Vorrichtung zum Reinigen einer Stahlschmelze

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wehrplatte zum Reinigen einer Stahlschmelze in einem Tundish mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Die Entfernung von nichtmetallischen Verunreinigungen aus einer Stahlschmelze ist wesentlich für die Qualität des aus der Schmelze gegossenen Blocks oder Strangs.

Beim Gießvorgang wird flüssiger Stahl aus einer Gießpfanne in einen Tundishverteiler (Zwischengefäß) gegossen, an dessen Unterseite wiederum eine Ablauföffnung für die Schmelze vorgesehen ist. Eine erste Entfernung von nichtmetallischen Verunreinigungen erfolgt schon dadurch, dass Schlacken und andere Materialien auf Grund der geringeren Dichte in dem Tundish zur Oberfläche steigen, während die spezifisch dichtere Schmelze an der unten angeordneten öffnung ansteht und dort abläuft. Der Vorgang ist jedoch insgesamt turbulent, so dass auch leichtere Verunreinigungen durch die Turbulenzen in den Bereich des Auslasses gelangen können und damit in das Produkt geraten bzw. im Bereich des Ablaufes sich ablagern, den freien Durchgang für Stahl einengen und es zu Ablagerungen kommt, was neben den bekannten Problemen im Gießprodukt

(schlechter Reinheitsgrad) auch zu Gießproblemen (Zuschmieren) und daraus resultierendem Gießabbruch führen kann.

Eine Möglichkeit, diese Turbulenzen aus dem Bereich des Ablaufs fernzuhalten, besteht einerseits im Einbau von Prallplatten oder Wehren in den Tundish und andererseits in der Anordnung der

Einbauten. Ein Wehr teilt den Tundish in einen ersten Bereich, in den die Schmelze eingefüllt wird, und einen zweiten Bereich, der den Auslauf enthält. Eine solche Platte kann mit Durchströmöffnungen versehen sein und ragt nach oben über das Niveau der Schmelze hinaus. Die Schmelze kann von dem ersten Bereich des Tundishs, in dem das Material eingefüllt wird, nur durch diese öffnungen oder unter der Platte hindurch in den zweiten Bereich des Tundishs laufen, so dass dort eine Begrenzung des Strömungsquerschnitts und damit eine Beruhigung der Schmelze erfolgt. Nichtmetallische Verunreinigungen verbleiben in dem Bereich und lagern sich speziell an der angeströmten Oberfläche ab, speziell jedoch bei den Löchern und um die Löcher.

Aufwändigere Vorrichtungen zur Reinigung der Schmelze sind beispielsweise aus der Druckschrift JP 59035614 bekannt. Hier werden poröse Rohre in den Ablauf eingesetzt, die die

Verunreinigungen an ihrer Oberfläche fangen sollen, während die Schmelze von der Außenseite des Rohres durch das poröse Material zu der Innenseite des Rohres strömt, die mit dem Auslass in Verbindung steht. Aus der Druckschrift JP 7268437 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ein poröser Filterkörper innerhalb der Schmelze mit einem motorischen Antrieb versehen ist und in der Schmelze gedreht wird. Die Zentrifugalkraft bewirkt, dass die Schmelze von innen nach außen durch den Filterkörper strömt und dadurch aktiv gefiltert wird. Diese Vorrichtungen sind schon aufgrund des zusätzlichen Antriebs sehr aufwändig.

Es sind auch andere für einen Tundish bekannt, die eine strukturierte Oberfläche mit Rippe, Vorsprüngen und Ausnehmungen aufweisen. Beispiele sind in folgenden Dokumenten aufgeführt: DE102004011883B4, DE2643009A1, EP0463257B1 und FR1081253. Die in diesen Dokumenten dargestellten Einbauten sollen in erster Linie das Spritzen von Metall zu Beginn des Gießvorgangs verhindern. Sie werden am Boden des Tundishs eingebaut. Es handelt sich nicht um Wehrplatten. Konventionelle Wehrplatten weisen eine plane Oberfläche auf.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine

Vorrichtung zur Entfernung von Verunreinigungen aus einer Schmelze zu schaffen, die bei geringem Aufwand ein gegenüber den konventionellen Wehrplatten verbessertes Ergebnis gewährleistet.

Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Weil die Wehrplatte für den Tundish eine strukturierte, mit Erhebungen oder Vertiefungen ausgestattete Oberfläche aufweist, wird eine parallel zu der Oberfläche verlaufende Strömung verlangsamt und in der Strömung enthaltene nichtmetallische Verunreinigungen werden an der so gebildeten Oberflächenstruktur mit hoher Wahrscheinlichkeit abgeschieden. Das Einbauteil wird in der Bauform einer Prallplatte oder eines Wehres in den Tundish eingesetzt, so dass eine erzwungene Strömung von einer Seite des Einsatzes zu der anderen Seite des Einsatzes erfolgt. Die Oberflächenstruktur ist dann insbesondere nahe den durchströmten öffnungen auf der Seite des Tundishs vorgesehen, in die die Schmelze eingefüllt wird.

Die Struktur wird vorzugsweise von Erhebungen gebildet, insbesondere von halbkugelförmigen Vorsprüngen oder kegelstumpfförmigen Vorsprüngen. Die Vorsprünge können auch

quader- oder würfelförmig gestaltet sein, was in der Herstellung insbesondere bei der Entformung jedoch aufwändiger ist.

Die Form für die Fertigung des Einsatzes ist nur wenig aufwändiger als die bekannten Formen, wenn die Oberflächenstruktur im Wesentlichen in der Nähe der Durchströmöffnungen aufgebracht wird. Für eine großflächige Wirkung kann aber auch vorgesehen sein, dass die gesamte dem Einfüllbereich zugewandte Oberfläche des Einsatzes mit dieser Struktur versehen ist. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform stellt eine Wehrplatte dar, die trapezförmig über den Querschnitt des Tundishs eingebaut und mit Durchströmöffnungen versehen ist. Die Wehrplatte ist in an sich bekannter Weise aus einem feuerfesten Material gefertigt.

Wenn die die Struktur bildenden Vorsprünge oder Ausnehmungen in einer Verteilung angeordnet sind, die keine durchgehenden parallelen Reihen aufweist, kann es nicht zu störenden geradlinigen Strömungspfaden zwischen den Strukturelementen kommen .

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: einen Einsatz in Form einer Wehrplatte in einer Draufsicht ;

Fig. 2: die Wehrplatte in einer perspektivischen Darstellung im Querschnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1; sowie

Figur 3 : eine erfindungsgemäße Wehrplatte ohne Durchströmöffnungen..

In der Fig. 1 ist ein Einsatz in Form einer Wehrplatte für einen Tundish dargestellt. Die Wehrplatte 1 weist eine Oberseite 2, eine Unterseite 3 und zwei äußere Seitenflächen 4 und 5 auf. Gemeinsam

mit einer in der Fig. 1 sichtbaren Vorderseite 6 und einer nicht sichtbaren Rückseite 7 begrenzen diese Flächen eine im Wesentlichen planparallele Platte mit trapezförmiger Gestalt. Die Platte ist so gestaltet, dass sie in einen Tundish als Trennung zwischen zwei nebeneinander liegende Bereiche des Innenraums eingesetzt werden kann. Die äußere Form ist dementsprechend an die Vorgaben des Tundishs anzupassen, in den die Platte eingesetzt werden soll.

Die Platte trägt einige Durchgangsöffnungen, die insgesamt mit 10 bezeichnet sind. Die Durchgangsöffnungen 10 weisen einen kreisrunden Querschnitt auf und erstrecken sich von der Vorderseite 6, die im Betrieb die angeströmte Fläche darstellt, zu der Rückseite 7 der Platte. Ebenso ist eine halbkreisförmige Ausnehmung 11 vorgesehen, die einen Durchbruch zwischen der Vorderseite 6 und der Rückseite 7 im Bereich der Unterseite 3 darstellt.

Die Vorderseite 6 der Platte 1 ist mit einer Struktur versehen, die eine Vielzahl von kegelstumpfförmigen Vorsprüngen 13 umfasst. Die Vorsprünge 13 sind gleichmäßig über die Vorderseite 6 der Platte verteilt. Sie erheben sich über die Vorderseite 6 und stehen somit in der Einbauposition der Platte 1 im Tundish in den ersten Bereich hinein, der durch die Platte 1 begrenzt wird.

Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung. Gleiche Komponenten tragen gleiche Bezugsziffern.

An der Querschnittsfläche ist erkennbar, dass der Grundkörper der Platte 1 eine durchgehend gleichmäßige Dicke senkrecht zu der Vorderseite 6 aufweist, abgesehen von den noppenförmigen Vorsprüngen 13, die sich über diese Fläche erheben.

