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Verfahren und Vorrichtung zur Vakuumbehandlung von Stahl
Es ist bekannt, unlegierten oder legierten Stahl weitgehend von Verunreinigungen, insbesondere darin enthaltenen Gasen, zu befreien, wobei der schmelzflüssige Stahl fallend in einen Vakuumraum eingebracht wird.
Bei solchen Vakuumibehandlungen findet eine gewisse Abkühlung des Stahles unvermeidlicherweise statt. Falls nicht im Vakuum unmittelbar in Kokille oder Giessform gegossen wird, sondern in eine Pfanne, deren Inhalt erst anschliessend zum
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zu. Man kann diese Verluste zwar einigermassen dadurch ausgleichen, dass die Abstichtemperatur des Stahles entsprechend überhöht wird. Es kann jedoch vorkommen, dass die Temperatur des an dem Vakuumraum ankommenden Stahles durch
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allem bei verhältnismässig kalt fertig gewordenen Windfrischstählen der Fall ist. Es kann daher aus mancherlei Gründen der Wunsch nach einer Aufheizung des bereits aus der Herstellungsvorrich-
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Stahleszweckmässig wäre, die Aufheizung schnell und wirtschaftlich durchführen zu können.
Es ist auch ein Vorschlag bekannt, nach dem ein Stahl, bevor er in eine Pfanne einläuft, die in einem Vakuumraum aufgestellt ist, in einer Zwischenpfanne über dem Vakuumraum mit Hilfe von elektrischem Strom erhitzt wird.
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gehtkenntnis aus, dass der elektrische Lichtbogen ein solches Mittel zur intensiven und schnellen Aufheizung des zu evakuierenden Stahles ist.
Die Einbeziehung eines Lichtbogens in einen Vakuumraum setzt jedoch voraus, dass der Lichtbogen in dem für eine weitgehende Stahlentgasung in Frag2 kommenden Unterdruckbereich, z. B. von etwa 2 bis 10-3 mm Hg, eine ausreichende Stabilität hätte. Die Stabilität des Lichtbogens wird je-
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vonsehr niedrigen Drücken von beispielsweise 2 bis 10-3 mm Hg dadurch miteinander zu koppeln, dass der Stahl in einer oberen Druckstufe, etwa 10 bis 500 mm Hg, vorzugsweise von 10 bis 100 mm, der aufheizenden Wirkung eines Lichtbogens ausgesetzt wird, worauf anschliessend der Stahl in mindestens einer weiteren Drucksture in ein wesentlich höheres Vakuum von beispielsweise 5 bis 10-3 mm Hg eingebracht wird.
Da die verschiedenen Druckstufen gegenein'- andier abgeteilt sein müssen, wird der Stahl am Ende der ersten Druckstufe mindestens in solchem Masse gesammelt, dass dieser Stahl die Durchfluss- öffnung zwischen den Druckstufen laufend abschliesst. Vorher wird diese Durch, flussöffnung zweckmässig in bekannter Weise mittels einer Membrane verschlossen gehalten, die nach Berührung mit dem zuerst dort ankommenden Stahl durchschmilzt.
Der Lichtbogen oder mehrere Lichtbogen können in der oberen Druckstufe so angeordnet sein, dass der aus der Einfüllpfanne der oberen Druckstufe in diese einfallende Stahl den Bereich des Lichtbogens durchquert. Es kann aber statt dessen zweckmässigerweise in der oberen Druckstufe eine Art Lichtbogenofen angeordnet sein, in welchen der Stahl aus der Einfüllpfanne der oberen Druckstufe einfällt, worauf er im Herd dieses kleinen Elektroofens durch einen oder mehrere Lichtbogen aufgeheizt wird und von dort fortlaufend zur unteren Druckstufe abgelassen wird.
Der Lichtbogenofen kann im Verhältnis zu üblichen Öfen dieser Art klein sein, weil er ein be-
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dem weiterfliessenden Stahl abgeführt wird.
Das Durchfliessenlassen des Stahles in der ersten Druckstufe durch einen Lichtbogen eröffnet auch eine hervorragende Möglichkeit, den Stahl mit Schlacken oder Schlackenbildnern zu behandeln.
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eine Entphosphorungdort vonstatten gehen zu lassen : vorteilhafterweise wird dabei der Reaktionsbereich im Elektroofen auf die Umgebung der Auftreffzone des einfallenden Stahles beschränkt, etwa durch Einbau einer
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Schikane, z. B. eines Fuchses. Der Lichtbogen wird dann zweckmässig in dem schlackenfreie Teil des Ofens zur Einwirkung gebracht.
