DE1758041A1 - Ruehrgeraet zur beschleunigten Durchfuehrung metallurgischer Reaktionen - Google Patents

Description

• "Rührgerät zur beschleunigten Durchführung metallurgischer Reaktionen" Zahlreichen metallurgischen Reaktionen verschiedener Art ist gemeinsam, daß es ihnen an einer ausreichenden Eigenströmung der beteiligten Reaktionspartner fehlt. Daher werden vielfach zusätzliche Mittel angewandt, die eine schnelle und innige Durchmischung zumindest der Metallschmelze und möglichst auch eine Vermischung mit den übrigen Reaktionsstoffen erstreben. Eine bekannte Gattung derartiger Einrichtungen besteht im wesentlichen aus einer die Metallschmelze aufnehmenden Pfanne, die infolge translatorischer oder rotatorischer, z.T, auch periodisch richtungsumkehrender Bewegungsvorgänge entsprechende Beschleunigungen erfährt, die infolge der Massenträgheit der beteiligten Reaktionspartner deren Durchmischung verursachen. Diese Einrichtungen vermögen zwar recht gute Ergebnisse zu erzielen, jedoch wird ein entscheidender Nachteil in den hohen Kosten für Errichtung und Betrieb und in der umständlichen Handhabung erblickt. In dieser Hinsicht deutlich günstiger sind zweifellos solche Anordnungen, bei denen das die Metallschmelze enthaltende Gefäß im Ruhezustand bleibt und die Vermischung der Reaktionspartner durch eine Rührbewegung herbeigeführt wird, Rührgeräte zur beschleunigten und/oder verbesserten Durchführung metallurgischer Reaktionen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, Soweit sie sich elektrodynamischer Kräfte bedienen, bedarf es einer besonderen Formgebung des metallurgischen Gefäßes, Durch das bekannte Einleiten von Gasen mittel Blaslanzen ist eine ausreichende Bewegung der Metallschmelze nicht zu erzielen, Beim Einblasen. über poröse Bodensteine ist die Haltbarkeit der Steine unzureichend, Aus dem deutschen Patent 1 190 479 ist eine mechanische Rühr- und Pumpvorrichtung zum Beschleunigen physikalischchemischer Vorgänge in@Metallschmelzen bekannt, die aus einem unteren Ansaugrohr und mindestens einem über dem Ansaugrohr seitlich angeordneten, im wesentlichen horizontalen Auslaufrohr besteht. Die Vorrichtung-rotiert innerhalb des Metallbades, so daß die Schmelze aus dem unteren Teil der Pfanne in die dort befindlichen Öffnung des vertikalen Rohres hineingesaugt und durch die horizontalen Auslaufrohre wieder herausgedrückt wird. Infolge dieser Pumpwirkung .findet in der Pfanne eine Zirkulationsströmung der Metallschmelze statt, Gleichzeitig findet zufolge der horizontalen Auslaufrohre auch eine gewisse Rührbewegung statt, der jedoch, wie die angegebenen Einzelheiten erkennen lassen, eine deutlich geringere Bedeutung zugemessen wird. Die Vorrichtung läßt gute Ergebnisse hinsichtlich der Beschleunigung metallurgischer Reaktionen erzielen. Die Behandlung findet in einer normalen Pfanne statt, so daß zusätzliche ümfüllvorgänge, die zwangsläufig mit Temperaturverlusten verbunden sind, entfallen. Das leichte und bewegliche Gerät kann zu den einzelnen Pfannen gebracht werden, Es ist deshalb sehr handlich und hat einen relativ geringen Energiebedarf. Sein wesentlicher Nachteil besteht darin, daß das Rühr- und Pumporgan aus Rohren gebildet ist und mithin einen Hohlkörper darstellt, der von der Schmelze innsn und außen kräftig umspült ist. Die demzufolge recht hohen Betriebstemperaturen des Gerätes zusammen mit dem schroffen Temperaturwechsel in den Behandlungspausen be- grenzen daher seine Lebensdauer beträohtlioh, so daß die Kosten für Reparatur und Erneuerung einen beachtlichen Anteil der gesamten Betriebskosten ausmachen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rührgerät zur beschleunigten und/oder verbesserten Durchführung metallurgischer Reaktionen zu schaffen, da0 außer den bereits genannten Vorteilen der bekannten Rühr- und Pumpvorrichtung nach der Patentschrift 1 190 479 sich auch noch durch eine lange Lebensdauer auszeichnet und einfache Herstellungsweise, ohne daß dadurch Nachteile hinsichtlich der Wirksamkeit in Kauf genommen werden müssen. Es hat sich nämlich überraschend gezeigt, daß auch ein weitaus einfacheres Rührgerät, dessen eigentliches Rührorgan eine etwa balkenförmige Gestalt aufweist, das mithin ein Vollkörper ist und nicht als Pumpe arbeitet, für den bereits genannten Zweck in ganz hervorragender Weise geeignet ist. Die Erfindung besteht in dem Vorschlag, zur beschleunigten und/oder verbesserten Durchführung von metallurgischen Reaktionen ein Rührgerät zu verwenden mit einem Antriebsmotor und einer Antriebswelle, an der ein aus feuerfesten Massen mit Armierung bestehendes, balkenförmiges Rührorgan querstehend angeordnet ist. Das Rührgerät nach der Erfindung hat sich bei den verschiedensten metallurgischen Reaktionen, insbesondere bei Metallschmelzen in ruhenden Pfannen, aber auch in metallurgischen Gefäßen, wie Herdöfen oder Tiegelöfen, hervorragend bewährt. Obwohl die Rührbewegung selbst entsprechend der Höhe des balkenförmigen, in der Horizontalebene rotierenden nur in einer relativ schmalen Zone, bezogen auf die Badtiefe, durchgeführt wird, wird gleichwohl das gesamte Bad in eine kräftige Zirkulationsströmung versetzt# die in kurzer Zeit eine völlige Homogenisierung der Metallschmelze gewährleistet. Das Rührgerät kann demnach vorteilhaft eingesetzt werden beispielsweise für die Zugabe von Legierungsmetallen, von Desoxydationsstoffen, für die Aufkohlung und ähnliche Prozesse, bei denen es vorrangig auf eine gleichmäßige Verteilung in der Metallschmelze ankommt. Das Rührgerät verursacht aber auch eine beachtliche Horizontalströmung, so daß es auch für Reaktionen zwischen der, Metallschmelze und auf dieser ruhenden, festen oder flüssi- gen Reaktionsstoffen gut geeignet ist, insbesondere auch für Reaktionen mit aufliegenden Schlacken, wie sie beispielsweise beim Entfernen unerwünschter Begleitelemente auftre=-ten. Das Rührgerät kann für den erfindungsgemäßen Zweck in verschiedener Weise vorteilhaft weiter ausgestalt sein. In der Regel wird man den unteren Teil der Antriebswelle feuerfest umkleiden, wobei dieser mit dem balkenförmigen Rührorgan eine bauliche Einheit bildet, die mit dem Oberteil der Antriebswelle auswechselbar verbunden ist. Das balkenförmige Rührorgan sollte eine gedrungene Gestalt haben, die im Längsachsenquerschnitt ein Verhältnis der Länge zur Höhe zwischen 2,5 : 1 und 1 : 1 aufweist und die in den Querschnitten senkrecht zur Längsachse eine runde oder rechteckige kantenabgerundete Form hat.

