DE60304030T2

DE60304030T2 - Giesspfannenboden

Info

Publication number: DE60304030T2
Application number: DE60304030T
Authority: DE
Inventors: Johan Dundas RICHAUD; Lawrence Burlington HEASLIP; James Burlington DORRICOTT
Original assignee: Vesuvius Crucible Co
Current assignee: Vesuvius Crucible Co
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2023-02-01
Also published as: CA2474496A1; BR0307454B1; WO2003072285A1; RU2302317C2; DE60304030D1; AU2003214957A1; ZA200406028B; PL373375A1; KR20040079989A; US20050127582A1; EP1474257B1; JP2005532909A; CN1304147C; RU2004126089A; PL205178B1; US7112300B2; ATE320325T1; KR100937466B1; CA2474496C; CN1628007A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein einen Feuerfestgegenstand und insbesondere einen Feuerfestformkörper der beim Überführen von geschmolzenem Metall bei einem Stranggießvorgang verwendet wird.
HINTERGRUND
Eine Pfanne ist ein Behälter, der verwendet wird, um während metallurgischer Vorgänge eine Charge von flüssigem Metall aufzunehmen oder zu transportieren. Eine Schlackeschicht bedeckt häufig die Oberseite des flüssigen Metalls, wie bei der Stahlerzeugung. Wenn dies gewünscht wird, kann das flüssige Metall durch einen im Pfannenboden angeordneten Auslass aus der Pfanne abgelassen werden. Während des Ablassens wird das Metall in erwünschter und vorteilhafter Weise ohne eine Verunreinigung des Metalls durch Schlacke vollständig aus der Pfanne entleert. Eine Verunreinigung ist unerwünscht und kann bei Gieß- oder Läuterungsvorgängen Schwierigkeiten verursachen, sowie Fehler in den Metall-Zwischenprodukten oder Endprodukten.
Eine Schlackenverunreinigung kann sowohl durch schwimmende und mitgerissene Schlacke auftreten. Schlacke ist typischerweise weniger dicht als flüssiges Metall und schwimmt im Allgemeinen in einer getrennten Schicht auf der Oberfläche einer ruhigen Charge von flüssigem Metall. Während des Gießens des flüssigen Metalls kann Schlacke im fließenden Strom mitgerissen werden. Ein Mitreißen oder Mitführen ist das Vorhandensein von Schlackepartikeln im geschmolzenen Stahl. Ein Mitreißen findet häufig statt, wenn eine Turbulenz die Grenzfläche zwischen geschmolzenem Metall und Schlacke stört. Eine solche Turbulenz kann bewirken, dass sich geschmolzenes Metall und Schlacke vermischen. Unter ruhigen Bedingungen würde mitgerissene Schlacke schließlich zur Oberfläche aufschwimmen; jedoch kann die Turbulenz des Gießens eine beträchtliche Menge an mitgerissener Schlacke im geschmolzenen Metall halten. Idealerweise würde sich jegliche Lösung für das Problem einer Schlackenverunreinigung sowohl schwimmender und mitgerissener Schlacke zuwenden.
Während das Metall aus der Pfanne abfließt, nähert sich die schwimmende Schlacke dem Auslass, und die Wahrscheinlichkeit einer Verunreinigung des Metallstroms durch Schlacke nimmt zu. Eine Bedienungsperson wird das Gießen unterbrechen, wenn sie in dem aus, der Pfanne austretenden Strom von geschmolzenem Metall Schlacke entdeckt. Die Bedienungsperson kann sogar das Gießen vorzeitig unterbrechen, um Schlacke im Pfannenausfluss zu vermeiden. In der Pfanne zurückbleibende Schlacke und Metall werden weggeworfen. Ein wegwerfen von Metall verringert die Ausbeute, was teuer und ineffizient ist, jedoch gleichzeitig notwendig ist, um die Schlackenverunreinigung zu vermindern.
