Vorrichtung zur sekundär- und vakuum-metallurgischen Behandlung von flüssigem Stahl

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur sekundär- und vakuum-metallurgischen Behandlung von flüssigem Stahl, umfassend ein Vakuumgefäß, wie einen RH-, VD- oder VOD-Behälter, das für den Vakuumprozess mit einem heb- und senkbaren Deckel abgedichtet verschließbar ist und/oder an eine abgedichtete, weiterführende Vakuumrohrleitung angeschlossen ist.

Solche Vakuumentgasungsanlagen mit den genannten Behälterarten sind hinlänglich bekannt und ermöglichen selbst bei erheblichen Schmelzengrößen eine deutliche Reduzierung des Gas- und Kohlenstoffgehalts nach kurzen Behandlungszeiten. Das hierzu erforderliche Vakuum wird durch leistungsstarke, mehrstufige Dampfstrahl-Vakuumpumpen, mechanische Pumpensätze oder Kombinationen aus Dampfstrahl- und mechanischen Vakuumpumpen aufgebracht. Den in diesen beispielsweise nach dem RH-Verfahren bzw. Vakuum-Umlauf-Entgasungsverfahren und Kesselentgasungsanlagen eingesetzten Dichtungen kommt daher eine große Bedeutung zu. Denn etwaige Luftleckagen bzw. ein Lufteintritt während des Vakuumprozesses beeinträchtigen den ökonomischen Betrieb der Anlage.

Zur Abdichtung des auf ein Vakuumgefäß absenkbaren Deckels ist es bekannt, die Nahtstellen bzw. aufeinander treffenden Flächen mit Flanschen mit geeigneter Formgebung, z.B. darin eingearbeitete Dichtungsnuten, auszubilden und zur Abdichtung eine Volldichtung, Schlauchdichtung, mit oder ohne Ummantelung, oder dergleichen einzulegen. Obwohl die Flansche mit einer Wasserkühlung versehen sind, hat die Dichtung durch überhitzung, aber auch mechanische Beschädigung, Aushärtung und Säureangriff eine nur geringe Standzeit. Der Dichtungswechsel ist außerdem umständlich.

Eine unzureichend abdichtende Dichtung ist nicht unbedingt vor Prozessbeginn zu erkennen, so dass als Folge das für den erfolgreichen Prozessablauf notwendige Vakuum möglicherweise nicht erreicht werden kann. Um solche Störungen des Produktionsprozesses gering zu halten, wird die Saugleistung der Vakuumpumpen in der Regel unter Berücksichtigung einer größeren Leckage ausgelegt, was wiederum die Investitionskosten und die Betriebskosten erhöht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte Dichtung zu schaffen, mit der sich die genannten Nachteile vermeiden lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass um den Umfang am oberen Ende des Vakuumgefäßes und/oder der Vakuumrohrleitung ein Dichtmittel angeordnet ist und der Deckel und/oder ein Anschlussende der weiterführenden Vakuumrohrleitung mit einem über das Dichtmittel stülpbaren Kragen ausgebildet ist. Damit lässt sich erreichen, dass die Dichtung nicht mehr unmittelbar hoher thermischer Last durch Hitzestrahlung ausgesetzt ist. Die Dichtung liegt zudem in einem von dem übergestülpten Kragen nach außen geschützten Raum und ist nahezu unbegrenzt haltbar, denn auch herabfallende bzw. -tropfende Bären oder Flüssigstahl können nicht mehr an die Dichtung gelangen. An der Dichtstelle sind keine Flansche mehr erforderlich, wie auch gleichfalls deren mechanische Bearbeitung und eine Wasserkühlung entfällt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Dichtungskonzeptes ist, dass durch das erfindungsgemäß an der äußeren Gefäß- bzw. Rohrleitungswand angeordnete Dichtmittel eine räumliche und zeitliche Trennung der Funktionen „mechanisches Zusammenführen von Vakuumgefäß und Deckel" und „vakuumdichter Verschluss der Teile" erfolgt.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass das ringartig um das Vakuumgefäß und/oder das Anschlussende der Vakuumrohrleitung gelegte Dichtmittel radial aufweitbar und damit an den Kragen anpreßbar ist. In einer bevorzugten Ausführung erfolgt dies mittels einer aufblasbaren Dichtung oder einer Abdichtung, die durch einen separaten aufblasbaren Ringkörper an den Kragen anpreßbar ist. Somit ergibt sich eine weiter optimierte Abdichtung, denn mit dem Aufblasen bzw. -weiten passt sich die Dichtung selbsttätig an etwaige fertigungsbedingte Unebenheiten der sie einschließenden Flächen des Deckelkragens und des Vakuumgefäßes und/oder der Vakuumrohrleitung an.

Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Dichtmittel an eine Druckmediumversorgung anschließbar ist. Hierdurch lässt sich der Dichtungsverschleiß weiter vermindern. Die Druckmediumversorgung kann erst dann zugeschaltet bzw. angesteuert werden, wenn der Deckel sich in seine Endposition abgesenkt hat bzw. die Teilrohrstücke der weiterführenden Vakuumrohrleitung ihre Endfügeposition erreichen haben und die Dichtfunktion benötigt wird. Beim öffnen des Gefäßes bzw. Abheben des Deckels und/oder öffnen der Vakuumrohrleitung bzw. Entfernen deren Teilrohrstücke voneinander kann die Dichtung entsprechend entlastet bzw. -spannt werden.

Vorteilhaft kann die Erfindung auch für die Belüftung des Vakuumgefäßes nach der Vakuumbehandlung eingesetzt werden. Hierzu wird die Dichtung entspannt und das Vakuumgefäß über den sich ausbildenden Ringspalt belüftet.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zwei Dichtmittel parallel und beabstandet voneinander umlaufend angeordnet, wobei an den nach dem Aufstülpen des Deckels und/oder Zusammenfügen der Teilrohrstücke der weiterführenden Vakuumrohrleitung eingeschlossenen Ringraum zwischen den beiden Dichtmitteln eine einen Unterdruck erzeugende Absaugvorrichtung anschließbar ist. Das ermöglicht es, einen zwischen dem Unterdruck im Inneren des Vakuum-

gefäßes und dem Atmosphärendruck zur Umgebung liegenden Unterdruck zu erzeugen. Hierdurch lässt sich eine insbesondere im Tiefvakuumbereich auf das Vakuumgefäßinnere wirkende Luftleckage weiter vermindern. Die Minimierung der Luftleckage ist vor allem bei Anlagen mit mechanischen Vakuumerzeugern zur Begrenzung der erforderlichen Absaugleistung von Interesse. Weiterhin lässt sich hierdurch die Dichtheit dieser Dichtmittel zuverlässig und schnell überprüfen, unabhängig von dem für den metallurgischen Prozess installierten Vakuumerzeuger. Störungen können vor Beginn der eigentlichen Behandlung erkannt werden, mit günstiger Auswirkung auf die Betriebssicherheit der Anlage.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 als Einzelheit einer Vakuum-Entgasungsanlage in einem Längsschnitt ein zum Stand der Technik zählendes, durch einen aufgesetzten Deckel abgedichtet verschlossenes Vakuumgefäß mit darin zuvor eingebrachter Schmelzenpfanne;

Fig. 2 in einer sehr schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Abdichtung zwischen Vakuumgefäß und Deckel, in durchgezogenen Linien in der Betriebsposition und strichpunktiert mit abgehobenem Deckel dargestellt;

Fig. 3 als Einzelheit einen Querschnitt eines möglichen Dichtmittels bzw. einer Dichtung, das bzw. die radial aufblasbar ist, wie strichpunktiert angedeutet;

Fig. 4 als Einzelheit zwei im parallelen Abstand voneinander angeordnete

Dichtmittel mit an den zwischen den Dichtmitteln eingeschlossenen Ring-

räum angeschlossener Unterdruckerzeugungsvorrichtung, schematisch dargestellt; und

Fig. 5 eine Vakuumrohrleitungs-Anordnung, einerseits in gekoppelter Betriebslage und andererseits in entkoppelter Außenbetriebslage (vgl. die rechte Hälfte der Figur) dargestellt.