Die Platte 1 ist insgesamt aus einem feuerfesten Material gefertigt, wie es an sich bekannt ist.

Zur Verwendung wird die Platte 1 in einen Tundish eingebaut, und zwar in der Weise, dass die Vorderseite 6 zu dem Bereich ausgerichtet ist, in den die Metallschmelze eingefüllt wird. Die Rückseite 7, die bei diesem Ausführungsbeispiel eine glatte Oberfläche aufweist, ist dem Bereich zugewandt, in dem der Auslauf des Tundishs angeordnet ist. Die strömungsabgewandte Seite kann glatt oder ebenfalls in irgendeiner Art und Weise ganz oder partiell genoppt sein.

Bei Einfüllen der Schmelze läuft diese zunächst durch den Durchbruch 11 und dann mit steigendem Niveau auch durch die Durchgangsöffnungen 10 in den zweiten Teil des Tundishs. Die öffnungen 10 und der Durchbruch 11 bewirken eine Strömung der Schmelze, die zumindest teilweise eine Komponente in Richtung parallel zu der Vorderseite 6 aufweist. Diese Strömung wird durch die Struktur der Oberfläche 6 in Gestalt der Vorsprünge 13 verlangsamt, so dass spezifisch leichtere Einschlüsse hier einerseits aufsteigen können und nicht in den zweiten Bereich des Tundishs mitgenommen werden. Andererseits können nichtmetallische Einschlüsse in der Schmelze auch an der Oberflächenstruktur der Vorderseite 6 hängen bleiben, so dass sie zurück gehalten werden und nicht in den zweiten Bereich des Tundishs gelangen. Beide Effekte bewirken, dass die Schmelze in dem zweiten Bereich des Tundishs und im Auslauf einen geringeren Anteil an nichtmetallischen Verunreinigungen enthält, als wenn eine konventionelle Wehrplatte mit beidseitig glatter Oberfläche verwendet würde .

Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Wehrplatte in eienr Ausführungsform ohne Durchströmoffnungen. Ansonsten entspricht diese Wehrplatte der in Figur 2 gezeigten Ausführung. Beim Einsatz

in einem Tundishverteiler werden auch hier die Verunreinigungen an der Oberflächenstruktur 13 gefangen, während die Schmelze aufgrund des Abstandes zwischen der Unterseite 3 der Wehrplatte 1 unter der Wehrplatte hindurch strömen kann.

Die Oberflächenstruktur der Vorderseite 6 kann alternativ auch anders ausgestaltet werden. So ist es beispielsweise nicht unbedingt erforderlich, dass die Vorsprünge 13 über die gesamte Fläche verteilt sind. Es ist ausreichend, wenn eine Anzahl von Vorsprüngen 13 rund um die Durchgangsöffnungen 10 und den Durchbruch 11 angeordnet sind, wenngleich das beschriebene Ausführungsbeispiel bevorzugt wird.

Die Vorsprünge 13 können auch eine andere Gestalt aufweisen, beispielsweise halbkugelförmig, zylindrisch oder pyramidenstumpfförmig sein.

Es hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Vorsprünge im Rahmen der Fertigungsgenauigkeit rechtwinklig zu der Oberfläche der Wehrplatte orientiert sind. Die Vorsprünge sind dann quaderförmig oder würfelförmig ausgebildet. Bei dieser Geometrie wird ein besonders hoher Abscheidungsgrad von nichtmetallischen Verunreinigungen erreicht.

In einer anderen Ausführungsform kann die Oberflächenstruktur der Vorderseite 6 so ausgebildet sein, dass nicht Vorsprünge ausgebildet sind, die sich über die Ebene der Vorderseite 6 hinaus erheben, sondern dass im Gegenteil Rücksprünge oder Einprägungen vorgesehen sind, die Vertiefungen in die Ebene der Vorderseite 6 hinein darstellen. Auch solche Vertiefungen verlangsamen die Strömung im Bereich der öffnungen 10 und 11. Allerdings steht bei dieser Ausführung dann keine „Prallfläche" über die Vorderseite 6 hinaus, die bei dem in Fig. 1 und 2 beschriebenen

Ausführungsbeispiel in die Strömung parallel zur Vorderseite 6 hineinragt .