DE2455029C3

DE2455029C3 - Verfahren und Schmelzenpfanne für die Herstellung von Vakuumstahl

Info

Publication number: DE2455029C3
Application number: DE19742455029
Authority: DE
Inventors: Manfred 6653 Oberbexbach Froehlke
Original assignee: Neunkircher Eisenwerk Ag Vormals Gebr Stumm 6680 Neunkirchen
Current assignee: Neunkircher Eisenwerk Ag Vormals Gebr Stumm 6680 Neunkirchen
Priority date: 1974-11-20
Filing date: 1974-11-20
Publication date: 1978-10-19
Also published as: DE2455029B2; DE2455029A1

Description

Alle Metalle haben die Eigenschaft, im schmelzfluss!· gen Zustand Gase zu lösen. Diese Gase entweichen bei der Erstarrung nur zum Teil. Die verbleibende Restmenge führt zu einer erheblichen Verminderung der technologischen Eigenschaften des betreffenden Metalls. Aufgrund von Gleichgewichtsbeziehungen ist bekannt, daß der Gasgehalt von Metallschmelzen vom Druck über der Schmelze abhängt. Wird dieser vermindert, so sinkt entsprechend der Gasgehalt der Schmelze.

Während des Prozesses der Stahlherstellung bestimmt der Kohlenstoffgehalt den Sauerstoffgehalt der Schmelze. Kohlenstoff und Sauerstoff reagieren dabei miteinander und bilden Kohlenmonoxid. Trifft der im Stahl vorhandene Sauerstoff jedoch mit Elementen zusammen, die eine größere Affinität zu Sauerstoff

'⁵ besitzen als Kohlenstoff, so entstehen flüssige oder feste Oxide. In der Regel handelt es sich hierbei um Metalloxide, die je nach Art und Form mehr oder weniger gut ausgeschieden werden. Häufig verbleiben sie im Stahl und beeinträchtigen dadurch seine Verwendbarkeit.

Zur Einstellung der jeweiligen mechanischen Eigenschaften besitzen hochwertige Stähle mehrere Elemente in variierender Menge, unter anderem auch Chrom, Silicium und Mangan. Mit dem Sauerstoffgehalt der Schmelze bilden diese Elemente die unerwünschten flüssigen bzw. festen Oxide. Wird die Schmelze vor Zugabe dieser Elemente jedoch vakuumbehandelt, so läßt sich der Sauerstoff durch Reaktion von Kohlenstoff und Sauerstoff zu Kohlenmonoxidgas so weit erniedrigen, daß die Bildung dieser Oxide praktisch vermieden wird.

Neben den oxidischen Verunreinigungen tritt bei der Stahlherstellung eine weitere Ausfallursache auf. Wasserstoff löst sich in großer Menge im flüssigen Stahl.

Dieser atomar gelöste Wasserstoff geht bei der Abkühlung des Stahls in die molekulare Form über. Eine Entfernung ist dann nur über langwieriges Diffusionsglühen möglich. Auf Wasserstoff zurückzuführende Materialfehler sind als »Flocken« bekannt.

Sowohl für den sicheren Wasserstoffabbau als auch für den Sauerstoffabbau über die CC-Reaktion stehen heute großtechnische Vakuumverfahren zur Verfügung. Diese Verfahren besitzen Legierungssysleme, um nach der Entgasung die notwendigen Elemente zur Einstellung der gewünschten Stahlparameter genau und rasch zugeben zu können.

Zu den ältesten großtechnischen Vakuumverfahren gehört die Pfann:nstandentgasung. Hierbei wird der Stahl in die Gießpfanne abgestochen und in einen Kessel gesetzt. Der Kessel wird mit einem Deckel vakuumdicht verschlossen. Zur Homogenisierung des Pfanneninhalts wird durch einen speziellen feuerfesten Stein im Pfannenboden Inertgas eingeleitet.

