EP0070913B1 - Gefäss zur Behandlung von schmelzflüssigen Metallen - Google Patents
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Classifications
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- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
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- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/04—Refining by applying a vacuum
Definitions
- the invention relates to a vessel for the continuous treatment of molten metals under negative pressure by the circulation process, in particular for degassing steel melts according to the preamble of claim 1.
- Vessels such as those e.g. are known from LU-A-36943, are used for the degassing of liquid steel according to the so-called circulation process.
- the liquid steel located in a pan placed below the vessel is lifted into the vessel by introducing conveying gas into the inlet pipe and using a negative pressure in the vessel and flows back into the pan in a constant stream through the outlet pipe of the vessel.
- the treatment time of the steel in this process is given by the circulation rate of the steel, which in turn depends on the vessel diameter and the cross sections of the inlet and outlet pipes (DE-A-14 58 874).
- the steelworker strives to keep the treatment time of the steel as short as possible.
- the object of the present invention is to provide a vessel for the treatment of liquid metal of the type mentioned at the beginning, with which a significantly higher circulation rate of the liquid metal can be achieved with a small space requirement compared to conventional vessels.
- the vessel bottom is enlarged in the direction of the line (seen in cross-section) connecting the axes of the inlet pipe and the outlet pipe in the inventive vessel design the transverse axis to this, so that with a larger cross-section of the inlet pipe and outlet pipe for an increased throughput, the required distance of the pipes from one another and from the vessel walls can be maintained and therefore there is no risk of increased erosion of the refractory material.
- the vessel Since the vessel is enlarged in one axis only in the lower region, the overall space requirement of the vessel has changed insignificantly. In particular, the height of the vessel can remain unchanged, which is particularly important with regard to the manipulations of the vessel required during the repair of the ff material.
- the surface of the vessel according to the invention is considerably smaller than the surface of a vessel of conventional construction with which an equally large circulation rate can be achieved. For this reason, there are savings in the refractory material of the lining and also in the heating output to be used for heating the vessel.
- the non-circular geometry of the bottom of the vessel can be realized in various ways, for example by an elliptical shape or a cigar-shaped shape, with an oval shape being preferred.
- a vessel lower part flattened at least on one side offers sufficient free space for the addition of additives into the ladle in the case of a steelworks pan with a circular cross section arranged under the vessel.
- the lower part of the vessel is formed according to one embodiment of the invention in such a way that its cross-sectional area increases continuously in the direction of the bottom of the vessel, that is to say it is bell-shaped.
- the lining of the vessel wall can be carried out easily.
- a gradual expansion of the cross section of the lower part of the vessel is possible.
- the vessel shown in the drawings consists of a rotationally symmetrical upper vessel part 1 and a lower vessel part 2 flanged to it.
- the upper vessel part 1 is closed to the atmosphere by a lid 3.
- Additives, for example alloying agents, can be introduced via a shaft 4, which opens obliquely into the upper part 1 of the vessel and in which a lock is provided for closing off to the outside.
- the vessel 1, 2 can be placed under negative pressure by means of a suction device 5 connected to the upper part 1 of the vessel.
- an inlet pipe 7 and an outlet pipe 8 are arranged spatially separated from one another, which dip into the molten metal of a pan 9 arranged under the vessel 1, 2.
- Gas, for example argon, nitrogen or carbon monoxide, is introduced via a line 10 opening into the inlet pipe 7.
- the gas rising as bubbles in the inlet pipe 7 has the effect of reducing the specific weight of the volume composed of molten metal and gas in the inlet pipe 7. Since the gas bubbles separate in the molten metal in the vessel 1, 2, the molten metal in the outlet pipe 8 no longer contains the specific weight-reducing gas bubbles, so that due to the different weights in the two pipes 7, 8, in conjunction with the negative pressure in the vessel 1, 2, the molten metal is pumped over the vessel 1, 2 and treated, in particular degassed.
- the vessel bottom is enlarged in the direction of the straight line running through both axes of the inlet pipe 7 and outlet pipe 8, so that with larger cross sections of the inlet and outlet pipes 7, 8 and greater, mutual distance from the walls , there is enough free space to at least reduce the risk of erosion from the surrounding metal.
