DE2546103A1 - Traegerkoerper zum einbringen von behandlungsmitteln in fluessige metalle - Google Patents

Description

• "Trägerkörper zum Einbringen von Behandlungsmitteln in flüssige Metalle
• Die Erfindung betrifft wärmedämmende,gasdurchlässige Körper, in denen Reaktions- und/oder Hilfsmittel zur Raffination und/oder Behandlung von flüssigen Metallen oder Legierungen z. B. Eisen, Roheisen, Gußeisen, Stahl, Ferrolegierungen sowie nichteisen Metalle, eingebettet sind. Die Körper werden in diesem Schriftstück als Trägerkörper bezeichnet.
• Als Reaktionsmittel kommen solche Stoffe in Frage, die hohe Affinität a Sauerstoff undioder Schwefel aufweisen bzw. die die Kugelgraphitbildung fördern z. B. Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Metalle der Seltenen Erden oder deren Legierungen, die in diesem Schriftstück als Reaktionsmittel bezeichnet werden.
• Als Hilfsmittel werden in diesem Schriftstück die Oxide, Karbide oder Flußmittel z. B. Fluoride, die sich direkt oder indirekt an die Desoxidation, Entschwefelung oder Kugelgraphitbildung beteiligen können, bezeichnet.
• In der Eisen- und Stahlindustrie werden große Anstrengungen unternommen um die Stahl- und Eisenqualität zu verbessern, indem die im fertigen Stahl vorhandenen nichtmetallischen- Einschlüsse auf ein Minimum gesenkt werden sollen. Weiterhin versucht man1 die restlichen Einschlüsse in einen nicht verformbaren Zustand zu überführen. Durch diese Maßnahme können die Zähigkeitseigenschaften bzw. die mechanischen Eigenschaften des Stahls in angs,- Quer-und Dickenrichtung gesteigert werden Da die nichtmetallischen Einschlüsse in erster Linie als Oxide, Sulphide oder Oxysulphide im fertigen Stahl vorliegen, lassen sich die erwünschten Qualitätsverbesserungen nur dann erreichen, wenn intensive Desoxidation und Entschwefelung des Eisens oder Stahls erfolgreich durchgeführt werd Für die Desoxidation des flüssigen Stahls gibt es zahlreiche bekannte Methoden «. B die Zugabe von Desoxidationsmitteln wie Al, Mn, Si oder deren Legierungen in der Pfanne. Diese Stoffe haben jedoch den Nachteil daß sich die unerwünschten nichtmetallischen Einschba'sse im fertigen Stahl bilden. Es gibt auch Nachbehandlungsverfahren, um die Art und Verteilung der Einschlüsse möglichst vorteilhaft zu beeinflussen, die jedoch kostspielig sind.
• Für die intensive Entfernung des Schwefels aus dem Eisen oder Stahl gibt es zahlreiche Vorschläge, die entweder einen geringen Wirkungsgrad aufweisen oder betrieblich schwer durchführbar sind. Erfahrungsgemäß bemüht man sich, den Schwefel aus dem Roheisen - wo die Entschwefelungsbedingungen am günstigsten sind - so weit wie möglich zu entfernen. Eine Entschwefelung bei den meisten Frischverfahren oder des flüssigen Stahls nach dem Frischen ist äußerst ungünstig. In den letzten Jahren geht die Tendenz dahin, die günstigen physikalisch chemischen Eigenschaften der Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und Seltener Erdmetalle hinsichtlich ihrer hohen Affinität an Sauerstoff und Schwefel bei der Desoxidation und/oder Entschwefelung des flüssigen Eisens oder Stahls vorteilhaft auszunutzen.
• Aus den vorliegenden Veröffentlichungen ist deutlich zu erkennen, daß die Anwendung der Alkali- und Erdalkalimetalle auf verschiedene Schwierigkeiten stößt. Dies beruht unter anderem auf der Tatsache, daß diese Elemente wesentlich leichter als das flüssige Eisen sind und demzufolge bereitet die Zugabetechnik große Probleme. Sie müssen tief ins Bad bzw.
• in die Pfanne durch Lanzen oder Bodendüsen in fein verteilter Form in die Schmelze mit einem Trägergas eingeblasen werden. Sie können auch mit Hilfe von Tauchglocken in die Schmelze eingeführt werden. Hierfür sind komplizierte Einblas- und Tauchvorrichtungen erforderlich. Da der Schmelz-und Siedepunkt dieser Elemente unterhalb dem des flüssigen Stahls liegt, verdampfen die eingesetzten Partikelchen in kürzester Zeit und können, bevor sie zur gewünschten Reaktion kommen, aus der Schmelze entweichen.
• Zusammen mit dem Trägergas entstehen Blasen, die aus einem Gemisch von Trägergas und Metalldampf zusammengesetzt sind. Durch diese Verdünnung des Metalldampfes nimmt seine Aktivitat entsprechend ab. Diese zusätzliche Vergrößerung der Blasen verkürzt die Verweilzeit des Metalldampfes in der Schmelze, wodurch eine zusätzliche Beeinträchtigung des Reaktionswirkungsgrades entsteht.
