AT404736B - Anwendung eines gebrannten gasspülsteins - Google Patents

Description

AT 404 736 B

Die Erfindung betrifft die Anwendung eines gebrannten Gasspülsteins.

Seit etwa 30 Jahren hat die Vakuumbehandlung von Stahlschmelzen zunehmende Anwendungsgebiete in der Sekundärmetallurgie erschlossen. Hierzu gehört unter anderem die Entgasung mit Spülgas sowie die Vakuumentkohlung.

Die druckabhängige Kohlenstoff-Sauerstoff-Reaktion wird zur Vakuumentkohlung unberuhigter Stahlschmelzen ausgenutzt. Hierdurch lassen sich zum Teil sehr niedrige Kohlenstoffgehalte unter 0,01 % erreichen. Je niedriger der CO-Partialdruck ist, umso niedriger sind die Kohlenstoffendgehalte.

Zur Feinentkohlung unlegierter Stähle sind unter anderem das RH- und DH-Verfahren bekannt.

Beim RH (Ruhrstahl-Heraeus)-Verfahren wird der flüssige Stahl aus der Gießpfanne in einem Steigrohr mittels eines Fördergases (Liftgas), insbesondere Argon, das über dem Stahlspiegel in das Steigrohr eingeführt wird, durch dessen Volumenvergrößerung im Steigrohr und ferner durch den Druckunterschied zwischem dem äußeren Luftdruck und dem Unterdrück im Evakuierungsgefäß in dieses befördert. Der in das Evakuierungsgefäß eingesaugte Stahl wird zerrissen, wodurch eine starke Oberflächenvergrößerung und somit eine gute Entgasung eintritt. Gleichzeitig eingeführter Sauerstoff, der während der gesamten Behandlungszeit unter anderem aus der Schlacke nachgeliefert wird, führt zur Bildung von Kohlenmonoxid, das im Vakuumgefäß ausgast, womit die gewünschte Entkohlung erreicht wird.

Die AT-383 616 B beschreibt ein Verfahren zum Einbau und Austausch eines metallischen oder keramischen Zylinderrohres in die Wandung eines Schmelze enthaltenden Behälters. Dabei handelt es sich um ein Zylinderrohr mit erheblichem Querschnitt, das auswechselbar sein muß.

Gegenstand der AT-383 889 B ist eine Spüleinrichtung für ein metallurgisches Gefäß, wobei am Boden des Gefäßes zwischen benachbarten feuerfesten Steinen eine metallische Sprühplatte eingebaut ist, die mindestens einen Durchgangskanal für Spülgas aufweist.

Die DE-37 09 905 A1 beschreibt eine Spülanordnung, bei der die metallischen Röhrchen in Längsrichtung unterteilt sind. Die Konfektionierung dieser Röhrchen erfolgt bei der Herstellung, also beim Gießen oder Pressen des Spülsteines. Beim Gegenstand der DE-34 10 947 A1 werden einzelne Rohre als Blasdüsen verwendet.

Die DE-26 54 048 C1 beschreibt ein Vakuumgefäß, ohne jedoch Einzelheiten bezüglich einer Spülanordnung zu offenbaren.

Durch zusätzliches Einblasen von Sauerstoff ist versucht worden, die Feinentkohlung auf möglichst niedrige Werte zu optimieren.

In diesem Zusammenhang ist auch eine Variante des genannten RH-Verfahens, nämlich das RH-OB-Verfahen zu erwähnen. Hierbei wird zur beschleunigten Entkohlung Sauerstoff durch gasgekühlte Düsen in die Schmelze eingeblasen.

Ein schneller Entkohlungsablauf wird insbesondere durch eine hohe Umlaufgeschwindigkeit der Schmelze und damit einer Erhöhung des Liftgasstromes sowie eine Vergrößerung des Rüsseldurchmessers der Vakuumanlage erreicht.

Durch eine gezielte Sauerstoffzufuhr kann der Kohlenstoffgehalt zwar auf Werte bis 0,002 % herabgesetzt werden.

Nachteilig ist jedoch, daß mit dem Sauerstoff-Blasen hohe Gaskosten und vor allen Dingen ein erheblicher voreilender Verschleiß im Bereich der Gaseinführung gegenüber der übrigen feuerfesten Ausmauerung verbunden ist.

