Titel: Verfahren und Schmelzekanäle zur Unterbrechung und Wiederherstellung des Schmelzestroms von Eisen- und Metallschmelzen in Stichlochkanälen von Hochöfen und Abflusskanälen von Schmelzöfen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Schmelzekanäle zur Unterbrechung und Wiederherstellung des Schmelzestroms von Eisen- und Metallschmelzen in Stichlochkanälen von Hochöfen und Abflusskanälen von Schmelzöfen.

Das Ausfließen von Schmelzen aus metallurgischen Behältern wie Hochöfen und Schmelzöfen sowie ähnlichen Einrichtungen erfolgt in den meisten Fällen über bestimmte Zeiträume. Danach wird der Schmelzestrom unterbrochen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder eingeleitet. Für das Unterbrechen von Schmelzeströmen gibt es eine Reihe von Einrichtungen wie beispielsweise Schieber und Verschlussklappen. Bei Hochöfen wird an den Stichlöchern fast ausschließlich das Stopfverfahren angewandt, bei dem eine speziell für diesen Zweck entwickelte plastische Masse mit hohem Druck in den Stichlochkanal hineingepresst wird. Die Stopfmasse härtet in dem Stichlochkanal aus und muss für einen erneuten Abstichvorgang durchbohrt werden. Hierzu sind aufwendige technische Einrichtungen notwendig.

Die DE 34 43 143 Al beschreibt ein Verfahren zum wechselweisen Öffnen und Schließen eines Stichloches an Öfen, bei dem der Stichlochkanal zunächst durch ein Absperrorgan geschlossen wird. Anschließend wird eine Stopfkanone an der Öffnung des Stichlochkanals angesetzt, und sofort nach Wiederoffnen des Absperrorgans wird der Stichlochkanal durch die Stopf kanone vollständig mit Stopfmasse ausgefüllt. Nach dem Ausfüllen des Stichlochkanals, aber vor dem vollständigen Ausharten der Stopfmasse wird eine Abstichstange mittels einer Bohrmaschine zentrisch durch die Stopfmasse hindurch bis in den Ofen eingetrieben, und zum nächsten Abstich wird die Abstichstange wieder aus dem Stichlochkanal herausgezogen.

In jüngster Zeit gibt es auch Vorschlage, aushärtendes Pulver aus Kartuschen in den Stichlochkanal eines Hochofens hineinzupressen, um einen dichten Verschluss des Kanals bis zum nächsten Abstich herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Schmelzekanale, insbesondere Stichlochkanale für Hochofen und Abflusskanale für Schmelzofen, zu entwickeln, die die Nachteile bekannter Verfahren, insbesondere des Stichlochstopfverfahrens bei Hochofen,- und entsprechender Einrichtungen zur Unterbrechung und zur Wiederherstellung eines Schmelzest roms m einem Schmelzekanal vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß gelost durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und den Schmelzekanal für Eisen- und Metallschmelzen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.

Die Unteranspruche beinhalten vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 und des Schmelzekanals nach Anspruch 7.

Das erfindungsgemaße Verfahren zur Unterbrechung und Wiederherstellung des Schmelzestroms von Eisen- und Metallschmelzen in Kanälen, insbesondere Stichlochkanalen von Hochofen und Abflusskanalen von Schmelzofen, ist gekennzeichnet durch eine Überführung des Schmelzestroms in den Kanälen durch Abkühlung in den Erstarrungszustand zur Unterbrechung des Schmelzestroms und eine Aufschmelzung der erstarrten Schmelze sowie eine Wiederherstellung des Schmelzestroms durch Aufheizen, insbesondere für einen erneuten Abstichvorgang bei Hochofen.

Durch Aufheizung der in dem Stichlochkanal eines Hochofens oder dem Abflusskanal eines Schmelzofens zu einem Stopfen erstarrten Schmelze im Umfangsbereich des Stopfens wird bewirkt, dass der gesamte Stopfen mit dem erstarrten Stopfenkern durch den Innendruck des Hochofens oder Schmelzofens aus dem Stichlochkanal beziehungsweise Abflusskanal herausgedruckt wird.