• Um diese Nachteile zu umgehen, hat man vorgeschlagen, statt reinen Stoffen1 deren chemische Komponenten z. B. Karbide, in die Schmelze einzublasen.
• Dies ist auch mit der schwierigen Einblastechnik behaftet.
• In der Gießereitechnik ist es bekannt, daß durch die Zugabe von Erdalkalimetallen z. B. Magnesium und Kalzium zum flüssigen Gußeisen, die Bildung des gewünschten Kugelgraphits begünstigt wird, das Problem liegt jedoch bei der schwierigen Zugabetechnik. Es sind bereits zahlreiche Eingabemethoden vorgeschlagen und erprobt worden, die ebenfalls mit den gleichen o. g. Nachteilen behaftet sind. Es ist auch vorgeschlagen worden, Briketts oder Preßlinge aus einer Mischung von Erdalkalimetallen und schweren Metallen wie Eisen, Nickel und/oder ähnlichen Stoffen in verschiedenen Formen z. B. Spänen oder deren Legierungen herzustellen, die dann zur Einbringung der Erdalkalimetalle eingesetzt werden können. Der Wirkungsgrad dieser Mischtechnik ist nicht zufriedenstellend.
• Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gesetzt, die o. g. Natchteile zu beseitigen und eine sichere, wirkungsvolle und wirtschaftliche Methode für die Eingabe der Reaktions- und Hilfsmittel z. B. zur Desoxidation und/oder Entschwefelung von Eisen- und Stahlschmelzen sowie Kugelgraphitbildung bei Gußeisen zu erzielen. Erfindungsgemäß werden die Reaktionsmittel mit oder ohne Hilfsmittel nicht nach den herkömmlichen Verfahren in den flüssigen Stahl eingeblasen oder als Legierung, Mischung, Brikett oder Preßling in die Schmelze zugegeben, sondern mit Hilfe eines wärmedämmenden1 gasdurchiässigen Trägerkörpers in die Schmelze eingebracht. Der Trägerkörper kann vorzugsweise aus skelettbildenden, organischen oder anorganischen Fasern z. B. Papier, Altpapier, Papierfasern, chemischen bzw. mechanischen Holzschliff, faserbildenden Stoffen, Asbest, Glaswolle undSchlackenwolle hergestellt werden (Abb. 1,1).
• Als Bindemittel können natürliche oder synthetische, organische oder anorganische Bindestoffe z. 3. Harz, Kunstharz oder Wasserglas eingesetzt werden. Die Hilfsmittel ersetzen hierbei die normalerweise für den Skelettaufbau des Trägerkörpers erforderlichen Füllstoffen (Abb. 1,2).
• Die Zusammensetzung der gekörnten Hilfemittel richtet sich nach den Eigenschaften der behandelten Schmelze. Für Stahl z. B. kann zerkleinertes Sinterdolomit, feine CaO, MgO, Al2O3 oder deren Legierungen genommen werden, fr Roh-oder Gu-£eisen Iaßt sich Sand und/oder Kalziur'k-arbld ohne weiteres einsetzen. Die Zugabe von Flußstoffen z. B. Fluoride oder Borate kann unter Umstanden vorteilhaft sein.
• Die reinen, legierten, mit anderen Stoffen gemischten oder in irgendeiner Form vorliegenden Reaktionsmittel z. B. Ca, Mg, Al, Sr, Na, Ce und La oder deren Legierungen bzw. Gemische, können entweder in die dafür vorgesehenen Hohlräume des Trägerkörpers (Abb. 2 a) eingesetzt oder vorzugsweise gekörnt mit der Masse des Trägerkörpers in der Weise gemischt, daß die Körner der Reaktionsmittel dort suspensionsartig vorliegen können (Abb. 1,3). Falls der Trägerkörper mehr als einen Hohlraum enthält, werden die Hohlräume vorzugsweise spiralförmig mit abnehmendem Abstand zur Mittelachse des Körpers angeordnet (Abb. 2 b).
• Zur Erhöhung der Wärmeisolierung kann der Trägerkörper zusätzlich allseitig oder radial mit einer wärmeisolierenden, gasdurchlässigen Schicht überzogen werden (Abb. 3). Der Trägerkörper kann auch schichtweise gebaut werden, wobei reaktionsmittelhaltige und -freie Schichten wechselweise angeordnet sein können (Abb. 4).
• Mit Hilfe der o. g. Trägerkörper wird das Erhitzen, Verflüssigung und eventuell das Verdampfen der Reaktions- und Hilfsmittel unter Kontrolle gebracht. Da die Reaktionsmittel bei diesem Verfahren nicht massenweise und spontan sondern teilweise und progressiv erhitzt werden, strömen deren Dämpfe, Gase oder Schmelzen in einer fein verteilten, dosierten Form aus dem Trägerkörper in die behandelte Schmelze hinein. Dadurch erhöhen sich die Berührungszeit und -fläche zwischen den Reaktionsmitteln und der zu behandelnden Schmelze. Der Wirkungsgrad, die Betriebssicherheit und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöhen sich dementsprechend.
• Beim Einsatz von aus Fasern hergestellten Trägerkörpern können folsende für den Prozeß vorteilhafte Schritte stattfinden: 1.) Da die

