DE1904442A1

DE1904442A1 - Verfahren zum Frischen von Metallschmelzen

Info

Publication number: DE1904442A1
Application number: DE19691904442
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. M C21d 9-46 Antarag
Original assignee: Hoesch AG
Current assignee: Hoesch AG
Priority date: 1969-01-30
Filing date: 1969-01-30
Publication date: 1970-09-03
Also published as: US3759700A; JPS543121B1; FR2029665A1; FR2029665B1; GB1288336A; DE1904442B2; SE363846B

Description

Patentanwälte 4000 Düsseldorf, den 29. Januar 1969

Dlpl.-Ing. Saueriand ' Oecilienallee 76 III/Ka·

Dr. Ing. König

DÜSSELDORF 1904442

Cecilienallee 76

Unsere Akte 24 566

Hoesoh Aktiengesellschaft, 46OO Dortmund, Eberhardstraße 12

"Verfahren zum Frischen von Metallschmelzen"

Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Frischen von Metall-, insbesondere von Eisen- und Stahlschmelzen, beispielsweise zur Verringerung des Kohlenstoffgehaltes und/oder der Gehalte an anderen unerwünschten Begleitelementen.

Es ist bereits bekannt, die Entkohlung von Stahlschmelzen im Vakuum durch den Zusatz fester Sauerstoffverbindungen, beispielsweise von feinkörnigem Erz, Walzenzunder oder anderen Metalloxyden zu beschleunigen· Die Zugabe fester Sauerstoffträger besitzt jedoch den Nachteil, daß von der zu behandelnden Metallschmelze zunächst die lösungswärme für die festen Sauerstoffträger aufgebracht werden muß und der Schmelze damit entzogen wird· Außerdem bedarf die Oxydation der unerwünschten Eisenbegleiter, beispielsweise des Kohlenstoffs bei der Zugabe fester Sauerstoffträger zunäohst einer Reduktion der Sauerstoffträger, die zu einer Verringerung der freien Enthalpie der Gesamtreaktion führt. Außerdem enthalten die infrage kommenden Oxyde, insbesondere die Erze eine Reihe von Elementen, die

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sich auf die Eigenschaften des zu frischenden Metalls nachteilig auswirken können«

Zum Stande der Technik gehören auch Verfahren zur Yakuumtiehandlung von Stählen, "bei denen Gase von unten in die zu "behandelnde Schmelze eingeblasen werden_o So wird in der deutschen Auslegeschrift 1 216 904*ein Verfahren zum Vakuumentgasen beschrieben, bei dem das Metall eine oberhalb der zu entgasenden Schmelze an-' geordnete Vakuumkammer durchläuft, in die die Schmelze mittels eines lördergases durch ein Einlaufrohr eingeleitet wird. Bekannt ist es auch, beim Vakuumheberverfahren, bei dem oberhalb der zu entgasenden Schmelze ein auf- und abbewegbares Vakuumgefäß mit einem in die Schmelze eintauchenden Rohrstutzen angeordnet ist, in den Einlauf stutzen ein Pördergas einzuleiten·

Die mit Fördergasen arbeitenden Vakuumverfahren sind auf die Verwendung inerter, mindestens aber reakti- ■ onsträger Gase beschränkt, da das Gas lediglich, dazu dient, dem im Einlaufrohr befindlichen Metall einen gewissen Auftrieb zu verleihen. Das Einleiten von reinem Sauerstoff anstelle eines inerten oder reafctionsträgen Fördergases verbietet sich bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen, da die Reaktion, des reinen Sauerstoffs mit dem Metall und dessen Begleitelementen so heftig sein würde, daß es zu einer raschen Zerstörung der feuerfesten Ausmauerung des EiElaufr ohr es kommen würde. Dies umso mehr, als bein: Einleiten, von reinem Sauerstoff in Eisen- oder Stahlschmelzen Eisenoxydul entsteht, das zu einer schneller Zerstörung des feuerfesten Putters führte,