Zur Beschleunigung des Erstarrungsvorgangs, mit dem eine Energieemsparung verbunden ist, besteht die Möglichkeit, vor dem Erstarren des Schmelzestroms die Auslaufoffnung des Stichlochkanals oder Abflusskanals zu verschließen.

Eine weitere Möglichkeit zur Beschleunigung des Erstarrungsvorgangs der Schmelze besteht darin, dass der Schmelzestrom vor dem Erstarren m dem Stromungskanal , insbesondere dem Stichlochkanal, durch mindestens ein Magnetfeld mit gleichbleibender Polarität oder durch mindestens ein magnetisches Wechselfeld geleitet wird, derart, dass m dem Schmelzestrom eine Spannung induziert wird, durch die in dem Schmelzestrom Wirbelstrome erzeugt werden, wobei durch das Zusammenwirken von Magnetfeld und Wirbelstromen Kräfte erzeugt werden, die der Stromungsrichtung des Schmelzestroms entgegengerichtet sind und durch die die

Stromungsgeschwindigkeit des Schmelzestroms abgebremst oder der Schmelzestrom angehalten wird.

Durch eine gesteuerte Abkühlung des Schmelzestroms, insbesondere m dem Stichlochkanal eines Hochofens oder dem Abflusskanal eines Schmelzofens, im äußeren Stromungsbereich kann eine erstarrte Schmelzeschicht auf der Innenwand der Kanäle zum Schutz derselben gegen Abrasion durch den im zentralen Bereich weiterstromenden Schmelzestrom ausgebildet werden. Dabei kann durch eine entsprechende Formgebung der Innenwand des Stichloch- oder Abflusskanals die Stromungsgeschwindigkeit im äußeren Stromungsbereich des Schmelzestroms zur Beschleunigung des Erstarrungsvorgangs der Schmelze abgebremst werden. Nachfolgend sind verschiedene Ausfuhrungsformen eines Stichlochkanals zur Unterbrechung des Schmelzestroms bei Beendigung eines Abstichvorgangs an einem Hochofen und zur Wiederherstellung des SchmelzeStroms für einen erneuten Abstichvorgang anhand schematischer Zeichnungsfiguren erläutert, die folgendes darstellen:

Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung eines durch ein Außenrohr und ein Innenrohr gebildeten Stichlochkanals eines Hochofens mit einer Kühlvorrichtung und einer Heizvorrichtung sowie einer Vorrichtung zur Regelung und zum Abbremsen der Strömungsgeschwindigkeit des durch den Stichlochkanal fließenden Schmelzestroms, die

Fign. 2a eine Schwenkklappe zum Absperren der und 2b Auslauföffnung des Stichlochkanals in Offen- und in Schließstellung,

Fig. 3 eine Längsschnittdarstellung einer weiteren

Ausführungsform des Stichlochkanals mit einem Außenrohr und einem Innenrohr mit einer profilierten Innenwand und

Fig. 4 eine ausschnittsweise Längsschnittdarstellung einer dritten Ausführungsform eines Stichlochkanals mit einer Kühlspule, die mit einer elektrischen Heizspule kombiniert ist.

Der in Figur 1 dargestellte Stichlochkanal 2 eines Hochofens 1 wird durch ein Außenrohr 3 und ein in diesem axial verschiebbares Innenrohr 4 gebildet, wobei das Außenrohr 3 fest mit der Ausmauerung 5 des Hochofens 1 verbunden ist. Beide Rohre 3, 4 bestehen aus einem hochfesten, vorzugsweise keramischen Material und das Material des Innenrohres 4, das dazu dient, den Abrasionsverschleiß durch das ausfließende Roheisen und die ausfließende Schlacke aufzuhalten, ist zusatzlich widerstandsfähig gegen Abrasion.

