DE1758040B1 - Verfahren zum Entschwefeln und Desoxydieren von kohlenstoffhaltigen Eisenschmelzen in einer Pfanne und Vorrichtung zu dessen Durchfuehrung - Google Patents
Verfahren zum Entschwefeln und Desoxydieren von kohlenstoffhaltigen Eisenschmelzen in einer Pfanne und Vorrichtung zu dessen DurchfuehrungInfo
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Description
60
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entschwefeln und Desoxydieren von kohlenstoffhaltigen
Eisenschmelzen mit einem Kalzium und Kohlenstoff enthaltenden feinkörnigen, eine Aufschüttung auf der
Schmelzbadoberfläche bildenden Material in einer ruhenden Pfanne, bei dem eine an der Pfannenwand
nach unten gerichtete und im Pfannenzentrum nach oben gerichtete Zirkulationsströmung der Schmelze
durch Rühren hervorgerufen wird, wobei die Eisenschmelze an der Badoberfläche eine Strömung aufweist,
die die Teilchen aus feinkörnigem Material an der Unterseite der Aufschüttung durch Mitnahme
zum Pfannenrand hin transportiert.
Die wohl größte technische Bedeutung für das Entschwefeln von Eisenschmelzen haben in den letzten
Jahren die mechanisch bewegten Pf anneneinheiten gewonnen. Dabei werden die Pfannen derart in Bewegung
versetzt, daß die auftretenden, teilweise nach Betrag und Richtung wechselnden Beschleunigungen
infolge der Massenträgheit des flüssigen Eisenbades und des Entschwefelungsmittels eine Durchmischung
beider Partner verursachen. Mit solchen bewegten Pfannen lassen sich bei guten Ausnutzungsgraden des
Entschwefelungsmittels von der Schmelzweise des sauren Kupolofens entsprechenden Anfangsschwefelgehalten zwischen 0,08 und 0,12% ausgehend Endgehalte
von 0,01 % Schwefel oder weniger erreichen. Dem stehen aber als bedeutsame Nachteile ein hoher
Kostenaufwand für die Errichtung der Anlagen, die ortsgebundene umständliche Handhabung und ein
beachtlicher Energiebedarf gegenüber.
Aus »Gießerei«, (48) 1961, S. 639 bis 647, ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Aufwand geringer
ist, weil die Pfanne mit Inhalt ruht. Eine Zirkulationsströmung im Eisenbad wird durch das Einleiten
eines Gases über eine Blaslanze oder über im Pfannenboden angeordnete poröse Steine hervorgerufen,
wobei auch das feinkörnige, aus Kalziumkarbid bestehende Entschwefelungsmittel mit eingeblasen
werden kann. Durch das Rühren mit dem Gasstrom bei der Spülgasbehandlung wird in der
ruhenden Pfanne eine an der Pfannenwand nach unten gerichtete und im Pfannenzentrum nach oben
gerichtete Zirkulationsströmung der Schmelze hervorgerufen. Dabei weist die Eisenschmelze an der
Badoberfläche eine Strömung auf, die das Entschwefelungsmittel an der Unterseite zum Pfannenrand hin
transportiert. Abgesehen davon, daß das eingeführte Gas eine unerwünschte Kühlwirkung ausübt, erwies
sich entweder die erzielbare Badbewegung als zu gering, oder die Haltbarkeit war nicht ausreichend.
Aus der franz. Patentschrift 992 654 ist es bekannt,
zur Reinigung von Stahl- und Gußeisenschmelzen mit einem propellerförmigen Rührer im
Inneren der Schmelze zu rühren. Dabei ist die Relativbewegung der Grenzfläche der Schmelze gegen
die Schlacke gering mit der Folge einer unbefriedigenden Entschwefelungsgeschwindigkeit, oder es
muß mit hohen Rührgeschwindigkeiten gearbeitet werden, wobei eine Verwirbelung von Schmelze und
Schlacke stattfindet; dabei sind der hohe Energieaufwand und die geringe Haltbarkeit des Feuerfestmaterials
unbefriedigend.
Auch nach der USA.-Patentschrift 1 866 668 wird eine Schmelze in einer ruhenden Pfanne mit einem
propellerförmigen Rührer gerührt, wobei der Rührer tief in die Schmelze eingetaucht ist und eine Strömung
der Schmelze erzeugt, die im Pfannenzentrum nach oben und an der Pfannenwand nach unten gegerichtet
ist. Hinsichtlich der Wirksamkeit dieser Vorrichtung gilt das gleiche wie für die oben besprochene
franz. Patentschrift 992 654.
Es ist eine mechanische Rühr- und Pumpvorrichtung zum Beschleunigen physikalisch-chemischer
3 4
Vorgänge in Metallschmelzen von über 800° C be- trifulage Schubkraft verursacht, und daß die Bahnkannt
(deutsche Patentschrift 1190 479), die aus kurve der Volumelemente der Aufschüttung einen
einem unteren Ansaugrohr und mindestens einem hinsichtlich der Krümmungsänderung ähnlichen Verüber
dem Ansaugrohr seitlich angeordneten, im lauf hat. Dabei sollen die Bahngeschwindigkeiten der
wesentlichen horizontalen Auslaufrohr besteht. Die 5 Eisen-Volumelemente und der Aufschüttungs-Vorrichtung
rotiert innerhalb des Metallbades, so Volumelemente besonders in einem Wertverhältnis
daß die Schmelze aus dem unteren Teil der Pfanne stehen, das größer als 2:1, vorzugsweise größer als
in die dort befindliche öffnung des vertikalen An- 5:1, ist. Die Rührbewegung bewirkt dabei, daß die
saugrohres hineinsaugt und durch die horizontalen Aufschüttung aus feinkörnigem Material auf der
Auslaufrohre wieder herausgedrückt wird. Infolge io Eisenschmelze eine geschlossene Decke bildet, um
dieser Pumpwirkung findet in der Pfanne zwangläufig Wärmeabstrahlung und eine Oxydation der Schmelze
eine Zirkulationsströmung der Metallschmelze statt. zu vermeiden.
Mit dieser Vorrichtung kann die Entschwefelung in Eine zur Durchführung des Verfahrens nach der
einer normalen Gießpfanne erfolgen. Ihr Nachteil Erfindung besonders geeignete Vorrichtung besteht
liegt vornehmlich darin, daß das Pumporgan ein »5 darin, daß das in die in einer ruhenden Pfanne beHohlkörper
ist, der innen- und außenseitig von der findliche Eisenschmelze eingeführte Rührgerät so
Schmelze kräftig umströmt wird, so daß die Lebens- tief angeordnet ist, daß der Querbalken während des
dauer des Pumpkörpers nicht befriedigen kann. Rührens mindestens bis zur Hälfte seiner eigenen
Die bekannten Verfahren und Einrichtungen ver- Höhe, jedoch nicht mehr als gerade vollständig in
folgen das Ziel, möglichst eine intensive Durch- »o die Eisenschmelze eintaucht. Durch diese Eintauchmischung
des Entschwefelungsmittels mit der Eisen- tiefe wird erreicht, daß das Entschwefelungsmittel im
schmelze zu erreichen. Dem liegt offenbar der Ge- Rührzentrum zwar mitbewegt wird, aber gleichwohl
danke zugrunde, daß die Entschwefelung um so eine geschlossene Decke auf der Eisenschmelze
besser ist, je stärker die Durchwirbelung ist. bildet. Das balkenförmige Rührorgan kann aus einer
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, koh- »5 feuerfesten Masse, beispielsweise aus Schamotte
lenstoffhaltige Eisenschmelzen in einer ruhenden oder auch höherwertigen, bekannten Materialien bePfanne
oder einem ähnlichen Gefäß für eisenmetall- stehen, die mit einer inneren Stahlarmierung verurgische
Zwecke zu entschwefeln und zu desoxydie- sehen ist.
ren. Die Behandlung kann mithin entweder im Im einzelnen kann die Vorrichtung wie folgt vor-
Schmelzaggregat selbst, beispielsweise im Schmelz- 30 teilhaft ausgestaltet sein.
tiegel eines Induktionsofens oder im Vorherd eines Das Rührorgan kann als rechteckiger, kanten-
Kupolofens oder vorzugsweise in der Gießpfanne abgerundeter Balken ausgebildet sein, dessen Länge
durchgeführt werden. Die Aufgabe besteht weiterhin zur Höhe ein Verhältnis zwischen 2,5 :1 und 1:1
darin, nicht nur in der Eisenschmelze eine Zirku- aufweist. Ein solches Rührorgan ist ein Vollkörper
lationsströmung hervorzurufen, sondern auch im 35 mit gedrungener Gestalt, der verschleißfest ist und
Entschwefelungsmittel eine geeignete Strömung zu ohne nennenswerte Reparaturen für eine Vielzahl
erzeugen, ohne daß eine durchwirbelnde Durch- von Behandlungen gebraucht werden kann,
mischung des Entschwefelungsmittels mit der Eisen- Um eine optimale Entschwefelung und Desoxy-
schmelze erfolgt. Es wurde nämlich gefunden, daß dation zu erhalten, empfiehlt es sich, die Länge des
eine intensive Durchwirbelung des Entschwefelungs- 40 balkenförmigen Rührorgans auf den inneren Pfan-
mittels mit der Eisenschmelze keineswegs notwendig nendurchmesser abzustimmen. Zweckmäßig liegt die
ist, um eine weitgehende Entschwefelung zu er- Länge des Rührorgans zwischen dem 0,25- und
reichen. Vielmehr reicht es völlig aus, wenn beide 0,65fachen Wert, besonders zwischen dem 0,35- und
Reaktionspartner voneinander getrennt bleiben und dem 0,50fachen Wert des Pfannendurchmessers,
in ihren Teilräumen Umlaufströmungen ausführen, 45 Die Drehzahl des Rührorgans soll so einzustellen
so daß der Stoffaustausch zwar auf eine Grenzfläche sein, daß die Enden des balkenförmigen Rührorgans
beschränkt, aber durchaus sehr intensiv ist. auf Bahngeschwindigkeiten im Bereich von 1,8 bis
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem 3,5 m/Sek., vorzugsweise zwischen 2,0 und 2,8 m/
Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch Sek., annehmen.
gelöst, daß im Bereich der Grenzzone zwischen 50 Nachstehend wird die Erfindung an Hand der
Schmelzbadoberfläche und Aufschüttung ein mecha- Zeichnung an Ausführungsbeispielen beschrieben,
nisches Rührgerät mit einem Querbalken derart in- Es zeigt
tensiv angetrieben wird, daß am Pfannenrand eine F i g. 1 eine Pfanne mit Eisenschmelze, Kalzium-
solche Teilchenanhäufung aufgebaut wird, daß sich karbid-Aufschüttung und eingesetztem Rührgerät im
die Teilchen einzeln oder als gröbere Verbände 55 vertikalen Schnitt,
längs deren Böschung zum Rührzentrum hin zurück- F i g. 2 eine horizontale Draufsicht mit geschnit-
bewegen. tener Antriebswelle.
Das feinkörnige Material kann beispielsweise aus In die Eisenschmelze 1 einer ruhenden Pfanne 2
Kalziumkarbid bestehen oder aus einem sonstigen ist ein Rührgerät eingeführt, an dessen Antriebsbekannten
feinkörnigen Entschwefelungsmittel, wie 60 welle 3 ein als Querbalken ausgebildetes Rühr-Kalkstickstoff
oder Mischungen aus feinem Kalk und organ 4 angeordnet ist. Dieses besteht aus Schamotte
Koksgrus. oder einem anderen chemisch oder hydraulisch ab-
Durch das Rühren in der Grenzzone wird eine bindenden feuerfesten Material und weist im Insolche
Strömung der einzelnen Eisen-Volumelemente neren eine Stahlarmierung auf. Hydraulisch aban
der Badoberfläche herbeigeführt, daß die im Be- 65 bindende feuerfeste Materialien sind z. B. die Zereich
des Rührorgans stark gekrümmmte Bahnkurve mente, die unter Bindung von Kristallwasser ausder
Eisen-Volumelemente eine ständig abnehmende härten. Das Rührorgan 4 ist 460 mm lang, 350 mm
Krümmung aufweist, die am Pfannenrand eine zen- hoch und 250 mm breit, so daß seine Länge 1 zur
Höheh im Verhältnis 1,3:1 steht. Das Balkenrührorgan
taucht 340 mm tief in die Eisenschmelze ein und ragt 10 mm weit in die Aufschüttung aus pulvrigem
Kalziumkarbid ein. Die Länge 1 des balkenförmigen Rührorgans 4 hat den 0,42fachen Wert
des Pfannendurchmessers D. Die Drehzahl der Antriebswelle des Rührorgans ist auf bevorzugte Werte
derart einstellbar, daß die Enden des Rührorgans 4 Bahngeschwindigkeiten im Bereich von 1,8 bis
3,5 m/Sek., besonders von 2,0 bis 2,8 m/Sek., annehmen können.
