DE1458812C - Vorrichtung zum kontinuierlichen Vakuumbehandeln von Metallschmelzen, ins besondere Stahlschmelzen, und Verfahren zu ihrem Betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine neue Vorrichtung zum Vakuumbehandeln von Metallschmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen.

Die Vorrichtung soll eine weitgehende Entgasung durch Vakuum ermöglichen, sie soll weiterhin geeignet sein, ein kontinuierliches Zu- und Abfließen der Schmelze, insbesondere zu Stranggießkokillen zu gestatten, ferner den Vorgang ganz oder teilweise zu automatisieren.

Es sind Vorrichtungen bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 103 950 und französische Patentschrift 1238 058), bei denen nach dem Umlaufverfahren gearbeitet wird. Das durch einen Einlaufstutzen in einen heb- und senkbaren Evakuierungsbehälter aufgesaugte Metall wird mittels eines in einen offenen Behälter eintauchenden Ablaufstutzens in einen Auffangbehälter geleitet, aus dem es, gegebenenfalls kontinuierlich, vergossen werden kann. Eine Vakuumbehandlung findet nur in dem Vakuumraum zwischen dem Einlauf- und Auslaufstutzen statt.

Bei der Vorrichtung nach der österreichischen Patentschrift 201 093 ist die Vakuumkammer für das Umlaufverfahren unterteilt. Das Auslaufrohr ist in Form eines Siphons gebogen. Vor dem Abgießen durch dieses Auslaufrohr wird das Ende des siphonförmigen Ablaufrohres geschlossen und mittels einer besonderen Pumpe der Siphon gefüllt, worauf der Abfluß wieder geöffnet wird.

Aus der deutschen Patentschrift 1 169 476 ist eine Vorrichtung bekannt zum Vakuumentgasen und Gießen von schmelzflüssigen Metallen, insbesondere Stahl, unter Verwendung eines Vakuumhebers, in dessen Einlaufstutzen ein Fördergas eingeleitet wird. Der Auslaufstutzen des Vakuumhebers mündet in eine Vakuumkammer, wo er von Kokillen aufgefangen wird. Ferner ist am Einlaufstutzen mindestens eine Zuleitung für Liftgas vorgesehen.

Erfindungsgemäß ist bei einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Vakuumbehandeln, die aus einem mit Vakuumsaugleitung versehenen Evakuierungsbehälter besteht, in den ein Hochsaugrüssel führt und von dem ein Abfluß ausgeht, an den sich eine zweite Vakuumkammer anschließt, die zweite Vakuumkammer als Gießstrahlentgasungskammer ausgebildet.

Durch die Kombination der Gießstrahlentgasungsstufe wird sowohl in dieser Stufe als auch in der vorgeschalteten Vakuumstufe die Möglichkeit geschaffen, in beiden Stufen einen Schmelzvorrat aufrechtzuerhalten, was von besonderer Bedeutung für das kontinuierliche Stranggießen mit kontinuierlicher Entgasung und Sequenzguß ist.

Die Gießstrahlentgasungskammer, mit vorzugsweise geringerem Unterdruck als im Umlauf-Evakuierungsbehälter, besitzt ferner zweckmäßig mindestens eine Auslaßöffnung, um die Entnahme der Schmelze ohne Trennung der Kammer vom Abflußrüssel vornehmen zu können.

Die Gießstrahlentgasungskammer kann vorzugsweise eine Sauerstoffzugabevorrichtung, z. B. ein Blasrohr, besitzen.

Eine Auslaßleitung der Gießstrahlentgasungskammer kann zu dem Schmelzenbehälter zurückführen, z. B. mit ihm verbunden sein, womit ein Rückfluß des bereits vakuumbehandelten Stahles ermöglicht wird. Die Rückflußleitung kann mit einer Metallpumpe als Fördereinrichtung, vorzugsweise einer elektrischen Pumpe, versehen sein, mit der der Rückfluß entweder gefördert oder gedrosselt werden kann, oder auch in umgekehrter Richtung gearbeitet werden kann, z. B. um Metall aus dem Schmelzenbehälter zu fördern. .
. Die Vorrichtung kann an verschiedenen Stellen heizbar gemacht werden, und zwar kann der Hochsaugerüssel, der Umlauf-Evakuierungsbehälter, der Abflußrüssel, die Gießstrahlentgasungskammer und deren Abflüsse, nach Bedarf einzeln oder zu mehreren, heizbar sein.

