DE3145538C2

DE3145538C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Metallschmelzen mit Spülgas

Info

Publication number: DE3145538C2
Application number: DE19813145538
Authority: DE
Inventors: Günter Dr.-Ing. 5102 Würselen Sindelar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-11-17
Filing date: 1981-11-17
Publication date: 1987-03-12
Also published as: DE3145538A1

Abstract

Ein Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen erfolgt in einem Gefäß durch Injektion von Spülgas im Bereich des Gefäßbodens. Es soll zum Entfernen von solchen feuerfesten Partikeln dienen, die aufgrund ihrer geringen Größe nicht oder nur sehr langsam in der Schmelze aufsteigen. Um zu erreichen, daß ein möglichst großer Anteil der in der Schmelze befindlichen feuerfesten Partikel entfernt werden kann, um Gußblöcke mit durchgehend hoher Qualität zu erhalten, wird ein großer Bereich der Schmelze mit dem aufperlenden Spülgas durchgast. Durch die aufsteigenden Gasblasen werden auch kleinste Partikel, die noch nicht zu größeren Einheiten koaguliert sind, mit an die Oberfläche der Schmelze gerissen und der Schlacke zugeführt. Die Durchgasung der Schmelze erfolgt in einer Pfanne mit hohem Bord, der eine Taumelbewegung oder eine Kippbewegung in verschiedene Richtung erteilt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen in einem Gefäß durch Injektion von Spülgas im Bereich des Gefäßbodens, insbesondere zum Entfernen von solchen feuerfesten Partikeln, die aufgrund ihrer geringen Größe nicht oder nur sehr langsam aufsteigen, wobei ein Behandlungsgefäß mit hohem Bord und mit einer Einrichtung zur Einleitung von Spülgas an einer Stelle des Pfannenbodens verwendet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Beim Erstarren eines Gußblocks konzentrieren sich die in der Schmelze verbliebenen feuerfesten Partikel in bestimmten Seigerungszonen, die beim Auswalzen des Blocks auf kleine Materialstärken Schlackenzeilen in dem Material bilden. Bei der Herstellung von Edelstahl bestehen die Einschlüsse unter anderem aus CaO, SiO₂, MgO und so weiter. Ausgewalztes Gut mit derartigen Schlackenzeilen ist für verschiedene Anwendungsfälle, bei denen es auf Reinheit des Materials ankommt, nicht verwendbar, so daß das mit den Schlackeneinschlüssen durchsetzte Material häufig nur als zweite Wahl für andere Anwendungsgebiete verkauft werden kann.
Insbesondere die Erzeuger von Edelstahl unternehmen erhebliche Anstrengungen, reines Material ohne schädliche Einschlüsse zu erzielen.
Bei der in den letzten Jahren stark verbesserten Pfannenmetallurgie benutzt man eine Inertgasspülung zur Beschleunigung der Umwälzung der Schmelze in dem Behandlungsgefäß. Bei ausreichend großen Strömungsgeschwindigkeiten in der Schmelze ist beobachtet worden, daß die mit der Schmelze eine Suspension bildenden feuerfesten Partikel beim Aufeinandertreffen koagulieren und durch das Umwälzen der Schmelze der Schlackenschicht zugeführt werden. Durch eine solche Inertgasspülbehandlung, die in erster Linie auch die Aufgabe hat, eine Homogenisierung des Pfanneninhalts sowie eine Auflösung und Einmischung der Pfannenzusätze zu erzielen, werden bereits hohe Reinheitsgrade der Schmelze erreicht, die dann zu verhältnismäßig reinen Gußblöcken vergossen werden kann. Dennoch sind für viele Anwendungsfälle die Gußblöcke nicht rein genug so daß für die Weiterbehandlung bestimmte Blockbereiche mit ausreichend hoher Reinheit herausgeschnitten werden müssen, während die übrigen Blockbereiche zur Herstellung von Material geringerer Güte verwendet werden.
Es ist bekannt, das Spülgas durch mehrere Stellen im Pfannenboden einzuleiten, um eine intensive Behandlung der Schmelze zu erzielen (DE-OS 20 45 258). Dabei ist jedoch der vorrichtungstechnische Aufwand relativ groß und es besteht erhöhte Gefahr eines Schmelzendurchbruchs, da jede der Gaseinleitungsstellen einen Schwachpunkt darstellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand ein großer Anteil der in der Schmelze befindlichen feuerfesten Partikel entfernt werden kann, um Gußblöcke mit durchgehend hoher Qualität zu erhalten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Behandlungsgefäß so bewegt wird, daß der Spülgasstrahl in der Schmelze wandert. Dadurch ist es möglich, einen sehr großen Bereich der Schmelze mit den aufsteigenden Gasblasen zu beaufschlagen und dadurch einen extrem großen Anteil der in der Schmelze suspendierten feuerfesten Partikel der auf der Schmelze schwimmenden Schlacke zuzuführen. Man kommt dabei mit einer Vorrichtung aus, die nur eine einzige, vorzugsweise in der Bodenmitte vorgesehene Einrichtung zur Einleitung des Spülgases durch den Gefäßboden aufweist.
Vorzugsweise wird dem Gefäß eine Taumelbewegung erteilt, so daß zumindest im oberen Bereich des Behandlungsgefäßes, in welchem die Schmelze die größte Partikelkonzentration aufweist, über nahezu den gesamten Querschnitt durchgast wird.
Wenn nur ein Gasspülstrahl mit kleinerem Durchmesser erzeugt wird, können auch Taumelbewegungen des Gefäßes mit unterschiedlichen Amplituden ausgeführt werden, um einen möglichst großen Bereich der Schmelze mit der Durchgasung zu erfassen. Dabei kann das Behandlungsgefäß auch eine spiralförmige Taumelbewegung mit allmählich größer werdender Amplitude ausführen.
Alternativ kann das Behandlungsgefäß auch in verschiedene Richtungen gekippt werden, wobei ebenfalls die Durchgasung eines relativ großen Bereichs der Schmelze ermöglicht wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die aus einem Behandlungsgefäß mit einer etwa in der Bodenmitte angeordneten Einrichtung zur Einleitung von Spülgas durch den Gefäßboden besteht, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgefäß einen relativ zum Niveau des Schmelzenspiegels hohen Bord aufweist und auf ein Gestell montiert ist, mit dem das Gefäß in eine Mehrzahl von Schräglagen bewegbar ist, bei denen die Mittelachse des Gefäßes gegen die Senkrechte geneigt ist.
Vorzugsweise ist das Gestell als Taumelgestell ausgebildet, mit dem dem Behandlungsgefäß eine Taumelbewegung erteilt werden kann. Alternativ kann das Gestell auch ein Kippgestell sein, mit dem das Behandlungsgefäß in mehreren Ebenen kippbar ist.
Zweckmäßig weist das Behandlungsgefäß an mindestens einer Stelle seines oberen Randes eine Überlauftülle zur Schlackenentnahme auf. Zur Entnahme der Schlacke wird das Behandlungsgefäß in eine Schräglage gebracht, in welcher die Überlauftülle an der tiefsten Stelle des oberen Bordrandes steht. In dieser Position steigen die Blasen des Spülgasstromes genau auf der der Tülle gegenüberliegenden Seite des Behandlungsgefäßes auf und erzeugen im oberen Bereich der Schmelze beziehungsweise im Bereich der Schlacke eine auf die Überlauftülle gerichtete Strömung. Auf diese Weise ist es möglich, die Schlacke unter Ausnutzung dieser Strömung bequem von der Oberfläche des Schmelzbades zu entfernen.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Behandlungsgefäß mit einem in der Bodenmitte befindlichen Gasspülstein, das in verschiedene Schräglagen gekippt werden kann, und
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Behandlungsgefäß, das auf einem Taumelgestell sitzt.
Nach Fig. 1 der Zeichnung besteht die Vorrichtung zur Behandlung einer Metallschmelze 1 im wesentlichen aus einem Behandlungsgefäß 2, das als herkömmliche Pfanne ausgebildet sein kann. Das Behandlungsgefäß 2 ist mit einer feuerfesten Ausmauerung 3 versehen und weist in der Mitte seines Bodens 4 einen eingesetzten Gasspülstein 5 auf, durch den Spülgas in die Schmelze 1 eingeleitet wird. Das Spülgas steigt in der Schmelze 1 in einem im Durchmesser allmählich größer werdenden Gasblasenstrom 6 auf, der in der Zeichnung gestrichelt dargestellt ist.
An der Oberfläche der Schmelze 1, auf der die Schlacke 7 schwimmt, erzeugt der Gasblasenstrom 6 einen im wesentlichen runden, fleckartigen Staubereich 8.
Wenn das Behandlungsgefäß 2 in die rechte, strichpunktiert dargestellte Stellung 2 a gekippt wird, wandert der Staubereich 8 relativ zu dem Behandlungsgefäß 2 in Richtung auf den in der Zeichnung links liegenden Rand des Gefäßes. Beim Kippen in die entgegengesetzte Stellung 2 b wandert der Staubereich 8 zu dem in der Zeichnung rechts liegenden Rand des Gefäßes, so daß der Gasblasenstrom 6 einen relativ großen Bereich der Schmelze 1 durchgast. Wenn diese Kippbewegung dreidimensional durchgeführt wird, beispielsweise durch Ausführung von Kippbewegungen in verschiedenen Ebenen oder durch eine Taumelbewegung, so kann ein noch größerer Bereich der Schmelze 1 von dem Gasblasenstrom 6 erfaßt werden.
In Fig. 2 ist in etwas detaillierterer Ausführung ein Behandlungsgefäß 10 dargestellt, das einen ähnlichen Aufbau aufweist, wie das in Fig. 1 dargestellte Behandlungsgefäß 2. Demgemäß sind entsprechende Vorrichtungsteile mit gleichen Positionszahlen versehen worden.
Das Behandlungsgefäß 10 weist ebenso wie das Behandlungsgefäß 2 einen etwa mittigen Gasspülstein 5 auf, dem über eine zumindest im oberen Bereich flexible Leitung 11 Spülgas zugeführt wird, das in Form eines Gasblasenstroms 6 durch die Schmelze 1 aufsteigt. Das Behandlungsgefäß 10 weist wiederum einen relativ hohen Bord auf und wird nur soweit mit Schmelze 1 gefüllt, daß diese in der für das Verfahren vorgesehenen Kippstellung nicht über den oberen Rand treten kann. An einer Stelle des oberen Randes ist das Behandlungsgefäß 10 mit einer Überlauftülle 12 zur Schlackenentnahme versehen.
Das Behandlungsgefäß 10 steht auf einem Taumelgestell 13. Dieses besteht im wesentlichen aus einem unteren Sockel 14 sowie einem zwischen dem Gefäßboden 4 und der Oberseite des Sockels drehbar angeordneten Taumelstück 15. Das Taumelstück 15 ist als aufrechtstehender Zylinder ausgebildet, dessen senkrecht zur Zylinderachse liegende Unterseite 16 über ein Axiallager 17 auf dem Sockel 14 abgestützt ist. Die Oberseite 18 des Taumelstücks 15 ist in einem Winkel zur Zylinderachse geneigt. Auf dieser schrägen Oberseite 18 des Taumelstücks 15 befindet sich ein Axiallager 19, auf welches das Behandlungsgefäß 10 mit seinem Boden 4 aufgestellt ist.
Das Taumelstück 15 weist an seinem Umfang einen Zahnkranz 20 auf, der über ein Ritzel 21 antreibbar ist. Das Behandlungsgefäß 10 wird über einen starr an diesem befestigten Hebel 22 an einer Rotation gehindert, wobei das freie Ende des Hebels 22 in einer vertikalen Führung 23 geführt ist.
Wenn das Taumelstück 15 über das Ritzel 21 sowie den Zahnkranz 20 in Rotation versetzt wird, so führt das Behandlungsgefäß 10 eine Taumelbewegung aus, ohne sich selbst um seine Achse zu drehen. Dadurch ist gewährleistet, daß der Gasblasenstrom 6 in der Schmelze 1 zirkuliert, wobei der Staubereich 8 eine Kreisbewegung auf der Oberfläche der Schmelze ausführt.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung kann gleichzeitig auch zur Entnahme der Schlacke 7 verwendet werden. Wenn das Gefäß 10 in der in Fig. 2 dargestellten Stellung verbleibt, wird die Schlacke 7 in Folge des aufsteigenden Gasblasenstroms 6 in Richtung auf die Überlauftülle 12 gedrückt. Es ist dabei lediglich erforderlich, das Behandlungsgefäß 10 durch Anheben des auf der gegenüberliegenden Seite der Überlauftülle 12 befindlichen Hebels 22 noch etwas weiter zu kippen, um die Schlacke 7 von der Oberfläche der Schmelze zu entfernen.
Mit den in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen wird nicht nur die bereits bekannte gute Homogenisierung einer Schmelze erzielt, sondern aufgrund des Wanderns des Gasblasenstroms, der weite Bereiche der Schmelze 1 erfaßt, werden die in Suspension befindlichen feuerfesten Partikel mit nach oben gerissen und der Schlacke 7 zugeführt.

