DE69412228T2

DE69412228T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Stahl in einem Behälter

Info

Publication number: DE69412228T2
Application number: DE69412228T
Authority: DE
Inventors: Madjid St. Charles Illinois 60174 Soofi
Original assignee: Magneco Metrel Inc
Current assignee: Magneco Metrel Inc
Priority date: 1994-01-11
Filing date: 1994-12-30
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2014-12-31
Also published as: EP0662522A2; EP0662522B1; US5382004A; ES2119096T3; ATE169347T1; CA2139553C; EP0662522A3; US5456452A; CA2139553A1; DE69412228D1; US5391348A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von Ausgangsstahl mit Legierungsbestandteilen im In-Line-Verfahren in einem Zwischengießgefäß zur Herstellung verschiedener Stahllegierungen.
Große Stahlwerke haben herkömmlicherweise Chargen von Stahllegierungen in Gießpfannen hergestellt. Um Stahllegierungen herzustellen, ist Ausgangsstahl mit verschiedenen Legierungselementen, beispielsweise Kupfer, Mangan, Chrom, Zink, Nickel und/oder Kobalt in Chargen-Gießpfannen verbunden worden, die Chargengrößen aufweisen, die normalerweise über 203 Mg (200 t) liegen. Okonomisch ist es nicht effektiv, weniger als eine volle Charge einer bestimmten Legiemngsstahlqualität in einer Gieß pfanne herzustellen. Daher haben große Stahluntemehmen normalerweise eine Bestellung von weniger als einer Gießpfannen-Charge für eine bestimmte Stahlqualität nicht angenommen.
Ungeachtet der bisherigen Schwierigkeiten in Stahlwerken, Mengen für kleine Aufträge herzustellen, hat es stets einen gewissen Bedarffür kleine Bestellmengen von Stahlle-gierungen durch Stahlkonsumenten gegeben. In der Vergangenheit sind diese kleineren Aufträge durch spezialisierte Hersteller bearbeitet worden, die kleinere Gießpfannen usw. benutzten. In den letzten Jahren ist der Bedarf an kleineren Aufträgen für Stahllegierungen stark angestiegen, während die Nachfrage nach größeren Mengen stagnierte bzw. absank. Dadurch entsteht ein zunehmender Druck auf große Stahluntemehmen, geeignete, ökonomisch effektive Verfahren zur Herstellung von kleineren Mengen (d.h. weniger als 203 Mg (200 t) Chargengröße) von Stahllegierungen zu entwickeln.
Ein weiteres Problem, vor dem große Stahlhersteller insbesondere bei Aufträgen mittlerer Größe von nur einer oder wenigen Gießpfannen stehen, ist der Verlust von Stahl während des Übergangs von einer Legierungsqualität zu einer anderen. Nachdem eine Stahllegierung in einer Gießpfanne hergestellt worden ist, wird der geschmolzene Stahl einem Zwischengießgefäß zugeführt, um den Stahl zu reinigen und ihn auf verschiedene Gießmaschinen und/oder Formen zu verteilen. In einer normalen großen Stahlgießerei wird ein einzelnes Zwischengießgefäß wahlweise von mehr als einer und häufig mehreren verschiedenen Gießpfannen gespeist, die jeweils eine andere Stahlqualität enthalten.
Wenn ein Zwischengießgefäß von einer Gießpfanne zu einer anderen verschoben wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit in das Zwischengießgefäß hinein aus der ersten Gießpfanne allmählich verringert, bis der Pegel des geschmolzenen Stahls in dem Zwischengießgefäß erheblich abnimmt. So kann beispielsweise die Strömungsmenge in ein Zwischengießgefäß mit einem Fassungsvermögen von 56 Mg (55 t) von 5 Mg (5 t) pro min auf 2 Mg (2 t) pro min verringert werden, bis der Pegel des geschmolzenen Stahls in dem Zwischengießgefäß auf unter 25 Mg (25 t) absinkt. Wenn dieser niedrigere Pegel erreicht ist, wird der Strom in das Zwischengießgefäß aus der ersten Gießpfanne unterbrochen, und der Strom aus der zweiten Gießpfanne beginnt, und zwar zunächst mit einer niedrigen Strömungsmenge, die ausreicht, um den niedrigeren Pegel von geschmolzenem Stahl in dem Zwischengießgefäß gerade aufrechtzuerhalten.
Diese niedrige Strömungsmenge wird beibehalten, bis im wesenuichen der gesamte geschmolzene Stahl (d.h. ein Sollanteil) in dem Zwischengießgefäß durch Stahl aus der zweiten Gießpfanne ersetzt wurde. Anschließend wird der Strom in das Zwischengießgefäß aus der zweiten Gießpfanne allmählich erhöht, so beispielsweise auf 5 Mg (5 t) pro min, und der Pegel des Stahls in dem Zwischengießgefäß kann wieder auf 65 Mg (55 t) ansteigen. Während dieses Übergangs von der ersten Gießpfanne zur zweiten Gießpfanne geht eine bestimmte Stahlmenge (beispielsweise 20 Mg (20 t)) verloren, da es sich bei diesem Stahl um ein nichtverkäufliches Gemisch aus Stahl aus der ersten und der zweiten Gießpfanne handelt. Um mittlere Mengen an Stahllegierungen effektiver herstellen zu können, gibt es darüber hinaus einen Bedarffür Verarbeitungsverfahren, mit denen dieser Übergangsverlust im Zwischengießgefäß verringert werden kann.
US-A4 632 368 beschreibt ein Strangguß-Zwischengießgefäß, in dem Veredlungszusätze und Legierungselemente an der gleichen Stellen hinzugefügt werden können, an der die Gießpfanne das Zwischengießgefäß mit Stahl speist.
Die vorliegende Erfindung, die in Anspruch 1 bzw. 13 dargestellt ist, betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Stahllegierungen in einem Zwischengießgefäß, bei der die obengenannten Nachteile von Stahlherstellungsverfahren nach dem Stand der Technik wegfallen, und mit denen ein effektiver, ökonomisch effizienter Weg für große Stahlhersteller zur Erfüllung von kleinen Aufträgen unter Verwendung vorhandener Einrichtungen geschaffen wird. Bevorzugte Ausführungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2-12 bzw. 14-19 dargestellt. Eine Ausgangsstahiqualität wird in einer herkömmlichen Gießpfanne hergestellt. Der Begriff "Ausgangsstahl" wird hier als Zwischenstahlqualität definiert, die zumindest einige Elemente mit mehr als einer Legierung gemeinsam hat. Im Unterschied zu den herkömmlichen Verfahren werden die Legierungsbestandteile (d.h., die Bestandteile, die eine Qualität des fertigen Legierungsstahls von einer anderen unterscheiden) nicht der Gießpfanne zugesetzt.
Der Ausgangsstahl wird auf die gleiche Weise aus der Gießpfanne in ein herkömmliches Zwischengießgefäß geleitet wie fertiger Stahl bei einem herkömmlichen Verfahren zugeführt würde. Das Zwischengießgefäß erfüllt seine normale Funktion der Reinigung des Ausgangsstahls, indem Verunreinigungen zur Oberseite des Gefäßes schwimmen können, wo sie entfemt werden. Das Zwischengießgefäß leitet darüber hinaus den Ausgangsstahl auf einen oder mehrere Abflüsse zu, die den Stahl schließlich einem oder mehreren Gießverfahren bzw.-formen zuführen.
Über jedem Abfluß und darum herum befindet sich eine Vorrichtung, die hier als Legierungskammer bezeichnet wird. Die Legierungskammer enthält eine oder mehrere Wände, die sich von dem Abfluß aus nach oben erstrecken und den Abfluß umschließen, eine erste große Öffnung an bzw. über dem Abfluß, eine zweite große Öffnung über der ersten großen Öffnung, sowie ein Legierungsmaterial-Zuführsystem, das mit der zweiten großen Öffnung in Verbindung steht. Die Legierungskammer enthält des weiteren eine oder mehrere kleine Öffnungen, die mit dem Inneren des Zwischengießgefäßes in Verbindung stehen.
Das Legierungsmaterial-Zuführsystem enthält eine Materialquelle, beispielsweise eine Drahtquelle bzw.-spule, die sich über dem Zwischengießgefäß bzw. über dem Pegel des geschmolzenen Metalls in dem Zwischengießgefaß befindet, sowie ein Zuführrohr, das mit der Materialquelle und der zweiten großen Öffnung in der Legierungskammer in Verbindung steht. Geschmolzener Ausgangsstahl tritt in die Legierungskammer über die kleinen Öffnungen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit ein, die durch die Größe und die Anzahl der kleinen Öffnungen und den Umgebungsdruck von dem geschmolzenen Ausgangsstahl in dem Zwischengießgefäß bestimmt wird. Gleichzeitig wird Draht, der eine vorgegebene Zusammensetzung von Legierungsbestandteilen aufweist, der Legierungskammer mit einer vorgegebenen gleichmäßigen Geschwindigkeit unter Verwendung des Drahtzuführsystems zugeführt.
Der Draht, der in die Legierungskammer eintritt, schmilzt beim Kontakt mit dem geschmolzenen Ausgangsstahl und wird so kontinuierlich mit dem geschmolzenen Ausgangsstahl vermischt. Das Vermischen der Legierungsbestandteile mit dem Ausgangsstahl kann erleichtert werden, indem ein inertes Gas, beispielsweise Argon, in die Legierungskammer über die Abflußdüse eingeblasen wird. Das Vermischen kann des weiteren erleichtert werden, indem eine elektromagnetische R"hreinrichtung in die Legierungskammer bzw. in die Abflußdüse unter der Legierungskammer eingesetzt wird. Es ist ausreichend Verweilzeit in der Legierungskammer gegeben, um die geschmolzenen Bestandteile zu vermischen, bevor das Stahllegierungserzeugnis die Legierungskammer über die Abflußdüse verläßt.
Nachdem eine ausreichende Menge an Stahllegierung hergestellt wurde, kann die Erzeugung auf eine andere Stahllegierung umgestellt werden, indem lediglich zu einem anderen Legierungsbestandteildraht übergegangen wird, der eine andere vorgegebene Zusammensetzung autweist. Die Übergangszeit wird gegenüber Verfahren nach dem Stand der Technik erheblich verringert, und die während des Übergangs verlorengehende Stahlmenge wird auf ein Minimum verringert.
Angesichts des Obenstehenden bestehen ein Merkmal und ein Vorteil der Erfindung darin, daß eine Vorrichtung zum Herstellen von Stahllegierungen geschaffen wird, die die Legierungsbestandteile mit dem Ausgangsstahlmaterial in dem Zwischengießgefäß und nicht in Gießpfannen verbindet, so daß es nicht erforderlich ist, von einer Gießpfanne zu einer anderen überzugehen oder den Flüssigkeitspegel in dem Zwischengießgefäß abzusenken, wenn zu einer anderen Legierung übergegangen wird.
Ein weiteres Merkmal und ein weiterer Vorteil der Erfindung bestehen darin, daß ein Verfahren zum Herstellen von Stahllegierungen geschaffen wird, durch das die Übergangszeit, die erforderlich ist, um von einer Legierung zu einer anderen überzugehen, erheblich verkürzt wird.
Ein weiteres Merkmal und ein weiterer Vorteil der Erfindung bestehen darin, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Stahllegierungen geschaffen werden, mit dem große Stahlwerke kleine Aufträge für Legierungen effektiv und ökonomisch unter Verwendung von vorhandenen Einrichtungen bearbeiten können.
Ein weiteres Merkmal und ein weiterer Vorteil der Erfindung bestehen darin, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Stahllegierungen geschaffen werden, durch die die Menge an nichtverkäufiichem Stahl, der beim Übergang zwischen den Legierungen entsteht, erheblich verringert wird.
Die obenstehenden sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungen im Zusammenhang mit den beigefügten Beispielen und Zeichnungen besser verständlich. Die ausführliche Beschreibung, die Beispiele und Zeichnungen sind lediglich veranschaulichend und nicht einschränkend, wobei der Schutzumfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
In den Zeichnungen ist:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Gießpfanne und eines Zwischengießgefäßes mit einem einzelnen Abfluß, bei dem die Legierungskammer der Erfindung eingesetzt wird, die teilweise im Schnitt dargestellt ist.
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Zwischengießgefäß.
Fig. 3 eine Draufsicht auf das in Fig. 1 dargestellte Zuführrohr.
Fig. 4 eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht des Zuführrohrs in Fig. 3.
Fig. 5 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Legierungskammer.
Fig. 6 eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht der in Fig. 5 dargestellten Legierungskammer.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 2 zu sehen ist, hat ein Standard-Zwischengießgefäß 10 vom in der Technik bekannten Typ eine Vorderwand 12, eine Rückwand 14, zwei Seitenwände 16 und 18 sowie einen Boden 20, der einen Aufschlagbereich 22 und einen Abfluß 24 enthält. Eine Aufschlagplatte 26 mit einer sinusförmigen Oberseite ist in dem Aufschlagbereich 22 angeordnet. Die Aufschlagplatte 26 verringert die Turbulenzen und das Spritzen, die durch das Eintreten des geschmolzenen Metalls in das Zwischengießgefäß verursacht werden, auf ein Minimum. Eine aufrechtstehende Zwischengießgefäß- Trennwand 28, die sich zwischen den Seitenwänden 16 und 18 erstreckt und eine Vielzahl von Strombegrenzungsöffnungen aufweist, reguliert den Strom von geschmolzenem Metall von dem Aufschlagbereich 22 zum Abfluß 24 hin.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 zu sehen ist, wird das Zwischengießgefäß 10 in Kombination mit einer Gießpfanne 40 eingesetzt, die dem Zwischengießgefäß 10 geschmolzenes Metall 32 mit kontinuierlicher Geschwindigkeit zuführt. Die Gießpfanne 40 weist einen Auslauf 42 auf, der sich über dem Aufprallbereich 22 in das Zwischengießgefäß öffnet. In der Technik sind verschiedene Gießpfannen bekannt, und die Struktur bzw. der Typ der Gießpfanne 40 ist für die Erfindung nicht ausschlaggebend. Wenn sich das Zwischengießgefäß 10 und die Gießpfanne 40 in einem stabilen Zustand befinden, wird der Pegel des flüssigen Metalls in dem Zwischengießgefäß durch eine Linie 34 bestimmt. Bei diesem Flüssigkeitspegel entspricht die Strömungsmenge des fertigen Metalls, das aus dem Zwischengießgefäß über den Abfluß 24 austritt, ungefähr der Gesamtströmungsmenge des Metalls, das in das Zwischengießgefäß eintritt.
Für die Zwecke der Erfindung handelt es sich bei dem geschmolzenen Metall 32, das aus der Gießpfanne 40 in das Zwischengießgefäß 10 eintritt, um eine Ausgangsstahlqualität, die als jede beliebige Stahlqualität definiert ist, die verwendet werden kann, um eine Vielzahl verschiedener Legierungen herzustellen, indem lediglich die verschiedenen Legierungsbestandteile zugesetzt werden. So kann der Ausgangsstahl beispielsweise größtenteils Eisen und kleinere Mengen (d.h. Spuren) an Phosphor, Schwefel, Silicium und Stickstoff sowie andere verbreitete Bestandteile enthalten. Der Ausgangsstahl kann in verschiedene Stahllegierungen umgewandelt werden, indem beispielsweise geeignete Mengen an Kobalt, Titan, Nickel, Cadmium, Vanadium, Chrom, Chromoxid, Kupfer, Bor, Antimon, Molybdän und/oder Zinn zugesetzt werden.
Der Ausgangsstahl wird in dem Zwischengießgefäß 10 verarbeitet, d.h., sein Fluß wird durch die Trennwand 28 so reguliert, daß Aluminiumoxideinschlüsse und andere Verunreinigungen nach oben steigen, und sich der gereinigte Ausgangsstahl dem Abfluß 24 nähert. Über dem Abfluß 24 und um den Abfluß 24 herum befindet sich eine Legierungskammer 50. Die Legierungskammer 50 ermöglicht es, den Ausgangsstahl mit Legierungsbestandteilen in dem Zwischengießgefäß zu verbinden, so daß der Ausgangsstahl unmittelbar bevor der Stahl aus dem Zwischengießgefäß austritt, in eine Stahllegierung verwandelt wird.
In Fig. 5 und 6 ist zu sehen, daß die Legierungskammer 50 einen umgekehrten konischen Wandabschnitt 52, einen unteren Flansch 54 am unteren Ende der Wand sowie einen Legierungsbestandteil-Zuführeinlaß 56 am oberen Ende der Wand und einen oder mehrere Ausgangsstahl-Zuführeinlasse 58 in der Wand 52 enthält. Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Ausgangsstahl-Zuführeinlassen 58 um den Umfang der Wand 52 herum in der Nähe des unteren Endes der Wand 52 angeordnet, d.h. da, wo der Ausgangsstahl am reinsten ist. Der Flansch 54 der Kammer 50 öffnet sich, wie in Fig. 1 dargestellt, in den Abfluß 24 aus der Kammer 50 hinein und paßt enganliegend um den oberen Rand 25 der Abflußdüse 24. So kann die in der Legierungskammer 50 hergestellte Stahllegierung in die Abflußdüse 24 hinein und durch sie hindurch fließen, wobei es zu nur geringem bzw. keinem Austreten der Stahllegierung in den Hauptkörper des Zwischengießgefäßes 10 zurück kommt.
Wie in Fig. 1, 3 und 4 zu sehen ist, wird ein Legierungsbestandteildraht 38 von einer Drahtzuführeinrichtung 36, die sich über dem Zwischengießgefäß 10 befindet, über ein Zuführrohr 44 zugeführt, das sich von oberhalb des Zwischengießgefäßes 10 aus vertikal bis direkt über die Legierungskammer 50 und über den Legierungsbestandteil-Zuführeinlaß 56 in die Legierungskammer 50 hinein erstreckt.
Die Drahtzuführeinrichtung 36 kann eine herkömmliche automatische Drahtzuführeinrichtung sein, wie sie in der Technik bekannt ist, so beispielsweise eine automatische Spule. Die Einzelheiten der Drahtzuführeinrichtung 36 sind nicht von Belang. Es ist jedoch ausschlaggebend, daß die Drahtzuführeinrichtung 36 den Draht 38 kontinuierlich und in gleichbleibender vorgegebener Menge zuführen kann, und daß die vorgegebene Menge reguliert werden kann, um die Herstellung verschiedener Legierungen unterschiedlicher Zusammensetzung zu ermöglichen.
Die Zusammensetzung des Legierungsbestandteildrahtes 38 ändert sich mit der gerade hergestellten speziellen Legierung und sollte die Legierungsbestandteile in den genauen Verhältnissen enthalten, die dem Ausgangsstahl zugesetzt werden soll. So kann der Legierungsbestandteildraht, wenn dem Ausgangsstahl nur Zinn als Legierung zugesetzt werden soll, nur Zinn und keine anderen Legierungsbestandteile enthalten. Wenn jedoch Kobalt, Titan und Nickel zu dem Ausgangsstahl in gleichen Mengen zugesetzt werden sollen, sollte der Legierungsbestandteildraht gleiche Mengen an Kobalt, Titan und Nickel enthalten.
Als Alternative dazu kann eine Vielzahl von Legierungsbestandteildrähten 38 gleichzeitig in die Legierungskammer 50 geleitet werden, wobei ein Draht das Kobalt, ein Draht das Titan und ein anderer Draht das Nickel zuführt.
Das Zuführrohr 44 schützt den Legierungsbestandteildraht 38 vor Kontakt mit dem geschmolzenen Ausgangsstahl, wenn sich der Draht 38 zwischen der Drahtzuführeinrichtung 46 und der Legierungskammer 50 bewegt. Das Zuführrohr 44 enthält, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, eine Außenwand 46 mit hochtemperaturfestem feuerfestem Material, sowie einen inneren Maschen- bzw. Käfigabschnitt 48 aus fest angebrachtem Drahtoder Gittermaterial. Der innere Maschen- bzw. Käfigabschnitt 48 umgrenzt einen Zuführweg 49, über den sich der Legierungsbestandteildraht 48 bewegen kann, und verhindert, daß der Draht 38 vom Weg abweicht oder die Außenwand 46 berührt. Der innere Maschen- bzw. Käfigabschnitt 48 und die Außenwand 46 begrenzen darüber hinaus einen Raum 47 zwischen sich, durch den ein inertes Kühlfluid, beispielsweise Argongas, eingeleitet werden kann.
In der Nähe des unteren Endes des Zuführrohrs 44 krümmt sich die äußere Wand 46 nach innen und beläßt eine kleine Öffnung 39, durch die sich der Draht 38 bewegen kann. Die Öffnung 39 muß nur größer sein als der Durchmesser des Drahtes 38. Vorzugsweise tritt das inerte Kühmuid in den Raum 47 am oberen Ende des Zuführrohrs 44 ein und tritt durch die Öffnung 39 am unteren Ende mit einer Geschwindigkeit aus, die ausreicht, um sowohl den Draht 38 zu kühlen als auch zu verhindern, daß geschmolzener Stahl über die Öffnung 39 in das Zuführrohr 44 eintritt.
Der Übergang 51 von dem Auslaß 39 des Zuführrohrs 44 zu dem Einlaß 56 der Legierungskammer so ist, wie in Fig. 1 dargestellt, gegenüber dem geschmolzenen Ausgangsstahl in dem Zwischengießgefäß nicht abgedichtet. Statt dessen ist ein kleiner Bereich vorhanden, der den Übergang 51 umgibt, und über den geschmolzener Ausgangsstahl über den Einlaß 56 zusammen mit dem Draht 38 in die Legierungskammer eintreten kann. Dieses Einströmen von geschmolzenem Stahl über den Einlaß 56 trägt dazu bei, den Legierungsbestandteildraht in die Legierungskammer zu ziehen und erleichtert das schnelle Schmelzen des Drahtes 38, so daß sich die Legierungsbestandteile sofort mit dem Ausgangsstahl in der Legierungskammer vermischen können.
Der Ausgangsstahl, der über den Einlaß 56 in die Legierungskammer 50 eintritt, befindet sich weiter oben in dem Zwischengießgefäß als der Ausgangsstahl, der durch die Öffnungen 58 eintritt. Aus diesem Grund hat die Öffnung 56 eine spezielle Form, die es erleichtert, Einschlüsse aus dem Ausgangsstahl zu entfernen, bevor er in die Legierungskammer eintritt. Die Einlaßöffnung 56 ist, wie in Fig. 5 dargestellt, "gerillt", d.h., sie hat eine Vielzahl eng beabstandeter Stege, bzw. Spitzen und Täler, die sich von ihrem Außenumfang aus erstrecken. Wenn geschmolzener Ausgangsstahl den Einlaß 59 passiert, werden Einschlüsse in dem Ausgangsstahl abgelagert und in den Tälern 59 zwischen den Spitzen 57 des Einlasses 56 eingeschlossen. Schließlich füllen sich die Täler 59 mit den Einschlüssen, und die Legierungskammer 50 bzw. zumindest der Einlaßabschnitt 56 derselben, kann ausgetauscht werden.
Die Zuführgeschwindigkeit des Legierungsbestandteildrahtes 38 wird als entsprechender Gew.-%-Bestandteil der Strömungsmenge des geschmolzenen Ausgangsstahls 32, der eintritt, und das Zwischengießgefäß 10 passiert und in die Legierungskammer 50 gelangt, in stabilem Zustand berechnet, so daß eine Stahllegierung mit der gewünschten Zusammensetzung entsteht. Diese Berechnungen sind in den untenstehenden Beispielen ausführlich erläutert. Im Inneren der Legierungskammer 50 kann die Vermischung des Ausgangsstahls und der Legierungsbestandteile verbessert werden, indem Argongas oder ein anderes geeignetes inertes Gas mit in der Technik bekannten Verfahren durch die Abflußdüsen 24 in die Legierungskammer 50 eingeblasen wird. Das heißt, es ist in der Technik üblich, ein inertes Gas durch den Zwischengießabfluß einzublasen, um das geschmolzene Metall weiter zu homogenisieren und zu bewirken, daß verbliebene Einschlüsse wieder in das Zwischengießgefäß aufsteigen. Das gleiche Verfahren zum Einblasen des inerten Gases kann auch eingesetzt werden, um das Mischen in der Legierungskammer gemäß der Erfindung zu erleichtern. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 zu sehen ist, kann Argongas unter Verwendung der Inertgas-Spüldüse 25 eingeblasen werden, die sich unmittelbar unter dem Abfluß 24 befindet.
Es können auch andere Mischverfahren eingesetzt werden, um die Homogenisierung der Legierungsbestandteile mit dem Ausgangsstahl in der Legierungskammer 50 zu erleichtern. So kann beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt, ein elektromagnetischer Rührer 27 unterhalb des Abflusses 24 angeordnet sein. Die Wirbelbewegung des geschmolzenen Metalls, die durch den elektromagnetischen Rührer bewirkt wird, setzt sich über den Abfluß 24 und in die Legierungskammer 50 hinein fort.
Wenn die Produktion von einer Legierung auf eine andere umgestellt wird, ist es nicht erforderlich, den kontinuierlichen Fluß des Ausgangsstahls aus der Gießpfanne und durch das Zwischengießgefäß zu unterbrechen oder den Pegel von flüssigem Metall in dem Gießgefäß abzusenken. Statt dessen muß nur der Typ des Legierungsdrahtes bzw. der Legierungsdrähte, die aus der einen bzw. den mehreren Drahtzuführeinrichtunglen 38 austreten, verändert werden. Die Zeit, die erforderlich ist, um die Produktion einer neuen Legierung in stabilem Zustand zu erreichen, ist erheblich kürzer als bei Verfahren nach dem Stand der Technik, da das Volumen im Inneren der Legierungskammer erheblich geringer ist als das Gesamtvolumen des Zwischengießgefäßes. Dementsprechend wird die Menge an Stahl, die beim Übergang verlorengeht, erheblich verringert, und es wird für den Stahlhersteller ökonomisch machbar, kleine Mengen an Stahllegierungen herzustellen.
Ein breites Spektrum an Veränderungen und Abwandlungen der Ausführung der Erfindung, die obenbeschrieben wird, liegt für den Fachmann auf der Hand. Die folgenden Beispiele sind nicht als die Erfindung einschränkend zu verstehen sondern lediglich zur Veranschaulichung bevorzugter Ausführungen einbezogen.

BEISPIEL 1-5

Ein großer Stahlhersteller erhält einen Auftrag für 51 Mg (50 t) unterschiedlicher Qualitäten von Stahllegierung. Die kleinste Gießpfanne in der Fertigungsstätte des Herstellers hat jedoch eine Kapazität von 285 Mg (280 t). Die Angaben für die fünf Aufträge im Umfang von 51 Mg (50 t) sind wie folgt, wobei alle Zusammensetzungen in Gew.-% angegeben sind:
Der erste Schritt besteht darin, eine Ausgangsstahlqualität auszuwählen, die frei von Legierungen ist und deren Zusammensetzung für jeden der Nebenbestandteile (d.h. alle Elemente bis auf Eisen) innerhalb oder unter den Grenzen für jede der Legierungsstahlqualitäten liegt. Für die Beispiele 1-5 kann Ausgangsstahl beispielsweise mit der folgenden Zusammensetzung verwendet werden:
C - 0.007
Mn - 0.15
P - 0.008
S - 0.005
Si - 0.015
Al - 0.035
N - 0.005
Fe - 99.775
Der nächste Schritt besteht darin, die Mengen an zusätzlichen Nebenbestandteilen (einschließlich der Legierungsbestandteile) zu berechnen, die der Ausgangsqualität zugesetzt werden müssen, um jede der Stahllegierungsqualitäten herzustellen. Wenn der Mittelpunkt jedes Spezifikationsbereiches als Sollwert genutzt wird, werden die folgenden zusätzlichen Mengen an Nebenbestandteilen benötigt:
Der nächste Schritt besteht darin, die Zusammensetzungen der Legierungsbestandteildrähte zu berechnen, die verwendet werden können, um den Ausgangsstahl in die Stahllegierungen für die Beispiele 1-5 umzuwandeln. Für Beispiel 1 wird dies wie folgt ausgeführt:
Für Beispiel 2 wird die Zusammensetzung des Legierungsbestandteildrahtes ähnlich bestimmt:

13

Gleichartige Berechnungen für die Beispiele 3-5 führen zu den folgenden Gesamtzusammensetzungen für die Legierungsbestandteildrähte:
Der nächste Schritt besteht darin, die Legierungsbestandteildrähte mit den obengenannten Zusammensetzungen herzustellen. Diese Drähte können unter Verwendung von in der Technik bekannten Verfahren zum Mischen von Metallen und Herstellen von Drähten hergestellt werden.
Der nächste Schritt besteht darin, die Zuführmengen für die Legierungsbestandteile in die Legierungskammer in dem Zwischengießgefäß zur Herstellung der Stahllegierungen in Beispiel 1-5 zu berechnen. Die Zuführmengen für die Legierungsbestandteildrähte hängen von der Strömungsmenge des Ausgangsstahls in das Zwischengießgefäß in stabilem Zustand ab. Für ein Zwischengießgefäß mit einer Strömungsmenge von 5 Mg (5 t) pro min an Ausgangsstahl in stabilem Zustand ergeben sich die folgenden Zuführmengen für die Legierungsbestandteildrähte, wobei die Mengen in lb min angegeben sind (1 lb =453 g).
Der abschließende Schritt besteht darin, die fünf Qualitäten von Stahliegierung herzustellen. Ausgangsstahl mit der obendargestellten Zusammensetzung wird in der Gießpfanne mit einem Fassungsvermögen von 285 Mg (280 t) verarbeitet und einem Zwischengießgefäß mit einem Fassungsvermögen von 51 Mg (50 t) in einer gleichbleibenden Menge von 5 Mg (5 t) pro min zugeführt. Nachdem in dem Zwischengießgefäß ein stabiler Zustand erreicht worden ist, wird der Legierungsbestandteildraht für Beispiel 1 über das Zuführrohr in die Legierungskammer in einer Menge von 8,17 kg (18,02 lb) pro min ungefähr 10 Minuten lang zugeführt, um eine Menge von 51 Mg (50 t) an Stahllegierung zu erzeugen. Anschließend wird nach einer kurzen Übergangszeit der Legierungsbestandteildraht für Beispiel 2 über das Zuführrohr in die Zwischengießgefäß-Legierungskammer in einer Menge von 48,29 kg (106,46 lb) pro min ungefähr 10 Minuten lang zugeführt, um eine Menge von 51 Mg (50 t) herzustellen.
Anschließend wird nach einer kurzen Übergangszeit der Legierungsbestandteildraht für Beispiel 3 über das Zuführrohr in die Zwischengießgefäß-Legierungskammer in einer Menge von 2,86 kg (6,30 lb) pro min ungefähr 10 Minuten lang zugeführt, um eine Menge von 51 Mg (50 t) herzustellen. Anschließend wird nach einer kurzen Übergangszeit der Legierungsbestandteildraht für Beispiel 4 über das Zuführrohr in die Zwischengießgefäß-Legierungskammer in einer Menge von 26,95 kg (59,41 lb) pro min ungefähr 10 Minuten lang zugeführt, um eine Menge von 51 Mg (50 t) zu erzeugen. Abschließend wird nach einer kurzen Übergangszeit der Legierungsbestandteildraht für Beispiel 5 über das Zuführrohr in die Zwischengießgefäß-Legierungskammer in einer Menge von 30,87 kg (68,05 lb) pro min ungefähr 10 Minuten lang zugeführt, um eine Menge an Stahllegierung von 51 Mg (50 t) zu erzeugen.
Argongas wird in die Legierungskammer eingeblasen, um das Vermischen der Legierungsbestandteile mit dem Ausgangsstahl zu erleichtern. Die erforderliche Strömungsmenge an Argongas hängt von der Zuführmenge des Legierungsbestandteildrahtes ab. Um das Verfahren zu vereinfachen, kann der Hersteller den Argongasstrom mit einer einzelnen Strömungsmenge während des gesamten Durchlaufs einstellen, die ausreicht, um den schnellsten der fünf Legierungsbestandteildrähte mit dem Ausgangsstahl zu vermischen. Es können, wie oben erwähnt, andere Mischverfahren, so beispielsweise ein Magnetrührer eingesetzt werden.
Das in den obenaufgeführten Beispielen erläuterte Verfahren kann eingesetzt werden, um kleine Mengen auch anderer Stahliegierungen, zu denen u.a. Stahilegierungen zählen, die unter Verwendung von Vanadium, Kobalt, Bor, Molybdän, Kupfer, Nickel hergestellt werden, unwoder jede beliebige Kombination von Legierungsbestandteilen auf ökonomische und effektive Weise unter Verwendung von vorhandenen Zwischengießgefäß- und Gießpfanneneinrichtungen herzustellen. Es gibt keine Beschränkung hinsichtiich der Größe der Gießpfanne bzw. der Größe des Zwischengießgefäßes, die sich zur Ausführung der Erfindung einsetzen lassen.
Obwohl die hier offenbarten Ausführungen der Erfindung gegenwärtig als bevorzugt angesehen werden, können verschiedene Veränderungen und Abwandlungen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Der Schutzumfang der Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, und alle Veränderungen, die in den Schutzumfang fallen, sind als darin eingeschlossen zu betrachten.

