DE1458803C - Verfahren zum Entgasen von Schmelzen aus Stahl, Metallen oder Metallegierungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Heft 3, S. 82 und 83). Das Spülgas kann hierbei durch

Entgasen von Schmelzen aus Stahl, Metallen oder einen porösen Stein im Pfannenboden in die Schmelze

Metallegierungen, bei dem ein Behälter mit Schmelze eingeleitet werden.

in einer Vakuumkammer eingeschlossen wird, die Um auch in der Endphase der Entgasung noch Vakuumkammer bis zu einem Druck unter 50 Torr, 5 eine gute Entgasungswirkung zu erhalten, muß die vorzugsweise unter 20 Torr, zweckmäßig bis auf etwa Schmelze sehr kräftig umgerührt werden, was eine 0,1 Torr, evakuiert und die Schmelze mit einem elek- entsprechend große Dimensionierung eines elektrotromagnetischen, niederfrequenten, mehrphasigen Um- magnetischen Umrührers erfordert. Der Erfindung rührer mit einer Frequenz zwischen 0,2 und 10 Hz liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der einumgerührt wird. ίο gangs genannten Art vorzuschlagen, das es gestattet,

Normalerweise evakuiert man den die Schmelze trotz kräftiger Umrührung in der Endphase der Ententhaltenden Behälter, auch Tiegel genannt, bis zu gasung einen verhältnismäßig klein dimensionierten einem Druck von etwa 0,1 Torr. Dabei zeigt sich, daß elektromagnetischen Umrührer zu verwenden,
während des ersten Teils der Vakuumbehandlung Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch Gasblasen aus der Schmelze schnell zur Oberfläche 15 gelöst, daß während des ersten Drittels oder ungefähr der Schmelze aufsteigen und abgesaugt werden, daß des ersten Drittels der Vakuumbehandlung die dem aber wegen des hydrostatischen Druckes in der Umrührer zugeführte Leistung etwa die Hälfte der Schmelze die näher beim Behälterboden befindlichen Nennleistung oder weniger beträgt, während des zwei-Teile der Schmelze nicht erfaßt werden, so daß diese ten oder ungefähr des zweiten Drittels etwa der Nennnicht oder nur wenig entgast werden. Um dem abzu- 20 leistung des Umrührers entspricht und anschließend helfen, hat man auf verschiedene Weise versucht, den während des letzten Teiles der Behandlung auf mindeunteren Teil der Schmelze zu erfassen, unter anderem stens das 1,25fache der Nennleistung gesteigert wird, durch Anbringen eines elektromagnetischen Umrüh- Zu Beginn der Behandlung bilden sich in der rers in Form einer seitlich am Behältermantel und in Schmelze spontan Gasblasen, wobei auch Gas aus geringem Abstand von diesem angeordneten Spule 25 dem unteren Teil der Schmelze entweicht und die (Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 1962, Heft 13, S. 854; hochsteigenden Gasblasen eine heftige Umrührung Zeitschrift »Vakuumtechnik«, 1964, Heft 3, S. 82). erzeugen, so daß man die dem Umrührer zugeführte Man hat auch bereits in derselben Weise mehrere Leistung niedrig halten kann. Nachdem dieses leicht Umrührer nebeneinanderliegend seitlich des Behäl- erreichbare Gas entwichen ist und die Blasenbildung ters angebracht oder auch Umrührer in Form von 30 in der Schmelze einen, normalen Umfang angenomkreisförmigen Spulen verwendet, die den Behälter men hat, erhöht man die Leistung bis zu ungefähr umfassen. Die Entfernung von Gasen, wie z. B. N₂, der Nennleistung, wodurch ein ständiger Austausch H₂, O₂ konnte dadurch wesentlich verbessert werden, der Schmelze durch die Umrührung und eins gute da bei diesem Verfahren alle Teile der Schmelze an Entgasung erreicht wird. Nach einer gewissen Zeit, die Oberfläche gebracht werden können. 35 d. h., wenn die Blasenbildung unbedeutend geworden

Es hat sich jedoch erwiesen, daß der Gasentzug ist, wird die Umrührungsleistung über die Nennlei-

während des letzten Teiles der Vakuumbehandlung stung hinaus erhöht, wodurch man der sonst auftre-

sehr gering ist und fast aufhört, so daß sich die tenden Abnahme der Entgasung entgegenwirkt, so

Schmelze mehr als wünschenswert abkühlt und da- daß man bei relativ schwacher Auslegung des Um-

durch Schwierigkeiten entstanden. Die Wärmezufuhr 40 rührers und der übrigen elektrischen Ausrüstung ein

zur Schmelze während des Entgasens ist mit erheb- vollwertiges Endresultat der behandelten Schmelze

liehen technischen Komplikationen und Kosten ver- erhalten kann.

