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Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln
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von tz,etallschmelzen mit Spülgas Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Behandeln von Metallschmelzen in einem Gefäß durch Injektion
von Spülgas im Bereich des Gefäßbodens, insbesondere zum Entfernen von solchen feuerfesten
?artikeln, die aufgrund ihrer geringen Größe nicht oder nur sehr langsam aufsteigen.
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Beim Erstarren eines Gußblocks konzentrieren sich die in der Schmelze
verbliebenen feuerfesten Partikel in bestimmten Seigerungszonen, die beim Auswalzen
des Blocks auf kleine Materialstärken Schlackenzeilen in dem Material bilden. Bei
der Herstellung von Edelstahl bestehen die
Einschlüsse unter andere
aus CaOt SiO2, NgO und so weiter. Ausgewaiztes Gut mit derartigen Schlackenzeilen
ist für verschiedene Anwendungsfälle, bei denen es auf Reinheit des Materials ankommt,
nicht verwendbar, so daß das mit den Schlackeneinschlüssen durchsetzte Material
häufig nur als zweite Wahl für andere Anwendungsgebiete verkauft werden kann.
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Insbesondere die Erzeuger von Edelstahl unternehmen erhebliche Anstrengungen,
reines Material ohne schädliche Einschlüsse zu erzielen.
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Bei der in den letzten Jahren stark verbesserten Pfannenmetallurgie
benutzt min eine Inertgasspülung zur Beschleunigung der Umwälzung der Schmelze in
dem Behandlungsgefäß. 3ei ausreichend groí3en Strölnungsgeschwindigkeiten in der
Schmelze ist beobachtet worden, daß die mit der Schmelze eine Suspension bildenden
feuerfesten Partikel beim aufeinandertrefen koagulieren und durch das Umwälzen der
Schmelze der Schlackenschicht zugeführt werden. Durch eine solche InentgUasspülbehandlung,
die in erster Linie auch die Aufgabe hat, eine Homogenisierung des Pfanneninhalts
sowie eine Auflösung und Einmischung der Pfannenzusätze zu erzielen, werden bereits
hohe Reinheitsgrade der Schmelze erreicht, die zu verhältnismäßig reinen Gußblöcken
vergossen werden kann . Dennoch sind für viele Anwendungsfälle die Gußblöcke nicht
rein genug, so daß für die Weiterbehandlung bestimmte Blockbereiche mit ausreichend
hoher Reinheit herausgeschnitten werden müssen, während die übrigen Blockbereiche
zur Herstellung von Material geringerer Güte verwendet werden.
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Der Erfindung liegt die Afugabe zugrunde, eine Methode zu schaffen,
mit der ein noch größerer Anteil der in der Schmelze befindlicherj feuerfesten Partikel
entfernt werden kann, um Gußblöcke mir durchgehend hoher Qualität u erhalten.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein großer
Bereich der Schmelze mit dem aufp erl enden Spülgas durchgast wird. Durch die aufsteigenden
Gasblasen werden auch kleinste Partikel, die noch nicht zu größeren Einheiten koaguliert
sind, mit an die Oberfläche der Schmelze gerissen und der Schlacke zugeführt, Bei
Verwendung eines Behandlungsgefäßes mit hohem Bord und einer Einrichtung zur Einleitung
von Spülgas an einer Stelle des pfannenbodens kann das Gefäß so bewegt werden, dai3
der Spülgasstrahl in der Schmelze wandert. Dadurch ist es möglich, einen sehr großen
Bereich der Schmelze mit den aufsteigenden Gasblasen zu beaufschlagen und dadurch
einen extrem großen Anteil der in der Schmelzen suspendierten feuerfesten Partikel
der auf der Schmelze schwimmenden Schlacke zuzuführen.
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Vorzugsweise wird dem Gefäß eine Taumelbewegung erteilt, so daß zumindest
im oberen Bereich des Beiiandlungsgefußes, in welchem die Schmelze die größte Partikelkonzentration
aufweist, über nahezu den gesamten Querschnitt durchgast wird.
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Wenn nur ein Gasspülstrahl mit kleinem Durchmesser erzeugt wird, können
auch Taumelbewegungen des Gefäßes mit unterschiedlichen Amplituden ausgeführt werden,
um einen möglichst großen Bereich der Schmelze mit der Durchgasung zu erfassen.
Dabei kann das Behandlungsgefäß auch eine spiralförmige Taumelbewegung mit allmählich
größer werdender Amplitude ausführen.