Hier setzt die der Erfindung zugrundeliegende Problemstellung ein, nämlich Maßnahmen aufzuzeigen, wie die Behandlung von Metallschmelzen in Vakuumanlagen insbesondere im Hinblick auf eine hohe Standzeit bei gleichzeitig geringen Kosten verbessert werden kann, wobei gleichzeitig möglichst hohe Entkohlungsraten erzielt werden sollen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß dies durch Einbau eines speziellen, gebrannten Gasspülsteines in das Evakuierungsgefäß erreicht werden kann, wobei dieser Gasspülstein zum Einblasen eines Inertgases wie Argon dient. Überraschenderweise hat sich dabei gezeigt, daß - unter Verzicht auf eine separate Sauerstoff-Eindüsung - der Kohlenstoffgehalt innerhalb weniger Minuten von beispielsweise 0,03 % auf Werte unter 0,002 %, teilweise auf Werte unter 0,001 %, reduziert werden kann. Dies sind Kohlenstoff-Werte, die selbst mit bekannten OB-Anlagen nur unter Einsatz erheblicher Sauerstoffmengen mit den dadurch verbundenen Nachteilen, wie sie oben dargestellt sind, erzielt werden können.

Demgemäß schlägt die Erfindung die Anwendung eines Gasspülsteines mit einer Vielzahl von im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Kanälen zum Einsatz in einem Vakuumgefäß mit Teilmengenentsorgung zur Feinentkohlung von Stahlschmelzen vor, wobei die Kanäle von Röhrchen gebildet werden, die als eigenständige Teile nach dem Brand des Gasspülsteins in entsprechend vorbereitete Durchgangskanäle eingeklebt oder eingemörtelt sind. 2

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Die Röhrchen werden dabei in einen zuvor hergestellten, gebrannten Gasspülstein eingesetzt, der eine entsprechende Anzahl von ausgeformten Durchgangskanälen zur Aufnahme der Röhrchen aufweist.

Die Durchgangskanäle können zum Beispiel nach dem Brand des Spülsteines ausgebohrt oder bereits vor dem Brand eingebracht werden.

Die Röhrchen, insbesondere Metallröhrchen (gegebenenfalls aber auch dichtgesinterte Keramikröhrchen) werden in die Durchgangskanäle mit einem feuerfesten Kleber eingeklebt oder mit Hilfe eines feuerfesten Mörtels eingemörtelt.

Der Spülstein selbst kann ein gegossener, gestampfter oder gepreßter Gasspülstein sein.

Der so fertig konfektionierte, gebrannte Gasspülstein weist eine hohe Erosionsbeständigkeit und Infiltrationsbeständigkeit auf. Durch die in einer separaten Verfahrensstufe nach dem Brand eingesetzten Gaszuführröhrchen kann der über eine entsprechende Zuführleitung aufgegebene Inertgasstrom gut dosiert in die Metallschmelze eingedüst werden.

Wie bereits oben erwähnt hat sich herausgestellt, daß durch Einbau eines entsprechenden Gasspülsteines in die Wand eines Vakuumgefäßes mit Teilmengenentgasung überraschenderweise eine Fein- bis Feinstentkohlung von Stahlschmelzen möglich ist.

Dies gilt insbesondere bei einem Einsatz des Gasspülsteines in ein Vakuumgefäß zur Durchführung eines RH-Umlauf oder RH-DH Heber-Entgasungsverfahrens.

Ebenso kann der beschriebene Gasspülstein aber auch in ein Vakuumgefäß einer RH-OB Anlage eingebaut werden, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird.

Bevorzugt erfolgt die Anwendung des Gasspülsteines in der Seitenwand des Evakuierungsgefäßes im Bereich der Stahlschmelze, wobei sich die Anordnung des Gasspülsteins gegenüber dem Einlaufbereich für die Metallschmelze als bevorzugt herausgestellt hat.

Das über den Gasspülstein eingedüste Inertgas wird im Entgasungsbereich der Metallschmelze in extrem feiner Form verteilt. Durch die Verwendung eines Gasspülsteins mit gerichteter Porosität können hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Inertgasstromes eingestellt werden, was für eine gleichmäßige Verteilung des Inertgases in der Metallschmelze wichtig ist.

Zu diesem Zweck ist auch vorgesehen, mehrere Gasspülsteine der genannten Art anzuordnen, die entweder unmittelbar und mit geringem Abstand nebeneinander, aber auch gegenüberliegend im Evakuierungsgefäß angeordnet werden. Ebenso ist eine kranzförmige Verteilung mehrerer Gasspülelemente möglich.

Durch den Einsatz der beschriebenen Gasspülsteine wird ein voreilender Verschleiß im Bereich der Gaseindüsung gegenüber der Seitenwand des Evakuierungsgefäßes praktisch vollständig verhindert. Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß allein die Zufuhr des Inertgases auf die beschriebene Art und Weise ausreicht, extrem niedrige Kohlenstoffwerte in der Stahlschmelze, wie sie oben genannt sind, einzustellen, und zwar unter Verzicht auf irgendwelche gesonderte externe Sauerstoffzufuhr.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß im Rüssel (Steigrohr) der Anlage geringere Inertgasmengen eingeführt werden brauchen, so daß auch dort der Verschleiß reduziert wird.

