DE1169476B - Verfahren und Vorrichtung zum Vakuum-entgasen und -giessen von fluessigen Metallen, insbesondere Stahl - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 21 c

Deutsche Kl.: 18 b-7/08

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

H 47489 VI a/18 b
24. November 1962
6. Mai 1964

Die nachstehende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vakuumentgasen und -gießen von flüssigen Metallen, insbesondere Stahl, wobei das schmelzflüssige Metall vorzugsweise unmittelbar aus dem Schmelzofen entnommen, entgast und vor allem, ohne daß das entgaste Metall wieder mit Luft in Berührung kommt, vergossen wird.

Es sind schon verschiedene Verfahren zur Vakuumentgasung von flüssigen Metallen und insbesondere von Stahl bekannt; sie haben aber alle gewisse Nachteile.

Die Gießstrahlentgasung erfordert mitunter ein zweimaliges Vergießen an Luft, und zwar beim Abstich aus dem Ofen und beim Abstich in eine Hilfspfanne, die sich über der Eingußöffnung des Vakuumkessels befindet. Dieses zweimalige Umgießen schädigt die gefeinte Schmelze.

Es gibt auch eine Reihe von Verfahren, die während der Entgasung eine Gießpfanne als Schmelzenbehälter benutzen. Diese Verfahren, das Umlauf- und das Heberverfahren sowie die »Pfannenentgasung«, erfordern ein Vergießen der behandelten Schmelze an Luft. Das Heberverfahren wurde auch schon so abgewandelt, daß die Schmelze in ein heb- und senkbares Entgasungsgefäß durch Evakuieren gefördert und unter Luftabschluß seitlich in eine Zwischenpfanne portionsweise abgelassen wurde, aus der sie in eine Stranggießkokille floß. Wenn in diesem Fall auch ein Schutzgas benutzt werden kann, so ändert die Benutzung eines solchen Gases die übliche Verfahrensweise und gibt trotz großer benutzter Gasmengen meist keinen einwandfreien Schutz vor dem Zutritt der Luft, so daß zumindest ein Teil des Entgasungseffektes aufgehoben wird.

Die häufig verwendeten Vakuum-Induktionsöfen kommen wegen ihrer begrenzten Kapazität nur für kleinere Metallchargen in Frage. Auch ist die herkömmliche Schlackenarbeit nicht möglich. Wenn sie in letzter Zeit auch gelegentlich für große Chargen gebaut wurden, so werden wegen der großen Kosten nur teurere Metalle dieser Vakuumbehandlung unterzogen, da nur sie einen hohen Kostenanteil vertragen.

Ferner werden jetzt auch Vakuum-Lichtbogen- und Elektronenstrahlofen im großtechnischen Maßstab eingesetzt. Die Behandlung in ihnen ist ebenfalls teuer, wenn auch nicht ganz so kostspielig wie die Behandlung im Induktionsofen. Bei ihnen ist aber für das Schmelzen größerer Mengen eine schon entgaste, d. h. vorgeschmolzene Abschmelzelektrode erforderlich, um störende Gasausbrüche zu vermeiden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine einfache und daher relativ billige Einrichtung und Verfahren und Vorrichtung zum Vakuumentgasen und -gießen von flüssigen Metallen,
insbesondere Stahl

Anmelder:

W. C. Heraeus

Gesellschaft mit beschränkter Haftung,

Hanau/M., Heraeusstr. 12-14

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Werner Armbruster, Hanau/M.

im Verfahren zum Vakuumbehandeln und -gießen von schmelzflüssigen Metallen, insbesondere Stahl, das frei ist von den erwähnten Nachteilen. Dabei wird zur Förderung des Metalls der bekannte Vakuumheber mit Einleiten eines Gases in das Ansaugrohr benutzt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vakuumentgasen und -gießen von schmelzflüssigen Metallen, insbesondere Stahl, bei der ein solcher Vakuumheber benutzt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaufrohr des Vakuumhebers in eine Vakuumkammer mündet, die Länge des Einlaufrohres etwa gleich oder größer ist als die Standhöhe des Metalls und am Einlaufrohr mindestens zwei, in verschiedener Höhe liegende Stellen zum Gaseinleiten vorgesehen sind. In der Vakuumkammer werden zweckmäßigerweise mehrere Kokillen oder eine Stranggießkokille vorgesehen.

