Vorrichtung zum Anheben und wieder Absetzen einer Pfanne, Anlage mit einer solchen Vorrichtung und Verfahren

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anheben und wieder Absetzen einer Pfanne zur Behandlung von flüssigem Metall in der Pfanne mittels einer Behandlungseinrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anlage zur Behandlung von flüssigem Metall, insbesondere eine Anlage zur Entgasung von flüssigem Metall, wie eine Ruhrstahl-Heraeus-Anlage (RH-Anlage), mit einer solchen Vorrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Behandlung von flüssigem Metall in einer Pfanne mittels einer Behandlungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Wechseln einer Behandlungseinrichtung einer solchen Anlage.

Zur Erhöhung der Qualität von Metallen werden diese bei Bedarf in geschmolzenem Zustand behandelt. Eine bekannte Behandlungsmethode ist beispielsweise die Entgasung von flüssigem Metall, um Reste von Sauerstoff und/oder weiteren Gasen aus der Metallschmelze zu entfernen. Dieses Verfahren wird in der Regel in einer RH-Anlage (Ruhrstahl-Heraeus-Anlage) durchgeführt. Dazu wird das flüssige Metall in einer sogenannten Gießpfanne (im Folgenden nur als Pfanne bezeichnet) unterhalb einer Behandlungseinrichtung positioniert. Die Behandlungseinrichtung, beispielsweise ein Behandlungsgefäß mit einem evakuierbaren Innenraum, weist an ihrer Unterseite mindestens eine Einlassöffnung, weiterhin in der Regel auch eine Auslassöffnung auf. Zur Behandlung des in der Pfanne befindlichen flüssigen Metalls wird dieses durch die Einlassöffnung in den Innenraum eingebracht, insbesondere eingesaugt. Dazu wird die Pfanne in der Regel durch eine Vorrichtung angehoben, so dass die Einlassöffnung und gegebenenfalls die Auslassöffnung in das flüssige Metall eintauchen und während der Behandlung keine Luft in den Innenraum eindringen kann. In der Behandlungseinrichtung wird das Metall behandelt, insbesondere entgast, und fließt im Anschluss an den Behandlungsvorgang wieder in die Pfanne zurück. Die Pfanne wird danach mit der Vorrichtung wieder nach unten abgesenkt.

Die WO2012/000218WO 2012/000218 A1A1 offenbart ein Pfannenhebesystem aufweisend eine Rahmenkonstruktion, die mittels Hydraulikzylindern angehoben wird. Die Rahmenkonstruktion, wie auch die mit flüssigem Metall gefüllte Pfanne selbst, weist ein hohes Eigengewicht auf und erfordert entsprechend leistungsstark ausgelegte Hubzylinder.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine flexible und kostengünstige Vorrichtung zum Anheben einer Pfanne anzugeben. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfach zu wartende Anlage, umfassend eine solche Vorrichtung, anzugeben.

Die Aufgabe wird für die Vorrichtung zum Anheben und wieder Absetzen einer Pfanne zur Behandlung von flüssigem Metall in der Pfanne mittels einer Behandlungseinrichtung gelöst, wobei die Vorrichtung umfasst:

• – mindestens drei vertikal ausgerichtete Metallstreben,
• – mindestens zwei horizontal ausgerichtete Querstreben, wobei eine jede Querstrebe zwei der Metallstreben miteinander verbindet und an diesen befestigt ist,
• – zwei Querbalken, wobei ein jeder Querbalken in vertikaler Richtung beweglich mit einer der Querstreben verbunden ist,
• – mindestens ein Positionierungselement zur Bewegung jeweils eines Querbalkens, wobei jedes Positionierungselement einerseits mit einer der Querstreben und andererseits mit einem der Querbalken verbunden ist, derart dass die Querbalken voneinander unabhängig beweglich sind,
• – jeweils ein mit dem jeweiligen Querbalken verbundenes Pfannenaufnahmeelement, mittels welchem die Pfanne aufnehmbar ist, und
• – mindestens ein Positionierungsmittel zur Ausrichtung einer Position des jeweiligen Pfannenaufnahmeelementes.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen das anzuhebende Gewicht deutlich verringert ist und daher geringer dimensionierte Positionierungselemente mit verringertem Energiebedarf verwendbar sind. Während im Stand der Technik oft schwere und unflexible Rahmenkonstruktionen als Teil der Vorrichtung zum Einsatz kommen, werden hier leichte und unabhängig voneinander bewegliche Querbalken eingesetzt, die selbst und deren Positionierungselemente unabhängig voneinander gewartet oder ausgetauscht werden können.

