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Eintauchlanze zum Behandeln von Edelstählen im Vakuum Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf eine mit-feuerfesten Stoffen umkleidet Eintauchlanze
zum Behandeln einer Edelstahischmelze in einer Vakuum ausgesetzten Schmelze pfanne
sowie ein Frischverfahren unter Verwendung der Lanze.
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Bei der Herstellung von Stählen mit niedrigsten Kohlenstoffgehalten
(<0,02 %), insbesondere bei der von nichtrostendem Stahl, wurden in jüngster
Zeit Vakuum-Entkohlungsverfahren entwickelt, die sich in der Art der Sauerstoffzuführung
unterscheiden. Beim sogenannten Wittener Verfahren, auch VOD/LD-Vac-Verfahren genannt,
wird Sauerstoff über eine wassergekühlte Lanze auf den in einer Pfanne befindlichen
Stahl geblasen,
wobei sich diese Pfanne in einem Vakuum-Gefäss befindet
Gleichzeitig wird durch den Pfannenboden Argon zum Durchmischen der Schmelze eingeblasen0
Hingegen wird beim Allegheny-Vac-Refining (AVR)-Verfahren der Sauerstoff über eine
eingetauchte Lanze in das unter Vakuum stehende Stahlbad eingeblasen. Hierzu wird
entweder eine selbstverzehrende oder mit gewöhnlichen ffO Stoffen umkleidete Lanze
verwendet. Bei Kohlenstoffgehalten über 0,4 ° beträgt der Anfangssauerstoff-BlaNdruck
ca. 150 Torr.
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Der Druck wird dann auf etwa 1/3 herabgesetzt und schliesslich auf
den niedrigsten erreichbaren Stand gedrosselt.
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Das vorerwähnte Wittener Verfahren hat den Nachteil, dass wegen der
Entstehung von im Vakuum unvermeidlich starken Stahl spritzern beim Aufblasen von
Sauerstoff ein sehr hoher Pfannenfreibord erforderlich ist. Da beim Aufblasen nur
der auf der Pfannenoberfläche befindliche Stahl an der erforderlichen CO-Reaktion
teilnimmt, ist es nötig, die Schmelze durch Einblasen von Argon, z030 durch einen
Bodenspülstein umzuwälzen, damit stets neue Stahlmengen in die Reaktionszone gelangen.
Der Ausnutzungsgrad des aufgeblasenen Sauerstoffes ist dabei nicht sehr hoch, insbesondere
da das Verfahren unter Vakuum abläuft.
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Beim Einblasen des Sauerstoffes in hochchromhaltige Schmelzen gemäss
dem AVR-Verfahren wird zwar eine höhere Ausnutzung des eingeblasenen Frischmediums
erzielt ünd über das anliegende Vakuum eine verstärkte Entfernung des Reaktionsproduktes
CO am Eintrittspunkt des Sauerstoffes in das Metallbad erreicht, es erfolgt aber
auch eine unerwünschte Reaktion des Sauerstoffes mit dem im Stahl gelösten Chrom.
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Diesem Nachteil begegnet man z*BO beim bekannten Argon-Oxygen-Decarburisation-
(AOD)-Verfahren mit dem gleichzeitigen Einblasen von Argon und Sauerstoff in das
in einem Konverter befindliche legierte Schmelzbad0 In gleicher Weise arbeitet das
Uddeholm-Verfahren, bei dem Argon durch Wasserdampf ersetzt wird bzw. das Creusot-Loire-Uddeholm-(CLU)-Verfahren,
bei dem peripher zu den zentral eingeblasenen Medien Sauerstoff und Wasserdampf
ein flüssiger Kohlenwasserstoff zur Erhaltung des ff. Tiegelmauerwerkes in das Metallbad
eingebracht wird. Bei diesen Verfahren dienen die Gase Argon bzwO Wasserstoff zur
Reduzierung des CO-Partial-Druckes an der Einblasstelle des Sauerstoffes, so dass
hier eine Chromoxidation gar nicht erst eintreten kanne Diesem Verfahren haftet
jedoch der Nachteil an, dass verschiedene Verfahrensschritte in unterschiedlichen
metallurgischen Gefässen durchgeführt werden müssen wobei die Gesamtbehandlungsdauer
infolge zahlreicher Manipulationen sehr lang wird.