Das Innenrohr 4 besteht aus Rohrabschnitten 6, die zur Kompensation des auftretenden Abrasionsverschleißes in bestimmten Zeitabstanden durch neue Rohrabschnitte 6a ersetzt werden, wobei die neuen Innenrohrabschnxtte 6a durch die Auslaufoffnung 7 des Stichlochkanals 2 entgegen der Stromungsrichtung a des Schmelzestroms 8 in das Außenrohr 3 eingeschoben und dabei gleichzeitig verschlissene Rohrabschnitte 6b durch die Emlaufoffnung 9 des Stichlochkanals 2 aus dem Außenrohr 3 heraus m den Hochofen 1 geschoben werden. Der Innenrohrabschnitt 6b, durch den der Schmelzestrom 8 m den Stichlochkanal 2 des Hochofens 1 eintritt, ragt um ein bestimmtes Maß zum Schutz des Außenrohres 3 und der Außenmauerung 5 des Hochofens 1 gegen Abrasionsverschleiß in den Hochofen hinein. Dieser Innenrohrabschnitt 6b übernimmt die Funktion des sogenannten Pilzes auf der Innenseite der Ausmauerung eines Hochofens beim herkömmlichen Abstichverfahren. Der zeitliche Abstand des Einschiebens neuer Rohrabschnitte 6a wird so gewählt, dass eine Zerstörung der Innenrohrabschnitte 6 vermieden und dadurch eine Berührung der Schlacke mit dem Außenrohr 3 ausgeschlossen wird. Zwischen dem Außenrohr 3 und den Innenrohrabschnitten 6 befindet sich ein Schmiermittel 10 auf mineralischer Basis, das bei den hohen Temperaturen des ausfließenden Eisens und der ausfließenden Schlacke seine volle Gleitfahigkeit entfaltet und das ein Eindringen der Schmelze m die Spalte zwischen den Innenrohrabschnitten 6 mit anschließendem Erstarren und einem damit verbundenen Verkleben der Innenrohrabschnitte 6 mit dem Außenrohr 3 verhindert.

Der Stichlochkanal 2 ist mit einer Kühlvorrichtung in Form von rohrformigen Kuhlschlangen 11 ausgestattet, die das Außenrohr 3 in dem an die Auslaufoffnung 7 des Stichlochkanals 2 angrenzenden Kanalabschnitt umschließen, da nach einem Abstichvorgang an dem Hochofen 1 durch das Erstarren der Schmelze _Λ das durch das die Kuhlschlangen 11 durchströmende Kuhlmittel bewirkt wird, im Auslaufbereich des Stichlochkanals 2 ein ausreichend starker Verschlussstopfen 12 gebildet wird.

Eine Heizvorrichtung m Form einer elektrischen Heizspule 13, die den Stichlochkanal 2 umschließt, dient zum Aufschmelzen des erstarrten Verschlussstopfens 12 in dem an die Auslaufoffnung 7 angrenzenden Abschnitt des Stichlochkanals 2 für einen erneuten Äbstichvorgang.

Je nach Dauer des Ruhezeitraums zwischen zwei Abstichvorgangen wird die Schmelze im hinteren ofenseitigen Abschnitt des Stichlochkanals entweder erstarren und/oder flussig bleiben, weil die Zeiten zwischen zwei Abstichvorgangen - insbesondere wenn Unregelmäßigkeiten in den Betriebsablaufen auftreten - unterschiedlich groß sein können. Daher müssen die Heizvorrichtungen für das Wiederaufschmelzen des erstarrten Schmelzematerials über die gesamte Lange des Stichlochkanals hinweg wirksam werden können.

Als Heizvorrichtung können ferner energiesparende, um den Stichlochkanal 2 angeordnete elektrische Induktionsspulen verwendet werden, die über Magnetfelder Wirbelstrome m der erstarrten Schmelze zum Erhitzen und Aufschmelzen derselben erzeugen. Die Wicklung der Induktionsspulen ist als Hohlprofil ausgebildet, das einen Durchflusskanal für ein Kühlmittel zur Vermeidung von Beschädigungen der Spulenwicklung in Folge einer Überhitzung durch den durchfließenden elektrischen Strom sowie die Abwärme des Hochofens bildet.

