DE3711528A1 - Verfahren zur behandlung einer stahlschmelze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Behandlung von in einem vorausgehenden Schritt erschmolzenen Stahlschmelzen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Senken des Wasserstoff-, Sauerstoff- und häufig des Stickstoffgehalts der Stahlschmelze in einer gesteuerten Atmosphäre bei im wesent­ lichen atmosphärischen Druck oder zumindest ohne die Anwendung eines künstlich erzeugten wesentlichen Unterdrucks. Eine Stahl­ schmelze aus einem Elektroofen kann beispielsweise durch ein Inertgas gespült werden und im Bedarfsfall wird ein Heizlicht­ bogen in einer kontrollierten Atmosphäre oberhalb der Stahl­ schmelze aufrechterhalten, um Wärme zu übertragen, wobei die kontrollierte Atmosphäre die Eigenschaft hat, daß sie gegenüber der Berührung der äußeren Umgebungsatmosphäre während des Be­ triebs abgeschlossen ist. Die kontrollierte Atmosphäre kann zu­ sätzlich zu der Eigenschaft, daß sie mit der äußeren Umgebungs­ atmosphäre nicht in Berührung steht, aus den Gasen bestehen, welche aus der Schmelze austreten, wobei die Gase, welche als Neben­ produkt von Produkten, die aus der Schmelze ausgestoßen werden, erzeugt werden und durch das Spülgas gebildet werden. Die Zusam­ mensetzung der kontrollierten Atmosphäre ändert sich während des Fortgangs des Verfahrens.

Die metallurgische Behandlung in der Gießpfanne stellt wahrschein­ lich die am weitesten angewendete Praxis dar, um die Metallquali­ tät und die Produktivität zu verbessern, wie sie heutzutage in der Stahlindustrie angewandt wird. Der Ausdruck "Gießpfannen­ metallurgie" bedeutet in der folgenden Beschreibung Verfahren zur Behandlung nach dem Erschmelzen, bei welchem die Temperaturen nach dem Erschmelzen gesteuert werden und/oder die gasförmigen und metallischen Bestandteile des Stahls gesenkt oder gesteuert werden. Unter den zur Zeit bekannten Verfahren gibt es die folgenden:

Die Lichtbogenentgasung oder VAD-Verfahren, wie es oft bezeich­ net wird, schließt es ein, daß die Stahlschmelze einem Unter­ druck, einem Spülmittel, wie beispielsweise inertes Gas, und einem Wechselstrom-Heizlichtbogen ausgesetzt wird, welcher zwi­ schen nicht selbstverzehrenden Elektroden und der Stahlschmelze gezogen und aufrechterhalten wird. Dieses Verfahren ist in ver­ schiedenen Patenten der Anmelderin einschließlich der US-PS 35 01 289, 35 01 290 und 36 35 696 beschrieben.

Ferner wird der sogenannte Pfannenofen ebenfalls verwendet. Bei diesem System wird die Stahlschmelze an einer Station erhitzt, üblicherweise durch die normalen Lichtbögen, welche unter übli­ chen Zuständen brennen einschließlich Umgebungsatmosphäre und Umrühren (üblicherweise durch Verwendung eines Rührers oder manchmal unterstützt durch ein Spülgas), wobei an einer zweiten Station Unterdruck zur Anwendung gelangt. Dieses System wurde durch die schwedische Firma ASEA angeboten.

Ein anderes System des Ofens stellt das sogannte DAIDO-Pfannen­ ofensystem dar, bei welchem im wesentlichen die Erhitzung üblicherweise mit Lichtbögen in einer offenen oder abgeschirmten Pfanne erfolgt, wobei ein Spülgas zum Umrühren verwendet wird und eine spezielle Schlacke zum Schutz der Schmelze erzeugt wird. Es wird angenommen, daß dieses Verfahren beispielhaft durch die US-PS 43 71 392, 43 08 415 und 42 72 287 beschrieben wird.

Darüber hinaus verwenden viele Stahlhersteller sogenannte Do-it- yourself-Ofenheizsysteme, indem überschüssige Teile von außer- Betrieb-gesetzten Elektroöfen verwendet werden, wobei üblicherweise die Ofenhaut durch eine Gießpfanne ersetzt wird.

Alle diese beispielhaft aufgezählten Systeme weisen gewisse ge­ meinsame Eigenschaften in mehr oder weniger starkem Maße auf.

Sämtliche Systeme erzeugen Dämpfe, die eingefangen werden, ins­ besondere während des Betriebs der Heizlichtbögen. Insbesondere sind einige dieser Dämpfe ausgesprochen gefährlich einschließ­ lich beispielsweise Kohlenmonoxid. Bei dem VAD-Verfahren werden diese Dämpfe in einer sehr wirksamen Weise abgeführt, da sie durch das Vakuumsystem ausgestoßen werden, wobei die anderen Systeme offensichtlich etwas weniger wirksam in dieser Beziehung sind.

Das Brennen von Lichtbögen kann bei sämtlichen Systemen erheb­ liche Lärmprobleme bieten.

Diejenigen Systeme, bei denen an einer Verfahrensstufe Unter­ druck erforderlich ist, haben erhebliche zusätzliche Kapital­ kosten im Zusammenhang mit der Unterdruckausstattung und darüber hinaus zusätzliche Wartungskosten, die bei einer derartigen An­ lagenausstattung vorhanden sind.

Diejenigen Systeme, bei denen ein nicht abgedichteter Behälter verwendet wird, haben unglücklicherweise ideale Bedingungen zur Feuchtigkeitsaufnahme durch den Stahl, welche sich insbesondere als ein Ansteigen des Wasserstoffgehaltes manifestiert, ob­ wohl ein Ansteigen des Sauerstoffgehalts ebenfalls möglich ist. Die Erfahrung hat tatsächlich gezeigt, daß in einer Gießpfanne, welche teilweise eingeschlossen ist (was der Fall sein kann, wenn ein normaler Unterdrucktank nicht richtig abdichtet), daß das Heizen per Lichtbogen eine Anzahl kleiner Explosionen oder Impulse erzeugt, und zwar etwa in der Größenordnung einer Ex­ plosion pro Sekunde und mit einer Amplitude von etwa plus oder minus 1/4 Zoll Wassersäule bei Beobachtung auf einen empfindli­ chen magnahelischen Druckmeßgerät. Die Explosionen blasen Gase aus dem abgeschlossenen Raum aus, wobei gleichermaßen bei jeder Explosion eine Implosion bei Unterdruck erfolgt, welche dazu führt, daß feuchte Umgebungsluft in den geschlossenen Raum eingesaugt wird. Der Wassderdampf in der Luft gibt seinen Wasser­ stoffgehalt an den Stahl ab. Die Menge des aufgenommenen Wasser­ stoffs aus der feuchten Luft muß nicht groß sein, um das Produkt unannehmbar zu machen. Beispielsweise bei einer 65-t-Schmelze von niedrig legiertem Stahl führt das Hinzufügen eines Glases Wasser mit 6 Unzen zu einem Ansteigen des Wasserstoffgehalts von dem flockenfreien Niveau von 2,0 ppm zu dem flockensensitiven Niveau von 2,5 ppm, was zu einer Ablehnung des Endprodukts führen kann. Es ist offensichtlich, daß der Druck der Lichtbogen die Stahlschmelze unter den Lichtbögen freilegt, so daß ideale Bedin­ gungen für die Aufnahme von Wasserstoff aus den Pulsen von Feucht­ luft vorliegen, die jeder Explosion und dem daraus folgenden Zu­ sammenbrechen der geschützten Atmosphäre folgen.

Es soll ferner darauf hingewiesen werden, daß das Phänomen von Explosion und Implosion bei einer gut abgeschlossenen Gießpfanne oder bei selbst einfachen thermischen Verlusten von einer ab­ geschirmten Gießpfanne die Möglichkeit ausschließen, daß Graphit oder Kohlenstoff von den Elektroden den Sauerstoff abbrennt und einen sehr niedrigen Sauerstoffgehalt oberhalb der Atmosphäre erzeugt.

Ferner soll darauf hingewiesen werden, daß sämtliche bekannten Verfahren sehr temperaturanfällig sind. Selbst bei Vorheizen der Gießpfanne kann der anfängliche Wärmeverlust durch die Pfanne geschichtete Temperaturniveaus erzeugen, welche für das Gießen und die Erstarrungsgeschwindigkeiten nachteilig sind, ins­ besondere wenn die Einheit in Verbindung mit einer Strangguß­ maschine verwendet wird. Das Umrühren der Schmelze in den Gieß­ pfannen mit einem Inertgas zur Herstellung der Gleichmäßigkeit der Temperatur verringert das Problem geschichteter Temperaturen, wobei jedoch das Umrühren das Absinken der Temperatur in der Gießpfanne beschleunigt. Das teure Überhitzen im Schmelz­ ofen erfordert Zeit und beschleunigt den Verschleiß der Ofen­ ausmauerung und macht die Behandlung so unwirtschaftlich, daß sie heutzutage, wo auch immer möglich, vermieden wird.

Das veranschaulichte und beschriebene Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beruht auf einer total abgedich­ teten Umgebung, unabhängig davon, ob das das geschmolzene Metall enthaltende Gefäß in einem Tank angeordnet wird oder ob dieses mit einem luftdichten Deckel oder Haube abgedeckt wird. Der Deckel weist Öffnungen auf, um bewegliche Elektroden aufzuneh­ men und zwar entweder einzeln oder gemeinsam. Die Elektroden können in einem teleskopischen luftdichten Gehäuse oder in fest­ stehenden Gehäusen mit bewegbaren polierten Stangen angeordnet sein, welche durch eine luftdichte Schleuse betrieben werden.

Der abgedichtete Behälter weist eine ideale Umgebung mit niedrigem Partialdrücken von Sauerstoff und Wasserstoff auf, wodurch die Entfernung von Wasserstoff und Sauerstoff aus der Stahlschmelze günstig beeinflußt wird. Im Betrieb, sobald der Lichtbogen ge­ zogen ist, verwandelt der Kohlenstoff von den Elektroden schnell den vorhandenen Sauerstoff in Kohlenmonoxid. Das Spülen mit Inert­ gas verdünnt die Atmosphäre oberhalb der Schmelze auf eine Mi­ schung aus Kohlenmonoxid, Argon (unter der Annahme, daß Argon als Spülgas verwendet wird) und Stickstoff, wodurch extrem niedrige Partialdrücke bezüglich Sauerstoff und Wasserstoff vorliegen. Das Resultat ist ein Entgasen der Schmelze, wobei das Entgasen ohne Aufnahme von Wasserstoff fortschreitet, welche so typisch für die oben beschriebenen Verfahren mit nicht abgedichteten Gieß­ pfannen ist. Die Menge der Entgasung hängt von der Zeit, den Spül­ gasmengen und dem Betriebsdruck ab.

Es ist dem Fachmann auf dem Gebiet gut bekannt, daß flockenfreie Wasserstoffgehalte nur bei 2 mm Hg-Säule absolut oder weniger mög­ lich sind, wie dies durch die Grundsatzuntersuchungen von Dr. Sieverts bewiesen wurde. Es wurde nun gefunden, daß erhebliche Mengen nachteiliger Gase bei atmosphärischem Druck entfernt werden können, solange der Behälter für die Gießpfanne luftdicht ist.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläu­ tert.

In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein einen Vakuumtank mit einem unteren ortsfesten Abschnitt 11 und einem oberen schwenkbaren und anhebbaren Deckel 12. Der Deckel 12 weist einen Dichtflansch 13 auf, der mit einem ähnlichen Dichtflansch 14 am unteren Abschnitt zusammenpaßt, wenn die Flansche in Be­ rührung miteinander gebracht werden. Heizeinrichtungen, beim Ausführungsbeispiel 3 nicht selbstverzehrende Wechselstrom­ elektroden 15, 16 und 17, sind in dem oberen Abschnitt 12 gela­ gert.

Die Elektroden 15, 16 und 17 sind hier als langgestreckte Kohlen­ stoff- oder Graphitstangen gezeigt, von denen jede teleskopartig verschiebbar in einer passenden Öffnung 18, 19 bzw. 20 im oberen Abschnitt 12 aufgenommen sind. Eine luftdichte Dichtung ist um jede der Elektroden vorgesehen, wobei diese Dichtungen bei 21, 22 bzw. 23 angedeutet sind. Jedes zweckdienliche Mittel, von denen viele nach dem Stand der Technik bekannt sind, kann verwen­ det werden, um die Elektroden in Richtung der Schmelze vorzu­ schieben und um sie von der Schmelze bis zu einem Punkt zurück­ zubewegen, welche sie von der Kante des unteren Abschnitts 11 freikommen, wenn die Hub- und Schwenkanordnung 24 den oberen Ab­ schnitt 12 anhebt und diesen am Ende der Behandlung wegschwenkt. Die veranschaulichten Elektroden sind selbstverständlich als nicht-selbstverzehrend aufzufassen, wie dies auf diesem techni­ schen Gebiet verstanden wird.

Der untere Abschnitt 11 und der obere Abschnitt 12 werden in dich­ tendem Eingriff zu allen Zeiten durch irgendwelche zweckdienlichen Einrichtungen gehalten, welche wirksam sind, die Abschnitte in einer luftdichten oder genauer gesagt in einer gegenüber der Umge­ bungsatmosphäre dichtem Eingriff während des Verfahrens zu halten. Beim Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von üblichen C-Klammern 25, 26 veranschaulicht.

Alternativ hierzu kann eine einfache Klemme, die aus einem Roots- Gebläse mit Unterdruck hoher Geschwindigkeit besteht, welches etwa ein 4 : 1-Kompressionsverhältnis aufweist, verwendet werden, um die Kammer abzudichten, indem die Gase in dem abgedichteten Raum mit einer ausreichend großen Geschwindigkeit abgeführt wer­ den, um einen geringfügig unteratmosphärischen Druck innerhalb des Raums zu erzeugen, welcher beispielsweise in der Größenord­ nung von einigen Millimetern Hg-Säule liegen kann, wodurch der atmosphärische Druck wirksam wird, um die Flansche 13 und 14 in luftdichtem Eingriff miteinander zu halten. Das Roots-Gebläse kann außerdem verwendet werden, um das Kohlenmonoxid abzufördern, welches in dem Verfahren erzeugt wird und welches ein besonderes Problem darstellt, falls ein Leck auftritt. Tatsächlich hat die Erfahrung gezeigt, daß Konzentrationen von Kohlenmonoxid von über 650 ppm in bestimmten Bereichen um einen Vakuumtank im Betrieb auf Grund von Leckverlusten aus dem Vakuumtank vorliegen können. Es ist jedoch offensichtlich, daß das Klemmen oder die die Ab­ dichtung gewährleistenden Einrichtungen wirksam werden müssen, um einen abgedichteten Raum aufrechtzuerhalten und folglich auch eine gesteuerte Atmosphäre oberhalb der Schmelze und zwar auch während Bedingungen eines geringen Überdrucks innerhalb des Raums und unter Bedingungen eines geringen Unterdrucks in­ nerhalb des Raums. Eine Abförderleitung für Dämpfe ist bei 27 veranschaulicht, wobei diese Abförderleitung das oben erwähnte Roots-Gebläse enthalten kann, falls dies gewünscht ist. Alter­ nativ können, falls Unterdruckeinrichtungen vorhanden sind, diese an die Abförderleitung angeschlossen werden, um zu gewährlei­ sten, daß der Ausstoß von Gasen, die während des Verfahrens er­ zeugt werden, an einem sicheren Ort erfolgt.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß, obwohl ein Tank, in wel­ chen eine Gießpfanne aus Metall eingesetzt wird, für das Aus­ führungsbeispiel gewählt wurde, ebenfalls ein System verwendbar ist, bei welchem die Gießpfanne selbst den unteren Abschnitt des abgedichteten Raums bildet und der obere Abschnitt oder Deckel 12 direkt auf einen Dichtflansch paßt, der an der Gießpfanne vor­ gesehen ist.

Die folgenden speziellen Beispiele zeigen die Ergebnisse von Stahlschmelzen, welche von der Größe her bis zu etwa 70 t va­ riierten.

In allen Fällen erfolgte die Behandlung im Rahmen des Grundgedan­ kens vorliegender Erfindung dadurch, daß die Stahlschmelze einem sehr geringen Absolutdruck in der Größenordnung von wenigen mm Hg-Säule absolut ausgesetzt wurde, um zu gewährleisten, daß der Wasserstoffgehalt in den flockenfreien Bereich für den speziellen behandelten Stahl abgesenkt wurde. Es soll folglich darauf hinge­ wiesen werden, daß, falls derartig niedrige Wasserstoffgehalte nicht erforderlich sind, die letzte Wasserstoffbehandlung bei niedrigem Unterdruck weggeblasen werden kann.

Die Verfahrensweise bei Schmelze Nr. 144214 war die folgende:

Eine Gießpfanne mit einer etwa 65-t-Schmelze aus 4340 Stahl mit einer minimalen Schlackendecke wurde in einem Vakuumtank der in der Zeichnung veranschaulichten Art angeordnet. Die Schmelze wurde vom Elektroofen bei 3100°F abgestochen und die Temperatur im Tank wurde durch ein eintauchbares Thermoelement als 3040°F gemessen. Da diese Temperatur zu diesem Zeitpunkt unerwünscht hoch war, wurde der Deckel geschlossen und das Vakuumsystem ak­ tiviert und ein heftiges Spülen mit Argon durchgeführt, um die Temperatur abzusenken. Nach 30 min. war die Temperatur auf einen annehmbaren Wert von 2830°F abgefallen und der Wasserstoff­ gehalt wurde anschließend bei 1.1 gemessen (der Wasserstoffge­ haltsabfall bei dieser Vorbehandlung betrug von 3.8 auf 1.1 und das letztliche Vakuum betrug etwa 600 mm Hg absolut).

An diesem Punkt begann die relevante Verfahrensweise. Ein Drei­ phasen-Wechselstrom-Lichtbogen wurde zwischen nicht selbstver­ zehrenden Graphitelektroden und der Schmelze gezündet (wie auch bei allen anderen Schmelzen in der Tabelle) und 10 min. lang brennen gelassen. Die Energiefaktoren waren die folgenden: 5 MW bei 3-3 1/2 MVars, 205 Volt, wobei die durchschnittliche Stromstärke pro Elektrode bei etwa 14 000 bis 20 000 Ampere lag. Während der 10minütigen Brenndauer der Lichtbögen wurde beob­ achtet, daß der Druck in dem Tank zwischen 0,02 "H₂O negativ und etwa 0,05 bis 0,1" positiv schwankte. Die Schmelze wies eine dünne Schicht üblicher Schlacke auf.

Ein stärkeres Spülen als normal wurde angewandt. Insbesondere wurde eine Spülmenge bis zu der dreifachen Menge der normalen 3 bis 5 Fuß³ pro Minute angewandt.

Beim Abschluß der 10minütigen Behandlung unter Lichtbogenhei­ zung und Spülgas wurde durch ein eintauschbares Thermoelement eine Temperatur von 2860°F ermittelt und der Wasserstoffgehalt lag bei 0,55 ppm.

Da die Temperatur immer noch über der gewünschten Abstichtempera­ tur lag, wurde die Schmelze wiederum dem Unterdruck und einem heftigen Spülen für 5 min. ausgesetzt, um die Temperatur auf die gewünschte Abstichtemperatur abzusenken und die Schmelze wurde dann weiter in üblicher Weise behandelt.

Die Behandlung der Schmelze Nr. 243859 wurde für Versuchszwecke dahingehend geändert, daß die Prozedur umgekehrt wurde, d. h. der tiefe Unterdruck wurde zuerst angewandt und anschließend wurde der Lichtbogen bei atmosphärischem Druck betrieben. Die Resultate zeigen an, daß beim Wiederaufheizen keine Wasserstoffaufnahme erfolgt. Es erfolgte eine Aufnahme von Stickstoff, wobei diese jedoch nicht als so signifikant erachtet wird, wie die Aufnahme von Wasserstoff, da bei den meisten Stählen ein Überschuß an Wasserstoff sehr viel nachteiliger ist als ein hoher Stickstoff­ gehalt.

Die Behandlung der Schmelze 144232 erfolgte in folgenden Schritten:

Nach Einsetzen in den abgedichteten Raum erfolgte eine Spülgas­ behandlung mit Argon. Die während der Lichtbogenbeheizung im ab­ geschlossenen Raum erfolgten Ablesungen zeigten einen Durch­ schnitt von 20 000 Ampere bei 200 Volt unter Verwendung von 5 Megawatt und 3 Mega VARS.

Die Druckmeßgeräte, welche den Druck in dem abgedichteten Raum aufzeichnen, zeigten Variationen in Zoll-Wassersäule von einem Negativwert von 0,05′′ bis zu einem Positiv von 0,1′′, wobei ein erheblicher Teil der Zeit bei etwa 0,05′′ lag.

Bei der Schmelze 243906 wurde die Argon-Spülgasmenge geändert. Bei der 12-min.-Marke lagen die Energieaufzeichnungen bei Kiloampere 17/17/17, Megawatt 5, Mega VARS 4 und 220 Volt Wechsel­ strom.

Bei der Schmelze 253969 erfolgten die folgenden Verfahrensschrit­ te, nachdem die Gießpfanne in den abgedichteten Raum überführt worden war.

Vollständige Versuche einschließlich der Temperaturerfassung und der metallurgischen Probeentnahme wurde durchgeführt. Der Deckel des Vakuumtanks wurde aufgesetzt und die Schmelze 30 min. lang Lichtbogenheizung beheizt, wobei das Vakuumsystem vollstän­ dig abgeschaltet war. Der Druck, die Argon-Spülgasmenge, die elektrischen Werte und andere Daten wurden erfaßt.

Der Deckel des Vakuumtanks wurde dann geöffnet und vollständige Versuche nochmals durchgeführt.

Der Deckel wurde wiederum geschlossen und ein "normaler" Unter­ druckentgasungsprozeß begonnen. Ein Entgasungszyklus von 17 min. wurde gewählt, um Wärme zu verlieren, wobei etwa 110°F verloren werden sollten.

Obwohl anfänglich der Dampfdruck bei über 100 psi im Vakuum­ system lag, wie dies für einen guten Betrieb erforderlich ist, wurde durch den Vorarbeiter bemerkt, daß etwa nach 4 min. in dem 17 min.-Zyklus der Druck auf 60 psi abgefallen war. Durch Bedienung des Dampfdrucks wurde der Druck wiederum gesteigert, fiel jedoch bei etwa 7 oder 8 min. im Zyklus wiederum auf 50 psi ab, wonach er auf etwa 100 psi stieg und dort blieb.

Nachdem der Vakuumentgasungszyklus beendet war, wurde der Tank­ deckel geöffnet und die Temperatur gemessen. Legierungselemente wurden zugefügt und anschließend vollständige Versuche durchge­ führt (Temperatur und metallurgische Proben). Die Energiedaten lagen konsistent bei etwa: 10/14/19 Kiloampere; 200 Volt; 5,2 Megawatt; 3,4 bis 5 MegaVars.

Nachdem der Lichtbogen abgeschaltet war, wurde ein oberes Ven­ til geöffnet, um das Abführen von CO zu beginnen. Nachdem das Abführen von CO abgeschlossen war, wurde die Tankdichtung geöff­ net und das Spülen fortgesetzt, um in diesem Fall das Metall auf eine niedrigere Temperatur abzukühlen. Versuche wurden durchge­ führt etwa 2 min. nachdem die Tankdichtung geöffnet wurde.

Aus Obenstehendem können die folgenden allgemeinen Schlüsse ge­ zogen werden.

Bei einem abgedichteten Raum, d. h. einem Raum, welcher den Kon­ takt zwischen einer äußeren Umgebungsatmosphäre und dem der Be­ handlung unterzogenen Stahl ausschließt und einem heftigen Spülen, kann ein ppm von Wasserstoff in einer Zeitspanne zwischen 15 und 30 Min. ausschmelzen in der Größenordnung von 65 t ent­ fernt werden. Weiterhin kann der Sauerstoffgehalt zwischen 30 und 50% gesenkt werden. Es kann sogar möglich sein, bei gering­ fügig positivem Druck zu arbeiten.

Obwohl die genauen physikalischen und chemischen Phänomene, welche Grundlage der hervorragenden erzielten Resultate sind, nicht genau angegeben werden, stellt das folgende wahrscheinlich zumin­ dest eine teilweise Erklärung der erzielten Resultate dar.

Sobald die Lichtbogen in der luftdichten Kammer angeschaltet wer­ den, wird das O₂ in der Kammeratmosphäre in CO durch Reaktion mit dem Kohlenstoff der Elektroden umgewandelt. Als Resultat hiervon ist der Partialdruck von O₂ oberhalb der Schmelze niedriger als der Partialdruck von O₂ in der Schmelze, welche kontinuierlich an die Schmelzenoberfläche durch die heftige Spülgasbehandlung gebracht wird und das O₂ verläßt die Schmelze, wo es dann umge­ hend in CO umgewandelt wird. Hinzu kommt, daß das Argon, welches beginnt, einen Bestandteil der Atmosphäre oberhalb der Schmelze zu bilden, während das Verfahren fortschreitet, weiter den Par­ tialdruck von O₂ in der Umgebung oberhalb der Schmelze senkt und dadurch eine weitere Kraft erzeugt, welche die Neigung zeigt, das O₂ aus der Schmelze in die gesteuerte Atmosphäre oberhalb der Schmelze auszutreiben.

Da kein Wasserstoff in das System aus der Umgebungsatmosphäre auf Grund der Abdichtung zwischen den Flanschen 13 und 14 eintre­ ten kann, tritt ein ähnliches Phänomen bezüglich des Wasser­ stoffs auf.

Als Resultat der oben beschriebenen Behandlung können die fol­ genden Vorteile des Verfahrens im Gegensatz zu den bekannten Pfannenofenverfahren festgestellt werden:

• 1.  Die Schmelze wird entgast;
• 2. kein Wasserstoff wird während des Verfahrens aufgenommen;
• 3. höhere Ausbeuten von Kalzium und Aluminium werden erreicht, da der Sauerstoffgehalt abgesenkt wird, ehe Kalzium- und Alu­ minium-Zuschläge erfolgen, wodurch bessere und besser pro­ duzierbare Einschlüsse erzielt werden;
• 4. höhere Ausbeuten von Mn, Si und Cr werden erzielt;
• 5. das Problem der Dämpfe wird vermieden, da das System voll­ ständig geschlossen ist und die Dämpfe in einen kleinen Staubabscheider oder Dampfsammler geleitet werden;
• 6. kein Unterdruck ist erforderlich, so daß Ejektoren, Konden­ satoren, Kühlwassertürme, Boiler für Vakuum usw. entfallen können;
• 7. keine speziellen Schlacken sind erforderlich;
• 8. es liegen ideale Entschwefelungsbedingungen ohne Lanzen­ injektion vor.

Obwohl die Erfindung oben beispielhaft beschreiben wurde, ist dem Fachmann offensichtlich, daß Änderungen und Abwandlungen erfolgen können, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzu­ weichen.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließ­ lich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfin­ dungswesentlich sein.

Claims (16)

1. Verfahren zur Behandlung, insbesondere Feinen einer Stahlschmelze nach dem Erschmelzen derselben, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Isolieren der Stahlschmelze gegenüber der Berührung mit Umgebungs­ atmosphäre, wodurch der Kontakt zwischen Umgebungsatmosphäre und Stahlschmelze ausgeschlossen wird, und
während die Stahlschmelze gegenüber der Umgebungsatmosphäre isoliert verbleibt, Bewegen von Teilen der Stahlschmelze, welche von der Ober­ fläche entfernt sind, zur Oberfläche in einer Weise, welche diese Teile der Stahlschmelze der Atmosphäre oberhalb der Oberfläche aussetzt und
Zuführen von Wärme zu den Teilen der Stahlschmelze an der Oberfläche von einem Heizlichtbogen, welcher oberhalb der Oberfläche der Stahl­ schmelze brennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme von dem Heizlichtbogen der Stahlschmelze während minde­ stens eines Teiles der Zeitspanne zugeführt wird, während der die Stahlschmelze gegenüber der Umgebungsatmosphäre isoliert ist und während der entfernte Bereiche der Stahlschmelze zur Oberfläche bewegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die entfernten Bereiche der Stahlschmelze zur Oberfläche und in Be­ rührung mit der Atmosphäre oberhalb der Oberfläche durch Umrüh­ ren mittels Gas bewegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Um­ rühren mittels Gas durch eine äußere Gasquelle erfolgt, wobei das Gas der Stahlschmelze in einem unteren Bereich zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch poröse Stopfen eingeleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßpunkt für das Gas oberhalb des Bodenbereichs der Stahl­ schmelze liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizlichtbogen zwischen nicht-selbstverzehrenden Elektroden brennt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizlichtbogen zwischen nicht selbstverzehrenden Elektroden er­ zeugt wird, welche mittels Dreiphasen-Wechselstrom versorgt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der absolute Druck innerhalb des isolierten Raums, in welchem die Stahlschmelze angeordnet wird, im wesentlichen atmosphärischer Druck ist.

10. Verfahren anch Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der absolute Druck innerhalb des isolierten Raums, in welchem die Stahlschmelze angeordnet wird, sich zwischen geringfügig unter­ halb bis geringfügig oberhalb des atmosphärischen Drucks bewegt.

11. Verfahren zum Feinen von geschmolzenem Stahl anschließend an das Erschmelzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

Isolieren der Stahlschmelze gegenüber der Umgebungsatmosphäre und während die Stahlschmelze gegen die Umgebungsatmosphäre iso­ liert ist, Aufrechterhalten der Partialdrücke von Sauerstoff und Wasserstoff in der Atmosphäre oberhalb der Stahlschmelze bei einem niedrigeren Niveau als es dem Partialdruck von Sauerstoff und Wasserstoff in der Stahlschmelze entspricht, indem Teile der Stahlschmelze, welche von der Oberfläche des Stahls entfernt liegen, zur Oberfläche bewegt werden, wodurch diese Teile der Atmosphäre oberhalb der Stahlschmelze ausgesetzt werden und Zu­ führen von Wärme zu der Stahlschmelze durch einen Heizlichtbo­ gen, welcher zwischen Elektroden oberhalb der Stahlschmelze und der Stahlschmelze aufrechterhalten wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Partialdrücke von Sauerstoff und Wasserstoff während der Behand­ lungszeit abnehmen.

13. Vorrichtung zum Feinen einer Stahlschmelze nach dem Erschmel­ zen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Bestandteile: Einen Be­ hälter, der die Stahlschmelze, die gefeint werden soll, enthält, eine Struktur, welche einen geschlossenen Raum oberhalb der Stahl­ schmelze bildet, und welche wirksam ist, einen Kontakt zwischen der Stahlschmelze und der äußeren Umgebungsatmosphäre während der Behandlung auszuschließen, Einrichtungen zum Bewegen entfernt liegender Bereiche der Stahlschmelze zur Oberfläche, wo diese entfernt liegenden Bereiche mit der isolierten Umgebung ober­ halb der Stahlschmelze in Berührung gelangen können und Einrich­ tungen zum Zuführen von Wärme zu der Stahlschmelze, während zu­ mindest eines Teils der Zeit, in der die Stahlschmelze der iso­ lierten Atmosphäre ausgesetzt wird und während der entfernt lie­ gende Bereiche zur Oberfläche bewegt werden.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Bewegen entfernt liegender Bereiche der Stahl­ schmelze zur Oberfläche einen Gaseinlaßpunkt aufweisen, welcher im Bodenbereich der Stahlschmelze angeordnet ist und ferner eine Quelle von Rührgas, welche an den Gaseinlaßpunkt angeschlossen ist und betreibbar ist, um Gas in die Stahlschmelze am Gasein­ laßpunkt einzuleiten, um dadurch die Bewegung von entfernt lie­ genden Bereichen zur Oberfläche hervorzurufen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Zuführen von Wärme aus einem Wechselstromlicht­ bogen an nicht selbstverzehrenden Elektroden besteht, welche ober­ halb der Stahlschmelze angeordnet sind und einen Heizlichtbogen zwischen den Elektroden und der Stahlschmelze erzeugen.