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  WärmeReitMahigkeit

  der Trägerkörper hoch ist, geht die Erhitzung der Körner der Reaktionsmittel langsam und progressiv von außen nach innen vor sich.
• 2.) Wenn die Hitze im Trägerkörper von außen nach innen eindringt, zerfällt er schalenweise und gibt die festen oder flüssigen Körner der Hilfsmittel z. B. Sinderdolomit, in die zu behandelnde Metallschmelze frei. Die freigewordenen Tröpfchen oder Partikelchen schweben in der Metallschmelze aufwärts und sammeln bzw. nehmen die sonst schwer abscheidbaren sulphidischen und oxidischen Einschlüsse auf. Die Keimbildung der Oxide oder Sulphide wird dadurch erheblich erleichtert. Auf diese Weise läßt sich ein hoher Reinheitsgrad erreichen.
• 3.) Der Wärmeverlust der Metallschmelze wird dadurch unwesentlich sein, da die Trägerkörper geringe Wärmeaufnahme aufweisen.
• Die Trägerkörper können für Eintauchzwecke hergestellt werden, d.
• h., daß die für die Reaktionen erforderlichen Reaktions- und Hilfsmittel in einer kompakten Masse eingebettet sind, die in die Schmelze eingetaucht werden können (Abb. 1 - 4).
• Wenn die Reaktionszeit noch verlängert werden müßte, können sich die Reaktions- und Hilfsmittel auf einen großen, zylinderförmigen Trägerkörper verteilen1 der nach Wunsch in die Schmelze hineingelassen wird. (Abb. 5). Der Trägerkörper kann in irgendeiner der oben beschriebenen Formen hergestellt werden.
• Zur Herstellung der Trägerkörper werden die Ausgangsstoffe mit Verdünnungemittel z B. Wasser gut vermischt, in die gewünschte Form gegossen, entwässert und anschließend in einem Ofen vorzugswe@ unter inertem Gas z 3 Stickstoff getrocknet Hierbei soll darauf geachtet werden, daß die Temperatur im Ofen weit unter dem Schmelzpunkt der Reaktionsmittel liegen soll.

