Gefäßunterteil, ein damit ausgebildetes metallurgisches Gefäß sowie Elektrolichtbogenofen und Verfahren zu dessen Betrieb

Die Erfindung betrifft ein Gefäßunterteil für ein metallurgisches Gefäß, mit einer Gefäßwand, einem Gefäßboden, einem Schmelzraum und mindestens einer Abstichvorrichtung zum Abziehen von flüssigem Metall aus dem Schmelzraum. Die Erfin- dung betrifft weiterhin ein metallurgisches Gefäß mit einem solchen Gefäßunterteil sowie einen damit ausgestatteten

Elektrolichtbogenofen und ein Verfahren zu dessen Betrieb.

Gefäßunterteile und metallurgische Gefäße der eingangs ge- nannten Art sind bereits aus der EP 1181491 Bl bekannt. Das dort offenbarte Gefäßunterteil ist mit einer ersten Abstich ^¬ vorrichtung ausgestattet, das nach dem Prinzip eines Flüssig ^¬ keitshebers arbeitet und eine Art Siphon aufweist. Es ermög ^¬ licht einen nahezu schlackefreien Abstich des flüssigen Me- talls aus dem Schmelzraum. Weiterhin ist eine zweite Abstich ^¬ vorrichtung in Form einer Bodenabsticheinrichtung vorhanden, um das Gefäßunterteil im Wartungsfall komplett entleeren zu können. Der Weg des flüssigen Metalls bei einem regulären Abstichvorgang führt durch die erste Abstichvorrichtung, wo- bei das flüssige Metall durch eine nahe dem Gefäßboden ange ^¬ ordnete Einlassöffnung in der Gefäßwand des Gefäßunterteils in einen aufsteigenden Kanal gelangt, darin bis zu einer Überlaufkante aufsteigt, diese überspült und in einen abstei ^¬ genden Kanal gelangt. Beim Austritt aus dem absteigenden Ka- nal wird das flüssige Metall üblicherweise in einer Pfanne aufgefangen. Für weitere Details wird auf den Inhalt der EP 1181491 Bl verwiesen.

Die in Kontakt zum flüssigen Metall stehenden Teile des Un- tergefäßes, wie der aufsteigende und absteigende Kanal, die

Überlaufkante und die Innenseite des Schmelzraums, sind dabei aus Feuerfestmaterial gebildet und sind bei jedem Abstich ^¬ vorgang einem Verschleiß, insbesondere durch Abtragung und Auswaschung, unterworfen. Sobald das Feuerfestmaterial so stark abgetragen worden ist, dass eine ordnungsgemäße Funk ^¬ tionsweise der ersten Abstichvorrichtung nicht mehr gewährleistet ist, müssen die betroffenen Teil gewartet, d.h. aus- getauscht oder ausgebessert werden.

Die Forderung nach immer größeren Schmelzaggregaten mit Mengen an flüssigem Metall im Bereich > 100 t pro Abstichvorgang führt zu einem deutlich schnelleren Verbrauch des Feuerfestmaterials im Bereich der ersten Abstichvorrichtung und damit zu einer Verkürzung der Wartungszyklen in einem Maße, dass Schmelzaggregate mit einer solchen ersten Abstichvorrichtung nur noch unwirtschaftlich zu betreiben sind. Sinkt die Standzeit des Feuerfestmaterials eines solchen Schmelzaggregats auf kleiner 6 Tage, ist die Grenze zur Unwirtschaftlichkeit in der Regel erreicht. Die zusätzlich benötigten Zeiten für die Durchführung einer Wartung machen die Produktionskostenvorteile, die durch die größeren Mengen an flüssigem Metall pro Abstichvorgang erhalten werden, wieder zunichte. Zudem ist eine Vergrößerung der Einlassöffnung in die erste

Abstichvorrichtung nicht unbegrenzt möglich, da ab einer Breite einer Einlassöffnung von ca. 800 mm das die Einlass ^¬ öffnung an ihrer Oberkante horizontal begrenzende Feuerfest ^¬ material den mechanischen Belastungen nicht mehr dauerhaft standhält und bricht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Gefäßunterteil und ein metallurgisches Gefäß umfassend eine nach dem Prinzip ei ^¬ nes Flüssigkeitshebers funktionierende Abstichvorrichtung be- reitzustellen, das auch bei Abstichmengen > 100 t an flüssigem Metall wirtschaftlich betreibbar ist.

