Verfahren und Vorrichtung zum diskontinuierlichen Abstechen von Schmelzen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum diskontinuierlichen Abstechen von Schmelzen, insbesondere von Metallschmelzen, insbesondere von flüssigem Stahl, oder schmeizflüssigen Nichtmetallen, aus einem Gefäß durch einen Durchlauf. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Beim diskontinuierlichen Abstechen von Schmelze wird der Schmelzenausfluß, während das Gefäß noch mehr oder weniger gefüllt ist, gezielt unterbrochen, um danach erneut gestartet zu werden. Nach dem Unterbrechen des Schmeizenflusses friert Schmelze im Durchlauf ein und bildet dort einen Pfropfen. Dieser muß vor dem erneuten Starten des Schmelzenausflusses entfernt werden. Nach dem Stand der Technik wird der Pfropfen mitteis einer Sauerstofflanze ausgeschmolzen. Diese muß hierfür von unten an das Gefäß geführt werden, was ein gefährlicher Arbeitsvorgang ist.

Ein diskontinuierliches Abstechen von Schmelzen erfolgt beispielsweise bei Müll-Einschmelzanlagen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein betriebssicheres Verfahren der eingangs genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Schmelzenfluß im Durchlauf des Gefäßes oder in Flußrichtung hinter dem Durchlauf unterbrochen wird und durch Abkühlung verfestigt wird und daß zum erneuten Abstechen die Unterbrechung freigegeben wird und die im Durchlauf eingefrorene Schmelze durch radiale elektromagnetische Energiezufuhr wieder aufgeschmolzen wird.

Gestoppt wird der Schmelzenfluß durch Betätigung der Unterbrechung. Anschließend läßt man die Schmelze im Durchlauf einfrieren. Es ist damit ein sicherer, doppelter Abschluß des Gefäßes erreicht. Zum erneuten Starten des Schmelzenflusses wird die Unterbrechung geöffnet und der Schmelzenpfropfen durch radiale, elektromagnetische Energiezufuhr aufgeschmolzen. Auch dieser Vorgang ist betriebssicher, weil der Einsatz einer Sauerstofflanze überflüssig ist.

Beim erneuten Abstechen kann entweder zuerst die Unterbrechung freigegeben werden und dann die im Durchlauf eingefrorene Schmelze aufgeschmolzen werden. Vorzugsweise wird jedoch umgekehrt derart vorgegangen, daß zuerst die im Durchlauf eingefrorene Schmelze aufgeschmolzen und danach die Unterbrechung freigegeben wird. Dies ist möglich, weil das Aufschmelzen nicht durch eine Sauerstofflanze von unten, sondern durch radiale, elektromagnetische Energiezufuhr erfolgt. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß auf dem die Unterbrechung bildenden

Bauteil festgefrorene Schmelze freigeschmolzen wird, bevor das Bauteil mechanisch bewegt wird. Das Bauteil ist also nicht durch festgefrorene Schmelze blockiert.

Die elektromagnetische Energiezufuhr erfolgt vorzugsweise durch induktives Ankoppeln eines elektromagnetischen Feldes an die erstarrte Schmelze und/oder an den Durchlauf. Wenn die Schmelze eine Metallschmelze ist, koppelt sie selbst an das elektromagnetische Feld eines Induktors an. Es kann jedoch auch der Durchlauf aus einem induktiv ankoppelnden Material bestehen. Er überträgt dann durch Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung die Energie auf die erstarrte Schmelze.

In Weiterbildung der Erfindung wird die Abkühlung und Verfestigung der Schmelze im Durchlauf nach der Unterbrechung des Schmelzenflusses mittels einer Kühlung eines für die elektromagnetische Energiezufuhr vorgesehenen Induktors bei elektrisch abgeschaltetem Induktor unterstützt. Dadurch wird ein den Durchlauf absperrender Schmelzenpfropfen schnell gebildet.

