DE1912907C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer Bewegung in einem Metallbade, vornehmlich bei der Stahlentgasung - Google Patents

Description

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(33) untergebracht wird, das in bekannter Weise oberhalb eines Entnahmebehälters (31) angeordnet wird und durch zwei Rohre (34, 35) mii einem Metallbad (32) des Entnahmebehälters in Verbindung steht.

Um die Reaktion zwischen Gas, Schlacke und Metall bei der Herstellung von Stahl und anderen Metallen zu beschleunigen, wird in mannigfacher Weise versucht, das Metall während des Reaktionsablaufes in Bewegung zu bringen. Besonders zahlreich sind diese Bestrebungen auf dem Gebiet der Stahlentgasung. Bekannt ist z. B. die Anbringung elektromagnetischer Felder an Rohren und Rinnen, in denen das Metall strömt, die Rotation eines Metallbades durch Rührwerke oder elektromagnetische Felder, die portionsweise Entnahme aus einem das Metall enthaltenden Behälter und die Rückgabe unter hoher Energie in bestimmter Richtung und schließlich die Einleitung von Gas in das Metall in senkrecht verlaufenden Rohren zwecks Erzeugung eines Auftriebes (Liftgas). Auch das im folgenden beschriebene Verfahren beruht auf dem Liftgasprinzip. Es erweitert den Anwendungsbereich dieser Methode und vereinfacht die erforderlichen Apparaturen.

Bekanntlich wirkt auf eine Wand zwischen zwei Räumen verschiedenen Gasdruckes, die zum Teil mit einer Flüssigkeit gefüllt sind und in kommunizierender Verbindung stehen, unterhalb des unteren Flüssigkeitsspiegels auf beiden Seiten gleicher Druck, zwischen den beiden Spiegeln ein von unten nach oben zunehmender Druckunterschied und oberhalb des oberen Spiegels schließlich ein Druckunterschied, der dem Differenzdruck der Gase in den beiden Räumen gleich ist. Von dieser Tatsache ausgehend wird erfindungsgemäß in einem Metallbad, vornehmlich bei der Stahlentgasung, eine Badbewegung dadurch hervorgerufen, daß zwei durch eine mit Öffnungen 10, 11 versehene Wand 6 getrennte in kommunizierender Verbindung stehende Räume 25, 26, in denen sich das schmelzflüssige Metall 3 befindet, durch Anschluß an Druck- und/oder Saugpumpen und/oder durch Zugabe Gas bildender oder Gas absorbierender Stoffe auf unterschiedlichen Druck gebracht werden, so daß sich verschiedene Spiegelhöhen einstellen und daß das Gas aus dem Raum höheren Druckes 26 durch die zwischen den Spiegeln liegenden Öffnungen 10, 11 der Trennwand 6 in das Metall im Raum niederen Druckes 25 eingeleitet wird, so daß dieses in der Nähe der Trennwand durch Auftrieb von unten nach oben bewegt wird. Durch eine zusätzliche angebrachte Wand 12 wird diese Bewegung auf einen bestimmten Querschnitt begrenzt. Wird z. B. der Gasdruck in einen Raum 26 auf 0,5 ata und im anderen Raum 25 auf 0,1 ata eingestellt, so fließt das aus dem Metall im Raum 26 austretende Gas durch die Öffnungen 10, 11 in der Wand 6 in das zwischen den Wänden 6 und 12 befindliche Metall und erzeugt dort einen Auftrieb, der zu einer Bewegung führt. Die Wirkung kann durch Einleiten von Gas in den Raum 26 — neutrales Gas ζ. B. Argon oder mit dem Metall reagierendes Gas, ζ. B. Luft, Sauerstoff oder Kohlenoxyd — gesteigert werden, ebenso unier Anwendung einer (nicht mitgezeichneten) Druckschleuse durch Zugabe fester oder flüssiger Stoffe, die Gas erzeugen oder absorbieren. Dabei können je nach den metallurgischen Erfordernissen ein Raum oder beide zeitweise