Vor der AuslaufÖffnung 7 des Stichlochkanals 2 ist ein als Schwenkklappe 14 oder Schieber ausgebildetes Absperrorgan zum Verschließen der AuslaufÖffnung des Kanals vor dem Erstarren der Schmelze beim Abkühlvorgang angeordnet. Die in den Figuren 2a und 2b dargestellte Schwenkklappe 14 ist um eine Achse 15 schwenkbar und wird in der vor den Stichlochkanal 2 eingeschwenkten Schließstellung von Anschlägen 16 gehalten. Die Anschläge 16 stellen sicher, dass die aus dem Innendruck des Hochofens resultierenden Kräfte von der Schwenkklappe 14 aufgenommen werden können. Mit dem Erstarren der Schmelze im Stichlochkanal des Hochofens nehmen die auf die Schwenkklappe wirkenden Kräfte ab.

Die Schwenkklappe 14 ist auf ihrer dem Stichlochkanal 2 zugewandten Seite mit einer dicken Schicht aus feuerfestem Material belegt, so dass die Klappe auch nach längerer Betriebszeit keinerlei Schäden durch die Berührung mit der extrem heißen Schmelze davonträgt.

Wenn der Schmelzestrom 8 durch das Schließen der Schwenkklappe 14 unterbrochen worden ist, kann das Abkühlen der Schmelze im Stichlochkanal 2 mit geringem Kühlaufwand und dadurch bedingt mit weniger Energieverbrauch erfolgen. Die Induktionsspulen zum Aufschmelzen des im Stichlochkanal 2 erstarrten Schmelzestopfens 12 durch Wirbelstrome für einen erneuten Abstichvorgang sind derart gestaltet, dass das Aufschmelzen des Schmelzestopfens 12 in dessen an die Innenwand des Innenrohres 4 angrenzenden Oberflachenbereich 17 erfolgt, unter dem Innendruck des Hochofens 1 wird der auf diese Weise im Durchmesser verringerte Verschlussstopfen 12 bei geöffneter Schwenkklappe 14 aus dem Stichlochkanal 2 herausgedruckt, wobei das aufgeschmolzene Schmelzematerial als Gleitmittel wirkt.

Anstatt mit der Schwenkklappe 14 oder zusätzlich zu der Schwenkklappe besteht die Möglichkeit, eine kontaktlos wirkende Abbremsung des Schmelzestroms durch Magnetfelder zu bewirken.

Gemäß Figur 1 ist in dem an die Auslaufoffnung 7 des Stichlochkanals 2 angrenzenden Kanalabschnitt eine Vorrichtung 18 zur Regelung der Stromungsgeschwindigkeit und zum Abbremsen des nicht-ferromagnetischen Schmelzestroms 8 mit einem Kern 19 aus ferromagnetischem Material angeordnet, der zwei Pole 20, 21 aufweist, die um den Stichlochkanal 2 des Hochofens 1 gegenüberliegend angeordnet sind, sowie mit auf dem Kern 19 angebrachten Induktionsspulen 22, 23 zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das in dem Schmelzestrom 8 eine Spannung induziert, durch die m dem Schmelzestrom Wirbelstrome erzeugt werden, die durch Zusammenwirken mit dem Magnetfeld Kräfte erzeugen, die der Stromungsrichtung a des SchmelzeStroms 8 entgegengerichtet sind und durch die der Schmelzestrom bis hin zum völligen Stillstand abgebremst werden kann.

