EP1698705A2

EP1698705A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Zuführung einer Manganlegierung bei der Stahlerzeugung

Info

Publication number: EP1698705A2
Application number: EP06003578A
Authority: EP
Inventors: Alberto Isaac Stein
Original assignee: Stein Ferroaleaciones SACIFA
Current assignee: Stein Ferroaleaciones SACIFA
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2006-09-06
Also published as: US20060198756A1; EP1698705A3

Abstract

Bei einem Verfahren zur Zuführung von zumindest einer Manganlegierung zu einem Stahlmaterial bei der Stahlerzeugung, werden der glühenden Masse eines Primärstahles (Q) während dessen Abstiches in eine Gießpfanne (30) die Manganlegierungen in Form von Ferromangan einer bevorzugten Korngröße bis etwa 5 mm mit hohem, mittlerem und niedrigem Kohlenstoffanteil, Mangansilizium mit normalem und niedrigem Kohlenstoffgehalt zugegeben. Die Manganlegierung wird in einem röhrenförmigen, schlauchartig aus Stahlblech geformten Behälter (10) aus einem Werkstoff mit Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen zugeführt und dieser Behälter oder Hülsenstrang (10) mit seinem freien Ende in das Innere der glühenden Masse eingeleitet.

Die Stahlblechröhre des Hülsenstranges (10) besteht aus einem Stahlblechstreifen (14), dessen beide Längskanten (16) an einem dichten Falz (18) gleichgerichtet nebeneinander angeordnet sind.

