DE2044143A1

DE2044143A1 - Giesspfanne und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE2044143A1
Application number: DE19702044143
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr.-Ing. 5180 Eschweiler. P Breuer
Original assignee: Gesellschaft für Elektrometallurgie mbH, 4000 Düsseldorf
Priority date: 1970-09-05
Filing date: 1970-09-05
Publication date: 1972-03-09
Also published as: ZA715584B; US3799761A; FR2105278A1; SE390737B; JPS509728B1; IT939373B; FR2105278B1

Description

"G-ießpfanne und ihre Verwendung"

Die Erfindung betrifft eine G-ießpfanne zur Herstellung von Ferrolegierungen der Metalle Chrom, Mangan, Tantal, Niob und/oder Vanadium aus Erzen, Schlacken und/oder Schlackenkonzentraten nach dem elektro-metallothermischen Verfahren

Ferrolegierungen, die nach bekanntem Verfahren durch Umsetzen eines geschmolzenen Rohstoff-Kalkgemisches mit Siliciumhaltigen Reduktionsmitteln hergestellt werden und bei welchen die resultierende Ferrolegierungsschmelze in Kokillen zwecks Abkühlung abgestochen werden, enthalten unterschiedliche Stickstoffgehalte, insbesondere dann, wenn die naoh erfolgter Reduktion des Oxides mit silioiumhaltigen Reduktionsmitteln, wie Ferrosilicium, Silicochrom, Silioomangan, anfallende flüssige Schlacke und flüssige Ferrolegierung, wie beispielsweise beim Perrin-Prozess zum Zweck der besseren und schnelleren Reduktion von einer Pfanne in eine zweite mehrfach umgegossen werden·

20981 1/1003

20UU3

Beim Umgießen und Abstechen kommt der Gießstrahl der flüssigen Legierung mit Luft in Berührung· Bedingt duroh die größere Oberfläche legieren sich hierbei die stickstoffaffinen Metalle, wie Chrom, Mangan, Tantal, Niob, Vanadium, mit dem Stickstoff der Luft und es resultieren Ferrolegierungen mit Stiokstoffgehalten von 0,03 - 0,05 $>·

Derartige stickstoffhaltige Ferrolegierungen sind zwar für die Herstellung vieler Stähle verwendbar, sollen jedoch Spezialstähle mit sehr niedrigem Stickstoffgehalt erschmolzen werden, so darf der Stickstoffgehalt der Ferrolegierung 0,015 °/o nicht überschreiten· Dies gilt beispielsweise für die Erschmelzung von ferritischen Stählen· In diesen Stählen soll die Summe Kohlenstoff + Stickstoff 0,04 ^c/ö nicht überschreiten. Da die Ferrolegierungen stets Kohlenstoffgehalte um 0,02 ^C/O aufweisen, dürfen ihre Stickstoffgehalte 0,015 ^ nicht überschreiten_f so daß z.B· nach dem Perrin-Verfahren hergestellte Legierungen für die Erschmelzung solcher Stähle nicht eingesetzt werden können·

Ferrolegierungen mit Stickstoffgehalten von 0,005. · 0,0 1 ^c/o können hergestellt werden, wenn man die nach beendeter Eeduktion der Oxide anfallende Ferrolegierung unter der Gesamtschlackendecke, deren Volumen um ein vielfaches größer ist als das der Metallegierung, einfach erkalten läßt. Dieses Verfahren ist unwirtschaftlich. Bedingt durch die langen Abkühlzeiten werden viele Pfannen benötigt. Die anfallende Schlacke enthält noch einen beträchtlichen Anteil, oft bis 15 ^>, an nichtreduzierten, wertvollen Oxiden. Um die Metalle aus solchen Schlacken wieder zu gewinnen, müssen die Schlacken eingeschmolzen werden, was wiederum einen erhöhten Energieverbrauch zur Folge hat·