Mit einer solchen Vorrichtung ist vor allem eine gesteuerte Entnahme der Schmelze durchführbar, wobei die den Umlauf-Evakuierungsbehälter durchlaufende Schmelzmenge durch Änderung der barometrischen Höhe im Hochsaugerüssel und/oder durch eine Fördereinrichtung (Pumpe) gesteuert werden kann. Im ersteren Falle kann der Abstand zwischen dem Schmelzenniveau im Umlauf-Evakuierungsbehälter und dem Schmelzenniveau im Schmelzenbehälter, in den der Hochsaugerüssel eintaucht, und/ oder der Unterdruck im Umlauf-Evakuierungsbehälter geändert werden. Bei Verringerung der Abstände dieser Schmelzenniveaus wird die Fördermenge vergrößert, bei Vergrößerung des Niveauabstandes dagegen verkleinert, unter der Voraussetzung gleichbleibenden Unterdruckes im Umlauf-Evakuierungsbehälter. Es kann ajich der Unterdruck geändert werden, z. B. durch Drosselung der Absaugeleitung oder durch gesteuerte Zugabe von »Falschgas«, ζ. Β.

kontinuierlich oder pulsierend (z. B. Luft, CO₂; O₂; CO; H₂; Argon; N₂; CCl₄; Methan; Cl₂ usw.) je nach beabsichtigter metallurgischer Aufgabenstellung. Durch diese Möglichkeiten ist es auch gegeben, eine Regulierung, insbesondere bei plötzlichem Nachfüllen in den Schmelzbehälter, vorzunehmen.

Mit der Vorrichtung wird auch ein vollkontinuierliches Vakuumbehandeln und gegebenenfalls vollkontinuierliches Vergießen möglich. Man braucht hierzu lediglich dem Aufsaugerüssel ständig neues Metall nachzuliefern und der Gießstrahlentgasungskammer entsprechend entgaste Schmelze zu entnehmen. Dabei kann man mit besonderem Vorteil die der Kammer entnommene Schmelze unmittelbar im Strang vergießen. Eine solche Stranggießanlage kann auch durch eine Druckgießanlage ersetzt werden mit einem Absperrorgan zwischen ihrer Druckkammer und der Gießstrahlentgasungskammer. Auch ist das fortlaufende Gießen von Blöcken, Brammen u. dgl. mit Hilfe von Gießwagen oder entsprechendes Druckgießen möglich.

Die mit dieser Vorrichtung möglichen Behandlungsvorgänge, z. B. das Evakuieren, das Zugeben von Behandlungsstoffen, auch Legierungsstoffen, sowie sonstige vakuummetallurgischen Vorgänge, z. B.

das Entkohlen, das Frischen, das Zurückpumpen und das Vergießen, können auch automatisch durchgeführt, und zwar selbsttätig gesteuert oder geregelt werden.
Zu diesen möglichen Vorgängen gehört auch die Entfernung von unerwünschten, bei Normaltemperatur festen Begleitelementen des Stahles, wie Kupfer, Blei, Zinn, Zink, Wismut, Antimon, Kadmium und Arsen. Diese werden zum Teil durch die Vakuumbehandlung, andererseits durch Zugabe von Mitteln

verflüchtigt, welche den Partial-Dampfdruck des betreffenden Elementes oder seiner Verbindungen oder Legierungen erhöhen. Zu diesen Mitteln gehören insbesondere Halogene oder ihre Verbindungen.

In der Zeichnung ist ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar in F i g. 1 eine Vorrichtung ohne (in F i g. 2 mit) Rückfluß des vakuumbehandelten Stahles in den Schmelzenbehälter.

Der Umlauf-Evakuierungsbehälter 1 mit der Vakuumsaugleitung 2 besitzt einen Hochsaugrüssel 3 sowie einen Abflußrüssel 4, der mit einer Gießstrahlentgasungskammer 5 vakuumdicht verbunden ist. Der Hochsaugrüssel 3 taucht in die im Schmelzenbehälter 6 (bei nichtkontinuierichem Betrieb vorzugsweise Abstichpfanne) befindliche Schmelze ein, welche aus dem Nachfüllgefäß 7 (gegebenenfalls Ofen) nachgefüllt wird. An die GießstrahlentgasungskammerS ist in diesem Fall eine Stranggießanlage 8 angeschlossen.

In F i g. 2 sind dieselben Vorrichtungsteile wie in F i g. 1 mit denselben Bezugszeichen versehen. Abweichend von F i g. 1 ist die Ausstattung der Vorrichtung mit einem Rückfluß aus Gießstrahlentgasungskammer 5 in den Schmelzenbehälter 6 durch die Auslaßöffnung 13 und Rückflußleitung 16 bzw. 16'. Die Rückflußleitung 16 besitzt eine elektrische Pumpe 17. Die Rückflußleitung 16 kann durch die Wandung des Schmelzenbehälters 6 geführt sein, sie kann aber statt dessen von oben in den Raum des Behälters 6 geführt sein, wie gestrichelt (16') dargestellt ist.

In dem Rückfluß können an beliebiger Stelle Absperrorgane, z. B. Stopfen, gegebenenfalls auch vakuumdichte Absperrorgane eingebaut sein. Von der elektrischen Pumpe 17 abgesehen, sind die Absperrorgane nicht dargestellt.

21, 22 sind Schleusen für die Zugabe von Behandlungs- und Legierungsmitteln, 20 ein Mannlochverschluß.

Auch der zur Entnahme von Stahl dienende Auslaß 11 ist zweckmäßig mit einem Absperrorgan (Stopfen 12) versehen. Mit 18 ist eine Schräge bezeichnet, die eine gute Restentleerung der Gießstrahlentgasungskammer 5 gewährleistet. Schließlich kann auch der Schmelzenbehälter 6 einen Ausguß mit Stopfenstange 26 besitzen. Der Schmelzenbehälter 6 kann auch als Endstelle der Behandlung, z. B. als Gießpfanne, benutzt werden, dann kann die Auslaßöffnung 11 fehlen. Mit 23, 24 und 25 sind Zuleitungen für Gas, 23 und 25 insbesondere für gegebenenfalls vorgewärmtes oder vorerhitztes, z. B. auf 1000° C und mehr, »Liftgas« bezeichnet.

In den beiden Figuren sind die Niveaus der Schmelzen eingezeichnet, und zwar ist das Niveau in der Gießstrahlentgasungskammer 5 mit 14, das Niveau im Schmelzenbehälter 6 mit 15 und. das Niveau in dem Umlauf-Evakuierungsbehälter 1 mit 27 bezeichnet. Der Niveau-Unterschied zwischen 15 und 27 muß weniger als der barometrische Druck sein, also weniger als 1400 mm bei flüssigem Stahl betragen, damit der Stahl durch den barometrischen Druck in das Gefäß 1 befördert wird. Bei Zuführung, von »Liftgas« oder Anwendung einer elektrischen Pumpe (17') kann die Höhe entsprechend der Wirkung dieser Mittel größer sein. Ferner muß das Niveau 14 gegenüber dem Austritt mindestens 1400 mm hoch liegen. Diese Niveauhöhe kann geringer sein, wenn in dem Abfluß 11 eine Fördereinrichtung, z. B. eine elektrische Pumpe 17", vorgesehen ist.

