DE2461859C3 - Vorrichtung zum Abdichten von Vakuumkammern und Verfahren zum Herstellen von Stahl mit niedrigem Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abdichten von Vakuumkammern mit Sauerstofflanzen für das Vakuumfrischen und die Pfannenstandentgasung von Stahlschmelzen sowie auf ein Verfahren zum Herstellen von Stahl mit niedrigem Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt durch Vakuumfrischen in einer solchen Vorrichtung.

Der Stickstoffgehalt von Stahlschmelzen läßt sich bekanntlich nur sehr schwer verringern. Dabei ergeben sich im Vakuum besondere Schwierigkeiten. Die Emstickung wird jedoch beschleunigt, wenn im Rahmen einer Vakuumentkohlung Sauerstoff in oder auf die Schmelze geblasen wird. Dies ist auf die Kochreaktion infolge des Entslehens von Kohlenmonoxyd und die damit verbundene Verringerung des Stickstoffpartialdrucks in der Atmosphäre über der Schmelze zurückzuführen, durch die der Gleichgewichtsgehalt des Stickstoffs in der Schmelze verringert und die Badentstikkung begünstigt wird.

Beim Herstellen von Stählen mit niedrigem Stickstoffgehalt kommt es somit darauf an, den Stickstoffpartialdruck in der Atmosphäre möglichst gering zu halten. In dieser Hinsicht ergeben sich jedoch bei den herkömmlichen Verfahren zum Vakuumentkohlen eine Reihe von Schwierigkeiten. Zunächst ist es außerordentlich schwierig, jeden Luftzutritt zu der Schmelze zu unterbinden. Hinzu kommt, daß die Entkohlungsgeschwindigkeit mit abnehmendem Kohlenstoffgehalt immer geringer wird, so daß dementsprechend auch die Menge des aus der Kohlenstoff-Sauerstoff-Reaktion entstehenden Kohlenmonoxyds abnimmt und als Folge davon der Stickstoffpartialdruck im Vergleich zur Phase hoher Entkohlungsgeschwindigkeit zunimmt. Dem ließe sich an sich durch eine weitere Verringerung des Drucks während der Phase niedriger Entkohlungsgeschwindigkeit entgegenwirken, doch ist die Pumpenkapazität zumeist begrenzt und ergibt sich bei einer weiteren Druckverminderung die Gefahr zunehmender Metallspritzer beim Kochen des Bades.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß es bei der Pfannenentgasung während des Entkohlens mit niedriger Entkohlungsgeschwindigkeit schwierig ist, den Stickstoffpartialdruck unter einen bestimmten Wert zu verringern. Dies dürfte der Grund dafür sein, daß in der Praxis der zu Beginn und während der minieren Phase des Vakuumentkohlens abnehmende Stickstoffgehalt in der Endphase wieder zunimmt. Um dem entgegenzuwirken, wurde bislang stets ein niedriger Druck angestrebt, dem Luftzutritt dagegen keine besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Die herkömmlichen Verfahren erlauben daher eine Vakuumentkohlung und -entstickung nur in begrenztem Maße.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abdichten von Vakuumkammern zu schaffen und ein Frischverfahren für eine solche Vakuumkammer vorzuschlagen, die das Herstellen eines Stahls mit extrem niedrigem Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt im Vakuum erlauben. Die Lösung dieser Aufgabe zielt darauf ab, während der Vakuumbehandlung jeden Luftzutritt zu unterbinden, um auf diese Weise den Partialdruck des Stickstoffs so niedrig wie möglich zu halten. Im einzelnen besteht die Erfindung in einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art, die erfindungsgemäß je zwei im Abstand voneinander angeordnete Dichtungsringe und eine zwischen den Dichtungsringen befindliche Ringkammer mit einem Gaseinlaß besitzt. Bei einer solchen Standentgasungsvorrichtung wird erfindungsgemäß mindestens während der Phase geringer Entkohlungsgeschwindigkeit ein In-" ertgas wie Argon in die Ringkammer eingeblasen. Der Innendruck der Ringkammer beträgt vorzugsweise I bib 5 atm.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung zum Pfannenentgasen in schematischer Darstellung,

F i g. 2 eine erfindungsgemäße Deckeldichtung gemaß a in Fi g. 1,

F i g. 3 eine erfindungsgemäße Lanzendichtung gemäß bin Fi g. I,

F i g. 4 eine herkömmliche Deckeldichtung und
F 1 g. 5 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit des Kohlenstoff- und des Stickstoffgehaltes von der Behandlungsdauer im Fall eines 18% Chrom enthaltenden Stahls.

