Verfahren und Anlage zur Wiederherstellung der feuerfesten Auskleidung von Gießpfannen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art sowie eine Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
Metallurgische Gefäße werden in jüngster Zeit in stei¬ gendem Maße nicht mehr mit feuerfesten Steinen ausgeklei¬ det (zugestellt), sondern mit Hilfe einer Gießtechnik, bei der in den Zwischenraum zwischen einer Schablone oder Form, die den gewünschten lichten Innenraum der Pfanne oder des sonstigen metallurgischen Gefäßes bestimmt, und der zuzu¬ stellenden Gefäßwand eine meist thixotrop wirkende feuer¬ feste Gießmasse eingefüllt wird, die, bedingt durch ihr thixotropes Verhalten, unter der Einwirkung von Vibrati¬ onen (meist der Schablone bzw. Form) auch bei niedrigen Wassergehalten sehr gut fließfähig ist und jeden Hohlraum ausfüllt.
Aus der DE-OS 37 41 073 ist es bereits bekannt, am Ende der Haltbarkeit eines metallurgischen Gefäßes, also nach dem Verschleiß der inneren, der Schmelze ausgesetzten Schichten der Gießmasse, den verbleibenden Rest der feuer¬ festen Auskleidung, der ja noch betriebsfähig ist, nicht ganz auszubrechen, sondern nur oberflächlich die verblie¬ benen Schlackenreste und die von Schlacke penetrier- ten Oberflächenschichten der alten Zustellung zu entfer¬ nen. Dies geschieht nicht unter Herstellung einer geome-
trisch regelmäßigen Oberfläche, sondern indem ein sogenann¬ ter Schlackenschalroboter mit an beweglichen Armen angebrach¬ ten, auf der Oberfläche abrollenden Werkzeugen mit vorste¬ henden Hartmetallzapfen unter der Wirkung von Vibrationen an der Oberfläche angreift und diese in dem erforderlichen Maß abträgt bzw. zumindest aufrauht. Die Werkzeuge folgen dabei aber der im großen vorhandenen Kontur der alten Zu¬ stellung. In das metallurgische Gefäß mit der so gereinig¬ ten alten Zustellung wird erneut die Schablone eingebracht, worauf der Zwischenraum zwischen Schablone und alter Zu¬ stellung mit thixotroper Gießmasse unter der Wirkung von Vibrationen wieder ausgefüllt wird. Auf diese Weise kann bis zu 50 % des teuren Materials der Zustellung eingespart werden. Durch die vorangehende Bearbeitung der Oberfläche der alten Zustellung ergibt sich ein guter Verbund zu der neu aufgebrachten feuerfesten Masse.
Es zeigt sich jedoch, daß das bekannte Verfahren in bestimmten Fällen zu aufwendig wird. Dies trifft dann zu, wenn die Verbärung, d.h. die Schlackenschicht, so stark ist, daß der Zeitaufwand zu ihrer Abtragung und der damit einhergehende Verschleiß der Werkzeuge zu groß werden, um das Verfahren rentabel zu halten. Auch wird durch die lang¬ dauernde Einwirkung der Werkzeuge der verbleibende Anteil der feuerfesten Auskleidung mechanisch stark beansprucht, so daß es zu Rissen kommen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe* zugrunde, auch in sol¬ chen Fällen die feuerfeste Auskleidung von metallurgischen Gefäßen auf wirtschaftliche Weise wiederherstellen zu kön¬ nen.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiederge¬ gebene Verfahren und in ihrem apparativen Aspekt durch die in Anspruch 4 wiedergegebene Anlage gelöst.