Claims

1.Verfahren zum Herstellen einer ersten Stahilegierung, das die folgenden Schritte umfaßt:

Einleiten eines Ausgangsstahls in ein Zwischengießgefäß (10);

Reinigen des Ausgangsstahls im Inneren des Zwischengießgefäßes;

Einleiten des gereinigten Ausgangsstahls in eine Kammer (50), die sich in dem Zwischengießgefäß oberhalb eines Abflusses (24) und darum herum befindet;

Zusetzen eines oder mehrerer erster Legierungsbestandteile zu dem gereinigten Ausgangsstahl in der Kammer;

Vermischen der ersten Legierungsbestandteile mit dem gereinigten Ausgangsstahl, um die erste Stahllegierung in der Kammer in dem Zwischengießgefäß herzustellen; und

Ablassen der ersten Stahllegierung aus der Kammer über den Abfluß (24).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ersten Legierungsbestandteile und der Ausgangsstahl jeweils separat in die Kammer (50) eingeleitet werden.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kammer (50) kleiner ist als das Zwischengießgefäß (10).

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des weiteren den Schritt des Einblasens eines inerten Gases in die Kammer in dem Zwischengießgefäß umfaßt, um das Vermischen der ersten Legierungsbestandteile und des Ausgangsstahls miteinander zu erleichtern.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des weiteren den Schritt des Verrührens der ersten Legierungsbestandteile mit dem Ausgangsstahl umfaßt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste oder die mehreren ersten Legierungsbestandteile ein Metall umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Titan, Zinn, Chrom, Chromoxid, Cadmium, Vanadium, Kupfer, Bor, Kobalt, Antimon, Molybdän, Nickel und Kombinationen derselben besteht.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des weiteren den Schritt des Einleitens eines oder mehrerer Drähte (38) in die Kammer in dem Zwischengießgefäß umfaßt, die die ersten Legierungsbestandteile enthalten.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des weiteren den Schritt des Schmelzens der ersten Legierungsbestandteile in der Kammer um-

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ersten Legierungsbestandteile der Kammer über ein Zuführrohr (44) zugeführt werden, das oberhalb des Zwischengießgefäßes beginnt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, das des weiteren die folgenden Schritte umfaßt: Einleiten von zusätzlichem gereinigtem Ausgangsstahl in die Kammer nach dem Ablassen der ersten Stahllegierung aus dem Zwischengießgefäß;

Einleiten eines oder mehrerer zweiter Legierungsbestandteile in die Kammer;

Vermischen des zusätzlichen gereinigten Ausgangsstahls und der zweiten Legierungsbestandteile in der Kammer, um eine zweite Stahllegierung herzustellen;

und

Ablassen der zweiten Stahilegierung aus der Kammer über den Abfluß (24).

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein Flüssigkeitsbetriebspegel (34) in dem Zwischengießgefäß während der Herstellung der ersten Stahilegierung und der zweiten Stahliegierung und dazwischen im wesentiichen unverändert bleibt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die zweiten Legierungsbestandteile der Kammer in Form von Drähten (38) zugeführt werden.

13. Vorrichtung zum Herstellen einer Stahllegierung, die umfaßt:

ein Zwischengießgefäß (10), das einen oder mehrere Abflüsse (24) enthält;

eine Gießpfanne (40) zur Abgabe von geschmolzenem Metall in das Zwischengießgefäß;

eine Kammer (50), die sich im Inneren des Zwischengießgefäßes (10) über dem Abfluß (24) und um ihn herum befindet;

eine Vielzahl von Einlassen (56, 58), die in die Kammer (50) führen;

ein Zuführrohr (44), das mit wenigstens einem der Einlasse (56) in Verbindung steht; und

eine Vorrichtung (36) zur Abgabe eines Legierungsmaterials (38) über das Zuführrohr (44) in die Kammer (50).

14. Vorrichtung nach Anspruch 131 wobei die Kammer (50) über einem der Abflüsse (24) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei die Kammer (50) einen umgekehrten konischen Wandabschnitt (52), einen Flansch (54) am unteren Ende der Wand, einen Legierungsmaterial-Zuführeinlaß (56) am oberen Ende der Wand sowie einen oder mehrere Ausgangsstahl-Zuführeinlasse (58) in der Wand umfaßt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 151 die des weiteren wenigstens einen Einlaß (25) zum Einleiten eines inerten Gases in die Kammer umfaßt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, die des weiteren eine Rührvorrichtung (27) zum Rühren von flüssigem Metall in der Kammer umfaßt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 171 wobei die Vorrichtung zum Abgeben eines Legierungsmaterials eine Drahtzuführeinrichtung (36) umfaßt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei das Zuführrohr (44) eine Außenwand (46), einen inneren Käfig (48), der einen Zuführweg für das Legierungsmaterial (38) begrenzt, sowie einen Raum (47) zwischen der Außenwand (46) und dem inneren Käfig (48) zur Aufnahme von Kühlfluid umfaßt.