Es wird eine Vorrichtung eingesetzt, bei der dem Innenraum (28) einer Gießpfanne (30) für den Primärstahl (Q) der Hülsenstrang (10) zugeordnet ist. Letzterer bildet eine um eine Mittelachse (M) gelegte Wickelrolle (R), von der aus er durch mehrere Paare (24) von Rollen einer Schubeinrichtung (26) geführt und sein freies Ende (11) in die Gießpfanne (30) eingebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Zuführung von, zumindest einer Manganlegierung bei der Stahlerzeugung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bisher wird beim Herstellen von Bau- und Sonderstahl ein Zusatz von Manganlegierungen (Ferromangan mit hohem, mittlerem und niedrigem Kohlenstoffanteil, Mangansilizium mit normalem und niedrigem Kohlenstoffanteil) mit einem Gehalt an Mangan im Bereich von 50 bis 90 % sowie einem Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 7,0 % zugeführt; die Manganlegierungen dienen als Desoxidations- und Bindemittel.
Das gegenwärtig in Stahlwerken angewendete Verfahren der Zugabe dieses Materials zur Behandlung des Primärstahls ist äußerst einfach und bereits sehr lange bekannt. Es besteht darin, dass die genannten Legierungen in der Form von Klötzchen unterschiedlichen Formats mit üblichen Abmessungen von 5 bis 30 mm, 10 bis 50 mm, 10 bis 60 mm, 20 bis 80 mm und 25 bis 100 mm zugegeben werden.
Die Klötzchen werden im Stahlwerk dem Transportfahrzeug entnommen und in Lagern aufgehäuft. Sie werden dann durch Förderbänder, Gabelstapler od.dgl. Transportgeräte zu den Beschickungsvorrichtungen transportiert und anschließendvor der einschlägigen chemischen Analyse des sogenannten Primärstahls -- in der erforderlichen Menge einer Gießpfanne zur Aufnahme des Primärstahls zugegeben, während er aus einem Thermobehälter in diese abgestochen wird. Das Material wird während des Abstichs des Primärstahls, der aus der Stahlherstellung resultiert, in die Gießpfanne geschüttet und zwar unabhängig von der Art des zur Herstellung des Primärstahls angewendeten Prozesses und der nachfolgenden Feinabstimmung.
Während das Mangan in der beschriebenen Weise zugegeben wird, erfolgt an der Oberfläche der Gießpfanne die Bildung von Gasen in bedeutenden Mengen. Jüngere Studien in den Vereinigten Staaten von Amerika haben darauf hingewiesen, dass Mangandämpfe beim Menschen den sogenannten Manganismus hervorrufen können, ein der Parkinson'schen Krankheit ähnliches Leiden.
In Kenntnis dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Verbesserung des eingangs beschriebenen Verfahrens zu erreichen und insbesondere eine Methode zu finden, die bei der Zugabe den Ausstoß der erwähnten Gase mindert. Die Verbesserungen sollen die praktischen Abläufe optimieren, die Technologie effizienter nutzen sowie die Auswirkungen auf die Umwelt reduzieren. Die für die Behandlung des Stahles erforderliche Menge an Mangan soll mit höherer Präzision zugegeben werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Anspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Bei angegebenen Benennungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar sein.
Erfindungsgemäß erfolgt die Zugabe der Manganlegierung/en in Form von Ferromangan mit hohem mittlerem und niedrigem Kohlenstoffanteil, Mangansilizium mit normalem und niedrigem Kohlenstoffgehalt während des Abstichs der glühenden Masse eines -- Eisenwerkstoff und Schmelzzuschläge enthaltenden -- Primärstahls in eine Gießpfanne; bevorzugt wird dabei ein Gehalt an Mangan im Bereich von etwa 50 % bis 90 % sowie ein Kohlenstoffgehalt von etwa 0,05 bis 7,0 %. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, die Manganlegierungen in Teilchen einer Größenordnung von 0 bis 5 mm einzubringen.
Bekanntlich werden seit langem Ferromangan (mit 25 bis 80 % Mn) oder Spiegeleisen (5 % bis 20 % Mn) als Desoxidationsmittel bei der Stahlerzeugung verwendet. Legierungen mit geringen Mangangehalten -- meist zur Erhöhung der Festigkeit -- sind sehr zahlreich. Am wichtigsten ist die Verwendung von Mangan in Stahl; sog. Manganstähle mit Mangangehalten über 0,8 % Manganhartstähle bis 14 % Mn und in Gusseisen sowie für einige ferromagnetische Legierungen Manganbronzen (12 bis 14 % Mn) werden als Widerstandswerkstoffe verwendet.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung befindet sich die Manganlegierung -- einer bevorzugten Korngröße bei etwa 5 mm -- im Innenraum eines röhrenförmigen Behälters aus einem für eine bestimmte Zeit der Hitze widerstehenden Werkstoff, insbesondere aus Stahlblech, der allmählich in das Innere jener glühenden Masse eingeführt wird, der geschlossen ist und vorteilhafterweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Als günstig hat es sich erwiesen, jenen röhrenförmigen Behälter oder Hülsenstrang aus Stahlblech schlauchartig zu formen und mit seinem freien Ende in den Primärstahl einzuführen; er soll insbesondere durch eine Schubeinrichtung in die Gießpfanne eingeschoben werden, wobei der freie Endbereich des schlauchartigen Hülsenstranges in verhältnismäßig weitem Abstand zum Metallspiegel geschmolzen wird.
Im Rahmen der Erfindung liegt eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, bei welcher dem Innenraum der Gießpfanne für den Primärstahl als Behälter für zumindest eine gekörnte Manganlegierung ein Hülsenstrang zugeordnet ist, der aus einer begrenzt flexiblen Stahlblechröhre besteht. Letztere soll aus einem Stahlblechstreifen bestehen, dessen beide Längskanten an einem dichtenden Falz gleichgerichtet nebeneinander angeordnet sind, wobei das eine Querschnittsende des Stahlblechstreifens als kurzer Streifen aufgefaltet sowie außenseitig auf den Stahlblechstreifen aufgelegt und innenseitig an den anderen Querschnitts-Endbereich angelegt ist.
Erfindungsgemäß bietet der -- oben erwähnte -- kreisförmige Querschnitt der Stahlblechröhre des Hülsenstranges einen Durchmesser von zumindest 21 mm an bei einer geringen Wanddicke von etwa 0,3 mm bis 1,0 mm.
Der Hülsenstrang bildet günstigerweise eine um eine Mittelachse gelegte Rolle, aus der er durch eine Zug- oder Schubeinrichtung herausgeführt und dabei sein freies Ende in die Gießpfanne eingebracht wird. Diese Schubeinrichtung enthält mehrere Paare kleiner Rollen, zwischen denen der Hülsenstrang gezogen läuft.
Die große Rolle aus dem Hülsenstrang lagert bevorzugt auf einem Bodengestell einer Aufnahmeeinrichtung, zu dem die Mittelachse der Rolle parallel oder rechtwinkelig verläuft. Als Halterung ragt dabei vom Bodengestell ein Stützgerüst für die Rolle aus dem Hülsenstrang auf, das erfindungsgemäß einends mit dem Bodengestell verbundene Halteprofile enthält. Letztere können durch wenigstens einen Querarm miteinander verbunden sein. Zudem hat es sich als günstig erwiesen, statt dieses Stützgerüstes oder mit diesem auf dem Bodengestell Längsprofile für die auf ihnen lagerbare Rolle anzuordnen.
Mittels dieses Verfahrens und dank der Vorrichtung dazu

-- lässt sich ein besser handhabbares Produkt erreichen, das es gestattet, die für die Behandlung des Stahls notwendige Menge Mangan mit höherer Präzision zuzugeben und gleichzeitig die potentiellen Probleme der Umweltverschmutzung einzudämmen.
Die Erfindung bietet eine zum Stande der Technik unterschiedliche Lösung für die Zugabe der Manganlegierungen hinsichtlich ihrer Form und Lagerung, der Art ihres Transportes von einem Lager zum Einsatzort sowie der Handhabung an letzterem.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

Fig. 1:

einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hülsenstrang;

Fig. 2:

ein Verfahrensschema, dessen Einzelteile aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in den tatsächlichen Proportionen zueinander skizziert sind;

Fig. 3:

eine Frontansicht einer Aufnahmeeinrichtung in Form einer Spule für einen Hülsenstrang;

Fig. 4 bzw. 5:

alternative Ausgestaltungen der Spule mit horizontaler bzw. vertikaler Achse.

In Fig. 1 ist ein Hülsenstrang 10 runden Querschnittes eines Außendurchmessers d von etwas mehr als 21 mm skizziert, dessen Wandung 12 geringer Dicke f von beispielsweise 0,3 mm bis 1,00 mm aus Stahlblech röhrenartig geformt ist; die beiden Längskanten 16 des Stahlblechstreifens 14 sind unter Bildung eines Falzes 18 gleichgerichtet nebeneinander angeordnet und können gegebenenfalls durch ein Bindemittel, etwa eine Schweißnaht, miteinander verbunden sein. Das eine Querschnittsende des Stahlblechstreifens 14 ist als kurzer Streifen 15 aufgefaltet sowie außenseitig auf den Stahlblechstreifen 14 aufgelegt und innenseitig an den anderen Querschnitts-Endbereich angelegt. Der Hülsenstrang 10 nimmt eine gemahlene Manganlegierung 20 auf, deren Körner eine Korngröße e bis zu 5 mm anbieten.
Bevorzugte Legierungen haben beispielsweise die folgenden Zusammensetzungen:
Die in Fig. 2 skizzierte Anlage enthält eine Aufnahme- und Transporteinrichtung 22 für den aufgespulten Hülsenstrang 10, der unter Bestimmung einer Mittelachse M in dieserals Rolle R aufgewickelt -- lagert sowie durch Paare kleiner Rollen 24 einer Schubeinrichtung oder Injizierstation 26 in Bewegungsrichtung x aus der Spule oder Aufnahmeeinrichtung 22 gezogen wird. Das freie Strangende 11 des Hülsenstranges 10 taucht in den Innenraum 28 einer Gießpfanne 30 ein. Dieser wird in Pfeilrichtung y ein Primärstrahl Q zugeführt, der einem nicht dargestellten Konverter entnommen ist; letzterem sind Roheisen und Schmelzzuschläge aufgegeben worden, um dort mittels Einleitung von Sauerstoff jenen Primärstrahl Q zu erzeugen. In diesem Innenraum 28 schmilzt das freie Strangende 11 des eingetauchten Hülsenstranges 10 in verhältnismäßig großem Abstand i zum Metallspiegel 29, der unterhalb der Oberkante 31 der Gießpfanne 30 verläuft.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung des Primärstrahls Q wird durch den Einsatz von Elektroschmelzöfen realisiert, die drei Elektroden aus Graphitmaterial besitzen, an denen mittels elektrischen Stromes in einem mit feuerfestem Material ausgekleideten Schacht Lichtbogen gegen die Ladung der Rohstoffe erzeugt werden; bei denen handelt es sich im Allgemeinen um Schrott, Eisenschwamm und Schmelzzusätze.