Es existieren verschiedene Verfahren und Gegenstände, um Schlacke in der Pfanne oder im Pfannenausfluss zu erkennen. Häufig machen diese Verfahren eine Einwirkung durch die Bedienungsperson erforderlich und schließen elektronische und auf Schall basierende Erkennungsvorrichtungen ein, die innerhalb und außerhalb der Pfanne angebracht sind. Zum Beispiel kann ein in der Pfanne angebrachter Detektor ein Absinken des Spiegels von geschmolzenem Metall erfassen, indem er eine Veränderung des elektrischen Widerstands misst, wenn schwimmende Schlacke den untergetauchten Detektor kreuzt. In ähnlicher Weise können Schallimpulse das Vorhandensein von Schlacke im Pfannenausfluss erkennen. Beide Techniken erkennen nur das Vorhandensein von Schlacke und verringern nicht aktiv das Vorhandensein von Schlacke im Ausfluss.
Der Stand der Technik schließt einen Gegenstand ein, der dazu bestimmt ist, den Ausfluss von Schlacke aus der Pfanne zu vermindern. Die US 4,746,102 und die US 5,879,616 lehren Pfannenböden, die unmittelbar oberhalb des Pfannenauslasses einen kleinen Schacht aufweisen. Beide Patente beschreiben den Schacht als vorzugsweise geschmolzenes Metall an Stelle von Schlacke aufnehmend, wodurch die Ausbeute verbessert wird, während sich die Pfanne leert. Unglücklicherweise hindern die Patente nur schwimmende Schlacke am Austritt aus der Pfanne.
Mitgerissene Schlacke kann ungehindert aus der Pfanne austreten.
Die US 5,196,051 beschreibt einen Pfannenboden zur Verminderung von mitgerissener Schlacke. Der Pfannenboden umfasst Einrichtungen zum Einfangen von Schlacke, bevor die Schlacke den Pfannenauslass erreicht. Die Einrichtungen erstrecken sich aus dem Pfannenboden nach oben und schließen langgestreckte Stege ein, die sich dem Auslass nähern. Eine Ausführungsform zeigt symmetrisch vom Auslass ausstrahlende Stege. Die symmetrischen Stege werden als eine Wirbelbildung vermindernd beschrieben, die zu einem Mitreißen von Schlacke führt. Vor allem werden die Stege nicht als förderlich für eine Verminderung von bereits im geschmolzenen Metall vorhandener mitgerissener Schlacke beschrieben.
Der Stand der Technik lehrt keinen Pfannenboden, der gleichzeitig den Ausfluss von sowohl mitgerissener Schlacke und schwimmender Schlacke vermindert. Es bleibt ein Bedarf an einem Gegenstand, der imstande ist, mitgerissene Schlacke einzufangen, und es gestattet, dass geschmolzenes Metall vor schwimmender Schlacke aus der Pfanne fließt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Effizienz eines Pfannenablassvorgangs zu vergrößern, einschließlich einer Verringerung der Menge von weggeworfenem Metall, einer Vermeidung des vorzeitigen Schlackenflusses durch den Auslass und einer Verminderung der Verunreinigung von Schlacke im geschmolzenen Metallausfluss.
Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert, wobei optionale Merkmale derselben in den abhängigen Ansprüchen erwähnt sind. Anspruch 11 betrifft die Verwendung des Pfannenbodens gemäß der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine metallurgische Pfanne und insbesondere den Boden der Pfanne, der einen Auslass aufweist, durch den das geschmolzene Metall abfließen kann, sowie ein Verfahren zum Vergrößern des Anteils an flüssigem Metall, der ohne Verunreinigung durch Schlacke durch den Auslass aus der Pfanne abgelassen werden kann.
Die Erfindung schließt einen Pfannenboden ein, umfassend eine Mehrzahl von Terrassen und Fließkanälen, die den Strom von geschmolzenem Metall schließlich zu einem Auslass der Pfanne leiten. Die Terrassen und Kanäle befinden sich in der Oberfläche des Pfannenbodens, die zum flüssigen Metall hin frei liegt.
