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Verfahren zum Entgasen von Stählen, gegebenenfalls auch von Gusseisen oder andern Metallen, sowie Anlage zur
Durchführung des Verfahrens
Seit etwa einem Jahrzehnt wird in der Stahlwerkspraxis in rasch steigendem Masse die Entgasung eingeführt, wobei drei Verfahren im Vordergrund stehen, bei denen das Merkmal gemeinsam ist, dass der Stahlin Schmelzeinrichtungen, die bei Atmosphärendruck arbeiten, erschmolzen wird. Bei der zuerst entwickelten Giessstrahlentgasung wird der Stahl aus einer Giesspfanne in ein Vakuum eingegossen und im fallenden Strahl entgast. Das Verfahren wird in einem grossen Vakuumbehälter durchgeführt, auf dessen Deckel eine Einfüllpfanne vakuumdicht aufgesetzt wird.
Diese Enfüllpfanne kann entweder diejenige Pfanne sein, mit welcher der aus dem Ofen abgestochene Stahl zu der Vakuumanlage herantransportiert wird, oder eine mit dem ortsfesten Vakuumbehälter verbundene Einfüllpfanne, in welche der Stahl aus der Transportpfanne eingefüllt wird. Für den Fall, dass die Transportpfanne selbst auf den Deckel des Vakuumbehälters vakuumdicht aufgesetzt wird, kann die Durchflussöffnung im Deckel des Vakuumbehälters schon vor dem Antransport der Pfanne durch eine sogenannte Membrane vakuumdicht verschlossen sein, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, den grossen Vakuumbehälter schon vor dem Aufsetzen der Pfanne zu evakuieren. evakuieren.
Weiter in die Praxis eingeführte Verfahren sind das sogenannte Heber-Verfahren sowie das UmlaufVerfahren. Beiden Verfahren ist gemeinsam, dass das aus dem Ofen abgestochene Metall aus einem offenen Behälter, z. B. einer Pfanne in einen Vakuumraum mittels eines Rüssels eingesaugt wird. Beim HeberVerfahren wird das in kleinen Teilmengen angesaugte Metall nach der Entgasung wieder in denselben Behälter abgelassen. Beim Umlauf-Verfahren wird das hochgesaugte und meist auch mit einem Hilfsgas mit Auftrieb versehene Metall ebenfalls nach dem Entgasen wieder abgelassen, jedoch nicht durch den Ansaugrüssel, sondern durch einen separaten zweiten Rüssel. Diese Verfahren haben inzwischen eine grosse Verbreitung in nahezu allen Stahl herstellenden Ländern gefunden, so dass zur Zeit über 100 derartige Anlagen, darunter etwa 75 Giessstrahlentgasungsanlagen, betrieben werden.
In der Literatur sind auch einige Verfahren beschrieben, bei denen vorgeschlagen wird, das schmelzflüssige Metall unmittelbar aus dem Ofen oder aus einer Art Vorherd in das Vakuum einzubringen. So soll z. B. nach der USA-Patentschrift Nr. 2,054, 922 schmelzflüssiges Metall aus dem Ofenherd durch einen Kanal in der Ofenwand in einen Vakuumraum hochgesaugt werden, worauf es über eine Schrägfläche durch einen zweiten Kanal in der Ofenwand in eine Art Vorherd läuft. Ferner ist (USA-Patentschrift Nr. 2,587, 793) eine Entgasung nach Art des Umlaufverfahrens beschrieben, wobei der Ansaugrüssel in den Vorherd eines Ofens eintaucht, der zum Ablassen des Metalls xus dem Vakuumraumbehälter dienende Rüssel in den Vorherd eines zweiten Ofens eintaucht. Keines dieser Verfahren hat sich in die Praxis einführen lassen.
Schon vor der Zeit der praktischen Anwendung der Entgasung in den Stahlwerken wurde der Vorschlag gemacht (USA-Patentschrift Nr. 2, 253, 421), Stahl in der Einfüllpfanne eines Vakuumbehälters
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mit Tragzapfen für die Bewegung mittels Giesskran versehen oder fahrbar gemacht. Für diesen Fall ist es weiter zweckmässig, den Anschlussstutzen und/oder die Saugleitung flexibel zu gestalten und sie vorzugs- weise aus dreh- oder kugelgelenkartigen Teilen bestehen zu lassen.
Im Bedarfsfall, insbesondere bei der Behandlung von unberuhigtem Stahl während des Abstiches, wer- den die Leitungen, die vom Evakuierungsbehälter zum Pumpenaggregat führen, zweckmässig gekühlt, vorzugsweise mittels entlang der Saugleitung geführten Pressluftrohren, deren Austrittsöffnungen gegen die
Vakuumleitung gerichtet sind.