Während des Betriebes dieser Vorrichtung mit einer oder mehreren Gaszuführungsstellen am Einlaufrohr wird vorzugsweise so verfahren, daß zum Gießen die zugeführte Gasmenge genügend groß bemessen wird, um die Schmelze in das Auslaufrohr überfließen zu lassen, in Gießpausen, z. B. einem Kokillenwechsel, aber genügend gering gehalten wird, um kein Überfließen zu ergeben. Soll jedoch die überfließende Schmelzenmenge z. B. für den Strangguß genauer geregelt werden, so erfolgt dies durch Zuführung gesteuerter Gasmengen, bei zwei Zuführungsstellen bevorzugt an der höher gelegenen. An der unteren Stelle wird dann ein reagierendes Gas benutzt, das zur bevorzugten Entfernung von Sauerstoff z. B. ein inertes Gas mit einem gewissen H₂-Anteil und zur bevorzugten Entfernung von

409 588/298

Wasserstoff mit einem gewissen Anteil an Cl-abgebenden Stoffen ist. Das Gas, das zur Regelung des Uberfließens an der oberen Stelle zugeführt und in seiner Menge gesteuert wird, kann dann ein reines inertes Gas wie Argon sein.

Das Einlaufrohr des Vakuumhebers taucht in die Schmelze ein, die gefördert und dabei im Hebergefäß entgast wird. Sie kann sich in einem beliebigen Behälter, beispielsweise einer Gieß- oder einer Zwischenpfanne, befinden. Besonders vorteilhaft ist es, das Rohr in den Ofen selbst oder eine Mulde eintauchen zu lassen, die am Ort der Abstichöffnung eines Lichtbogenofens vorgesehen ist, so daß die Schmelze auf ihrem Wege vom Ofen zur Kokille und in der Zeit vom Verlassen des Ofens bis zum Erstarren in der Kokille gar nicht mehr mit der Außenluft in Berührung kommt. Auf diese Weise wird die Entgasung bzw. Vakuumbehandlung der Schmelze mehrfach ausgenutzt: durch Spül- und Reaktionsgaseinfluß, im Entgasungsbehälter, beim Abgießen in die Kokille und beim Verweilen in der Kokille.

In den Zeichnungen sind Beispiele für die Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Entgasen und Gießen von Stahl unmittelbar vom Ofen in einzelne Kokillen,

F i g. 2 eine solche zum Stranggießen. In Fig. 1 wird das Entgasungsgefäß 1 über ein Ventil 2 durch das schematisch angedeutete Pumpenaggregat 3 evakuiert. Das Entgasungsgefäß besitzt ein langes Einlaufrohr 4, das aus mehreren Abschnitten besteht, die mittels der Flansche 5 aneinandergesetzt sind. Das Auslaufrohr 6 mündet in die Vakuumkammer 10. Sie wird im dargestellten Beispiel von demselben Pumpenaggregat 3 über die Leitung 7 und das Ventil 8 evakuiert. Innerhalb der Kammer 10 befinden sich die Kokillen 11 auf einem Drehteller 12, der sich auf den Schienen (Rollen od. dgl.) 13 bewegen kann. Durch eine Drehung der Kokillenwechseleinrichtung 12 können die Kokillen 11 gegeneinander ausgewechselt werden.

Das Einlaufrohr 4 taucht mit seinem Ende in die zu entgasende Schmelze 20. Sie befindet sich in einer Mulde 21, die an dem Ort der Abstichöffnung 22 an einen kippbaren Lichtbogenofen 23 angesetzt ist. Die Schmelze 20 ist mit einer Schlackenschicht 25 bedeckt, die für das hier beschriebene Verfahren zweckmäßigerweise besonders abgesteift ist. Das Eintauchende 26 des Einlaufrohres 4 ist in bekannter Weise aus drei getrennten Schichten (Keramik — Metall — Keramik) ausgebildet, um eine gute Abdichtung zu erreichen. Auch das Einlaufrohr 4 und zumindest das Entgasungsgefäß 1 sind in der angedeuteten Weise mit einer feuerfesten Ausmauerung versehen.

In das Einlaufrohr 4 wird erfindungsgemäß Gas eingeleitet, im gezeichneten Beispiel an den zwei Verbindungsstellen 5. Hierzu wird in bekannter und sehr zweckmäßiger Weise die Stoßstelle zwischen den entsprechenden Teilen der Ausmauerung benutzt, da durch die Oberflächenrauhigkeiten genügend zahlreiche und gegen Metalldurchtritt ausreichend dichte Poren entstehen. Das Gas wird durch die Zuleitungen 30 und 31 zugeführt.