Das bedeutet, dass die Entphosphorung in dem besonders kühlen Teil der Herdbeschickung erfolgt und durch die niedrige Stahltemperatur begünstigt wird. Bei entsprechend hohen Phosphorgehalten sind mit den basischen Schlacken bzw. Sehlackenbildnern noch Sauerstoffträger, z. B. Erz, aufzugeben. Es kann auch für laufende Erneuerung und Abfliessen der Schlacke gesorgt werden.
Wenngleich im Lichtbogenofen auch entschwefelt werden kann, wobei zweckmässig der Lichtbogen im Schlackenbereich brennt, so ist es, vor
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wennphosphort werden soll, vorzuziehen, die Entschwefelung in einer weiteren Druckstufe vorzunehmen. Auch die endgültige Desoxydation, gegebenenfalls gleichzeitig mit einer Entschwefelung und Legierung, findet vorzugsweise in einer weiteren Druckstufe statt.
Es kann auch im Elektroofen auf'beiden Seiten
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lung des Stahles durchgeführt werden. So kann z. B. auf der Seite, an der der Stahl zugeführt wird, eine Entphosphorung, und auf der anderen
Seite z. B. eine Entschwefelung, Desoxydation und Legierung oder ein Teil dieser Massnahmen vorgenommen werden. Der Ablauf des Stahles wird dann zweckmässig'unter dem durch Lichtbo- gen beaufschlagten Teil des Bades vorgesehen.
Infolge der Einschaltung solcher metallurgischer
Behandlungen ist die Möglichkeit geboten, auch von Ausgangsmaterial auszugehen, welches die sonst zwischen Abstich und Nachbehandlung üb- lichen Behandlungen, z. B. Vor- oder Fertig-
Desoxydation, Legieren, nicht erfahren hat oder im metallurgischen Schmelzgerät noch weitgehend von dem sonst beim Abstich üblichen Endzustand entfernt ist. So können z. B. Vorfrischmetall der üblichen metallurgischen Verfahren, insbesondere auch der Windfrischverfahren, die mit Luft, Sauerstoff oder kombinierten Blasmitteln arbeiten, oder im wesentlichen aus Schrott ohne weitgehende metallurgische Behandlung erzeugte Schmelzen als Ausgangsmaterial für die Vakuumbehandlung verwendet werden.
Auch solche beim Einsatz in das Verfahren gemäss der Erfindung vergleichsweise unreine Schmelzen können mit dem Verfahren nach der Erfindung in sehr hochwertigen Stahl umgewandelt werden.
Die Verfahren können auch kontinuierlich durchgeführt werden unter intermittierender oder kontinuierlicher Zufuhr von flüssigem Stahl und intermittierender oder kontinuierlicher Zufuhr der Schlackenbildner, Mittel zum Entphosphoren, Entsehwefeln und Legieren. Dabei können die sich bildenden Schlacken stufenweise teil- oder vollkontinuierlich entfernt werden.
Die Behandlungs- oder Abdeckmittel für die'in der letzten Stufe stehende Pfanne werden zweck mässig vor dem Eingiessen in die Pfanne eingebracht und können beim Giessen ausserhalb des Vakuums auf dem Bad verbleiben.
In der Zeichnung sind Beispiele für erfindunggemäss zu betreibende Vorrichtungen dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung, in deren erster Druckstufe der Stahl durch den Bereich von Lichtbogen hindmrchfällt ; Fig. 2 eine Vorrichtung, bei der in der ersten Druckstufe eine Art Elektro-
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Fig. 2, wobei der Elektroofen für metallurgische Behandlung eingerichtet ist ; Fig. 4 eine Vouchtung, ähnlich der nach Fig. 3. bei der jedoch der Auslauf des Stahles besonders geregelt ist ; Fig. 5 eine Vorrichtung, bei der mehrere Elektroöfen in verschiedenen Stufen vorgesehen sind.
In Fig. 1 ist eine Einfüllpfanne j ! mit Hilfe der Dichtung 2 gasdicht auf den Deckel 3 des darunter angeordneten Vakuumraumes 4 für die erste Entgasungsstulfe aufgesetzt. Der Vakuumraum 4 ist durch den Zwischenboden 5 von dem darunter liegenden weiteren Vakuumraum 6 getrennt. Im Raum 6 können Kokillen, Stahlform-Giessformen oder Pfannen aufgestellt werden (durch die Tür 7). Die Vakuumleitung 8 am Vakuumraum 4
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6Unterdruckes in beiden Räumen.
Im Raum 4 sind die Elektroden 10, 11. 12 bzw. 10'. 10", 11' und 11" derart angeordnet, dass ihr Lichtbogen im Bereich des aus dem Ausguss 13 der Einfüllpfanne 1 fliessenden Stahlstrahles
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werden, so dass der Strahl um so weniger streut, je geringer der Unterdruck ist. jedoch sollte die-
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Beispiels der Fig. 1 ist im Bereich der Lichtbogen J JO'-n', 10"-11" ein elektromagnetisches Spulensystem 25 angeordnet, welches auf den Stahl-
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einwirken kann.
Es können gegenüber der dargestellten Verwen-1 dung von drei Lichtbogen noch mehr Lichtbogen oder auch nur ein oder zwei Lichtbogen vorhanden sein.
Nach Durchfallen der Lichtbogen wird der Stahl in einem Gefäss 14 mindestens so weit an- 1 gestaut, dass der Durchfluss 15. der zum unteren Vakuumraum 6 fü'hrt, ständig gefüllt ist.
Bei Fig. 2 ist im Vakuumraum 4 ausser der Zwischenpfanne 14 eine Art kleinen Elektroofens eingebaut, da ; im Deckel (falls dieser vorhanden 1 ist) eine Durchlassöffnung 15 für den einfallenden Stahlstrahl aufweist sowie einen Abfluss 16 über dem Zwischengefäss 14. Die Elektroden 10,
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mittelbar über dem sich im Herd 17 ansammelnden Stahlsumpf brennt (oder zwischen Elektroden und Stahlsumpf). Im übrigen entspricht die Ausbildung der Vorrichtung im wesentlichen der
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1.dass der Herd 17 durch den Fuchs 18 unterteilt ist.
Rechts des Fuchses 18 fällt der Stahl ein, und er kann dort metallurgisch behandelt, insbesondere entphosphort werden. Die Schlacke kann durch die Öffnung 19 überlaufen. Der Stahl fliesst durch den Fuchs nach links ab zum Zwischengefäss 14 und wird auf diesem Wege durch die links des Fuchses 18 angeordneten Elektroden erhitzt. Die abfliessende Schlacke kann im Behälter 20 gesammelt werden. Weitere Behandlungsmittel können durch die Schleuse 21 und/oder 21' zugeführt werden. Es ist auch möglich, die Elektroden rechts des Fuchses anzuordnen, insbesondere ist dies zu empfehlen, wenn eine durch höhere Temperatur begünstigte Reaktion, z. B. Entschwefelung, stattfinden soll.
In der unteren Druckstufe 6 ist eine Stranggiesseinrichtung eingebaut, wobei die wassergekühlte
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rigen weitgehend Fig. 3 entspricht, entfällt das Zwischengefäss 14. Statt dessen führt ein Abfluss 30 aus dem Herd 17 nach unten. Die öffnung des Abflusses 30 ist durch das Rohr 22 mit der Ein- nu. ssöffnung 23 zum unteren Vakuumraum 6 verbunden. Am Rohr 22 sind eine oder mehrere Stromspulen 24 angeordnet, die durch Erzeugung und Regelung von Wirbelströmen im durchflie- ssenden Stahl die Durchflussmengen steuern. Diese Spulensysteme werden z. B. mit Wechselstrom, z. B. dreiphasig, gespeist. Die Phasenfolge verläuft dann von unten nach oben.
Durch die Wechselwirkung entsteht in der Stahlsäule eine aufwärts gerichtete Komponente. Das magnetische Wechselfeld muss nach Frequenz und Amperewindungszahl so kräftig ausgelegt sein, dass es der im Herd 17 vorkommenden Stahlsäule mindestens weitgehend das Gleichgewicht halten kann.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei dar in den beiden oberen Stufen je ein Elektroofen angeordnet ist. In diesem Falle kann je in einer Ofeneinheit für sich eine metallurgische Behandlung durchgeführt werden, z. B. in der oberen Kammer 4 bei z. B. tieferen Temperaturen und höherem absoluten Druck eine Entphosphorung und in der unteren Kammer 4'bei schon aufgeheiztem Stahl eine Entschwefelung und Desoxy-
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PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zum Vakuumbehandeln von un-
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rungen unter Einfallenlassen des Stahlstrahles in einen evakuierten Raum, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrere Stufen unterschiedlicher Unterdruckhöhe durchlaufende Stahl in einer oberen Druckstufe von z. B. 10 bis 500, vorzugsweise
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mm.
Hgmindestens eines elektrischen Lichtbogens ausgesetzt wird, worauf in mindestens einer weiteren Druckstufe der Stahl in ein wesentlich höheres Vakuum von z. B. 5 bis 10-3 mm Hg einfällt.