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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe "besteht nun darin, ein Verfahren zu schaffen, das auf der Ausnutzung der hohen Reaktionswärme der Oxydationsreaktion heim Einleiten von reinem Sauerstoff "basiert und außerdem das Herstellen hochlegierter Schmelzen unter Ausnutzung der Vorteile "bekannter Verfahren zur Vakuumentgasung von Stahlschmelzen gestattet. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß· vorgeschlagen, auf die Oberfläche der in einem Vakuum "befindlichen Schmelze Sauerstoff mit Überschallgeschwindigkeit zu "blasen und damit eine schnelle Oxydation der unerwünschten Metairbegleiter herbeizuführen. Die Überschallgeschwindigkeit des Sauerstoffstrahls führt zu einer scharfen Bündelung und vermeidet die Gefahr, daß der Sauerstoff noch vor einer Reaktion mit dem Metall über die Vakuumpumpe abgesaugt wird. Der Sauerstoff reagiert daher im wesentlichen vollständig mit den leicht oxydierbaren Begleitelementen des zu behandelnden Metalls, beispielsweise mit dem Kohlenstoff einer Eisen- oder Stahlschmelze.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit einer Vakuumkammer durchführen, in deren Decke gasdicht eine Sauerstofflanze verschiebbar geführt ist, über die der Sauerstoff auf die Oberfläche der zu behandelnden Schmelze geblasen wird. Das Verfahren kann jedoch auch in der Weise durchgeführt werden, daß gasdicht in der Wandung eines Vakuumhebers eine Sauerstofflanze verschiebbar geführt ist, über die Sauer-.atoff periodisch auf die gerade im Vakuumgefäß befindliche Teilmenge geblasen wird.

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Um eine scharfe Bündelung des Sauerstoffstrahls zu erreichen, kann die Lanzenöffnung vorzugsweise als Lavalldüse ausgebildet sein. Durch Hochfahren kann die Sauerstofflanze gegen Metall- und Schlackenspritzer geschützt werden, wobei für einen vollkommenen Schutz im Bereich der lanzendurchführung noch eine Schutzklappe angeordnet sein kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Vorrichtungen nach der Erfindung des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Mg, 1 einen Vertikalschnitt durch eine Vakuumkammer mit einer in einer Pfanne befindlichen Schmelze·

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemäßen Vakuumheber mit in die Schmelze eintauchenden Saugrüssel in der Frischphase und

3 die in Pig. 2 dargestellte Vorrichtung während der Auslaufphase.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 besteht aus einer Vakuumkammer 5, die mittels eines Deckels 6 gasdicht verschlossen ist. Im Deckel 6 befindet sich ein zu einer Vakuumpumpe 7 führender Rohrstutzen 8, sowie ein Lanzenstutzen 9 mit einer Stopfbuchse 10. In der Stopfbuchse 10 ist die Sauerstofflanze 11 gasdicht und axial verschiebbar geführt. Die Austrittsöffnung der Sauerstofflanze 11 ist als Lavalldüse 12 ausgebildet, so daß sich eine scharfe Bündelung des Sauerstoffstrahls ergibt. Unterhalb der Sauerstofflanze 11 befindet sich in einer Pfanne 13 die zu behandelnde Schmelze 14. Um die Sauerstofflanze, insbesondere

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die Lavalldüse 12 gegen Schlacken- und Metallspritzer zu schützen, wird die lanze bei Nichtgebrauch hochgefahren und der Lanzenstutzen mittels der Schutzklappe 15 verschlossen.

