Verfahren zum Entschwefeln und Desoxydieren von kohlenstoffhaltigen Eisenschmelzen in einem ruhenden Gefäss für eisenmetallurgische Zwecke und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entschwe feln und Desoxydieren von kohlenstoffhaltigen Eisen schmelzen in einem ruhenden Gefäss für eisenmetallur gische Zwecke, bei dem mittels eines Rührgerätes eine an der Gefässwand nach unten gerichtete und im Gefäss- zentrum nach oben gerichtete Zirkulationsströmung der Schmelze hervorgerufen wird,
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus dem deutschen Patent<B>1190</B> 479 ist eine Rühr- und Pumpvorrichtung zum Beschleunigen physikalisch chemischer Vorgänge in Metallschmelzen bekannt, die aus einem unteren Ansaugrohr und mindestens einem über dem Ansaugrohr seitlich angeordneten, im wesent lichen horizontalen Auslaufrohr besteht. Die Vorrich tung rotiert innerhalb des Metallbades, so dass die Schmelze aus dem unteren Teil der Pfanne in die dort befindliche Öffnung des vertikalen Rohres hineinsaugt und durch die horizontalen Auslaufrohre wieder heraus gedrückt wird. Infolge dieser Pumpwirkung findet in der Pfanne eine Zirkulationsströmung der Metallschmelze statt.
Gleichzeitig findet zufolge der horizontalen Aus laufrohre auch eine gewisse Rührbewegung statt, der jedoch, wie die angegebenen Einzelheiten erkennen las sen, eine deutlich geringere Bedeutung zugemessen wird.
Die Behandlung findet in einer normalen Giesspfan- ne statt, so dass zusätzliche Umfüllvorgänge, die zwangs läufig mit Temperaturverlusten verbunden sind, entfal len. Das leichte und bewegliche Gerät kann zu den ein zelnen Pfannen gebracht werden. Sein wesentlicher Nach teil besteht darin, dass das Rohr- und Pumporgan aus Rohren gebildet ist und mithin einen Hohlkörper dar stellt, der von der Schmelze innen und aussen kräftig um spült ist. Vielfach sind besondere Massnahmen erforder lich, .um ein Verstopfen der Rohre zu vermeiden, insbe sondere beim Einführen des Gerätes in eine schlacken bedeckte Schmelze.
Die recht hohen Betriebstempera turen des Gerätes zusammen mit dem schroffen Tem- peraturwechsel in den Behandlungspausen begrenzen da her seine Lebensdauer beträchtlich, so dass die Kosten für Reparatur und Erneuerung einen beachtlichen An teil der gesamten Betriebskosten ausmachen.
Die Hauptaufgabe der Verfahrenserfindung besteht darin, kohlenstoffhaltige Eisenschmelzen in einer ruhen den Pfanne oder einem ähnlichen Gefäss für eisenme tallurgische Zwecke zu entschwefeln und zu desoxydie ren. Die Behandlung kann mithin entweder im Schmelz aggregat selbst, beispielsweise im Schmelztiegel eines In duktionsofens oder im Vorherd eines Kupolofens oder vorzugsweise in der Giesspfanne durchgeführt werden.
Die wohl grösste technische Bedeutung für das Ent schwefeln von Eisenschmelzen haben in den letzten Jah ren die mechanisch bewegten Pfanneneinheiten gewon nen. Dabei werden die Pfannen derart in Bewegung ver setzt, dass die auftretenden, teilweise nach Betrag und Richtung wechselnden Beschleunigungen infolge der Massenträgheit des flüssigen Eisenbades und des Ent schwefelungsmittels eine Durchmischung beider Partner verursachen. Mit solchen bewegten Pfannen lassen sich bei guten Ausnutzungsgraden des Entschwefelungsmit tels von der Schmelzweise des sauren Kupolofens ent sprechenden Anfangsschwefelgehalten zwischen 0,08 /, bis 0,12Q/, ausgehend Endgehalte von 0,010/o Schwefel oder weniger erreichen.
Dem stehen aber als bedeutsame Nachteile ein hoher Kostenaufwand für die Errichtung der Anlagen, die ortsgebundene umständliche Handha bung .und ein beachtlicher Energiebedarf gegenüber.
Bei anderen bekannten Verfahren ist der Aufwand geringer, weil die Pfanne mit Inhalt ruht und eine Zir kulationsströmung im Eisenbad durch das Einleiten eines Gases über eine Blaslanze oder über im Pfannenboden angeordnete poröse Steine hervorgerufen wird, wobei ge legentlich auch das Entschwefelungsmittel mit eingebla sen wird. Abgesehen davon, dass das eingeführte Gas eine unerwünschte Kühlwirkung ausübt, erwies sich ent- weder die erzielbare Badbewegung als zu gering oder die Haltbarkeit war nicht ausreichend.
Mit der mechanischen Rühr- .und Pumpvorrichtung nach dem deutschen Patent<B>1190</B> 479 kann die Ent schwefelung in einer normalen Giesspfanne erfolgen, wobei der schon erwähnte Nachteil vornehmlich in der geringer Lebensdauer des Pumpkörpers liegt.
Die bekannten Verfahren und Einrichtungen verfol gen das Ziel, möglichst eine intensive Durchmischung des Entschwefelungsmittels mit der Eisenschmelze zu er reichen. Dem liegt offenbar der Gedanke zugrunde, dass die Entschwefelung um so besser ist, je stärker die Durch- wirbelung ist.