Dabei hat es sich bewährt, wenn die Metallstreben an einem ihrer Enden zur Fixierung in einem Untergrund vorgesehen sind. Der Untergrund kann dabei durch ein Fundament, eine Tragkonstruktion, einen Hallenboden usw. gebildet sein.

Bevorzugt wird mindestens ein Ende der beiden Enden eines jeden Querbalkens in einer vertikalen Führungsschiene geführt. Dadurch wird ein Schwingen oder Pendeln der Querbalken in horizontaler Richtung zuverlässig verhindert. Eine Beschädigung des mit einem Querbalken verbundenen mindestens einen Positionierungselements wird zuverlässig vermieden. Besonders bevorzugt ist es, beide Enden eines jeden Querbalkens in jeweils einer Führungsschiene zu führen.

Die jeweilige Führungsschiene weist insbesondere eine Längsachse auf, die parallel zu den Längsachsen der Metallstreben verläuft. Bevorzugt ist die jeweilige Führungsschiene einstückig mit einer Metallstrebe ausgebildet. Dazu kann eine Metallstrebe eine Eingriffsnut aufweisen, in der ein Ende des Querbalkens geführt wird. Alternativ kann die Führungsschiene beabstandet von einer Metallstrebe an dieser montiert sind oder ohne Verbindung zu einer Metallstrebe an einer Querstrebe oder am Untergrund befestigt sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfasst diese vier Metallstreben. Diese sind, in der Draufsicht gesehen, insbesondere an den Eckpunkten eines Rechtecks angeordnet. Aber auch eine Vorrichtung mit drei Metallstreben hat sich bewährt, wobei die Metallstreben dann in der Draufsicht gesehen an den Eckpunkten eines gleichschenkeligen oder gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind.

Pro Querbalken können lediglich ein Positionierungselement oder auch mehrere Positionierungselemente vorgesehen sein. Insbesondere aber werden zwei Positionierungselemente vorgesehen. Dies ermöglicht eine gegenseitige Absicherung der Positionierungselemente bei einem Ausfall oder Versagen eines der Positionierungselemente, wobei der daran befestigte Querbalken gegen eine unkontrollierte vertikale Bewegung gesichert ist.

Bevorzugt weisen die Querbalken jeweils mindestens ein, gegebenenfalls bewegliches, Behandlungseinrichtungsaufnahmeelement auf, wobei die Behandlungseinrichtung mit Hilfe der Behandlungseinrichtungsaufnahmeelemente aufnehmbar ist. Zur optionalen Bewegung eines jeden Behandlungseinrichtungsaufnahmeelements ist vorzugsweise jeweils mindestens ein weiteres Positionierungselement vorhanden. Die Behandlungseinrichtungsaufnahmeelemente kommen dann zum Einsatz, wenn eine Wartung oder ein Austausch der Behandlungseinrichtung erforderlich ist. Nähere Ausführungen zur Funktionsweise der Behandlungseinrichtungsaufnahmeelemente folgen weiter unten.

Das Positionierungselement zur Bewegung eines Querbalkens und/oder das weitere Positionierungselement zur Bewegung eines Behandlungseinrichtungsaufnahmeelements ist bevorzugt als Hydraulikzylinder ausgebildet.

Das Positionierungselement zur Bewegung eines Querbalkens kann alternativ auch durch mindestens ein Seilzugsystem ausgebildet sein.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Anlage zur Behandlung von flüssigem Metall in einer Pfanne gelöst, aufweisend eine erfindungsgemäße Vorrichtung und eine Behandlungseinrichtung, wobei die Behandlungseinrichtung an den Metallstreben und/oder den Querstreben der Vorrichtung lösbar befestigt ist. Die erfindungsgemäße Anlage weist die oben genannten Vorteile der Vorrichtung auf und bietet optional eine schnelle und kostengünstige Möglichkeit zum Wechsel der Behandlungseinrichtung.

Vorzugsweise ist die Behandlungseinrichtung mit Befestigungsmitteln an den Metallstreben und/oder Querstreben sowie an weiteren Anlagenteilen befestigt, die insbesondere automatisch mittels einer Fernbedienung aktiviert und gelöst werden können. Das ermöglicht eine schnelles An- und Abkuppeln der Behandlungseinrichtung im Wartungsfall ohne erforderlichen Personaleinsatz.