Die Vorrichtung der Fig. 1 arbeitet folgendermaßen:

Der Stahl wird im Lichtbogen 23 in üblicher Weise fertiggestellt. Dann werden die nicht dargestellten Elektroden aus ihm herausgehoben und der Ofen so weit geschwenkt, daß sich die Mulde 21 mit der Schmelze 20 füllt. Die bei Elektroöfen übliche Schwenkeinrichtung läßt die Mulde 21 während der Bewegung am selben Ort. Diese Kippstellung ist in der Figur dargestellt. Zur Vakuumbehandlung wird die Schlacke 25 auf die Schmelze 20 gegeben.

Dann wird die Vorrichtung mit dem Entgasungsgefäß 1 und der Vakuumkammer 10, z. B. am Kran hängend, so weit herabgelassen, daß das Eintauchende 26 des Einlaufrohres 4 in die Schmelze 20 eintaucht. Nun wird bei geöffneten Ventilen 2 und 8 das Pumpenaggregat 3 eingeschaltet. Dadurch wird der Druck in dem Entgasungsgefäß 1 und in der Vakuumkammer 10 vermindert, so daß die Schmelze 20 im Einlaufrohr 4 bis zu einer barometrischen Höhe h aufsteigt, die dem Druckunterschied zwischen dem Außendruck und dem Vakuum in dem Entgasungsgefäß 1 entspricht. Gleichzeitig wird durch die Zuleitung 30 ein reagierendes Gas, wie es oben kurz beschrieben ist, eingeleitet.

Die Menge des Gases oder — bei Mischung mit einem inerten Gas —- der reagierende Anteil wird so bemessen, daß das Gas beim Durchsatz der gewünschten Stahlmenge die beabsichtigte Wirkung, z. B. Reduktion von Sauerstoff, hat, daß das zugeführte Gas aber andererseits die Steighöhe h nur unwesentlich vergrößert.

Dies letztere ist für den beabsichtigten Betrieb der Vorrichtung wichtig und auch in der Figur dargestellt. Es soll nämlich in diesem Zustand kein Übertritt der Schmelze in das Auslaufrohr stattfinden, der Guß also unterbrochen sein, um beispielsweise die Kokille zu wechseln. Ist das Einlaufrohr für diesen Zweck nicht lang genug, d. h. kürzer als die Steighöhe h, so kann eine Überlaufsperre 9 innerhalb des Entgasungsgefäßes 1 vorgesehen sein. Diese Überlaufsperre besteht aus feuerfestem Material, das auch armiert sein kann. Bei reagierenden Gasen ist es besonders zweckmäßig, daß die Gasblasen einen langen Weg in der Schmelze zurücklegen können, ehe sie im Entgasungsgefäß 1 aus ihr austreten und vom Pumpenaggregat 3 abgesaugt werden. Es ist aber auch möglich, das Gas der Schmelze 20 an der Zuleitung 31 oder auch beiden Zuleitungen 30 und 31 zuzuführen. Es ist dabei nur von Bedeutung, daß die Auftriebswirkung, die von den aufsteigenden Gasblasen erzeugt wird, nicht zu groß wird, die Schmelze 20 nicht zum Überlaufen in das Auslaufrohr 6 bringt und nicht einen Gießprozeß einleitet.

Beim Abgießen der Schmelze 20 z. B. in eine Kokille 11 muß dagegen die eingeleitete Gasmenge wesentlich erhöht werden. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß nunmehr auch über die Zuleitung 31 ein inertes Gas eingeleitet wird. Dann bewirkt der Auftrieb der stark vermehrten Gasblasen ein Überfließen in das Auslaufrohr 6 und damit den gewünschten Gießprozeß. Ist die gerade unter dem Auslaufrohr 6 befindliche Kokille 11 gefüllt, so wird die eingeleitete Gasmenge wieder auf den anfänglichen Wert vermindert und damit der Gießprozeß unterbrochen. Dann kann durch eine Drehung der Kokillenwechseleinrichtung 12 eine neue, noch leere Kokille 11 unter das Auslaufrohr 6 gebracht und der Gießprozeß in der beschriebenen Weise wiederholt werden.

In Fig. 2 ist der Zustand des Gießens durch Vermehrung der eingeleiteten Gasmenge dargestellt.

Zum Unterschied von Fig. 1 wird hier die zu entgasende Schmelze 20 einer Gieß- oder Zwischenpfanne 40 entnommen, die zur Regulierung der Höhe des Spiegels auf der angedeuteten hydraulischen Hebeeinrichtung 41 steht. Sie kann auch in bekannter Weise während des Gießens nachgefüllt werden.