Der m Figur 3 dargestellte Stichlochkanal 24 wird durch ein Außenrohr 3 und ein Innenrohr 4 gebildet, das aus Rohrabschnitten 6 besteht, deren Innenwände 25 als Buhnen 26 ausgebildet sind, derart, dass sich eine Reihenanordnung von Buhnen 26 ergibt, deren Offnungen 27 sich in Stromungsrichtung a des Schmelzestroms 8 verjungen. Die Reihenanordnung der Buhnen 26 bewirkt, dass die Stromungsgeschwindigkeit des Schmelzestroms 8 an den Innenwanden 25 der Innenrohrabschnitte 6 gegenüber der Stromungsgeschwindigkeit des zentralen Schmelzestroms stark verlangsamt wird. Aufgrund der geringen Stromungsgeschwindigkeit des Schmelzestroms 8 im Innenwandbereich der Rohrabschnitte 6 des Innenrohres 4 des Stichlochkanals 2 ist es möglich, m diesem Bereich mittels des Kühlmittels, dass die das Außenrohr 3 des Stichlochkanals 24 umschließende Kuhlschlange 11 durchströmt, die Schmelze stark abzukühlen, wahrend der zentrale, schnell fließende Schmelzestrom nicht oder nur wenig abgekühlt wird. Durch eine genaue Steuerung des Kuhlvorgangs wird auf der durch die Innenwände 25 der Innenrohrabschnitte β gebildeten Innenwand 28 des Innenrohres 4 eine erstarrte, gegen Verschleiß schutzende Schmelzeschicht 29 gebildet. Dadurch ergibt sich ein erheblicher Nutzen für den Betrieb des Hochofens beziehungsweise Schmelzofens sowie für die Instandhaltung der technischen Einrichtungen des Ofens.

Der in Figur 4 ausschnittsweise dargestellte Stichlochkanal 30 ist mit einer kombinierten Kühl- und Heizspule 31 ausgestattet, deren Wicklung 32 als Hohlprofil 33 aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere Kupfer, besteht, wobei ein Kuhlmittel, das durch den durch das Hohlprofil 33 gebildeten Durchflusskanal 34 strömt, eine Erstarrung des Schmelzestroms 8 im Stichlochkanal 30 eines Hochofens 1 oder im Abflusskanal eines Schmelzofens bewirkt und wobei zum Einleiten eines erneuten Abstichvorgangs am Hochofen 1 die an einen hochfrequenten Wechselstrom mit hohen Stromstarken angeschlossene Kühl- und Heizspule 31 bei einem gedrosselten Kuhlmitteldurchflυss zur Vermeidung einer überhitzung der Spulenwicklung 32 große Wirbelstrome 35 in der erstarrten Schmelze im Stichlochkanal 30 zum Aufschmelzen der Schmelze erzeugt .

Die Wirbelstrome bilden sich mit steigender Frequenz durch den Skineffekt zunehmend starker in der an die Innenwand des Stichlochkanals angrenzenden, erstarrten, äußeren Schmelzeschicht aus und fuhren zu einer lokalen Aufheizung. Wenn die zugefuhrte Stromstarke m der Spule genügend hoch ist, werden auch die Wirbelstrome entsprechend hohe Stromstarken haben, so dass diese genügend Energie zur Verflüssigung der äußeren Schmelzeschicht besitzen. In diesem Zustand wird der Kuhlmitteldurchsatz durch die Spulenwicklung derart dimensioniert, dass es zu keiner unerwünschten Abkühlung der Schmelze kommt, jedoch eine Uberhitzung der Wicklung trotz sehr großer Stromstarken verhindert wird. Auch m der Wicklung wird sich der Skineffekt derart auswirken, dass der elektrische Strom bei hohen Frequenzen im wesentlichen in den äußeren Schichten des Materials der Spule fließen wird, so dass das Kuhlmittel im Durchflusskanal der Spule auf die Funktion der Induktionsspule, Wirbelstrome zu erzeugen, keinen negativen Einfluss haben wird.

Es ist möglich, das kombinierte Kühl- und Heizspulensystem 31 aus mehreren, nebeneinander gesetzten Teilspulen zusammenzusetzen. Dadurch kann eine bessere Anpassung an die unterschiedlichen Gegebenheiten und Erfordernisse entlang des Stichlochkanals 30 erreicht werden. Außerdem wird dadurch die Kuhlwirkung verbessert und die Induktivität der Teilstucke der Spule gesenkt, so dass diese mit einer höheren Frequenz mit den vorstehend aufgeführten Vorteilen betrieben werden kann. Im Hinblick auf einen optimalen Wirkungsgrad wird die kombinierte Kühl- und Heizspule in einen elektrischen LC- Schwingkreis eingebunden, der von einer entsprechenden Steuerung angesteuert und am Resonanzpunkt betrieben wird.