Es erwies sich als vorteilhaft, in den Fällen, in denen sowohl die Behandlung beim Abstich als auch beim späteren Vergiessen in Formen, Kokillen oder Stranggiesskokillen unter Vakuum geschehen soll, ein und dasselbe Pumpenaggregat für beide Unterdruckbehandlungen zu verwenden. Zu diesem Zweck kann eine weitere Saugleitung vom Pumpenaggregat oder von der zur Abstich-Entgasungseinrichtung führenden
Leitung abgezweigt werden.
Diese Leitungen sowie die Anschlussstutzen sind mit Absperrorganen zu versehen, um auf die ver- schiedenen Einrichtungen zwecks Erzeugung von Unterdruck umschalten zu können.
Nach beendetem Abstich kann an der vorgesehenen Stelle in Formen gegossen werden. Die Schmelze kann dabei in Kokillen oder Giessformen oder in Stranggiessformen vergossen werden, die an Luft, unter
Schutzgas oder in oder unter Vakuum stehen. Weiterhin können der Schmeize vor, während oder nach der
Entgasung Beruhigungs- und/oder Legierungsmittel zugegeben werden. Im Falle der Behandlung von Stahl kann dieser unberuhigt, teilberuhigt oder beruhigt abgestochen werden. Für die andern Metalle gilt dies sinngemäss.
Wird der Stahl unberuhigt abgestochen, so ist die Entgasung besonders wirksam. Bisher war es im
Stahlwerk mit erheblichen Gefahren verbunden, völlig unberuhigten Stahl in der Abstichpfanne zu transportieren wegen der Möglichkeit, dass der Stahl in der Pfanne aufwallt. Völlig unberuhigt abgestochener Stahl kann dagegen nach der erfindungsgemässen Behandlung völlig gefahrlos transportiert werden.
Der durch die Unterdruckbehandlung zu entgasende Stahl wird in üblicher Weise z. B. in einem Elektro-Ofen, S. M.-Ofen, Konverter usw. erschmolzen. Der Stahl kann beruhigt, halb beruhigt oder unberuhigt aus dem Ofen fliessen, wobei die Beruhigungsmittel durch eine Zugabevorrichtung (vakuumdichte Schleuse) zugegeben werden können. Gegebenenfalls können auch Legierungen eingetragen werden, wie z. B. Titan, Niob, Bor, Aluminium. Wird der Stahl unberuhigt abgestochen, ist die Entgasung besonders wirksam, weil ein grosser Teil der Desoxydation während des Einlaufens ins Vakuum über die desoxydierende Gasphase CO des Kohlenstoffs verläuft. Diese Reaktion wird, wie an sich bekannt, besonders begünstigt durch das Aufteilen des einfliessenden Strahles in Tröpfchen, die eine grosse Reaktionsoberfläche haben. Die Zugabe der Desoxydations- und/oder Legierungsmittel kann z.
B. vor und während der VakuumBehandlung erfolgen. Auch beim Abgiessen in Formen oder Kokillen und danach können Desoxydationsund/oder Legierungsmittel in das schmelzflüssige Metall eingeführt werden.
In dem Fall, dass eine Verbindungsrinne zwischen dem Abstich des Ofens und dem oberen Rand des Eingiessgefässes benutzt wird, besitzt diese Eingiessrinne eine Aufhängung, die es gestattet, die Verbindungsrinne mit fortschreitendem Absenken der Abstichrinne mit zu senken. Der dem Eingiessgefäss zugewandte Teil der Verbindungsrinne ruht zweckmässig auf einer reibungsarmen Führungseinrichtung, die am Eingiessgefäss oder in dessen Nähe angeordnet ist.
Für den Fall, dass keine Verbindungsrinne benutzt wird, wird das Anpassen der Entfernung zwischen Abstich und Einfüllgefäss während des Abstechens zweckmässig dadurch bewirkt, dass das Evakuierungsgefäss an einem Kran hängend oder auf Rädern fahrbar entsprechend bewegt wird.
Für eine Vakuum-Abstichpfanne ist noch von besonderer Bedeutung, sofern sie eine Stopfenstange hat, die Führung für die Stopfenstange vakuumdicht zu gestalten.