Weiterhin unterscheidet sich die Vorrichtung nach F i g. 2 insofern von der in F i g. 1, daß die Vakuumkammer 10 eine wassergekühlte Stranggießkokille 45 enthält. Der erzeugte Strang 46 ist durch eine vakuumdichte Durchführung 47 aus der Vakuumkammer 10 herausgeführt. Sie besteht im dargestellten Beispiel aus den Druckstufenkammern 48 und 49, aus denen die eindringende Luft durch die Pumpenaggregate 50 und 51 abgesaugt wird. Die dargestellte Durchführung hat den Vorteil, daß sie keiner gleitenden Dichtungen bedarf, die bei der noch hohen Temperatur des Stranges 46 leicht zerstört werden können.

Außerhalb der Durchführung 47 sind Transportrollen 52 für den Strang 46 angeordnet, die von einem Motor 53 angetrieben werden.

Die Vorrichtung der F i g. 2 wird folgendermaßen betrieben:

Zunächst wird an Stelle des Stranges 46 ein passender Stab eingesetzt, der etwa von der Mitte der Stranggießkokille durch die Durchführung 47 bis zu den Transportrollen 52 reicht, und die Gieß- oder Zwischenpfanne 40 wird so weit angehoben, daß das Eintauchende 26 des Einlaufrohres 4 in die Schmelze 20 eintaucht. Nunmehr werden die Pumpenaggregate 3, 50 und 51 eingeschaltet. Die Ventile 2 und 8 sind dabei geöffnet. Durch das entstehende Vakuum steigt die Schmelze 20 bis zur Höhe h auf.

Die Gaszufuhr über die Zuleitung 30 wird so eingeregelt, daß die Schmelze 20 noch nicht in das Auslaufrohr 6 überläuft. Dies geschieht erst durch eine weitere Gaszufuhr über die Zuleitung 31, durch die die Schmelze 20 höher steigt als die Höhe h. Diese zweite Gaszufuhr wird entsprechend dem Erstarrungsvorgang in der Stranggießkokille 45 abgestimmt, ebenso die Geschwindigkeit, mit der der Strang 46 mittels der Transportrollen 52 aus der Vakuumkammer 10 herausgezogen wird.

Die erhöhte Gaszufuhr bedarf auch in diesem Falle einer genauen Einregelung. Es ist ein besonderer Vorteil, daß auf diese Weise eine überraschend einfache Regelung und Steuerung der zu vergießenden Stahlmenge erreicht wird.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Vakuumentgasen und -gießen von schmelzflüssigen Metallen, insbesondere Stahl, unter Verwendung eines Vakuumhebers, in dessen Einlaufrohr ein Fördergas eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslauf rohr (6) des Vakuumhebers in eine Vakuumkammer (10) mündet, die Länge des Einlauf rohres (4) etwa gleich oder größer ist als die Standhöhe (h) des Metalls und am Einlaufrohr (4) mindestens eine, vorzugsweise zwei in verschiedener Höhe liegende Zuleitungen (30 und 31) zum Gaseinleiten vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer (10) genügend groß bemessen ist, um zum mindesten eine Kokille (11), vorzugsweise eine Kokillenwechseleinrichtung (12), aufzunehmen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vakuumkammer (10) eine Stranggießkokille (45) und in der Wandung der Vakuumkammer (10) eine vakuumsichere Durchführung (47) für den erzeugten Strang (46) vorgesehen sind.

4. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3 mit einer oder mehreren Gaszuleitungsstellen im Einlaufrohr, dadurch gekennzeichnet, daß zum Gießen die zugeführte Gasmenge genügend groß bemessen wird, um die Schmelze in das Auslaufrohr (6) überfließen zu lassen, in Gießpausen, z. B. einem Kokillenwechsel, aber genügend gering gehalten wird, um kein Überfließen zu ergeben.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der überfließenden Schmelzenmenge durch an sich bekannte Steuerung der zugeführten Gasmenge erfolgt.

6. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5 mit zwei Gaszuleitungsstellen am Einlaufrohr, dadurch gekennzeichnet, daß an der unteren Stelle (5A) ein reagierendes Gas, an der oberen Stelle (5 B) ein inertes Gas zugeleitet wird und nur die Gaszufuhr an der oberen Stelle (5A) gesteuert wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Einlaufrohres (4) in einen beheizten oder unbeheizten Schmelzenbehälter, insbesondere eine Zwischenpfanne (40), eintaucht.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Einlaufrohres (4) in eine Mulde (21) eintaucht, die am Ort der Abstichöffnung an einem Lichtbogenofen (22) vorgesehen ist. .

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 103 950;
Stahl und Eisen, 82, 1962, Nr. 22, S. 1486, Bild IaI.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 588/298 4.64 © Bundesdruckerei Berlin