DE2029449A1

DE2029449A1 - Verfahren und Einrichtung zum Ver andern der stofflichen Zusammensetzung in Metallschmelzen, insbesondere zum Ent schwefeln von Roheisen

Info

Publication number: DE2029449A1
Application number: DE19702029449
Authority: DE
Inventors: Gerhard Gorjup Johann 4100 Duisburg P Eichbaum
Original assignee: Demag AG
Current assignee: Mannesmann Demag AG
Priority date: 1970-06-15
Filing date: 1970-06-15
Publication date: 1971-12-23
Also published as: DE2029449C3; FR2095250B3; JPS5225367B1; BE768502A; CA942056A; US3840218A; US3773498A; GB1348927A; FR2095250A7; DE2029449B2

Description

DEMÄÖ Aktiengesellschaft 2. jütti WQ

M Duisburg 56^VHS - Fl/Soh

Wolfgang-ReUter-Platz ■

2Ö29449."

Verfahren und Einrichtung zum Verändern der stofflichen Zusammensetzung in Metallschmelzen, insbesondere zum Entschwefeln von Roheisen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zu dessen Ausübung vorteilhafte Einrichtung zum Verändern der stofflichen Zusammensetzung in Metallschmelzen/ insbesondere zum Entschwefeln von Rohelsen, bei dem durch Rühren die Kontaktfläche der reagierenden Stoffe vergrößert wird.

RUhrverfahren sind schon zum Zweck des Entsilizierens, Entphosphorens und/v/ie erwähnt, Entschwefeins sowie zum Beimischen von Legierungsbestandteilen vorgeschlagen worden. Das Rühren fördert die Verteilung beizugebender Stoffe und steigert die Reaktionsfähigkeit von Stoffen, die entweder als Katalysatoren arbeiten oder zur Übernahme von unerwünschten Schmelzenbegleitern bestimmt sind.

Beim Rühren von Metallschmelzen treten Probleme des Wärmeverlustes und des Ausnutzungsgrades der beizugebenden Stoffe auf. Beide Paktoren beeinflussen die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und die unveränderbare Zusammensetzung (Analyse) des erstarrten Metalls. In höheren Temperaturstufen ist die Reaktionsfreudigkeit bestimmter Stoffe größer,und in niedrigen Stufen ist eine andere Stoffgruppe befähigt, sich aus der Molekularstruktur des jeweiligen Metalls zu lösen oder zu verändern, in der praktischen Anwendung der bekannten Verfahren kann nur die Temperaturkurve von oben nach unten durchlaufen werden. Man ist bestrebt, den Temperaturabfall gering zu halten, um die Weiterverarbeitung des Metalls technisch una

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kostenmäßig günstig zu gestalten. Die Reaktionen müssen daher in einem kürzeren Zeitraum ablaufen. Nach Beendigung des RÜhrvorganges muß sowohl die stoffliche Zusammensetzung in vorgeschriebenen Grenzen bleiben als auch die Endtemperatur der Weiterverarbeitung angepaßt sein.

Ein Beispiel des Arbeitsgebietes der Erfindung stellt das Entschwefeln von Roheisen dar, ohne alle übrigen Metallbehandlungsverfahren auszuschließen, bei denen Rühren von Vorteil

Es wird Roheisen »entschwefjelt, das direkt aus dem Hochofen kommt und anderes, das in Mischern gespeichert war und zu Stahleisen weiterverarbeitet wird. Das aus dem Hochofen kommende Roheisen zeigt starke Schwefelkonzentrationen. Im M-scher verteilt sich der- Schwefel mehr und mehr, so daß zwar ein mittlerer Schwefelgehalt von beträchtlicher Höhe vorhanden ist, jedoch keine extremen Schwefelgehalt-Schwankungen. Das Entschwefeln von Roheisen findet meist auf der Grundlage des Mischerroheisens statt. Dieses Roheisen eignet sich, durch Aufgießen auf ein Kalk-Soda-Pulver in einer Gießpfanne entschwefelt zu werden. Intensivere Entschwefelungen finden aufgrund des RUhrverfahrens statt. Das Entschwefelungsmittel wird auf die Schmelzbadoberfläche geschüttet und mit Hilfe von RUhrern verteilt. Die. Wirkung des Rührens erstreckt sich bis zu einem gewissen Maß auch auf das Mischen des Roheisens selbst. Bei einer bestimmten Drehzahl folgt der Rückseite des RUhrers ein Sog. Sowohl das Entschwefelungsmittel als auch ein Teil des FlUssigmetalls geraten in den Sog. Wird diese Drehzahl genau eingehalten, so findet immerhin eine Relativverschiebung zwischen Entschwefelungsmittel und Flüssigmetall statt. Eine nicht richtig eingestellte Drehzahl hingegen verwirbelt entweder das Entschwefelungsmittel oder ergibt keinen Sog und somit keine Relativgeschwindigkeit. Erfahrungen aus der Praxis und Meßergebnisse, die veröffentlicht sind, zeigen, daß gute Entschwefelungser- ' gebnisse je nach den gegebenen Voraussetzungen erzielt werden können, aber daß die Ausnutzung des Entsehwefelungsmittels zu?:

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wünschen übrig läßt. Eine bessere Ausnutzung des Entschwefelungsmittels muß zwangsläufig auch eine zusätzliche Verbesserung der Ergebnisse mit sich bringen. Es wird daher von einem Verfahren zum Roheisen-Entschwefeln ausgegangen, bei dem das Entschwefelungsmittel nur durchtränkt wird und somit eine Schlackeschicht ergibt, die zwar anfänglich einen Teil des Schwefels aufzunehmen imstande ist, aber später sich selbst hemmt und keinen höheren Entschwefelungsgrad mehr herbeiführt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen. Die Aufgabe ist dabei unter erschwerten Bedingungen gestellt: Es sollen auch FlUssigmetalle mit unregelmäßigen Stoffkonzentrationen behandelt werden können. Solche inhomogenen Metallschmelzen treten insbesondere unmittelbar nach dem Erschmelzen auf. .

Die Erfindung beseitigt die erwähnten Schwierigkeiten aufgrund eines neuen Verfahrens, das das Rühren innerhalb einer anderweitig erzeugten Strömung der Metallschmelze vornimmt und/oder an mehreren benachbarten Stellen gleichzeitig Rührwirbel bzw. Rührströmungen erzeugt. Das Rühren in einer Strömung ist wesentlich wirkungsvoller, weil ständig neue Schmelze zugeführt und ohne Wirkung des Rührens abgeführt wird. Das Rühren in einer anderen Metallströmung fördert auch die Schlacke mit und entgegen der besagten Strömung und verstärkt damit die Relativbewegung zwischen Schmelze und Schlackenschicht. In der der Strömungsrichtung entgegengesetzt gerichteten RUhrrichtung staut sich die Schmelze über die Schlacke und durchtränkt die Schlacke mit immer neuer Schmelze. Die anderweitig erzeugte Strömung ist entweder eine Rührströmung eines benachbarten Rührers oder eine durch eine andere Kraft hervorgerufene Strömung.

Fremdströmungen können auf verschiedene Arten erzeugt werden. Elrie einfache und den Bedürfnissen des metallurgischen Betriebs besonders leicht angepaßte Verfahrensweise entsteht, wenn in einer durch Gefälle erzeugten Strömung der Metallschmelze gerührt wird.

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Große Mengen von zu entsehwefelndem Roheisen·.oder einem beliebigen Flüssigmetall können mit gleichmäßig hohem Gütegrad behandelt werden, indem in einem Strom flüssigen Metalls in Stromrichtung hintereinander an mehreren Stellen gerührt ' wird. .

Die RUhrwirkung kann örtlich intensiver gestaltet werden. Hierzu sind die RUhrbewegungen an mehreren Stellen mit unterschiedlicher Drehrichtung auszuführen. Die RUhrströmungen können paarweise der Grundströmung entgegengesetzt verlaufen.

Die Erfindung kann vorteilhaft beim fortlaufenden Behandeln von Metallschmelzen eingesetzt werden. Es ist günstig, mit einer der Geschwindigkeit der anderweitig erzeugten Strömung angepaßten an der Schmelzenoberflache ausgeführten Bewegung nach dem Rühren die Schlacke, kontinuierlich, zu entfernen. Die so: behandelte Schmelze ist für eine Weiterverarbeitung ohne zusätzliche Behandlung vorbereitet.

Mehrere RUhrwerkzeuge vorzusehen, um auf einer größeren Schmelzbadoberfläche zu rühren, ist bekannt. Die RUhrwerkzeuge arbeiten jedoch unabhängig voneinander und rühren jeweils das Flüssigmetall von unten nach oben in oder auf die Söhlackenschicht. Um eine horizontale Grundströmung erzeugen zu können, sind die Rührkörper ungeeignet. Der große Abstand der Rührkörper ist auch antriebstechnisch ungünstig.

