DE2451991C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Entschwefelung von Roheisen und Stahlschmelzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entschwefelung von Roheisen und Stahlschmelzen durch Zugabe -is von Magnesium, das außerhalb des Behandlungsgefäßes in den gasförmigen Zustand überführt und dann hinsichtlich Zugabemenge und -geschwindigkeit kontrolliert unter Druck in die Schmelze eingeblasen wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Magnesium mit einem Siedepunkt von 1107° C liegt bei Roheisentemperaturen dampfförmig vor. Sein Einsatz verspricht wegen der in dieser Phase herrschenden raschen Reaktionsgeschwindigkeit einen außeror- i^v dentlich hohen Ausnutzungsgrad. Die nur geringen benötigten Entschwefelungümittelmengen ergeben entsprechend niedrige Schlackenmengen, deren Deponie zu keinerlei Schwierigkeiten führt. Infolge der geringen Schlackenniengen entstehen auch nur entsprechend '<■ geringe Eisenverluste.

Der Dampfdruck des Magnesiums bei Roheisentemperaturen liegt jedoch derart hoch, daß bei der Zugabe leicht Auswurf und ein Verspritzen des Roheisens auftretein können. Diese Probleme ergeben sich selbst ''■ dann noch, wenn das Magnesium unmittelbar vor Kontaktnahme mit dem Roheisen innerhalb einer besonderen Vorrichtung in den gasförmigen Zustand überführt wird (M.Z. Levin u. a., Metallurg. 18(1973), Nr. 2, S. 10/12). Bei dieser Vorrichtung handelt es sich um ein sich nach unten erweiterndes Rohr, durch das miteinander verbundene Magnesium-Barren von einer oberhalb der Pfanne befindlichen Dosiervorrichtung mit vorgegebener Geschwindigkeit gezogen werden. Um zu verhindern, daß Roheisen beim Eintauchen dieser Vorrichtung in die Pfanne in das Rohrinnere gelangt, wird unter hohem Druck ein Gas eingeleitet. Gleichzeitig werden dadurch die Magnesium-Dämpfe durch in der Vorrichtung vorgesehene öffnungen in das Roheisenbad gedrückt.

Die Zugabe von Magnesium in ein Stahlbad ist bisher noch nicht bekanntgeworden. Die Stahlschmelztemperatur von rund 1600° C liegt um 490° C über dem Magnesium-Siedepunkt. Der Dampfdruck von Magnesium bei 1600° C beträgt rund 23 kp/cm² bzw. 226 N/ cm². Der Druckabbau dieses Dampfdruckes, der bei der Zugabe von festem Magnesium in einer Stahlschmelze erfolgen würde, müßte starke eruptive Reaktionen der Schmelze zur Folge haben.

Das eingangs beschriebene Verfahren ist durch die deutsche Patentanmeldung G 7 771 bekanntgeworden. Gemäß dieser Vorveröffentlichung soll das sich z. B. in dampfförmigem Zustand befindliche Magnesium an mindestens einer möglichst tiefliegenden Stelle in das zu behandelnde Bad über eine bestimmte Zeitdauer verteilt in einer den jeweiligen Verhältnissen angepaßten, gegebenenfalls regelbaren Dosierung unter Druck eingeführt werden. Der Vorveröffentlichung läßt sich jedoch kein Vorschlag dafür entnehmen, wie das Magnesium in gasförmigen Zustand überführt, wie der Gasdruck erzeugt bzw. aufrechterhalten und wie die Einführung des Magnesiumgases hinsichtlich Menge und Geschwindigkeit kontrolliert werden sollen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zur Anwendung des bekannten Verfahrens ein geeignetes Arbeitsverfahren zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mit heißem Inertisierungsgas die Vergasungsvorrichtung sowie deren Zuleitungen zur Schmelze vorgewärmt, das in die Schmelze ragende Zuführorgan für das Magnesiumgas gegen eindringende Schmelze freigeblasen, der Druck des Magnesiumgases aufrechterhalten und letzteres aus der Vergasungsvorrichtung verdrängt werden.

Hierdurch erhält man ein Arbeitsverfahren, das sich völlig gefahrlos durchführen läßt, das eine außerordentlich exakte Steuerung der Entschwefelung zuläßt und das störunanfällig ist.