Aus diesen und anderen bekannten Verfahren ist das Vakuumfrischverfahren entwickelt worden. Dabei wird durch den vakuumdichten Deckel der Schmelzenpfanne eine Sauerstofflanze geführt. Derartige Verfahren dienen /ur Herstellung von rostfreien Stählen. Während bei der konventionellen Arbeitswert die hochchromhaltige Schmelze an Luft unter starkem Chromverlust auf den gewünschten Kohlenstoffgehalt gefrischt wurde, erfolgt jetzt der Frischvorgang unter Vakuum. Beim Frischen unter Vakuum verschiebt sich das Kohlenstoff-Sauerstoff-Gleichgewicht zu niedrigen

^b5 Sauerstoffgehalt, so daß ein Chromverlust weitge· hend vermieden wird.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß durch das Aufblasen von Sauerstoff auf die Schmelze nur relativ

wenig Sauerstoff in die Schmelze hineingebracht werden kann. Man ist daher dazu übergegangen, den Sauerstoff mit Hilfe von selbstverzehrenden oder keramisch umkleideten Lanzen, die in die Schmelze eingetaucht wurden, möglichst tief in die Schmelze einzubliisen. Dieses Verfahren ist sehr unhandlich, störanfällig und zudem aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber weniger störanfälliges und unkompliziert zu handhabendes Verfahren anzugeben, mit welchem Sauerstoff lief in die Schmelze eingebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 4.

Durch die Tatsache, daß der Sauerstoff zusammen mit weiteren Gasen in die Schmelze eingeblasen wird, ergibt sich auch nicht die Gefahr eines vorzeitigen Abbrandes des Pfannenbodens, wie sie hingenommen werden müßte, wenn ausschließlich Sauerstoff durch den Pfannenboden geblasen wird.

Da nach dem Frischen die Schmelzenpfannen üblicherweise an einen anderen Ort verbracht werden, wo sie entleert werden, ist dafür Sorge zu tragen, daß während des Transports die Schmelze nicht durch die Sauerstoffblasöffnungen abfließt. Während die Spülsteine, mit denen üblicherweise die zur Badbewegung zugeführten Gase ausreichend feine Poren haben, daß in sie keine Schmelze eintreten kann, ist der Querschnitt der Blasöffnungen für den Sauerstoff so groß, daß die Schmelze in sie eindringen kann.

Aus der DE-PS 19 35 401 und aus der DE-OS 21 04 561 ist es bereits bekannt, den Bodenauslaßschieber einer Schmelzenpfanne mit einer Zuführungseinrichtung für durch den Pfannenboden zu blasende Gase zu kombinieren.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bedient man sich vorteilhafterweise dieses Gedanken., und ordnet die Zuführungseinrichtung für den Sauerstoff an dem Bodenauslaßschieber an. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gedankens sind Gegenstand der Patentansprüche 5 bis 11. Demnach ist die Gaszuführungseinrichtung lösbar am Verschlußschieber befestigt und besteht die Gaszuführungseinrichtung aus einem Rohr, das in dtt Auslaßöffnung des Schiebers verschiebbar angeordnet ist. Es ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sein der Schmelze zugekehrtes Ende in Arbeitsstellung, d. h. während der Gaszuführung, mit dem inneren Pfannenboden etwa bündig abschließt.

Das kohr weist vorzugsweise zwei zueinander konzentrische Wandungen auf, so daß mit ihm im Innenrohr Sauerstoff und im das Rohr umgebenden ringförmigen Spalt ein inertes Gas, wie etwa Argon, zuführbar ist. Bei Abstimmung der Durchmesser von Auslaß im Schieber und Auslaß im Pfannenboden läßt sich auch eine Dreirohrdüse realisieren, deren äußeres Rohr von den Auslaßwandungen und dem Außenmantel des im Auslaß angeordneten doppelwandigen Rohres M) begrenzt ist. Mit einem solchen Dreifachrohr läßt sich im äußersten Spalt ein Edelgas, im mittleren Spall Sauerstoff und konzentrisch dazu in der Mitte Wasserdampf in die Schmelze einblasen, Wasserdampf und das im äußeven Mantel zugeführte Gas setzen den fc> CO-Partialdruck in der Schmelze erheblich herab. Das äußere Mantelgas kann auch Kohlendioxid oder ein anderes Schutzgas sein. Kohlendioxid dissoziiert Unter den in der Schmelze herrschenden hohen Temperaturen in einer endothermen Reaktion, die das Mauerwerk in der Schmelzenpfanne schützt. Der Kohlenstoff wird dabei im Mauerwerk gebunden und stört in der Schmelze nicht. Diese Gase können aber auch über Vielfachdüsen in die Schmelze eingeführt werden, die aus mehr als drei konzentrisch zueinander angeordneten Rohren bestehen, falls die erforderlichen Gasmengen bei entsprechend hohen Abstichsgewichten vergrößert werden müssen, um die vorgegebene Behandlungsdauer einzuhalten. Durch diese Maßnahme werden die Ringspaltquerschnitte vergrößert, ohne daß das Verhältnis von ausströmender Kühlgas- zur Mantelgasmenge gestört und die Schutzwirkung des Mantelgases beeinträchtigt wird.