unter Überdruck gesetzt werden. Arbeitet man im ersten Raum mit Überdruck, im zweiten mit Unterdruck, so läßt sich z. B. durch Einleiten kohlenoxydhaltiger Gase im ersten Raum der Kohlenstoffgehalt eines Stahlbades steigern, im zweiten senken. Dabei wird der ·> Stahl je nach dem Ausmaß der Aufkohlung und nachfolgenden Entkohlung so weit desoxydiert, daß er wie ein beruhigter Stahl in Kokillen oder einer Stranggießanlage vergossen werden kann. Im letzteren Fall wird durch ein Siphon od. dgl. Stahl im Raum ι ο höheren Druckes 26 laufend zugeführt, während er durch einen Stopfenverschluß od. dgl. aus dem Raum niederen Druckes 25 stetig abfließt. Das Gas erfüllt also einen doppelten Zweck, einmal erzeugt es im Metallbad einen Auftrieb und setzt dieses in Bewegung, andererseits dient es als Reaktionskomponente bei der Durchführung metallurgischer Reaktionen.

In den drei Abbildungen sind Ausführungsbeispiele für die Vorrichtungen dargestellt, mit denen das Verfahren durchgeführt werden kann.

Abb.l zeigt ein Gefäß 1 mit einem Dichtungsring 2, das beispielsweise flüssigen Stahl 3 enthält. Mit dem Deckel 4 und dem Dichtungsring 5 ist der Behälter luftdicht verschlossen. Quer durch den Behälter verläuft eine Trennwand 6 mit der Dichtungsleiste 7. Diese steht in abdichtender Berührung mit der Dichtungsleiste 8, die durch den Steg 9 mit dem Deckel 4 verbunden st. Die Wand 6 trägt oberhalb des unteren und unterhalb des oberen Spiegels die öffnungen 10, 11. Gegenüber der Wand 6 befindet sich eine zweite Wand 12, die durch das Verbindungsstück 13 mit der Wand 6 verbunden ist. Die öffnungen 14, 15 und 16 stellen eine Verbindung zwischen dem Metallbad und dem Raum zwischen den beiden Wänden her. Der Deckel 4 ist durch die Leitungen 17,18,20, 22 und 23, die durch die Ventile 17, 21 und 24 jeweils geöffnet oder verschlossen werden können, mit Druck- oder Vakuumpumpen verbunden, so daß in den gasgefüllten Räumen 25 und 26 unabhängig voneinander ein beliebiger Druck eingestellt werden kann.

Um mit einer solchen Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wird nun beispielsweise die Leitung 18 nach öffnung des Ventils 19 mit einer Vakuumpumpe verbunden, die im Raum 25 einen Unterdruck hervorruft. Die Ventile 21 und 24 bleiben geschlossen. Dann sinkt der Spiegel im Raum 26 ab. Auch hier entsteht ein Unterdruck, allerdings nicht in dem Ausmaß wie im Raum 25. In diesem Zustand wird nun die Hauptmenge des Gases aus dem Metall im Raum 25 abgesaugt, ein Teil des Gases aber auch aus dem Metall im Raum 26. Dieses Gas fließt durch die öffnungen 10 und 11 in den Raum zwischen den beiden Wänden 6 und 12, erzeugt dort einen Auftrieb, so daß das Metall durch die öffnungen 14,15 und 16 einströmt und nach oben fließt. Es wird durch den Auftrieb des Gases über den Spiegel im Raum 25 gehoben und fließt über die Oberkante der Wand 12 in das Metall im Raum 25 zurück. So entsteht rechts von der Wand 12 eine Strömung nach unten, in dem Zwischenraum der Wand 6 und 12 eine Strömung nach oben. Die Stärke dieser eo Strömung läßt sich durch den Druckunterschied und dieser wiederum — bei gegebener Gasmenge je Zeiteinheit — durch die Anzahl und den Querschnitt der öffnungen 10 und 11 bestimmen. Diese können auch durch gasdurchlässige, poröse Steine in der Wand 6 _b·, ersetzt werden. Dagegen sollen die vom Metall durchflossenen öffnungen 14, 15 und 16 so groß sein. daß nur ein geringer Strömungswiderstand entsteht.

Soll diese Badbewegung auf den Raum 25 begrenzt werden, so werden die öffnungen 15 und 16 mit feuerfestem Ton od. dgl. verschlossen, so daß das Metall ausschließlich durch die Öffnung 14 in den Raum zwischen den Wänden 6 und 12 eintritt. Will man umgekehrt das Metall im Raum 26 an dem Kreislauf beteiligen, so schließt man die öffnungen 14 und 15. Das Metall fließt dann ausschließlich durch die öffnung 16. Benutzt man nur die öffnung 15, so ist das Metall beider Räume 25 und 26 am Kreislauf beteiligt.