Die spezielle Aufgabe der Verfahrenserfindung hin gegen besteht darin, nicht nur in der Eisenschmelze eine Zirkulationsströmung hervorzurufen, sondern auch im Entschwefelungsmittel eine geeignete Strömung zu er zeugen, ohne dass eine durchwirbelnde Durchmischung des Entschwefelungsmittels mit der Eisenschmelze er folgt.
Es wurde nämlich gefunden, dass eine intensive Durchwirbelung des Entschwefelungsmittels mit der Eisenschmelze keineswegs notwendig ist, um eine weit gehende Entschwefelung zu erreichen. Viehmehr reicht es völlig aus, wenn beide Reaktionspartner voneinander getrennt bleiben und in ihren Teilräumen Umlaufströ mungen ausführen, so dass der Stoffaustausch zwar auf eine Grenzfläche beschränkt, aber durchaus sehr inten siv ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, dass auf die Schmelzbadoberfläche als Reak tionspartner eine Aufschüttung eines feinkörnigen, Kal zium und Kohlenstoff gegebenenfalls chemisch gebunden enthaltenden Materials aufgegeben wird und dass in der Grenzzone eine Rührbewegung erfolgt und die Rührbe- wegung derart gewählt wird, dass die Einschmelze an der Badoberfläche eine Strömung aufweist,
die die Teil chen aus feinkörnigem Material an der Unterseite der Aufschüttung durch Mitnahme zum Gefässrand hin transportiert und dort eine Teilchenanhäufung aufbaut, längs deren Böschung sich die Teilchen einzeln oder als gröbere Verbände zum Rührzentrum hin zurückbewegen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch ge kennzeichnet, dass ein Antriebsmotor über ein Getriebe eine Welle antreibt, an der ein aus einer feuerfesten Masse bestehendes, balkenförmiges Rührorgan querste hend angeordnet ist.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeich nung an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein auf eine gefüllte Pfanne aufgesetztes Rühr- gerät, zum Teil im vertikalen Schnitt, Fig.2 eine Pfanne mit Eisenschmelze, Kalziumkar bid-Aufschüttung und eingesetzten Rührgerät im verti kalen Schnitt, Fig.3 eine horizontale Draufsicht nach Fig. 2 mit geschnittener Antriebswelle.
Das Rührgerät nach Fig. 1 weist einen Antriebsmo tor 1 auf, der über ein Getriebe 2 eine Welle 3, 4 an treibt.
An dieser Welle ist ein aus feuerfesten Massen mit Armierung bestehendes, balkenförmiges Rührorgan 5 querstehend angeordnet. Eine brauchbare hydraulisch abbindende feuerfeste Masse besteht aus 33% SiO2, 6001, A1203, 3,501o CaO, 1,501, Fe2O3 und 1,301o Alkalien. Diese Masse wird mit Wasser angerührt, bis sie gerade fliess- fähig ist und in eine Schalung vergossen, in der die Ar mierung angebracht ist. Anschliessend findet eine etwa eintägige Lufttrocknung statt.
Eine brauchbare chemisch abbindende feuerfeste Masse besteht aus 26% SiO2, 69% A120., 0,9% P205, 1,3% Fe2O3, 1,5a/0 TiO2 und 1,2% Alkalien. Diese Masse wird zusammen mit 5 bis 60/o. eines chemischen Bindemittels in eine die Armierung enthaltende Form gestampft. In einigen Fällen haben sich auch Rührorgane aus Graphit gut bewährt.
Der untere Teil 3 der Antriebswelle ist feuerfest um kleidet und bildet mit dem balkenförmigen Rührorgan 5 eine bauliche Einheit die mit dem Oberteil 4 der An triebswelle auswechselbar verbunden ist. Das Rühror- gan 5 ist derart gestaltet, dass im Längsachsenquer schnitt ein Verhältnis der Länge L zur Höhe h von 2:1 vorliegt; die Querschnitte senkrecht zur Längsachse ha ben eine runde Form. Die Drehzahl der Antriebswelle 3, 4 ist stetig oder in Stufen derart regelbar, dass dabei die Enden des balkenförmigen Rührorgans 5 eine Bahnge schwindigkeit insbesondere im Bereich von 1,8 bis 3,5 m/sek, vorzugsweise von 2,0 bis 2,8 m/sek annehmen können.
Wenn die Dauer der Einzelbehandlung etwa 45 min wesentlich überschreitet, oder wenn der Zeitabstand zwi schen den einzelnen Behandlungen unter etwa einer hal ben Stunde liegt und bei hohen Badtemperaturen, kann sich eine Kühlung der Armierung mitempfehlen. Hierfür ist ein Anschlussstutzen 13 vorgesehen, von dem aus sich eine Kühl-Doppelleitung über die Antriebswelle in das balkenförmige Rührorgan 5 erstreckt, in dem die Kühl= luft durch dessen Armierung hindurchströmt.
Das Rührgerät ist auf einer Querplatte 6 eines Trag gestelles befestigt, an dessen Stützen 7 die Querplatte höhenverstellbar gerührt ist. Zur Höhenfeinverstellung des balkenförmigen Rührorgans 5 greift ein Motor 8 mit Getriebe am obtren Teil 4 der Antriebswelle an.
Das Traggestell mit Rührgerät ist auf dem Pfannen deckel 9 montiert, der von der Antriebswelle mit Rühr- organ durchsetzt ist. Der Pfannendeckel 9 deckt die Pfanne 10 ab und hält die Temperaturverluste gering. Er ist mit einem Zugabetrichter 15 versehen. In der Pfanne 10 befindet sich die Metallschmelze 11, auf der die Reaktionspartner 12, z.B. eine Schlacke, schwimmen. Das Rührorgan 5 ist in der Grenzzone zwischen beiden Phasen angeordnet .und taucht etwa ¹ seiner eigenen Höhe in die Metallschmelze ein.