Im Gegensatz zu der bekannten Einrichtung, die als Deckel auf eine Gießpfanne gesetzt wird, sieht die Erfindung vor, daß für mehrere Rührwerkzeiige jeweils eine Drehlagerung an elftem den Antrieb tragenden Gehäuse vorgesehen ist und entweder ein gemeinsamer Antriebsmotor für einzeln zu- und abschaltbare Rührwerkzeuge oder unabhängige Einzelantriebe für jedes Rührwerkzeug angeordnet sind. Dis Antriebsgehäuse ist so unabhängig

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von jeglichem Gefäß. Um eine überhitzung durch Wärmestrahlung zu vermeiden, kann es innen gekühlt sein. Die RUhrwerkzeuge besitzen zweckmäßig Kupplungen, um jeweils benachbarte RUhrwerkzeuge in Umdrehung zu versetzen oder stillzulegen. Wenn ein Rührwerkzeug gleichzeitig für das benachbarte eine Grundströmung erzeugen soll, so ist es vorteilhaft, beide RUhrwerkzeuge mit unterschiedlicher Drehzahl arbeiten zu lassen. Dies läßt sich mit unabhängigen Antrieben erreichen oder mit einem angepaßten Übersetzungsverhältnis von im Antriebsgehäuse untergebrachter Vorgelege-Zahnräder, . '

Ohne eine besondere Kühleinrichtung kommt man dann am Antriebsgehäuse aus, wenn an demselben ein Tragrahmen für einen Wärmeschutzschild mit mehreren öffnungen für die Antriebswellen der' RUhrwerkzeuge befestigt ist. Der Tragrahmen gestattet, öffnungen anzubringen, durch <5ie zwischen Wärmeschutzschild und Antriebsgehäus« Luft zirkuliert, womit eine einfache Kühlung geschaffen ist.

Nach der weiteren Erfindung ist ein ortsfestes oder bewegliches Hubmittel zur Höheneinstellung sämtlicher RUhrwerkzeuge vorgesehen. Das Hubmittel dient zum Insteilungbringen, zum Einrichten sowie zum schnellen Freigeben des Behandlungsgefäßes und erleichtert die Hand<h®!bung des die RUhrwerkzeuge tragenden Antriebsgehäuses. Ein -"bewegliches Hubmittel kann das Antriebsgehäuse auch zwischen Werkstatt und Einsatzort transportieren.

Vorteile für den Einsatz der Einrichtung ergeben sich für einen kontinuierlichen Entschwefelungsbetrieb und für^ jede Metallbehandlung, die nicht in einem Gefäß stattfindet, wie ein solches als Gießpfanne üblich ist. Die Erfindung sieht für einen kontinuierlichen Verfahrensablauf vor, daß die RUhrwerkzeuge auf einer geraden Linie angeordnet sind und Über einer Rinne für das Flüssigmetall iiegen. Die Rinne verläuft unter einer Schräge zur Horizontalen und bildet ein natürliches Gefälle. Das Gefälle

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sorgt für eine Grundströmung, in der verfahrensgemäß gerührt wird. Mit mehreren hintereinander liegenden Rührwerkzeugen erreicht man mit hoher Sicherheit alle zu behandelnden Sohmelzenteile.

Eine solche Rinne schließt vorteilhaft an einen Hochofenabstich an. und an einen Schlackenabzug, wobei noch eine Zugabe-Vorrichtung für Behandlungsmittel über der Rinne angeordnet- ist. Im Schlackenabzug entfernt man erst die restliche Hochofenschlacke, wonach die Entschwefelungsschlacke durch Zugabe von Stoffen, "wie Kalk und/oder Soda in Pulverform oder durch Zugabe einer flüssigen Schlacke auf der*Schmelzenstrora-Oberflache gebildet wird.

In Ströraungarichtung hinter den Rührwerkzeugen ist ferner ein Schlackenabzug für soTche Schlacke vorgesehen, die aus der Reaktion mit den Behandlungsmitteln stammt. Die Schlacke wird an einer Stelle der Rinne abgezogen, die zur Beruhigung der Schmelze vertieft ist. An der Schmelzenoberfläche sammelt sich die Schlacke, von wo sie entfernt werden kann. Das gereinigte Metall verlädt durch einen tiefer liegenden Ausgang den Schlackenabzug. Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, daß das Verfahren und die Einrichtung für den kontinuierlichen Betrieb geeignet sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgewäßen Einrichtung schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert;

Es zeigen

Pig. 1 eine Seitenansicht,

Fig. 2 eine Draufsicht,

Pig. 2 eine Vorderansicht und

Fig. 4 einen Grundriß.