Für den besonderen Fall der F i g. 2 ist noch folgendes zu beachten:

Wenn die Rückflußleitung 16 bzw. 16' zwischen Kammer 5 und Behälter 6 in Tätigkeit treten soll, muß gegebenenfalls vorhandener zu geringer Niveau-Unterschied durch Betätigung einer Fördereinrichtung 17, z. B. einer elektrischen Pumpe, ausgeglichen werden. Durch diese Fördereinrichtung 17 kann der Abfluß aus der Gießstrahlentgasungskammer 5 geregelt werden, und zwar auf folgende Weise:

1. Bei geschlossenem Abflußstutzen 11 kann die gesamte entgaste Schmelze über die Rückflußleitung 16 bzw. 16' in den Behälter 6 zurückfließen, gegebenenfalls unterstützt durch die Fördereinrichtung 17.

2. Bei Verhinderung des Rückflusses fließt die Schmelze bei geöffneter Ausflußöffnung von 11 aus dem System aus.

3. Bei geöffnetem Ausfluß 11 kann dessen Ausflußmenge durch eine Bemessung des Rückflusses gesteuert werden.

Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung lassen sich insbesondere Stähle jeder Art, seien es unlegierte oder legierte Stähle, herstellen. Es lassen sich auch in einfacher Weise besonders kohlenstoffarme Stähle herstellen. Die Kohlenstoffarmut ist bekanntlich besonders wichtig bei korrosionsbeständigen Stählen, bei magnetisch alterungsbeständigen Stählen oder auch bei Stählen, bei denen es auf magnetische oder elektrische Eigenschaften ankommt, insbesondere Dynamo- oder Transformatorenstähle. Die Herstellung besonders kohlenstoffarmer unlegierter oder legierter Stähle kann derart erfolgen, daß ein Stahlbad behandelt wird, welches in einem beliebigen Frischgefäß (SM-Ofen, Elektro-Ofen, Wind- oder Sauerstoff-Frischgefäß) auf Kohlenstoffgehalte in der Größenordnung von etwa 0,025 bis 0,12%, vorzugsweise 0,03 bis 0,06 %, eingestellt und unberuhigt abgestochen worden ist, wobei das Vakuum im Behälter zu den im Behandlungsgut vorhandenen Kohlenstoff- und entsprechenden, vorhandenen oder herbeigeführten Sauerstoffmengen so eingestellt wird, daß Kohlenstoffgehalte unter 0,025, vorzugsweise unter 0,0080 und noch besser unter 0,0050 °/o, erreicht werden.

Für die Entkohlungsbehandlung ist es von besonderem Vorteil, wenn in dem Evakuierungsbehälter und/oder in der Gießstrahlentgasungskammer während der Vakuumbehandlung oder eines Teiles davon ein Sauerstoff-Partialdruck von einigen Torr aufrechterhalten wird. Für den Fall, daß Desoxydations-, Denitrierungs- und/oder sauerstoffempfindliche Legierungsmittel zugegeben werden, ist es zweckmäßig, diesen Sauerstoff-Partialdruck im Vakuum nur vor der Zugabe der genannten Mittel vorzusehen. Der dafür benötigte Sauerstoff kann zweckmäßig, und zwar ganz oder teilweise, im Saugrüssel oder unter diesem zugegeben werden. Wenn dem Saugrüssel so-

- - genanntes Liftgas, d. h. ein Gas, welches der aufzusaugenden Metallschmelze Auftrieb verleihen soll, zugegeben wird, dann kann der genannte Sauerstoff, der gasförmig oder in Form von sauerstoffabgebenden Stoffen, z. B. in Form von CO₂, vorliegen kann, mit dem Liftgas zugegeben werden.

Die verschiedenen metallurgischen Maßnahmen, die in einer der Vorrichtungen durchgeführt werden sollen, können örtlich und zeitlich voneinander getrennt durchgeführt werden. So kann z. B. in einer Vorrichtung gemäß F i g. 1 eine Entkohlungsbehand-

lung und in der Gießstrahlentgasungskammer 5 eine Desoxydation und Legierungsbehandlung vorgenommen werden.

Eine noch größere Variationsmöglichkeit besteht in einer Vorrichtung gemäß F i g. 2. Dort kann man z. B. zunächst nur mit Rückfluß arbeiten, z. B. zum Zwecke der Entkohlung, insbesondere dann, wenn auf besonders niedrige Kohlenstoffgehalte hingearbeitet wird, z. B. unter 0,008 oder weniger als 0,005 %. Hierbei kann die Entkohlung entweder im Umlauf-Evakuierungsbehälter 1 oder in der Gießstrahlentgasungskammer 5 oder in beiden stattfinden. Dabei können etwaige Legierungszusätze schon im Anfang der Entkohlungsbehandlung zugegeben werden.