Das vorbeschriebene Rührgerät kann für die ver schiedensten metallurgischen Reaktionen verwendet wer den, beispielsweise für die Aufkohlung von Gusseisen- vorschmelzen mittels Koksgrus, für die Zugabe von Legierungsmitteln, wie Reimnickel in flüssiges Kupfer, Silizium in flüssiges Aluminium, Ferrosilizium oder Fer- romangan oder Ferrochrom in flüssiges Eisen.
Gute Ergebnisse werden auch bei Fällungsdesoxyda tionen in Eisenschmelzen, beispielsweise durch Zugabe von Aluminiumgranalien, Ferrosilizium und dgl. erzielt, da zum einen eine schnelle und gleichmässige Vertei lung in der Schmelze erreicht wird und zum anderen das Aufsteigen der Desoxydationsprodukte an die Badober- fläche durch das Rührgerät begünstigt wird.
Gute Ergebnisse werden weiterhin erzielt bei Reak tionen zwischen einem Eisenbad und aufliegenden flüs sigen Schlacken. Bei der Behandlung von Hochofen-Roh- eisen mit Feinerz und Soda kann eine Gusseisenvor- schmelze hergestellt werden mit unter 0,08% Mangan, unter<B>0,035%</B> Phosphor, unter 0,008% Schwefel, unter 0,015% Titan und unter 0,
00801o Vanadium. Alle Ver fahrensschritte sind in der Giesspfanne kontinuierlich aufeinanderfolgend in einem Zeitraum von etwa 60 min durchführbar, wobei die Temperaturverluste etwa 150 C betragen. Die fertige Gusseisenvorschmelze ist besonders geeignet zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgra phit, das selbst bei dünnwandigen Gussstücken schon im Gusszustand ein weitgehend ferritisches Gefüge aufweist.
Bei dem Entschwefelungsverfahren ist nach Fig. 2 das Rührorgan 5 460 mm lang, 350 mm hoch und 250 mm breit, so dass seine Länge L zur Höhe h im Verhältnis 1,3:1 steht. Das Balkenrührorgan taucht 340 mm tief in die Eisenschmelze ein und ragt 10 mm weit in die Aufschüttung aus pulverigem Kalziumkarbid ein. Die Länge L des balzenförmigen Rührorgans 5 hat den 0,42fachen Wert des Pfannendurchmessers D.
Mit dem geschilderten Rührgerät aus Schamottemas se mit Armierung wurden bei Temperaturen des Eisen bades zwischen 1380 und 1420 C regelmässig etwa 60 Entschwefelungsbehandlungen von 8 bis 12 min Dauer durchgeführt.
Erfindungsgemäss wird nun so vorgegangen, dass auf die Schmelzenoberfläche als Reaktionspartner 12 eine Aufschüttung eines feinkörnigen, Kalzium ,und Kohlen stoff enthaltenden Materials, beispielsweise Kalziumkar-
EMI0003.0003
Ausgangs-S- <SEP> End-S- <SEP> Rühr- <SEP> Eisen- <SEP> CaC2 <SEP> Dreh- <SEP> Umfangs- <SEP> Eintauch Nr. <SEP> Anzahl <SEP> Gehalt <SEP> Gehalt <SEP> zeit <SEP> menge <SEP> Zusatz <SEP> zahl <SEP> geschwindig- <SEP> tiefe <SEP> L/D
<tb> % <SEP> % <SEP> min, <SEP> t <SEP> % <SEP> Upm <SEP> keit <SEP> m/sek <SEP> mm
<tb> 1. <SEP> 5 <SEP> 0,086/1<B>1</B>2 <SEP> 0,003/4 <SEP> 10 <SEP> 6,1 <SEP> 1,2 <SEP> 74 <SEP> <B>1</B>,78 <SEP> 340 <SEP> 0,41
<tb> 2. <SEP> 2 <SEP> 0,106/1<B>1</B>8 <SEP> 0,003/5 <SEP> 4 <SEP> 8,0 <SEP> 1,0 <SEP> 72 <SEP> 1,74 <SEP> 340 <SEP> 0,41
<tb> 3.
<SEP> 4 <SEP> 0,100/120 <SEP> 0,007/9 <SEP> 2 <SEP> 8,0 <SEP> 1,2 <SEP> 86 <SEP> 2,07 <SEP> 350 <SEP> 0,41
<tb> 4. <SEP> 2 <SEP> 0,082 <SEP> 0,003 <SEP> 10 <SEP> 20,7 <SEP> 0,97 <SEP> 70 <SEP> 2,35 <SEP> 320 <SEP> 0,39
<tb> 5. <SEP> 2 <SEP> 0,086 <SEP> 0,045 <SEP> 12 <SEP> 9,5 <SEP> 1,2 <SEP> 55 <SEP> 0,84 <SEP> 330 <SEP> 0,25 bid, aufgegeben und in der Grenzzone eine Rührbewe- gung durchgeführt wird.
Diese wird so gewählt, dass die Eisenschmelze an der Badoberfläche eine Strömung auf weist, die die Kalziumkarbidteilchen zum Pfannenrand hin transportiert und dort eine Teilchenanhäufung 16 aufbaut, längs deren Böschung 17 sich die Kalziumkar bidteilchen einzeln oder als gröbere Verbände zum Rühr- zentrum hin zurückbewegen. Die Kalziumkarbid-Auf schüttung 12 bildet auf der Eisenschmelze eine geschlos sene Decke. Die Temperaturverluste werden dadurch auf ein Minimum reduziert und liegen unter den obenge nannten Bedingungen erfahrungsgemäss bei etwa 10 bis 30 C.
