DE2932235C2

DE2932235C2 - Verfahren und Kupolofen zum Einbringen von Behandlungsmitteln in flüssiges Kupolofeneisen

Info

Publication number: DE2932235C2
Application number: DE2932235A
Authority: DE
Inventors: Karl 4044 Kaarst Immekus
Original assignee: Gesellschaft fur Huettenwerksanlagen Mbh 4000 Duesseldorf De
Current assignee: Gesellschaft fur Huettenwerksanlagen Mbh 4000 Duesseldorf De
Priority date: 1979-08-09
Filing date: 1979-08-09
Publication date: 1983-01-27
Also published as: FR2463188A1; GB2058309B; IT1172253B; DE2932235A1; GB2058309A; IT8049445A0; FR2463188B1; US4341553A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbringen von Behandlungsmitteln in flüssiges Kupolofeneisen, bei dem die Behandlungsmittel in das iKupoIofengestel! eingetragen werden.

Flüssiges Kupolofeneisen erfordert üblicherweise eine metallurgische Behandlung, beispielsweise ein Entschwefeln, Desoxydieren und Legieren. Entschwefeiungsmittel wie Kalziumkarbid Und Kalkstaub oder Legierungsmittel wie Kohlenstoff,Silizium, Mangan und Chrom werden dem flüssigen Gußeisen üblicherweise in

65 einer Eisenrinne, einem Vorherd oder auch in einer Gieß- oder Transportpfanne zugesetzt. So sind aus »GIESSEREI-PRAXIS« 1968, Seite 443 bis 446, futterlose Heißwindkupolöfen bekannt, deren schräg verlaufende Ofensohle in einen Abstichkanal übergeht. Der Abstichkanal mündet in einem Vorherd, der sich nach der deutschen Offenlegungsschrift 27 51338 zum Einbringen von Behandlungsmitteln in die Eisenschmelze außerhalb des Kupolofens eignet. Dies ge chieht in diesem Falle jedoch mit Hilfe eines besonderen Mischgefäßes, das zwischen einem üblichen Fuchs einerseits und einem Haltegefäß, beispielsweise einem Elektroofen, andererseits angeordnet ist.

Weiterhin ist es behn Herstellen von Gußeisen mit Kugelgraphit bekannt, das für das Sphärolitisieren des Kohlenstoffs erforderliche Magnesium mit Hilfe eines Trägergases und eines Injektors oder mit Hilfe einer Tauchglocke in eine Pfannenschmelze einzubringen.

Des weiteren wird Gußeisen häufig vor dem Vergießen geimpft, um die Grauerstarrung zu verbessern und die sogenannte Weißeinstrahlung, d. h. das Entstehen von Ledeburit im Kantenbereich des Gußstücks zu unterdrücken. Als Impfmittel dient zumeist pulverförmiges Ferrosilizium mit Zusätzen wie Kalzium und Aluminium. Das Impfen geschieht zumeist in einer Pfanne durch Einbringen des Impfmittels in die Pfanne, während d» 3 Abstechens in den Gießstrahl oder auch durch Tauchen und Einblasen mit Hilfe einer Lanze.

Den vorerwähnten Verfahren zum Einbringen von Behandlungsmittern haftet jedoch der gemeinsame Nachteil an, daß die Behandlungsmittel während des Einbringens mehr oder minder stark mit dem Sauerstoff der Atmosphäre in Berührung kommen, sofern nicht das Einbringen im Vakuum oder unter Schutzgas erfolgt. Da die Behandlungsmittel bei der Temperatur des flüssigen Gußeisens zumeist eine sehr hohe Sauerstoffaffinität besitzen, kommt es beim Einbringen zu einer entsprechend starken Verschlackung der Behandlungsmittel. Das bedingt nicht nur unerwünschte Abweichungen von der vorgegebenen Gußeisenanalyse, sondern darüber hinaus auch erhebliche Verschlackungsverluste der zumeist sehr teuren Behandlungsmittel. Gleichwohl rechtfertigt sich in vielen Fällen die Anwendung eines Vakuums oder die Zugabe unter Schutzgas nicht, da der hierfür erforderliche apparative Aufwand erheblich ist. Schließlich sind auch eine Reihe von Verfahren bekannt, bei denen die Behandlungsmittel in das Kupolofengestell eingebracht werden. Dies geschieht bei einem in der deutschen Patentschrift 8 08 749 beschriebenen Verfahren mit Hilfe einer besonderen Vorkammer, in deren Teilschmelze die Behandlungsmu tel eingetragen werden. Diese Teilschmelze wird dann im Wege einer Druckerhöhung in das eigentliche Ofengestell gedrückt und gibt dort die Behandlungsmittel an die Hauptschmelze ab. Fine derartige Verfahrensweise setzt jedoch einen intermittierend abstechenden Kupolofen voraus, dessen Abstichkanal normalerweise geschlossen ist.

Bei einem in der deutschen Offenlegungsschrift 14 58 821 beschriebenen intermittierenden Verfahren werden die Behandlungsmittel hingegen direkt in die im Ofengestell befindliche Schmelze eingetragen. Dies geschieht ebenfalls mit Hilfe einer Badspiegelverlagerung, die mit Hilfe eines Druckanstiegs im Kupolofeninnern erreich! wird, Dazu muß jedoch die Windzufuhr unterbrochen werden, womit eine erhebliche Beeinträchtigung des Ofengangs bzw. der Ofenreaktiodien

verbunden ist. Ein in der US-Patentschrift 3157 492 beschriebenes intermittierendes Verfahren arbeitet hingegen mit ruhendem Badspiegel. In beiden Fällen werden die Behandlungsmittel jedoch mit Hilfe von das Gestellmauerwerk durchragenden Lanzen in die Kupolofenschmelze eingetragen.

Der Ernndung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden und insbesondere ein Verfahren zu schaffen, das es erlaubt. Behandlungsmittel abjrandarm und vorzugsweise unter reduzierenden Bedingungen in eine Gußeisenschmelze einzubringen oder die Gußeisenschmelze unter besonders günstigen Bedingungen zu frischen. Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, die Behandlungsmittel im Innern des Kupolofens dort in das flüssige Gußeisen einzubringen, wo vornehmlich reduzierende Bedingungen herrschen und gleichzeitig eine gute Difchmischung von Eisen, Schlacke und Behandlungsmitteln gewährleistet ist.

Im einzelnen besteht die Lösung darin, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäb die Behandlungsmittel in die mit Schlacke vermischte, über eine schräg verlaufende Ofensohle ständig abfließende Ofenschmelze eingebracli; werden. Auf diese Weise ergibt sich noch im Kupolofen ein Drei-Phasen-System ohne Phasentrennung, die erst in einem Vorherd stattfindet.

Da sich im Kupolofen die Schmelzzone beiderseits der Blasformebene erstreckt und sich die in der Schmelzzone entstehenden Eisentröpfchen am Fuße der Kokssäule bzw. am Kupolofenboden sammeln, ehe sie das Ofengestell über den Abstichkanal verlassen, werden die Behandlungsmittel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise in die den Abstichkanal durchströmende Eisenschmelze gegeben. Das kann pneumatisch, beispielsweise mit Hilfe einer Lanze oder mechanisch geschehen. Gasförmige Behandlungsmittel lassen sich beispielsweise mit Hilfe eines am Ende einer Lanze angeordneten Porösstopfens in dem Eisensumpf oder in den Kanalstrom einbringen, während feste b/w. pulverförmige Behandlungsmittel vorzugsweise mit Hilfe eines Trägergases in das flüssige Gußeisen eingetragen werden.

Darüber hinaus lassen sich pulverförmige Behänd lungsmittel aber auch mit Hilfe einer reduzierenden Brennerflamme in das flüssige Gußeisen einbringen.

In all den geschilderten Fällen kommen die Behandlungsstoffe mit Sauerstoff kaum in Berührung, so daß die Abbrandverluste minimal sind. Zudem verläßt das flüssige Gußeisen den Kupolofen zusammen mit der Ofenschlacke, so daß Eisen und Schlacke in einem Ofenvorherd oder in einer Gießpfanne ausreagieren können. Dabei ist zudem ein sauberes Trennen von Metall und Schlacke gewährleistet, ohne daß dafür ein zusätzlicher Zeitaufwand erforderlich ist. der mit einem Tcmperiiiiirverlust als Folge der nicht zu vermeidenden Warmeabstrahlung verbunden ist.

Im Gegensat/ /u den bekannten Verfahren, bei denen die Behandlungsmittel dem flüssigen Gußeisen erst nach dem Verlassen des Kupolofens, also frühestens in einem Vorherd uder einer Abstichpfanne zugesetzt werden, sind die Reaktionen zwischen dem Behandlungsmittel Und dem Eisen bei dem erfindüngsgemaßen Verfahren schon weit Vorangeschritten, wenn das Eisen und die Schlacke den Kupolofen verlassen. Die Schlackenbil· dung ist daher nach Hern Verlassen des Kupolofens sehr schnell beendet, und entsprechend schnell ist das Gußeisen auch schlackeil/rei.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die hohe Turbulent beim Abstechen eine ausgezeichnete Durchmischung von Metall und Schlacke gewährleistet. Die Folge davon ist ein rascher Konzentrationsausgleich und eine weitestgehend ausreagierte Schlacke. Dabei läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren so einrichten, daß das Gußeisen schon beim Verlassen des Kupolofens, mindestens aber kurz danach gießfertig ist. Das ist

ίο besonders bei mit oxydationsempfindlichen Mitteln behandelten Schmelzen von besonderem Vorteil, zumal die das Eisen begleitende Schlacke die Eisenschmelze bedeckt und somit gegen die Atmosphäre absperrt, ohne daß die Gefahr einer Beeinträchtigung der Behandlungsmittel durch die auf dem Eisen schwimmende Schlackenschicht besteht, wie das beim herkömmlichen Einbringen von Behandlungsmitteln der Fall ist. Auf diese Weise kommt es beispielsweise beim Herstellen, von Gußeisen mit Kugelgraphit nach einem erfindungsgemäßen Einbringen von Magnesium oder Cer nicht zu einer Rückbildung der' ·härolithen infolge einer Oxydation des Magnesiums odei C :rs.

Außerdem unterliegt die Schmelze weitaus geringeren Temperaturverlusten, weil sie nach dem Verlassen des Kupolofens im wesentlichen in Ruhe verharrt, währer-i sie bei den bekannten Behandlungsverfahren einer mehr oder minder starken Rührwirkung unterliegt bzw. unterliegen muß. Außerdem verkürzt sich die notwendige Zeit zwischen Abstich und Vergießen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich ein vorzugsweise mit mindestens einem Vorherd ausgestatteter Kupolofen, mit einer das Gestellmauerwerk durchragenden, im Bereich der schräg verlaufenden Ofensohle mündenden Lanze zum Einbringen der Behandlungsmittel. Die Lanze kann im Abstichkanal, vorzugsweise im Bereich der Eintrittsöffnung, münden.

Um den Innendruck des Kupolofens ohne allzu großen Energieaufwand zu überwinden, ka.in die Lanze übe^r ein Gebläse mit dem Heißwindring verbunden sein. In diesem Falle braucht das Gebläse den als Trägergas furnierenden, bereits unter Druck stehenden Wind lediglich auf einen etwas höheren Druck zu bringen. Allerdings kommt diese Variante nur dann infrage.

wenn nicht die Gefahr bes'eht. daß der Heißwind die Behandlungsmittel all/u stark oxydiert oder wenn die Gußeisenschmelze gefrischt werden soll.

Um das Reaktionsgeschehen im Vorherd je nach der Höhe des Badspiegels beeinflussen zu können, besitzt der Vorherd vorzugsweise im oberen Teil einen größeren Querschnitt als in seinem unteren Teil. Außerdem können die .Schlackensiphons an ihren oberen Seiten eine den Futterverschleiß hemmende Wasserkühlung aufweisen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in de>Zeichnung darge »eilten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fi g I einen ^vertikalschnitt durch das Gestell eines Kupolofens mit liner das Mauerwerk im Bereich einer Bodenvertiefung üurchragcnden Lanze.

Fig, 2 ei.ien !ion/ontalschmU nach der Linie U-II in Fig. 1,

Fig.3 einen der Fig. I ähnlichen VerlikalschniU durch ein Kupolofengestell mit einer im Abstichkanal mündenden Lanze und

Fig.4 einen Horizontalschnitt durch das in Pig.l dargestellte Kupolofengeslell nach der Linie INII. Das Gestell 1 des erfindurigSHemäßen KuDoioferis

weist in üblicher Weise mehrere kreisförmig auf dem I Imfang angeordnete Blasformen 2 im Abstand von der schrägverlaufenden Ofensohle 3 auf. In direkter Verlängerung der Ofensohle 3 verlaufen winklig zueinander twei Abstichkanäle 4 zu je einem Vorherd 5. Die Vorherde 5 sind gleichartig beschaffen.

Der Abstichkanal 4 mündet im oberen Teil des Vorherdes 5 und fluchtet mit einem ihm diametral gegenüberliegenden Kontrollkanal 6 mit einem Schauloch 7, durch das sich das Vorherd' und das Ofeninnere ui beobachten lassen. Um Reparaturen und Wartungsarbeiten zu ermöglichen, besitzt der Vorherd einen abnehmbaren, gasdichten Deckel 8 auf der schrägverlaufenden Vorherdoberseite.

Der Innenraum des Vorherds besteht aus einem is oberen Schlackenteil 10 mit größerem Querschnitt, einem unteren Eisenteil 11 mit geringerem Querschnitt sowie einem konischen Übergang 12 zwischen den beiden Vorherdteilen. Von dem Eisenteil 11 geht jedoch ständig verschlossenen Abstichkanal 18 auf, der ein völliges Entleeren des Ofengestells ermöglicht.

Das in den Fig.3 und 4 dargestellte Öfengestell unterscheidet sich von dem in den Flg. 1 und 2 dargestellten Ofengestell nur dadurch, daß die Öfensoh-Ie herkömmlich beschaffen ist und die Lanze 17 zum Einbringen des Behafidlungsmitlels im einlaufseitigen Teil des Absiichkanals 4 mündet. Außerdem ist die Lanze über eine Zweigleitung 19 mit dem lleißwindring 20 verbunden sowie mit einem Schauloch 21 zum Beobachten des Abslichkanals 4 versehen. Ein Gebläse 22 verdichtet die aus dem lleißwindring 20 stammende Luft auf einen Druck, der den Innendruck des Ofens überwindet. Außerdem weisen die Vorherde bzw. deren Schlackensiphons 14 eine die Haltbarkeit wesentlich erhöhende Wasserkühlung 23 auf»

Bei dem erfindungsgemäßen Kupolofen werden die Behandlungsmittel über die Lanze 17 entweder ifi der Vertiefung 15 oder im Abstichkanal 4 direkt in die mit

LiniTiic'clbur über dom Vcrhcrdbcdu" C!>> u(Sw"w!Dhcn 13 2ίϊ —ch!:l£K? VCrniiSchtC OicnS££Hl^lf*l"'^P pinopHrapht nhnp

ab. Winklig zu dem Eisensiphon 13 gehen von dem Eisenteil 11 parallel zueinander und in gleicher Höhe zwei Schlackensiphons 14 ab.

Um das Einbringen der Behandlungsmittel nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu ermöglichen, besitzt der Ofenboden 3 eine Vertiefung 15, in die eine das Gcstellmauerwerk 16 durchragende Lanze 17 mündet. Außerdem weist die Vertiefung 15 an ihrer tiefsten Stelle einen besonderen, während des Ofenbetriebs daß sie mit Sauerstoff in Berührung kommen. Die Ausbeute an sauerstoffaffinen Behandlungsmitteln bzw. Legierungszusätzen ist daher sehr hoch. Außerdem tritt bei geringer Verweilzeit in den Vorherden an den Eisensiphons 13 ein auf die vorgesehene Fertiganalyse eingestelltes und gegebenenfalls auch bereits geimpftes Gußeisen aus, das sich sogleich, d. h. ohne irgendeine Pfannenbehandlung und ohne wesentliche Temperaturverlust€ Vergießen läßt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einbringen von Behandlungsmitteln in flüssiges Kupolofeneisen, bei dem die Behandlungsmittel in das Kupolofengestell eingetragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsmittel in die mit Schlacke vermischte, über eine schräg verlaufende Ofensohle ständig abfließende Ofenschmelze eingebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsmittel in den Kanalstrom eingebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsmittel pneumatisch oder mechanisch eingebracht werden. iv

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein gasförmiges Behandlungsmittel über einen Porösstopfen eingebracht wird.

5. Verehren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsmittel mit Hilfe eines Trägergases eingebracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsmittel mit Hilfe einer reduzierenden Brennerflamme eingebracht werden.

7. Kupolofen zur Durchfuhrung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6 mit mindestens einem Vorherd mit Siphon und einer das feuerfeste Gestellmauerwerk durchragenden Lanze, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (17) im Bereich der schräg verlaufenden Ofensohle (3) mündet.

8. Kupolofen nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (17) im Abstichkanal (4) mündet. a

9. Kupolofen nach Anspruch 7 oder 8. dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (17) über ein Gebläse (22) und eine Zweigleitung (19) mit einem Heißwindring (20) verbunden ist.

10. Kupolofen nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (17) mit einem Schauloch (21) versehen ist.

11. Kupolofen nach einem der Ansprüche 7 bis 10. dadurch gekennzeichnet, daß die Ofensohle (3), der Abstichkanal (4) und der Schaulochkanal (6) miteinander fluchten.

12. Kupolofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorherd (5) im oberen Teil (10) einen größeren Querschnitt besitzt als im unteren Teil (11). :a

13. Kupolofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12. dadurch gekennzeichnet, daß die Schlackensiphons (14) an ihren oberen Seiten eine Wasserkühlung (21) besitzen.

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