An der äusseren Pfannenwandung entlang ist ein vakuumdichtes Gehäuse für die Stopfenführung angeordnet. Dieses Gehäuse ist oben vakuumdicht mit einer Durchbohrung des Flansches verbunden, der bei einer solchen Pfanne für die Dichtung gegen den Pfannendeckel benötigt wird. Das untere Ende des Gehäuses trägt eine Vakuumdichtung, welche die Führungsstange umschliesst, welche ihrerseits zweckmässig runden Querschnitt hat. Die Dichtung ist vorzugsweise als Stopfbüchse ausgebildet. Zweckmässig wird eine besonders weiche Stopfbüchsenpackung benutzt. Die Dichtung wird mit Hilfe einer Überwurfmutter während des Arbeitens mit Vakuum in der Abstichpfanne fest auf die weiche Packung gedreht, während sie vor Beginn des Giessens gelöst werden soll, um eine leichtere Bewegung der Stange zu erlau- ben.
Die Saugleitung zwischen dem Vakuumbehälter, z. B. der Vakuum-Abstichpfanne und dem Pumpenaggregat, wird zweckmässig gekühlt. Die Kühlung kann unter Umständen auf die Nähe der Abstichpfanne
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kugelgelenkföimigenWasser- und Sauerstoffwerte abstichentgaster 50 t-Schmelzen aus dem Lichtbogen-Elektroofen.
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<tb>
<tb>
Blockf. <SEP> *) <SEP> Ncm3 <SEP> H2/100 <SEP> g <SEP> Ncm3 <SEP> O2/100 <SEP> g
<tb> Schmelze <SEP> Qualität <SEP> 5 <SEP> MS/U
<tb> Schmelze <SEP> i. <SEP> Ofen <SEP> i. <SEP> Giestr. <SEP> i. <SEP> Blockhaube <SEP> i. <SEP> Ofen <SEP> i. <SEP> Blockhaube
<tb> Stückz.
<tb>
(im <SEP> flüssigen <SEP> Stahl) <SEP> (im <SEP> flüssigen <SEP> Stahl)
<tb> 525 <SEP> 711 <SEP> C <SEP> 35 <SEP> 10 <SEP> 1,9/1,9 <SEP> 0,7/0,4 <SEP> 0,7 <SEP> 0,0130 <SEP> 0, <SEP> 0020
<tb> 525723 <SEP> C <SEP> 35 <SEP> 10 <SEP> 2,1/1,7/1,9 <SEP> 0,5/0,7 <SEP> 0,9 <SEP> 0,0130 <SEP> 0,0020
<tb> 525731 <SEP> C <SEP> 35 <SEP> 10 <SEP> 1, <SEP> 7/1, <SEP> 5/1,6 <SEP> 0, <SEP> 6/0, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 0100 <SEP> 0, <SEP> 0020 <SEP>
<tb> 525739 <SEP> C <SEP> 35 <SEP> 10 <SEP> 3, <SEP> 1/3, <SEP> 0/3, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 4/0, <SEP> 6 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 0110 <SEP> 0, <SEP> 0020 <SEP>
<tb> 525745 <SEP> C <SEP> 35 <SEP> 10 <SEP> 1, <SEP> 9 <SEP> 0,8/0,9 <SEP> 0,7 <SEP> 0,0110 <SEP> 0,0020
<tb> 527867 <SEP> 41 <SEP> Cr <SEP> 4 <SEP> 10 <SEP> 2, <SEP> 3/2, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 8/0, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> 0.
<SEP> 0130 <SEP> 0, <SEP> 0020 <SEP>
<tb> 528105 <SEP> 42 <SEP> CrV <SEP> 6 <SEP> 10 <SEP> 1, <SEP> 8/1, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 8/0,9 <SEP> 0,9 <SEP> 0, <SEP> 0170 <SEP> 0, <SEP> 0025 <SEP>
<tb> 528 <SEP> 111 <SEP> 41 <SEP> Cr <SEP> 4 <SEP> 10 <SEP> 1,9/1,8 <SEP> 0,9/0,9 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 0,0130 <SEP> 0,0025
<tb> 528 <SEP> 131 <SEP> 42 <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> 4 <SEP> 7 <SEP> 1,5/1, <SEP> 6 <SEP> 0, <SEP> 9/1, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 0110 <SEP> 0, <SEP> 0025
<tb> 528179 <SEP> 41 <SEP> Cr <SEP> 4 <SEP> 10 <SEP> 1,7 <SEP> 0,6/0,7 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 0120 <SEP> 0, <SEP> 0025 <SEP>
<tb> 528195 <SEP> 41 <SEP> Cr <SEP> 4 <SEP> 10 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 0, <SEP> 9/0.
<SEP> 8-0, <SEP> 0120 <SEP> 0, <SEP> 0030 <SEP>
<tb> 527647 <SEP> 41 <SEP> Cr <SEP> 4 <SEP> 10 <SEP> 2,4/2,4 <SEP> 0,8/0,8 <SEP> 1,1 <SEP> 0,0130 <SEP> 0,0025
<tb> 527797 <SEP> 42 <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> 4 <SEP> 10 <SEP> 3,7/3,8 <SEP> 1,0/1,0 <SEP> - <SEP> 0,0130 <SEP> 0,0030
<tb> 527 <SEP> 25 <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> 4 <SEP> 7 <SEP> 2, <SEP> 1/2, <SEP> 3 <SEP> 0,9 <SEP> 1,0 <SEP> 0, <SEP> 0250 <SEP> 0, <SEP> 0025 <SEP>
<tb>
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Tabelle (Fortsetzung)
EMI6.1
<tb>
<tb> Schmelze <SEP> Qualität <SEP> lockf. <SEP> *) <SEP> Ncm3 <SEP> H2/100 <SEP> g <SEP> Ncm3 <SEP> O2/100 <SEP> g
<tb> 5 <SEP> MS/U <SEP> i. <SEP> Ofen <SEP> i. <SEP> Giessstr. <SEP> i. <SEP> Blockhaube <SEP> i. <SEP> Ofen <SEP> i. <SEP> Blockhaube
<tb> Stückz.
<tb>
528 <SEP> 681 <SEP> C <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 2,4 <SEP> 0,8/0,9/0,8 <SEP> 1,6 <SEP> 0,0210 <SEP> 0,0050
<tb> 520 <SEP> 351 <SEP> C <SEP> 10 <SEP> 8 <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,6 <SEP> - <SEP> 0,0055
<tb> 520 <SEP> 321 <SEP> C <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 3,3/3,8 <SEP> - <SEP> 1,4 <SEP> 0,0280 <SEP> 0,0065
<tb> 520 <SEP> 312 <SEP> C <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 3,3/3,2 <SEP> 0,8 <SEP> 1,0 <SEP> 0,0280 <SEP> 0,0065
<tb> 520 <SEP> 289 <SEP> C <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,1 <SEP> 1 <SEP> 1
<tb>
*) 5 MS/U = 5t-Blockgewicht im Unterguss, 5 Blöcke auf einer Platte im Gespann vergossen.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsformen der für das erfindungsgemässe Verfahren zu verwendenden Anlagen, Vorrichtungen und einzelne Teile davon darge tellt, u. zw. zeigt Fig. 1 eine Abstich-VakuumPfanne, also eine Vorrichtung, bei der der Vakuumraum nur innerhalb der Pfanne selbst liegt ; Fig. 2 eine flexible Leitung zwischen dem Vakuumbehälter und dem (nicht gezeichneten) Pumpenaggregat ; Fig. 3 eine Kühlung für die flexible Leitung nach Fig. 2 ; Fig. 4 eine vakuumdichte StopfenfUhrung für eine Vakuum-Abstich-Pfanne nach Fig. l ; Fig. 5 eine Anlage, bei der die Abstichpfanne in einem Vakuumraum aufgestellt und eingeschlossen ist ; Fig. 6 eine Abwandlung der Einrichtung gemäss Fig. 5.
Nach Fig. l trägt die als vakuumdichtes Gefäss ausgebildete Abstichpfanne 1 einen vakuumdicht aufgelegten Deckel 2, der einen Stutzen 3 zum Anschluss an die Vakuumleitung 4 besitzt. Ausserdem ist der Anschlussstutzen 3 mit einem Ventil 6 versehen. Der Anschlussstutzen 3 und/oder die Saugleitung 4 sind flexibel und vorzugsweise mit dreh- bzw. kugelgelenkartigen Teilen 15 (Fig. 2) versehen. Auf dem Deckel 2 ist ein trichterförmiges Einfüllgefäss 5 angeordnet, dessen Stopfenstange 13 auch fehlen kann. Unter dem Ausguss des Trichters befindet sich eine Abdichtung 9, die beim Angiessen beseitigt wird. Unter dem Ausguss des Einfüllgefasses 5 ist ein Spritzschutz 7 angeordnet zum Schutz der Stopfenvorrichtung 8.
Ausserdem ist noch eine Schleuse 11 für die Zuführung von Legierungs-und/oder Desoxydationsmitteln vorgesehen sowie eine Fernsehkamera 12 zur Überwachung des Entgasungsvorganges. Am Einfülltrichter 5 befindet sich aus Sicherheitsgründen die Überlaufrinne 14, insbesondere für Schlacke.
Die flexible Verbindung gemäss Fig. 2 ist in Fig. l nicht gezeichnet. Sie dient z. B. dazu, die Vorrichtung den Bewegungen der Abstichrinne 16 während des Abstechens folgen zu lassen. Diese flexible Leitung besteht gemäss Fig. 2 aus rohrförmigen Stutzen 4, welche durch Gelenke 15, in diesem Fall Drehgelenke, miteinander verbunden sind.
Nach Vollendung des Abstiches kann der Deckel 2 abgenommen und in üblicher Weise vergossen werden. Es kann aber auch die ganze Vorrichtung, gegebenenfalls nach Lösung des Anschlusses an die Vakuumleitung, weggefahren und mit aufsitzendem Deckel gegossen werden. Das Ventil 6 im Anschlussstutzen wird vorzugsweise während des Transportes geschlossen gehalten.
Während die flexible Leitung in Fig. 2 in Seitenansicht dargestellt ist, zeigt Fig. 3 eine Draufsicht auf die flexible Leitung. Hiernach sind entlang den Rohrstutzen 4 der flexiblen Saugleitung KühlmittelRohre 17 angeordnet, die das Kühlmittel 18 durch Öffnungen 19 auf die Saugleitungsteile 4 blasen können. Die Kühlrohre 17 haben ebenfalls Gelenke 20, damit sie den Saugleitungsabschnitten 4 und den Gelenken 15 bei Lageveränderungen folgen können.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer vakuumdichten Führung für die Stopfenstange einer Abstich- Vakuum-Pfanne 1. Diese Pfanne besitzt wieder einen Deckel 2, der in einer Dichtung 23 des Flansches 24 aufgelegt ist. Dieser Flansch 24 besitzt eine Bohrung 25, in welche das Gehäuse 26 für die Stopfenführungsstange 27 vakuumdicht eingeführt ist. Die Stange 27 hat im Bereich des Flansches 24 eckigen Querschnitt, der jedoch bei 28 in runden Querschnitt übergeht. Am unteren Ende des Gehäuses 26 ist eine Stopfenbüchse 29 vakuumdicht angeschlossen mit einer Weichpackung 30 und einer Überwurfmutter 31. Die Führungsstange 27 ist in einer weiteren Führung 32 nochmals gehalten. An die Führungsstange 27 ist, wie üblich, oben der Kreuzkopf 33 angeschlossen, der seinerseits die Stopfenstange 8 trägt.
Fig. 5 zeigt eine Anlage, bei der nicht mehr die Abstichpfanne selbst mit einem Deckel vakuumdicht gemacht wird, sondern die Pfanne 46 in einem mit Deckel 2 versehenen Vakuumgefäss 41 eingeschlossen ist.
Der Deckel 2 ist in diesem Fall an dem Evakuierungsbehälter 41 angelenkt (Gelenk 60), so dass er beim Öffnen des Evakuierungsgefässes 41 aufgeklappt werden kann. Im Deckel ist weiterhin eine Eingiessöffnung 45 mit dem Spritzschutz 7 vorhanden. Das kleine Einfüllgefäss 47 ist auf dem Deckel bei 48 vakuumdicht aufgesetzt. An dem Einfüllgefäss 47 ist ferner ein Tragarm 49 mit einer Führung 50 für die Verbindungsrinne 51 angeordnet. Diese Verbindungsrinne ist mit der Abstichrinne 52 gelenkig verbunden mittels der Gelenke 53, so dass sie im Verlauf des Abstichs aus der mit ausgezogenen Strichen gezeichneten Stellung in die strichpunktiert gezeichnete Stellung abgesenkt werden kann entsprechend der fortschreitenden Absenkung der Abstichrinne 52. Unter dem Ausguss 54 des Einfüllgefässes 47 befindet sich eine Abdichtung 55, die beim Angiessen beseitigt wird.
In Fig. 6 ist ein Evakuierungsbehälter 41 dargestellt, der aus einem Bodenteil 56, einem Mittelteil 57 und dem Deckel 2 besteht. In diesem Fall ist das Einfüllgefäss 47 an seinem Ausguss 54 weder durch einen Stopfen oberhalb der Ausgussöffnung, noch durch einen Verschluss unterhalb abgedichtet. In diesem Fall muss also der in das Einfüllgefäss 47 zuerst eingeflossene Stahl die Abdichtung des Ausgusses 54 übernehmen und von da ab wird zweckmässig mit einem sehr leistungsfähigen Pumpen-
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aggregat das Vakuum innerhalb des Evakuierungsbehälters 41 hergestellt. Es sind auch Ausführungsfor- men des Evakuierungsbehälters brauchbar, bei denen der Deckel 2 und der Mittelteil 57 aus einem Stück bestehen, so dass nur eine Dichtung am Bodenteil 56 erforderlich ist.