Die Anlage weist bevorzugt weiterhin ein Transportsystem zum Transport der Pfanne in einer Transporteinrichtung, insbesondere einem Rollwagen, zur Behandlungseinrichtung auf. Bei einer Transporteinrichtung in Form eines Rollwagens wird in der Regel ein Schienensystem benötigt, auf dem der Rollwagen sich bewegt. Alternativ kann als Transporteinrichtung aber auch ein autonomes Fahrzeug dienen, das die Pfanne unter die Behandlungseinrichtung transportiert.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Anlage um eine, bei welcher die Behandlungseinrichtung zur Entgasung des flüssigen Metalls eingerichtet ist. Vorteilhafter Weise ist die Anlage eine RH-Anlage. Die Behandlungseinrichtung weist dabei einen evakuierbaren Innenraum auf, der mit mindestens einem Anlagenteil umfassend mindestens eine Vakuumpumpe verbunden ist. Insbesondere ist die Verbindung durch eine oder mehrere Rohrleitungen realisiert, die den Innenraum mit der mindestens einen Vakuumpumpe verbinden.

Ein Verfahren zur Behandlung von flüssigem Metall in einer Pfanne mittels einer Behandlungseinrichtung hat sich als vorteilhaft erwiesen, wobei die Pfanne mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung soweit angehoben wird, dass das flüssige Metall in der Pfanne mittels der Behandlungseinrichtung behandelbar ist. Insbesondere weist die Behandlungseinrichtung dabei eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung auf, wobei die Pfanne soweit angehoben wird, dass die Einlassöffnung und die Auslassöffnung in das flüssige Metall eingetaucht sind.

Besonders vorteilhaft ist jedoch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Wechseln einer Behandlungseinrichtung einer erfindungsgemäßen Anlage, umfassend folgende Schritte:

• – Ankoppeln der Behandlungseinrichtungsaufnahmeelemente an die Behandlungseinrichtung,
• – Lösen der Behandlungseinrichtung von den Metallstreben und gegebenenfalls von weiteren damit verbundenen Anlagenteilen,
• – Betätigen der Positionierungselemente und Bewegen der Querbalken zusammen mit den Behandlungseinrichtungsaufnahmeelementen und der Behandlungseinrichtung vertikal nach unten,
• – Absetzen der Behandlungseinrichtung auf eine Transporteinrichtung, Abkoppeln der Behandlungseinrichtungsaufnahmeelemente und Abtransport der Behandlungseinrichtung,
• – Antransport einer weiteren Behandlungseinrichtung auf einer weiteren Transporteinrichtung,
• – Ankoppeln der Behandlungseinrichtungsaufnahmeelemente an die weitere Behandlungseinrichtung,
• – Betätigen der Positionierungselemente und Bewegen der Querbalken zusammen mit den Behandlungseinrichtungsaufnahmeelementen und der weiteren Behandlungseinrichtung vertikal nach oben,
• – Verbinden der weiteren Behandlungseinrichtung mit den Metallstreben und gegebenenfalls den weiteren Anlageteilen, und
• – Abkoppeln der Behandlungseinrichtungsaufnahmeelemente von der weiteren Behandlungseinrichtung.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine schnelle und kostengünstige Möglichkeit zum Wechsel der Behandlungseinrichtung bereit. Während konventionelle Anlagen mit hohem Personal- und Zeitaufwand gewartet werden müssen, bietet der Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Anlage hier deutliche Vorteile.

Die Behandlungseinrichtungsaufnahmeelemente sind optional beweglich ausgeführt. Sie werden dann bevorzugt mittels weiterer Positionierungselemente bewegt und positioniert.

Für das Verfahren zum Wechseln der Behandlungseinrichtung hat es sich dabei insbesondere als günstig erwiesen, wenn die Behandlungseinrichtung mit Befestigungsmitteln an den Metallstreben und/oder Querstreben sowie an weiteren Anlagenteilen befestigt ist und, insbesondere automatisch, mittels einer Fernbedienung aktiviert und gelöst werden. Das ermöglicht ein besonders schnelles An- und Abkuppeln der Behandlungseinrichtung im Wartungsfall.