209811/1003

20UU3

Diese Nachteile kann man zwar umgehen, wenn man nach einem anderen Vorschlage eine zweiteilige Torrichtung zur Umsetzung der Kalk-Rohrstoffschmelze mit den metallhaltigen, vorzugsweise Silicium-haltigen Keduktionsmitteln verwendet· Nach beendeter Heduktion werden 80 - 90 ^c/o der Schlacke aus einem, diese Menge aufnehmenden, abnehmbaren Pfannenoberteil, abgestoohen, während die Legierung im unteren Pfannenteil unter einer Schlackenschicht von 5 - 10 cm Höhe erkaltet. Das abnehmbare Oberteil der Pfanne wird nach dem Abstechen auf ein vorbereitetes Pfannenunterteil gesetzt und in dieser neu erstellten Pfanne eine neue Umsetzung vorgenommen· Bei Verwendung dieser Vorrichtung ist es möglich, die Hauptmenge Schlacke noch im flüssigen Zustand nachzureduzieren, da nur etwa 10 - 20 ?ό der Schlacke als Abdeckschicht für die flüssige Legierung bis zum Erkalten dient» Legierungen, die mit Hilfe einer solchen Vorrichtung hergestellt werden, enthalten unter 0,015 5» Ia allgemeinen um 0,01 Jo Stickstoff.

Mit dem geschilderten Verfahren ist es zwar möglich, Legierungen mit den gewünschten niedrigen Stickstoffgehalten herzustellen, jedoch muß man bei der Herstellung auf das so bedeutungsvolle Umgießen von Schlacke und Legierung, welches sich gerade beim Perrin-Prozeß zur besseren und schnelleren Ausreduktion der Oxide so bewährt hat, verzichten·

Um auf das mehrfache Umgießen der Reaktionsmischung nicht verzichten zu müssen, wird erfindungsgemäß eine Grießpfanne vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch ein am oberen Pfannenrand angebrachtes Ausgußrohr, dessen Länge in Abhängigkeit der zu erwartenden Schlackenmenge mindestens 1/4 der Pfannenhöhe entspricht.

209811/1003

20UH3

Mit einer solchen Pfanne kann das Umgießen so vorgenommen werden, daß die Metallschmelze unter völligem Luftabschluß während des gesamten Umgießvorganges unter einer Schlackendecke verbleibt» 3a die flüssige Metallschmelze sowohl in der Heaktions bzw· Gießpfanne unter einer schützenden Schlackenschicht fließt und das Ausgußrohr in die bereits ausgegossene Schlackenmenge eintaucht· Das Metall fließt somit unter Luftabschluß von einer Pfanne in die andere durch die flüssige Schlacke hindurch·

Mit der Verwendung dieser Vorrichtung braucht man auf das in der Praxis so bewährte Umgießen von Schlacke- und Metallschmelze nicht zu verzichten und sie gewähr» leistet Stickstoffgehalte von unter 0,015 1° in den so erzeugten Ferrolegierungen.

Die erfindungsgemäße Gießpfanne kann zweckmäßigerweise mit einem Gießrohr versehen werden, das mindestens 10 cm unter dem oberen Pfannenrand angebracht ist, um beim Ausgießen der flüssigen Metallmenge eine darüberstehende Schlackensohicht von 5 - 10 cm gewährleisten zu können.

Es ist aber auch möglich, am oberen Pfannenrand eine, das Ausgußrohr tragende Haube derart anzubringen, daß ein Sammelraum gebildet wird, dessen Volumen so bemessen ist, daß die flüssige Metallegierung unter einer 5 · 10 om hohen Schlaokenschicht durch das Grießrohr abgegossen werden kann· Die Haube wird vorzugsweise unter einem Winkel von 30 Grad an der Pfannenwand angesetzt«

Die Gießpfanne wird zweckmäßigerweise in einer Anordnung verwendet, daß mindestens zwei solchen Pfannen vorgesehen werden· wobei jeweils der obere Pfannenrand diametral gegenüber dem Ausgangsrohr eine dem Pfannenradius entsprechende Ausbuchtung aufweist.

209811/1003

In dieser Ausbuchtung wird die auszugießende Pfanne eingelegt, damit das umgießen störungsfrei unter Beibehaltung der etwa 10 om hohen Schlackenabdecksohicht gewährleistet ist.

Die Erfindungsgemäße Gießpfanne ist in den Zeichnungen an einer bevorzugten Ausfiihrungsform dargestellt·

Abb. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Pfan-

,9

ne, gemäß der Erfindung.