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Das Gehäuse 1 besitzt Drehlagerungen 2 in größerer Anzahl für Zahnräder j5 und RUhrer-Wellen 4. An den Rührer-Wellen 4 sind jeweils Rührwerkzeuge 5 befestigt. Rührer-Welle 4 und 'Rührwerkzeug 5 bilden eine Einheit und stehen mit der Zahnrad-Achse 6 über eine aus- und einrlickbare Kupplung 7 in Verbindung. Am Gehäuse 1 ist nur ein einziger Antriebsmotor 8 vorgesehen, der sämtliche Zahnräder j5 treibt, weil diese jeweils in benachbarte -Zahnräder J. greifen. Das Gehäuse 1 weist zum Transport Seilösen 9 fUr Seile 10 auf. Ein Kranhaken 11 erfaßt das oder die Seile 10. Der Kran verfährt das Gehäuse 1 senkrecht und auf seiner üblichen Kranbahn vraagerecht. ,

An der Unterseite 12 des Gehäuses 1 ist der-Tragrahmen 13 befestigt Er dient zur Halterung für den Wärmeschutzsohild 14. Die Rührwerkzeug« 5 bzw. die,Rührer-Wellen A können durch öffnungen hindurchgeführt werden. Die Öffnungen erhalten gegebenenfalls den Umriß des RUhrwerkzeug-Querschnitts. -

Das Anv.'endungsbeispiel in der Zeichnung ist für die Kombination der Einrichtung mit einem in Figur 4 üargesteilten Schmelzofen l6 (Hochofen) vorgesehen. Das Flüssigmetall (Rohelsen) gelangt aus dem Hochofenabstich l6a und dem Schlackenabzug 17 in die Rinne l8. Über der Rinne l8 befindet sich die Zugabevorrichtung 19 für Kalk, Soda oder ein Behandlungsmittel, das eine flüssige Schlacke auf der Schmelze ergibt. Mit der Strömung 20 flüssigen Metalls schwimmt die gebildete Schlackenschicht 21 (Figur 1). Die RUhrwerkzeuge 5 tauchen teils in die Schlackenschicht 21, teils in das Flüssigmetall. Im gezeichneten Beispiel sind die Drehrichtungen, mit den Pfeilen 22 bezeichnet, stets gegenläufig gewählt. Die Schlacke 21 wird daher immer wieder entgegen der Strömung 20 transportiert. Auf der anderen Seite des symmetrische! Rinnen-Cuerschnitts hingegen kann die Schlacke 21 schließlich abwandern. Dabei gelangt die Schlacke in den Bereich des nächster Rührwerkzeuges 5. Dieser. Spiel wiederholt sich mehrere Male.

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Es ist wichtig, daß die Länge der RUhrwerkzeuge 5 einen entsprechenden Einfluß auf die Schlackeführung ausübt. Der Fachmann kann dahe,r auch ungleich lange RUhrwerkzeuge 5 wählen und durch die Formgebung des RUhrwerkzeuges 5 auf die Relativbewegungen zwischen Schlacke 21 und Strömung 20 einwirken.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist auf einer Rinne l8 angeordnet. Dementsprechend sind die Rührwerkzeuge 5 auf einer Linie 23 hintereinander vorgesehen. Diese Linie 23 bildet wie gezeichnet eine Gerade. Zu der Linie 23 können die Achsen der Rührvjerkzeuge versetzt sein, soweit dies die Breite der Rinne l8 bzw. die Länge der RUhrwerkzeuge 5 gestatten. Die Schlacke 21 'A'ird nach völliger Ausnutzung im Schlackenabzug 24 entfernt' und das Flüssigmetall verläßt die Rinne l8 zur Weiterverarbeitung, Es: sind zwei Schlackenabzüge vorgesehen. Der Schlackenabzug dient -zum.Abziehen rite η .Behänd lungs schlacke 21, und eier Schlakkenabzug 17 gestattet, die, Erschmelzungsschlacke vor der Behandlung des Flüssigmetalls zu entfernen. Die Entfernung beider Schlacken erfolgt in der jeweils angegebenen P.eilrichtung 25 bzw. 26 mit einem schnell hin- und hergehenden Werkzeug. Der Antrieb des Werkzeuges ist aufgrund der Strömung 20 regulierbar. Die Strömung 20 läßt sich andererseits durch eine Schleuse 27 (Pig· 1) regulieren, die mittels der Stange 28 heb- und senkbar ausgebildet ist.