Die 1 bis 9 sollen beispielhaft erfindungsgemäße Vorrichtung und Anlagen sowie Verfahren aufzeigen. So zeigt:

1 schematisch eine Vorrichtung in der Seitenansicht,

2 eine Anlage mit einer Vorrichtung gemäß 1 in der Seitenansicht,

3 die Anlage gemäß 2 im Längsschnitt,

4 die Anlage gemäß 2 in der Vorderansicht,

5 die Anlage gemäß 4 mit angehobener Pfanne,

6 einen Ausschnitt aus 5 im Bereich der Querbalken in dreidimensionaler Darstellung,

7 die Anlage gemäß 4 im Wartungsmodus,

8 die Anlage gemäß 7 im Schnitt VIII-VIII, und

9 die Anlage gemäß 7 mit abgesenkter Behandlungseinrichtung.

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zum Anheben und wieder Absetzen einer Pfanne 9 zur Behandlung von flüssigem Metall 8 in der Pfanne 9 in der Seitenansicht (vergleiche auch 2 und 3 zu Pfanne 9 und flüssigem Metall 8). Die Vorrichtung 1 umfasst vier Metallstreben 2, von denen hier nur zwei sichtbar sind. Die Metallstreben 2 sind durch Querstreben 2a miteinander verbunden. Weiterhin sind zwei Querbalken 5 vorhanden, die mittels Positionierungselementen 4 in Form von Hydraulikzylindern mit den Querstreben 2a verbunden sind. Pro Querbalken 5 sind zwei Positionierungselemente 4 vorhanden, die eingerichtet sind, den damit verbundenen Querbalken 5 in z-Richtung oder entgegengesetzt dazu zu bewegen. Ein jeder Querbalken 5 ist mit einem Pfannenaufnahmeelement 7 verbunden, mittels welchem die Pfanne 9 aufnehmbar ist. Pro Pfannenaufnahmeelement 7 ist ein Positionierungsmittel 4' zur Ausrichtung einer Position des jeweiligen Pfannenaufnahmeelementes 7 vorhanden. An den Metallstreben 2 sind Führungsschienen 2b montiert, an denen die beiden Enden eines jeden Querbalkens 5 geführt werden.

2 zeigt eine Anlage 100 mit einer Vorrichtung 1 ähnlich 1 in der Seitenansicht. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 kennzeichnen gleiche Elemente. Die Metallstreben 2 der Vorrichtung 1 sind an einem Untergrund 20 befestigt. Im Bereich der Querstreben 2a ist eine Behandlungseinrichtung 3 angeordnet und mittels Befestigungsmitteln 15 befestigt. Im oberen Teil der Behandlungseinrichtung 3 sind weitere Anlagenteile 22 erkennbar, die eine Verbindung zwischen der Behandlungseinrichtung 3 und einer hier nicht dargestellten Vakuumpumpe zum Evakuieren des Innenraums 3a der Behandlungseinrichtung 3 herstellen. Die Pfanne 9 weist zwei Griffelemente 11 auf, welche von den Pfannenaufnahmeelementen 7 aufgenommen sind, um die Pfanne 9 damit anzuheben. Die Pfanne 9 befindet sich auf einem Rollwagen 17 und wurde mit dessen Hilfe unter die Behandlungseinrichtung 3 transportiert.

3 zeigt die Anlage 100 gemäß 2 im Längsschnitt, wobei die Pfanne 9 aber in angehobenen Zustand dargestellt ist. Gleiche Bezugszeichen wie in 2 kennzeichnen gleiche Elemente. In dieser Ansicht ist der Innenraum 3a der Behandlungseinrichtung 3 sowie das flüssige Metall 8 in der Pfanne 9 erkennbar. Die Behandlungseinrichtung 3 weist eine Einlassöffnung 13 und eine Auslassöffnung 13' (vergleiche 4) auf, die in das flüssige Metall 8 eintauchen. Das flüssige Metall 8 wird nach Starten einer Evakuierung des Innenraums 3a über die Einlassöffnung 13 in den Innenraum 3a gesaugt, dort entgast und fließt über die Auslassöffnung 13' in die Pfanne 9 zurück.