- the bottom 6 of the vessel 1, 2 has an elliptical shape. This elliptical shape leaves enough space on both sides of the connecting line of the two tubes in a circular pan 9 in order to be able to add additives into the melt.
- the vessel base 6 is flattened on both sides with respect to a circular one. It is sufficient if the flattening is only provided on one side for the addition of additives.
- the side walls merge obliquely into the upper part of the vessel in the region of the longitudinal axis of the elliptical base 6, while the walls run perpendicularly in the region of the elliptical axis lying transversely thereto.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Gefäß zur kontinuierlichen Behandlung von schmelzflüssigen Metallen unter Unterdruck nach dem Umlaufverfahren, insbesondere zum Entgasen von Stahlschmelzen gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
- Derartige Gefäße, wie sie z.B. aus der LU-A-36943 bekannt sind, werden für die Entgasung von flüssigem Stahl nach dem sogenannten Umlaufverfahren zum Einsatz gebracht. Bei diesem Verfahren wird der in einer unterhalb des Gefäßes aufgestellten Pfanne befindliche flüssige Stahl durch Einleiten von Fördergas in das Einlaufrohr und unter Anwendung eines Unterdruckes in Gefäß in das Gefäß gehoben und fließt in stetigen Strom durch das Auslaufrohr des Gefäßes wieder in die Pfanne zurück. Die Behandlungsdauer des Stahls ist bei diesem Verfahren durch die Umlaufrate des Stahls gegeben, die ihrerseits vom Gefäßdurchmesser und den Querschnitten von Ein- und Auslaufrohr abhängt (DE-A- 14 58 874).
- Im Hinblick auf die Erreichung einer möglichst großen Produktionsrate sowie sur Vermeidung von Wärmeverlusten während der Behandlung von flüssigem Stahl ist der Stahlwerker bemüht, die Behandlungsdauer des Stahls so kurz wie möglich zu halten.
- In der Vergangenheit ist es bereits versucht worden, die Umlaufrate des flüssigen Stahls dadurch zu erhöhen, daß man die Querschnitte von Ein- bzw. Auslaufrohr des Gefäßes vergrößert hat. Bei gegebenem Durchmesser des Gefäßbodens ist eine Vergrößerung von Ein- bzw. Auslaufrohr aber nur in geringem Maße möglich. Da der fließende Stahl auf die Feuerfestauskleidung des Gefäßes eine enorme Erosionswirkung ausübt, ist es erforderlich, Ein-und Auslaufrohr in ausreichend großem Abstand sowohl zueinander als auch zu den Gefäßwandungen hin im Gefäßboden anzuordnen, um eine ausreichend lange Standzeit der Feuerfestausmauerung zu erreichen.
- Mußte aus metallurgischen oder wirtschaftlichen Erwägungen heraus die Behandlungszeit des Stahls kurz sein, so war in der Vergangenheit immer der Einsatz eines entsprechend größer dimensionierten Entgasungsgefäßes erforderlich.
- Der Einsatz eines entsprechend größeren Gefäßes bedingt aber nicht nur den zusätzlichen Einsatz großer Kapitalmittel, oft ist auch aus räumlichen Gründen der Einbau eines größeren Gefäßes in einer bereits bestehenden Anlage gar nicht möglich.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gefäß zur Behandlung von flüssigem Metall der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem bei geringem Platzbedarf eine gegenüber herkömmlichen Gefäßen deutlich größere Umlaufrate des flüssigen Metalls erreichbar ist.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
- Im Gegensatz zu gleichartigen Behandlungsgefäßen nach dem Stand der Technik, die über die gesamte Gefäßhöhe rotationssymmetrischen Querschnitt haben ist bei der erfindungsge-mäßen Gefäßausbildung der Gefäßboden in Richtung der Linie, die (im Querschnitt gesehen) die Achsen des Einlaufrohres und des Auslaufrohres verbindet, vergrößert gegenüber der dazu quer liegenden Achse so daß bei einem für einen erhöhten Durchsatz vergrößerten Querschnitt des Einlaufrohres und Auslaufrohres der erforderliche Abstand der Rohre zueinander und zu den Gefäßwandungen eingehalten werden kann und deshalb nicht die Gefahr erhöhter Erosion des Feuerfestmaterials besteht. Da das Gefäß lediglich im unteren Bereich in einer Achse vergrößert ist, ist der Platzbedarf des Gefäßes insgesamt unwesentlich verändert. Insbesondere kann die Höhe des Gefäßes unverändert bleiben, was im Hinblick auf die während der Reparatur des ff-Materials erforderlichen Manipulationen des Gefäßes von besonderer Bedeutung ist.