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Dies trifft insbesondere dann zu, wenn zur Erzielung niedrigster Wasserstoff-
und Sauerstoffgehalte ohnehin noch eine Vakuum-Behandlung nachgeschaltet werden
muss.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eintauchlanze
der eingangs genannten Art anzugeben, mit deren Hilfe es möglich ist, effektiver
als es bisher möglich war,Frischmedium, wie Sauerstoff, in die Edelstahlschmelze
zu bringen, ohne dass dabei eine unerwünschte Reaktion des Edelmetalls in der Stahischmelze
mit dem Frischmedium zu befürchten ist und ohne dass dazu spezielle oder gar eine
Mehrzahl von Schmelzgefäßen -in einem Verarbeitungsgang, wie es bislang der Fall
war, benötigt werden0
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst
durch eine aus drei vorzugsweise konzentrisch ineinandergesetzten Rohren unterschiedlichen
Durchmessers bestehende Rohranordnung, bei der das innere Rohr und die freien ringförmigen
Zwischenräume zwischen dem inneren und dem mittleren Rohr bzw. dem mittleren und
dem äusseren Rohr an je eine Druckfluidquelle angeschlossen sindO Die Erfindung
verbindet in vorteilhafter Weise die Vorteile des Einbringes eines den CO-Partialdruck
herabsetzenden Mediums in dem Reaktionsbereich Stahl-Frischmedium (Sauerstoff) mit
denen der V£{uum-Metallurgie. Dies geschieht durch die Verwendung der in ihrem unteren
Teil mit herkömmlichen feuerfesten Stoffen ummantelten erfindungsgemässen Drei-Rohr-Lanze0
Durch deren äusseren Ringspalt, d.h. den Zwischenraum zwischen dem mittleren und
dem äusseren Rohr, wird dabei ein peripheres Schutzfluid, durch deren inneren Ringspalt,
d.h. den Zwischenraum zwischen dem inneren und dem mittlerenRohr, ein Frischmedium
und dadurch deren Zentralrohr ein Verdünnungsmedium in die in der Pfanne befindliche
Schmele eingeblasen, wobei Pfanne und Schmelze in einem Vakuum-Behälter abgestellt
sindO Die erfindungsgemässe Lanze ist mittels geeignetem Hubwerk so weit absenkbar,
dass die Lanzenmündung eine Position in einem geeigneten Abstand über dem Pfannenboden
einnimmt, ohne dass der austretende Sauerstoffstrahl den Pfannenboden berührt und
beschädigt.
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Anhand der Zeichnung und des nachfolgenden Beispiels sei die erfindungsgemässe
Lanze und ihre Funktionsweise nachstehend näher beschrieben. Nach Einbringen der
mit dem zu behandelnden Stahl S gefüllten Pfanne 11 in ein mit einem Deckel 12 verschliessbares
Vakuum-Gefäss 13 werden die über den Ansaugstutzen 14 angeschlossenen Vakuum-Pumpen
in Betrieb gesetzt0
Nach Erreichen eines Teilvakuums von ca, 20
Torr wird die in einer an sich bekannten vakuumdicht ausgebildeten Führung 15 die
mit feuerfesten Stoffen 16 umkleidete Drei-Rohr-Anordnung 17 unmittelbar nach Öffnen
der entsprechenden Ventile für z.B. C02 oder ein anderes in bekannter Weise endotherm
reagierendes gasförmiges oder flüssiges Medium als peripheres Schutzfluid, Sauerstoff
als Frischmedium und z.B. Wasserdampf als Verdünnungsmedium in das Metallbad eingetaucht0
Die Drei-Rohr-Anordnung besteht aus drei Rohren 18, 19, 20 unterschiedlichen Durchmessers,
die vorzugsweise konzentrisch ineinandergesetzt sind0 Die Rohrdurchmesser sind dabei
so gewählt, dass zwischen ihren Wandungen jeweils ein freier Zwischenraum zwecks
Zuführung eines Fluides verbleibt. An den freien Enden, d.h. der Schmelzenpfanne
abgewandten Enden der Rohre sind diese mit geeigneten Flanschen und Fluidzuführungseinrichtungen
versehen. Die feuerfeste Umkleidung 16 ist nur in dem Bereich um die Rohranordnung
17 angebracht, der in das Stahlbad S eingetaucht wird.
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Der Blasdruck der Medien richtet sich insbesondere nach der sich einstellenden
Badbewegung, die Blasdauer nach Höhe des Ausgangskohlenstoffgehaltes. Nach Erreichen
eines Kohlenstoffgehaltes von ca. 0>05 % werden zweckmässigerweise die zuvor
durch die Drei-Rohr-Lanze geblasenen Medien durch Argon ersetzt, ehe das System
vollständig auf Tiefvakuum gebracht wird, wodurch eine weitere Entkohlung über CO
erfolgt.
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Hierbei wirkt das eingeblasene Argon als Spülgas. Nach Beendigung
des Firschvorgangs wird die Lanze herausgefahren, die Anlage in an sich bekannter
Weise geflutet und die Stahlpfanne nach Abheben des Deckels aus dem Gefäss herausgenormen.