DE3236829C2

DE3236829C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von geschmolzenem Metall in einem Gefäß, das im Boden eine Ausgußöffnung enthält

Info

Publication number: DE3236829C2
Application number: DE3236829A
Authority: DE
Inventors: William Charlotte N.C. Wells
Original assignee: Kortec AG
Current assignee: Kortec AG
Priority date: 1981-10-05
Filing date: 1982-10-05
Publication date: 1987-01-29
Also published as: FR2513909A1; GB2112310A; AT390083B; ATA368082A; JPS626609B2; GB2112310B; AU553745B2; US4424955A; BR8205834A; AU8912482A; JPS58130231A; CA1198900A; DE3236829A1; FR2513909B1

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von geschmolzenem Metall in einem bodengießenden Gefäß durch eine von einem Schieberverschluß gesteuerte Ausgußöffnung. In der Ausgußöffnung des Gefäßes ist eine Düse aus zwei konzentrischen Rohren mit einem zentralen Kanal und einem äußeren Ringspalt angeordnet. Das Behandlungsmaterial wird durch den zentralen Kanal der Düse in das geschmolzene Metall eingeblasen und ein Kühlmittel durch den Ring spalt der Düse. Nach Beendigung der Behandlung wird durch den zentralen Kanal und den Ringspalt Sauerstoff einge blasen, um die Düse zurückzubrennen und den Ausguß zum Gießen zu öffnen.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
Demnach bezieht sie sich auf die Behandlung von flüssigem Metall in einem Frisch- oder Behandlungsgefäß durch Einblasen von Gas durch den Ausguß in der Bodenwand des Gefäßes, der durch einen Schieberverschluß steuerbar ist. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar beim Feinen oder Frischen von Stahl in einer Pfanne oder einem anderen Aufnahmegefäß.
Es sind verschiedene Verfahren zum Feinen bzw. Frischen von Metall bekannt, die in einem Gefäß durchgeführt werden und bei denen unterhalb des Badspiegels Gas durch die Seiten- oder Bodenwand des Gefäßes eingeblasen wird. Solche Behandlungen umfassen das Entschwefeln, die Entphosphorung und Desoxidation sowie das Einbringen von Legierungszusätzen. Bis jetzt verbleibt jedoch stets die erforderliche Rohrleitung beim Gefäß, sie ist nach Beendigung der metallurgischen Behandlung nicht entfernbar.
Ublicherweise wird das Behandlungsgas durch einen porösen Stopfen in der Bodenwand des Gefäßes in das flüssige Metallbad eingeblasen. Das Gas strömt durch die Zwischenräume des porösen Stopfens in das Bad, während das geschmolzene Metall den Stopfen nicht passieren kann. Es sind hier hohe Drücke erforderlich, um eine ausreichende Menge an Gas durch den Stopfen zu treiben, damit die gewünschte Behandlung durchgeführt werden kann. Durch die vorliegende Erfindung werden die bei der Verwendung eines porösen Stopfens vorhandenen Probleme vermieden.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine metallurgische Behandlung von geschmolzenem Metall durch Einblasen von Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen in das Metall zu ermöglichen, bei der das eingeblasene Material mit maximalem Effekt auf das geschmolzene Metall einwirkt.
Ziel der Erfindung ist es ferner, eine Vorrichtung für die metallurgische Behandlung von geschmolzenem Metall in einem Gefäß oder in einer Pfanne durch Einblasen von Gas durch die Ausgußöffnung vorzusehen, bei der nach Beendigung der metallurgischen Behandlung ein Ausgießen des geschmolzenen Metalls durch die Ausgußöffnung möglich ist.
Weiterhin soll ein Verfahren für die Gasbehandlung eines geschmolzenen Metalls in einer Pfanne oder einem Gefäß verfügbar gemacht werden, bei dem das Gas unterhalb der Oberfläche des Metalls durch die Ausgußöffnung in das geschmolzene Metall eingeblasen wird und anschließend das geschmolzene Metall durch die gleiche Öffnung ausgegossen wird.
Schließlich sollen Maßnahmen vorgesehen werden, um die unterhalb des Badspiegels vorhandene Einblasvorrichtung entfernen zu können, während das geschmolzene Metall im Gefäß verbleibt, ohne daß Verluste an geschmolzenem Metall entstehen.