Am Ende einer Pfannenreise, wenn also die Wiederher¬ stellung der feuerfesten Auskleidung ansteht, wird die Pfan¬ ne aus der Gießhitze unmittelbar nach dem Schlackenkippen
in noch völlig heißem Zustand auf kürzestem Wege mit leich¬ ter Neigung nach außen und unten auf dem Stand abgelegt. Die Bewahrung der in der Pfanne enthaltenen Wärmemenge ist für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wesentlich. Vor der Pfanne ist ein Hochtemperaturbrenner mit einer wasser¬ gekühlten Lanze, die auf- und abbewegbar und rotierbar ist, auf Schienen in Tiefenrichtung der Pfanne verfahrbar, wo¬ durch der Brenner spiralig und schraubenförmig in geeigne¬ tem Abstand über die innere Oberfläche der Pfanne führbar ist. Der Brenner arbeitet mit Gas oder öl und Sauerstoff und kann so gefahren werden, daß er reduzierend arbeitet, d.h. keine braunen Dämpfe entwickelt. Beginnend im Boden¬ bereich kann die Brennerlanze kreisend so geführt werden, daß im Boden- und Wandbereich in kürzester Zeit die. anhaf¬ tende Schlacke, Schlackenstahlgemische oder Stahlreste hoch¬ flüssig werden und aus dem geneigten unteren Bereich der Pfanne aus deren Mündung heraus nach außen fließen, wo sie in einen Schlackenkübel oder in ein Sandbett gelangen. Auf diese Weise ist die Pfanne binnen weniger Minuten gereinigt. Es bleibt auf der alten feuerfesten Auskleidung lediglich ein dünner glasartiger, glatter Schlackenüberzug zurück, der nach Abkühlung der Pfanne mechanisch aufgerauht wird, um einen guten Haftgrund für das neue Auskleidungsmaterial zu erzielen. Die Aufrauhung kann durch den bereits erwähnten Schlackenschalroboter geschehen, der die Schlackenschicht teilweise oder ganz beseitigt und jedenfalls eine rauhe Oberfläche der alten Zustellung zurückläßt.
Es wird sodann nach der bereits beschriebenen, für sich bekannten Methode die Schablone wieder in die Pfanne einge¬ bracht und der Zwischenraum zwischen Schablone und der Ober¬ fläche der stehengebliebenen Auskleidung mit neuer Gie߬ masse ausgefüllt.
Durch das neue Verfahren ist die Wiederherstellung der Zustellung ohne große mechanische Beanspruchung des Dauer¬ futters und ohne umfangreiche Ausbrecharbeiten in kürzester Zeit durchzuführen.
Ein mit Sauerstoff betriebener Brenner weist Flamm¬ temperaturen im Bereich von 3000° C auf. Die in der Pfanne
verbliebenen zu entfernenden Materialien wie Schlacke, Schlak- kestahlgemische oder Stahlreste weisen Schmelzpunkte im Be¬ reich von etwa 1000 bis 1500° auf. Die Temperatur der Pfanne ist vom letzten Abguß ohnehin noch sehr hoch, so daß der Brenner die Pfanne nicht etwa von Umgebungstemperatur auf¬ heizen muß. Der Brenner muß vielmehr nur die letzte Tempe¬ raturspitze erzeugen, um die Gesamtmenge der an der Ober¬ fläche anhaftenden unerwünschten Bestandteile zu verflüssi¬ gen, was in kurzer Zeit geleistet wird. Es kommen beispiels¬ weise Brenner in Betracht, die insbesondere im Hinblick auf die Brennerdüse Merkmale der DE-PSen 15 29 201 und 31 51.479 aufweisen.
Zur Vermeidung von Wärmeverlusten empfiehlt es sich, einen Hitzeschild vorzusehen, der das Innere der Pfanne wäh¬ rend des Betriebs des Brenners nach außen abschließt.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Anlage wird die Aufrauhvorrichtung eingesetzt, die für sich aus der DE-OS 37 41 073 bekannt ist. Es ist aber auch möglich, an¬ dere Aufrauhvorrichtungen zu verwenden, zum Beispiel Sand¬ strahl- oder ähnliche Partikelgebläse.
