DE2117883A1 - Verfahren zum ununterbrochenen Läutern einer Metallschmelze - Google Patents

Description

Johannesburg / !Transvaal Süd Afrika

Verfahren zum ununterbrochenen Läutern einer Metallschmelze

.Die Priorität der US Anmeldung ITr. 27695 vom 13. 4-. 1970 wird in Anspruch genommen.

Diese Erfindung betrifft ganz allgemein metallurgische Frischverfahren, wie etwa Verfahren zur Stahlgewinnung, und insbesondere hat sie die Verarbeitung eines vergleichsweise ungefrischten, geschmolzenen Metalls, wie etwa geschmolzenen Roheisens, zu einem gefrischten, geschmolzenen Metall, wie etwa Stahl, in einem Durchlauf verfahren zum Gegenstand. Im hier benutzten Sinne umfaßt der Begriff "Metall" auch Legierungen.

Herkömmliche, großtechnisch durchführbare, metallurgische Frischverfahren sind Arbeitsgänge mit satzweisem Einsatz, und das gilt auch für großtechnisch durchführbare Stahlgewinnungs-

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verfahren, unabhängig davon, ob sie im Bessemerofen, im Siemens-Martin-Ofen, im Lichtbogenofen oder im Sauerstoffkonverter durchgeführt werden.

Ein im Durchlaufverfahren durchgeführter metallurgischer Irischprozeß hat offensichtliche Vorzüge gegenüber einem mit satzweisem Einsatz durchgeführten Arbeitsgang. Zur wirtschaftlichen Erzeugung großer Mengen gefrischten, geschmolzenen Metalls wie etwa von Stahl ist die Benutzung des Sauerstoffkonverters günstig; die herkömmlicherweise darin durchgeführten Verfahren eigen sich jedoch nicht für ein Durch-1aufverfahren.

Diese Erfindung ermöglicht ein im Durchlaufverfahren durchgeführtes metallurgisches Srischverfahren bei Benutzung eines Sauerstoffkonverters und vereinigt auf diese Weise die Vorzüge beider Verfahren in sich.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren besteht darin, daß sich ein Bad vergleichsweise gefrischten geschmolzenen Metalls in einem Reaktionsgefäß befindet, das eine überwiegend vertikale Schrägstellung als Neigung hat und um seine Längsachse gedreht wird, wodurch sowohl eine Oberflächenmischwxrkung als auch eine Mischwirkung unter der Oberfläche hervorgerufen x^ird. Die Oberflächenmischwirkung wird durch Oberflächenwellen erzeugt, und die Mischwirkung unter der Oberfläche umfaßt abwärtsgerichtete Badströmungen an der abwärtsgerichteten inneren Wandoberfläche an der Rückseite des gekippten Gefäßes und aufwärtsgerichtete Badströmungen an der aufwärtsweisenden inneren Wandoberfläche

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mi der Vorderseite dos gekippten Iteaktionsgef ässes.

Im oberen Teil des Bades -vorzugsweise an der abwärtsweisenden inneren Wandoberf1ächc an der Uückseite des Behälters- wird kontinuierlich vei'gl eichswcise imgefrischtes, geschmolzenes Wetall zugegeben.

Ein oder mehrere Frischzusätze (z.B. Sauerstoff, Zuschlagstoffe) werden kontinuierlich auf die Oberfläche des der erwähnten Mischwirkung unterliegenden Bades aufgegeben, um Verunreinigungen im geschmolzenen Metall zxi entfernen und dadurch das letztere zu frischen. Ein Zuschlagstoff ist ein Material, das sich mit oxidierten oder unoxidierten Verunreinigungen im geschmolzenen M etall zu einer Schlacke verbindet, die als besondere Schicht oben auf dem geschmolzenen Metall schwimmt. Viele Verunreinigungen gehen dabei erst dann in die Schlacke, wenn sie oxidiert worden sind, und das kann dadurch bewirkt werden, dass man einen Sauerstoffstrom auf die Badoberfläche bläst.

Die Zuführung des Sauerstoffs erfolgt mit einer gewöhnlichen Blaslanze, jedoch wird dabei der Druck des Sauerstoffs so reguliert, dass die durch die Bewegung des geneigten Reaktionsgefässes verursachten Strömungen unter der Badoberfläche nicht in merklichem Umfang gestört werden.

Zuschlagstoffe können an der gleichen Stelle zugegeben werden, an der z.B. das vergleichsweise ungefrischte, geschmolzene Metall zugegeben wird.

Der Neigungswinkel und das Volumen geschmolzenen Metalls im Gefäss werden so eingeregelt, dass das Abziehen geschmolzenen Metalls vom oberen Teil des Bades an der aufwärtsweisenden In-

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nenwand an der Vorderseite des geneigten Gefässes durch Überlaufen ermöglicht wird. So wird vergleichsweise gefrischtes, geschmolzenes Metall (zusammen mit etwas Schlacke) kontinuierlich aus dem oberen Teil des Bades abgezogen, und zwar an einer Stelle, die im Abstand von der Stelle angeordnet ist, an der das vergleichsweise ungefrischte, geschmolzene Metall zugegeben wird.

Die Frischzusätze (z.B. Sauerstoff, Zuschlagstoffe) werden in einer Menge je Zeiteinheit zugesetzt, die ausreicht, um die Verunreinigungen in dem kontinuierlich zugegebenen ungefrisehten, geschmolzenen Metall mengenmässig auf den gewünschten Frischungspegel herabzusetzen. Das vergleichsweise gefrischte, geschmolzene Metall wird mit praktisch derselben Geschwindigkeit abgezogen, mit der das vergleichsweise ungefrischte, geschmolzene Metall zugegeben wird, und das Volumen ungefrischten, geschmolzenen Metalls im Reaktionsgefäss ist zu einem gegebenen Zeitpunkt -verglichen, mit dem Volumen gefrischten, geschmolzenen Metalls im Reaktionsgefäss- vergleichsweise gering.

