Sogenannte Lanzen 17 sind in diesen Durchlässen angeordnet, mit Hilfe welcher Sauerstoffgas dem Raum zwischen Abdeckung und Schmelzbadoberfläche zugeführt wird. Das sekun­ däre Sauerstoffgas ersetzt zu einem gewissen Maß das Sauer­ stoffgas, welches durch die Brenner 4, 5 zugeführt wird. Im Ergebnis wird durch die Sauerstoffgaszufuhr der Lanzen 17 dem Gasvolumen unter der Abdeckung eine Drehbewegung erteilt. Die Durchlässe 16 sind so angeordnet, daß die Lanzen 17 eine im wesentlichen horizontale Lage einnehmen, d. h. im wesentlichen parallel zur Schmelzbadoberfläche liegen oder nur gering dazu nach innen unten geneigt sind, wodurch der Gasmenge unter der Abdeckung eine Rotationsbewegung erteilt wird. In der horizontalen Ebene sind die Lanzen 17 relativ zu dem Radius der Abdeckung in dem jeweili­ gen Anlenkpunkt schwenkbar, und zwar vorzugsweise in einem Winkelbereich von etwa 10 bis 80°. Im Bodenteil der Pfanne ist fernerhin ein nicht dargestellter Düsenapparat für das Ein­ blasen eines Gases, bspw. Argon, in die Schmelze vorgesehen, um die Schmelze in Bewegung zu setzen.

Mit einer Pfannen-Abdeckungs-Vorrichtung der zuvor erläuterten Art wurde in einer Reihe von Experimenten Stahlschmelze von einem Lichtbogenofen in einer 10 t fassenden Pfanne erhitzt. Die Abkühlungsrate der Pfanne einschließlich Erhitzungsaus­ rüstung, jedoch ohne Betrieb der Brenner, wurde zu Vergleichs­ zwecken erfaßt und aufgetragen. Bei unterschiedlichen Brenner­ leistungen wurden Abstand und Ausrichtung relativ zur Schmelz­ badoberfläche verändert. Die Temperaturzunahme von 2 bis 3°C/min., welche in der Schmelze erhalten wurde, ist abhängig von der zugeführten Ausgangsleistung und von dem Abstand und der Ausrichtung des Brenners relativ zur Schmelzbadoberfläche. Es ist wichtig in diesem Zusammenhang, daß die Heizanordnung schon beim Anheizen auf die höchstmögliche Temperatur einge­ stellt ist, um eine wirksame thermische Untergrundstrahlung zu erhalten.

Das Kurvendiagramm zeigt den Temperaturanstieg pro Minute in der Schmelze als Funktion der Brennerausgangsleistung. Die obere Kurve bezieht sich auf einen Brennerabstand von 50 cm und die untere auf einen solchen von 60 cm. Man sieht daraus, daß bspw. bei einer spezifischen Ausgangsleistung von 90 kW/t bei einem Brennerabstand von 50 cm in der Schmelze ein Tempe­ raturanstieg von +0,3°C/min. erreicht wird, während bei einem Brennerabstand von 60 cm ein Temperaturabfall von etwa -0,6°C/min. stattfindet.

In Verbindung mit der Erhitzung der Schmelze in der Pfanne ist es von Wichtigkeit, daß die chemische Einwirkung der Brenner­ flamme auf die Schmelze so gering wie möglich ist. Es zeigt sich, daß bei diesem Abstand die Elemente in der Schmelze in natürlicher Weise oxidiert werden. Dabei werden die Elemente mit der größten Sauerstoffaffinität zuerst oxidiert; wenn eine vollständige Reduktion erreicht worden ist, erfolgt die Oxidation der nächsten Elemente usw. Die Meßergebnisse bezüg­ lich des Wasserstoffgehaltes zeigen, daß der Brennerbetrieb keine Veränderung der geprüften Flammenzusammensetzung her­ vorruft.

Claims (3)

1. Pfanne für eine Metallschmelze, insbesondere Stahlschmel­ ze, mit einer oberen Abdeckung, deren Innenseite mit einem feuerfesten Material ausgekleidet und in der wenigstens ein Brenner (4, 5) für festen, flüssigen oder gasförmigen Brenn­ stoff und Sauerstoffgas für die Erhitzung der Schmelze in der Pfanne angeordnet ist und die Abdeckung mit Halteeinrichtungen (10, 11; 12, 13) für den jeweiligen Brenner (4, 5) ausge­ stattet ist, mit denen der Brenner (4, 5) axial verschieblich in Beziehung zur Oberfläche des Schmelzbades und schwenkbar in bezug zur Vertikallinie des Brenners (4, 5) in Beziehung zur Oberfläche des Schmelzbades angeordnet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abdeckung mit Durchlässen (16) versehen ist, durch die Sauerstoff mit Lanzen (17) in den Raum zwischen Ab­ deckung und Schmelzoberfläche einführbar ist, die Lanzen (17) parallel zur Schmelzoberfläche oder nach innen unten gering geneigt angeordnet sind, und daß der innere Durchmesser der Abdeckung in solchem Maße kleiner ist als der Durchmesser der Pfanne, daß die Pfannenwandung (1) zwischen Abdeckung und Schmelzbadoberfläche gegen die Flamme des Brenners (4, 5) abgeschirmt ist.

2. Pfanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung mit einem zylindrischen Teil (15) aus feuerfestem oder wassergekühltem Material, vorzugsweise keramischen Material, an ihrem inneren Umfang ausgestattet ist, dessen axiale Erstreckung so bemessen ist, daß die Pfannenwandung (1) zwischen Abdeckung und Schmelzbadoberfläche abgedeckt ist.

3. Pfanne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanzen (17) in der Horizontalebene relativ zu dem Radius der Abdeckung in dem Anlenkpunkt innerhalb eines Winkelbe­ reichs von 10 bis 80° schwenkbar angeordnet sind.