bunden. Es ist deshalb wichtig, die Entgasungszeit so Die Erfindung macht sich also die Erscheinung zukurz wie möglich zu halten, so daß man entweder nutze, daß die Schmelze am Anfang der Entgasung ganz ohne Energiezufuhr zur Schmelze auskommen 45 von sich aus intensiv gelöste oder gebildete Gase oder zumindest den Energiebedarf so weit wie mög- allein auf Grund des Vakuums abgibt, indem sie den lieh herabsetzen kann. Die Umrührung hat dabei den Umrührer leistungsmäßig unterdimensioniert, d. h. Vorteil, daß die Energiezufuhr, wenn sie doch erfor- ihn in der Nennleistung niedriger bemißt, als dies mit derlich ist, erleichtert wird, da die Oberfläche der Rücksicht auf die Leistung nötig wäre, die am Ende Schmelze z. B. durch Lichtbögen oder durch einen 50 des Entgasungsvorganges benötigt wird. In dieser Entüber dem Behälter angebrachten Deckel mit Heiz- gasungsperiode ist infolge der natürlichen Verringevorrichtung erwärmt werden kann und auf Grund der rung der Gasabgabe und der nunmehr oft notwendi-Umrührung auch bei großer Tiefe des Schmelzen- gen Wärmezufuhr an sich eine sehr intensive indukbades schnell eine gleichmäßige Temperatur in der tive Umrührung erforderlich. Die Erfindung beruht ganzen Schmelze erhalten wird. Da die Entgasung so 55 also im wesentlichen darauf, daß die Betriebsweise vollkommen wie möglich sein soll, um eine gute Qua- am Anfang unter der Nennleistung des an sich schon lität des Endproduktes zu erhalten, wird man auch schwach ausgelegten Umrührers in der Endphase aus diesem Grunde Maßnahmen ergreifen, die die eine Belastung über die Nennleistung hinaus wegen Entgasung während des letzten Teiles der Behandlung der schonenden Fahrweise am Anfang ohne schädverbessern. 60 liehe Überhitzung des Umrührers zuläßt.

Bei der Entgasung mit gleichzeitiger Umrührung Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgen-

mit Hilfe eines elektromagnetischen Umrührers ist es den an Hand der Zeichnung weiterhin erläutert. Es

auch bekannt (Zeitschrift »Blast Furnace and Steel zeigt

Plant«, Oktober 1963, S. 925), die Wirkung des Um- F i g. 1 einen in einer Vakuumkammer eingeschlos-

rührers durch eine Bedienungsperson zu steuern. Außer 65 senen Schmelzenbehälter und

der Schmelzenumrührung mit Hilfe elektromagne- F i g. 2 ein Diagramm, in dem die Abhängigkeit des tischer Umrührer ist auch das Umrühren mittels Spül- Leistungsbedarfes des Umrührers bzw. der Umrührgas bekannt (Zeitschrift »Vakuumtechnik«, 1964, kraft von der Frequenz dargestellt ist.

In F i g. 1 ist ein Behälter 11 mit einem Mantel aus rostfreiem Stahl gezeigt, der im Gegensatz zu ferromagnetischem Stahl die Umrührungskraft nicht vermindert. Der Behälter enthält eine Stahlschmelze 12. Eine Vakuumkammer 16 ist bei 13 vakuumdicht geschlossen und hat mindestens eine zu einer nicht gezeigten Evakuierungspumpe führende Evakuierungsleitung 14. Der Behälter kann nach aufgehobenem Vakuum mit Hilfe des Wagens 15 entfernt werden. Neben dem Behälter ist ein Umrührer 17 angeordnet, der im dargestellten Fall luftgekühlt ist.

Der Umrührer ist in einer Hülle aus unmagnetischem rostfreiem Stahl eingeschlossen und mit der Umgebung durch ein Rohr 19 sowie mit dem Raum in der Vakuumkammer 16 über ein sich bei einem gewissen Druck öffnendes oder schließendes Ventil verbunden. Unter dem Umrührer ist ein Kühlgebläse 20 angebracht, das den Umrührer mit Kühlluft bespülen soll. Die Luftleitungen 19, 21 zum Umrührer 17 bzw. Kühlgebläse 20 können jeweils mit einem Deckel ao 22, 23 versehen sein, beispielsweise um einen gewissen Unterdruck aufrechtzuerhalten und/oder eine geschlossene Kühlluftzirkulation während des Entgasungsvorganges selbst zu erhalten.

Der Umrührer 17 besteht wie üblich aus einer Spule 24 und einem Kern 25 und ist mit sich längs erstreckenden Kühlluftkanälen versehen. Die elektrische Energie wird von einem rotierenden Umformer (nicht gezeigt) über Kabel 26 zugeführt, die durch die vakuumdichten Durchführungen 27 gezogen sind.