Bei dem Verfahren kann ein Gefäss oder auch mehrere in Serie benutzt, werden. Eine derartige Reihe von Reaktionsgefässes ist dann zweckmässig, wenn das ungefrischte, geschmolzene Metall mindestens zwei Verunreinigungen enthält, von denen eine für ihre optimale Beseitigung Frischbedingungen erfordert, die anders sind als die für die Beseitigung der anderen Verunreinigungen günstigen. Dabei wird das erste geneigte und gedrehte Reaktionsgefäss zur Beseitigung einer ersten Verunreinigung unter für ihre Beseitigung günstigen Bedingungen benutzt, um das geschmolzene Metall teilweise zu frischen, und das zweite,

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geneigte, gedrehte Reaktionsgefäss zur Beseitigung der zweiten Verunreinigung unter für ihre Beseitigung günstigen Bedingungen, um den Frischvorgang zu vervollständigen.

Auch ohne Zusatz von Sauerstoff oder anderen Frischzusätzen kann ein geneigtes, gedrehtes Reaktionsgefäss dazu benutzt werden, kontinuierlich zugegebenes, gefrischtes, geschmolzenes Metall mit ebenfalls kontinuierlich zugegebenen Legierungsbestandteilen zu vermischen. Sämtliche Reaktionsgefässe werden um ihre Längsachsen geneigt und gedreht, um die erwähnten Badmischströmungen zu erzeugen.

Andere Merkmale und Vorzüge des beanspruchten und offenbarten Verfahrens sind dem letzteren eigen oder für den Fachmann erkennbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist ein Materialflussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen kontinuierlichen, metallurgischen Frischverfahrens,

Figur 2 ist ein Materialflussdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels des kontinuierlichen Verfahrens, Figur 3 ist ein Vertikalschnitt, der ein Ausführungsbeispiel der für das Verfahren benutaten Einrichtung veranschaulicht, Figur k ist eine Draufsicht eines Teils der Einrichtung, Figur 5 ist eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 von Figur 3> Figur 6 ist eine perspektivische Darstellung eines Teils der Einrichtung, und

Figur 7 ist ein Vertikalschnitt, der ein weiteres Ausführungsbeispiel von für das Verfahren benutzter Einrichtung zeigt.

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Beschreibung Vorzug svre is er Ausführungsbeispiele In den Figuren 3 bis 6 ist bei 10 ein Reaktionsgefäss angedeutet mit einem stählernen Aussenmantel 28, der innen mit feuerfestem Material 29 ausgemauert ist. Im Gefäss 10 befindet sich ein Bad 11 vergleichsweise gefrischten, geschmolzenen Metalls, auf dem eine Schlackeschicht 17 schwimmt. Das Reaktionsgefäss ist mit einer herkömmlichen Neig-Einrichtung, wie sie etwa im US-Patent 3.219.322 beschrieben ist, so aufgestellt, dass es um eine horizontale Achse ^O (Fig. 5 und 6) geneigt werden kann. In seiner Betriebsstellung ist das Gefäss 10 in k eine überwiegend vertikale Stellung geneigt, wie es Fig. 3 zeigt.

Im hier benutzten Sinne bezeichnen die Begriffe "hinten" oder "Rückseite" die rechte Seite (so gesehen, wie' es Fig. 3 zeigt) des Gefässes, und die Begriffe "vorn" oder "Vorderseite" die linke Seite des Gefässes (so gesehen, wie es Fig. 3 zeigt).

Das Reaktionsgefäss 10 ist mit einer Haube 21 überdeckt, in die eine Rinne 13 zum Zuführung vergleichsweise ungefrischten, geschmolzenen Metalls zum Oberteil des Bades hineinragt und zwar j| "vorzugsweise an der abwärtsgerichteten, inneren Wand an der Rückseite des geneigten Reaktionsgefässes.

Der Winkel, unter dem das Gefäss 10 geneigt ist, und das Volumen geschmolzenen Metalls im Gefäss werden so eingestellt, dass das Abziehen geschmolzenen Metalls durch Überlaufen aus dem Oberteil des Bades an der aufwärtsweisenden, inneren Wand an der Vorderseite des Reaktionsgefässes ermöglicht wird, wozu am oberen Ende des Gefässes eine um den Umfang herumlaufende Abzugsrinne Ik angebracht ist. Die Rinne Id läuft um die gesam-

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te Aussenseite des Gefässes herum und bestellt aus einer Aussenwand 37, die einstückig mit einem Oberteil 3^ verbunden ist, von dem ein tun den Umfang herum] auf ender Innenrand 25 herabhängt, der sich abwärts in das Innere des Gefässes IO hinein erstreckt und an das Oberteil des letzteren angrenzt.

Durch die Haube 21 ragt eine Sauerstofflanze 19 hindurch, um Sauerstoff auf die Oberfläche des Bades 11 zu leiten. Die Haube 21 ist mit einem Absaugschacht 22 zum Absaugen von Reaktionsgasen und -dämpfen aus dem Oberteil des Reaktionsgefässes 10 verbunden.

Figur 3 zeigt, dass Gefäss 10, Rinne 14 und innerer Umfangsrand 25 zusammen um die Längsachse 37 des Gefässes 10 gedreht werden können, wozu eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein aussen am Boden des Gefässes 10 angebrachtes Zahnrad 45 umfasst, in das ein Ritzel 46 so fasst, das über eine Welle 47 durch einen Motor 48 angetrieben wird, der an einer (nicht gezeichneten) Wiege befestigt ist, in der auch das Gefäss 10 hängt. Eine eingehende Beschreibung einer derartigen Wiege findet sich im US-Patent 3.219.322.

Figur 7 zeigt eine vorzuziehende Ausführungsform mit einem seitlich angeordneten Antrieb zum Drehen des Gefässes 10 um eine Längsachse 37· Aussen am Gefäss 10 sind ein oberer 60 und ein unterer ttnfangsring 6l angebracht, an denen Antriebsräder 62 bzw. 63 angreifen, die durch einen Motor 64 angetrieben werden. Die Antriebsräder 62, 63 und der Motor 64 sind an einer ringförmigen Wiege befestigt, die das Gefäss 10 umgibt. An der Wiege sind .auch zusätzlich Stützrollen 66 angebracht, auf denen der untere Ring 6l aufliegt. Die Wiege 65 kann um die Achse der

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(gestrichelt gezeichneten) Lagerzapfen 67 geneigt werden, die in (gestrichelt gezeichneten) Lagerböcken 68 gelagert sind. Das Gefäss 10 Ttfird zusammen mit der Wiege 65 geneigt.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Gefäss 10 zwei diametral entgegengesetzt angeordnete, praktisch ebene Innenwandteile 30, 31, die durch zwei gekrümmte Innenwandteile 32, 33 verbunden sind. Zwei gegenüberliegende, einwärts geneigte Unterwandteile 3^, 35 erstrecken sich zwischen einem der entsprechenden Innenwandteile 3O, 3-1 und einem Gefässboden 36.

Der deutlicheren Bezeichnung wegen soll der Abstand zwischen ebenen Innenwänden 30» 31 auf einer durch die Längsachse 37 des Behälters 10 gehenden Linie mit B bezeichnet werden und der Abstand zwischen gekrümmten Innenwänden 32, 33 auf einer durch die Längsachse 37 gehenden Lienie mit D. Bei einer typischen Ausführungsform des Reaktionsgefässes 10 beträgt das Verhältnis D zu B 1,15". Da die Innenwände von Gefäss 10 aus feuerfestem Material bestehen, werden bei dauernder Benutzung des Gefässes zwar die Wände durch Erosion verschlissen, jedoch behält das Gefässinnere praktisch die in den Figuren 3 und 5 gezeigte Querschnittsform.

Der Winkel der geneigten Wände 3^, 35 beträgt typischerweise etwa k5°.

Der Winkel, unter dem das Gefäss 10 geneigt wird, ist überwiegend vertikal, d.h., es ist ein Winkel, bei dein die Längsachse 37 des Gefässes weniger als 45 gegenüber der Vertikalen geneigt ist. Typischwrweise beträgt der Neigungswinkel 20 - 3O⁰ gegenüber der Vertikalen und muss mindestens 10 gegenüber der

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Vertikalen betragen. Eine typische Drehgeschwindigkeit des Gefasses 10 sind etwa 15 - 20 U/Min. Bei einigen Ausführungeformen ist ein Minimum von etwa 5 - 10 U/Min, erforderlich, um die angestrebte Mischwirkung zu erhalten. Hat sich diese Mischwirkung erst einmal eingestellt, so kann sie mit einer geringeren Umdrehungsgeschwindigkeit aufrechterhalten werden, und die Umdrehungsgeschwindigkeit kann umso geringer sein, je grös-.ser das Gefäss ist. Bei einigen Ausführungsformen darf die Umdrehungsgeschwindigkeit im allgemeinen etwa 30 U/Min, nicht überschreiten. Die zulässigen Mindest- und Höchstwerte der Umdrehungsgeschwindigkeit für ein gegebenes Gefäss kann der Fachmann leicht ermitteln.

Wird ein innen wie beschrieben geschaffenes Gefäss geneigt und gedreht, wie es oben beschrieben ist, so erzeugt die dem geneigten Reaktionsgefäss 10 mitgeteilte Bewegung an der abwärtsgerichteten Innenwand an der Rückseite des geneigten Reaktionsgefässes abwärtsgerichtete Badströmungen und an der aufwärtsgerichteten Innenwand an der Vorderseite des geneigten Reaktionsgefässes aitfwärtsgerichtete Badströmungen, wie es durch die Pfeile 50, 51 angedeutet ist. Zwischen diesen beiden Wänden existieren unter der Oberfläche noch andere Badströmungen mit radialen Richtungskomponenten. Alle diese Badströmungen führen zur Durchmischung des Bades 11 unter dessen Oberfläche. Infolge der Bildung von Oberflächenwellen erzeugt die Drehung des geneigten Reaktionsgefäsees auch eine Mischwirkung an der Oberfläche des Bades 11.

Die Abwärtsbewegung der Badströmung 50 hat dann ein MaxiHun, wenn einer der ebenen Innenwandteile 30, 31 sich während der

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Drehung des geneigten Reaktionsgefässes auf der Rückseite des letzteren befindet,und die Aufwärtsbewegung der Badströmung 51 hat dann ein Maximum, wenn sich während der Drehung des geneigten Reaktionsgef äs s es einer der ebenen Innenwandt eile an der Vorderseite des geneigten Reaktionsgefässes befindet.

Im Betrieb wird das geneigte Reaktionsgefäss 10 ständig um seine Längsachse 37 gedreht, so dass die obenerwähnten Badströmungen an und unter .der Oberfläche ebenfalls ständig erzeugt werden. Vergleichsweise ungefrischtes, geschmolzenes Metall und Zuschläge werden kontinuierlich über die Zugaberinne 13 zum oberen Teil des Bades 11 zugegeben, und zwar an der Rückseite des Gefässes 10.

Bei einem Ausführungsbeispiel, bei der ungefrischtes, geschmolzenes Metall an der Rückseite des Gefässes in das Bad eingebracht wird, erfolgt die Zugabe praktisch nur dann, wenn sich ein ebener Innenwandteil 30,31 während der Drehung (nach rechts in Fig. 3) des Gefässes 10 ebenfalls an dessen Rückseite befindet, und das ist dann der Fall, wenn die Abwärtsbewegung der Badströmung 50 an der Zugabestelle des ungefrischten, geschmolzenen Metalls ihr Maximum hat. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel erfolgt die kontinuierliche Zugabe ungefrischten, geschmolzenen Metalls nicht als kontinuierlicher Zufluss, sondern in einer ununterbrochenen Folge von einzelnen Strahlen.

Durch die Lanze 19 wird stetig Sauerstoff auf die Oberfläche des Bades 11 gegeben, um die Ve r eunr ei ni gung en im geschmolzenen Metall zu oxidieren und dadurch das letztere zu frischen. Vorzugsweise wird dabei der Druck des Sauerstoffs so einreguliert,

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dass eine merkliche Störung der durch Drehen des geneigten Reaktionsgef ässes 10 erzeugten Bad strömungen unter der Oberfläche vermieden wird. Da der Sauerstoff nicht benötigt wird, um Turbulenz hervorzurufen und aufrecht zu erhalten, lässt der dadurch mögliche, geringere Sauerstoffdruck die-durch Rauchbildung verlorengehende Eisenmenge sinken.