An dem zylindrischen Pfannenkörper 1 ist am oberen Hand 2 unter einem Winkel von 30 Grad eine Haube 3 angebracht. Diese Haube 3 trägt das Abgußrohr 4, das praktisch in einem Winkel von 90 Grad zur Achse der Pfanne 1 gerichtet ist. Zweckmäßigerweise wird das Ausgußrohr 4 zweiteilig gemacht, wobei der Abschnitt 5 mittels eines Flansches 6 mit dem Rohrabschnitt 4 verbunden wird; das dient dem Zweck, das leichter verschliißende Rohrende 5 auswechseln zu können·

Diametral gegenüber dem Ausgußrohr 4 wird die Pfanne zweckmäßig mit einer Ausbuchtung 7 versehen, die dem Radius des Pfannenkörpers 1 entspricht.

Das Volumen des Baumes im Bereich der Haube 3 und der AusflußÖffnung 4 wird so bemessen, daß das Ausgießen der bei 8 angedeuteten Metallmenge unter einer Schlakkendecke, die in der Pfanne in einer Menge entsteht, die bei 9 angedeutet ist, über dem auslaufenden Metall 8 in einer Stärke von 5 - 10 cm erfolgt·

Das Rohr 4 und 5 muß eine Länge haben, die in Abhängigkeit der zu erwartenden Schlackenuienge 9 zu wählen ist·

20981 1/1003

6 - 20UU3

In der Praxis muss die Länge des Rohres 4 und 5 mindestens ein viertel der Pfannenhöhe entsprechen, damit das Ende des Ausgussrohres 4 und 5 beim Ausgiessen mit Sicherheit in die Schlacke der aufnehmenden Pfanne eintaucht, wenn das Metall auszufHessen beginnt.

Die Pfanne ist in bekannter Weise mittels Traverse unter Benutzung des Hilfstaubes des Kranes als kippbare Giesspfanne ausgebildet, wobei zweckmässigerweise in der Nähe des Pfannenbodens ein Gegengewicht 13 angebracht ist.

Unter Verwendung der erfindungsgemässen Giesspfanne kommt beim Umgiessen von Schlacke und Metall die flüssige Legierung somit nicht mit der Luft in Berührung, sodass eine Nitridbildung unterbleibt.

Nach dem letzten Umgiessen wird die Hauptmenge der Schlacke, vorzugsweise etwa 30 /<1 der Ge samt schlackenmenge, in eine gleichartige Giesspfanne abgegossen. Die in der ersten Pfanne verbleibende Restschlackeniaenge wird in eine Abkühlkokille bis zu einer Schichthöhe von etwa 10 cm vergossen. Nach Eintauchen des Giessrohres in die flüssige Schlacke wird die flüssige Metallegierung nachgegossen. Sie verbleibt in der Kokille unter der Schlackenschicht zur Abkühlung auf eine Temperatur von weniger als 500⁰C. Nachdem diese Abkühlung stattgefunden hat, können Schlacke und Metallegierung mechanisch voneinander getrennt werden.

Die Trennung von Metall und Schlacke in flüssigem Zustand kann auch in der Weise ausgeübt werden, dass, wie in Abb.2 schematisch angedeutet, eine Überlaufkokille 10 vorgesehen wird, die zwischen zwei Pfannen 1 vorgesehen wird, so dass die Metallmenge 11 in der Überlaufkokille unter einer Schlackendecke 12 verbleibt, während die überechiessende Schlackeninenge in die zweite Pfanne 1 abläuft.

209811/1003

Enthält die in die zweite Pfanne überlaufende Schlakke noch einen höheren Anteil nicht reduzierter wertvoller Metalloxide, so können diese mit metallhaltigen Heduktionsmitteln nachreduziert werden. Sobald die Nachreduktion beendet ist, werden wiederum 80-9O^ der nunmehr ausreduzierten Schlacke abgegossen und verworfen, während die flüssige Legierung mit der Bestschlackenmenge einer neuen Rohstoff-Kalk-Schmelze zugesetzt oder unter ausreduzierter Schlacke abgekühlt wird.