Claims (1)

1. Ansprüche "Trägerkörper zum Einbringen von Behandlungsmitteln in flüssige Metalle" Anspruch 1) Trägerkörper zum Einbringen von Reaktionsmitteln in flüssige Metalle oder Legierungen d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie wärmeisolierend und gasdurchlässig sind.

   Anspruch 2) Trägerkörper nach Anspruch 1 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß sie aus faserigen, feuerfesten und/oder organischen Materialien hergestellt sind z. B. Asbest, Glaswolle, Schlackenwolle, Papier, Altpapier und Papierfaser sowie Stoffe, die während dem Herstellungsprozess Fasern bilden z. B. Holzschliff.

   Anspruch 3) Trägerkörper nach Anspruch 1 und 2 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie gekörnte oder nicht gekörnte Reaktionsmittel beinhalten z. B. Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, seltene Erdmetalle oder deren Legierungen.

   Anspruch 4) Trägerkörper nach Anspruch 1 - 3 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß sie gekörnte Hilfsmittel enthalten z. B. Al2O3, MgO, CaO, SiO2, Fluoride, Karbide, Flußmittel oder deren Legierungen oder Mischungen, die sich direkt oder indirekt an den Reaktionen beteiligen können.

   Anspruch 5) Trägerkörper nach Anspruch 1 - 4 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß sie ohne Hilfsmittel hergestellt sind. In diesem Fall übernehmen die Körner des Reaktionsmittels die Rolle des Füllstoffes.

   Anspruch 6) Trägerkörper nach Anspruch 1 - 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Bindemittel organischer und/oder anorganischer Natur sein kann z. B. Harz, Kunstharz bzw. Wasserglas.

   Anspruch 7) Trägerkörper nach Anspruch 1 - 6 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die beinhalteten Reaktionsmittel aus Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, Metallen der seltenen Erden und/oder deren Legierungen bzw. Gemischen mit Eisen o. ähnlichen Stoffen bestehen.

   Anspruch B; Trägerkörper nach Anspruch 1 - 7 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Reaktionsmittel gekörnt und mehr oder weniger gleichmäßig im rägerkörper vorliegen.

   Ansprch- 93 Trägerkörper nach Anspruch 1 - 8 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie mit einem oder mehreren Hohlräumen versehen sind, die die Reaktionsmittel in irgendeine Form aufnehmen können.

   Anspruch 10) Trägerkörper nach Anspruch 1 - 9 d a d u r c h g e -k e n n z e 1 c h n e t, daß die Hohlräume spiralförmig mit abnehmendem Abstand zur Körperachse eingeordnet sind.

   Anspruch 11)Trägerkörper nach Anspruch 1 - 10 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Trägerkörper mit zusätzlicher Isolierschicht überzogen ist.

   Anspruch 12)Trägerkörper nach Anspruch 9 - 11 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß sie aus Schichten bestehen, die wechselweise Reaktionsmittel beinhalten.

   Anspruch 13)Verfahren zur Behandlung von metallischen Schmelzen z. B Eisen, Roheisen, Stahl oiier Gußeisen nach Anspruch 1 - 12 d1 a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Trägerkörper in die Schmelze eingetaucht wird.

   Anspruch 14)Verfahren zur Behandlung von metallischen Schmelzen nach Anspruch 1 - 13 dadur c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß der Trägerkörper in Form eines runden Stahls, der in die Schmelze nach Bedarf hineingelassen wira Anspruch 15) Verfahren zur Herstellung der Trägerkörper nach Anspruch 1 - 14 d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Hilfs- und/oder Reaktionsmittel zusammen mit den Grundstoffen und Verdünnungsmitteln vermischt, in Formen gegossen, entwässert und anschließend getrocknet werden.

   Anspruch 16) Verfahren zur Herstellung der Trägerkörper nach Anspruch 1 - 15 d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß die Ofentemperatur beim Trocknen der Grünträgerkörper unterhalb des Schmelzpunktes der Reaktionsmittel bleibt.