Nachdem der Behälter mit der Schmelze in die Vakuumkammer 16 gebracht ist, wird dieser bis auf einen Druck von etwa 0,1 Torr evakuiert. Der Druck um den Umrührer 17 wird auf dem Umgebungsdruck gehalten. Die Umrührspule 24 soll möglichst nicht in einem Raum niedrigen Druckes liegen, da bei niedrigem Druck besonders bei hohen Spannungen Glimmerscheinungen und damit verbundene Isolationsprobleme sowie Energieverluste auftreten. Diese Erscheinungen können besonders in der Endphase der Entgasung auftreten, in der an der Umrührspule die höchste Spannung liegt.

Unter der Wirkung des Vakuums erhält man zunächst einen starken Strom von nach oben entweichenden Gasblasen, die die Umrührung erleichtern, weshalb man am Anfang der Entgasung, beispielsweise während 5 Minuten, dem Umrührer eine niedrigere Leistung zuführen kann, z. B. indem man eine niedrigere Spannung anlegt. Die Frequenz wird während des ganzen Behandlungsverlaufes bei etwa 1 Hz gehalten. Der Entzug des Gases aus der Schmelze ist „' während dieser ersten Zeit der Vakuumbehandlung einfach. Nachdem die Blasenbildung auf den normalen Umfang gesunken ist, wird die Spannung bis auf die Nennspannung erhöht, wonach der Umrührer bei Nennleistung betrieben wird. Die Umrührkraft des Umrührers wird dadurch erhöht, so daß ein lebhaftes Entweichen des Gases aufrechterhalten werden kann. Man kann hierbei auch die Kühlung des Umrührers mit Hilfe des Gebläses 20 erhöhen. Diese mittlere Phase kann etwa 5 Minuten dauern, wobei das Entweichen des Gases allmählich schwächer wird.

Wenn sich die Gasentwicklung auf eine verhältnismäßig geringe Stärke verringert hat, wird die Leistung im Umrührer während weiterer 5 Minuten um mindestens 25 % über die Nennleistung hinaus erhöht, vorteilhaft um 70%, wodurch die Entgasung aufrechterhalten und die Qualität der entgasten Schmelze weiterhin verbessert werden kann. In dieser Endperiode kann eine stärkere Abkühlung des Umrührers erforderlich sein, was leicht durch Erhöhen der Drehzahl des Gebläses 20, oder durch Einschaltung eines weiteren Gebläses od. dgl. erreicht werden kann.

Nach etwa 15 Minuten Entgasungszeit wird die Evakuierung beendet, das Vakuum aufgehoben, die Vakuumkammer auseinandergenommen und die Schmelze zu einer nicht gezeigten Abzapfstelle geleitet. Die Frequenz soll wie gesagt zwischen 0,2 und 10 Hz gehalten werden, zweckmäßig bei 0,3 bis 1,5 Hz.

Wie erwähnt, wird die Leistung in drei Schritten geändert, wobei jedoch mehr oder weniger kontinuierliche Übergänge möglich sind. Es ist auch denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren bei anderen Behältern anzuwenden, die Schmelze enthalten, z. B. bei Lichtbogenofen, wobei man zweckmäßig ein Vakuum zwischen der Ofenwanne und einem hieran vakuumdicht anschließenden Deckel schafft. Man kann eine Änderung der Umrührer auch durch Änderung der Umrührfrequenz erhalten, was jedoch komplizierte Stromversorgungsorgane bedingt.

Das Diagramm nach F i g. 2 zeigt das Verhältnis zwischen der erforderlichen Generatorleistung S und der Frequenz. Aus dem Diagramm geht hervor, daß die Leistung proportional mit der Frequenz steigt, während ein Maximum der Umrührkraft P bei einer Frequenz von nahe 2 Hz erhalten wird. Auch bei 1 Hz ist die Umrührung stark, und man hält sich in der Praxis zwischen der gestrichelten und der strichpunktierten Linie des Diagramms, und zwar abhängig vom Gewicht der Schmelze, das zwischen 15 bis 200 Tonnen liegen kann. Bevorzugte Nennleistungen für den Generator des Umrührers sind 750 bis 900 kVA.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Entgasen von Schmelzen aus Stahl, Metallen oder Metallegierungen, bei dem ein Behälter mit Schmelze in einer Vakuumkammer eingeschlossen wird, die Vakuumkammer bis zu einem Druck unter 50 Torr, vorzugsweise unter 20 Torr, zweckmäßig bis auf etwa 0,1 Torr, evakuiert und die Schmelze mit einem elektromagnetischen, niederfrequenten, mehrphasigen Umrührer mit einer Frequenz zwischen 0,2 bis 10 Hz umgerührt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des ersten Drittels oder ungefähr des ersten Drittels der Vakuumbehandlung die dem Umrührer zugeführte Leistung etwa die Hälfte der Nennleistung oder weniger beträgt, während des zweiten oder ungefähr des zweiten Drittels etwa der Nennleistung des Umrührers entspricht und anschließend während des letzten Teiles der Behandlung auf mindestens das 1,25-fache der Nennleistung gesteigert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen