DE3876519T2

DE3876519T2 - Verfahren und vorrichtung zum entgasen geschmolzener metalle nach der rh-methode.

Info

Publication number: DE3876519T2
Application number: DE8888305909T
Authority: DE
Inventors: Ryuichi Kawasaki Steel C Ikeda; Shinji Kawasaki Steel C Kojima; Shigeru Kawasaki Steel Ohmiya; Haruji Kawasaki Steel Co Okuda; Kiyoshi Kawasaki Ste Takahashi; Nobuyoshi Kawasaki S Takashiba
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1987-06-29
Filing date: 1988-06-29
Publication date: 1993-04-15
Anticipated expiration: 2008-06-30
Also published as: EP0297850A1; BR8803185A; AU601602B2; KR910008144B1; CA1299373C; US5011531A; AU1846788A; KR890000673A; DE3876519D1; EP0297850B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur Entgasung von Metallschmelze, um hochreine Metallprodukte, wie Stahl mit besonders niedrigem Kohlenstoffgehalt, herzustellen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entgasung von Metallschmelze unter Verwendung des RH-Verfahrens.
In jüngerer Zeit hat sich der Bedarf an Metall hoher Qualität wesentlich gesteigert. Manche Metallarten bedürfen einer Vakuumentgasungsbehandlung zur Beseitigung von Verunreinigungen, um die Qualität zu verbessern. Um diesem Bedürfnis zu entsprechen, wird angestrebt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, durch welche eine hohe Wirksamkeit bei der Entgasungsbehandlung und eine niedrigere Abstichtemperatur im Konverter erreicht werde, um die Produktionskosten zu senken.
Es ist bekannt, Metallschmelze in einer Gießpfanne in eine Vakuumkammer einzubringen, in der sie einem Vakuum ausgesetzt wird, um Kohlenstoff und andere Verunreinigungen zu entfernen. So beschreibt beispielsweise die (ungeprüfte) Erstveröffentlichung (Tokkai) der japanischen Patentanmeldung Showa 51-71202, veröffentlicht am 19. Juni 1976, ein Vakuumentgasungsverfahren für Metallschmelze, bei dem die oben beschriebene Vorrichtung verwendet wird. Die bekannte Vorrichtung weist eine Zuführleitung, die in die Metallschmelze in der Gießpfanne eintaucht, um die Metallschmelze von der Gießpfanne in die Vakuumkammer zu überführen, und eine Rückführleitung für die Rückführung der Metallschmelze von der Vakuumkammer in die Gießpfanne auf. Die Zuführleitung und die Rückführleitung sind im Abstand zueinander angeordnet, so daß die Metallschmelze in der Vakuumkammer von der Auslaßöffnung der Zuführleitung zum Rückführeinlaß der Rückführleitung in der Vakuumkammer fließt. Durch diese Gestaltung kann die Metallschmelze für eine längere Zeitdauer in der Vakuumkammer gehalten werden, um einen größeren Anteil der Verunreinigungen zu beseitigen. Ein derartiges Verfahren ist bekannt als "Ruhrstahl Hausen (RH)-Verfahren". In diesem Fall hängt die Wirksamkeit der Beseitigung von Verunreinigungen von der Zirkulationsrate der Metallschmelze in der Vakuumkammer und der in unmittelbarer Berührung mit der Vakuumatmosphäre in der Vakuumkammer stehenden Oberfläche der Metallschmelze ab. Bei dem RH-Verfahren wird ein Inertgas, bspw. Argon-Gas, in die Zuführleitung eingeblasen, um die Metallschmelze in der Gießpfanne in die Entgasungskammer zu treiben. Die Inertgasblasen dienen nicht nur der Zirkulation der Metallschmelze in der Entgasungs- oder Vakuumkammer, sondern auch dazu, durch Blasenbildung an der Oberfläche eine größere Oberfläche in der Kammer zu schaffen. Daher führt die Verwendung einer solchen Gaseinblastechnologie beim RH-Verfahren zu einer wirksameren Beseitigung von Verunreinigungen.
Wie leicht verständlich, ist es zur Vergrößerung der Zirkulationsrate der Metallschmelze wichtig, die Gasdurchflußrate durch die Zuführleitung zu erhöhen. Um die Gaszirkulationsrate zu erhöhen, ist es nowendig, in der die Gießpfanne und die Vakuumkammer verbindenden Zuführleitung eine größere Durchflußfläche zu schaffen. Die Durchflußfläche der Zuführleitung wird jedoch durch den Innendurchmesser der Vakuumkammer begrenzt. Daher wird es zur Vergrößerung der Durchflußfläche notwendig, den Durchmesser der Vakuumkammer zu vergrößern, was eine Umgestaltung der übrigen damit verbundenen Einrichtungen erfordert.
Andererseits wird beim üblichen Entgasungsprozeß der Druck des in die Metallschmelze eingeblasenen Gases unter oder gleich 9,9 kg/cm² gehalten. Derartiges unter relativ niedrigem Druck stehendes Gas wird in die Metallschmelze eingeblasen und über eine Zuführleitung mit einem Durchmesser von 3 bis 5 mm in die Vakuumkammer eingebracht. In praxi sind 8 bis 20 Gasauslaßrohre oder -düsen über den Umfang der Gießpfanne verteilt, um das Gas einzublasen. Die Blasen werden jedoch nur um den Umfang der Zuführleitung gebildet, während der in der Mitte der Zuführleitung liegende Bereich keine Blasen aufweist. Ein derartiger Blasenstrom in der Zuführleitung wird nachfolgend als "Umfangsblasenstrom" bezeichnet. Der Umfangsblasenstrom bei herkömmlichen Verfahren erzeugt und ist nicht geeignet, die Wirksamkeit der Beseitigung von Verunreinigungen im geforderten oder erwarteten Rahmen zu verbessern.
Um diesen Nachteil des Standes der Technik zu überwinden, beschreibt die Erstveröffentlichung (Tokkai) der japanischen Patentanmeldung Showa 51-6103, die am 19. Januar 1976 veröffentlicht wurde, eine Vorrichtung, welche das eingeblasene Inertgas in die Nähe der mittigen Achse der Zuführleitung lenkt. Dies wurde erfolgreich eingeführt, um Blasen im mittigen Bereich der Zuführleitung zu bilden und dadurch die Wirksamkeit der Beseitigung von Verunreinigungen zu verbessern. Ein derartiger Blasenstrom wird nachfolgend als "zentraler Blasenstrom" bezeichnet. Auch dies hat jedoch noch einige Nachteile. Beispielsweise ist, da die Gasdüse in die Metallschmelze in der Gießpfanne eingetaucht werden muß, diese einer großen Hitze ausgesetzt, was die Lebensdauer der Düse verkürzt. Außerdem ist, da die Düse großer Hitze ausgesetzt ist, ein Austausch der Düse zu Reparaturzwecken schwierig und erfordert eine unannehmbar lange Zeitdauer. Außerdem neigt ein derartiger zentraler Blasenstrom dazu, Temperaturfluktuationen in den Randbereichen der Vakuumkammer und der Zuführleitung und dadurch ein Abplatzen des darin enthaltenen feuerfesten Materials hervorzurufen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch welche die im Stand der Technik vorliegenden Probleme gelöst werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Beseitigung von Verunreinigungen, einschließlich Kohlenstoff, um Metall mit besonders niedrigem Kohlenstoffgehalt herzustellen, durch welches bzw. welche die Wirksamkeit der Entgasungsbehandlung merklich verbessert werden kann.
Um die obengenannten und andere Ziele und Vorteile zu erreichen, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Vakuumentgasung Gas derart in die Metallschmelze eingeblasen, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung von Blasen über die durch die Zuführleitung festgelegte Durchflußfläche erhalten wird. Um dies zu erreichen, sind die Auslaßdüsen in mindestens zwei Gruppen aufgeteilt. Der durch die Auslaßdüsen unterschiedlicher Gruppen abzugebende Gasdruck wird unabhängig von den anderen geregelt, so daß das durch die erste Gruppe von Düsen eingeblasene Gas Blasen um den mittigen Bereich der Zuführleitung herum bildet. Der Druck des durch die zweite Gruppe von Düsen eingeblasenen Gases wird derart eingestellt, daß Blasen in der Nähe des Umfangs der Zuführleitung gebildet werden.
Die GB-A-920 874 beschreibt eine Vakuumentgasungstechnik für Metallschmelze, wobei eine mit einem Vakuum verbundene Entgasungskammer über einem Behälter für Metallschmelze angeordnet ist. Erste und zweite vertikale Wege sind für die Zufuhr von Metallschmelze von dem Behälter zur Entgasungskammer und zur Rückführung von Metallschmelze von der Entgasungskammer zu dem Behälter vorgesehen. Gasauslaßeinrichtungen sind vorgesehen, um Inertgas in den ersten Weg an mindestens zwei Stellen an unterschiedlichen Höhen einzubringen. Obwohl unterschiedliche Mengen von Gas an diesen Stellen eingebracht werden können, findet sich kein Hinweis, die Gasdrücke unabhängig voneinander zu regeln, um eine gleichmäßige Verteilung des Gases über den Weg zu erreichen.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Einblasen von Gas in Metallschmelze in einer Vorrichtung zur Entgasung von Metallschmelze, welche einen Metallschmelze enthaltenden Behälter, eine Entgasungskammer, welche über dem Behälter angeordnet und mit einer Vakuumquelle verbunden ist, einen ersten Weg für die Zuführung der Metallschmelze von dem Behälter zu der Entgasungskammer, einen zweiten Weg für die Rückführung der Metallschmelze von der Entgasungskammer zu dem Behälter, sowie erste und zweite Gasauslaßdüsen, die zur Abgabe von Gas in die Metallschmelze stromaufwärts der Entgasungskammer mit dem ersten Weg verbunden sind, aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen:
Verringern des Druckes in der Entgasungskammer mittels der Vakuumquelle;
Einbringen eines unter hohem Druck stehenden Gases in den ersten Weg durch die ersten Gasauslaßdüsen, und
Einbringen eines unter niedrigem Druck stehenden Gases in den ersten Weg durch die zweiten Gasauslaßdüsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drücke des unter hohem Druck stehenden Gases und des unter niedrigem Druck stehenden Gases unabhängig voneinander geregelt werden, so daß eine gleichmäßige Gasverteilung über den ersten Weg erreicht wird.
Das unter hohem Druck stehende Gas und das unter niedrigem Druck stehende Gas kann an einer Stelle, an der das unter hohem Druck stehende Gas und das unter niedrigem Druck stehende Gas in die Metallschmelze eingebracht werden, quer zu der Fließrichtung der Metallschmelze austreten.
Vorzugsweise weist das Verfahren außerdem den Schritt einer Verbindung der Entgasungskammer mit dem Behälter durch erste und zweite vertikale Wege auf, wobei der erste vertikale Weg stromaufwärts der Entgasungskammer angeordnet ist, um Metallschmelze von dem Behälter in die Entgasungskammer einzuführen, und wobei der zweite vertikale Weg stromabwärts der Entgasungskammer angeordnet ist, um die Metallschmelze von der Entgasungskammer zu dem Behälter zurückzuführen. In diesem Fall sind die Auslaßdüsen für das unter hohem und das unter niedrigem Druck stehende Gas derart angeordnet, daß die unter hohem und unter niedrigem Druck stehenden Gase in im wesentlichen horizontaler Richtung austreten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die unter hohem und unter niedrigem Druck stehenden Gase Inertgas auf. Außerdem weist das Inertgas vorzugsweise eine bestimmte Menge Sauerstoff auf. Andererseits ist der Druck des unter hohem Druck stehenden Gases in Abhängigkeit von der Strecke veränderbar, die das unter Druck stehende Gas überwinden muß, da das unter hohem Druck stehende Gas in den mittigen Bereich des ersten vertikalen Weges eingeblasen werden soll. Daher kann der Druck des unter hohem Druck stehenden Gases in Abhängigkeit von dem Durchmesser des ersten Weges veränderbar sein. Allgemein gesehen kann der Gasdruck des unter hohem Druck stehenden Gases durch folgende Beziehung veranschaulicht werden:
P = K x Di x Dj
wobei: P der Gasdruck (kg/cm²),
K im Bereich von 0,15 bis 0,80,
i 3,8/d + 1
j 2/3,
d der Abgabedüsendurchmesser (in mm),
und D der Durchmesser des ersten Weges
ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Druck des unter hohem Druck stehenden Gases im Bereich von 30 kg/cm² bis ungefähr 50 kg/cm² und der Druck des unter niedrigem Druck stehenden Gases in einem Bereich zwischen dem statischen Druck der Metallschmelze und 9,9 kg/cm².
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Entgasung von Metallschmelze vorgeschlagen mit:
einem Container zur Aufnahme von Metallschmelze;
einer Entgasungskammer, die über dem Behälter angeordnet und zur Aufrechterhaltung eines Vakuums in dem Behälter mit einer Vakuumquelle verbunden ist;
einem ersten Weg für die Zuführung der Metallschmelze von dem Behälter zu der Entgasungskammer;
einem zweiten Weg für die Rückführung der Metallschmelze von der Entgasungskammer zu dem Behälter;
einer Hochdruckgasabgabeeinrichtung zur Abgabe eines unter hohem Druck stehenden Gases in die Metallschmelze in dem ersten Weg;
einer Niederdruckgasabgabeeinrichtung zur Abgabe eines unter niedrigem Druck stehenden Gases in die Metallschmelze in dem ersten Weg, und
Einrichtungen zur Regelung der Drücke des unter hohem Druck stehenden Gases und des unter niedrigem Druck stehenden Gases unabhängig voneinander, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckgasabgabeeinrichtung eine geringere Gasdurchflußfläche aufweist als die der Niederdruckgasabgabeeinrichtung.
Die Hochdruckgasabgabeeinrichtung hat eine geringere Gasdurchflußfläche als die der Niederdruckgasabgabeeinrichtung, um eine Gleichmäßigkeit der Gasdurchflußrate in dem von den Hochdruck- und Niederdruckgasabgabeeinrichtungen abgegebenen Gas zu erreichen. Bei der bevorzugten Ausgestaltung weist die Hochdruckgasabgabeeinrichtung eine Vielzahl erster Düsen auf, die in Umfangsrichtung ausgerichtet sind, und die Niederdruckgasabgabeeinrichtung weist eine Vielzahl von zweiten Düsen auf, die in Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Die ersten und zweiten Düsen sind an zueinander unterschiedlichen vertikalen Höhen angeordnet. Insbesondere sind die ersten über den Umfang verteilten Düsen in einer niedrigeren Höhe angeordnet als die zweiten über den Umfang verteilten Düsen. Die ersten und zweiten Düsen können Achsen aufweisen, die sich im wesentlichen quer zu der Achse des ersten Weges erstrecken.
Die vorliegende Erfindung läßt sich vollständiger anhand der anschließenden detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung verstehen, welches jedoch nicht als die Erfindung auf die besondere Ausführungsform beschränkend zu verstehen ist, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dient.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer RH-Entgasungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des wesentlichen Teils der RH-Entgasungsvorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 3a und 3b Darstellungen von wasserverwendenden Modellen, die die Beziehung zwischen der Blasenbildung und dem Druck des abgegebenen Gases verdeutlichen
Fig. 4a und 4b Graphen, die die Veränderung der Zirkulationsrate der Metallschmelze in der Vakuumkammer in Abhängigkeit von der Durchflußrate des eingeblasenen Gases zeigen;
Fig. 5 eine erklärende Darstellung eines Abschnitts um die Auslaßöffnung einer Auslaßdüse in einer Entgasungsvorrichtung;
Fig. 6 einen Graphen, der die Veränderung der Durchflußrate der Metallschmelze in Abhängigkeit von der Gasdurchflußrate zeigt, wenn Argon und eine Argon/Sauerstoff-Mischung verwendet werden, und
Fig. 7 einen Graphen, der die Veränderung der Größe des um die Auslaßöffnung der Auslaßdüse gebildeten Pilzes in Abhängigkeit von der Gasdurchflußrate zeigt, wenn die in Fig. 6 verwendeten Gase verwendet werden.
Bezugnehmend auf die Zeichnung, insbesondere die Fig. 1 und 2, wird nun die bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen RH-Entgasungsvorrichtung beschrieben, mit einem Metallschmelze 12 enthaltenden Metallschmelzenbehälter 10 bspw. einer Metallschmelzengießpfanne, und einer Entgasungsvorrichtung 14, die eine Entgasungskammer 16 aufweist. Die Entgasungskammer 16 ist mit einer (nicht dargestellten) Vakuumdruckquelle verbunden, um unter Vakuum gehalten zu werden. Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist die Entgasungsvorrichtung 14 oberhalb des Behälters 10 angeordnet. Bei der gezeigten Ausgestaltung weist die Entgasungsvorrichtung 14 einen Zuführ- (oder Saug-) Leitungsabschnitt 18 und einen Rückführleitungsabschnitt 20 auf. Der Zuführleitungsabschnitt 18 und der Rückführleitungsabschnitt 20 sind einstückig mit dem Grundkörper der Entgasungsvorrichtung 14 ausgebildet und stehen an ihren oberen Enden mit der Entgasungskammer 16 in Verbindung. Die unteren Enden des Zuführleitungsabschnittes 18 und des Rückführleitungsabschnitts 20 sind in die Metallschmelze 12 in dem Behälter 10 eingetaucht. Daher sind der Metallschmelzenbehälter 10 und die Entgasungskammer 14 miteinander über den Zuführleitungsabschnitt 18 und den Rückführleitungsabschnitt 20 verbunden. Die Metallschmelze 12 in dem Behälter 10 steigt über den Zuführleitungsabschnitt 18 zu der Entgasungskammer 16 und rezirkuliert in den Behälter 10 über den Rückführleitungsabschnitt 20.
Eine Vielzahl von Hochdruckabgabedüsen 22 und Niederdruckgasabgabedüsen 24 sind in dem durch den Zuführleitungsabschnitt 18 gebildeten Zuführweg 26 vorgesehen. Die Achsen der Düsen 22 und 24 sind mindestens bei den Gasauslaßöffnungen im wesentlichen quer zu der Achse des Zuführleitungsabschnitts 18 angeordnet. Die Hochdruckgasabgabedüsen 22 sind mit einer (nicht dargestellten) Hochdruckgasquelle verbunden. Auf ähnliche Weise sind die Niederdruckgasabgabedüsen 24 mit einer (nicht dargestellten) Niederdruckgasquelle verbunden. Wie dargestellt, sind die Hoch- und Niederdruckdüsen 22 und 24 an unterschiedlichen vertikalen Höhen angeordnet (vgl. insbesondere Fig. 2) ergibt. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Hochdruckgasabgabedüsen 22 in einer niedrigeren Höhe angeordnet als die Niederdruckgasabgabedüsen 24 und sind mit festgelegten Winkelabständen über den Umfang verteilt. Auf ähnliche Weise sind die Niederdruckgasabgabedüsen 24 mit festgelegten Winkelabständen über den Umfang höher als die Hochdruckgasabgabedüsen angeordnet. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist der Innendurchmesser der Hochdruckgasabgabedüsen 22 kleiner als der der Niederdruckgasabgabedüsen 24. Das Durchmesserverhältnis der Hochdruckgasabgabedüsen 22 und der Niederdruckgasabgabedüsen 24 wird im Hinblick auf das Verhältnis des dadurch abzugebenden Gasdruckes derart festgelegt, daß die Gasdurchflußraten im zentralen Bereich und im Umfangsbereich des Zuführleitungsabschnitts 18 gleich werden, um eine gleichmäßige Blasenerzeugung in den jeweiligen Abschnitten zu erreichen.
Obwohl die dargestellte Ausführungsform eine Anordnung verwendet, bei der die Hoch- und Niederdruckgasabgabedüsen 22 und 24 in der Höhe zueinander versetzt sind, ist es auch möglich, die Hochdruckgasabgabedüsen und die Niederdruckgasabgabedüsen auf derselben Höhe anzuordnen. Obwohl bei der gezeigten Ausführungsform die Hochdruckgasabgabedüsen über den Umfang verteilt in einer geringeren Höhe und die Niederdruckgasabgabedüsen über den Umfang verteilt in einer höheren Höhe angeordnet sind, ist es auch möglich, die Hoch- und Niederdruckgasabgabedüsen in unterschiedlichen Höhen in einer über den Umfang anders verteilten Anordnung vorzusehen. Die dargestellte Anordnung der Düsen ist jedoch im Hinblick auf die Vermeidung von ansonsten ggf. vorkommenden gegenseitigen Beeinflussungen des Hoch- und Niederdruckgases, das durch die Hoch- und Niederdruckgasabgabedüsen austritt, bevorzugt.
Die Gasdurchflußrate q in dem Zuführleitungsabschnitt 18 ist proportional zu dem Austrittsdüsendurchmesser d und dem Austrittsgasdruck P. Daher kann die Gasdurchflußrate nach folgender Formel berechnet werden:
q = b x di x P
Andererseits ist die Entfernung Lh, die durch das Gas überwunden wird, proportional der Geschwindigkeit des Gases. Die Entfernung Lh kann veranschaulicht werden durch:
Lh = a x (q/d)j
= a (b x di x P/d)j
Da das unter hohem Druck stehende Gas den zentralen Bereich des Zufuhrleitungsabschnitts 18 erreichen soll, ergibt sich die Entfernung Lh durch:
Lh = D/2
Andererseits ist der Druck des unter hohem Druck stehenden Gases in Abhängigkeit von der Entfernung, die das unter Druck stehende Gas zurücklegen muß, veränderlich, da das unter hohem Druck stehende Gas in den zentralen Bereich des ersten Weges eingeblasen werden soll. Daher kann der Druck des unter hohem Druck stehenden Gases in Abhängigkeit von dem Durchmesser des ersten Weges veränderlich sein. In einer allgemeinen Betrachtung kann der Gasdruck des unter hohem Druck stehenden Gases durch folgende Formel veranschaulicht werden:
P = K x d-(i-2) x D1/j
wobei: D der Durchmesser des Zuführleitungsabschnitts 18;
K 0,15 bis 0,8 und ein durch Experimente erhaltener Koeffizient ist.
Um die optimalen Werte für K, i und j festzulegen, wurden Experimente durchgeführt. Es hat sich herausgestellt, daß die beste Funktion bei folgenden Bedingungen erreicht wird:
K: 0,15 bis 0,8
i: 3,8/d + 2
j: 2/3
Um die Wirkung des Gasdurchflusses zur Erhöhung der Durchflußrate der Metallschmelze in die Entgasungskammer 16 zu bestätigen, wurden die in den Fig. 3a und 3b gezeigten Modelle vorbereitet. Das Modell gemäß Fig. 3a ist dazu bestimmt, unter niedrigem Druck stehendes Gas abzugeben, und das Modell gemäß Fig. 3b ist dazu gedacht, unter hohem Druck stehendes Gas abzugeben. Es wurden Versuche durchgeführt, wobei Wasser als Flüssigkeit verwendet wurde. Wie sich aus den Fig. 3a und 3b ergibt, verändert sich die radiale Entfernung, in welcher Blasen gebildet werden, in Abhängigkeit von dem Druck des austretenden Gases.
In den Fig. 3a und 3b zeigen Pfeile die Geschwindigkeit des Wasserstroms. Anhand der mit den oben beschriebenen Versuchen erhaltenen Ergebnisse wurde für den Zuführleitungsabschnitt 18 mit einem Innendurchmesser von 40 bis 50 cm der Gasdruck, der durch die Hochdruckgasabgabedüsen 22 austritt, in einem Bereich von 30 bis 50 kg/cm² und der Gasdruck, der durch die Niederdruckgasabgabedüsen 24 austritt, in einem Bereich von 0 bis 9,9 kg/cm² festgelegt.
Bei einem praktischen Entgasungsvorgang wird die Gasdurchflußrate durch die Hochdruckgasabgabedüsen 22 bei einem Wert von ungefähr 1000 Nl/min und die Gasdurchflußrate durch die Niederdruckgasabgabedüsen 24 in einem Bereich von 1500 bis 2000 Nl/min festgelegt.
Mit der oben beschriebenen Anordnung wurde die Durchflußrate der Metallschmelze in der Entgasungskammer im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung um etwa 90% erhöht und die Dauer der Entgasungsbehandlung konnte um ca. 50% verkürzt werden.
In dem oben beschriebenen Entgasungsprozeß wurde in herkömmlicher Weise Argon-Gas als in den Zuführweg einzublasendes Inertgas verwendet. Durch das Austreten des Gases durch die Gasabgabedüsen 22 und 24 wird die Metallschmelze um deren Auslaßöffnungen herum abgekühlt. Als Folge des Abkühlens der Metallschmelze wächst ein Pilz 30 um die Auslaßöffnungen der Düse (vgl. Fig. 5). Wenn der Pilz 30 um die Auslaßöffnung der Düse wächst, muß das unter Druck stehende Gas durch Öffnungen 32 eines geringeren Durchmessers fließen. Da der Innendurchmesser der Öffnungen 32 wesentlich kleiner ist und einen Widerstand gegenüber dem Gasstrom darstellt, kann der Gasauslaßdruck derart verringert werden, daß er nicht mehr ausreicht, den zentralen Abschnitt des Zufuhrweges zu erreichen, selbst wenn unter hohem Druck stehendes Gas zugeführt wird.
Um ein Wachsen des Pilzes um die Auslaßöffnungen der Gasauslaßdüsen zu vermeiden, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Entgasungsvorrichtung ein Inertgas, wie Argon-Gas mit einem bestimmten Anteil an O&sub2;, bspw. in einem Bereich von 0,1 bis 20,0 %, vorzugsweise in einem Bereich von 1,0 bis 5,0%, verwendet. Fig. 7 zeigt den Durchmesser von während des Gaseinblasens gebildeten Pilzen. Wie sich aus Fig. 7 ergibt, vergrößert sich bei der Verwendung von Argon-Gas, das kein O&sub2; enthält, der Durchmesser des Pilzes, wenn sich die Gasdurchflußrate erhöht. Andererseits kann der Durchmesser des Pilzes wesentlich kleiner gehalten werden, wenn das Inertgas O&sub2; enthält.
Um die Funktion der oben beschriebenen Entgasungsvorrichtung zu bestätigen, wurde ein Entgasungsvorgang für Metallschmelze in einer Gießpfanne mit einem Volumen von 250 Tonnen unter Verwendung variabler Gasdurchflußraten durchgeführt. Es wurden Versuche durchgeführt, bei welchen Ar-Gas ohne O&sub2;-Gas und Ar-Gas mit 5% O&sub2; verwendet wurde, um die Metallschmelzendurchflußrate in einem Zufuhrleitungsabschnitt mit einem Innendurchmesser von 550 mm zu untersuchen. Die Metallschmelzendurchflußrate zu der Entgasungskammer 16 war im Verhältnis zu der Gasdurchflußrate bei einer Gasdurchflußrate 1500 Nl/min, im wesentlichen konstant, wenn reines Ar-Gas verwendet wurde. Andererseits erhöhte sich, im Falle eines O&sub2; aufweisenden Ar-Gases die Metallschmelzendurchflußrate mit einer wachsenden Gasdurchflußrate, selbst bei einer Gasdurchflußrate 1500 Nl/min, wie in Fig. 6 dargestellt. Dies zeigt, daß in dem Inertgas enthaltenes O&sub2; die Unterdrückung des Wachstums von Pilzen um die Ausgangsöffnungen der Gasabgabedüsen bewirkt.

Claims

1. Verfahren zum Einblasen von Gas in Metallschmelze in einer Vorrichtung zur Entgasung von Metallschmelze, welche einen Metallschmelze enthaltenden Behälter (10), eine Entgasungskammer (16), die über dem Behälter angeordnet und mit einer Vakuumquelle verbunden ist, einen ersten Weg (18) (26) für die Zuführung der Metallschmelze von dem Behälter zu der Entgasungskammer, einen zweiten Weg (20) für die Rückführung der Metallschmelze von der Entgasungskammer zu dem Behälter, sowie erste und zweite Gasauslaßdüsen (22, 24), die zur Abgabe von Gas in die Metallschmelze stromaufwärts der Entgasungskammer mit dem ersten Weg verbunden sind, aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten:

Reduzierung des Druckes in der Entgasungskammer mittels der Vakuumquelle;

Einbringen eines unter hohem Druck stehenden Gases in den ersten Weg durch die ersten Gasauslaßdüsen (22), und

Einbringen eines unter niedrigem Druck stehenden Gases in den ersten Weg durch die zweiten Gasauslaßdüsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drücke des unter hohem Druck stehenden Gases und des unter niedrigem Druck stehenden Gases unabhängig voneinander geregelt werden, so daß eine gleichmäßige Gasverteilung über den ersten Weg erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das unter hohem Druck stehende Gas und das unter niedrigem Druck stehende Gas an einer Stelle, an der das unter hohem Druck stehende Gas und das unter niedrigem Druck stehende Gas in die Metallschmelze eingebracht werden, quer zu der Fließrichtung der Metallschmelze austreten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die unter hohem und unter niedrigem Druck stehenden Gase Inertgas aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die unter hohem und unter niedrigem Druck stehenden Gase zusätzlich Sauerstoff enthalten.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druck des unter hohem Druck stehenden Gases in einem wie folgt definierten Bereich liegt:

P = K x d-(i-2) x D1/j

wobei gilt: P ist der Gasdruck (kg/cm²);

K liegt im Bereich von 0,15 bis 0,80

i ist 3,8/d + 2

j ist 2/3

d ist der Abgabedüsendurchmesser

D ist der Durchmesser des ersten Weges.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druck des unter hohem Druck stehenden Gases im Bereich von 30 kg/cm² bis 50 kg/cm² liegt und der Druck des unter niedrigem Druck stehenden Gases in einem Bereich zwischen dem statischen Druck der Metallschmelze und 9,9 kg/cm² liegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Gasauslaßdüsen eine geringere Gasdurchflußfläche begrenzen als die zweiten Gasauslaßdüsen.

8. Vorrichtung zur Entgasung von Metallschmelze mit:

einem Behälter (10) zur Aufnahme von Metallschmelze;

einer Entgasungskammer (16), die über dem Behälter angeordnet und zur Aufrechterhaltung eines Vakuums in dem Behälter mit einer Vakuumquelle verbunden ist;

einem ersten Weg (18) (26) für die Zuführung der Metallschmelze von dem Behälter zu der Entgasungskammer;

einem zweiten Weg (20) für die Rückführung der Metallschmelze von der Entgasungskammer zu dem Behälter;

einer Hochdruckgasabgabeeinrichtung (22) zur Abgabe eines unter hohem Druck stehenden Gases in die Metallschmelze in dem ersten Weg;

Niederdruckgasauslaßeinrichtungen (24) zur Abgabe eines unter niedrigem Druck stehenden Gases in die Metallschmelze in dem ersten Weg, und

Einrichtungen zur Regelung der Drücke des unter hohem Druck stehenden Gases und des unter niedrigem Druck stehenden Gases unabhängig voneinander, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckgasabgabeeinrichtung (22) eine geringere Gasdurchflußfläche aufweist als die der Niederdruckgasabgabeeinrichtung (24).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Hochdruckgasabgabeeinrichtung eine Vielzahl erster Düsen aufweist, die in Umfangsrichtung ausgerichtet sind, und wobei die Niederdruckgasabgabeeinrichtung eine Vielzahl von zweiten Düsen aufweist, die in Umfangsrichtung ausgerichtet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die ersten und zweiten Düsen an zueinander unterschiedlichen vertikalen Höhen angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die ersten Düsen in einer niedrigeren Höhe angeordnet sind als die zweiten Düsen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei sich die Achsen der ersten und zweiten Düsen im wesentlichen quer zu der Achse des ersten Weges erstrecken.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Vorrichtung Vorräte an unter hohem Druck und an unter niedrigem Druck stehenden Gas aufweist und wobei die unter hohem Druck und die unter niedrigem Druck stehenden Gase Inertgas aufweisen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die unter hohem und die unter niedrigem Druck stehenden Gase Sauerstoff enthalten.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Vorrichtung Vorräte an unter hohem Druck stehenden und an unter niedrigem Druck stehenden Gas aufweist, der Druck des unter hohem Druck stehenden Gases in einem Bereich von 30 kg/cm² bis ungefähr 50 kg/cm² liegt, und der Druck des unter niedrigem Druck stehenden Gases in einem Bereich von dem statischen Druck der Metallschmelze bis 9,9 kg/cm² liegt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder einem der Ansprüche 10 bis 15, soweit diese von Anspruch 9 abhängen, welche so ausgelegt ist, daß der Druck des unter hohem Druck stehenden Gases in einem wie folgt definierten Bereich liegt:

P = K x d-(i-2) x D1/j,

wobei gilt: P ist der Gasdruck (kg/cm²);

K liegt im Bereich von 0,15 bis 0,80;

i ist 3,8/d + 2;

j ist 2/3

d ist der Abgabedüsendurchmesser (mm); und

D ist der Durchmesser des ersten Weges.