EP0092499A1 - Einrichtung zum metallurgischen Behandeln von flüssigen Metallen - Google Patents

Einrichtung zum metallurgischen Behandeln von flüssigen Metallen Download PDF

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EP0092499A1
EP0092499A1 EP83630059A EP83630059A EP0092499A1 EP 0092499 A1 EP0092499 A1 EP 0092499A1 EP 83630059 A EP83630059 A EP 83630059A EP 83630059 A EP83630059 A EP 83630059A EP 0092499 A1 EP0092499 A1 EP 0092499A1
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EP
European Patent Office
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pan
furnace
ladle
transport
melt
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Withdrawn
Application number
EP83630059A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul Metz
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Arcelor Luxembourg SA
Original Assignee
Arbed SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C21C7/10—Handling in a vacuum

Definitions

  • the invention relates to a device for the metallurgical treatment of liquid metals before casting and in particular before continuous casting.
  • the steel is brought to the continuous caster and transferred to the distributor where the temperature has to be so high that no local solidification of the metal occurs.
  • the steel is usually heated in the pan with a view to continuous casting by means of electric arc systems.
  • driving has the major disadvantage that there is a pronounced uncontrolled nitrogen uptake in the hot focal spot.
  • This disadvantage is at least partially avoided by operating the arc system under vacuum or in the absence of air, the heating electrodes being arranged in a covering device which fits the pans.
  • this requires the bathroom surface to be absolutely free of slag, so that expensive casting or embarrassing detoxification is necessary.
  • the metal is heated by induction.
  • Special pans equipped with inductive heating devices on the floor or on the side wall have been proposed for this purpose.
  • a known heating device consists of a pan provided on the bottom with a so-called channel inductor, the inductor consisting of an approximately semicircular tube which is provided with field-generating coils and which is connected to two openings in the bottom of the pan.
  • the metal passed through the tube is heated inductively, so that the entire pan contents can be brought to a higher temperature little by little.
  • the aim of the invention was to avoid the above disadvantages and to propose a device that allows fresh off preheated metal and possibly add additives, clean it and homogenize it chemically and thermally.
  • the device according to the invention which consists of an oven pan closed at the top, the bottom of which has at least one extension extending vertically downwards, the vertical pan wall being enclosed by an induction heating and stirring coil.
  • the tubular extension serves to introduce the liquid metal, which is located in any transport pan, into the furnace space and consequently has a length which takes into account the dimensions of the transport pan in question.
  • the pipe is provided with a fire-resistant lining.
  • a first, preferred embodiment provides 2 such tubes, the mode of operation of the device, in particular as regards the introduction of the metal into the furnace chamber and the circulation of the metal, corresponding to the working principle of the known RH systems for vacuum treatment of metal melts.
  • the bottom of the device understands an outer sealing ring, which enables tight contact with a transport pan, and a pressure line which opens into the interior of the transport pan, so that an excess pressure can be generated when a gas pressure is applied inside the transport pan and above the melt , which helps to force the melt through the tubular extension upwards into the furnace chamber.
  • the end of the extension is provided with a thin sheet metal hood, the slag can be penetrated and, after the sheet has melted, slag-free metal can be conveyed into the furnace chamber.
  • the metal is mainly heated in the device according to the invention by means of an induction coil, which can also cause a stirring effect.
  • An essential advantage offered by the invention is that it allows a large number of metallurgical treatments to be carried out within a relatively limited space and completely without melt-melt and to heat the melt on top of it, precisely because of the limited space available, the heat losses due to radiation are kept to a minimum.
  • FIGS. 1, 2 and 3 represent, in a non-restrictive manner, sections through possible embodiments of the device according to the invention.
  • the device shown in FIG. 1 understands a furnace part closed at the top and two tubular extensions 1, 2 extending downwards. These pipes are dimensioned such that they at least reach under the layer of schlaok when the device is placed on a full transport pan.
  • the pan 0 is preferably located on a lift, not shown, so that the device itself does not have to be moved.
  • the bottom of the device is also a carrier plate 3, which has a sealing ring 30. Gas channels are let into the plate 3, namely a pressure pipe 31, which is connected to a compressor (not shown), and a line 32, which is used to introduce siphon or treatment gases.
  • the pan 0 is raised until it comes into contact with the sealing ring 30, an overpressure is generated by the pressure pipe 31 above the melt.
  • the liquid metal can be circulated by passing a gas stream - nitrogen, argon - through line 32 into extension 1.
  • the melt is also treated cleaning gas instead, which is particularly desirable if you feed the melt through the lock 42 with additives.
  • the electrical, inductive heating of the melt takes place in the furnace chamber.
  • a converter can be used to produce a carbon steel which can also contain manganese and can be tapped at 1550 ° -1570 ° C.
  • the lining of the converter is not particularly stressed here. It would be different if you wanted to manufacture a chromium-alloyed steel because you would then have to target a much higher tapping temperature.
  • oxygen is inflated, this can only be generated by the heat of oxidation, which inevitably results in metal losses and in which the lining is subjected to great stress.
  • the steel can be alloyed and heated relatively easily and comfortably. As already explained, the slags which cannot otherwise be avoided do not interfere with this.
  • the induction coil 50 which also produces a stirring effect, is water-cooled; the connection of the coolant inlet and outlet and the power supply have not been shown.
  • FIGS. 2 and 3 have only a tubular extension.
  • a gas-permeable structure 60 can be inserted into the bottom of the furnace pan, as is known from the implementation of steel production processes , in which inert gases are led into the melt through the converter bottom.
  • the upper part of the furnace pan can also be provided with a vacuum nozzle 41 and the metal can be subjected to a vacuum treatment.
  • the application of vacuum can also be used to support the introduction of metal, so that it can be introduced by overpressure and / or underpressure, as well as by gas lifting effect, the electromagnetic force of the coil also making a contribution to moving the melt.