Es sei hier noch bemerkt, daß diese Gießpfannen gemäß der Erfindung sich nicht allein zur Herstellung stickstoffarmer Ferrolegierungen verwenden lassen. Sie sind vielmehr auch überall dort einsetzbar, wo Metallschmelzen vor Zutritt des Stickstoffes oder Sauerstoffes der Luft beim Umgießen geschützt werden sollen; Voraussetzung ist natürlich, daß bei dem Schmelz- und Gießprozess eine ausreichende Schlackenmenge vorhanden ist.

209811/1003

Claims

Patentansprüche

1. Gießpfanne zur Herstellung von Ferrolegierungen der Metalle: Chrom, Mangan, Tantal, Niob und/oder Vanadium mit Stickstoffgehalten unter 0,015 $ aus Erzen, Schlacken und/oder Schlackenkonzentraten nach dem elektrothermlsch-metallothermischen Verfahren, bei welchem die Umsetzung des erschmolzenen Rohstoff-Kalkgemisches mit metallhaltigen Reduktionsmitteln, insbesondere siliciumhaltigen, durch Umgießen erfolgt, gekennzeichnet durch ein geschlossenes, am oberen Pfannenrand (2) angebrachtes Ausgußrohr (4 u. 5)> dessen Länge in abhängigkeit von der zu erwartenden Schlackenmenge (9) mindestens 1/4 der Pfannenhöhe entspricht«

2· Grießpfanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgußrohr (4 u. 5) mindestens 10 cm unter dem oberen Pfannenrand (2) angebracht ist, um beim Ausgießen der flüssigen Metallmenge eine darüberstehende Schlackenschicht von 5 · 10 cm gewährleisten zu können·

3· Grießpfanne nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Pfannenrand (2) eine das Ausgußrohr (4 u.5) tragende Haube (3) derart angebracht ist, daß mit der vorzugsweise unter einem Y/inkel von 30 Grad an der Pfannenwand angebrachte Haubenwand über der Rohröffnung eine Sammelraum gebildet wird, dessen Volumen so bemessen ist, daß die flüssige Metallegierung unter einer 5 - 10 cm hohen Schlackenschicht durch das Grießrohr abgegossen werden kann·

20981 1/1003

20UU3

4β Gießpfanne nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießrohr ( 4 u, 5) unter Verwendung einer lösbaren Planschverbindung (6) zweiteilig ausgebildet ist,

5« Grießpfannenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Pfannen, gemäß dem Anspruch 1-4, vorgesehen sind, wobei jeweils der obere Pfannenrand (2) diametral gegenüber dem Ausgußrohr (4 u. 5) eine dem Pfannenradius entsprechende Ausbuchtung aufweist·

6β Verwendung von Gießpfannen, gemäß Anspruch 1 - 5_t dadurch gekennzeichnet, daß nach Abgießen einer Teilmenge der Gesamtschlacke in die gleichartige Gießpfanne das Gießrohr in die in der zweiten Pfanne befindliche Schlacke eintaucht, worauf die flüssige Metallegierung durch die flüssige Schlacke gegossen und dieser Umgießvorgang mehrfach wiederholt wird.

7· Verwendung von Gießpfannen nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem letzten Umgießen die Hauptmenge der Schlacke (etwa 80 °/o der Gesamtschlackenmenge) in eine gleichartige Gießpfanne abgegossen wird und die in der Pfanne ver·* bleibende Hestschlackenmenge in eine Abkühlkokille bis zu einer Schichthöhe von etwa 10 om vergossen wird, duroh die nach Eintauchen des Gießrohres in die flüssige Schlacke die flüssige Metallegierung zum Zwecke der Abkühlung unter 500 ⁰G gegossen wird.

209811/1003

20UK3 JO

8« Verwendung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkiihlkokillen als Ueberlaufkokille (10) ausgebildet und zwischen den beiden Grießpfannen angeordnet ist·

9. Verwendung von Gießpfannen, gemäß Anspruch 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem letzten Umgießen 70 - 80 fo der Jesamtschlacke abgezogen und entweder verworfen oder in einer gleichartigen Pfanne mit siliclumhaltigen Reduktionsmitteln ausreduziert und die gebildete Metallegierung nach Abgießen von 70 - 80 °fo der Schlacke, in noch flüssiger Form, einer neuen Rohstoff-Kalk-Schmelze zugesetzt oder in einer Ueberlaufkokille unter einer Schlackendecke von 5 - 10 em abgekühlt wird.

20981 1/1003