Der Sauerstoff wird durch die Lanze 19 in einer Menge je Zeiteinheit zugeführt, die ausreicht, um die Verunreinigungen in dem kontinuierlich zugegebenen, ungefrischten, geschmolzenen Metall mengenmässig auf den gewünschten Frischungspegel zu senken. Zuschläge werden in einem Anteil zugegeben, der ausreicht, um mit den durch das ungefrisehte, geschmolzene Metall eingebrachten Verunreinigungen Schlacke zu bilden.

Vergleichsweise gefrischtes, geschmolzenes Metall (zusammen mit etwas Schlacke) wird durch Überlaufen in die Abstichrinne 1^ mit der gleichen Geschwindigkeit abgestochen, mit der das vergleichsweise ungefrischte, geschmolzene Metall zugegeben wird. Das sich zu einem gegebenen Zeitpunkt im Reaktor 10 befindende Volumen ungefrischten, geschmolzenen Metalls ist -verglichen mit dem im Reaktionsgefäss befindlichen Volumen gefrischten, geschmolzenen Metalls- vergleichsweise klein.

Das vergleichsweise ungefrischte, geschmolzene Metall und die Frischzuswitze (Zuschläge) , die an der Rückseite des Reaktionsgefässes in den oberen Teil des Bades eingebracht werden, werden durch die sich abwärts bewegende Badströmung 50 an der Rückseite des Reaktionsgefässes abwärts unter die Oberfläche des Bades mitgenommen, wo sie mit dem vergleichsweise gefrischten, geschmolzenen Metall vermischt und einer Frischwirkung

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ausgesetzt werden·

Der auf die Oberfläche des Bades gebrachte Sauerstoff oxidiert zunächst mindestens einen Teil des geschmolzenen Metalls (z.Bi 2 Fe + 0 —^ 2 FeO), das dann seinerseits wieder die oxidierbaren Bestandteile des ungefrischten, geschmolzenen Metalls

oxidiert (z.B. 2 FeO + Si * SiO + 2 Fe). Die Mischwirkung an

und unter der Oberfläche transportiert Oxidationsmittel (z.B. FeO) unter die Oberfläche des Bades und fördert dadurch die Frischwirkung.

Die sich aufwärts bewegende Badströmung 51 an der Vorderseite des Reaktionsgefässes nimmt vergleichsweise gefrischtes, geschmolzenes Metall nach oben zur Abstichrinne l4 mit. Der Rand 25 sorgt für eine Trennung zwischen demjenigen Teil des oberen Teils des Bades, aus dem gefrischtes, geschmolzenes Metall abgezogen wird und demjenigen Teil ties oberen Teils des Bades, zu dem das vergleichsweise ungefrischte, geschmolzene Metall zugegeben \v^rird. Gefrischtes, geschmolzenes Metall, das der Mischwirkung unter der Oberfläche ausgesetzt gewesen ist, wird über die Rinne l4 abgezogen.

Vergleichsweise gefrischtes, geschmolzenes Metall, das dui'ch die Rinne 14 abgezogen worden ist, fixesst in eine Laufrinne 15, von der es dvtrch einen Kanal 16 zu einem (nicht dargestellten) Entschlacker gelangt. Der Entschlacker entspricht weitgehend einem herkömmlichen Schiackenfuchs, wie er für Eisengewinnungsöfen benutzt wird, ist jedoch zum Senken der Wärmeverluste durch Abstrahlung abgedeckt (z.B. siehe Seite 237 "Gewinnung, Umformung und Wärmebehandlung von Stahl", United States Steel Corp., Pittsburgh, Pennsylvania, 1957)· Vom Entschlacker

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wird das schlackefreie, gefrischte, geschmolzene Metall weiterbehandelt, wie es weiter unten noch eingehend zu beschreiben sein wird.

Nunmehr soll anhand von Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens beschrieben werden, das sich für das Frischen von Roheisen eignet. Das geneigte, gedrehte Reaktionsgefäss 10 enthält ein Bad vergleichsweise gefrischten Eisens, in dem Silizium, Mangan, Kohlenstoff, Phosphor und Schwefel beseitigt oder mengenmässig im gewünschten Umfang vermindert worden sind, und zwar mit Hilfe von beim Sauerstoffkonverter-Verfahren üblichen Reaktionen, und von dem der grösste Teil der Schlacke oben auf dem Bad entfernt worden ist. Vergleichsweise ungefrischtes, geschmolzenes Roheisen und die Sauerstoffkonverterverfahren üblicherweise beigegebenen Zuschläge (z.B. Kalk, Flusspat) werden in den oberen Teil des Bades eingebracht j auf die Oberfläche, des Bades wird Sauerstoff geblasen.

Es finden nun die beim Sauerstoffkonverterverfahren üblichen Reaktionen statt, um Silizium, Mangan, Kohlenstoff, Phosphor im ungefrischten, geschmolzenen Roheisen zu oxidieren, wobei sich oxidiertes Silizium und oxidierter Phosphor mit den Zuschlagen verbinden und oben auf dem Bad Schlacke bilden.

Das saure, oxidierte Silizium (SiO ) wird durch den basischen ZuschlJag (CaO) neutralisiert, um zu verhindern, dass das erstere die basischen, feuerfesten Steine angreift, mit denen das Reaktionsgefäes ausgekleidet ist. 0er Schwefel im ungefrischten, geschmolzenen Roheisen wird von den Zuschlagen aufgenommen und wird ebenfalls ein Bestandteil der Schlacke auf der Badoberfläche. -Ik-

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Der Kohlenstoff wird zu einem Gas -im allgemeinen Kohlenmonoxid- oxidiert, das aus der Badoberfläche entweicht, wo zumindest ein Teil davon mit dem Sauerstoff aus der Lanze 19 unter Bildung von Kohlendioxid reagiert.

