DE4114607C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Umlaufentgasen von Stahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Umlaufentgasen von Stahl in einer Vakuumanlage mit portionsweiser Zugabe von Legierungsmitteln.

Im Gegensatz zu anderen Vakuumverfahren wird beim konti­ nuierlich arbeitenden Umlaufverfahren seit der Entwick­ lung der Vakuumbehandlung von flüssigem Stahl, d. h. etwa ab dem Jahre 1950, unterhalb der Vakuumschleuse stets ein in einem vakuumdichten Gehäuse abgeschotteter Ver­ teiler (Schwingförder- bzw. Vibrationsrinne, Zellrad) angeordnet, der es erlaubt, die Legierungsmittel konti­ nuierlich, entsprechend dem Stahlumlauf in die Schmelze eines Umlaufentgasungsgefäßes zuzugeben. Obwohl für eine andere Art der Teilmengen-Vakuumentgasung, nämlich das Heber- bzw. DH-Verfahren, das nicht gleichmäßige, dis­ kontinuierliche - und zwar im Rhythmus des Hebens und Senkens entweder des Umlaufentgasungsgefäßes oder der Abstichpfanne - Zugeben von Legierungsmitteln seit Be­ ginn der Vakuumentgasung praktiziert wird, wurde welt­ weit bei der Teilmengenentgasung nach dem Umlaufverfah­ ren nicht von der kontinuierlichen Zugabe von Legie­ rungsmitteln abgewichen. Denn dort findet auch ein kon­ tinuierlicher Umlauf der zu entgasenden Stahlmenge statt, die aus der Abstichpfanne heraus über einen Ein­ laufrüssel in das Umlaufentgasungsgefäß und über einen Auslaufrüssel in die Abstichpfanne zurückfließt. Das beim Umlaufverfahren kontinuierliche Zugeben der Legie­ rungsmittel erfordert einen beträchtlichen Anlagenauf­ wand, da ein geeigneter Verteiler, wie eine Schwingför­ derrinne oder ein Zellrad, aufwendig in einem vakuum­ dichten Gehäuse zwischen dem Umlaufentgasungsgefäß und einer Vakuumschleuse angeordnet werden muß, was zudem die Bauhöhe der Anlage vergrößert. Diese Nachteile wur­ den gleichwohl in Kauf genommen und dem kontinuierlichen Stahlumlauf eine kontinuierliche Legierungsmittelzugabe zugeordnet, um zu verhindern, daß aufgrund einer mögli­ cherweise nicht sicheren Dosierung eine Schmelze zu Schrott wird.

Ein Umlaufentgasungsverfahren der eingangs erwähnten Art beschreibt die österreichische Patentschrift 365 239. Bei diesem Verfahren werden die Legierungsmittel in eine ruhende Teilmenge der Schmelze gegeben und dort in Lö­ sung gebracht, ehe die Schmelze das Umlaufentgasungsge­ fäß wieder verläßt. Dabei verbleibt die betreffende Teilmenge eine vorgegebene Zeit von üblicherweise 10 bis 30 Minuten im Entgasungsgefäß, während derer die Um­ laufentgasung unterbrochen ist. Die dadurch bedingte Verlängerung der Entgasungszeit macht ein Erwärmen der Schmelze erforderlich, um so die mit der Legierungszu­ gabe und der Haltezeit verbundenen Wärmeverluste auszu­ gleichen.

Des weiteren ist aus "Steel Times", Nov. 1972, Seiten 813 bis 817 ein Entgasungsgefäß mit einer Vakuumschleuse bekannt, bei dem die Legierungsmittelzugabe mit Hilfe eines Doppelventils geschieht. Stromab von dem Doppel­ ventil bzw. der Vakuumschleuse ist in einer besonderen Nebenkammer des Entgasungsgefäßes eine Vibrationsrinne angeordnet, die das, was das Doppelventil liefert, über eine Schurre der Schmelze zuführt. Aus der Anordnung der Vibrationsrinne zwischen der Schleuse bzw. deren Auslaß­ ventil und der Schurre ergibt sich, daß die Zuschlags­ stoffe bzw. Legierungsmittel kontinuierlich in das Um­ laufentgasungsgefäß und damit in die Schmelze einge­ bracht werden.