Eine Mehrzahl von obersten Terrassen umfasst allgemein horizontale Flächen, die im Wesentlichen durch mindestens einen Fließkanal getrennt sind, der Seitenwände und eine Bodenfläche umfasst. Die Terrassen gestatten es, dass sich mitgerissene Schlacke aus dem geschmolzenen Metall absetzt. Die Kanäle gestatten es, dass nicht verunreinigtes flüssiges Metall zur Auslassöffnung fließt und aus der Pfanne ausströmt, selbst wenn der Metallspiegel sehr niedrig ist und sich die schwimmende Schlackenschicht dicht dem Auslass nähert.
Der Fließkanal kann eine Mehrzahl von Armen aufweisen, die das Sammeln von flüssigem Metall aus Bereichen der Pfanne gestatten, welche vom Auslass entfernt sind. Die Fließkanäle führen dann das gesammelte Metall dem Auslass zu. Bei einer bevorzugten Ausführungsform nimmt die Tiefe des Kanals in Schritten zum Auslass hin zu und endet in einer den Auslass umgebenden tiefsten Fläche.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Querschnitt einer Pfanne aus dem Stand der Technik, die den Pfannenboden und -auslass einschließt.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Pfannenbodens aus dem Stand der Technik, der vom Auslass aus ausstrahlende Stege aufweist.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Pfannenbodens der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Pfanne 1 aus dem Stand der Technik, die einen Boden 2 aufweist. Der Boden 2 umfasst einen geneigten Teil 3 und einen vertikalen Teil 4, die angepasst sind, um geschmolzenes Metall in der Pfanne 1 zu einem Auslass 5 zu lenken. Der vertikale Teil 4 erzeugt unmittelbar oberhalb von dem Auslass 5 einen Schacht 6. Geschmolzenes Metall wird vom geneigten Teil 3 zum Auslass 5 gelenkt und sammelt sich vor jeglicher Schlacke, die auf dem geschmolzenen Metall schwimmen kann, im Schacht 6. Der Schacht 6 wird als die Menge des geschmolzenen Metalls vergrößernd beschrieben, das durch den Auslass 5 hindurchtreten kann, bevor schwimmende Schlacke den Ausfluss verunreinigt.
2 zeigt einen anderen Pfannenboden 2 aus dem Stand der Technik, der eine zum Auslass 5 hin gerichtete geneigte Oberfläche 3 aufweist. Es wird erwartet, dass geschmolzenes Metall, das schwerer als Schlacke ist, den Auslass 5 vor jeglicher schwimmender Schlacke erreicht. Eine Mehrzahl von Stegen 21 erhebt sich aus der geneigten Oberfläche 3. Die Stege werden als eine Wirbelbildung vermindernd beschrieben, wodurch die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass Schlacke im geschmolzenen Metall mitgerissen werden wird. Weniger mitgerissene Schlacke würde vermutlich die Menge an Schlacke im Ausfluss verringern. Nur die Neigung des Bodens 2 hindert schwimmende Schlacke am Austritt aus der Pfanne.
3 zeigt eine Ausführungsform eines Pfannenbodens 2 der vorliegenden Erfindung. Nicht dargestellt sind die Wände der Pfanne, die den Boden umgeben würden und sich vom Pfannenboden 2 aus nach oben erstrecken würden, um das flüssige Metall und die Schlacke zu umschließen. Der Pfannenboden enthält einen Auslass 5, der sich normalerweise am Tiefpunkt der Pfanne befindet. Der Boden 2 umfasst auch eine Mehrzahl von Flächen 31 und Seitenwänden 32, die zum flüssigen Metall hin frei liegen. Die Seitenwände 32 sind in Bezug zu den Flächen 31 vorzugsweise im Wesentlichen vertikal. Die Seitenwände 32 können auch gekrümmt, angeschrägt oder auf andere weise geformt sein, um oberhalb des Auslasses einen Flüssigkeitsdruck zu ermöglichen und die Verunreinigung durch Schlacke zu vermindern.