Bei der Vorrichtung nach F i g. 1 befindet sich eine die zu behandelnde Schmelze enthaltende übliche Pfanne 1 in einer mit einem Deckel 3 luftdicht verschlossenen Vakuumkammer 2. Die Vakuumkammer 2 ist über einen Saugstutzen 4 mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden, während durch den Deckel 3 eine Sauerstofflanze 5 in die Vakuumkammer ragt.
Bei herkömmlichen Vakkumvorrichtungen befindet sich an der Berührungsfläche zwischen dem Deckel und dem Behälterrand einerseits und dem Deckel und der Lanze andererseits in Gestalt üblicher O-Ringe, wie dies in F i g. 1 schematisch dargestellt ist. Die Wirksamkeit der Dichtung hängt dabei von der Flächigkeit der Berührungsflächen, dem Zustand der O-Ringe und der Haltbarkeit ab, weswegen es schwierig ist, einen absolut dichten Luftabschluß zu erreichen.

Erfindungsgemäß weist der Vakuumbehälter daher je eine Doppeldichtung an den Berührungsflächen zwischen dem Deckel einerseits und dem Behälterrand sowie der Lanze andererseits auf, wie dies in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist. Diese Doppeldichtungen bestehen jeweils aus einem äußeren Dichtungsring 6 und einem ⁶S im Abstand davon angeordneten inneren Dichtungsring 7, die zwischen sich eine luftdichte Ringkainmer 9 einschließen, in die über eine besondere Zuleitung 10 ein Inertgas gebracht werden kann.

Doppeldichtungen aer in Rede stehenden Art sind zwar bei kleinen Vakuumschmelzöfen bekannt. Dabei ist jedoch, wie in F i g. 4 dargestellt, die Kammer 9 über eine Bohrung 8 mit der Vakuumpumpe verbunden, um die in die Kammer 9 eindringende Luft abzusaugen. Dies ist umständlich und darüber hin.ius auch keineswegs ausreichend. Nach der Erfirdung wird daher die luftdichte Ringkammer mit einem Inertgas wie beispielsweise Argon versorgt, so daß keine Luft eindringen kann und demzufolge auch kein Stickstof in den Vakuumbehälter 2 gelangt.

Im Ryhmen von Versuchen wurde beispielsweise die luftdichte Ringkammer mit Argon eines im wesentlichen konstanten Drucks von 1,0 bis 5,0 atm versorgt. Damit gelang es, jeden Luftdurchtritt zwischen den Dichtungen 6 und dem Deckel im Bereich des Behälterrandes und der Lanzenöffnung zu unterbinden und den Stickstoffpartialdruck in dem Vakuumbehälter mit Hilfe des durch die Dichtungen 7 eindringenden Argons zu verringern. Je nach dem angestrebten Stickstoffgehalt der Schmelze kann der Inertgasdruck in der Ringkammer 9 eingestellt werden. Bei einem Gasdruck unter einer atm dringt naturgemäß Luft in die Ringkammer ein, während andererseits bei einem Kammerdruck über 5 atm Inertgas aus der Ringkammer 9 in die Atmosphäre gelangt und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt wird.

Die Ringkammer braucht während der Vakuumbehandlung nicht dauernd mit Inertgas versorg! /u werden; vielmehr reich«, es aus, die Ringkammer während der Endphase der Behandlung mit Inertgas /u versorgen, wenn normalerweise der Stickstoffgehalt der

Schmelze ansteigen würde. In jedem Fall gelingt es. den Stickstoffpartialdruck im Vakuumbehälter weitaus niedriger zu halten als dies bei herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen möglich ist. Demzufolge eignen sich das erfindungsgemäße Verfahren und eine enispre-

,o chend gestaltete Vorrichtung zum Herslcllen von Stählen mit sehr geringem Kohlenstoff- und Stickstoffgehall.

Das Diagramm der F i g. 5 zeigt die Verringerung der Gehalte an Stickstoff und Kohlenstoff während der Vakuumbehandlung, wobei sich die ausgezogene Kurve auf das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Argondruck von 2 atm in der Ringkammer und der gestrichelte Kurventeil auf ein herkömmliches Verfahren bezieht. Der Kurvenverlauf macht es deutlich, daß der Stickstoffgehalt bei dem herkömmlichen Verfahren in der Endphase merklich ansteigt, während der Stickstoffgehalt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Schlußphase noch geringfügig abnimmt, mindestens aber konstant gehalten wird. In beiden Fällen ließ sich

der Kohlenstoffgehalt auf 0,01% verringern, während der Endstickstoffgehalt bei dem bekannten Verfahren 0,009%, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dagegen 0,005% betrug.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abdichten von Vakuumkümmern mit Sauerstofflanzen für das Vakuumfrischen und die Pfannenstandentgasung von Stahlschmelzen, gekennzeichnet durch je zwei im Abstand voneinander angeordnete Dichtungsringe (6. 7) und eine zwischen den Dichtungsringen (6. 7) befindliche Ringkammer (9) mit einem Gaseinlaß (10).

2. Verfahren zum Herstellen von Stahl mit niedrigem Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt durch Vakuumfrischen in einer Pfannenstandentgasungsvorrichtung mit Dichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens während der Phase geringer Entkohlungsgeschwindigkeit ein Inertgas in die Ringkammer eingeblrsen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruck der Ringkammer auf I bis 5 atm eingestellt wird.