Durch die deutsche Patentanmeldung P 51 848 ist ein Verfahren zur Desoxydation von Schmelzen für Eisen- und Stahlguß bekanntgeworden. Gemäß dieser Vorveröffentlichung soll durch besondere Maßnahmen außerhalb der Pfanne eine Magnesium-Dampfentwicklung erzeugt und der Magnesium-Dampf durch poröse Eintauchkörper oder Düsensteine in die Schmelze eingeführt werden. Damit endet der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift ebenfalls genau dort, wo die vorstehend erläuterte Erfindung einsetzt.

Die CH-PS 2 91 858 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung flüssiger Eisenschmelzen mit einem Metall, das bei der Behandlungstemperatur gasförmig ist. Die zur Durchführung dieses Verfahrens offenbarte Vorrichtung weist ein in die Eisenschmelze ragendes Rohr auf, das mit seinem oberen Ende über ein zwischengeschalteten Schieber an einen Magnesiumpulver enthaltenden Behälter angeschlossen ist. Aus dem Behälter

wird durch Betätigung des Schiebers eine bestimmte Menge Magnesiumpulver in das Rohr und damit unmittelbar auf die in dem Rohr stehende Eisenschmelze geworfen. Die Verdampfung des Magnesiums erfolgt also erst in der Schmelze und somU auch ausschließlich durch deren Hitze. Über den Schieber werden lediglich Teilmengen Magnesium chargiert. Nach dem Chargieren ist das Verfahren durch nichts mehr zu beeinflussen. Gemäß einer in dieser Vorveröffentlichung beschriebenen Alternative kann unterhalb des Schiebers ein Schutzgas in das Rohr eingeführt und auf einen nur wenig über dem statischen Druck der Eisenschmelze liegenden Druck eingestellt werden. Sobald das Schutzgas in kleinen Blasen durch die Roheisenschmelze aufsteigt, soll der Schieber geöffnet und das Magnesium eingeführt werden. Das Schutzgas ist jedoch nicht dazu bestimmt, die Eisenschmelze aus dem Rohr zu verdrängen.

Der zuletzt beschriebene Stand der Technik weist somit keine Berührungspunkte mit dem Gegenstand obiger Erfindung auf, sondern steht hierzu sogar im Widerspruch.

Bei einer geeigneten Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens besteht die Vergasungsvorrichtung zweckmäßig aus einem beheizten Druckbehälter, der eine druck- und mengengeregelte Zuführleitung für das Inertisierungsgas aufweist, über eine Abströmleitung für das Magnesiumgas an das in das Behandlungsgefäß gerichtete Gaszuführorgan anschließbar und mit einer Druckausgleichsvorrichtung verbunden ist, die aus einem Kondensator für das Magnesiumgas, einem Ausgleichsbehälter und einem Sicherheitsventil besteht, während das Gaszuführorgan aus einer Blaslanze besteht, deren Blasdüse durch ein pneumatisches Ventil verschließbar ist, deren Steuerleitung an eine Speiseleitung für vorgeheiztes Inertisierungsgas angeschlossen ist.

Die neue Vorrichtung ist vorzugsweise gekennzeichnet durch eine an die Speiseleitung für das Inertisierungsgas geschaltete Regeleinrichtung, die ein Reduzierventil, ein Regelventil sowie eine Mengenmeßeinrichtung für das Inertisierungsgas umfaßt.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Vergasungsvorrichtung sowie deren Zuführungsleitungen zur Schmelze mit Argon od. dgl. inertisiert werden. Das Inertisierungsgas wird vorzugsweise vorgewärmt, wobei es vorteilhaft ist, wenn die Vergasungsvorrichtung sowie deren Zuleitungen zur Schmelze mit heißem Inertisierungsgas vorgewärmt werden.

Weitere zweckmäßige Verfahrensschritte sowie die durch das neue Verfahren erzielten Vorteile werden in der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erläutert.