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Abstract

Eine Einrichtung zum schlackenfreien metallurgischen Behandeln von flüssigen Metallen vor dem Giessen besteht aus einer oben geschlossenen Ofenpfanne, deren Boden (3) zumindest eine sich senkrecht nach unten erstreckende Verlängerung (1) aufweist, wobei die vertikale Pfannenwand von einer Induktionsheiz- und Rührspule (50) umschlossen ist. Am Boden der Ofenpfanne (3) sitzt ein Dichtungsring (30), der auf den oberen Rand einer Transportpfanne (0) passt. Die Einrichtung verfügt über Mittel zum Schaffen eines Überdrucks (31) in der Transportpfanne (0), eines Unterdrucks (41) in der Ofenpfanne, sowie eine Schleuse (42) zum Einführen von Feststoffen in die letztere.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum metallurgischen Behandeln von flüssigen Metallen vor dem Giessen und insbesondere vor dem Stranggiessen.
  • Der vom Schmelzofen oder Frischgefäss, in den meisten Fällen ein Konverter, in die Transportpfanne abzugiessende flüssige Stahl soll in Abhängigkeit von der Stahlqualität eine Temperatur von etwa 1550-1750°C aufweisen. Mittels der auf Schienen beweglichen Pfannen in welchen ggf. noch eine metallurgische Behandlung erfolgt, wird der Stahl zur Stranggiessanlage gebracht und in den Verteiler überführt wo die Temperatur noch so hoch sein muss, dass keine lokalen Erstarrungen des Metalles eintreten.
  • Will man Temperaturen in der Grössenordnung von 1700 °C im Konverter selbst erreichen, sei es um nachträglichen Temperaturverlusten vorzubeugen, oder weil legierte Stähle höherer Giesstemperaturen bedürfen, so wird man die feuerfeste Auskleidung des Konverters verstärkt beanspruchen und einen raschen Verschleiss beobachten.
  • Somit kann es notwendig sein, den Stahl nach dem Abgiessen aus dem Konverter einer zusätzlichen metallurgischen Behandlung zu unterziehen, die sowohl eine Zugabe von Legierungs- und/oder Reinigungs-Zusätzen, als auch ein Aufheizen begreifen kann.
  • Das Aufheizen des Stahles in der Pfanne im Hinblick auf das Stranggiessen erfolgt üblicherweise mittels Lichtbogenanlagen. Diese Verfahrensweise hat aber insbesondere den grossen Nachteil, dass in dem heissen Brennfleck eine ausgeprägte unkontrollierte Stickstoffaufnahme erfolgt. Diesen Nachteil versucht man wenigstens teilweise dadurch zu unterbinden, dass man die Lichtbogenanlage unter Vakuum oder unter Luftausschluss betreibt, wobei die Aufheizelektroden in einer auf die Pfannen passenden Abdeck-Vorrichtung angeordnet sind. Ausserdem erfordert dies eine absolute Schlackenfreiheit der Badoberfläche, sodass ein kostspieliges Umgiessen bzw. ein peinliches Entschlacken notwendig ist.
  • Gemäss einer anderen Verfahrensweise wird das Metall durch Induktion aufgeheizt. Hierfür sind mit induktiven Heizvorrichtungen am Boden oder an der Seitenwand ausgerüstete Spezialpfannen vorgeschlagen worden.
  • Eine bekannte Aufheiz-Vorrichtung besteht aus einer am Boden mit einem sogenannten Kanal-Induktor versehenen Pfanne, wobei der Induktor aus einem etwa halbkreisförmigen Rohr besteht, das mit felderzeugenden Spulen versehen ist, und das mit zwei im Boden der Pfanne befindlichen Oeffnungen in Verbindung steht. Mittels dem in dem Hohlinduktor erzeugten Feld wird das durch das Rohr hindurchgeführte Metall induktiv aufgeheizt, sodass nach und nach der ganze Pfanneninhalt auf eine höhere Temperatur gebracht werden kann.
  • Der Nachteil dieser Vorrichtungen liegt insbesondere in deren notwendiger Spezial-Ausführung, nämlich dem empfindlichen Kanal-Induktor-Teil, welches insbesondere Probleme hinsichtlich der feuerfesten Auskleidung mit sich bringt, da letztere wie leicht einzusehen, öfter erneuert werden muss als die für die Auskleidung der Pfanne selbst zutrifft.
  • Weiter ist das Legieren bzw. das Aufkohlen von Stahl in den bisher bekannten Anlagen recht problematisch, besonders wenn es sich um grössere Mengen handelt.
  • Das Ziel der Erfindung bestand darin, die obigen Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung vorzuschlagen die es erlaubt, frisch abgestochens Metall aufzuheizen und eventuell mit Zusätzen zu beschicken, es zu reinigen und sowohl chemisch als auch thermisch zu homogenisieren.
  • Dieses Ziel wird erreicht durch die Einrichtung nach der Erfindung, die aus einer oben geschlossenen Ofenpfanne besteht, deren Boden zumindest eine sich senkrecht nach unten erstreckende Verlängerung aufweist, wobei die vertikale Pfannenwand von einer Induktionsheiz-und Rührspule umschlossen ist.
  • Die rohrförmige Verlängerung dient zum Einführen des flüssigen Metalls, das sich in einer beliebigen Transportpfanne befindet in den Ofenraum und weist infolgedessen eine die Ausmasse der in Frage kommenden Transportpfannen berücksichtigende Länge auf. Das Rohr ist mit einer feuerfesten Auskleidung versehen.
  • Eine erste, bevorzugte Ausführungsform sieht 2 derartige Rohre vor, wobei die Funktionsweise der Einrichtung, insbesondere was das Einführen des Metalls in den Ofenraum und das Zirkulieren des Metalls anbelangt, dem Arbeitsprinzip der bekannten RH-Anlagen zum Vakuumbehandeln von Metallschmelzen entspricht.
  • Man kann auch, entsprechend einer zweiten Ausführungsform, nur ein Rohr vorsehen und das flüssige Metall durch dieses sowohl in die, als auch aus der Ofenpfanne befördern.
  • Erfindungsgemäss begreift der Boden der Einrichtung einen äusseren Dichtungsring, der einen dichten Kontakt mit einer Transportpfanne ermöglicht, sowie eine Druckleitung, die in den Innenraum der Transportpfanne mündet, so dass beim Anlegen eines Gasdruckes im Inneren der Transportpfanne und oberhalb der Schmelze ein Überdruck erzeugt werden kann, der hilft die Schmelze durch die rohrförmige Verlängerung nach oben in den Ofenraum zu zwingen.
  • Versieht man das Ende der Verlängerung mit einer dünnen Blechhaube, so kann man die Schlackenschieht durchdringen und nach Abschmelzen des Bleches schlackenfreies Metall in den Ofenraum befördern.
  • Das Metall wirdin der erfindungsgemässen Einrichtung hauptsächlich beheizt und zwar mittels einer Induktionsspule, die auch einen Rühreffekt hervorrufen kann.
  • Ein wesentlicher, durch die Erfindung gebotener Vorteil besteht darin, dass sie erlaubt eine Fülle metallurgischer Behandlungen innerhalb eines relativ begrenzten Raums und völlig schmelzschlaekenfrei durchzuführen und die Schmelze obendrein zu beheizen, wobei gerade wegen der knappen Raumverhältnisse die Wärmeverluste durch Abstrahlen auf ein Minimum beschränkt werden.
  • Weitere Vorteile und Merkmale gehen aus der Beschreibung der schematischen Zeichnungen hervor, in denen die Fig.l,2 und 3 in nicht einschränkender Weise Schnitte durch mögliche Ausführungsformen der Einrichtung nach der Erfindung darstellen.
  • Die in der Fig.l gezeigte Einrichtung begreift eine oben geschlossenes Ofenteil und zwei sich nach unten erstreckende, rohrförmige Verlängerungen 1,2. Diese Rohre sind so dimensioniert, dass sie beim Aufsetzen der Einrichtung auf eine volle Transportpfanne 0 jedenfalls unter die Schlaokenschicht reichen. Die Pfanne 0 befindet sich vorzugsweise auf einer nicht gezeigten Hebebühne, damit die Einrichtung selbst nicht bewegt zu werden braucht.
  • Der Boden der Einrichtung ist zugleich eine Trägerplatte 3, die einen Dichtungsring 30 aufweist. In die Platte 3 sind Gaskanäle eingelassen und zwar ein Druckrohr 31, das an einen nicht gezeigten Kompressor angeschlossen ist, sowie eine Leitung 32, die zum Einführen von Heber- bzw. von Behandlungsgasen dient.
  • Wird die Pfanne 0 bis zum Kontakt mit dem Dichtungsring 30 angehoben, so wird durch das Druckrohr 31 über der Schmelze ein Ueberdruck erzeugt. Man kann, wenn sich ein Teil der Schmelze innerhalb des Ofenraums befindet, das flüssige Metall umwälzen, indem man einen Gasstrom - Stickstoff, Argon - durch die Leitung 32 in die Verlängerung 1 leitet. Ausser dem Umwälzen in dem Sinn Pfanne/ Rohr 1/ Ofenraum/ Rohr 2/ Pfanne, findet eine Behandlung der Schmelze mit reinigendem Gas statt, die insbesondere dann erwünscht ist, wenn man die Schmelze durch die Schleuse 42 mit Zusätzen beschickt.
  • Im Ofenraum findet die elektrische, induktive Beheizung der Schmelze statt. Man kann bspw. in einem Konverter einen Kohlenstoffstahl herstellen, der auch Mangan enthalten kann und den Abstich bei 1550°-1570°C vornehmen. Hierbei wird die Auskleidung des Konverters nicht sonderlich beansprucht. Anders wäre es, wollte man einen chromlegierten Stahl herstellen, da man dann eine wesentlich höhere Abstichtemperatur anvisieren müsste. Diese ist jedoch beim Sauerstoffaufblasen nur durch Oxydationswärme zu erzeugen, wobei notgedrungen Metallverluste entstehen und wobei die Auskleidung stark beansprucht wird. Bei Verwendung der erfindungsgemässen Einrichtung kann der Stahl relativ problemlos und bequem legiert und aufgeheizt werden. Hierbei stören auch, wie bereits erläutert, die sonst nicht zu vermeidenden Schlacken nicht.
  • Die Induktionsspule 50, die auch einen Rühreffekt hervorruft, ist wassergekühlt; auf die Darstellung der Stutzen zum Ein- und Ausführen des Kühlmittels sowie der Stromversorgung wurde verzichtet.
  • Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen weisen nur eine rohrförmige Verlängerung auf. Hierbei kann man wie die Fig. 2 es zeigt, reinigende Gase durch die Verlängerung in die Schmelze leiten, während man gemäss der Fig. 3 in den Boden der Ofenpfanne einen gasdurchlässigen Baukörper 60 einfügen kann, so wie er aus der Durchführung von Stahlherstellungverfahren bekannt ist, in denen durch den Konverterboden Inertgase in die Schmelze geleitet werden.
  • Wie in den Zeichnungen dargestellt, kann man das Oberteil der Ofenpfanne auch mit einem Vakuumstutzen 41 versehen und das Metall einer Vakuumbehandlung unterziehen. Das Anlegen von Vakuum kann auch zur Unterstützung des Einleitens von Metall herangezogen werden, so dass dieses durch Ueber- und/oder Unterdruck eingeleitet werden kann, sowie durch Gashebereffekt, wobei auch die elektromagnetische Kraft der Spule einen Beitrag zum Bewegen der Schmelze leistet.