Um zu vermeiden, daß der Schmelzenpfropfen beim Aufschmelzen den Durchlauf sprengen kann, erfolgt das Aufschmelzen des verfestigten oder völlig durcherstarrten Schmelzenpfropfens so schnell, daß eine dünne Randzone des Schmelzenpfropfens verflüssigt wird, bevor im

Schmelzenpropfen ein Temperaturausgleich von außen nach innen erfolgt ist. Durch den sich beim Aufschmelzen ausdehnenden Schmelzenpfropfen wird das verflüssigte Material seiner Randzone nach oben oder unten weggeschoben, so daß durch die Ausdehnung der Durchlauf nicht gesprengt wird. Die Gefahr des Sprengens des Durchlaufes kann auch dadurch

Schmelzenpfropfen sich in den dabei freiwerdenden Ringraum ausdehnen kann. In diesem Fall besteht der Durchlauf aus einem induktiv an das behoben werden, daß der Durchlauf voreilend zur eingefrorenen Schmelze aufgeheizt wird und sich dabei so weit aufdehnt, daß der aufschmelzende elektromagnetische Feld des Induktors ankoppelnden Material, insbesondere aus Keramik, wegen der hohen Temperaturen der Schmelzen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Schmelzengefäß ein Durchlauf, insbesondere eine Hülse, angeordnet ist, dessen Austritt mittels einer mechanischen, an sich bekannter Verstellgliedanordnung verschließbar und freigebbar ist und daß der Durchlauf von einem Induktor, insbesondere einem luftgekühlten Induktor, umgeben ist, dessen elektromagnetisches Feld direkt an die Schmelze und/oder an den Durchlauf ankoppelt. Dadurch, daß der Durchlauf selbst von dem Induktor umgeben ist, ist gewährleistet, daß der Schmelzenpfropfen von der radialen Energiezufuhr erfaßt wird.

Die bekannte Verstellgliedanordnung kann eine Platte mit einem Loch und einer Verschlußfläche sein. Sie kann auch aus einer Blindplatte und einer Lochplatte oder Düse bestehen.

Zur elektromagnetischen Abschirmung einer metallischen Halterung, mit der die Vorrichtung am Gefäß befestigt ist, können Ferritkerne vorgesehen sein.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der einzigen Figur beschrieben. Sie zeigt:

einen Teilschπitt eines metallurgischen Gefäßes mit einer Blindplatte und Wechseldüse.

In den Boden (1 ) eines metallurgischen Gefäßes ist als Durchlauf für die Schmelze eine Hülse(2) aus feuerfestem, keramischem Material eingebaut. Die Hülse(2) bildet eine Austrittsöffnung(3) für die Schmelze, wobei die Austrittsöffnung(3) an eine mechanische Verstellgliedanordnung(4) angrenzt, mit der die Austrittsöffnung(3) verschließbar und freigebbar ist.

Die Hülse(2) ist von einem lnduktor(5) umgeben, dessen hohles Querschnittsprofil von einem Kühlmedium, insbesondere Luft, durchströmt ist. Der lπduktor(5) reicht möglichst nahe an die Austrittsöffnung(3). Zur elektrischen Abschirmung gegenüber einer metallischen Halterung(β) der Verstellgliedanordnung(4) können Ferritkeme(7) vorgesehen sein.

In der Halterung(6) ist die an sich bekannte Verstellgliedanordnung (4) verschieblich geführt. Bei der Ausführung nach Figur 1 besteht die Verstellgliedanordnung(4) aus einer Wechseldüse(δ) bzw. Lochplatte und einer Blindplatte (10). Beide sind in einer Führung(9) der Halterung(6) in der Weise verschieblich, daß beim Einschieben der Blindplatte diese die Wechseldüse(δ) von der Austrittsöffnung(3) wegschiebt, wonach dann die Blindplatte die Austrittsöffnung(3) versperrt und eine nachgeschobene Wechseldüse(δ) die Blindplatte von der Austrittsöffnung(3) wegschiebt, wobei die Wechseldüse(δ) dann unter die Austrittsöffnung(3) gelangt.

