DE19646738C2 - Verfahren und Vorrichtung zum metallurgisch verbesserten Abstich von flüssigem Stahl aus einem Schmelzofen in eine Pfanne - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum metallurgisch verbesserten Abstich von flüssigem Stahl aus einem Schmelzofen in eine Pfanne

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum metallurgisch verbesserten Abstich von flüssigem Stahl während der gesamten Abstichzeit des Stahls aus einem Schmelzofen in eine Pfanne.
Beim Abstich von Rohstahl, bspw. aus einem Blasstahlkonverter oder einem Elektroofen, fällt der flüssige Stahl über ca. 3 bis 6 m frei durch die Luft in eine Pfanne. Während dieses freien Falls reißt der Flüssigstahl-Strom, bedingt durch seinen abgesenkten statischen Druck Pst gegenüber dem Atmosphärendruck von 1 bar, Luft mit sich in die in der Pfanne aufsteigende Flüssig-Stahlsäule. Die Druck­ verhältnisse - die sich aufteilen in Pst (< 1 bar) und Pdyn. - am Pfannengießstahl können mit der nachfolgenden Gleichung (1)
Pges = Pst + Pdyn. = 1 bar (1)
beschrieben werden.
Diese somit quasi Stahl-Strahlpumpe mit einer Oberfläche und einer großen Fallhöhe trägt unvermeidlich Sauerstoff und Stickstoff durch das Mitsaugen von Luft in die Stahlschmelze der Pfanne, wo sich die Elemente N2 und O2 physikalisch und chemisch lösen. Dieses Aufladen der Stahlschmelze mit Stickstoff und Sauerstoff in Form von gelösten Elementen und in Form von Nitriden und Oxiden führt zu einer Minde­ rung der Werkstoffeigenschaften und Qualität der Stahlendprodukte sowie zu einem hohen Aufwand an Legierungselementen und Behandlungs­ zeiten, insbesondere im Bereich der Sekundärmetallurgie.
Aufgrund von Erfahrungen im Stahlwerk zeigt sich, daß bei einer Fallhöhe zwischen Ofen und Pfannenboden bei einem Gießstrahl von ca. 180 mm Durchmesser ca. 1 m3 Luft pro Tonne Stahl mitgerissen wird. Dies führt zu einer Sauerstoffaufnahme von 210 Nl/t Stahl oder ca. 300 g Sauerstoff bzw. zu einem Al-Verbrauch von ca. 340 g für die Desoxidation bzw. zu ca. 637 g Tonerde-Desoxidationsprodukten, die zum Teil zur Abscheidung in die Pfannenschlacke gelangen (Raffi­ nation) bzw. eine Minderung des oxidischen Reinheitsgrades ver­ ursachen. Gleichzeitig gelangen 790 l Stickstoff/t Stahl oder 987,5 g Stickstoff/t Stahl in den Stahl, der sich zum Teil im Stahl löst und zu einer Aufstickung des Stahls führt, die wiederum mit Quali­ tätsnachteilen der Stahlprodukte verbunden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden, insbesondere den höheren Prozeß- und auch Legierungsaufwand, z. B. den Einsatz von Aluminium zur Desoxidation oder den Einsatz einer Entgasungsstufe im Bereich der Sekundärmetal­ lurgie, zu vermindern bzw. sogar ganz zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird in überraschender und einfacher Weise erfindungs­ gemäß mit einem Verfahren dadurch gelöst, daß zwischen dem Ofen- Abstichloch und dem Pfannenboden bzw. dem Stahl in der Pfanne eine sauerstofffreie Atmosphäre mit einem Druck < 1 bar eingestellt wird. Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4. Indem somit über die Fallhöhe des Flüssigstahl eine gegen die Umgebung weitestgehend abgekapselte und sauerstofffreie Atmosphäre - vorzugsweise durch Einleiten von Argon - mit einem Überdruck eingestellt wird, läßt sich das nachtei­ lige Mitreißen von Luft und damit großen Mengen von Sauerstoff vermeiden. Die mit der Erfindung zu erreichenden großen Vorteile bestehen in einer
  • - Einsparung von ca. 340 g Al/t Stahl an Desoxidationsmitteln bei einem Gesamtverbrauch von ca. 1 kg Al/t Stahl bei normalen Al beruhigten Stählen,
  • - Verbesserung des oxidischen Reinheitsgrades durch einen gerin­ geren Gehalt an im Stahl verbleibenden Oxiden wie Tonerde,
  • - Verminderung der Aufstickung des Stahls, die besonders bedeut­ sam für E-Stahlwerke ist, da dort ein relativ hoher Gehalt an Stickstoff im Bereich der Elektroden in die Schmelze gelangt.
Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens sieht vor, daß zwischen dem Ofenabstich und der Pfanne ein Pfannendom angeordnet und an die Pfanne mindestens eine Gaszuführung angeschlossen ist. Weitere vorteilhafte Vorrichtungsmerkmale zur Verminderung der Oxidation und Aufstickung sowie zur Reinigung des flüssigen Stahls beim Stahlabstich ergeben sich aus den Ansprüchen 5 bis 13. Der Pfannendom sorgt hierbei für eine Abkapselung der in der Pfanne eingestellten sauerstofffreien Atmosphäre gegen die Umgebung un­ terhalb des Schmelzofens, d. h. vom Ofenabstich des Schmelzgefäßes bis zum Pfannenrand; hierzu trägt vorteilhaft auch ein sich zum Reoxidationsschutz anschließendes, von dem Ofenabstichloch in den Pfannendom hineinragendes Rohr - vorzugsweise aus Feuerfestmaterial - bei, das den Flüssigstahl gebündelt in den Pfannendom bzw. die Pfanne leitet. Die Gaszuführung, z. B. mittels - gegebenenfalls rohrartig ausgebildeten - Spülsteinen und/oder Spülrohren, stellt die sauerstofffreie Atmosphäre sicher, wobei die Pfanne in zweckmä­ ßiger Weise bereits vor dem Befüllen mit dem Flüssigstahl mit vorteilhaft Argon oder anderen vergleichbaren Gasen geflutet und der Überdruck der sauerstofffreien Atmosphäre eingestellt werden sollte. Hierbei wird vorgeschlagen, daß der Druck der einströmenden Gasmenge während der gesamten Abstichzeit gesteuert oder geregelt und konstant gehalten, alternativ die Gasmenge über eine Druck­ regelung eingestellt und konstant gehalten wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in der einzigen Zeichnungsfigur schematisch dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels des Gegenstandes der Erfindung, wobei die Figur bspw. einen Gleichstrom-Elektroofen mit dem erfindungsgemäßen Reoxida­ tionsschutz zwischen Ofenabstich und Pfanne darstellt; gleichwohl eignet sich die Erfindung nicht nur für einen Elektroofen, der als Gleichstrom- oder als Wechselstromofen ausgebildet sein kann, sondern auch bei einem Blasstahlkonverter oder Induktionsofen.
In einem Ofen 1 wird mittels einer Elektrode 2 Rohstahl geschmolzen; die von einer Schlackenschicht 4 abgedeckte Rohstahlschmelze 3 befindet sich in einem abstichseitig mit einem Erker 5 ausgebildeten Schmelzgefäß. Dieses weist im Bereich des Erkers 5 einen bodenseiti­ gen Ofenabstich 6 auf, der durch einen Bodenverschluß 7 (Klappe oder Schieber) verschließbar ist. Das Schmelzgefäß des Elektroofens 1 ist für den schlackenfreien Abstich auf einer Schwenkvorrichtung 9 angeordnet, die sich mit Hilfe eines Schwenkzylinder 9.1 betätigen läßt.
Unterhalb des Ofenabstichs 6 ist eine Pfanne 11 angeordnet, die mit einem Pfannenverschluß 12 und - im Ausführungsbeispiel - einem Spülstein 13 bzw. 13.1 zur Einleitung von Argon oder anderen Gasen sowohl im Pfannenboden als auch in der Pfannenwand versehen ist; außerdem ist ein vom Pfannenrand her in den Pfanneninnenraum 11.1 geführtes Spülrohr 13.2 gezeigt. Die Pfanne 11 ruht auf einem Pfannenwagen 22, die eine Hebe- und Senkvorrichtung 23 für die Pfanne 11 aufweist, mit der sich ein kurzer Abstand zwischen dem Ofenabstich 6 bzw. dem Bodenverschluß 7 und einer Öffnung 10.2 eines die Pfanne 11 von deren Pfannenrand nach oben hin einhausenden Pfannendoms 10 erreichen läßt.