Gemäß Fig. 4 sind dem Schmelzofen 16 zwei Abstiche l6a und l6b nachgeordnet. Demzufolge sind auch zwei Rinnen 18 vorgesehen, vas eine besonders vorteilhafte Betriebsweise gestattet. Die Zugabevorrichtung 19 arbeitet deshalb auch in eine oder beide Rinnen IG und besitzt zweckmäßigerweise getrennte Zugabekanäle 29 und ,0.

Um einen wirkungsvollen Betrieb zu erzielen, ist jedes der beiden vorhandenen Gehäuse 1 an angedeuteten Kranen ^l und 32 befestigt und mit denselben verfahrbar.

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Die so als Zwillingsanlage ausgeführte Roheisen-Entschwefelungs-Einrichtung gestattet, entweder größere Gesamtmengen an den Metallausgängen 35 abzuführen oder aber wahlweise nur eine der Rinnen 18 zu betreiben. Ein weiterer zu erwähnender Vorteil besteht darin» daß das an den Metallausgängen 33 gewonnene·, gereinigte Flüssigmetall direkt in eine Weiterbehandluhgsanlage,. wie z. B. In einen Konverter oder in einen Roheisenmischerwagen oder in eine Gießanlage, gegeben werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:

1. USA-Patentschrift 2ö19.402

2. Aufsatz aus "Stahl und Eisen" Nr. 7 vom 4.4.68,

Seiten 321 bis 326

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Claims

- Pl/Schi '. - 10 - 2. 6. 70 Patentansprüche

1. Verfahren zum Verändern der stofflichen Zusammensetzung in Metallschmelzen, insbesondere zum Entschwefeln von Roheisen, bei dem durch Rühren die Kontaktfläche der reagierenden Stoffe vergrößert v:ird, dadurch gekennzeichnet,

daß das Rühren innerhalb einer anderweitig erzeugten Strömung der Metallschmelze vorgenommen wird und/oder an mehreren benachbarten Stellen gleichzeitig Rührwirbel bzw. RührStrömungen erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß in einer durch Gefälle erzeugten Strömung der Metallschmelze gerUhrt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß in einem Strom flüssigen Metalls in Strornrichtung hintereinander an mehreren Stellen gerührt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Rührbewegungen an mehreren Stellen mit unterschiedlicher Drehrichtung ausgeführt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß nlt einer der Geschwindigkeit der anderweitig erzeugten Strömung angepaßten an der Schmelzen-Oberfläche ausgeführten Bewegung nach dem Rühren die Schlacke kontinuierlich entfernt wird.

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6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß für mehrere Rührwerkzeuge (5) Jeweils eine Drehlagerung (2) an einem.den Antrieb (3,8) tragenden Gehäuse (1) vorgesehen ist und entweder ein gemeinsamer Antriebsmotor (8) für einzeln zu- und abschaltbare Rührwerkzeuge (5) oder unabhängige Einzelantriebe für jedes Ruhrwerkzeug (5) angeordnet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß am Antriebsgehäuse (l) ein Tragrahmen (13) für einen Wärmeschutzschild (14) mit mehreren öffnungen (15) für die Antriebswellen (4) der Rührwerkzeuge (5) befestigt ist.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 und "J, dadurch gekennzeichnet,

daß ein ortsfestes oder bewegliches Hubmittel (10,11) zur Höheneinstellung sämtlicher RUhrwerkzeuge (5) vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die PUhrv.erkzeuge (5) auf einer geraden linie (23) angeordnet sind und über einer Rinne (l8) für das Flüssigmetall liegen.

10. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rinne (l8) an einen Hochofen-Abstich (16.) anschließt und an einen Schlackenabzug (17) sowie daß eine Zugabevorrichtung (19) für Behandlungsmittel über der Rinne (l8) angeordnet ist.

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11. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet,

daß in Strömungsrichtung (20) hinter den Rührwerkzeugen (5) ein Schlackenabzug (24) für Schlacke (21) vorgesehen ist, die aus der Reaktion mit den Behandlungsmitteln stammt.

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