Die erfindungsgemäßen Verfahren sind durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gekennzeichnet, die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen zu entnehmen.
Demgemäß handelt es sich bei der Erfindung um eine entfernbare, unterhalb des Bades angeordnete Düse zum Einblasen von Behandlungsgasen durch die Ausgußöffnung einer Pfanne oder eines Gefäßes, die durch einen Schieberverschluß steuerbar ist. Die Düse oder Blasform ist in form von zwei konzentrischen Rohren aufgebaut, wobei durch den zentralen Kanal ein Behandlungsmaterial und durch den äußeren Ringkanal ein Kühlmittel eingeblasen werden kann, das dazu dient, eine Beschädigung des Rohres während der Behandlungsperiode zu verhindern. Die Düse erstreckt sich durch die Ausgußöffnung im Schieberverschluß und ist in einem feuerfesten Düsenblock verankert, der wiederum in der Ausgußöffnung befestigt ist.
Nach Beendigung der metallurgischen Behandlung wird die Düse und ein Teil des Düsenblocks aus der Ausgußöffnung entfernt, die dann durch den Schieberverschluß steuerbar ist.
Geeignete Schieberverschlüsse sind in der US-A-35 01 068 beschrieben.
Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine senkrechte Schnittansicht eines Roheisengefäßes längs der Ausgußöffnung mit angebrachter Gaseinblasvorrichtung;
Fig. 2 eine Teilansicht von Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;
Fig. 3 eine Draufsicht des Ausschnitts von Fig. 2, die die Düsenöffnung und die Gaseinblasvorrichtung darstellt.
Entsprechend Fig. 1 ist ein Gefäß oder eine Pfanne 10, die einen Stahlmantel 12 aufweist, mit feuerfestem Material 14 ausgekleidet und hat in der Bodenwand eine Ausgußöffnung. Innerhalb der Ausgußöffnung befindet sich ein Ausgußblock 16 aus dichter verschleißfester Feuerfestmasse. Zentrisch in diesem Ausgußblock ist eine senkrechte Öffnung, in der ein Düsenblock 18 aus Feuerfestmasse angeordnet ist. Sowohl der Ausgußblock 16 als auch der Düsenblock 18 sind durch Mörtel an der gewünschten Stelle festgehalten. Der Ausgußblock 16 verjüngt sich vorzugsweise an der Oberfläche 20 nach unten zur Ausgußöffnung hin. Der Düsenblock 18 weist eine mittlere Öffnung auf, in der zwei konzentrische Düsenrohre zentrisch gelagert sind. Die Düse umfaßt ein äußeres Metallrohr 24 und ein inneres oder zentrales Metallrohr 26, das durch geeignete Abstandhalter im Abstand vom äußeren Metallrohr gehalten ist, so daß zwischen den Rohren ein Ringspalt 28 gebildet wird. Der untere innere Bereich des Düsenblocks 18 ist vorzugsweise mit einer inneren Ausweitung versehen, die mit3O bezeichnet ist und im Bereich der Schnittstelle der verlängerten Linie der sich verjüngenden Oberfläche 20 mit der Mitte des Düsenblocks beginnt. Eine befestigte Halteplatte 32 aus Feuerfestmasse steht mit der Bodenfläche des Düsenblocks 18 in Verbindung, um den Düsenblock in seiner Arbeitsstellung zu halten.
Unterhalb der Ausgußöffnung ist ein Schieberverschlußmechanismus befestigt, der eine verschiebbare feuerfeste Platte 34 umfaßt, die zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position verschiebbar ist, eine an der Platte 34 angebrachte Betätigungsvorrichtung, wie einen pneumatischen oder hydraulischen Zylinder 36, sowie eine nicht dargestellte geeignete Haltevorrichtung. Am Boden des Schieberverschlusses kann ein Gießmundstück 39 angebracht sein, um das Verspritzen von Metall während des Gießens klein zu halten.
Ein Ventil 40 verbindet das äußere Düsenrohr 24 mit einer äußeren Kühlmittelquelle 42 und alternativ mit einer äußeren Sauerstoffquelle 44. Das zentrale Düsenrohr 26 ist über ein Ventil 50 mit einer Sauerstoffquelle 52, einer Inertgasquelle 54 und einer Quelle 56 vom Behandlungsmaterial verbunden. Das Behandlungsmaterial kann ein Feststoffzusatz in einem Trägergas, einer Flüssigkeit oder in irgend einem gewünschten Behandlungsgas sein.
Das äußere Düsenrohr 24 ist nur an der Spitze, wo sich noch nicht die innere Ausweitung 30 befindet, fest in den Düsenblock 18 einzementiert.