Die Flächen 31 schließen eine Mehrzahl von obersten Flächen 31A ein, die im Allgemeinen horizontal sind. In Verbindung mit benachbarten Seitenwänden 32 bilden die obersten Flächen Terrassen. Die Terrassen können sich in Bezug zum Auslass in verschiedenen Höhen befinden. Die Dicke der Terrassen kann in Abhängigkeit von den Gießbedingungen ebenfalls variieren, wie der Art und Güte von geschmolzenem Metall, der Verwendung einer Gasspülung, dem Aufschlag auf dem Pfannenboden während des Befüllens mit geschmolzenem Metall, der erwarteten Erosion, usw..
Die übrigen Flächen 31 schließen mindestens eine Zwischenfläche 31B, mindestens eine schräge Fläche 31C und mindestens eine Auslassfläche 31D ein. Die Zwischenfläche 31B befindet sich höher über dem Auslass 5 als die schräge Fläche 31C und die Auslassfläche 31D, jedoch auf einem niedrigeren Niveau als die obersten Flächen 31A. Die Zwischenfläche 31B konvergiert zur schrägen Fläche 31C hin. Vorzugsweise ist die Zwischenfläche 31D zur schrägen Fläche 31C hin geneigt.
Die schräge Fläche 31C erstreckt sich von der Auslassfläche 31D aus schräg nach oben zur Zwischenfläche 31B, wodurch von der Zwischenfläche 31B bis zur Auslassfläche 31D ein Höhenabfall gebildet wird. Die Neigung der schrägen Fläche 31C ist größer als die durchschnittliche Neigung der Zwischenfläche 31B und kann in Abhängigkeit von den Bedingungen von einer sanften Schräge bis zu einem senkrechten Abfall variieren. Wenn sich die Schräge der schrägen Fläche 31C der Senkrechten nähert, kann die Kombination von schräger Fläche 31C, Seitenwänden 32 und Auslassfläche 31D einen Schacht um den Auslass 5 herum begrenzen.
Die Auslassfläche 31D enthält den Auslass 5 und ist bevorzugt geformt, um geschmolzenes Metall zum Auslass 5 hin zu lenken. Die Auslassfläche 31D sollte die am tiefsten gelegene Fläche 31 sein, um eine höhere Ausbeute von aus der Pfanne ausströmendem geschmolzenem Metall sicherzustellen.
Die Seitenwände 32 und die tiefer gelegenen Flächen 31B–D bilden einen Fließkanal 33. Die vorliegende Ausführungsform zeigt einen Fließkanal 33 mit drei Armen 33A–C, welche die obersten Flächen 31A voneinander trennen. Mindestens ein Arm ist ein Auslassarm 33C. Die Arme können jeweils in verschiedenen Höhen liegen, und vorzugsweise ist der Auslassarm 33C, der die Fläche 31D einschließt, der am tiefsten gelegene.
Während des Gießens neigen sowohl schwimmende und mitgerissene Schlacke dazu, sich auf den obersten Flächen 31A abzusetzen, während flüssiges Metall in den Fließkanal 33 abfließt. Jegliche zurückbleibende Schlacke neigt dann dazu, sich auf der Zwischenfläche 31b abzusetzen, während geschmolzenes Metall die schräge Fläche 31C hinab, über die Auslassfläche 31D und durch den Auslass fließt. Eine steil geneigte schräge Fläche 31C kann einen Schacht begrenzen, was die Verunreinigung des Ausflusses durch schwimmende Schlacke vermindert.
Ein Terrassieren des Pfannenbodens, während Fließkanäle für flüssiges Metall bereit gestellt werden, gestattet es, dass das flüssige Metall mit geringerer Verunreinigung durch Schlacke aus dem Auslass austritt. Die Terrassen und Seitenwände fangen Schlacke auf oder ein, während sie es gestatten, dass sich geschmolzenes Metall zum Auslass weiter bewegt. Diese Erscheinung nutzt die geringere Dichte von Schlacke und ihre höhere Viskosität im Vergleich zu flüssigem Metall aus.