In Fig. 2 sind weiterhin die Strömungsverhältnisse in der Eisenschmelze 11 und in der Kalziumkarbid-Auf schüttung 12 schematisch angedeutet. Gemäss den zwei- schäftigen Pfeilen ist die Eisenströmung an den Pfannen wänden nach unten und in der Pfannenmitte nach oben gerichtet. Aber auch in der Kalziumkarbid-Aufschüt tung 12 findet zufolge der Teilchenanhäufung 16 mit Böschung 17 eine Zirkulationsströmung entsprechend den einschäftigen Pfeilen statt, die eine wesentliche Voraus setzung dafür ist, dass die nachstehend noch zu beschrei benden hervorragenden Ergebnisse bei der Entschwefe lung erzielt werden. Eine Durchmischung der beiden Re aktionspartner findet nicht statt; der Stoffaustausch voll zieht sich in einer Grenzschicht.
In Fig. 3 sind oben die Bahnkurve 18 eines Eisen- Volumenelementes und die Bahnkurve 19 eines Volu menelementes der Aufschüttung, und unten die zugehö rigen rotatorischen 20 und zentrifugalen 21 Geschwin digkeitsvektoren dargestellt. Auf der Bahnkurve 48 (Eisen) nimmt die im Bereich des Rührorgans 5 starke Krümmung zum Rand der Pfanne 10 hin ständig ab, so dass eine zentrifugale Kraftkomponente gegeben ist und durch verzögerte Mitnahme der Kalziumkarbidteilchen im Randbereich der Pfanne eine Anhäufung entsteht. Der Verlauf der Bahnkurve 19 (Kalziumkarbid) ist in seiner grundsätzlichen Gestalt (Strömungsverlauf) ähn- lich ausgebildet.
Fig. 3 soll die Bewegungsvorgänge nach Art und Grössenordnung nur im grundsätzlichen auf zeigen.
Als wesentlich ist erkennbar, dass in der Grenz- schicht beachtliche Relativgeschwindigkeiten beider Re aktionspartner untereinander gegeben sind. Zusammen mit der Zirkulationsströmung im Eisen und in der Auf schüttung führt das zu einer Optimierung des Stoffaus tausches.
In der nachstehenden Tabelle sind als Überblick eini ge Ergebnisse von Entschwefelungsbehandlungen an Gusseisenschmelzen zusammengestellt: und Kohlenstoff enthaltenden Materials aufgegeben wird und dass in der Grenzzone eine Rührbewegung erfolgt und derart gewählt wird, dass die Eisenschmelze an der Badoberfläche eine Strömung aufweist, die die Teilchen aus feinkörnigem Material an der Unterseite der Auf schüttung durch Mitnahme zum Pfannenrand hin trans portiert und dort eine Teilchenanhäufung aufbaut, längs deren Böschung sich die Teilchen einzeln oder als grö bere Verbände langsam zum Rührzentrum hin zurück bewegen.
Das feinkörnige Material kann anstatt aus Kalzium karbid auch aus anderen feinkörnigen Entschwefelungs mittel, wie z..B. Kalkstickstoff oder Mischungen aus fei nem Kalk .und Koskgrus, bestehen.
Das beschriebene Verfahren hat den grossen Vorteil, dass durch das Rühren in der Grenzzone eine solche Strömung der einzelnen Eisen-Volumelemente an der Badoberfläche herbeigeführt werden kann, dass die im Bereich des Rührorgans stark gekrümmte Bahnkurve der Eisen-Volumelemente eine ständig abnehmende Krüm mung aufweist, die am Pfannenrand eine zentrifugale Schubkraft verursacht, und dass die Bahnkurve der Vo- lumelemente der Aufschüttung einen hinsichtlich der Krümmungsänderung ähnlichen Verlauf hat.
Dabei sol len die Bahngeschwindigkeiten der Eisen-Volum-Ele- mente und der Aufschüttungsvolumelemente in einem Wertverhältnis stehen, das grösser als 2:1, vorzugsweise grösser als 5 : 1 ist. Die Rührbewegung wird vorzugsweise so gewählt, dass die Aufschüttung aus feinkörnigem Material auf der Eisenschmelze eine geschlossene Decke bildet, um Wärmeabstrahlung und eine Oxydation der Schmelze zu -vermeiden.
Um die gewünschte Strömung im Eisenbad und dem Entschwefelungsmittel zu erzielen, wird das balkenför- tnige Rührorgan zweckmässig in eine solche Höhenlage eingestellt, dass es während des Rührens mindestens bis zur Hälfte seiner eigenen Höhe, jedoch nicht mehr als gerade vollständig in die Eisenschmelze eintaucht. Da durch wird auch gefördert, dass das Entschwefelungs mittel im Rührzentrum zwar mitbewegt wird, aber gleich wohl die geschlossene Decke auf der Eisenschmelze bildet.
Die beschriebene Vorrichtung hat den grossen Vor teil, dass sie ausser den bereits genannten Vorteilen der bekannten Rühr- und Pumpvorrichtung nach der deut schen Patentschrift<B>1190</B> 479 auch noch eine lange Le bensdauer aufweist, ohne dass dadurch Nachteile hin sichtlich der Wirksamkeit in Kauf genommen werden müssen.
Es hat sich nämlich überraschend gezeigt, dass auch ein weitaus einfacheres Rührgerät, dessen eigentliches Rührorgan eine etwa balkenförmige Gestalt aufweist, das mithin ein Vollkörper ist und nicht als Pumpe arbeitet, für den bereits genannten Zweck in ganz hervorragender Weise geeignet ist.
Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung haben sich im Betrieb hervorragend be währt. Obwohl die Rührbewegung selbst entsprechend der Höhe des balkenförmigen, in der Horizontalebene rotierenden Rührorgans nur in einer relativ schmalen Zone, bezogen auf die Badtiefe, durchgeführt wird, wird gleichwohl, das gesamte Bad in eine kräftige Zirkula tionsströmung versetzt, die in kurzer Zeit eine völlige Homogenisierung der Metallschmelze gewährleistet.
Das beschriebene Verfahren kann demnach vorteilhaft überall eingesetzt werden wo es vorrangig auf eine gleichmäs- sige Verteilung in der Metallschmelze ankommt, bei spielsweise für die Zugabe von Legierungsmetallen, von Desoxydationsstoffen, für die Aufkohlung und ähnliche Prozesse.
Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Verfahrens und der beschriebenen Vorrichtung besteht darin, dass damit auch eine beachtliche Horizontalströmung verur sacht wird, so dass es auch für Reaktionen zwischen der Metallschmelze und auf dieser ruhenden festen oder flüs sigen Reaktionsstoffen, insbesondere für Reaktionen mit aufliegenden Schlacken, wie sie beispielsweise beim Ent fernen unerwünschter Metall-Begleitelemente auftreten, gut geeignet ist.
Die beschriebene Vorrichtung kann in verschiedener Weise vorteilhaft weiter ausgestaltet sein. Das balken- förmige Rührorgan kann aus einer feuerfesten Stampf masse oder Giessmasse bestehen, die im Inneren eine Armierung aufweist. Hierfür stehen zahlreiche hydrau lisch und/oder chemisch abbindende Feuerfestmassen zur Verfügung. Das Rührorgan hat dann eine hohe Ver- schleissfestigkeit und gute Temperaturwechselbeständig keit.
In der Regel wird man den unteren Teil der An triebswelle feuerfest umkleiden, wobei dieser mit dem bal- kenförmigen Rührorgan eine bauliche Einheit bildet, die mit dem Oberteil der Antriebswelle auswechselbar ver bunden ist: Das balkenförmige Rührorgan sollte eine ge drungene Gestalt haben, die im Längsachsenquerschnitt ein Verhältnis der Länge zur Höhe zwischen 2;5 und 1,0 aufweist und die in den Querschnitten senkrecht zur Längsachse eine runde oder rechteckige kantenabgerun dete Form hat.
Für Sonderfälle, die bei sehr hohen Bad temperaturen und/oder relativ langen Behandlungszeiten bei kurzen Arbeitspausen vorliegen, empfiehlt es sich, die Armierung der feuerfesten Masse des Rührorgans als Kühlleitung auszubilden, indem über eine durch die Antriebswelle geführte Doppelleitung Luft hindurchge führt wird.
Die beschriebene Vorrichtung wird vorzugsweise auf einer Querplatte eines Traggestelles befestigt werden, in dessen Stützen die Querplatte höheneinstellbar verschieb- lich ist. Zwecks gesonderter Höhenfeinverstellbarkeit kann ein Motor mit Getriebe vorgesehen sein, der an der Antriebswelle angreift.
Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung zeigen besonders grosse Vorteile bei der Be handlung von Metallschmelzen, die sich in einer ruhen den Pfanne befinden. Dabei wird zweckmässig die Länge des balkenförmigen Rührorgans derart gewählt, dass sie zwischen dem 0,25 und 0,65fachen Wert, vorzugsweise zwischen dem 0,35 und 0,50fachen Wert des inneren Pfannendurchmessers (in Höhe des Rührorgans) liegt. Dabei ist die beschriebene Vorrichtung besonders ein fach zu handhaben, wenn sie mit ihrem Traggestell auf einem den Behälter abschliessenden Deckel befestigt ist, wobei die Antriebswelle mit Rührorgan den Deckel durchsetzt.
Das beschriebene Verfahren und die beschrie bene Vorrichtung vermögen insbesondere auch solche metallurgische Reaktionen zu beschleunigen und zu ver bessern, die auf einen Stoffaustausch an der Grenzfläche zwischen ,der Metalloberfläche und aufliegenden festen. oder flüssigen Reaktionsstoffen, insbesondere Schlacken oder feinkörnigen, schwimmfähigen Massen, beruhen. Dabei hat es sich als besonders wirkungsvoll erwiesen, die Drehzahl des Rührorgangs so einstellbar zu machen, dass die Enden des balkenförmigen Rührorgans Bahn geschwindigkeiten im Bereich von 1,$ bis 3,5 m/sek, vor zugsweise zwischen 2,0 und 2,8 m/sek, annehmen.
Wird mit solchen Geschwindigkeiten in der Grenzzone zwi schen flüssigem Metallbad und angrenzendem Reaktions stoff gerührt, so werden erhebliche Relativbewegungen zwischen beiden Phasen erzielt. Obwohl das Rührorgan praktisch nur in der Oberflächenzone rotiert, ist das Me tallbad homogen.
Method for desulfurization and deoxidization of carbon-containing iron melts in a stationary vessel for iron metallurgical purposes and device for carrying out the method The invention relates to a method for desulfurization and deoxidization of carbon-containing iron melts in a stationary vessel for iron metallurgical purposes, in which a stirring device A circulation flow of the melt directed downwards on the vessel wall and upwards in the center of the vessel is created,
and a device for performing the method.