Die Fig. 1 zeigt eine bekannte Art einer Vakuum-Entgasung, bei der in einem Vakuumgefäß 1 eine mit Flüssigmetall 2 befüllte Schmelzenpfanne 3 eingestellt ist. Das Vakuumgefäß 1 ist durch einen heb- und senkbaren Deckel 4 unter Zwischenschaltung einer ringförmigen Volldichtung 5 abgedichtet verschlossen. Die Volldichtung wird von Dichtungsnuten aufgenommen, die in komplementären Flanschen 6 bzw. 7 einerseits des Deckels 4 und andererseits des Vakuumgefäßes 1 eingearbeitet sind. Der Deckel 4 ist mit Anschlüssen 8 für Zuleitungen 9 zur Einschleusung von Legierungsmaterialien und einer mittig angeordneten Sauerstofflanze 14 versehen.

Das in Fig. 2 gezeigte Dichtungskonzept weicht entscheidend von der bekannten bzw. herkömmlichen, am Beispiel der Fig. 1 vorbeschriebenen Dichtung zwischen Flanschen 6, 7 von Deckel 4 und Vakuumgefäß 1 ab. Denn bei der Ausführung nach Fig. 2 wird der Deckel nicht mehr mit einem Flansch auf eine Flanschunterlage aufgesetzt, sondern ausgehend von der in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten, angehobenen Außerbetriebsposition des mit 104' bezifferten Deckels abgesenkt und über das Vakuumgefäß 100 gestülpt. Der Deckel 104 ist hierzu mit einem nach unten abgebogenen, das Vakuumgefäß 100 übergreifenden Kragen 10 ausgebildet.

Der Kragen 10 des übergestülpten Deckels 104 legt sich über ein Dichtmittel 11 , das am oberen Ende 12 knapp unterhalb der Gefäßöffnung um den Umfang des Vakuumgefäßes 100 angeordnet ist. Das ringartig um den Umfang des Vakuum-

gefäßes 100 gelegte Dichtmittel 11 ist bevorzugt als radial aufweitbare Blähdichtung 13 ausgeführt, das bzw. die die in Fig. 3 gezeigte Konfiguration haben kann, aber auch beliebig schlauchförmig gestaltbar ist. Durch dieses Dichtungskonzept erfolgt vorteilhaft eine räumliche und zeitliche Trennung der Funktionen „mechanisches Zusammenführen von Vakuumgefäß und Deckel" und „vakuumdichter Verschluss der Teile".

Wenn in den Hohlraum der Blähdichtung 13 nach dem überstülpen des Deckels 104 eine Druckmedienversorgung (nicht dargestellt) angeschlossen und Druckluft oder dergleichen eingeleitet wird, weitet die Blähdichtung 13 sich radial auf (vgl. die in Fig. 3 strichpunktiert schematisch eingezeichnete Aufweitposition 13') und presst sich an die Innenwand des Kragens 10 an. Bei Beendigung der Vakuumbehandlung wird die Blähdichtung 13 entlastet bzw. entspannt, so dass der Deckel 104 ohne Kontakt zum Dichtmittel 11 bzw. zur Blähdichtung 13 in die Außerbetriebsposition (vgl. Deckel 104' in Fig. 2) angehoben werden kann. Des weiteren kann die Druckmediumversorgung auch für die Belüftung des Vakuumgefäßes 1 genutzt werden, wozu die Blähdichtung 13 entspannt und das Vakuumgefäß 1 über einen sich dabei ausbildenden Ringspalt belüftet wird.