Claims

1. Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen in einem Gefäß durch Injektion von Spülgas im Bereich des Gefäßbodens, insbesondere zum Entfernen von solchen feuerfesten Partikeln, die aufgrund ihrer geringen Größe nicht oder nur sehr langsam aufsteigen, wobei ein Behandlungsgefäß mit hohem Bord und mit einer Einrichtung zur Einleitung von Spülgas an einer Stelle des Pfannenbodens verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgefäß so bewegt wird, daß der Spülgasstrahl in der Schmelze wandert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Behandlungsgefäß eine Taumelbewegung erteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Taumelbewegungen mit unterschiedlichen Amplituden ausgeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine spiralförmige Taumelbewegung mit allmählich größer werdender Amplitude ausgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgefäß in verschiedene Richtungen gekippt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Behandlungsgefäß (2, 10) mit einer etwa in der Bodenmitte angeordneten Einrichtung (5) zur Einleitung von Spülgas durch den Gefäßboden (4), dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgefäß (2, 10) einen relativ zum Niveau des Schmelzenspiegels hohen Bord aufweist und auf ein Gestell (13) montiert ist, mit dem das Gefäß in eine Mehrzahl von Schräglagen bewegbar ist, bei denen die Mittelachse des Gefäßes gegen die Senkrechte geneigt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell ein Taumelgestell (13) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell ein Kippgestell ist, mit dem das Behandlungsgefäß in mehreren Ebenen kippbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgefäß (10) an mindestens einer Stelle seines oberen Randes eine Überlauftülle (12) aufweist.