In der Zeichnung sind die verschiedenen Phasen der Be¬ handlung einer Gießpfanne für Stahl im Vertikalschnitt sche¬ matisch dargestellt und mit großen Buchstaben Bezeichnet.
A läßt eine frisch zugestellte Gießpfanne 10 erkennen, die aus einem topfförmigen sich nach unten leicht verjün¬ genden Gehäuse 1 aus Stahlblech besteht, auf dessen Innen¬ seite eine sogenannte Zustellung oder Auskleidung aus feu¬ erfestem Material im wesentlichen gleichbleibender Dicke von einigen 10 Zentimetern aufgebracht ist. An seitlichen Ansätzen 3 im oberen Bereich kann die Pfanne 10 vom Hal¬ lenkran erfaßt und versetzt werden.
In der Pfanne 10 wird der STahl einer metallurgischen Behandlung beispielsweise durch Einblasen von Sauerstoff, Argon oder dergleichen unterzogen und dann abgegossen. Nach einer Anzahl solcher Behandlungs- oder Gießvorgänge, d.h. nach einer solchen Pfannenreise, wird die Schlacke abgegossen
und sieht die Zustellung der Pfanne 10 so aus wie in B ange¬ deutet. Es gibt Bereiche 21, in denen die Wandstärke der Zustellung 2 erheblich abgenommen hat. In anderen Bereichen 2" ist die Zustellung verbärt, d.h. es haben sich dicke Schlackenschichten oder -wülste angesetzt, wie es durch die die Schlacke S darstellende Kreuzschraffür angedeutet ist. Auch können Stahlreste oder Stahlschlackengemische vorhanden sein. Auch in den Bereichen 21 haften dünnere Schlackenschichten an bzw. sind die Oberflächenbereiche der Zustellung 2 von Schlacke bis zu einer gewissen Tiefe penetriert, was ihre Feuerfestigkeit herabsetzt. Die groben Wülste am oberen Rand der Pfanne werden mit einer geeigne¬ ten Vorrichtung herausgebrochen, und es wird sodann die Pfanne sogleich, d.h. solange die Zustellung 2 noch vom letzten Abguß her hellrot glühend ist, mit dem Hallenkran liegend auf einem in der Nähe befindlichen Stand 4 abgelegt, so daß die Wandung der Zustellung 2 in ihrem im wesentli¬ chen zylindrischen Bereich mit der Horizontalen einen Win¬ kel 5 von etwa 5 bis 30 einnimmt, wobei in der schemati¬ schen Darstellung des Ausführungsbeispiel die Neigung be¬ sonders stark wiedergegeben ist. Die Öffnung 6 der Pfanne 10 weist nach unten.
Es wird nun auf Schienen ein Schlitten oder Wagen 7 herangefahren, der eine Lanze 8 mit einem Hochtemperatur¬ brenner am freien Ende trägt, der in das Innere der Pfan¬ ne 10 einführbar ist und sowohl im Sinne des Pfeiles 11 verschwenkbar als auch im Sinne des Pfeiles 12 verdreh¬ bar als auch im Sinne des Pfeiles 13 in Längsrichtung der Lanze in die Pfanne 10 hinein verlagerbar ist. Der Schlit¬ ten oder Wagen 7 trägt ferner einen Hitzeschild 14, der die Öffnung 6 der Pfanne 10 überdeckt.
Der Hochtemperaturbrenner 9 wird mit einem geeigne¬ ten gasförmigen oder flüssigen Brennstoff und reinem Sauer¬ stoff betrieben und erzeugt Flammtemperaturen im Bereich von 3000° C, die die noch rotglühende Schlacke, deren Schmelz¬ punkt im Bereich von 1000-.1500°C liegt, zum Schmelzen bringt,
wobei der Hitzeschild 14 Wärmeverluste vermeidet und eine zu starke Abstrahlung auf den Wagen 7 unterbindet.
Die herausgeschmolzene Schlacke strömt im Sinne der Pfeile 15 aus der Öffnung 6 der Pfanne 10 nach unten in den Schlackenkübel 16 ab.
Die Pfanne 10 hat zwischen der Phase C und der Phase D Gelegenheit abzukühlen. Die Pfanne wird mittels des Hallen- krans in eine Grube 17 gesetzt. Es ist nunmehr keine dicke¬ re Schlackenschicht mehr vorhanden, weswegen die Kreuz- schraffur (s. B) weggelassen ist. Es ist aber an der Ober¬ fläche der stehengebliebenen Auskleidung 2 von dem Ausschmel¬ zen her noch eine dünne glasartige, sehr glatte Schlacken¬ schicht vorhanden, die in der Phase D mittels des Schlacken¬ roboters 20 zumindest teilweise entfernt und jedenfalls aufgerauht wird. Der Schlackenroboter 20 umfaßt ein über die Pfanne 10 ausladendes Maschinengestell 18, an welchem eine vertikale Säule 19 im Sinne des Pfeiles 21 heb- und senkbar und im Sinne des Pfeiles 25 um ihre Längsachse dreh¬ bar gelagert ist. Am unteren Ende der Säule 19 sind schwenk¬ bare Arme 22 angebracht, an deren freien Enden drehbare Werkzeuge 23 in Gestalt von mit Hartmetallzapfen 24 besetz¬ ten Rollen vorgesehen sind, die der Kontur der inneren Ober¬ fläche der Zustellung 2 folgen und unter der Einwirkung von Vibratoren einen hämmernden Angriff an der Schlacken¬ schicht ausführen und diese entfernen oder zumindest auf¬ rauhen, ohne dabei das Relief der inneren Oberfläche 26 wesentlich zu ändern und viel vom gesunden Material der Zustellung 2 zu entfernen.
In der Phase E wird der Schlackenroboter entfernt und statt dessen eine leicht konische Schablone 27 an einer Tragvorrichtung 28 in das Innere der Pfanne 10 eingebracht. Die Schablone 27 bestimmt die innere Oberflächengestallt der Zustellung 2, wie sie aus A ersichtlich ist. In den Zwischenraum zwischen der Oberfläche 26 und der Schablo¬ ne 27 wird mittels einer Zuführeinrichtung 29 thixotrope
feuerfeste Zustellmasse 30 eingebracht, die an sich eine Konsistenz wie schwachfeuchter Sand aufweist, unter der Wirkung der gegen die Schablone 27 arbeitenden Vibratoren
31 jedoch quasi flüssig wird und den gesamten Zwischenraum
32 zwischen der Schablone 27 und der inneren Oberfläche 26 homogen ausfüllt.
Nach dem Entfernen der Schablone 27 wird die in den Zwischenraum 32 eingebrachte feuerfeste Masse mittels eines Pfannenfeuers 33 getrocknet und verbindet sich mit der al¬ ten Zustellung zu einer neuen kompakten und homogenen Zu¬ stellung 2, so daß die Pfanne 10 in die Phase A zurückge¬ langt und erneut eine Pfannenreise antreten kann.
Bei Versuchen in einer 95 to Stahlpfanne mit einem Innen¬ durchmesser von ca. 2600 mm und einer inneren Höhe von ca. 3440 mm wurde ein Hochtemperatur-Brenner 9 verwendet, der insbesondere im Hinblick auf die Düsengestaltung Merkmale der DE-PSen 15 29 201 und 31 51 479 aufwies und mit der Mündung der Düse etwa in der Mitte des lichten Innenraums der Pfanne angeordnet war, wie es in C dargestellt ist.
3 Der Hochtemperaturbrenner 9 wurde mit ca. 280 Nm /h Propan und 900 Nm 3/h Sauerstoff ohne Luftbeimischung betrieben.
Er arbeitete etwa 15 Minuten-, bis die Schlacke in ausrei¬ chendem Maß herausgeschmolzen war.