Dies ist umso wichtiger, als der Rüsselbereich der empfindlichste Bereich der Evakuierungsanlage in Bezug auf die Haltbarkeit des feuerfesten Materials ist.

Der Gasspülstein läßt sich leicht im Untergefäß der Evakuierungsanlage einbauen, vorzugsweise in geringem Abstand über dessen Boden. Auf diese Weise wird eine optimierte Rühr- und Vermischungsenergie des Inertgases in den Stahl eingebracht und das Inertgas dort gleichmäßig verteilt.

Wie oben ausgeführt kann durch Einbau des genannten Gasspülsteins auf eine getrennte Sauerstoffzufuhr verzichtet werden. Selbstverständlich ist es aber auch möglich den beschriebenen Gasspülstein im Evakujerungsgefäß zur Durchführung eines RH-OB-Verfahrens einzusetzen, wobei dann die in die Gasschmelze eingedüste Sauerstoffmenge drastisch reduziert werden kann, womit sich die beschriebenen Vorteile in analoger Weise, wenngleich in etwas geringerem Umfang, einstellen.

In der beigefügten Figur ist der Obergangsbereich zwischen Pfanne und Vakuumgefäß einer RH-Anlage dargestellt.

Die Figur zeigt einen mit der Bezugsziffer 10 dargestellten Rüssel zum Ansaugen der Metallschmelze aus der (nicht dargestellten) Gießpfanne sowie einen daneben angeordneten weiteren Rüssel 12, über den die Metallschmelze nach Durchströmung des Evakuierungsgefäßes 14 in die Gießpfanne im Umlaufverfahren zurückläuft.

Insbesondere durch den aufgeschnittenen Teil des Rüssels 10 ist die feuerfeste Ausmauerung 16 im Rüssel zu erkennen, während das Bezugszeichen 18 die feuerfeste Ausmauerung im Vakuumgefäß 14 beschreibt.

In geringem Abstand oberhalb des Bodens 20 des Vakuumgefäßes ist gegenüber dem Einlaufbereich 22 ein Gasspülstein der beschriebenen Art in die Seitenwand eingebaut. 3

Claims (4)

1. AT 404 736 B Zu erkennen ist der Gasanschlußstutzen 24 des Spülsteins. In der vergrößerten Schnittdarstellung dieses Abschnittes ist der Einbau des Gasspülsteines 26 in der Seitenwand des Vakuumgefäßes 14 zu erkennen. Aus dieser Darstellung geht auch hervor, daß der Gasspülstein in der zweiten Steinreihe oberhalb des Bodens 20 angeordnet, ist und stirnseitig mit der Innenfläche der feuerfesten Ausmauerung 18 fluchtet. Die Anordnung des Gasspülsteins 26 lediglich geringfügig über dem Boden 20 hat sich in Bezug auf eine günstige Begasung der Stahlschmelze als besonders vorteilhaft herausgestellt, wobei die Hohe des Gasspülsteines 26 über dem Boden 22 etwa der Breite des Gasspülsteins 26 selbst entsprechen sollte. Durch die Anordnung des Gasspülsteines 26 gegenüber dem Einlauf 22 wird der eingedüste Inertgasstrom optimal in der umlaufenden Metallschmelze verteilt. Patentansprüche 1. Anwendung eines gebrannten Gasspülsteins mit einer Vielzahl von im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Kanälen, die von Röhrchen gebildet werden, die als eigensrändige Teile nach dem Brand des Gasspülsteins in entsprechend vorbereitete Durchgangskanäle eingeklebt oder eingemörtelt sind, zum Einsatz in ein Vakuumgefäß mit Teilmengentgasung zur Feinentkohlung von Stahlschmelzen.
2. 2. Anwendung nach Anspruch 1 zum Einsatz in ein Vakuumgefäß zur Durchführung eines RH (Ruhrstahl-Heraeus), RH-OH (Ruhrstahl-Heraeus-Dortmund-Hoerde) oder RH-OB (Ruhrstahl-Heraeus-oxygeneblo-wing) Entgasungsverfahrens.
3. 3. Anwendung nach Anspruch 1 oder 2 mit der Maßgabe, daß ein oder mehrere Spülsteine in der Seitenwand des Evakuierungsgeräßes im Bereich der Stahlschmelze eingebaut werden.
4. 4. Anwendung nach Anspruch 3 mit der Maßgabe, daß der oder die Spülsteine in der Seitenwand gegenüber dem Einlaufbereich für die Metallschmelze eingebaut werden. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4