Die Erfindung sei anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 nur die interessierenden Teile am Boden einer Schmelzenpfanne in Schließstellunp des Schiebers,

F i g. 2 die Gesamtanordnung in Umstellung.

In dem Beispiel nach Fig. 1 ist im Boden einer Schmelzenpfanne 1, die mit einer Ausmauerung 2 ausgekleidet ist, ein Auslaßstein 3 angeordnet, ir dessen Auslaß 4 ein mit einer Bohrung 5 versehener außen konisrher Auslaßkörper 6 eingepaßt ist. Er wird von einer Platte 7 gehalten, die auf der Unterseite glatt ist. Der Platte 7 gegenüber ist ein Schieber 8 angeordnet, der auf der glatten Unterseite de,· Platte 7 gleitet. Im Schieber 8 ist eine Bohrung 9 von dem Durchmesser der Bohrung 5 im Auslaßkörper 6 vergleichbaren Durchmesser ausgebildet. Der Halterung des Schiebers 8 dient ein Gleitrahmen 10, der in einem Gestell 11 verschiebbar gelagert ist. Schraubendruckfedern 12 drücken den Verschlußschieber 8 gegen die Platte 7 und erzeugen damit eine Dichtung zwischen dem Verschlußschieber 8 und der Platte 7.

Der Verschlußschieber 8 ist seitlich so verschiebbar, daß seine Bohrung 9 mit der Bohrung 5 im Verschlußkörper 6 in Flucht bringbar ist. Mit dem Verschlußschieber 8 verschiebbar ist eine Bodenplatte 13, an die ein die Gaszuführungseinrichtung tragender Halter 14 angeflanscht ist. Mittels Spannkeilen 15 im Bolzen 16 oder anderer geeigneter Maßnahmen ist der Halter 14 von der Bodenplatte 13 lösbar, se daß die Schmelzenpfanne auch ohne die Gaszuführungseinrichtung verfahrbar ist.

Vom Halter 14 wird die Gaszuführungseinrichtung getragen, die aus zwei zueinander konzentrischen Rohren 17 und 18 besteht. In das innere Rohr 18 wird ein Verdünnungsmedium, z. B. Wasserdampf, zugeführt und in das äußere Rohr 17 das Frischmedium Sauerstoff. Der Durchmesser des äußeren Rohrs 17 ist im vorliegenden Beispiel kleiner als der Durchmesser der Bohrungen 9 und 5 gewählt, so daß in den Ringspalt zwischen Rohr 17 und innerer Wandung der Bohrungen ein peripheres Schutzfluid einführbar ist, das über ein Rohr 19 zugeführt wird. Die Rohranordnung 17, 18 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel austauschbar mit Hilfe der Spannmutieranordnung 20 befestigt.

Dem Verschieben in Richtung der Bohrungen dient ein Mechanismus, bestehend aus einer Zahnstange 21, die an der Rohranordnung 17, 18 befestigt ist, sowie einem zugehörigen Antriebsmechanismus 22. Die gezeichnete Siel'.t/ng in Fig.] ist die Schließstellung, d. h. ein Zustand, in dem weder geblasen noch Schmelze aus der Pfanne 1 abgelassen wird.

Soll mit Hilfe der Gaszuführungseinrichtung gefrischt

werden, dann wird der Schiebermechanismus aus dem in Fig. 1 dargestellten Zustand zunächst nach rechts geschoben und gleichzeitig Druck angelegt, damit aus der Schmelzenpfanne keine Schmelze in die Blasrohre eindringen kann. Wenn die Bohrungen 9 und 5 miteinander fluchten, dann wird mil Hilfe des Antriebsmechanismus 22 und 21 die Rohranordnung 17 und 18 nach oben gefahren so lange, bis das obere Ende der Rohre mit dem Ende der Bohrung 5 am inneren Schmelzenpfarinenboden fluchtet. Dieser Zustand ist in Fig.3 dargestellt. Anstelle des Iriertgases werden nunmehr die Schutz- und Frischgase der Dreirohrdüse zugeführt, Die Schmelze kann nun wirksam gefrischt werden, wobei durch den äußeren Mantel aus peripherem Schutzfluid eine Beschädigung des Pfannenbodens vermieden wird.