Sauerstoff wird in ausreichender Menge je Zeiteinheit zugeführt, um die oxidierbaren Bestandteile (Silizium, Mangan, Kohlenstoff, Phosphor) im ungefrischten, geschmolzenen Roheisen mengenmässig auf den gewünschten Pegel zu senken. Zuschlagstoffe werden in ausreichender Menge pro Zeiteinheit zugegeben, um das oxidierte Silizium zu neutralisieren und um den oxidierten Phosphor und den Schwefel im ungefrischten, geschmolzenen Roheisen aufnehmen zu können.

Die sich aus der Drehung des geneigten Reaktionsgefässes ergebende Mischwirkung begünstigt und beschleunigt den Frischvorgang gegenüber dem herkömmlichen Sauerstoffkonverterverfahren. Der Entzug oxidierter Verunreinigungen (z.B. Phosphor) und von Schwefel wird durch die Mischwirkung begünstigt, die CaO (Kalk) unter die Badoberfläche bringt, um dort Schwefel und oxidierten Phosphor aufzunehmen.

Der Neigungswinkel des Gefässes und das Volumen geschmolzenen Metalls im Gefäss reichen aus, um das ständige Abziehen vergleichsweise gefrischten Eisens durch Überlaufen zu veranlassen, während ungefrischtes, geschmolzenes Roheisen kontinuierlich in das Gefäss eingebracht wird. Die Geschwindigkeit, mit der vergleichsweise gefrischtes, geschmolzenes Eisen abgezogen wird, ist praktisch gleich der, mit der vergleichsweise ungefrischtes, geschmolzenes Roheisen zugegeben wird.

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Zxisannnen mit dem vergl eichsweise gefrischten, geschmolzenen Metall wird kontinuierlich ein Teil der Schlacke abgezogen. Ständiges Abziehen von Schlacke begünstigt die'/Aufnahme oxidierter, neu eingebrachter Verunreinigungen (z.B. Si, P) und von Schwefel durch neu zugesetzte Zuschläge (CaO) unter Bildung neuer Schlacke, und zwar ist das deshalb der Fall, da der Schwefel und das oxidierte Silizium und der oxidierte Phosphor in der bagezogenen Schlacke das Neutralisierungsvermogen (für SiO ) und das Aufnahmevermögen (für P_o0_r und S) des frisch zugebenen CaO nicht mindern können.

Aus dem Reaktionsgefäss wird das abgezogene, geschmolzene Material durch einen Entschlacker geleitet, in dem dem vergleichsweise gefrischten, geschmolzenen Metall die Schlacke entzogen wird.

Dns vergleichsweise gefrischte, geschmolzene Metall abzüglich der Schlacke wird konitnuierlich in einen Mischer 100 gebracht, -bei dem es sich ebenfalls um ein Reaktionsgefäss 10, jedoch ohne Sauerstofflanze handeln kann-, oder in eine herkömmliche Pfanne.

Der Mischer 100 wird geneigt und gedreht, wie das beim Gefäss 10 der Fall ist, und legierende Zusätze (z.B. Mangan, Aluminium,

'tan, Vanadin) zum Mischer 100 zugegeben (z.B. durch die Einsatzrinne 13)· Die durch die Drehung des geneigten Mischers hervorgerufene Mischwirkung vermischt wirksam die Zusätze mit dem geschmolzenen, gefrischten Eisen, um Stahl der gewünschten Zusammensetzung zu ex-zeugen, und diese gewünschte Zusammensetzung von Stahl wird aus dem gedrehten, geneigten Mischer 100 mit praktisch derselben Geschwindigkeit abgezogen, mit dei* das vergleichsweise gefrischte, entschlackte, geschmolzene Eisen

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eingebracht wird. Das vom Gefäss TOO abgezogene, gefrischte und legierte Metall (Stahl) lässt man in das Zwischengefäss einer Stranggussniaschine fl ie ssen oder in eine Pfanne, die zum Füllen von Blockformen benutzt wird.

Als Alternative kann man die legierenden Zusätze mit dem gefrischten, geschmolzenen Eisen auch in einer konventionellen Pfanne vermisch, ohne diese zu drehen oder zu neigen. Bei einer derartigen Ausführungsform erfolgt der gesamte kontinuierll iche Teil des Verfahrens stromaufwärts der Pfanne, in der die legierenden Zusätze zugegeben werden.

Figur 2 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel für das im Zxisammenhang mit dem Frischen geschmolzenen Roheisens benutzte Verfahren dax". Beim Ausführungsbeispiel von Figur 2 erfolgt der Frischvorgang in zwei geneigten, gedrehten Reaktionsgefässen 110 und 210 und nicht nur in einem. Aufbau und Arbeitsweise der beiden Reaktionsgefässe sind praktisch so, wie es die Figur zeigt. Kontinuierliches Einsetzen und Abstechen geschmolzenen Metalls in jedem der beiden Gefässe 110 und 210 erfolgen derart, wie dies im Zusammenhang mit dem Reaktionsgefäss 10 der in der Figur 1 dargestellten Ausführungsform beschrieben worden ist.

Das erste Reaktionsgefäss 110 enthält ein Bad, dem Silizium bereits entzogen worden ist, und dessen Mangengehalt niengenmässig teilweise vermindert, worden ist. Kohlenstoff, Phosphor und Schwefel sind dem Bad noch nicht entzogen worden. Ungefrischtes, geschmolzenes Roheisen wird kontinuierlich in das erste Ueaktionsgefäss 1.10 zusammen mit Zuschlagen eingebracht, und der Sauerstoff wird auf den Oberteil des Bades geblasen. Dabei wird

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die Sauerstoffzufuhr so geregelt, dass zwar das Silizium beseitigt und das Mangan mengenmässig teilweise herabgesetzt wird, dass jedoch der Kohlenstoff im Gefäss 110 noch nicht auf den gewünschten Pegel herabgesetzt wird und dass im Gefäss 110 auch Phosphor oder Schwefel praktisch noch nicht entfernt werden. Es werden Zuschläge zugesetzt, um das oxidierte Silizium in der Schlacke zu neutralisieren. Das aus dem ersten Reäktionsgefäss .110 abgezogene, geschmolzene Metall ist im Vergleich zum eingesetzten, geschmolzenen Metall vergleichsweise gefrischt, enthält jedoch immer noch eine vergleichsweise grosse Menge Mangan und hat einen unerwünscht hohen Gehalt an Kohlenstoff sowie Phosphor und Schwefel.