Die Aufgabe wird für das Gefäßunterteil für ein metallurgi ^¬ sches Gefäß, mit einer Gefäßwand, einem Gefäßboden, einem Schmelzraum und mindestens einer Abstichvorrichtung zum Abziehen von flüssigem Metall aus dem Schmelzraum gelöst, wobei der Schmelzraum zur Aufnahme von > 100 t an flüssigem Metall eingerichtet ist und mindestens eine nach einem Prinzip eines Flüssigkeitshebers ausgebildete erste Abstichvorrichtung vor ^¬ handen ist, die mindestens zwei separate Einlassöffnungen in der Gefäßwand zur Überführung des flüssigen Metalls vom

Schmelzraum in die erste Abstichvorrichtung aufweist.

Durch die mindestens zwei separaten Einlassöffnungen wird das aus dem Schmelzraum abzulassende flüssige Metall sozusagen in Einzelchargen aufgeteilt. Je nach Tragfähigkeit des einge ^¬ setzten Feuerfestmaterials, in dem die Einlassöffnungen ge- bildet werden, kann die Breite einer Einlassöffnung so groß wie möglich und gleichzeitig so schmal wie nötig ausgebildet werden, um einen Bruch des Feuerfestmaterials zuverlässig zu verhindern. Die mindestens eine erste Abstichvorrichtung weist damit im Vergleich zu der eingangs beschriebenen, be- reits bekannten Abstichvorrichtung zumindest in Teilbereichen eine Vervielfachung ihrer Einzelbestandteile und/oder eine Vergrößerung ihrer Abmessungen im Kontaktbereich zum flüssigen Metall auf. Dadurch vergrößert sich die Kontaktfläche zwischen flüssigem Metall und Feuerfestmaterial, wobei an der jeweiligen Kontaktfläche nun weniger flüssiges Metall pro

Abstichvorgang entlangströmt. Damit lässt sich der Verschleiß an der mindestens einen ersten Abstichvorrichtung soweit verringern, dass normale Wartungszyklen > 6 Tage erreicht werden können. Die Produktivität des Aggregats, insbesondere eines Elektrolichtbogenofens , in dem das erfindungsgemäße Gefäß ^¬ unterteil eingesetzt wird, wird demnach durch Verschleiß nicht mehr beeinträchtigt als bei bereits bekannten Aggrega ^¬ ten mit niedrigeren Abstichmengen üblich. Dabei hat es sich bewährt, dass die Einlassöffnungen in einen einzigen Zuführkanal münden und der Zuführkanal im Bereich mindestens einer Überlaufkante in mindestens einen Abführka ^¬ nal mündet. Eine jede Einlassöffnung kann mit Vorteil aber auch in einen separaten Zuführkanal münden und die Zuführka- näle im Bereich mindestens einer Überlaufkante in mindestens einen Abführkanal münden. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausgestaltung, in welcher ein Verhältnis einer Breite der Überlaufkante in Meter zu der Menge an darüber laufendem Metall in Tonnen pro Stunde im Bereich von 0,003 bis 0,005 vorgesehen ist. Dabei ist bei- spielsweise für einen Abstichvorgang von ca. 150 t ein Verhältnis von 0,005 bevorzugt, während für einen Abstichvorgang von ca. 350 t ein Verhältnis von 0,003 angestrebt ist. Somit wird die Länge der Überlaufkante im Hinblick auf herkömmliche Schmelzaggregate vergrößert und die Menge an während eines Abstichvorgangs darüber laufendem, flüssigen Metall entspre ^¬ chend reduziert.

Erfindungsgemäß ist demnach der Einsatz von zwei oder mehr parallel und unabhängig voneinander betreibbaren ersten

Abstichvorrichtungen am Gefäßunterteil genauso möglich wie der Einsatz einer modifizierten Abstichvorrichtung mit vergrößerter innerer Kontaktfläche zum flüssigen Metall, um die hohen Mengen an flüssigem Metall von > 100 t pro Abstichvorgang wirtschaftlich verarbeiten zu können.

Um Brüche im eingesetzten Feuerfestmaterial zu verhindern, weist eine jede darin gebildete Einlassöffnung insbesondere eine maximale Breite von 800 mm auf. Als Durchsatzfläche für das flüssige Metall einer jeden Ein ^¬ trittsöffnung sind maximal 0,5 m ² bevorzugt. Das bedeutet al ^¬ so bei einer Breite einer Einlassöffnung von 800 mm eine Höhe der Einlassöffnung von ca. 600 mm. Der Gefäßboden ist bevorzugt mit mindestens einer zweiten

Abstichvorrichtung in Form einer Bodenabsticheinrichtung zur vollständigen Entleerung das Gefäßunterteils im Wartungsfall ausgestattet . Die der oder die Zuführ- und Abführkanäle sind vorzugsweise mittels mindestens einer Heizvorichtung beheizbar. Insbesondere sind der oder die Zuführkanäle und Abführkanäle jeweils mittels einer Heizvorrichtung beheizbar. Dadurch können un- terschiedliche Heizprofile und Heizleistungen eingestellt werden, um erstarrtes Metall im Bereich der Kanäle wieder optimal zu verflüssigen. Weiterhin ist am Gefäßunterteil vorzugsweise eine Schlacken- abführöffnung vorhanden, die der mindestens einen ersten Abstichvorrichtung gegenüberliegend und von diesen durch den Schmelzraum getrennt an der Gefäßwand angeordnet ist. Die Schlackenabführöffnung dient einer Abführung von Schlacke aus dem Schmelzraum, welche auf dem flüssigen Metall beim

Einschmelzvorgang aufschwimmt.

Die Aufgabe wird weiterhin für ein metallurgisches Gefäß ge ^¬ löst, indem dieses ein erfindungsgemäßes Gefäßunterteil und weiterhin ein Gefäßoberteil umfassend mehrere Kühlpaneele aufweist. Mittels eines solchen metallurgischen Gefäßes las ^¬ sen sich hohe Abstichmengen > 100 t, insbesondere bis zu 350 t, bei üblichen Standzeiten des Feuerfestmaterials der ersten Abstichvorrichtung von > 6 Tagen erzielen.

Ein Elektrolichtbogenofen umfassend ein erfindungsgemäßes me ^¬ tallurgisches Gefäß, dessen Kühlpaneele mit einer Kühlmittel ^¬ versorgungseinrichtung verbunden sind, hat sich bewährt. Ein derartiger Elektrolichtbogenofen ist bei einer Abstichmenge von ca. 100 t flüssigem Metall pro Abstich zur Erzeugung von ca. 700 t bis 1,3 Mio. t an flüssigem Metall pro Jahr geeig ^¬ net .

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Elektrolichtbogenofens umfasst dieser weiterhin eine Kippeinrichtung zum Kippen des Gefäßunterteils und/oder des metallurgischen Gefäßes in Richtung der mindestens einen Abstichvorrichtung und der Schlackenabführöffnung . Alternativ kann ein Kran zum Kippen des metallurgischen Gefäßes eingesetzt werden.

Ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Elektrolichtbogenofens , wobei bei einem Abstichvorgang mehr als 100 t, insbesondere mehr als 150 t und bis zu 350 t, an flüs- sigem Metall aus dem Schmelzraum über die mindestens eine erste Abstichvorrichtung aus dem metallurgischen Gefäß fließen, hat sich bewährt. Es sind große Abstichmengen bei übli ^¬ chem Verschleiß der Abstichvorrichtungen realisierbar.

Die Figuren 1 bis 9 sollen beispielhaft ein erfindungsgemäßes Gefäßunterteil und ein metallurgisches Gefäß sowie einen Elektrolichtbogenofen erläutern. So zeigt

FIG 1 eine dreidimensionale Ansicht eines Gefäßunterteils,

FIG 2 eine Draufsicht auf das Gefäßunterteil gemäß FIG 1,

FIG 3 einen Schnitt durch das Gefäßunterteil gemäß FIG 1, dessen Schmelzraum hier mit flüssigem Metall und darauf schwimmender Schlacke gefüllt ist, in drei ^¬ dimensionaler Ansicht,

FIG 4 eine Seitenansicht des Schnitts gemäß FIG 3,

FIG 5 eine Draufsicht auf das Gefäßunterteil gemäß FIG 1 dessen Schmelzraum hier mit flüssigem Metall und darauf schwimmender Schlacke gefüllt ist, FIG 6 ein weiteres erfindungsgemäßes Gefäßunterteil in der

Draufsicht mit einem Zuführkanal und zwei Abführkanä ^¬ len,

FIG 7 ein weiteres erfindungsgemäßes Gefäßunterteil in der

Draufsicht mit zwei Zuführkanälen und einem Abführka ^¬ nal,

FIG 8 ein weiteres erfindungsgemäßes Gefäßunterteil in der

Draufsicht mit einem Zuführkanal und einem Abführka ^¬ nal, und FIG 9 einen Elektrolichtbogenofen im Schnittbild mit einem metallurgischen Gefäß, das ein Gefäßunterteil gemäß FIG 4 aufweist. FIG 1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Gefäßunter ^¬ teil 1 für ein metallurgisches Gefäß 2, mit einer Gefäßwand la, einem Gefäßboden lb, einem Schmelzraum lc und zwei

Abstichvorrichtungen 3 zum Abziehen von flüssigem Metall 4a, 4b aus dem Schmelzraum lc. Vergleiche hierzu FIG 3 hin- sichtlich des mit flüssigem Metall 4a, 4b und Schlacke 5 ge ^¬ füllten Schmelzraums lc. Der Schmelzraum lc ist zur Aufnahme von > 150 t an flüssigem Metall 4a, 4b eingerichtet. Es ist weiterhin eine nach einem Prinzip eines Flüssigkeitshebers ausgebildete erste Abstichvorrichtung 3a vorhanden, die zwei separate Einlassöffnungen 6a, 6b in der Gefäßwand la zur

Überführung des flüssigen Metalls 4a vom Schmelzraum lc in die erste Abstichvorrichtung 3a aufweist. Die Breite B der Einlassöffnungen 6a, 6b beträgt hier jeweils 800 mm. Weiterhin ist der Gefäßboden lb mit einer zweiten Abstichvorrich- tung 3b in Form einer Bodenabsticheinrichtung zur vollständigen Entleerung das Gefäßunterteils 1, beispielsweise im War ^¬ tungsfall, ausgestattet. Durch die zweite Abstichvorrichtung 3b lässt sich auch der sogenannte „Sumpf" an flüssigem Metall 4b, der nach einem Abstichvorgang noch im Gefäßunterteil 1 verbleibt, aus dem Gefäßunterteil 1 ablassen (vergleiche FIG 3) .

FIG 2 zeigt eine Draufsicht auf das Gefäßunterteil gemäß FIG 1. Gleiche Bezugszeichen wie in FIG 1 kennzeichnen glei- che Elemente. Hier ist nun die erste Absticheinrichtung 3a im Detail zu erkennen. Eine jede Einlassöffnung 6a, 6b für flüs ^¬ siges Metall mündet in einen separaten Zuführkanal 7a, 7b, der das flüssige Metall 4a nach oben führt. Die Zuführkanäle 7a, 7b münden im Bereich jeweils einer Überlaufkante 8a, 8b jeweils in einen Abführkanal 9a, 9b, das das flüssige Metall 4a wieder nach unten in Richtung einer Auslassöffnung 16 führt. Die erste Absticheinrichtung 3a funktioniert damit nach dem Prinzip eines Flüssigkeitshebers, wobei das generel ^¬ le Funktionsprinzip aus der EP 1181491 Bl hervorgeht.

FIG 3 zeigt einen Schnitt durch das Gefäßunterteil 1 gemäß FIG 1, dessen Schmelzraum lc hier mit flüssigem Metall 4a, 4b und darauf schwimmender Schlacke 5 gefüllt ist, in dreidimen ^¬ sionaler Ansicht. Gleiche Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 kennzeichnen gleiche Elemente. Das flüssige Metall 4a, 4b wurde hier in das beim Abstichvorgang aus dem Gefäß- unterteil 1 über die erste Absticheinrichtung 3a abfließende flüssige Metall 4a und den zurückbleibenden „Sumpf" aus flüs ^¬ sigem Metall 4b unterteilt, der lediglich über die zweite Absticheinheit 3b im Gefäßboden lb abgelassen werden kann. In dieser Darstellung ist auch eine Heizvorrichtung 10 erkenn- bar, mittels der die Zuführkanäle 7a, 7b und die Abführkanäle 9a, 9b beheizbar sind. Hier ist eine Heizvorrichtung in Form einer Heizspule dargestellt. Alternativ ist eine Heizvorrich ^¬ tung in Form eines Brenners von Vorteil, dessen Flamme von oben auf den Abführkanal gerichtet ist, vergleiche hierzu auch die EP 1181491 Bl .

FIG 4 zeigt eine Seitenansicht des Schnitts gemäß FIG 3, wo ^¬ bei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen. In dieser Ansicht ist die Auslassöffnung 16 erkennbar, in die die Abführkanäle 9a, 9b münden und über welche das flüssige Metall 4a in eine hier nicht dargestellte, temporär darunter angeordnete Pfanne gefüllt wird.

FIG 5 zeigt eine Draufsicht auf das Gefäßunterteil 1 gemäß FIG 1, dessen Schmelzraum lc hier mit flüssigem Metall 4a, 4b (vergleiche auch FIG 4) und darauf schwimmender Schlacke 5 gefüllt ist. Gleiche Bezugszeichen wie in FIG 1 kennzeichnen gleiche Elemente. In dieser Ansicht sind die Überlaufkanten 8a, 8b von flüssigem Metall 4a überspült, das über die erste Absticheinheit 3a abgestochen wird.

FIG 6 zeigt ein weiteres, alternatives erfindungsgemäßes Ge ^¬ fäßunterteil 1 in der Draufsicht, bei dem lediglich ein Zu- führkanal 7 und zwei Abführkanäle 9a, 9b vorhanden sind.

Gleiche Bezugszeichen wie in FIG 2 kennzeichnen gleiche Elemente . FIG 7 zeigt ein weiteres, alternatives erfindungsgemäßes Ge ^¬ fäßunterteil 1 in der Draufsicht mit zwei Zuführkanälen

7a, 7b und einem Abführkanal 9. Gleiche Bezugszeichen wie in FIG 2 kennzeichnen gleiche Elemente. FIG 8 zeigt ein weiteres, alternatives erfindungsgemäßes Ge ^¬ fäßunterteil 1 in der Draufsicht mit einem Zuführkanal 7 und einem Abführkanal 9. Gleiche Bezugszeichen wie in FIG 2 kenn ^¬ zeichnen gleiche Elemente. FIG 9 zeigt einen Elektrolichtbogenofen 100 in Schnittbild mit einem metallurgischen Gefäß 2, das ein Gefäßunterteil 1 gemäß FIG 4 aufweist. Gleiche Bezugszeichen wie in FIG 4 kennzeichnen gleiche Elemente. Das metallurgische Gefäß 2 weist weiterhin ein Gefäßoberteil 12 umfassend mehrere Kühl- paneele 13 auf, die mit einer schematisch dargestellten Kühlmittelversorgungseinrichtung 14 verbunden sind. Kühlmittel 14a strömt in die Kühlpaneele 13 und kühlt diese ab. Das er ^¬ wärmte Kühlmittel 14a' wird zur Kühlmittelversorgungseinrichtung 14 rückgeführt und wieder aufbereitet und bevorzugt im Kreis geführt. Das Gefäßoberteil 12 weist im Bereich der Schlackenabführöffnung 11 eine bewegliche Schlackentür 16 auf, die beim Abgießen der Schlacke 5 aus dem Schmelzraum lc geöffnet wird. Der Elektrolichtbogenofen 100 umfasst weiterhin eine lediglich schematisch dargestellte Kippeinrichtung 15 zum Kippen des Gefäßunterteils 1 oder des metallurgischen Gefäßes 2 in Richtung der Abstichvorrichtungen 3 einerseits und der Schlackenabführöffnung 11 andererseits. Bei einem Abstichvorgang fließen in diesem Beispiel ca. 150 t an flüssigem Metall 4a aus dem Schmelzraum lc über die erste

Abstichvorrichtung 3a aus dem metallurgischen Gefäß 2. Aber auch größere metallurgische Gefäße 2 mit Abstichmengen von bis zu 350 t an flüssigem Metall 4a sind realisierbar. Die in den Figuren 1 bis 9 dargestellten Gefäßunterteile, me ^¬ tallurgischen Gefäße und Elektrolichtbogenöfen stellen lediglich Beispiele dar, die die vorliegende Erfindung verdeutli ^¬ chen sollen. Dabei ist ein Fachmann ohne weiteres in der La- ge, die geometrische Ausgestaltung des Gefäßunterteils, des Gefäßoberteils, der Abstichvorrichtungen, der Kippeinrichtung usw. abzuändern, ohne erfinderisch tätig werden zu müssen.