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Alternativ kann das Behandlungsgefäß auch in verschiedene Richtungen
gekippt werden, wobei ebenfalls die Durchgasung eines relativ großen Bereich der
Schmelze ermöglicht wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
die aus einem Behandlungsgefäß mit einer etwa in der Bodenmitte angeordneten Einrichtung
zur Einleitung vori Spülgas durch den Gefäßboden besteht, ist dadurch gekennzeichnet,
daß das Behandlungsgefäß einen relativ zum Niveau des Schmelzenspiegels hohen Bord
aufweist und auf ein Gestell montiert ist, mit dem das Gefäß in eine mehrzahl von
Schräglagen bewegbar ist, bei denen die Mittelachse des Gefäßes gegen die Senkrechte
geneigt ist.
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Vorzugsweise ist das Gestell als Taumelgestell ausgebildet, mit dem
dem Behandlungsgefäß eine Taumelbewegung erteilt werden kann. Alternativ kann das
Gestell auch ein Kippgestell sein, mit dem das Behandlungsgefäß in mehreren Ebenen
kippbar ist.
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Zweckmäßig weist das Behandlungsgefäß an mindestens einer Stelle seines
oberen Randes eine Überlauftülle zur Schlackenentnahme auf. Zur Entnahme der Schlacke
wird das Behandlungsgefäß in eine Schräglage gebracht, in welcher die Uberlauftiille
an der tiefsten Stelle des oberen Bordrandes steht. In dieser Position steigen die
Blasen des Spülgasstromes genau auf der der Tülle gegenüber-liegenden Seite des
Behandlungsgefäßes auf und erzeugen im oberen Bereich der Schmelze beziehungsweise
im Bereich der Schlacke eine auf die Uberlauftülle gerichtete Strömung. Auf diese
Weise ist es möglich, die Schlacke unter Ausnutzung dieser Strömung bequem von der
Oberflächq des Schmelzbades zu entfernen.
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Eine andere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die aus einem
Behandlungsgefäß mit einer Einrichtung zur Einleitung von Spülgas durch den Gefäßboden
besteht und insbesondere zur Behandlung von kleineren Mengen an Schmelze dient,
ist d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ge
fäßboden
an verschiedenen Stellen Gaseinlässe aufweist.
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Vorzugsweise ist dabei etwa der gesamte Raum unter dem Gefäßboden
mit Spülgas beschickbar, so daß das Gas durch den Gefäßboden, der zumindest in größeren
Bereichen gasdurchlässig ist, in die Schmelze gelangen kann. Auch bei einer solchen
Ausführungsform kann eine gute Durchgasung der Schmelze erfolgen, jedoch wird diese
Methode voraussichtlich auf kleinere Gefäße be schränkt bleiben, da hierbei die
Cefahr von Durchbrüchen der Schmelze durch den Gefäßboden besonders groß ist.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulich-t
und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen: Fig.
1 in schematischer Darstellung ein 3ehandlungsgefäß mit einen in der f3-odenmitte
befindlichten gasspülstein, das in verschiedene Schräglagen gerippt werden kann,
Fig. 2 einen Schnitt durch. ein Behandlungsgefäß, das auf einem Taumelgestell sitzt,
und Fig .3 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform eines Behandlungsgefäßes.
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Nach Fig. 1 der Zeichnung besteht die Vorrichtung zur Behandlung einer
Metallschmelze 1 im wesentlichen aus einem Behandlungsgefäß 2, das als herkömmliche
Pfanne ausgebildet sein kann. Das Behandlungsgefäß 2 ist mit einer feuerfesten Aus
mauerung 3 versehen und weist in der Mitte seines 3odens 4 einen eingesetzten Gasspülstein
5 auf, durch den Spülgas in die Schmelze 1 eingeleitet wird. Das Spülgas steigt
in der Schmelze 1 in einen im Durchmesser allmählich größer werdenden Gasblasenstrom
lZ, auf, der in der Zei:hnung gestrichelt dar-
gestellt ist.
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An der Oberflache der Schmelze 1, auf der die Schlacke 7 schwimmt,
erzeugt der Gasblasenstrom 6 einen im wesentlichen runden, fleckartigen Staubereich
8.
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Wenn das Behandlungsgefäß 2 in die rechte, strichpunktiert dargestellte
Stellung 2a gekippt wird, wandert der Staubereich 8 relativ zu dem Behandlungsgefäß
2 in Richtung auf den in der. Zeichnung links liegenden liand des Gefäßes. Bein
Kippen in die entgegengesetzte Stellung 2b wandert der Staubereich 8 zu dem in der
Zeichnung rechts liegenden Rand des Gefäßes, so daß der Gaablasenstrom 6 einen relativ
großen Bereich der Schmelze 1 durchgast. Wenn diese Kippbewegung dreidimensional
durchgeführt wird, beispielsweise durch Ausführung von Kippbewegungen in verschiedenen
Ebenen oder durch eine Taumelbewegung, so kann ein noch größerer Bereich der Schmelze
1 von dem G;sblasenstrom 6 erfaßt werden.