Der Primärstrahl Q wird -- wie gesagt -- der Gießpfanne 30 zugeführt. Während dieses Vorganges erfolgt die Zugabe der genannten Legierungen. Die Schubeinrichtung bzw. Zugabestation 26 drückt das freie Ende des mit der Manganlegierung 20 gefüllten Hülsenstranges 10 mit steuerbarer Geschwindigkeit in die Gießpfanne 30, die zudem den flüssigen Primärstrahl Q aus dem Abstich empfängt bzw. bereits enthält.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sich die aktive Länge des Hülsenstranges 10 über vom Bedienpersonal gesteuerte Systeme dosieren lässt. Letzteres bestimmt -- sobald man die chemische Analyse des zu behandelnden Primärstrahls Q kennt -- durch Berechnung die Menge der Manganlegierung 20, die zugegeben werden muss, dies ausgedrückt in der Meterzahl des in die Gießpfanne 30 geführten Hülsenstranges 10. In einigen Fällen ist das System programmgesteuert und führt jene Berechnung automatisch durch.
Wie die Fig. 3 und 4 verdeutlichen, besteht die Aufnahmeeinrichtung 22 hier aus einem -- Metall- oder Holzprofile 32 enthaltenden -- Bodengestell 34 und einem davon aufragenden Stützgerüst 36 mit vom Bodengestell 34 beidseits der -- auf Längsprofilen 35 ruhenden -- Rolle R aufragenden Halteprofilen 37, die in Fig. 2, 4 durch Querprofile 38 für die Rolle R des Hülsenstranges 10 verbunden sind. In den Fig. 2, 4 verläuft die Mittelachse M jener Rolle R horizontal, in der Aufnahmeeinrichtung 22_a der Fig. 5 hingegen vertikal; hier fehlen am Stützgerüst 36_a in dieser Anwendung nicht erforderliche Querprofile.
Bei der geschilderten Vorgehensweise werden also in den Primärstrahl Q während des Abstichs in die Gießpfanne 30 die Manganlegierung 20 und übrige Komponenten mittels des Hülsenstranges 10 als röhrenförmiges Behältnis zugeführt. Letzteres ist aus einem Werkstoff gefertigt, der aufgrund der ihm innewohnenden Eigenschaften eine bestimmte Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen besitzt. Der auch als Einhülsung bezeichnete Hülsenstrang 10 wird auf Spezialmaschinen hergestellt und dann -- wie gesagt -- als Rolle R zum Einsatzort gebracht. Als Ausgangswerkstoff wird Bandstahl verwendet, dem in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten formgerechter Biegung eine U-Form verliehen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird mit Hilfe eines automatisierten Beschickungssystems die gemahlene Manganlegierung 20 der Einhülsung 10 zugeführt und zwar präzise bemessen in Bezug auf das Gewicht der nunmehr enthaltenen Legierung, ausgedrückt in Gramm je Meter.
In nachfolgenden Schritten der formgerechten Biegung wird -- wie erörtert -- die Stahlblechröhre aus dem Stahlblechstreifen 14 geschlossen. Das sich ergebende röhrenförmige Produkt wird in oben beschriebener Weise ähnlich einem Kabel aufgerollt. Die dabei entstehende und befüllte Spule oder Wickelrolle R lagert dann in der Aufnahmeeinrichtung 22, die zwischen 1.000 Meter und 5.000 Meter des Hülsenstranges 10 aufnehmen kann und sich mit fahrbaren Hebezeugen für Lasten von mindestens 2,5 Tonnen auf einfache Weise transportieren lässt. Die Lagerung hat in überdachten Räumen zu erfolgen.
Es wird so eine präzisere und rationellere Zugabe der Menge von Manganlegierung 20 als üblich erzielt, da die Meter für Meter gewährleistete Gewichtshomogenität der enthaltenen körnigen Manganlegierung 20 eine bessere Messung ermöglicht.
Die Tatsache, dass die Einhülsung 10 dank ihrer röhrenförmigen Ummantelung aus dem Stahlblechstreifen 14 für kurze Zeit den im Inneren der Gießpfanne 30 herrschenden Temperaturen widersteht, ohne sich aufzulösen, gestattet es, in die tieferen Zonen der Gießpfanne 30 einzudringen. Auf diese Art und Weise erfolgt die Zugabe im Innersten der flüssigen Stahlmenge, was es mit sich bringt, dass das Material im Stahlbad effizienter genutzt wird und Oberflächenreaktionen vermieden werden.

Claims

Verfahren zur Zuführung von zumindest einer Manganlegierung zu einem Stahlmaterial bei der Stahlerzeugung,
dadurch gekennzeichnet,
dass der glühenden Masse eines Primärstahles (Q) während dessen Abstiches in eine Gießpfanne (30) die Manganlegierungen' (20) in Form von Ferromangan mit hohem, mittlerem und niedrigem Kohlenstoffanteil, Mangansilizium mit normalem und niedrigem Kohlenstoffgehalt zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Mangan im Bereich von etwa 50 % bis 90 % sowie einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,05 % bis 7,0 %.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine körnige Manganlegierung (20) einer Korngröße bis etwa 5 mm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Manganlegierung (20) in einem röhrenförmigen Behälter (10) aus einem Werkstoff mit Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen zugeführt wird, der in das Innere der glühenden Masse eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der röhrenförmig aus Stahlblech schlauchartig geformte Behälter oder Hülsenstrang (10) mit seinem freien Ende in den Primärstahl (Q) eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangende (11) des Hülsenstranges (10) in die Gießpfanne (30) durch eine Schubeinrichtung (26) eingeschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Endbereich des schlauchartigen Hülsenstranges (10) in verhältnismäßig weitem Abstand (i) zum Metallspiegel (29) geschmolzen wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voraufgehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Innenraum (28) einer Gießpfanne (30) für den Primärstahl (Q) ein Hülsenstrang (10) zugeordnet ist, der aus einer begrenzt flexiblen Stahlblechröhre besteht als Behälter für zumindest eine gekörnte Manganlegierung.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlblechröhre des Hülsenstranges (10) aus einem Stahlblechstreifen (14) besteht, dessen beide Längskanten (16) an einem dichten Falz (18) gleichgerichtet nebeneinander angeordnet sind, wobei gegebenenfalls das eine Querschnittsende des Stahlblechstreifens (14) als kurzer Streifen (15) aufgefaltet sowie außenseitig auf den Stahlblechstreifen aufgelegt und innenseitig an den anderen Querschnitts-Endbereich angelegt ist (Fig. 1).
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlblechröhre des Hülsenstranges (10) einen Durchmesser (d) von zumindest 21 mm aufweist, wobei gegebenenfalls die Manganlegierung (20) als Füllung des Hülsenstranges (10) eine Korngröße bis etwa 5 mm aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenstrang (10) eine um eine Mittelachse (M) gelegte Rolle (R) bildet, von der aus er durch eine Schubeinrichtung (26) geführt und sein freies Ende (11) in die Gießpfanne (30) eingebracht ist, wobei die Schubeinrichtung (26) gegebenenfalls mehrere Paare (24) von Rollen enthält, zwischen denen der Hülsenstrang (10) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (R) aus dem Hülsenstrang (10) auf einem Bodengestell (34) einer Aufnahmeeinrichtung (22) lagert, zu dem die Mittelachse (M) der Rolle parallel oder rechtwinkelig verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Bodengestell (34) ein Stützgerüst (36) für die Rolle (R) aufragt, wobei das Stützgerüst (36) gegebenenfalls einends mit dem Bodengestell (34) verbundene Halteprofile (37) enthält und letztere bevorzugt durch wenigstens einen Querarm (38) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Bodengestell (34) Längsprofile (35) für die auf ihnen lagerbare Rolle (R) angeordnet sind.