Der sich an den Pfannenrand anschließende, den Abstand, zum Ofen­ abstich 6 überbrückende Pfannendom 10 ist horizontal schwenkbar und/oder heb- und senkbarer besitzt eine Öffnung 18 für die Zugabe von Legierungs- und Desoxidationsmittel 17 während und nach dem Abstich. Der Innenraum 11.1 der Pfanne 11 wird vor dem Öffnen des Ofenabsti­ ches 6 und damit vor dem Leeren des Ofens 1 zweckmäßig mit Argon oder einem anderen Gas über die bodenseitigen Spülsteine 13 bzw. die nahe dem Pfannenboden in der Pfannenwand angeordneten Spülsteine 13.1 und/oder über das Spülrohr 13.2 geflutet und somit eine einen Überdruck aufweisende sauerstofffreie Atmosphäre eingestellt, die sich bis in den Domraum 10.1 aufbaut. Der nach dem Öffnen des Ofenabstichs 6 mit einem Gießstrahl 14 in die Pfanne 11 einströmende Flüssigstahl 16 kann daher keinen Sauerstoff mitreißen. Ein unter­ stützender Reoxidationsschutz des Gießstrahles 14 beim Leeren des Stahls aus dem Elektroofen 1 in die Pfanne 11 wird durch ein vom Ofenaustritt 6 den Stahl gebündelt in den Pfannendom 10 bzw. die Pfanne 11 leitendes kurzes Rohr 8 aus Feuerfestmaterial erreicht. Die sauerstofffreie Überdruck-Atmosphäre wird während des gesamten Abstichs über dem Pfannenboden bzw. über der metallurgischen Schlacke 15 des sich in der Pfanne 11 aufbauenden Flüssigbades des Flüssigstahls 16 aufrechterhalten. Während der gesamten Abstichzeit fällt somit der Flüssigstahl durch eine luftfreie Gasphase in die Pfanne.
Der Überdruck im Dom- und Pfannenraum 10.1, 11.1 wird mittels eines Druckmeßgerätes 19 gemessen, und der Gasstrom (NL/min) an Argon bzw. Gas so gesteuert oder geregelt, daß im gesamten Pfannenbereich bis zur oberen Öffnung 10.2 des Pfannendoms 10 der gewünschte Überdruck von < 1 bar herrscht. Dieser Überdruck kann auch über eine Druck­ regelung 21 eingestellt und konstant gehalten werden, die die Gasmenge 20 während der gesamten Abstichzeit des Rohstahls 3 aus dem Ofen 1 in die Pfanne 11 ansteuert.

Claims (13)

1. Verfahren zum metallurgisch verbesserten Abstich von flüssigem Stahl während der gesamten Abstichzeit des Stahls aus einem Schmelz­ ofen in eine Pfanne, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ofen-Abstichloch und dem Pfannenboden bzw. dem Stahl in der Pfanne eine sauerstofffreie Atmosphäre mit einem Druck < 1 bar eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck während der gesamten Abstichzeit über die ein­ strömende Gasmenge gesteuert oder geregelt und konstant gehal­ ten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmenge über eine Druckregelung eingestellt und konstant gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Atmosphäre aus Argon eingestellt wird.
5. Vorrichtung zum metallurgisch verbesserten Abstich von flüssigem Stahl während der gesamten Abstichzeit des Stahls aus einem Schmelzofen in eine Pfanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ofenabstich (6) und der Pfanne (11) ein Pfannendom (10) angeordnet und an die Pfanne mindestens eine Gaszuführung (13; 13.1; 13.2) angeschlossen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfannendom (10) horizontal schwenkbar ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfannendom (10) heb- und senkbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Ofenabstichloch (6) ein in den Pfannendom (10) hinein­ ragendes Rohr (8) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Spülsteine (13, 13.1) im Pfannenboden und/oder in der Pfannenwand angebracht sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszufuhr über ein Spülrohr (13.2) erfolgt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pfanne (11) in einem Pfannenwagen (22) mit Heb- und Senkvorrichtung (23) positioniert ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Domraum (10.1) mit einer Druckmeßvorrichtung (19) versehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmessungsvorrichtung (19) an eine Druckregelung (21) angeschlossen ist.
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