4 zeigt die Anlage 100 gemäß 2 in der Vorderansicht. Gleiche Bezugszeichen wie in 2 kennzeichnen gleiche Elemente. Hier sind nun auch Behandlungseinrichtungsaufnahmeelemente 21 zur Aufnahme der Behandlungseinrichtung 3 im Wartungsfall erkennbar. Die Behandlungseinrichtungsaufnahmeelemente 21 sind hier starr an den beiden Querbalken 5 fixiert, können alternativ aber auch beweglich ausgeführt sein und über hier nicht dargestellte weitere Positionierungselemente bewegt und positioniert werden. Die Behandlungseinrichtung 3 weist Vorsprünge 14 auf, an welchen die Behandlungseinrichtungsaufnahmeelemente 21 bei einem Anheben der Querbalken 5 angreifen und eine Gewichtsentlastung im Bereich der Befestigungsmittel 15 bewirken, so dass diese in einfacher Weise gelöst werden können.

5 zeigt die Anlage 100 gemäß 4 mit angehobener Pfanne 9. Gleiche Bezugszeichen wie in 4 kennzeichnen gleiche Elemente. Beim Anheben der Querbalken 5 mittels der Positionierungselemente 4 wird die Pfanne 9 angehoben und in Richtung Behandlungseinrichtung 3 bewegt, bis diese in das flüssige Metall 8 eintaucht (vergleiche 3). Die Querbalken 5 laufen an ihren beiden Enden dabei in den Führungsschienen 2b.

6 zeigt einen Ausschnitt aus 5 im Bereich der Querbalken 5 zur besseren Übersicht in dreidimensionaler Darstellung. Gleiche Bezugszeichen wie in 5 kennzeichnen gleiche Elemente.

7 zeigt die Anlage gemäß 4 im Wartungsmodus. Gleiche Bezugszeichen wie in 4 kennzeichnen gleiche Elemente. Die Querbalken 5 sind durch die Positionierungselemente 4 so weit nach oben gefahren, dass die Behandlungseinrichtungsaufnahmeelemente 21 an die Vorsprünge 14 der Behandlungseinrichtung 3 ankoppeln und die Befestigungselemente 15 vom Gewicht der Behandlungseinrichtung 3 entlastet sind. Unter der Behandlungseinrichtung 3 ist ein Rollwagen 17 mit einem Aufnahmeelement 17' zur Aufnahme der Behandlungseinrichtung 3 angeordnet. In dieser Position werden die Befestigungsmittel 15 gelöst. Auch das Befestigungsmittel 15 zwischen den weiteren Anlagenteilen 22 und der Behandlungseinrichtung 3 wird gelöst.

8 zeigt die Anlage gemäß 7 im Schnitt VIII-VIII. Gleiche Bezugszeichen wie in 7 kennzeichnen gleiche Elemente. Zwei der Befestigungsmittel 15 sind bereits von der Behandlungseinrichtung 3 gelöst und zwei noch nicht gelöst dargestellt.

9 zeigt die Anlage gemäß 7 mit auf das Aufnahmeelement 17' abgesenkter Behandlungseinrichtung 3. Gleiche Bezugszeichen wie in 7 kennzeichnen gleiche Elemente. Der Rollwagen 17 inklusive des Aufnahmeelements 17' und der Behandlungseinrichtung kann nun abtransportiert werden. Um die Anlage möglichst schnell wieder in einen betriebsbereiten Zustand zu versetzen, wird anschließend eine weitere – gegebenenfalls neue oder überholte – Behandlungseinrichtung auf einem weiteren Rollwagen mit Aufnahmeelement antransportiert. Die weitere Behandlungseinrichtung wird mittels der Behandlungseinrichtungsaufnahmeelemente 21 aufgenommen, angehoben und über die Befestigungsmittel 15 fixiert. Der leere Rollwagen inklusive Aufnahmeelement wird abtransportiert. Die Anlage ist wieder zur Behandlung von flüssigem Metall einsetzbar.

Die 1 bis 9 zeigen lediglich Beispiele, wie die Behandlungseinrichtung, die Behandlungseinrichtungsaufnahmeelemente, die Pfannenaufnahmeelemente, die Führungsschienen, die Positionierungselemente usw. ausgebildet sein können. Dem Fachmann erschließen sich in Kenntnis der vorliegenden Erfindung jedoch ohne Weiteres eine Vielzahl weiterer Möglichkeiten, wie eine erfindungsgemäße Vorrichtung oder eine erfindungsgemäße Anlage ausgebildet werden kann, ohne dabei erfinderisch tätig werden zu müssen.