Der Ausgußblock 16 wird in die Gefäßauskleidung 14 eingesetzt, solange das Gefäß kalt ist. Sodann wird das Gefäß unter Verwendung eines üblichen Gefäßvorheizers auf die Betriebstemperatur erhitzt, danach der die Düsenrohre 24 und 26 enthaltende Düsenblock 18 an der vorgesehenen Stelle in den Düsenblock eingesetzt und vom Gefäßboden aus einzementiert. Die feuerfeste Halteplatte 32 wird in Position gebracht und befestigt, um den Düsenblock in der Blasstellung zu halten. Danach wird die Schieberverschlußvorrichtung installiert. Falls gewünscht, kann eine formbare Feuerfestmasse, wie eine Stichlochstopfmasse, im Bereich 58 um die Spitze des Düsenblocks innerhalb des Ofens angebracht werden. Die Düsenrohre 24 und 26 werden mit der Gasversorgung verbunden und es wird begonnen, einen Kühlgasstrom aus der Quelle 42 durch den Ringspalt 28 einzuleiten. Dann wird Inertgas aus der Quelle 54 über das zentrale Düsenrohr 26 zugeführt, anschließend flüssiges Metall in das Gefäß geschüttet und wenn dieses im Gefäß den erforderlichen Pegel erreicht hat, etwa 70% des vollen Pegels, dann wird mit der Gasbehandlung begonnen. Normalerweise wird durch das zentrale Rohr Sauerstoff und durch den Ringspalt Kühlgas eingeblasen. Am Ende der Behandlung wird Sauerstoff sowohl durch das zentrale Rohr 26 als auch den Ringspalt 28 zugeführt. Der Sauerstoff reagiert mit dem Roheisen oder dem heißen Metall und brennt die Rohre innerhalb des Düsenblocks zurück und mit ihnen die Spitze des Düsenblocks aus Feuerfestmasse. Wenn der Düsenblock bis zur ringförmigen Erweiterung 30 zurückgebrannt ist, sind die Düsenrohre 24 und 26 nicht länger mit dem Düsenblock 18 verbunden. Sie werden nun zurückgezogen und der Schieberverschluß 34 betätigt, um die Ausgußöffnung zu verschließen. Das Gefäß ist nun bereit für eine weitere Handhabung oder Behandlung, wie eine Vakuumentgasung, eine Abfüllung, einen Transport oder für das Gießen.
Es wird nun ein Beispiel zur Herstellung eines rostfreien Stahls in einer Pfanne unter Anwendung der beschriebenen Erfindung erläutert.
In diesem Fall bestand die feuerfeste Auskleidung der Pfanne aus Magnesit, das einen Überschuß von 95% MgO enthielt. Der Ausgußblock und der Düsenblock waren ebenfalls aus Magnesit mit einem Überschuß von 95% MgO hergestellt. Die Düsenrohre 24 und 26 waren aus kohlenstoffarmem Stahl. Das Kühlgas aus der Quelle 42 war ein Kohlendioxidgas und das Behandlungsgas aus der Quelle 56 ein Sauerstoff-Kohlendioxidgemisch. Es wurden 16 Tonnen flüssiger Stahl mit 20% Chrom, 8% Nickel und 1,3% Kohlenstoff in die Pfanne geschüttet, die in der Ausgußöffnung eine erfindungsgemäße Vorrichtung enthielt. Das Sauerstoff- Kohlendioxidgemisch wurde sechzig Minuten lang in das geschmolzene Metall eingeblasen. Sodann wurde für kurze Zeit ein Inertgas-Sauerstoffgemisch eingeleitet. Danach hatte sich der Kohlenstoffgehalt auf 0,005% verringert. Es wurde nunmehr ein Gemisch aus fein zerteiltem Kalk und Flußspat mit Sauerstoff in das geschmolzene Metall eingeblasen, um dieses zu entschwefeln und eine Entphosphorung herbeizuführen. Sodann wurde ausschließlich Sauerstoff durch das zentrale Rohr und den Ringspalt 28 eingeblasen, um die Düsenrohre und den Düsenblock bis zur Ausweitung 30 zurückzubrennen. Die Düsenrohre wurden entfernt und der Schieberverschluß 34 sofort geschlossen. Die Pfanne wurde dann zu einer Vakuumentgasungsstation transportiert, nach der der Stahl in Blöcke gegossen wurde. Der erhaltene Stahl war ein chromhaltiger rostfreier Stahl mit 18% Chrom und 8% Nickel.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Gefäßes mit einem Bodenausguß für eine Gasbehandlung unterhalb des Flüssigkeitsspiegels einer in dem Gefäß vorhandenen Schmelze durch eine Ausgußöffnung in der Bodenwand des Gefäßes, das mit einer feuerfesten Masse ausgekleidet ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

1. Einsetzen eines dichten feuerfesten Ausgußblocks in die Ausgußöffnung innerhalb der Auskleidung des Gefäßes und Festzementieren an der vorgesehenen Stelle, während das Gefäß Raumtemperatur aufweist;

2. Erhitzen des Gefäßes auf Betriebstemperatur;

3. Einsetzen eines Düsenblockes in die Öffnung des Ausgußblockes vom Boden des Gefäßes aus und Festzementieren des Düsenblokkes an der vorgesehenen Stelle, wobei der Düsenblock einen in die Öffnung des Ausgußblokkes passenden feuerfesten Stein mit einem senkrechten zentralen Durchgangsloch aufweist, in dem ein äußeres Düsenrohr befestigt ist, dessen oberes Ende mit dem oberen Ende des Düsenblockes abschließt und dessen unteres Ende sich über das untere Ende des Düsenblockes hinaus erstreckt, ferner innerhalb des äußeren Düsenrohres ein inneres Düsenrohr vorhanden ist, dessen oberes Ende sich gleich weit wie das äußere Düsenrohr erstreckt und dessen unteres Ende sich über das untere Ende des Düsenblockes hinaus erstreckt, wobei das innere Rohr an seiner Außenseite Vorsprünge trägt, um einen Ringspalt bzw. einen Ringkanal zwischen dem inneren und dem äußeren Düsenrohr zu bilden;

4. Befestigen einer Schieberverschlußvorrichtung an der Außenseite des Gefäßes derart, daß sich die Düsenrohre des Düsenblockes in geöffneter Position dieser Schieberverschlußvorrichtung durch die Ausgußöffnung erstrekken; und

5. Verbinden des inneren Düsenrohres mit einer ersten Gasquelle und Verbinden des Ringkanals mit einer zweiten Gasquelle.

2. Verfahren zum Behandeln geschmolzenen Metalls in einem Gefäß mit einer Ausgußöffnung in der Bodenwand und einer Düse aus zwei konzentrischen Düsenrohren mit einem zentralen Kanal und einem äußeren Ringkanal, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Einblasen eines Behandlungsmaterials in das geschmolzene Metall des Gefäßes durch den zentralen Kanal der Düse;
Einblasen eines Kühlmittelgases durch den äußeren Ringkanal der Düse;
Einblasen von Sauerstoff sowohl durch den zentralen Kanal als auch den Ringkanal der Düse am Ende der Behandlung, um die Düsenspitze und mit ihr einen Teil des feuerfesten Düsenblockes zurückzubrennen bis zu einer Position, an der der verbleibende Teil der Düse seine Verbindung mit dem Düsenblock verliert;
Entfernen des verbleibenden Teils der Düse aus der Ausgußöffnung; und
Steuern der Ausgußöffnung durch einen äußeren Betätigungsmechanismus für eine Schieberverschlußvorrichtung.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsmaterial ein Gas, eine Flüssigkeit, ein Feststoff in einem Trägergas oder ein Gemisch hiervon ist.

4. Vorrichtung zum Einblasen eines Behandlungsgases in ein Gefäß durch dessen Bodenwand, das eine feuerfeste Auskleidung mit einer Ausgußöffnung im Boden enthält, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

Ein feuerfester Ausgußblock (16) ist in die feuerfeste Auskleidung (14) einzementiert und weist eine zentrale mit der Gießachse fluchtende Öffnung auf;
innerhalb der zentralen Öffnung des Ausgußblockes (16) ist ein feuerfester Düsenblock (18) positioniert, der sich wenigstens bis zur Grenze der feuerfesten Auskleidung (14) in das Gefäß (10) erstreckt;
innerhalb des Düsenblockes (18) sind zwei konzentrische Düsenrohre (24, 26) befestigt, die innerhalb des Gefäßes an der Stirnfläche des Düsenblockes enden, einen Ringkanal (28) bilden und sich bis über die äußere Stahlummantelung (12) des Gefäßes erstrecken und mit entsprechenden Quellen (42, 44, 52, 54, 56) eines Behandlungsmaterials verbunden sind; und
eine Schieberverschlußvorrichtung, die am Äußeren des Gefäßes (10) befestigt ist und ein feuerfestes Verschlußteil (34) mit einer Ausgußöffnung aufweist, die einen Durchtritt der Düsenrohre (24, 26) zuläßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenblock (16) eine innere Ausweitung (30) aufweist, die sich vom Boden des Düsenblockes annähernd bis zur Häfte des oberen Endes des Düsenblockes erstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgußblock (16) sich innen nach unten vom äußeren Rand der oberen Fläche des Ausgußblockes aus verjüngt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Ausgußblockes (16) und des Düsenblockes (18) eine feuerfeste Halteplatte (32) vorgesehen ist, durch die die beiden Blöcke in vorbestimmter Position gehalten werden.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der Schieberverschlußvorrichtung ein sich nach unten erstreckendes Gießmundstück (39) angebracht ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Quellen (52, 54, 56) eines Behandlungsmaterials wahlweise mit dem zentralen Kanal der beiden konzentrischen Düsenrohre (24, 26) verbindbar sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Quellen (42, 44) eines Gases wahlweise mit dem Ringkanal (28) zwischen den beiden konzentrischen Düsenrohren (24, 26) verbindbar sind.