Bei einer geeigneten Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens besteht die Vergasungsvorrichtung zweckmäßig aus einem beheizbaren Druckbehäl- ss ter, der eine druck- und mengengeregelte Zuführleitung für das Inertisierungsgas aufweist, über eine Abströmleitung für das Entschwefelungsmittelgas an das in das Behandlungsgefäß gerichtete Gaszuführorgan anschließbar und mit einer Druckausgleichsvorrichtung do verbunden ist, die aus einem Kondensator für das Entschwefelungsmittelgas, einem Ausgleichsbehälter und einem Sicherheitsventil besteht.

Dabei kann das Gaszuführungsorgan zweckmäßig aus einer Blaslanze bestehen, deren Blasdüse durch ein ^s pneumatisches Ventil verschließbar ist. Das Gaszuführorgan kann aber auch aus einem gasdurchlässigen Teil des feuerfesten Materials des Behandlungsgefäßes bestehen, wobei die Gaszufuhr übe/ den Spülstopfen einer Gießpfanne, einen permeablen Stein od. dgl. erfolgt.

Weitere konstruktive Einzelheiten werden ebenfalls in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.

In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfinding schematisch dargestellt.

Danach besteht die dargestellte Vorrichtung aus einem Druckbehälter 1 mit einer äußeren Isolierung 2 und einer inneren Isolierung 3, einer elektrischen Behälterheizung 4 sowie einer Chargieröffnung 5 zum Einbringen von granuliertem Magnesium. Aus einem Vorratsbehälter 6 für unter Druck stehendes Argon führt über ein Druckreduzierventil 7, ein Mengenregelventil 8 und durch eine Heizung 9 eine Zuführleitung 10 in den Druckbehälter 1. Letzterer ist über eine Abblaseleitung 11 mit einer Druckausgleichsvorrichtung verbunden, die aus einem Magnesiumkondensator 12 mit einem Kühlwasseranschluß 13, einem Argonausgleichsgefäß 14 und einem Überdruckventil 15 besteht. Das Argonausgleichsgefäß 14 ist über eine Leitung 16, in die ein Manometer 17 eingeschaltet ist, an das Mongenregelventil 8 angeschlossen.

Eine Abströmleitung 18 des Druckbehälters 1 führt zu einer Blaslanze 19, deren Blasdüse 20 durch ein pneumatisches Ventil 21 verschließbar ist. Letzteres ist über eine Steuerleitung 22 an eine Speiseleitung 23 für vorgeheiztes Argon angeschlossen. Die Speiseleitung 23 zweigt von der Argon-Zuführleitung 10 zwischen dem Vorratsbehälter 6 und dem Druckbehäher 1 ab und ist mit einer Regeleinrichtung versehen, die ein Reduzierventil 24, ein Regelventil 25 und eine Mengenmeßeinrichtung 26 umfaßt. Außerdem durchläuft die Speiseleitung 23 eine Heizung 27.

Mit 28 sind Temperaturfühler gekennzeichnet, die im Druckbehälter 1, in dessen Anschluß an die Zuführleitung 10 und in der Speiseleitung 23 hinter der Heizung 27 angeordnet sind.

Zuerst wird granuliertes Magnesium über die Chargieröffnung 5 in den Druckbehälter 1 eingebracht, in den dann aus dem Vorratsbehälter 6 Druck reduziert und mengengeregelt Argon zur Inertisierung eingeblasen wird. Die vorhandene Luft im Druckbehälter 1 wird verdrängt und strömt über die Blasdüse 20 der Blaslanze 19 ab, bis der Druckbehälter 1 inertisiert ist. Darauf wird die elektrische Behälterheizung 4 eingeschaltet. Das sich durch die Erwärmung ausdehnende Inertgas expandiert über die Blasdüse 20. Bis zu einer Druckbehälterinnentemperatur von etwa 1050° C wird der Innendruck gleich dem Atmosphärendruck gehalten.

Die Magnesiumverdampfung wird eingeleitet durch Schließen des pneumatischen Ventils 21 mit Hilfe des durch die Heizung 27 aufgeheizten Argons, dessen Temperatur 50 bis 70° C über dem Magnesium-Taupunkt gehalten wird. Mit einsetzender Magnesiumverdampfung steigt der Druck im Druckbehälter 1 und wird hier über die Abblaseleitung ti, den Magnesium-Kondensator 12, das Argonausgleichsgefäß 14 sowie das Überdruckventil 15 konstant gehalten. Ist das Magnesium im Druckbehälter 1 vollständig verdampft, wird auch die Temperatur über die elektrischen Heizungen 4 und 9 unu der Druck über den Argon-Vorratsbehälter 6, das Druckreduzierventil 7 sowie das Mengenregelventil 8 konstant gehalten. Die Anlage ist in diesem Zustand betriebsbereit.

Zum Einblasen von Magnesium wird die Anlage oder aber auch die Gießpfanne 29 derart verfahren, daß die

Blaslanze 19 in die Schmelze eingetaucht werden kann. Hierbei wird die Blasdüse 20 durch das von dem pneumatischen Ventil 21 abströmende Argon gegen eindringende Schmelze freigeblasen. Dabei wird der Druck im Druckbehälter 1 auf mindestens 0,5 ata über dem ferrostatischen Druck eingestellt.

Bei Erreichen der Blasstellung wird die Argonzufuhr zum pneumatischen Ventil 21 über die Regeleinrichtung 24, 25, 26 gedrosselt bzw. abgesperrt, so daß der unter Überdruck stehende Magnesiumdampf in die Schmelze eintreten kann. Dabei wird der Magnesiumdampf durch Nachspeisung von Argon aus dem Vorratsbehälter 6 über die druck- und mengengeregelte Zuführleitung 10 aus dem Druckbehälter 1 verdrängt. Nach der Spülung des Druckbehälters 1 mit Argon wird das pneumatische Ventil 21 geschlossen und die Blaslanze 19 wird aus der Schmelze herausgefahren.

Der Verfahrensablauf wird vorzugsweise über da Manometer 17 und die Temperaturfühler 28 kontrol liert und über Testprogramme gesteuert.

Mit dem neuen Verfahren bzw. der neuen Vorrich tung ist es erstmals möglich, auch Stahlschmelzen durcl Zugabe von Magnesium zu entschwefeln unter völlige Vermeidung eines Auswurfes bzw. eines Verspritzen der Schmelze. Die Entschwefelung selbst läßt siel

ίο hervorragend steuern, da sich Zugabemenge um -geschwindigkeit des einzublasenden Magnsiumdamp fes exakt regulieren lassen. Schließlich ist als vorteilhaf festzustellen, daß auf das Einbringen unerwünschte fremder Legierungsbestandteile verzichtet werdei kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entschwefelung von Roheisen und Stahlschmelzen durch Zugabe von Magnesium, das außerhalb des Behandlungsgefäßc " den gasförmigen Zustand überführt und dann ,isichtlich Zugabemenge und -geschwindigkeit kontrolliert unter Druck in die Schmelze eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit heißem Inertisierungsgas die Vergasgungsvorrichtung sowie deren Zuleitungen zur Schmelze vorgewärmt, das in die Schmelze ragende Zuführorgan für das Magnesiumgas gegen eindringende Schmelze freigeblasen, der Druck des Magnsesiumgases aufrechterhalten und letzteres aus der Vergasungsvorrichtung verdrängt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasungsvorrichtung aus einem beheizten Druckbehälter (1) besteht, der eine druck- und mengengeregelte Zuführleitung (10) für das Inertisierungsgas aufweist, über eine Abströmleitung (18) für das Magnesiumgas an das in das Behandlungsgefäß (29) gerichtete Gaszuführorgan (19) anschließbar und mit einer Druckausgleichvorrichtung verbunden ist, die aus einem Kondensator (12) für das Magnesiumgas, einem Ausgleichsbehälter (14) und einem Sicherheitsventil (15) besteht, während das Gaszuführorgan aus einer Blaslanze (19) besteht, deren Blasdüse (20) durch ein pneumatisches Ventil (21) verschließbar ist, deren Steuerleitung (22) an eine Speiseleitung (23) für vorgeheiztes Inertisierungsgas angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine an die Speiseleitung (23) für das Inertisierungsgas geschaltete Regeleinrichtung, die ein Reduzierventil (24), ein Regelventil (25) sowie eine Mengenmeßeinrichtung (26) für das Inertisierungsgas umfaßt.