Der Druckunterschied zwischen dem Raum 25 und 26 läßt sich auf eine bestimmte Höhe einstellen. Ist er zu groß, wird das Ventil 21 etwas geöffnet, ist er zu klein, wird bei geschlossenem Ventil 21 das Ventil 24 geöffnet, so daß aus der Umgebung Luft oder aus einer Druvkflasche Gas durch die Leitungen 23 und 22 einströmt. Auch durch Zugabe fester und flüssiger Stoffe durch eine nicht eingezeichnete Druckschleuse, welche beispielsweise kohlenwasserstoffhaltige, sauerstoffhaltige oder andere Gase entwickeln, läßt sich der Druckunterschied zwischen den Räumen 25 und 26 einstellen. Er ist nach oben lediglich begrenzt durch die Höhe der in das Metall eintauchenden Trennwand bzw. den maximal möglichen Spiegelunterschied. Dieser Druckunterschied bestimmt die Intensität des Kreislaufes. Unabhängig davon kann im Raum 25 ein aus metallurgischen Gründen erforderliches Vakuum eingestellt werden. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ζ B. beim Stahl eine Entgasung ohne Zuhilfenahme eines zweiten Gefäßes in der Stahlpfanne durchgeführt werden kann. Analog verläuft das Verfahren, wenn mehr als zwei Räume verschiedenen Druckes, wie bei der Gießstrahlentgasung bekannt, hintereinander geschaltet werden.

A b b. 2 zeigt eine besonders einfache, für die zweistufige Pfannenentgasung geeignete Vorrichtung. Die Ziffern 1 bis 5 haben die gleiche Bedeutung wie in Abb.l, ebenso die Ziffern 17 bis 26. Die Trennwand zwischen den beiden Räumen 27 ist mit dem Deckel 4 fest verbunden und rohrförmig ausgebildet. Sie bildet irnit der ebenfalls ringförmig gestalteten Gegenwand 28 einen Zwischenraum, der durch die auf dem ganzen Umfang angeordneten öffnungen 30 mit Metall gefüllt wird, während durch die Öffnungen 29 Gas in dieses Metall eindringt, nach oben strömt, einen Auftrieb erzeugt und das Metall über den Überlauf der Wand 28 in den Raum 25 einführt. So entsteht ein Kreislauf des Metalls zwischen den Räumen 25 und 26. Die Wände 27 und 28 können dabei auch kegel- oder glockenförmig ausgebildet werden.

Das Verfahren kann auch in der Weise durchgeführt werden, daß eine Zeit lang die Räume 25 und 26 unter gleiches Vakuum gesetzt werden. Die Spiegelhöhe gleicht sich dann aus. In beiden Räumen findet eine !Entgasung statt. Damit diese auch in den unteren Schichten des Metallbades 3 wirksam wird, wird dann ein Druckunterschied zwischen den Räumen 25 und 26 eingestellt, so daß ein Kreislauf einsetzt. Danach wird dann das Vakuum in beiden Räumen wieder auf gleiche Höhe gebracht. Dieses Spiel wird so lange wiederholt, bis sich der gewünschte Entgasungsgrad und die gewünschte Zusammensetzung des Metallbades eingestell· hat.

Die A b b. 3 zeigt die Anwendung des Verfahrens mit einer Vorrichtung, die in bekannter Weise aus einem unter Atmosphärendruck stehenden Aufnahmebehälter M mit dem Metallbad 32 besteht und einem darüber angeordneten Vakuumbehälter 33, der durch zwei

Leitungen 34 und 35 mit dem Metallbad 32 verbunden ist. Der Vakuumbehälter wird durch die Trennwand 36, die die öffnungen 37 und 38 trägt, in zw ei Räume geteilt. Ihr gegenüber wird eine zweite Wand 39 angeordnet. Im Vakuumgefäß 33 befinden sich nun die beiden Metallbäder 40, 41 und oberhalb davon die Gas enthaltenden Räume 42 und 43. Die Einrichtungen 17 bis 23 entsprechen denen der A b b. 1.