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In Fig 2 ist in etwas detaillierterer Ausführung ein Behandlungsgefäß
10 dargestellt, das einen ähnlichen Aufbau aufweist wie das in Fig. 1 dargestellt
Behandlungsgefäß 2. Demgemäß sind entsprechende Vorrichtungsteile mit gleichen Positionszahlen
versehen worden.
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Das Behandlungsgefäß 10 weist ebenso wie das Behandlungse gefäß 2
einen etwa mittigen Gasspülstein 5 auf, dem über eine zumindest im oberen Bereich
flexible Leitung 11 Spülgas Pugefilhrt wird, das in Form eines Gasblasenstroms 6
durch die Schmelze 1 aufsteigt. Das Behandlungsgefäß 10 weist wiederum einen relativ
hohen Bord auf und wird nur soweit mit Schmelze 1 gefüllt, daß diese in der für
das Verfahren vorgesehenen Kippstellung nicht; über den oberen Rand treten kann.
An einer Stelle des
oberen Randes ist tlas Behandlungsgefäß 10
mit einer Überlauftülle 12 zur Schlackenentnahme versehen.
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Das Behandlungsgef?iß 10 steht auf einem Taumelgestell 13.
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Dieses besteht im wesentlichen aus einem unteren Sockel 14 sowie einem
zwischen dem Gefäßboden 4 und der Oberseite des Sockels drehbar angeordneten Taumelstück
15. Das Taumelstück 15 ist als aufrechtstehender Zylinder ausgebildet, dessen senkrecht
zur Zylinderachse liegende Unterseite 16 iiber ein Axiallager 17 auf dem Sockel
14 abgestützt ist. Die Oberseite 18 des Taumelstücks 15 ist in einem Winkel zur
Zylinderachse geneigt. Auf dieser schrägen Oberseite 18 des Taumelstticks 15 befindet
sichein Axiallager 15, auf welches das Behandlungsgefäß 10 mit seinem Boden 4 aufgestellt
ist.
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Das Taumelstück 15 weist an seinem Umfang einen Zahnkranz 20 auf,
der über ein Ritzel 21 antreibbar ist. Das Behandlungsgefäß zur wird iiber einen
starr an diesen befestigten Hebel 22 an einer Rotation gehindert, wobei das freie
Ende des Hebels 22 in einer vertikalen Führung 23 geführt ist.
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Wenn das Taumelstück 15 über das Ritzel 21 sowie den Zahnkranz 20
in Rotation versetzt wird, so führt das Behandlungsgefäß 10 eine Taumelbewegung
aus, ohne sich selbst um seine Achse zu drehen. Dadurch ist gewährleistet, daß der
Gasblasenstrom 6 in der Schmelze 1 zirkuliert, wobei der Staubereich 8 eine Kreisbewegung
auf der Oberfläche der Schmelze ausführt.
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Die in Fig. 2 dargestellt Vorrichtung kann gleichzeitig auch zur Entnahme
der Schlacke 7 verwendet werden. Wenn das Gefäß 10 in der in Fig. 2 dargestellten
Stellung verbleibt, wird die Schalcke 7 in Folge des aufsteigenden Gasblasenstroms
6
in Etichtung auf die Überlauftülle 12 gedrückt.
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Es ist dabei lediglich erforderlich, das Behandlungsgefäß 10 durch
Anheben des auf der gegenüberliegenden Seite der Überlauftülle 12 befindlichen Hebels
22 noch etwas weiter zu kippen, um die Schlacke 7 von der Oberfläche der Schmelze
zu entfernen.
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Mit den in Fig. 1 iind 2 dargestellten Vorrichtungen wird nicht nur
die bereits bekannte gute Homogenisierung einer Schmelze erzielt, sondern aufgrund
des Wanderns des Gasblasenstroms, der weite Bereiche der Schmelze 1 erfaßt, werden
die in ousl)ension befindlichen feuerfesten Partikel cit nach oben gerissen und
der Schlacke 7 zugeführt.
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Einen ähnlichen Effekt kann man auch mit dem in Fig. 3 dargestellten
Behandlungsgefäß 25 erreichen, das im wesentlichen den gleichen Aufbau aufweist
wie die in Fig. 1 und 2 dargestellten Behandlungsgefäße, wobei allerdings anstelle
eines mittigen Gasspülsteines 5 ein gasdurchlässiger Boden 26 vorgesehen ist. Über
eine Gaszuführungsleitung 27 gelangt dus Spülgas in einen Hohlraum 28 unterhalb
des gasdurchlässigen Bodens 26, wo es sich i.ber der gesamten Querschnitt verteilt
und dann durch den eten Boden austreten kann, wie in der Zeichnung durch die Strichelung
29 angedeutet.