- Ferner ist die Oberfläche des erfindungsgemäßen Gefäßes erheblich geringer als die Oberfläche eines Gefäßes herkömmlicher Konstruktion, mit dem eine gleich große Umlaufrate erreichbar ist. Aus diesem Grund ergeben sich Einsparungen beim Feuerfestmaterial der Ausmauerung und auch bei der für die Erwärmung des Gefäßes aufzuwendenden Heizleistung.
- Die nicht kreisrunde Geometrie des Gefäßbodens läßt sich auf verschiedene Art und Weise, beispielsweise durch eine elliptische Form oder eine zigarrenförmige Form verwirklichen, wobei eine ovale Form bevorzugt wird. Ein solches mindestens einseitig abgeflachtes Gefäßunterteil bietet bei einer unter dem Gefäß angeordneten Stahlwerkspfanne mit kreisförmigem Querschnitt genügend freien Raum für die Zugabe von Zuschlagstoffen in die Pfanne.
- Das Gefäßunterteil wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung derart aus gebildet, daß seine Querschnittsfläche in Richtung auf den Gefäßboden kontinuierlich zunimmt, also glockenförmig ist. Bei einer solchen Form des Gefäßunter-teils läßt sich die Ausmauerung der Gefäßwandung einfach ausführen. Darüber hinaus ist eine stufenweise Erweiterung des Querschnitts des Gefäßunterteils möglich.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen
- Fig. 1 ein Gefäß zur Behandlung von schmelzflüssigem Metall mit darunter angeordneter Pfanne im axialen Längsschnitt durch das Einlaufrohr und Auslaufrohr des Gefäßes,
- Fig. 2 das Gefäß gemäß Fig. 1 im axialen Längsschnitt zwischen dem Einlaufrohr und dem Auslaufrohr nach der Linie I - I der Fig. 1 und
- Fig. 3 das Gefäß gemäß Fig. 1 im Querschnitt nach der Linie 11 - 11 der Fig. 1.
- Das in den Zeichnungen dargestellte Gefäß besteht aus einem rotationssymmetrischen Gefäßoberteil 1 und einem daran angeflanschten Gefäßunterteil 2. Das Gefäßoberteil 1 ist durch einen Deckel 3 zur Atmosphäre hin verschlossen. Über einen schräg in das Gefäßoberteil 1 einmündenden Schacht 4, in dem eine Schleuse zum Abschluß nach außen vorgesehen ist, können Zusätze, beispielsweise Legierungsmittel, eingeführt werden. Durch eine am Gefäß-oberteil 1 angeschlossene Saugeinrichtung 5 läßt sich das Gefäß 1, 2 unter Unterdruck setzen. Im Boden 6 des Gefäßes sind räumlich voneinander getrennt ein Einlaufrohr 7 und ein Auslaufrohr 8 angeordnet, die in das schmelzflüssige Metall einer unter dem Gefäß 1, 2 angeordneten Pfanne 9 eintauchen. Über eine in das Einlaufrohr 7 einmündende Leitung 10 wird Gas, beispielsweise Argon, Stickstoff oder Kohlenstoff-Monoxyd eingeleitet.