Bei der Dichtungsausführung nach Fig. 4 sind zwei solcher Dichtmittel bzw. Blähdichtungen 13a, 13b parallel und beabstandet voneinander um den Umfang des Vakuumgefäßes 100 angeordnet. Nach dem überstülpen des Deckels 104 und Aufweiten der Blähdichtungen 13a, 13b liegt zwischen den Blähdichtungen 13a, 13b ein von dem Kragen 10 des Deckels 104 und der Außenwandung des Vakuumgefäßes eingeschlossener Ringraum 15 vor. Eine an diesen Ringraum angeschlossene Absaugvorrichtung 16 kann einen zwischen dem Unterdruck im Inneren des Vakuumgefäßes 100 und dem Atmosphärendruck zur Umgebung liegenden Unterdruck erzeugen, was zur Verminderung von Luftleckagen beiträgt.

Die Fig. 5 zeigt eine an das hier nicht dargestellte Vakuumgefäß angeschlossene Vakuumrohrleitung 200, von der zwei aneinander koppelbare Teilrohrstücke 200' und 200" zu erkennen sind.

Um den Umfang am Anschlussende 212 des einen Teilrohrstückes 200" der Vakuumrohrleitung 200 ist ein Dichtmittel 211 ringartig angeordnet, das als radial aufweitbare Blähdichtung 213 ausgeführt ist. An dem dem Anschlussende 212 in Flucht gegenüber liegenden Anschlussende 201 des anderen Teilrohrstückes 200'der weiterführenden Vakuumrohrleitung 200 ist ein Kragen 210 ausgebildet, der sich beim Zusammenfügen der beiden Teilrohrstücke 200' und 200", die hier mit den Stirnflächen ihrer Rohrenden aneinander stossen, über das Dichtmittel 211 bzw. die Blähdichtung 213 legt.

Auch hier ist vorgesehen, dass in den Hohlraum der Blähdichtung 213 nach dem überstülpen bzw. übergreifen des Kragens 210 mittels einer Druckmedienversorgung (nicht dargestellt) Druckluft oder dergleichen eingeleitet wird, so dass sich die Blähdichtung 213 radial aufweitet (vgl. die in der linksseitigen Darstellung der Fig. 5 als Einzelheit in vergrößertem Maßstab gezeigte Blähdichtung 213 mit strichpunktiert schematisch eingezeichneter Aufweitposition 213') und an die Innenwand des Kragens 210 presst. Bei Beendigung der Vakuumbehandlung bzw. eines Durchleitvorganges durch die Vakuumrohrleitung 200 wird die Blähdichtung 213 entlastet bzw. entspannt, so dass der Kragen 210 ohne Kontakt zum Dichtmittel 211 bzw. zur Blähdichtung 213 in eine Außerbetriebsposition bewegt werden kann.

Das Koppeln bzw. Entkoppeln der Teilrohrstücke 200' und 200"der Vakuumrohrleitung 200 erfolgt hierbei über einen Zylinder 214 und einen den Bewegungsbzw. Stellhub erlaubenden sowie gleichzeitig Dehnungen bzw. Spannungen ausgleichenden, im Teilrohrstück 200' integrierten Kompensator 215.

Bezugszeichenliste:

1 Vakuumgefäß

2 Flüssigmetall

3 Schmelzenpfanne

4 Deckel

5 Volldichtung

6 Flansch

7 Flansch

8 Anschluß

9 Zuleitung

10 Kragen

11 Dichtmittel

12 oberes Gefäßende

13; 13a, 13b Blähdichtung

14 Sauerstofflanze

15 Ringraum

16 Absaugvorrichtung

100 Vakuumgefäß

104 Deckel 00 Vakuumrohrleitung 00' Teilrohrstück (der Vakuumrohrleitung) 00" Teilrohrstück (der Vakuumrohrleitung)

201 Anschlussende 10 Kragen 11 Dichtmittel 12 Anschlussende

213 Blähdichtung

214 Zylinder

215 Kompensator