Claims (8)

1. Einrichtung zum metallurgischen Behandeln von flüssigen Metallen vor dem Giessen und insbesondere vor dem Stranggiessen, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer oben geschlossenen Ofenpfanne besteht, deren Boden zumindest eine sich senkrecht nach unten erstreckende Verlängerung aufweist, wobei die vertikale Pfannenwand von einer Induktionsheiz- und Rührspule umschlossen ist.
2. Einrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden der Ofenpfanne einen Dichtungsring aufweist, der auf den oberen Rand einer Transportpfanne passt.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Boden der Ofenpfanne eine Gasdruckleitung eingelassen ist, die in den Innenraum der Transportpfanne mündet.
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil der Ofenpfanne mit einem Vakuumstutzen ausgerüstet ist.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil der Ofenpfanne mit einer Schleuse zum Einführen von Feststoffen ausgerüstet ist.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Boden der Ofenpfanne eine Gasleitung eingelassen ist, die innerhalb der rohrförmigen Verlängerung mündet.
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Verlängerung mit einer dünnen Blechhaube abgedeckt ist, die nach dem Durchdringen der Sohlackenschicht durchsohmilzt.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass im Boden der Ofenpfanne ein gasdurchlässiger Baukörper zum Einführen von Gasen in die Schmelze eingelassen ist.
EP83630059A 1982-04-16 1983-04-11 Einrichtung zum metallurgischen Behandeln von flüssigen Metallen Withdrawn EP0092499A1 (de)

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