- Bei im Gefäß 1, 2 herrschendem Unterdruck und in die Schmelze der Pfanne 9 eintauchendem Einlaufrohr 7 hat das als Blasen im Einlaufrohr 7 hochsteigende Gas die Wirkung, das spezifische Gewicht des sich aus schmelzflüssigem Metall und Gas zusammensetzenden Volumens im Einlaufrohr 7 herabzusetzen. Da die Gasblasen sich beim schmelzflüssigen Metall im Gefäß 1, 2 trennen, enthält das schmelzflüssige Metall im Auslaufrohr 8 keine das spezifische Gewicht vermindernde Gasblasen mehr, so daß aufgrund der unterschiedlichen Gewichte in den beiden Rohren 7, 8,in Verbindung mit dem Unterdruck im Gefäß 1, 2,das schmelzflüssige Metall über das Gefäß 1, 2 umgepumpt und dabei behandelt, insbesondere entgast, wird.
- Im Unterschied zum Stand der Technik ist beim Ausführungsbeispiel der Erfindung der Gefäßboden in Richtung der durch beide Achsen des Einlaufrohres 7 und Auslaufrohres 8 verlaufenden Geraden vergrößert, so daß bei größeren Querschnitten des Ein- und Auslaufrohres 7, 8 und größerem, gegenseitigen Abstand zu den Wänden, genügend Freiraum vorhanden ist, um die Gefahr von Erosionen durch das umlaufende Metall zumindest zu verringern. Wie Fig. 3 zeigt, hat der Boden 6 des Gefäßes 1, 2 eine elliPtische Form. Diese elliptische Form läßt auf beiden Seiten der Verbindungslinie der beiden Rohre bei einer kreisförmigen Pfanne 9 genügend Platz, um in die Schmelze Zuschlagstoffe geben zu können. Natürlich ist es nicht erforderlich, daß,wie bei einer elliptischen fomn,der Gefäßboden 6 auf beiden Seiten gegenüber einem kreisrunden abgeplattet ist. Es reicht aus, wenn für die Zugabe von Zuschlagstoffen die Abplattung nur an einer Seite vorgesehen ist.
- Wie Fig. 1 und 2 erkennen lassen, gehen die Seitenwände im Bereich der Längsachse des elliptischen Bodens 6 schräg in den Gefäßoberteil über, während die Wände im Bereich der dazu querliegenden elliptischen Achse senkrecht verlaufen. Um noch mehr Bewegungsfreiheit zu haben, ist es möglich, eine dieser Wände sogar entgegengesetzt schräg zu den Wänden an den Enden der großen elliptischen Achse verlaufen zu lassen. Dies würde zu einer an einem Ende der kleinen elliptischen Achse liegenden Einbuchtung des Gefäßbodens 6 führen.
- Der gegenüber einer Kreisform abgeplattete Gefäßboden 6 und dem entsprechend darüber angeordnete glockenförmige Gefäßunterteil ermöglicht bei kleinem Volumen des Gefäßunterteils 2 und kleiner Oberfläche einen großen, gegenseitigen Abstand der im Querschnitt vergrößerten Rohre 7, 8 mit genügend Abstand zu den Wandungen des Gefäßes 1, 2 und genügend Freiraum zum Rand der Pfanne 9 für das Einfüllen von Zuschlagstoffen.
Claims (2)
1. Gefäß zur kontinuierlichen Behandlung von schmelzflüssigen Metallen unter Unterdruck nach dem Umlaufverfahre, insbesondere zum Entgasen von Stahlschmelzen, das in seinem Boden mit einem in das schmelzflüssige Metall eintauchenden Einlaufrohr mit darin einmündender Gasleitung sowie einem hiervon räumlich getrennt angeordneten in das schmelzflüssige Metall eintauchenden Auslaufrohr für das behandelte schmelzflüssige Metall versehen ist, wobei
das in seiner Form vom rotationssymmetrischen Oberteil abweichen de Gefäßunterteil sich zum Gefäßboden hin glockenförmig erweitert,
dadurch gekennzeichnet, daß
der die Achsen des Ein- (7) und Auslaufrohres (8) kreuzende Durchmesser (D) des Gefäßbodens größer als der dazu senkrechte, zwischen dem Ein- (7) und Auslaufrohr hindurch verlaufende Durchmesser (d) des Gefäß-bodens (6) ist, der im wesentlichen gleich dem entsprechenden Durchmesser des Gefäßoberteils (1) ist.
2. Gefäß nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gefäßboden (6) eine etwa elliptische Form hat.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gefäßboden (6) eine etwa elliptische Form hat.
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