Im zweiten Reäktionsgefäss 210 ist das Bad praktisch frei von Mangan, Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor, sowie auch von Silizium. Das aus dem Gefäss 110 abgezogene, teilgefrischte, geschmolzene Metall wird kontinuierlich in das Gefäss 210 eingebracht. In das Gefäss 210 wird Sauerstoff in einer Menge pro Zeiteinheit eingeleitet, die ausreicht, um den Rest des Mangans zu entfernen, den Kohlenstoffgehalt mengenmässig auf den gewünschten, niedrigen Pegel zu senken und den Phosphor zu oxidieren. Im zweiten Reäktionsgefäss werden Zuschläge in einer Menge pro Zeiteinheit zugegeben, die ausreicht, um sich mit dem oxidierten Phosphor und mit dem Schwefel unter Bildung von Schlacke zu verbinden, die sich auf der Oberfläche des Bades im zweiten Reäktionsgefäss ansammelt, wobei sich auch oxidiertes Mangan in der Schlacke befindet. Das aus dem zweiten Reaktionsgefäss 210 abgezogene, geschmolzene Metall ist praktisch fertiggefrischtes, geschmolzenes Bisen, dem Mangan, Silizium, Kohlenstoff,

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Phosphor und Schwefel entzogen worden sind.

Bei den im ersten Reaktionsgefäss 110 zugesetzten Zuschlagen handelt es sich um solche (z.B. CaO), die sich unter Bildung von Schlacke mit dem oxidierten Silizium verbinden und es neutralisieren. Bei den im zweiten Reaktionsgefäss 210 zugesetzten. Zuschlagen handelt es sich um solche (z.B. CaO, CaF₀), die sich unter Bildung von Schlacke mit dem oxidierten Phosphor und mit dem Schwefel verbinden.

Beim Arbeiten in zwei Stufen (Gefässe 110 und 210) bei der Entfernung von Verunreinigungen, wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2, lassen sich mehr Schwefel und Phosphor wirksamer entfernen als bei einem Ausführungsbeispiel mit nur einer Frischstufe (Figur l). Der Grund dafür ist, dass im zweiten Reaktionsgefäss 210 überhaupt kein SiO mehr vorhanden ist, das mit dem zum Aufnehmen des Schwefels und des oxidierten Phosphors zugesetzten CaO reagieren könnte. Die Schlacke im zweiten Reaktions&efäss 210 ist stärker basisch (alkalisch) als eine SiO enthaltende Schlacke, und eine stärker basische Schlacke begünstigt die Entfernung von Schwefel und Phosphor.

Da das Silizium im ersten Gefäss beseitigt worden ist und weil das Mangan im ersten Gefäss mengenmässig zum Teil vermindert worden ist, steht ein vergleichsweise grösserer Anteil des in das zweite Gefäss eingebrachten Sauerstoffs zur Bildung von Oxiden mit dem Kohlenstoff zur Verfügung. Das ermöglicht zusammen mit dem geringeren Sauerstoffdruck, der sich daraus ergibt, dass der Sauerstoff nicht zum Hervorbringen und Aufrechterhalten von Turbulenz benötigt wird, im zweiten Gefäss über der Badoberfläche einen grösseren Teil des CO zu CO,, zu ver-

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brennen. Es kann zumindest ein grosser Teil des eine Oxidation durchmachenden Kohlenstoffs im zweiten Geföss zu Kohlendioxid oxidiert werden, und das erzeugt grosse Mengen überschüssiger Wärme, was seinerseits den Zusatz beträchtlicher Mengen Schrott zum zweiten Reaktionsgefäss 210 ermöglicht. Zumindest der grosser e Teil des beim Verfahren nach Figur 2 verbrauchten Stahlschrotts wird iiü zweiten lleaktionsgefäss zugesetzt.

Der Schrott kann im zweiten Gefäss kontinuierl ich zugesetzt werden, und zwar vorzugsweise in relativ kleinen Stücken (z.B. nicht grosser als faustgross) und relativ gleichmässig grossen Stücken. Im Handel erhältliche, zerkleinerte Autokarosserie-Toil e sind ein geeignetes Beispiel.

Das aus'den zweiten lleaktionsgef äss abgezogene, gefrischte und f.epchnol zene Eisen wird dann im Durch! auf verfahren entschlackt und entweder in eine Pfanne 200 oder in einen Mischer 100 eingebracht, wo in der o"ben im Zusammenhang mit dem in Figur 1 dargestellten Verfahren beschriebenen Weise legierende Bestandteil e zugegeben werden.

Diese Erfindung erstreckt sich auch auf Ausführungsbeispiele, bei denen nicht ein oder zwei Frischgefässe benutzt werden. WIl man z.B. einen extrem niedrigen Schliefelgehalt erreichen, so kann aus dem zweiten lleaktionsgef äss 210 abgezogenes, geschmolzenes Metall zusammen mit einem stark basischen Zuschlag wie Natriumkarbonat (Na₀CO ) kontinuierlich in ein drittes, geneigtes, gedrehtes lleaktionsgef äss verbraucht werden, ohne dass Sauerstoff zugesetzt wird. Die Mischwirkung des überwiegend-vertikal geneigten dritten Reaktionsgefässes würde dann die zur Bildung einer Oberflächenschicht von Schlacke fphrende

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Reaktion zwischen dem Zuschlag und den Schwefel begünstigen und beschleunigen.