Es ist jedoch auch jede andere an sich bekannte Unterbrechung des Schmelzenflusses denkbar, wie z.B. ein in die Hülse (2) von unten eingeführter Kupferdorn oder ein von oben eingeführter keramischer Stopfen (nicht dargestellt).

Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtungen ist im wesentlichen folgende: Soll der Schmelzenfluß gestoppt werden, dann wird bei der Ausführung nach der Figur die Wechseldüse(δ) mittels einer Blindplatte weggeschoben, bis die Blindplatte die Austrittsöffnung(3) sperrt oder es wird ein Dorn bzw. Stopfen eingeführt.

Damit ist der Schmelzenfluß primär unterbrochen. Anschließend läßt man dann die Schmelzen in der Hülse(2) ganz oder teilweise einfrieren. Dies kann dadurch beschleunigt werden, daß der lnduktor(5) elektrisch abgeschaltet wird, sein Kühlkreislauf jedoch weiter arbeitet, so daß in der Hülse(2) gezielt ein Schmeizenpfropfen entsteht, der einen sekundären Verschluß bildet.

Wenn dann wieder Schmelze aus dem Gefäß abgestochen werden soll, wird der lnduktor(5) elektrisch eingeschaltet. Dadurch erfolgt eine radiale, elektromagnetische Energiezufuhr, durch die der Schmelzenpfropfen in der Hülse(2) aufgeschmolzen wird. Der Schmelzenpfropfen wird dabei auch in einem an der Blindplatte (10) bzw. der Verschlußfläche erstarrten Bereich zumindest zähflüssig, so daß sich anschließend dann die Blindplatte mittels einer Wechseldüse (δ) von der Austrittsöffnung (3) wegschieben läßt, so daß ihr Loch unter die Austrittsöffnung(3) gelangt. Damit ist der Schmelzenfluß wieder freigegeben.

Die Hülse(2) ist beim Aufschmelzen des in ihr sitzenden Schmelzenpfropfens an sich Belastungen ausgesetzt, die darauf beruhen, daß sich der Schmelzenpfropfen beim Aufschmelzen radial ausdehnt, so daß die Gefahr besteht, daß die Hülse(2) bricht oder sich in ihr Risse bilden. Dieses Problem ist bei der beschriebenen Einrichtung dadurch vermieden,

daß mittels des lnduktors(5) eine dünne Randzone des Mantelbereichs des Schmelzenpfropfens in den flüssigen oder zähflüssigen Zustand übergeht, bevor im Schmelzenpfropfen von außen nach innen ein

Temperaturausgleich erfolgt, also die über den gesamten Querschnitt des Schmelzenpfropfens gehende Temperaturausdehnung wirksam wird. Die voreilend flüssig oder zähflüssig gewordene Randzone des Schmelzenpfropfens wird bei dessen weiterer Ausdehnung nach oben - wenn die Austrittsöffnung(3) noch geschlossen ist - oder nach unten und oben aus der Hülse(2) durch den sich weiter ausdehnenden Schmelzenpfropfen herausgedrückt, so daß die Hülse(2) höchstens einem geringen radialen Innendruck ausgesetzt ist.

Das genannte Problem läßt sich auch dadurch umgehen, daß sich die Hülse(2) unter der Wirkung des lnduktors(5) temperaturbedingt so weit aufdehnt, daß für die dann folgende Ausdehnung des Schmelzenpfropfens ein freier Ringraum besteht, in den sich der Schmelzenpfropfen ausdehnen kann. Beide Funktionen können auch sich gleichgerichtet unterstützend zusammenwirken.

Bei den Ausführungsbeispielen wird der Schmelzenfluß in Flußrichtung hinter dem von der Hülse(2) gebildeten Durchlauf unterbrochen und durch Abkühlung im Durchlauf verfestigt. Es ist auch möglich, den Schmeizenfluß im Durchlauf mittels eines Verschlußdomes oder eines Stopfens zu unterbrechen.