Schließlich beschreibt die deutsche Auslegeschrift 17 58 696 ein Umlaufentgasungsgefäß mit einer Schleuse sowie mindestens einem Einfülltrichter und zwei Ventilen, zwi­ schen denen sich ein Schleusenraum befindet. In welcher Weise das Auslaufventil betrieben wird und demgemäß die Zuschlagsstoffe bzw. Legierungsmittel in die Schmelze eingetragen werden, bleibt dabei offen.

Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfin­ dung das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vor­ richtung zu schaffen, bei denen sich der Anlagenaufwand für die Umlaufentgasung in einer Vakuumanlage verringert und der Betrieb der Anlage vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art die Le­ gierungsmittel bei kontinuierlichem Stahlumlauf zugege­ ben werden.

Wie sich völlig überraschend und entgegen allen bisheri­ gen Erkenntnissen herausgestellt hat, kann auch beim Um­ laufverfahren auf einen Verteiler zum kontinuierlichen Zuführen von Legierungsmitteln verzichtet werden. Viel­ mehr ist ein portionsweises bzw. diskontinuierliches Zu­ geben der Legierungsmittel möglich. Sämtliche mit dem Einsatz eines Verteilers verbundenen Nachteile sind da­ mit auf einen Schlag behoben.

Wenn die einzelnen Portionen in einem Zeittakt von vor­ zugsweise 5 bis 30 Sekunden zugegeben werden, läßt sich die beim Umlaufverfahren bisher über einen längeren Zeitraum kontinuierlich maximal zugabefähige Menge so portionieren, daß im gleichen Zeitraum wie bei der kon­ tinuierlichen Zugabe eine insgesamt gleiche Menge wie dort zugegeben wird. Im Umlaufentgasungsgefäß kommt es zu keiner Blockierung, und auch Schwierigkeiten beim Durchmischen in der Pfanne stellen sich nicht ein. Die Homogenisierung in der Pfanne ist bei dem obigen Zugabe­ takt in ca. 1 Minute nach der letzten Zugabe erreicht.

Zum Durchführen des Verfahrens eignet sich eine an sich bekannte Vakuumschleuse; sie kann einen Sammeltrichter, ei­ nen darunter angeordneten Schleusenraum mit einem Auslauf­ rohr und den Schleusenraum zum Sammeltrichter und zum Aus­ laufrohr hin dichtend abschließende Verschlüsse aufweisen. Für die Zugabe von Legierungsmitteln wird somit eine nach einem Zweikammer-System arbeitende Vakuumschleuse einge­ setzt.

Der Schleusenraum kann von heb- und senkbaren Glockenver­ schlüssen abgedichtet verschlossen werden, von denen sich ein oberer Glockenverschluß im Sammeltrichter und ein unte­ rer Glockenverschluß im Schleusenraum anordnen läßt. Die beiden, vorzugsweise mit Kolbenstangen pneumatischer Stell­ zylinder verbundenen und somit pneumatisch betätigten Glockenverschlüsse dichten die Vakuumschleuse somit sowohl nach oben zum Sammeltrichter als auch nach unten zum Aus­ laufrohr hin ab.

Die erfindungsgemäß taktweise Zugabe von Legierungsmitteln in das Vakuumgefäß während der Vakuumbehandlung nach dem Umlaufverfahren geschieht folgendermaßen:

• - Die Legierungsmittel befinden sich im Sammeltrichter, die beiden Glockenverschlüsse der Vakuumschleuse sind geschlossen und der Schleusenraum ist evakuiert;
• - der Schleusenraum wird über ein Ventil geflutet und auf Atmosphärendruck gebracht;
• - der obere, im nach oben offenen Sammeltrichter angeord­ nete Glockenverschluß wird geöffnet, so daß die Zugaben in den Schleusenraum fallen können;
• - der obere Glockenverschluß wird anschließend wieder ge­ schlossen und der Schleusenraum evakuiert;
• - der untere Glockenverschluß wird geöffnet, so daß die Zugaben durch das Auslaufrohr in die Schmelze im Vakuum­ behälter gelangen; und
• - der untere Glockenverschluß wird geschlossen, und der beschriebene Vorgang beginnt von neuem.

Wenn der Sammeltrichter, der Schleusenraum und zumindest der untere Glockenverschluß samt Kolbenstange mit einer Schleißauskleidung versehen sind, ergeben sich für die Va­ kuumschleuse höhere Standzeiten.

Anstelle einer Vakuumschleuse läßt sich ein die Legierungs­ mittel aufnehmender, zum Vakuumgefäß hin schließbarer Vaku­ umbehälter vorsehen. Auch in diesem Fall kann eins dem Vakuumgefäß ansonsten vorgeschaltete Zugabeeinrichtung (Ver­ teiler) entfallen. Der vor der Umlaufentgasung mit Legie­ rungsmitteln gefüllte Vakuumbehälter kann zum taktweisen Öffnen und portionierten Zubeben der Legierungsmittel an seinem Auslauf eine Klappe, einen Schieber oder einen Kegel­ verschluß aufweisen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schema-Darstellung einer das Umlaufverfahren ohne Verteiler erlaubenden Vakuumanlage;

Fig. 2 als Einzelheit die Vakuumschleuse gemäß Fig. 1; und

Fig. 3 eine Schema-Darstellung einer zum Stand der Technik zählenden Vakuumanlage für die Umlaufentgasung von Stahl.

Eine Vakuumanlage 1 zum Durchführen der Umlaufentgasung bzw. des Umlaufverfahrens von Stahl, die ohne einen die Bauhöhe der Anlage erheblich vergrößernden, außerdem aufwen­ dig in einem vakuumdichten Gehäuse unterzubringenden Vertei­ ler 10 (vgl. Fig. 3) auskommt, besitzt zur taktweisen Zuga­ be von Legierungsmitteln eine in Form eines Zweikammer-Sy­ stems ausgebildete Vakuumschleuse 2 (vgl. Fig. 2). Sie besteht aus einem Sammeltrichter 3, dem sich in Material­ flußrichtung, d. h. unten ein trichterartiger Schleusenraum 4 anschließt, von dessen Mündung 5 ein an seinem unteren Ende einen Beschickungsstutzen 6 aufweisendes Auslaufrohr 9 zu einem Vakuumgefäß 8 fuhrt, das mit zwei Saugrüsseln bzw. Rohren 9 in die Schmelze einer nicht dargestellten Gießpfan­ ne eintaucht.

Der Schleusenraum 4 der als Zweikammer-System ausgebildeten Vakuumschleuse 2 ist sowohl an seiner Mündung 5, d. h. zum Auslaufrohr 7 als auch zum Sammeltrichter 3 hin abgedich­ tet. Zu diesem Zweck ist im Sammeltrichter 3 ein oberer und im Schleusenraum 4 ein unterer Glockenverschluß 11 bzw. 12 heb- und senkbar angeordnet. Zum Heben und Senken der Glockenverschlüsse 11, 12 - die geöffneten, angehobenen Positionen sind in Fig. 2 mit 11' bzw. 12' beziffert - sind jeweils oben am Sammeltrichter 3 und dem vakuumdichten Schleusenraum 4 in vertikaler Bauweise Pneumatikzylinder 13 angeflanscht, und die Glockenverschlüsse 11, 12 sind mit den freien Enden der Kolbenstangen 14 der Pneumatikzylinder verbunden.

Zwischen dem Auslauf des Semmeltrichters 3 und dem Schleu­ senraum 4 ist ein Übergangsstutzen 15 angeordnet, und der Schleusenraum 4 ist mit einem zum Evakuieren und Fluten benötigten Anschlußstutzen 16 sowie einer den Füllstand der in den Schleusenraum 4 zugegebenen Legierungsmittel über­ wachenden Meßsonde 17 versehen.