Soll der Frischprozeß beendet werden, dann wird zunächsi wiederum anstelle der Friseh- und Sehutegase ein inertgas durch alle Rohre der Drei- oder Vielrohrdüse eihgeblasen, dann die Blasrohranordnung unter Aufrechterhaltung des Druckes wieder zurückgezogen und letztlich der Schieber in seine SchlieBstellung gebracht., wie sie Fig, 1 zeigt und die Gaszuführungsventile geschlossen. Nachfolgend wird die gesamte Gaszuführungeinrichturig durch Abflanschen des Halters 14 von der Bodenplatte 13 gelöst, anschließend ist der Verschlußschieber 8 frei, so daß durch ein Verschieben in die in Fig.2 dargestellte Stellung die Bodenöffnung zum Auslassen der Schmelze frei ist.

Durch das Abflanschen der Gaszuführungseinrichtung ist gleichzeitig die Schmelzenpfanne frei von allen störenden Verbindungen und kann leicht verfahren werden.

Ist die Schmelzenpfanne leer und der Auslaßkörper 6 beschädigt, so kann dieser gegen einen neuen ausgetauscht werden. Damit in die Bohrung 5 keine Schmelze einfließen kann, die möglicherweise darin erstarren könnte, wird die Bohrung 5 vor dem Einfüllen der Schmelze vorzugsweise mit einem Füllmedium 23,

z. B. Sand, gefüllt. Einem Schutz der GaszuführUngsrohfe 17 und 18 kann ein Verschlußplättchen 24 an dessen Ende dienen. Verschlußpläüchen 24 und Füllsahd 23 werden. na^hfol^Qnd beim Frischen in die Schmelze geblasen.

μ Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Gaszufühfungseinrichturig Und der Auslaß am Boden der Schmelzpfanne angebracht. Die Erfindung ist selbstverständlich aber auch in der Wand einer Schmelzenpfanne anwendbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

^s -^₇--r =■— ^Z₁ J^J—^ -^- »αΛγ-^ΛαιϊΙ

^azm-cz^^p^

ι? -"rj.ijj-;%3»j£L,

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Frischen einer in einer Vakuumschmelzenpfanne vorhandenen, von einem bodenseitig zugeführten Inertgas und/oder durch Dissoziation endotherm wirkenden Gas bewegten Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff bodenseitig in die Schmelze geblasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff in der Mitte eines ringförmigen Strahles aus inertem und/oder durch Dissoziation endotherm reagierendem Gas in die Schmelze geblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte des konzentrischen Gasstromes Wasserdampf mit in die Schmelze geblasen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Schutz-, Frisch- und Verdünnungsmedien getrennt voneinander durch Ringspalte einer Mehr-Faehdüse geblasen werden, die aus mehr als drei zueinander konzentrischen Rohren besteht.

5. Schmelzenpfanne zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem verschließbaren Bodenauslaß, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenauslaß (5) zugleich Zuführungsöffnung für den Sauerstoff ist und mittels eines Schiebers (8) Verschließbar ist, an dem die Sauerstoffzuführungseinrichtung (17) angePanscht' jt.

6. Schmelzenpfanne nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Sau c'stoffzuführungseinrichtung (17) lösbar am Verschlußschieber (8) befestigt ist.

7. Schmelzenpfanne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzuführungseinrichtung ein Rohr (17) ist, das verschiebbar in der Auslaßöffnung (9) des Schiebers (8) angeordnet ist.

8. Schmelzenpfanne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (17) derart verschieubar gelagert ist, daß sein der Schmelze zugekehrtes Ende in Arbeitsstellung mit dem inneren Pfannenboden etwa bündig abschließt.

9. Schmelzenpfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr zwei zueinander konzentrische Wandungen (17, 18) aufweist, die einen zum ringförmigen Zuführen eines Gases ausreichenden Zwischenraum begrenzen.

10. Schmelzenpfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der das Rohr (17) umgebenden Schieberöffnung (9) sowie der Wandung des Pfannenbodenauslasses (5) einerseits und der äußeren Rohrwandung (17) ein für die ringförmige Zuführung eines Gases ausreichender Zwischenraum vorgesehen ist.

11. Schmelzenpfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenauslaßöffnung (5) in der Schmelzenpfanne in einem auswechselbaren Auslaßkörper (6) angeordnet ist