A stirring and pumping device for accelerating physical chemical processes in molten metal is known from the German patent 1190 479, which consists of a lower suction pipe and at least one essentially horizontal outlet pipe arranged laterally above the suction pipe. The device rotates within the metal bath, so that the melt is sucked from the lower part of the pan into the opening of the vertical pipe located there and is pressed out again through the horizontal outlet pipes. As a result of this pumping action, a circulating flow of the molten metal takes place in the ladle.
At the same time, as a result of the horizontal discharge pipes, there is also a certain stirring movement, which, however, as the details given let sen, is assigned significantly less importance.
The treatment takes place in a normal pouring ladle, so that additional transfer processes, which are inevitably associated with temperature losses, are omitted. The light and mobile device can be brought to the individual pans. Its main disadvantage is that the pipe and pumping element is formed from pipes and therefore represents a hollow body that is vigorously flushed from the inside and outside of the melt. In many cases, special measures are required. To avoid clogging of the pipes, especially when inserting the device into a slag-covered melt.
The very high operating temperatures of the device together with the abrupt temperature change in the treatment breaks limit its service life considerably, so that the costs for repair and replacement make up a considerable proportion of the total operating costs.
The main task of the process invention is to desulfurize and deoxidize carbon-containing iron melts in a resting pan or a similar vessel for iron metallurgical purposes or preferably carried out in the pouring ladle.
The mechanically moved ladle units have probably gained the greatest technical importance for the desulphurisation of iron melts in recent years. The pans are set in motion in such a way that the accelerations that occur, sometimes changing in magnitude and direction, cause the two partners to mix due to the inertia of the liquid iron bath and the desulfurizing agent. With such moving pans, with good degrees of utilization of the desulphurisation agent, the melting mode of the acidic cupola furnace can be used to achieve initial sulfur contents of between 0.08% and 0.12%, based on final sulfur contents of 0.010% or less.
However, the significant disadvantages of this are the high cost of setting up the systems, the cumbersome location-based handling and a considerable energy requirement.
In other known methods, the effort is lower because the pan rests with its contents and a circulation flow in the iron bath is caused by the introduction of a gas through a blower lance or through porous stones arranged in the pan bottom, with the desulfurizing agent occasionally also being blown in. Apart from the fact that the gas introduced has an undesirable cooling effect, either the achievable bath movement was found to be too low or the durability was not sufficient.
With the mechanical stirring and pumping device according to the German patent 1190 479, the sulfur removal can take place in a normal pouring ladle, the disadvantage already mentioned being primarily the short service life of the pump body.
The known methods and devices pursue the goal of as intensive mixing of the desulfurizing agent as possible with the iron melt. This is obviously based on the idea that the stronger the turbulence, the better the desulphurisation.
The special task of the process invention, on the other hand, is not only to create a circulating flow in the iron melt, but also to generate a suitable flow in the desulfurizing agent without the desulfurizing agent being swirled through with the iron melt.
It was found that an intensive swirling of the desulfurizing agent with the iron melt is by no means necessary in order to achieve extensive desulfurization. For cattle, it is completely sufficient if both reaction partners remain separate from one another and run circulating flows in their subspaces, so that the exchange of substances is limited to an interface, but is very intense.
The method according to the invention is characterized in that a fine-grained material containing calcium and carbon, optionally chemically bonded, is poured onto the molten bath surface as a reactant and that a stirring movement takes place in the boundary zone and the stirring movement is selected such that the Melt has a flow on the bath surface,
which transports the particles made of fine-grained material on the underside of the embankment by being carried along to the edge of the vessel and there builds up an accumulation of particles, along the slope of which the particles move back to the stirring center individually or as coarse associations.
The device according to the invention is characterized in that a drive motor drives a shaft via a gear, on which a bar-shaped agitator consisting of a refractory mass is arranged transversely.
The invention is described below with reference to the drawing voltage using exemplary embodiments. The figures show: FIG. 1 a stirring device placed on a filled pan, partly in vertical section, FIG. 2 a pan with molten iron, calcium carbide fill and inserted stirring device in vertical section, FIG. 3 a horizontal plan view according to FIG 2 with cut drive shaft.
The agitator according to FIG. 1 has a drive motor 1 which drives a shaft 3, 4 via a gear 2.
A bar-shaped agitator 5, consisting of refractory masses with reinforcement, is arranged transversely on this shaft. A useful hydraulically setting refractory mass consists of 33% SiO2, 6001, A1203, 3.501o CaO, 1.501, Fe2O3 and 1.301o alkalis. This mass is mixed with water until it is just flowable and poured into a form in which the reinforcement is attached. This is followed by air drying for about one day.
A useful chemically setting refractory mass consists of 26% SiO2, 69% A120., 0.9% P205, 1.3% Fe2O3, 1.5a / 0 TiO2 and 1.2% alkalis. This mass is together with 5 to 60 / o. of a chemical binder tamped into a form containing the reinforcement. In some cases, agitators made of graphite have also proven effective.
The lower part 3 of the drive shaft is fireproof to clothes and forms with the bar-shaped agitator 5 a structural unit which is connected to the upper part 4 of the drive shaft to be exchangeable. The agitator 5 is designed in such a way that in the longitudinal axis cross section there is a ratio of the length L to the height h of 2: 1; the cross-sections perpendicular to the longitudinal axis have a round shape. The speed of the drive shaft 3, 4 can be regulated continuously or in steps so that the ends of the bar-shaped agitator 5 have a web speed in particular in the range from 1.8 to 3.5 m / sec, preferably from 2.0 to 2.8 m / sec.
If the duration of the individual treatment significantly exceeds 45 minutes, or if the time interval between the individual treatments is less than half an hour and if the bath temperature is high, cooling the reinforcement can be recommended. A connection piece 13 is provided for this, from which a double cooling line extends over the drive shaft into the bar-shaped agitator element 5, in which the cooling air flows through its reinforcement.