Nachdem die gesamte Schmelze in dieser Weise entkohlend behandelt worden ist, kann sich — mit oder ohne Rücklauf — eine Desoxydationsbehandlung anschließen.

In ähnlicher Weise können auch während des Umlaufs oder eines Teils davon Maßnahmen, wie sie oben bereits zur Entfernung von unerwünschten Begleitelementen, die bei Normaltemperatur fest sind, erwähnt worden sind, durchgeführt werden.

Claims (11)

25 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Vakuumbehandeln und vorzugsweise nachfolgendem Stranggießen, auch im Sequenzguß, von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, die aus einem mit Vakuumsaugleitung versehenen Evakuierungsbehälter besteht, in den ein Hochsaugrüssel führt und von dem ein Abfluß ausgeht, an den sich eine zweite Vakuumkammer anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vakuumkammer (5) als Gießstrahlentgasungskammer ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießstrahlentgasungskammer (5) eine Einrichtung zur Zuführung von Frischgas, insbesondere Sauerstoff, besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießstrahlentgasungskammer (5) mit einer Rückflußleitung (16,16') zum Schmelzenbehälter (6) versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochsaugrüssel (3), der Evakuierungsbehälter (1), der Abfluß (4) und die Gießstrahlentgasungskammer (5) und deren Abflüsse einzeln oder zu mehreren heizbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fördereinrichtung, vorzugsweise elektrische Pumpe, am Hochsaugrüssel (3), an der Rückflußleitung (16, 16') oder am Ausguß (11) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausguß (11) der Gießstrahlentgasungskammer (5) eine Stranggießanlage (8) angeschlossen ist.

7. Verfahren zur gesteuerten oder geregelten Entnahme von Schmelze aus einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme über die den Evakuierungsbehälter (1) durchlaufende Schmelzenmenge durch Änderung der barometrischen Höhe im Hochsaugrüssel und/oder durch eine Fördereinrichtung gesteuert wird, wobei der Abstand zwischen dem Schmelzenniveau im Schmelzenbehälter (6) und/oder der Unterdruck im Evakuierungsbehälter (1) und/oder die Betätigung von Fördereinrichtungen nach Anspruch 5 geändert wird.

8. Verfahren zur Herstellung besonders kohlenstoffarmer Stähle mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahlbad behandelt wird, welches in einem beliebigen Frischgefäß (SM-Ofen, Elektro-Ofen, Wind- oder Sauerstoff-Frischgefäß) auf Kohlenstoffgehalte in der Größenordnung von etwa 0,025 bis 0,12%, vorzugsweise 0,03 bis 0,06%, eingestellt und unberuhigt abgestochen worden ist, wobei das Vakuum im Behälter zu den im Behandlungsgut vorhandenen Kohlenstoff- und entsprechenden, vorhandenen oder herbeigeführten Sauerstoffmengen so eingestellt wird, daß Kohlenstoffgehalte unter 0,025%, vorzugsweise unter 0,0080 und noch besser unter 0,0050%, erreicht werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Evakuierungsbehälter (1) und/oder in der Gießstrahlentgasungskammer (5) während der Vakuumbehandlung oder eines Teiles davon, insbesondere zur Entkohlung, ein Sauerstoff-Partialdruck von einigen Torr aufrechterhalten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zugabe von Desoxydations-, Denitrierungs- und/oder sauerstoffempfindlichen Legierungsmitteln der Sauerstoff-Partialdruck nur vor der Zugabe dieser Mittel aufrechterhalten wird.

11. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückfluß der vakuumbehandelten Schmelze geregelt wird zur Steuerung der aus der Gießstrahlentgasungskammer (6) gleichzeitig, z. B. zum Gießen, austretenden Teilmenge der Schmelze.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen