DE19811722C1

DE19811722C1 - Apparatus for vacuum refining of metal, in particular, steel melts

Info

Publication number: DE19811722C1
Application number: DE1998111722
Authority: DE
Inventors: Gernot Zahs; Rainer Teworte; Thomas Rappen
Original assignee: SMS VACMETAL GES fur VACUUMME
Current assignee: SMS VACMETAL GES fur VACUUMME
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 1999-09-09
Anticipated expiration: 2018-03-19
Also published as: WO1999047712A1; AU3146299A

Abstract

The apparatus for vacuum refining of metal melts by blowing of oxygen onto the melt bath surface by means of a lance (7) is characterized by the following facts: (a) the lance projects from above into a vacuum vessel (3); and (b) the distance between the lance end and the bath surface is at least 6 m.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vakuumfrischen von Metall-, insbesondere Stahlschmelzen durch Aufblasen von Sauerstoff auf die Ober fläche einer in einem Vakuumgefäß befindlichen Schmelze bzw. Teil schmelze.The invention relates to a device for vacuum freshening of metal, especially steel melting by blowing oxygen onto the upper area of a melt or part located in a vacuum vessel melt.

Unter den sekundärmetallurgischen Verfahren zum Behandeln von Stahl hat die Vakuumbehandlung im Verlaufe der letzten Jahrzehnte eine heraus ragende Stellung eingenommen; sie dient dazu, die Restgehalte an uner wünschten Begleitelementen weitestgehend zu verringern, einen möglichst hohen Reinheitsgrad zu erreichen sowie die Zusammensetzung des Stahls möglichst genau einzustellen und die Homogenität des erstarrten Stahls zu verbessern.Has among the secondary metallurgical processes for treating steel vacuum treatment one out over the past few decades outstanding position; it serves to keep the residual content of un to reduce the desired accompanying elements as much as possible, to achieve a high degree of purity and the composition of the steel adjust as precisely as possible and increase the homogeneity of the solidified steel improve.

Für eine derartige Vakuumbehandlung stehen verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Verfügung, insbesondere die in Coupette "Die Vakuumbe handlung des flüssigen Stahls", 1967, Seiten 13 bis 39 beschriebene Standentgasung, bei der eine die zu entgasende Schmelze enthaltende Pfanne mit einem vakuumdichten Deckel versehen ist oder sich in einem mit einem Deckel versehenen Vakuumbehälter befindet. Des weiteren ist die sogenannte Umlauf-Entgasung (häufig als RH-Verfahren bezeichnet) bekannt (a.a.O., Seiten 47 bis 56), bei der ein Vakuumgefäß mit seinen bei den am Boden angeordneten Rüsseln in die zu entgasende Schmelze eintaucht und die Schmelze beispielsweise mit Hilfe eines Liftgases in einem der Rüssel aufwärts gefördert wird, um das Gefäß nach der Entgasung über den anderen Rüssel wieder zu verlassen. Die beiden Rüssel brauchen nicht nebeneinander, sondern können auch konzentrisch zueinander angeordnet sein. Schließlich gehört zu den Standard-Verfahren der Vakuumentgasung auch das sogenannte Vakuumheber-Verfahren (DH-Verfahren), bei dem ein heb- und senkbares Vakuumgefäß mit einem am Boden angeordneten Rüssel in die zu entgasende Schmelze eintaucht und diese beim peri odischen Absenken und Heben portionsweise aufnimmt (a.a.O. Seiten 40 bis 47).Various methods and are available for such a vacuum treatment Devices are available, especially those in Coupette "Die Vacuumbe handlung of the liquid steel ", 1967, pages 13 to 39 Stand degassing, in which one contains the melt to be degassed Pan is provided with a vacuum-tight lid or in one with a lid provided vacuum container. Furthermore, it is so-called circulation degassing (often referred to as the RH process) known (op. cit., pages 47 to 56), in which a vacuum vessel with its the proboscis arranged on the bottom into the melt to be degassed immersed and the melt, for example with the help of a lift gas in one the proboscis is conveyed up to the vessel after degassing to leave the other trunk. The two proboscis don't need next to each other, but can also be arranged concentrically to each other his. After all, one of the standard methods of vacuum degassing also the so-called vacuum lifter process (DH process), in which a Liftable and lowerable vacuum vessel with one arranged on the bottom Immerse the proboscis in the melt to be degassed and this at the peri or lowering and lifting in portions (see pages 40 to 47).

Die bekannten Standard-Verfahren haben eine Reihe von Abwandlungen erfahren, deren wichtigste das Einblasen eines Spülgases von unten, das Einblasen von Feststoffen sowie insbesondere das Frischen der Schmelze unter Vakuum sowie das Zuführen von Wärme beispielsweise mit Hilfe eines Brenners sind.The known standard methods have a number of modifications experienced, the most important of which is the blowing in of a purge gas from below, the Blowing in of solids as well as in particular freshening up the melt under vacuum and the supply of heat, for example with the help of a Brenners are.

Beim Vakuumfrischen wird üblicherweise gasförmiger Sauerstoff mit Hilfe einer wassergekühlten Lanze auf die im Vakuumgefäß befindliche Schmelze bzw. Teilschmelze beim RH- und DH-Verfahren geblasen. Dies erfordert angesichts der hohen Temperatur im Vakuumgefäß einerseits eine wasser gekühlte Lanze und im Hinblick auf das Sauerstoffeinbringen in die Schmelze einen verhältnismäßig geringen Lanzenabstand von der Schmelze. Der geringe Lanzenabstand ist mit der Gefahr verbunden, daß der aus Kupfer bestehende Lanzenkopf durch Stahl- und Schlackenspritzer gefährdet wird, die an der Lanzenspitze anfrieren und zu einer Beschädi gung des Lanzenkopfes bzw. der Sauerstoffdüsen führen können.Vacuum refreshing usually uses gaseous oxygen a water-cooled lance on the melt in the vacuum vessel or partial melt blown in the RH and DH processes. This requires Given the high temperature in the vacuum vessel, on the one hand a water cooled lance and with regard to the introduction of oxygen into the Melt a relatively small lance distance from the Melt. The small lance distance is associated with the risk that the copper lance head made of steel and slag splashes is endangered that freeze at the tip of the lance and damage lead of the lance head or the oxygen nozzles.

Bekannt sind aus der deutschen Patentschrift 36 19 092 auch Lanzen, mit deren Hilfe sich nicht nur Sauerstoff, sondern auch ein Heizgas auf die Schmelze blasen läßt, um die mit der Vakuumbehandlung notwendi gerweise verbundenen Temperaturverluste auszugleichen oder das Vakuumgefäß bzw. das die Schmelze aufnehmende Gefäß zwischen zwei Vakuum-Behandlungen zu beheizen.Lances are also known from German patent specification 36 19 092, with whose help affects not only oxygen, but also a heating gas Melt can blow to the necessary with the vacuum treatment to compensate occasionally associated temperature losses or the vacuum vessel or the one receiving the melt Heat the vessel between two vacuum treatments.

Die Praxis hat bislang keine optimale Lösung für die beiden widerstreitenden Forderungen gefunden, den Lan zenabstand aus metallurgischen und reaktionskinetischen Gründen möglichst gering, aus Sicherheitsgründen jedoch nicht zu gering zu wählen.So far, practice has not had an optimal solution for that found two conflicting demands, the Lan Zen distance from metallurgical and reaction kinetics Reasons as low as possible, but for security reasons not to choose too small.

Der verhältnismäßig geringe Lanzenabstand von etwa min destens 2,5 m, beispielsweise 3 bis 4 m bei modernen Umlauf-Entgasungsgefäßen bedingt eine entsprechend große Eintauchtiefe der Lanze im Vakuumgefäß bzw. eine große Lanzenlänge. Damit ist nicht nur ein erheblicher Aufwand für die Herstellung, Wartung und den Betrieb der Lanze verbunden, sondern über dem Vakuumgefäß ist auch ein entsprechender Freiraum erforderlich, um die Lanze achsparallel aus dem Vakuumgefäß herausfahren und zur Seite schaffen zu können. Hinzu kommt der nicht unerheb liche Wärmeverlust infolge der im wesentlichen von der Lanzenlänge bestimmten gekühlten Oberfläche der Lanze.The relatively small lance distance of about min at least 2.5 m, for example 3 to 4 m for modern ones Circulation degassing vessels require a correspondingly large one Immersion depth of the lance in the vacuum vessel or a large one Lance length. This is not just a considerable effort for the manufacture, maintenance and operation of the lance connected, but above the vacuum vessel is also a Appropriate clearance is required to the lance Drive out of the vacuum vessel parallel to the axis and to the To be able to create a page. Added to this is the not inconsiderable heat loss due to the essentially of the Lance length determined cooled surface of the lance.

Diesen Nachteil zu beseitigen, ist Aufgabe der Erfindung, die durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst wird. Sie erreicht dieses Ziel dadurch, daß die mit mindestens einer Düse ausgestattete Lanzenspitze im größstmöglichen Abstand von der Badoberfläche ange ordnet ist. Aufgrund der günstigen Strömungsverhältnisse bzw. Geschwindigkeiten im Vakuum ist es möglich, den Lanzenabstand im Vergleich zum herkömmlichen Vakuumfri schen deutlich zu erhöhen. Demgemäß ragt die Lanze nur so weit in das Vakuumgefäß hinein, wie das erforderlich ist, um ein Mitreißen von Sauerstoff durch das das Vaku umgefäß verlassende Reaktionsgas zu vermeiden. Vor zugsweise ist die Lanzenspitze etwa 0 bis 2,5 m vor der Lanzendurchführung im Innern des Vakuumgefäßes angeord net. Beim Umlaufverfahren kann der Lanzenabstand von der Badoberfläche beispielsweise 6 bis 8,5 m betragen; er liegt vorzugsweise bei 7 bis 8 m.The object of the invention is to eliminate this disadvantage is solved by a device according to claim 1. It achieves this goal in that the lance tip equipped with at least one nozzle at the greatest possible distance from the bathroom surface is arranged. Because of the favorable flow conditions or speeds in a vacuum it is possible to Lance distance compared to the conventional vacuum fri increase significantly. Accordingly, the lance only protrudes as far into the vacuum vessel as required is to carry oxygen through the vacuum to avoid reaction gas leaving the vessel. Before preferably the lance tip is about 0 to 2.5 m in front of the Lance passage arranged inside the vacuum vessel net. With the circulation process, the lance distance from the Bath surface, for example, be 6 to 8.5 m; he is preferably 7 to 8 m.

Im Falle einer Standentgasungsanlage kann die Lanzen spitze auch oberhalb der die zu entgasende Schmelze ent haltenden Pfanne oder des Vakuumgefäßes angeordnet sein, beispielsweise unmittelbar unterhalb des Deckels.In the case of a stand degassing system, the lances can also peak above the melt to be degassed holding pan or the vacuum vessel, for example immediately below the lid.

Der große Lanzenabstand bzw. die geringe Eintauchtiefe im Vakuumgefäß führen zu einer wesentlichen Verringerung der Herstellungs-, Betriebs- und Wartungskosten bei geringem Platzbedarf oberhalb des Vakuumgefäßes und ent sprechend geringeren Investitionskosten. Zum anderen befindet sich die Lanzenspitze in sicherem Abstand von der Badoberfläche und damit außerhalb des Einflußbe reiches von einer Schaumschlacke oder von Schlacken- und Metallspritzern. Schließlich führt die dem Lanzenabstand entsprechende große Laufstrecke des Sauerstoffstrahls im Vakuumgefäß zu einer intensiven Nachverbrennung des die Schmelze verlassenden Kohlenmonoxids zu Kohlendioxid sowie zu einer entsprechend verbesserten Wärmeübertra gung an die Schmelze. Des weiteren ist es möglich, die Schmelze beispielsweise im Wege einer Aluminiumoxidation chemisch aufzuheizen oder Bären und Ansätze am feuerfe sten Futter des Behandlungsgefäßes abzuschmelzen. The large lance distance or the small immersion depth in the vacuum vessel lead to a significant reduction the manufacturing, operating and maintenance costs low space requirement above the vacuum vessel and ent speaking lower investment costs. On the other hand the tip of the lance is at a safe distance from the bath surface and thus outside the influence rich from a foam slag or slag and Metal splashes. Finally, this leads to the lance distance corresponding large distance of the oxygen jet in the Vacuum vessel for an intensive afterburning of the Melting carbon monoxide to carbon dioxide as well as a correspondingly improved heat transfer supply to the melt. Furthermore, it is possible to Melt, for example, by aluminum oxidation heat up chemically or bears and approaches on fire melt the lining of the treatment vessel.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is based on in the drawing tion illustrated embodiments of the closer explained. The drawing shows:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Umlaufentgasen mit einem Austauschbrenner, Fig. 1 is a device for Umlaufentgasen exchange with a burner,

Fig. 2 eine ähnliche Vorrichtung, bei der jedoch ein stationärer Brenner in der Seitenwand des Ent gasungsgefäßes angeordnet ist, und Fig. 2 shows a similar device, but in which a stationary burner is arranged in the side wall of the Ent gasification vessel, and

Fig. 3 eine Vorrichtung zum Pfannen-Standentgasen. Fig. 3 shows a device for pan degassing.

Die zu behandelnde Schmelze 1 befindet sich in einer offenen Pfanne 2, oberhalb derer ein Vakuumgefäß 3 zum Umlaufentgasen angeordnet ist. Das Vakuumgefäß 3 ist mit zwei Rüsseln bzw. Tauchrohren 4 ausgestattet, mit denen es in die Schmelze 1 eintaucht. Im oberen Teil geht das Vakuumgefäß 3 über in eine zu einer Vakuumpumpe führende Haube 5. Diese Haube ist mit einer vakuumdichten Durch führung 6 für eine kurze Sauerstofflanze 7 versehen, deren Gasstrahl 8 auf die im Vakuumgefäß befindliche Teilmenge der Pfannenschmelze 1 gerichtet ist. Neben der Sauerstofflanze 7 ist außerhalb des Vakuumgefäßes 3 ein Gasbrenner 9 angeordnet, der sich durch einfaches Ver schwenken um eine Achse 10 mit der Lanze 7 kuppeln läßt. Die Sauerstofflanze kann auch als Kombilanze zusätzlich mit einer Brennerfunktion ausgestattet sein.The melt 1 to be treated is located in an open pan 2 , above which a vacuum vessel 3 for circulating degassing is arranged. The vacuum vessel 3 is equipped with two proboscis or dip tubes 4 , with which it dips into the melt 1 . In the upper part, the vacuum vessel 3 merges into a hood 5 leading to a vacuum pump. This hood is provided with a vacuum-tight guide 6 for a short oxygen lance 7 , the gas jet 8 of which is directed towards the partial amount of pan melt 1 located in the vacuum vessel. In addition to oxygen lance 7, a gas burner 9 is arranged outside the vacuum vessel 3, the pivot by simply can Ver about an axis 10 couple with the lance. 7 As a combination lance, the oxygen lance can also be equipped with a burner function.

Unter dem Einfluß des in dem Vakuumgefäß 3 herrschenden Unterdrucks gelangt eine Teilmenge der Schmelze 1 aus der Pfanne in den unteren Teil des Vakuumgefäßes. Dort wird dadurch eine Umlaufbewegung erzeugt, daß in den einen Rüssel über einen Anschluß 11 ein inertes Liftgas eingeblasen wird.Under the influence of the negative pressure prevailing in the vacuum vessel 3 , a portion of the melt 1 reaches the lower part of the vacuum vessel from the pan. A circulating movement is generated there by blowing an inert lift gas into one trunk through a connection 11 .

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich nur dadurch von der Vorrichtung gemäß Fig. 1, daß der Brenner 9 nicht im Kopf des Vakuumgefäßes 3, sondern stationär in einem Seitenwandstutzen 12 angeordnet ist.The device shown in FIG. 2 differs from the device according to FIG. 1 only in that the burner 9 is not arranged in the head of the vacuum vessel 3 , but rather in a stationary manner in a side wall connection 12 .

Bei der Standentgasungsanlage gemäß Fig. 3 befindet sich die Schmelze 1 in einer Pfanne 2, deren Boden mit einem Düsenstein 13 zum Einblasen eines Rühr- bzw. Spülgases ausgestattet ist. Des weiteren ist die Pfanne 2 durch einen Deckel 14 mit einer zentralen Öffnung teilweise verschlossen; sie kann mit einem ringförmigen Aufsatz zur Freiborderhöhung versehen sein. Die Pfanne 2 befin det sich in einem mit einer Haube 15 vakuumdicht ver schlossenen Vakuumgefäß 16, von dem ein Stutzen 17 zum Anschließen einer zu einer Vakuumpumpe führenden Leitung abgeht. Die Haube 15 besitzt ebenfalls einen Stutzen 18, durch den vakuumdicht eine kurze Sauerstofflanze 19 geführt ist. Vor dem Stutzen befindet sich im Innern des Vakuumgefäßes 15, 16 ein Schutzschild 20, während die Stutzenöffnung in der Haube 15 von einem Schutzschild 21 umgeben ist. Ohne die Haube 15 läßt sich die Schmelze auch bei Atmosphärendruck frischen.In the Standentgasungsanlage of FIG. 3, the melt 1 is in a pan 2, the bottom of which is equipped with a nozzle block 13 for injecting a stirring or purge gas. Furthermore, the pan 2 is partially closed by a lid 14 with a central opening; it can be provided with a ring-shaped attachment for freeboard increase. The pan 2 is located in a hood 15 with a vacuum-tight closed vacuum vessel 16 , from which a connection piece 17 for connecting a line leading to a vacuum pump goes off. The hood 15 also has a nozzle 18 through which a short oxygen lance 19 is guided in a vacuum-tight manner. A protective shield 20 is located in front of the nozzle in the interior of the vacuum vessel 15 , 16 , while the nozzle opening in the hood 15 is surrounded by a protective shield 21 . Without the hood 15 , the melt can also be fresh at atmospheric pressure.

Allen drei Ausführungsbeispielen ist das eine gemeinsam, daß die Sauerstofflanzen sehr kurz sind und nur um ein Mindestmaß in das jeweilige Vakuumgefäß hineinragen; sie befindet sich in einem verhältnismäßig großen und daher sicheren Abstand von der Badoberfläche und ergibt einen Sauerstoffstrahl, dessen großen Länge zu einer intensi ven Nachverbrennung des Kohlenmonoxids in dem oberhalb der Schmelze befindlichen Reaktionsraum führt.All three exemplary embodiments have one thing in common, that the oxygen lances are very short and only by one Protrude minimum dimension into the respective vacuum vessel; she is in a relatively large and therefore safe distance from the bathroom surface and results in a Oxygen jet, the great length of which intensifies ven afterburning of the carbon monoxide in the above leads the reaction chamber located in the melt.

Claims

1. Device for vacuum freshening of metal, in particular special steel melts by blowing oxygen onto the bath surface with a lance

1. the lance protrudes from above into a vacuum vessel ( 3 ; 16 ) and
2. The distance between the tip of the lance and the bath surface is at least 6 m.

2. Apparatus according to claim 1, characterized by a standing degassing vessel ( 15 , 16 ), a pan to receive the melt ( 1 ) receiving entga ( 2 ) and a lance ( 19 ) arranged with its tip above the pan.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the lance tip is arranged immediately before the lance passage ( 18 ) of the vacuum vessel ( 15 , 16 ).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lance tip is approximately at the height of the hood ( 5 ) of a circulation-degas solution vessel ( 3 ).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the lance distance from the bottom of a circulation degassing vessel ( 3 ) is approximately 6 to 8 m.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized by one with a burner function equipped oxygen lance.