Bei dem in den Mg. 2 und 3 dargestellten Vakuumheber ragt der Saugrüssel 17 eines Vakuumgefäßes 18 in die in einer Pfanne 19 befindliche Schmelze 20 hinein. Das Vakuumgefäß 18 ist über einen Vakuumstutzen 21 an eine (nicht dargestellte) Vakuumpumpe angeschlossen und besitzt eine Zuführungsvorrichtung 22 zum Einführen von Legierungsmitteln. Im oberen Teil des Vakuumgefäßes 18 befindet sich ein Lanzenstutzen 23 mit einer Stopfbuchse 24, in der gasdicht und verschiebbar eine Sauerstofflanze 25 angeordnet ist, deren Austrittsöffnung -wiederum als Lavalldüse 26 ausgebildet ist. Zum Schutz der Sauerstofflanze 25 und insbesondere der Lavalldüse 26 ist im Innern des Vakuumgefäßes 18 eine Schutzklappe 27 angeordnet. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Vorrichtung arbeitet intermittierend, d.h. es wird nur während, der Ansaug- bzw. Entgasungsphase (Pig. 2) mit Sauerstoff geblasen, während beim Auslaufen der entgasten und gefrischten Teilmenge (Pig. 3) die Sauerstoffzufuhr abgesperrt wird. Aus diesem Grunde besitzt die Sauerstofflanze ein Absperrventil 28. Da während der Auslaufphase das Vakuumgefäß angehoben wird, kann das Absperrventil 28 durch das Hubwerk des Vakuumgefäßes gesteuert werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde in-einer Vorrichtung nach den Fig. 2 und 3 eine Stahlschmelze mi-t 0,396 Kohlenstoff, 1696 Chrom und 85ε Nickel und

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einer Pfannentemperatur von I65O C im Vakuum gefrischt, um ohne wesentliche Verschlackung des Chroms den Kohlenstoffgehalt auf 0,03$ zu senken. Mit dem in der Schmelze gelösten Sauerstoff würde sich bei der angegebenen Temperatur nur ein Kohlenstoffgehalt von 0,25$ erreichen lassen. Durch Einblasen von reinem Sauerstoff über das Sauerstoffrohr, dessen lavalldüse ein Öffnungsverhältnis von Έ*/Έ =» 0,08 "besaß, aus einer Sauerstoffleitung mit einem Druck von 3 atü ergab sich für den Sauerstoffstrahl am Düsenausgang ein Druck von 15 Torr, der unterhalb des im Vakuumge- ' faß herrschenden Innendrucks von 20 Torr lag. Dieser Druck ergibt einen gebündelten Sauerstoffstrahl, der zu einer sehr schnellen Entkohlung der Schmelze führte. Der Druck am Düsenausgang darf nicht allzu viel unter dem Innendruck des Vakuumgefäßes liegen, da sich sonst ein sehr kurzer Überschallstrahl ergibt, -der am ersten Knoten bereits durch einen Verdichtungsstoß in eine unbrauchbare Unterschallströmung übergeht, liegt der Druck im Sauerstoffstrahl am Düsenausgang im gleichen Bereich wie der Druck im Vakuumgefäß, so bildet sich ein langgezogener über mehrere Knoten stabiler Überschallstrahl wie in !ig. 1 und 2 dargestellt, liegt der Druck am Düsenausgang wesentlich über dem Druck im Vakuumgefäß, so platzt der Strahl sofort nach Austritt auseinander und wird ebenfalls unbrauchbar. Inegesamt wurden bis zum Erreichen des Endkohlenstoffgehaltes von Q,Q3# etwa 4 kg Sauerstoff je Tonne Stahl eingeblasen«

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Claims

Hoesch Aktiengesellschaft, 4-600 Dortmund, Eberhardstraße 12 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Frischen von Metall-, insbesondere von Eisen- und Stahlschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche der in einem Vakuum "befindlichen Schmelze Sauerstoff mit Überschallgeschwindigkeit geblasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Druck im Sauerstoffstrahl am Düsenaustritt nur wenig, vorzugsweise unter dem Druck im Vakuumgefäß liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein chromhaltiger Stahl gefrischt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3» gekennzeichnet durch eine Vakuumkammer (5) in deren Deckel (6) gasdicht eine Sauerstofflanze (11) verschiebbar geführt ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn-

. zeichnet, daß in der Wandung eines Vakuumhebers (18) gasdicht eine Sauerstofflanze (25) verschiebbar geführt ist.

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6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor der

Lanzendurchführung (9, 22) eine Schutzklappe (15, 27) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanzenöffnung als Lavalldüse (12, 26)" ausgebildet ist.

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