Wird bei dieser Vorrichtung das Ventil 19 geöffnet und die Leitung 18 an eine Vakuumpumpe angeschlossen, während die Ventile 21 und 24 geschlossen sind, so entsteht ein unterschiedlicher Gasdruck in den Räumen 42 und 43. Infolgedessen steigt im Raum 42 der Metallspiegel, während er im Raum 43 absinkt. Das Gas aus dem Raum 43 fließt dann durch die öffnung 37 in den Zwischenraum zwischen den beiden Wänden 36 und 39. Es erzeugt dort einen Auftrieb, der das ferrostatische Gleichgewicht des Systems in der Weise beeinflußt, daß Metall durch die Leitung 35 nach oben und durch 3' nach unten fließt. Ohne Zuführung von Fremdgas wire also allein durch das Vakuum im Raum 42 — ähnlich wie bei den Ausführungsbeispielen nach Bild 1 und 2 — eir Kreislauf erzeugt. Zusätzlich können natürlich, wie ober beschrieben, zwecks Erzielung bestimmter Reaktionen Gas oder gasbildende Stoffe zugesetzt werden.

F.s isi in der modernen Metallurgie, insbesondere be der Metallentgasung bekannt, die Zugabe von Legierun

ίο gen zeitlich so auf die Zuführung beliebiger Gase uric gasbildender Stoffe (Halogene, Sauerstoff, Kohlenoxyd Kohlensäure, Argon u. a.) abzustimmen, daß du metallurgischen Reaktionen einen optimalen Verlau nehmen. Das soeben beschriebene Verfahren und die geschilderten Vorrichtungen ermöglichen neben dei Erzeugung einer Badbewegung eine besonders wi kungsvolle Druchführung derartiger Maßnahmen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche: 10 20

1. Verfahren zur Erzeugung einer Bewegung in einem Metallbade, vornehmlich bei der Stahlentgasung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei durch eine mit Öffnungen (10, 11) versehene Wand (6) getrennte, in kommunizierender Verbindung stehende Räume (25, 26), in denen sich das schmelzflüssige Metall (3) befindet, durch Anschluß an Druck- und/oder Saugpumpen oder durch Zugabe Gas bildender oder Gas obsorbierender Stoffe auf unterschiedlichen Druck gebracht werden und sich verschiedene Spiegelhöhen einstellen und daß das Gas aus dem Raum höheren Druckes (26) durch die zwischen den Spiegeln liegenden öffnungen (10, 11) der Trennwand in das Meta!! im Raum niederen Druckes (25) eingeleitet und dieses in der Näho der Trennwand durch Auftrieb von unten nach oben bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Raum niederen Druckes (25) einströmende Gas teilweise aus dem Metall im Raum höheren Druckes (26) abgesaugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Raum höheren Druckes (26) neutrales Gas, insbesondere Argon oder Helium eingeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zugabe solcher Gase, die in an sich bekannter Weise metallurgisch günstige Reaktionen, z. B. beim Stahl eine Desoxydation oder eine Reoxydation hervorrufen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Zugabe geeigneter Gase die Reaktionen mit der Metallschmelze im Raum höheren Druckes (26) in umgekehrter Richtung verlaufen, wie im Raum niederen Druckes (25), daß insbesondere beim Stahl durch Zugabe von Kohlenoxyd enthaltenden Gasen irn einen Raum (26) eine Aufkohlung, im anderen (25) eine Entkohlung stattfindet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß schmelzflüssiges Metall stetig in den einen Raum (26) durch ein Siphon od. dgl. eingeführt und aus dem anderen (25), insbesondere durch einen Stopfenverschluß, stetig abgeführt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem druckdicht abgeschlossenen Gefäß (1) zur Aufnahme des zu behandelnden Metallbades (3). das durch eine mit Öffnungen (10,11) versehene Trennwand (6) in zwei in kommunizierender Verbindung stehende Räume (25, 26) getrennt wird, die mit Druck- oder Vakuumpumpen verbunden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor der mit Öffnungen (10 und 11) versehenen Trennwand (6) eine zweite Wand (12) angebracht wird, so daß die Strömung des Metalles von unten nach oben auf den Zwischenraum zwischen den Wänden beschränkt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trefu.wand (27) rohr- oder glockenförmig ausgebildet wird und einen entsprechenden Raum (26) von dem übrigen Raum (25) abtrennt.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß die mit Öffnungen versehene Trennwand (36) in einem Vakuumgefäß

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