The agitator is mounted on a cross plate 6 of a support frame, on the supports 7 of which the cross plate is agitated adjustable in height. To fine-tune the height of the bar-shaped agitator 5, a motor 8 with gear engages the upper part 4 of the drive shaft.
The support frame with agitator is mounted on the pan lid 9, which is penetrated by the drive shaft with agitator. The pan lid 9 covers the pan 10 and keeps the temperature losses low. It is provided with an addition funnel 15. In the pan 10 there is the molten metal 11 on which the reactants 12, e.g. a slag, swim. The stirrer 5 is arranged in the boundary zone between the two phases. And dips about ¹ of its own height into the molten metal.
The agitator described above can be used for a wide variety of metallurgical reactions, for example for the carburization of cast iron pre-melting using coke breeze, for the addition of alloying agents such as rhodium-plated nickel in liquid copper, silicon in liquid aluminum, ferrosilicon or ferro-manganese or ferrochrome in liquid iron.
Good results are also achieved with precipitation deoxidation in iron melts, for example by adding aluminum granules, ferrosilicon and the like, since on the one hand rapid and even distribution in the melt is achieved and on the other hand the deoxidation products rise to the bath surface through the Mixer is favored.
Good results are also achieved with reactions between an iron bath and liquid slag on top. When treating blast furnace raw iron with fine ore and soda, cast iron premelt can be produced with less than 0.08% manganese, <B> 0.035% </B> phosphorus, below 0.008% sulfur, below 0.015% titanium and below 0,
00801o vanadium. All process steps can be carried out in the pouring ladle continuously in succession over a period of about 60 minutes, the temperature losses being about 150.degree. The finished cast iron premelt is particularly suitable for the production of cast iron with spheroidal graphite, which has a largely ferritic structure even in the case of thin-walled castings.
In the desulfurization process, according to FIG. 2, the agitator element 5 is 460 mm long, 350 mm high and 250 mm wide, so that its length L to height h has a ratio of 1.3: 1. The bar agitator plunges 340 mm deep into the molten iron and protrudes 10 mm into the pile of powdered calcium carbide. The length L of the bowl-shaped agitator 5 is 0.42 times the value of the pan diameter D.
With the above-mentioned stirrer made of Schamottemas se with reinforcement, about 60 desulfurization treatments of 8 to 12 minutes duration were carried out regularly at temperatures of the iron bath between 1380 and 1420 C.
According to the invention, the procedure is that on the melt surface as a reactant 12, a pile of a fine-grained, calcium and carbon-containing material, for example calcium carbon
EMI0003.0003
Output S- <SEP> End-S- <SEP> Stir- <SEP> Iron- <SEP> CaC2 <SEP> Turn- <SEP> Circumference <SEP> Immersion No. <SEP> Number <SEP> Content < SEP> content <SEP> time <SEP> quantity <SEP> addition <SEP> number <SEP> speed- <SEP> depth <SEP> L / D
<tb>% <SEP>% <SEP> min, <SEP> t <SEP>% <SEP> rpm <SEP> speed <SEP> m / sec <SEP> mm
<tb> 1. <SEP> 5 <SEP> 0.086 / 1 <B> 1 </B> 2 <SEP> 0.003 / 4 <SEP> 10 <SEP> 6.1 <SEP> 1.2 <SEP> 74 <SEP> <B> 1 </B>, 78 <SEP> 340 <SEP> 0.41
<tb> 2. <SEP> 2 <SEP> 0.106 / 1 <B> 1 </B> 8 <SEP> 0.003 / 5 <SEP> 4 <SEP> 8.0 <SEP> 1.0 <SEP> 72 <SEP> 1.74 <SEP> 340 <SEP> 0.41
<tb> 3.
<SEP> 4 <SEP> 0.100 / 120 <SEP> 0.007 / 9 <SEP> 2 <SEP> 8.0 <SEP> 1.2 <SEP> 86 <SEP> 2.07 <SEP> 350 <SEP> 0 , 41
<tb> 4. <SEP> 2 <SEP> 0.082 <SEP> 0.003 <SEP> 10 <SEP> 20.7 <SEP> 0.97 <SEP> 70 <SEP> 2.35 <SEP> 320 <SEP> 0.39
<tb> 5. <SEP> 2 <SEP> 0.086 <SEP> 0.045 <SEP> 12 <SEP> 9.5 <SEP> 1.2 <SEP> 55 <SEP> 0.84 <SEP> 330 <SEP> 0.25 bid, and a stirring movement is carried out in the border zone.
This is chosen so that the molten iron has a flow on the bath surface that transports the calcium carbide particles to the edge of the pan and there builds up a particle accumulation 16, along the slope 17 of which the calcium carbide particles move back to the stirring center individually or as coarse associations. The calcium carbide bulk 12 forms a closed cover on the molten iron. The temperature losses are reduced to a minimum and experience has shown that under the conditions mentioned above they are around 10 to 30 C.
In Fig. 2, the flow conditions in the iron melt 11 and in the calcium carbide bulk 12 are indicated schematically. According to the two-branched arrows, the iron flow is directed down the ladle walls and up in the middle of the ladle. But also in the calcium carbide embankment 12, due to the particle accumulation 16 with embankment 17, a circulation flow according to the single-arm arrows takes place, which is an essential prerequisite for achieving the excellent desulphurisation results to be described below. A mixing of the two reaction partners does not take place; the exchange of substances takes place in a boundary layer.