Um während der Vakuumbehandlung von Stahl im Vakuumgefäß 8 die im Sammeltrichter 3 bevorrateten Legierungsmittel oder Kühlschrott diskontinuierlich, taktweise gesteuert - wie beim DH-Verfahren - zugeben zu können, wird der Schleusen­ raum 4 - bei geschlossenen Glockenverschlüssen 11, 12 (vgl. in Fig. 2 die abgesenkten Positionen) und evakuiertem Schleusenraum 4 - zunächst über den Anschlußstutzen 16 geflutet, bis in ihm Atmosphärendruck herrscht. Der obere Glockenverschluß wird in die in Fig. 2 mit 11' bezifferte Position angehoben und der Sammeltrichter 3 damit geöffnet, so daß die Legierungsmittel in den darunterliegenden Schleu­ senraum 4 fallen können. Sobald nach einer bestimmten Zeit eine entsprechende Menge Legierungsmittel in den Schleusen­ raum 4 gelangt ist, wird der obere Glockenverschluß 11 abgesenkt und damit der Zugang zum Schleusenraum 4 hin abgedichtet. Danach werden der Schleusenraum 4 evakuiert und der untere Glockenverschluß 12 in die geöffnete Positi­ on (vgl. die Ziffer 12') angehoben, so daß die Legierungs­ mittel über die Mündung 5 in das Auslaufrohr 7 (vgl. Fig. 1) fallen können und somit in die Schmelze gelangen. Nach der Zugabe der Legierungsmittel in die Schmelze wird der untere Glockenverschluß 12 wieder abgesenkt sowie der Schleusenraum 4 vakuumdicht verschlossen, und die taktweise gesteuerte Zugabe kann aufs Neue beginnen.

Aufgrund der somit beim Umlaufverfahren diskontinuierli­ chen, taktweisen Zugabe mengenmäßig portionierter Legie­ rungsmittel kann ein in Fig. 3 dargestellter, für eine bisher bekannte Vakuumanlage 18 zum Durchführen des Umlauf­ verfahrens erforderlicher, dort zwischen dem Vakuumgefäß 8 und der Vakuumschleuse 2 angeordneter, in einem vakuumdich­ ten Gehäuse angeordneter Verteiler 10 (Schwingförderer, Zellrad) ganz entfallen. Dem Sammeltrichter 3 der Vakuum­ schleuse 2 werden die Legierungsmittel von nicht dargestell­ ten Vorratsbunkern über beispielsweise einen Steigförderer 19 zugeführt. Wie sich bei einem Vergleich der in Fig. 1 und Fig. 3 dargestellten Vakuumanlagen 1 bzw. 18 ergibt, läßt sich bei der erfindungsgemäß ohne Verteiler zu betrei­ benden Vakuumanlage nach Fig. 1 die Bauhöhe der Anlage - abgesehen von dem wesentlich kleineren baulichen Aufwand - erheblich verringern, denn der ansonsten in einem vakuum­ dichten Gehäuse angeordnete Verteiler 10 beansprucht viel Platz.

Claims (9)

1. Verfahren zum Umlaufentgasen von Stahl in einer Vakuumanlage mit portionsweiser Zugabe von Legie­ rungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die Legie­ rungsmittel bei kontinuierlichem Stahlumlauf zugege­ ben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Portionen im Zeittakt von 5 bis 30 Sekunden zugege­ ben werden.

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zum Um­ laufentgasen von Stahl in einer Vakuumanlage mit portionsweiser Zugabe von Legierungsmitteln nach An­ spruch 1, gekennzeichnet durch eine Vakuumschleuse (2) mit einem Sammeltrichter (3), einem darunter an­ geordneten Schleusenraum (4) mit einem Auslaufrohr (7) und den Schleusenraum (4) zum Sammeltrichter (3) und zum Auslaufrohr (7) hin dichtend abschließenden Verschlüssen (11, 12).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den Schleusenraum (4) abdichtende, heb- und senkbare Glockenverschlüsse (11, 12).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberer Glockenverschluß (11) im Sammeltrichter (3) und ein unterer Glockenverschluß (12) im Schleusen­ raum (4) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glockenver­ schlüsse (11, 12) mit Kolbenstangen (14) pneuma­ tischer Stellzylinder (13) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammeltrichter (3), der Schleusenraum (4) und zumindest der untere Glockenverschluß (12) samt Kolbenstange (14) schleiß­ verkleidet sind.

8. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach An­ spruch 1, gekennzeichnet durch einen die Legierungs­ mittel aufnehmenden, zum Vakuumgefäß (8) hin ver­ schließbaren Vakuumbehälter.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumbehälter schleißverkleidet ist.