Mit dem geschilderten Rührgerät aus Schamottemasse mit Armierung wurden bei Temperaturen des
Eisenbades zwischen 1380 und 14200C regelmäßig
etwa 60 Entschwefelungsbehandlungen von 8 bis 12 Min. Dauer durchgeführt.
Erfindungsgemäß wird nun so vorgegangen, daß auf die Schmelzenoberfläche eine Aufschüttung 5
eines feinkörnigen, Kalzium und Kohlenstoff enthaltenden Materials, beispielsweise Kalziumkarbid,
aufgegeben und in der Grenzzone eine Rührbewegung durchgeführt wird. Diese wird so gewählt, daß
die Eisenschmelze an der Badoberfläche eine Strömung aufweist, die die Kalziumkarbidteilchen zum
Pfannenrand hin transportiert und dort eine Teilchenanhäufung 6 aufbaut, längs deren Böschung 7
sich die Kalziumkarbidteilchen einzeln oder als gröbere Verbände zum Rührzentrum hin zurückbewegen.
Die Kalziumkarbid-Aufschüttung 5 bildet auf der Eisenschmelze eine geschlossene Decke. Die
Temperaturverluste werden dadurch auf ein Minimum reduziert und liegen unter den obengenannten
Bedingungen erfahrungsgemäß bei etwa 10 bis 3O0C.
In F i g. 1 sind weiterhin die Strömungsverhältnisse
in der Eisenschmelze und in der Kalziumkarbid-Aufschüttung schematisch angedeutet. Gemäß
den zweischäftigen Pfeilen ist die Eisenströmung an den Pfannenwänden nach unten und in der
Pfannenmitte nach oben gerichtet. Aber auch in der Kalziumkarbid-Aufschüttung 5 findet zufolge
der Teilchenanhäufung 6 mit Böschung 7 eine Zirkulationsströmung entsprechend den einschäftigen
Pfeilen statt, die eine wesentliche Voraussetzung dafür ist, daß die nachstehend noch zu beschreibenden
hervorragenden Ergebnisse bei der Entschwefelung
ίο erzielt werden. Eine Durchmischung der beiden Reaktionspartner
findet nicht statt; der Stoff austausch vollzieht sich in der Grenzschicht.
In F i g. 2 sind oben die Bahnkurve 8 eines Eisen-Volumelementes
und die Bahnkurve 9 eines Volumelementes der Aufschüttung und unten die zugehörigen
rotatorischen 10 und zentrifugalen 11 Geschwindigkeitsvektoren dargestellt. Auf der Bahnkurve
8 (Eisen) nimmt die im Bereich des Rührorgans 4 starke Krümmung zum Rand der Pfanne 2
ao hin ständig ab, so daß eine zentrifugale Kraftkomponente gegeben ist und durch verzögerte Mitnahme
der Kalziumkarbidteilchen im Randbereich der Pfanne eine Anhäufung entsteht. Der Verlauf der
Bahnkurve 9 (Kalziumkarbid) ist in seiner grundsätzlichen Gestalt (Strömungsverlauf) ähnlich ausgebildet.
F i g. 2 soll die Bewegungsvorgänge nach Art und Größenordnung nur im grundsätzlichen aufzeigen.
Als wesentlich ist erkennbar, daß in der Grenzschicht beachtliche Relativgeschwindigkeiten beider
Reaktionspartner untereinander gegeben sind. Zusammen mit der Zirkulationsströmung im Eisen und
in der Aufschüttung führt das zu einer Optimierung des Stoffaustausches.
In der nachstehenden Tabelle sind als Überblick einige Ergebnisse von Entschwefelungsbehandlungen
an Gußeisenschmelzen zusammengestellt:
Nr. | Anzahl | Ausgangs- S-Gehalt |
End- S-Gehalt |
Rührzeit | Eisen menge |
CaC2- Zusatz |
Drehzahl | Umfangs geschwin digkeit |
Eintauch tiefe |
UD |
(Vo) | C/o) | (min) | ω | C/o) | (Upm) | (m/sek) | (mm) | |||
1 | 5 | 0,086/112 | 0,003/4 | 10 | 6,1 | 1,2 | 74 | 1,78 | 340 | 0,41 |
2 | 2 | 0,106/118 | 0,003/5 | 4 | 8,0 | 1,0 | 72 | 1,74 | 340 | 0,41 |
3 | 4 | 0,100/120 | 0,007/9 | 2 | 8,0 | 1,2 | 86 | 2,07 | 350 | 0,41 |
4 | 2 | 0,082 | 0,003 | 10 | 20,7 | 0,97 | 70 | 2,35 | 320 | 0,39 |
5 | 2 | 0,086 | 0,045 | 12 | 9,5 | 1,2 | 55 | 0,84 | 330 | 0,25 |
Claims (6)
1. Verfahren zum Entschwefeln und Desoxydieren von kohlenstoffhaltigen Eisenschmelzen
mit einem Kalzium und Kohlenstoff enthaltenden feinkörnigen, eine Aufschüttung auf der Schmelzbadoberfläche
bildenden Material in einer ruhenden Pfanne, bei dem eine an der Pfannenwand nach unten gerichtete und im Pfannenzentrum
nach oben gerichtete Zirkulationsströmung der Schmelze durch Rühren hervorgerufen wird, wobei
die Eisenschmelze an der Badoberfiäche eine Strömung aufweist, die die Teilchen aus feinkörnigem
Material an der Unterseite der Aufschüttung durch Mitnahme zum Pfannenrand hin transportiert, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der Grenzzone zwischen Schmelzbadoberfläche und Aufschüttung ein mechanisches
Rührgerät mit einem Querbalken derart intensiv angetrieben wird, daß am Pfannenrand
eine solche Teilchenanhäufung (6) aufgebaut wird, daß sich die Teilchen einzeln oder als gröbere
Verbände längs deren Böschung (7) zum Rührzentrum hin zurückbewegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahngeschwindigkeit (8, 9)
der Eisen-Volumelemente und der Aufschüttungs-Volumelemente
im Ganzzonenbereich in einem Wertverhältnis stehen, das größer als 2:1, vorzugsweise
größer als 5 :1, ist.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das in die in einer ruhenden Pfanne (2) befindliche Eisenschmelze (1) eingeführte
Rührgerät so tief angeordnet ist, daß der Querbalken während des Rührens mindestens bis
zur Hälfte seiner eigenen Höhe (Zi), jedoch nicht mehr als gerade vollständig in die Eisenschmelze
eintaucht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührorgan (4) als kantenabgerundeter
Balken rechteckigen Querschnitts ausgebildet ist, dessen Länge (Z) zur Höhe (h) ein
Verhältnis zwischen 2,5 :1 und 1:1 aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (Z) des balkenförmigen
Rührorgans (4) zwischen dem 0,25- und 0,65fachen Wert, besonders zwischen dem 0,35-
und 0,50fachen Wert des inneren Pfannendurchmessers (D) gewählt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des balkenförmigen
Rührorgans (4) auf Bahngeschwindigkeiten im Bereich von 1,8 bis 3,5 m/sek, vorzugsweise
zwischen 2,0 und 2,8 m/sek, einstellbar sind.
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ID=5694817
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---|---|---|---|
B1 | Publication of the examined application without previous publication of unexamined application |