In Fig. 3, the trajectory 18 of an iron volume element and the trajectory 19 of a Volu menelementes of the embankment, and below the associated rotational 20 and centrifugal 21 speed vectors are shown. On the trajectory 48 (iron), the strong curvature in the area of the agitator 5 towards the edge of the pan 10 steadily decreases, so that a centrifugal force component is given and the delayed entrainment of the calcium carbide particles creates an accumulation in the edge area of the pan. The course of the trajectory 19 (calcium carbide) is similar in its basic shape (flow course).
Fig. 3 is intended to show the movement processes in terms of type and order of magnitude only in principle.
It can be seen as essential that there are considerable relative speeds between the two reaction partners in the boundary layer. Together with the circulation flow in the iron and in the embankment, this leads to an optimization of the exchange of substances.
The following table gives an overview of some results of desulfurization treatments on cast iron melts: and carbon-containing material is added and that a stirring movement takes place in the boundary zone and is selected in such a way that the iron melt on the bath surface has a flow that the particles of fine-grained Material on the underside of the embankment is transported to the edge of the pan by being carried along and an accumulation of particles builds up there, along the slope of which the particles move slowly back to the agitation center, individually or as larger associations.
Instead of calcium carbide, the fine-grained material can also consist of other fine-grained desulphurisation agents, such as. Calcium cyanamide or mixtures of fine lime and Koskgrus.
The method described has the great advantage that the stirring in the boundary zone can bring about such a flow of the individual iron volume elements on the bath surface that the trajectory of the iron volume elements, which is strongly curved in the area of the stirring element, has a constantly decreasing curvature, which causes a centrifugal thrust force at the edge of the pan, and that the trajectory of the volume elements of the embankment has a similar course with regard to the change in curvature.
The orbital speeds of the iron volume elements and the embankment volume elements should have a value ratio that is greater than 2: 1, preferably greater than 5: 1. The stirring movement is preferably chosen so that the pouring of fine-grain material on the iron melt forms a closed cover in order to avoid heat radiation and oxidation of the melt.
In order to achieve the desired flow in the iron bath and the desulfurizing agent, the bar-shaped agitator is expediently set at such a height that it is at least half its own height, but not more than completely immersed in the molten iron during agitation. This also promotes the fact that the desulphurisation agent is also moved in the agitation center, but at the same time forms the closed cover on the molten iron.
The device described has the great advantage that, in addition to the already mentioned advantages of the known stirring and pumping device according to German patent specification <B> 1190 </B> 479, it also has a long service life without any disadvantages as a result the effectiveness must be accepted.
Surprisingly, it has been shown that a much simpler agitator, the actual agitating element of which has an approximately bar-shaped shape, which is therefore a solid body and does not work as a pump, is extremely suitable for the aforementioned purpose.
The method described and the device described have proven to be excellent in operation. Although the stirring movement itself is only carried out in a relatively narrow zone, based on the depth of the bath, according to the height of the bar-shaped stirring element rotating in the horizontal plane, the entire bath is nonetheless set in a powerful circulatory flow, which results in complete homogenization in a short time the molten metal guaranteed.
The method described can therefore be used advantageously wherever uniform distribution in the molten metal is of primary importance, for example for the addition of alloy metals, deoxidizing substances, for carburization and similar processes.
Another advantage of the method described and the device described is that it also causes a considerable horizontal flow, so that it is also possible for reactions between the metal melt and solid or liquid reaction substances resting on it, in particular for reactions with slag on top, such as they occur, for example, when removing unwanted metal accompanying elements, is well suited.
The device described can advantageously be further developed in various ways. The bar-shaped agitator can consist of a refractory ramming mass or casting mass, which has a reinforcement inside. Numerous hydrau cally and / or chemically setting refractory masses are available for this. The agitator then has a high level of wear resistance and good resistance to temperature changes.
As a rule, the lower part of the drive shaft is clad in a fire-proof manner, with this forming a structural unit with the bar-shaped agitator element, which is interchangeably connected to the upper part of the drive shaft: The bar-shaped agitator element should have a compact shape that resembles the Longitudinal axis cross section has a ratio of length to height between 2.5 and 1.0 and which in the cross sections perpendicular to the longitudinal axis has a round or rectangular rounded edge shape.
For special cases involving very high bath temperatures and / or relatively long treatment times with short work breaks, it is advisable to design the reinforcement of the refractory mass of the agitator as a cooling line by passing air through a double line through the drive shaft.
The device described is preferably fastened to a transverse plate of a support frame, in the supports of which the transverse plate is vertically adjustable. For the purpose of separate height adjustment, a motor with a gear mechanism that engages the drive shaft can be provided.
The method and device described show particularly great advantages in the treatment of molten metal that are in a resting pan. The length of the bar-shaped stirring element is expediently chosen such that it is between 0.25 and 0.65 times the value, preferably between 0.35 and 0.50 times the value of the inner pan diameter (at the level of the stirring element). The device described is particularly easy to handle when it is fastened with its support frame on a lid closing off the container, the drive shaft with a stirring element penetrating the lid.
The method described and the device described are able in particular to accelerate and improve those metallurgical reactions that relate to a mass transfer at the interface between the metal surface and the solid resting on it. or liquid reactants, especially slags or fine-grained, buoyant masses. It has proven to be particularly effective to make the speed of the agitator adjustable so that the ends of the bar-shaped agitator track speeds in the range from 1. $ to 3.5 m / sec, preferably between 2.0 and 2.8 m / sec, assume.
If material is stirred at such speeds in the boundary zone between the liquid metal bath and the adjacent reaction, considerable relative movements between the two phases are achieved. Although the stirrer rotates practically only in the surface zone, the metal bath is homogeneous.