Das oben beschriebene kontinuierliche Verfahren ist nicht auf die Stahlerzeugung und auch nicht auf das Frischen oder Mischen von Legierungen auf Eisenbasis begrenzt; sondern es können auch andere Metalle und Legierungen nach dem erfingungsgemässen Verfahren im Durchlaufverfahren gefrischt oder gemischt werden. Zu Beispielen dafür gehören: Kontinuierliches Entschwefeln von geschmolzenem Roheisen ausserhalb des Hochofens, wodurch die an das Entschwefelungsvermögen des Hochofens gestellten Forderungen herabgesetzt werden, die erforderliche Zuschlagmenge gesenkt werden kann tind der Ausstoss des Hochofens gesteigert wird; kontinuierliches Entschwefeln, Aufkohlen usw. geschmolzenen Giesserei-Roheisens (für Gusstücke), das in einem Kupolofen gewonnen wurde; kontdnui ex-lieh es Feinen von Hohkupfer zu Kupfer; kontinuierliche Gewinnung von Nickeleisen und kontinuierliches Feinen und Mischen von Legierungen auf Kupferbasis.

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Claims (4)

9 1 Professor Dr.-Ing. Robert M e 1 d a u Dipl.-Ing. Gustav M e 1 d a u -Patentanwälte- tf N 31g Prof >M/d Gutersioh Vennstraße 9 Patentansprüche

1.) Verfahren zum ununterbrochenen läutern einer Metallschmelze als Bad in einem Reaktionsgefäß, in dessen Kopfteil ununterbrochen wenig geläuterte Schmelze und in einen tieferen Badteil Scheidezusätze eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß zu seiner senkrechten Achse geneigt in schwingende Drehung versetzt wird, die Oberfläche und tiefere Schichten des Bades mischt sowie ununterbrochen geläuterte Schmelze aus der Oberflächenschicht nahe der Innenwandung des schwingenden Gefäßes, aber entfernt von der Einfüllstelle für das ungeläuterte Metall, abgestochen wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidezusätze der wenig geläuterten Schmelze im ununterbrochenen Arbeitsgang entsprechend dem gewünschten Läuterungsgrad der abgestochenen Schmelze zugesetzt werden, die Schmelze im Takt der gewünschten Läuterung abgestochen und die Menge der geläuterten Schmelze im Verhältnis zur ungeläuterten im Reaktionsgefäß immer hochgehalten wird.

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3·) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche schwingende Drehung des Reaktionsgefäßes, daß auf der inneren höher gelegenen Rückwand eine Abwärtsströmung der Schmelze erzeugt und das ungeläuterte Metall nahe dieser Stelle nachgespeist wird.

4-.) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Erzeugung einer solchen Bewegung im Reaktionsgefäß, daß der Abwärtsbewegung nahe der rückwärtigen Wand ein Aufstieg des Badinhaltes in der Höhe der Vorderwand des Gefäßes entspricht.

5>.) Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Bewegungs-Mitteilungsschritt darin besteht, daß das Reaktionsgefäß um seine Längsachse gedreht wird, das Rekationsgefaß zwei diametral gegenüberliegende, praktisch ebene Innenwandteile besitzt, die durch zwei gekrümmte Innenwandteile verbunden sind, und zwei gegenüberliegende, einwärts geneigte untere Wandteile besitzt, die jeweils zwischen einem der ebenen

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Innenwaudtcilc xmu dem Gefässboden angeordnet sind, die Abwärtsbewegung- <"er Bcid.strömung ein 1-iaxiniUM hat, wenn sich währrni' der Drehung; einer dor phonon Innenwandteile auf der Rückseite dos f onoijton ^raktions^Gfässps befindet, und dass die Auf värts7:>ewoirun.·: c:c-r Badströmung ein Maximum besitzt, wenn sich während der Drehung einer der ebenen Innenwandteile auf der Vorderseite des geneigtem Real'tionsgef ässes befindet.

6. Verfahren gewäεs Anspruch 1, dadurch gekennaeichnet, dass der Schritt des Einbringens des ν ergl eichsweise ungefrischten, geschmolzenen 1-Ictnlls in den oberen Teil des Bades praktisch auf die Zeitpunkte beschränkt ist, zu denen die Abwärtsbewegung der Badströi.mng während der Drehung des geneigten Reaktionsgefässes dieses liaximum besitzt.

7. Verfahren reniäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem geneigten Reaktionsgefäss eine Bewegung mitgeteilt wird, die an der aufv;ärtsgerichteten Innenwand auf der Vorderseite des geneigten ixeaktionsgefässes kontinuierliche, sich aufwärts bewegende Badströmungen erzeugt, und dass das Abziehen des vergleichsweise gefrischten, geschmolzenen Metalls auf eine Stelle nn der aufwärtsgerichteten Innenwand auf der Vorderseite des geneigten Reaktionsgefässes beschränkt ist.

8. Verfahren gemäss Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass der Frischvorganfe aus dem kontinuierlichen Blasen von Sauerstoff auf die Badoberfläche zum Oxidieren von Verunreinigungen im geschmolzenen Metall und dadurch Frischen des letzteren, dem kontinuierlichen Aufbringen von Zuschlagen auf den oberen Teil des Bades, um mit den oxidierten Verunreinigungen Schlacke zu bilden sowie dem kontinuierlichen Abziehen von Schlacke r

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vom oberen Teil des Bades an der aufwärtsgerichteten Innenwand auf der Vorderseite das Reaktionsgefässes besteht*

9· Verfahren geinäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungs-Mitteilungsschritt darin besteht, das Reaktionsgefäss um seine Längsachse zu drehen, um an der abwärtsgerichteten Innenwand auf der Rückseite des geneigten Reaktionsgefässes sich abwärts bewegende Badströmungen zu erzeugen und an der aufwärtsgerichteten Wand auf der Vorderseite des geneigten Reaktionsgef ässes sich aufwärts bewegende Badströmungen, dass der Frisch-Schritt darin besteht, kontinuierlich Sauerstoff auf die Badoberfläche zu blasen, um dadurch Verunreinigungen im geschmolzenen Metall, zu oxidieren und das Letztere zu frischen, und dass der Druck des Sauerstoffs so einreguliert itfird, dass eine merkliche Störung der durch die dem geneigten Reaktionsgefäss mitgeteilte Bewegung hervorgebrachten Badströmungen unter der Oberfläche vermieden wii~d.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das relativ ungefrischte, geschmolzene Metall aus 'ungefrischtem, geschmolzenem Roheisen besteht, dass das vergleichsweise gefrischte, geschmolzene Metall, gefrischtes Roheisen ist, in dem Silizium, Mangan und Kohlenstoff praktisch auf gewünschte Pegel gesenkt worden sind, und dass der Frischschritt darin besteht, dass Sauerstoff auf die Badoberfläche geblasen wird, um Silizium, Hangan und Kohlenstoff zu oxidieren wndjium die Mengen dieser Elemente im geschmolzenen Metall auf gewünschte Pegel zu senken.

11. Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vergleichsweise gefrischte, geschmolzene Metall teilge-

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frischtes, geschmolzenes Roheisen ist, dem Silizium praktisch entzogen ist und in dem Mangan durch Oxidiation wesentlich gesenkt worden ist, das aber noch immer einen unerwünscht hohen Pegel Kohlenstoff enthält, dass das vergleichsweise ungefrischte, geschmolzene Metall ungefrischtes, geschmolzenes Roheisen ist, und dass der Frischschritt darin besteht, Sauerstoff auf die Badoberfläche zu blasen, um Silizium und Mangan im geschmolzenen Roheisen zu oxidieren und um das Silizium praktisch zu entfernen und das Mangan niengenmässig wesentlich zu senken.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein zweites Bad ebenfal3s gefrischten, geschmolzenen Roheisens in einem zweiten lieaktionsgefäss befindet, dass dieses zweite Reaktionsgefäss geneigt wird und dem geneigten zweiten lieaktionsgef äss eine Bewegung mitgeteilt wird, die in dem zweiten Bad eine Durchmischung an und unter der Oberfläche hervorruft, dass kontinuierlich teilgefrischtes, geschmolzenes Roheisen aus dem vorerwähnten ersten Reaktionsgefäss in den oberen Teil des zweiten Bades eingebracht wird, dass kontinuierlich Sauerstoff auf die Oberfläche des dieser Durchmischung ausgesetzten zweiten Bades geblasen wird, um Verunreinigungen im teil gefrischten, geschmolzenen Roheisen zu oxidieren, Kohleistoff mengenrifässig auf den gewünschten Pegel zu senken und dadurch dieses geschmolzene Roheisen weiter zu frischen, dass der Neigungswinkel und das Volumen geschmolzenen Metalls im zweiten Reaktionsgefäss so gewählt werden, dass Abziehen geschmolzenen Metalls aus dem oberen Teil des zweiten Bades an der Vorderseite des zweiten Reaktionsgefässes ermöglicht wird, und dass weiteres, gefrischtes, geschmolzenes Roheisen, das der

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Durchrnischung unter der Oberfläche ausgesetzt gewesen ist, kontinuierlich aus dem oberen Teil des zweiten Bades an der aufwärtsgerichteten Innenwand auf der Vorderseite dos zweiten Reaktionsgefässes abgezogen wird.

13· Verfahren gemäss Anspruch T 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Verlaufe des Oxidierens der Verunreinigungen im zweiten Reairtionsgefäss der Phosphor im geschmolzenen Xioheisen oxidiert wird, und dass im zweiten Keaktionsgefäss ein basischer Zuschlag zugegeben wird, der mit dem Schwefel und dem oxidierten Phosphor im geschmolzenen Roheisen eine Schlacke bildet, wobei der grössere Teil Schwefel , der bei diesem Verfahren entzogen wird, im zweiten Reaktionsgefäss entzogen wird.

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4. Verfahren gemäss Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Reaktionsgef äss Kohlenstoff z^ι CO oxidiert wird und zumindest ein grösserer Teil des CO zu CO oxidiert wird, und dass in zweiten Reaktionsgefäss Stahl schrott zugegeben wird, wobei zumindest der grössere Teil des bei diesem Verfahren verbrauchten Stahlschrotts im zweiten Reaktionsgefäss zugesetzt wird.

115. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das geflischte, geschmolzene Metall durch Überlaufen abgezogen wird.

l6. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine ständige Trennung zwischen demjenigen Teil des oberen Teils des Bades gesorgt wird, in dem das gefrischte, geschmolzene Metall abgezogen wird und demjenigen Teil des oberen Teils des Bades, in den vergleichsweise ungefrischtes, geschmolzenes Metall eingebracht wird. -

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17« Verfahren ;-;iir kontinuierlichen Behandlung geschmolzenen Metall, dadui'cli «cekenniKeichnet, dass es avis folgenden Verfahrenschritten bestellt,

Vorhandensein eineft Bades in einem lieaktionsgefass aus vergleichsweise gefrischtem, geschmolzener.! Metall, aus dem Neigen dos Kcaktions-stefässes; in eine überwiegend vertikale Schrägste!- 1 UIi₁I-; und Hitteilung von Bewegung nii dar- geneigte Gefä'ss, die in diesem Uad eine Durchmischung an und unter der Oberfläche bewirkt, aus Lontinuierl icliPi'i Einbringen vergleichsweise unbehandel tem, geschmolzenen Metalls in den oberen Teil des Bades, aiis dom kontinuicri ich en Aufbringen eines Behandlungsbestandteils auf die Cbc-ri'läclie des der Durchmischung ausgesetzten Bades, um dadurch das geschmolzene Metall zu behandeln, aus dew Einstellen von Heigungswinkel und des Volumens geschmolzenen Metalls int Gefass auf Werte,: die das Abziehen geschmolzenen Metalls aus dem oberen Teil des Bades an der aufwärtsgerichteten Innenwand auf der Vorderseite des Heaktionsgefässes ermöglichen, und aus den kontinuierlichen Abziehen vergleichsweise behandelten Metalls aus dem oberen Teil des Bades an der aufwärtsgerichteten Innenwand auf der Vorderseite des geneigten HDaktionsgefasses, und zwar an einer Stelle, die im Abstand von derjenigen Stelle angeordnet ist, an der das vergleichsweise unbehandelte, geschmolzene Metall eingebracht wird.

1.0, Verfahren ^enäss Anspruch 17i dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungshestandteil ein legierender Zusatz ist.

19· Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung geschmolzenen Materials, praktisch wie vorstehend anhand der beigefügten Figuren beschrieben.

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20. Das Produkt des in sämtlichen vorstehenden Ansprüchen beanspruchten Verfahrens.

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