Die Schlackenbewegung zum Auslass hin wird durch Reibung gegen den Pfannenboden verzögert. Die vorliegende Erfindung nutzt diese Tatsache durch Erzeugung einer Mehrzahl von Schlackeneinfangmerkmalen aus. Wenn sich zum Beispiel das flüssige Metall und Schlacke auf einer obersten Terrasse absetzen, fließt das geschmolzene Metall von der Terrasse herab in den Kanal, während die viskosere Schlacke auf der horizontalen Fläche strandet. Aufeinanderfolgende Terrassen können die Trennung von Schlacke vom flüssigen Metall weiter verbessern, bis am Auslass das flüssige Metall im Wesentlichen frei von Schlackenverunreinigung ist.
Die Erfindung sieht verschiedene Terrassenkonfigurationen vor. Faktoren, welche die Wahl der Konfiguration beeinflussen, schließen die Art oder Güte von flüssigem Metall, den Aufschlag des Stroms auf den Pfannenboden, Gasreinigungselemente und die Geometrie der Pfanne ein. Die oberste Terrasse kann höher, das heißt dicker, oder mehr oder weniger zahlreich sein, um einem energiereicheren Strom, korrosiven Metallen oder der Pfannengeometrie Rechnung zu tragen.
Selbstverständlich sind zahlreiche Abwandlungen und Veränderungen der vorliegenden Erfindung möglich. Es versteht sich daher, dass die Erfindung innerhalb des Umfangs der nachfolgenden Ansprüche anders als speziell beschrieben ausgeführt werden kann.

Claims

Pfannenboden, der zur Verwendung in einer Pfanne angepasst ist, die geschmolzenes Metall überführt, wobei der Pfannenboden eine Mehrzahl von obersten Flächen (31A) und unteren Flächen (31B, 31C, 31D) aufweist, wobei sich die obersten Flächen (31A) bezüglich des Auslasses (5) oberhalb von den unteren Flächen (31B–31D) befinden und mindestens im Wesentlichen durch mindestens einen Fließkanal (33) getrennt sind, der von den unteren Flächen (31B–31D) und einer Mehrzahl von Seitenwänden (32) begrenzt wird, die sich von den unteren Flächen (31B–31D) aus nach oben bis zu den oberen Flächen (31A) erstrecken, wobei die unteren Flächen (31B–31D) mindestens eine einen Auslass (5) begrenzende Auslassfläche (31D), mindestens eine von der Auslassfläche (31D) aus nach oben bis zu mindestens einer Zwischenfläche (31B) hin geneigte schräge Fläche (31C) einschließen, wodurch die obersten Flächen (31A) vorzugsweise Schlacke festhalten und der Fließkanal (33) es erlaubt, dass das geschmolzene Metall zum Auslass (5) hin abfließt.
Pfannenboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfannenboden (2) mindestens drei oberste Flächen (31A) umfasst.
Pfannenboden nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obersten Flächen (31A) im Wesentlichen horizontal sind.
Pfannenboden nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die obersten Flächen (31A) bezüglich des Auslasses (5) in verschiedenen Höhen befinden.
Pfannenboden nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenfläche (31B) von der Horizontalen aus zu der schrägen Fläche (31C) hin geneigt ist und weniger stark geneigt ist als die schräge Fläche (31C).
Pfannenboden nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schräge Fläche (31C) im Wesentlichen vertikal ist, und die schräge Fläche (31C) sowie die Seitenwände (32) um die Auslassfläche (31D) herum einen Schacht begrenzen.
Pfannenboden nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (32) im Wesentlichen senkrecht zu den Flächen (31A–31D) sind.
Pfannenboden nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fließkanal (33) eine Mehrzahl von Armen (33A, 33B, 33C) aufweist.
Pfannenboden nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (33A–33C) mindestens einen Zubringerarm (33A, 33B) und Auslassarm (33C) einschließen, wobei sich der Zubringerarm (33A, 33B) höher oberhalb des Auslasses (5) befindet als der Auslassarm (33C).
Pfannenboden nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufuhrbringerarm (33A, 33B) flacher als der Auslassarm (33C) ist.
Verfahren zum Ablassen von geschmolzenem Metall aus einer Pfanne, gekennzeichnet durch die Verwendung des Pfannenbodens (2) in einem der vorangehenden Ansprüche.