  Für das Rührorgan stehen die üblichen Feuerfestmassen zur

  Verfügung, die nach bekannten Grundsätzen für den jeweiligen

  Anwendungsfall auszuwählen sind, Dabei erlangt dae Rühr-

  organ eine hohe Verschleißfestigkeit und gute T4peratur-"

  wechselbeständigkeite Für Sonderfälle, die bei sehr hohen

  Badtemperaturen und/oder relativ langen Behaüdlungeseitin

  bei kurzen Arbeitspausen vorliegen, empfiehlt e0 sich, die

  Armierung der feuerfesten Manne den Rührorganen &1.a Kühl-

  leiteng aussubildene

  Das Rührgerät wird insbesondere zeagewandt für die Behandlung von Metallschmelzen, die sie'-, in einer ruhenden Pfanne befinden. Hier-wird zweckmäßig d.G Länge des balkenförmigen Rührorganes derart gewählt, daß sie zwischen dem 0,25 und 0,65fachen .giert, vorzugsweise zwischen dem 0,35 und 0,50 fachen Wert des inneren Pfannendurchmessers (in Höhe des Rührorganes) liegt. Dabei ist das Rührgerät besonders einfach zu handhaben, wenn es auf einem die Pfanne abschließenden Pfannendeckel befestigt ist, wobei die Antriebswelle mit Rührorgan durch den Pfannendeckel hindurchgeführt ist. In Sonderfällen, beispielsweise bei sehr großen Stahlpfannen, kann es zweckmäßig sein, Die Länge des Rührorgan-Balkens möglichst gering zu halten, so daß die genannte Abstimmung auf den Pfannendurchmesser nicht einzuhalten ist. In diesem Falle soll das Rührgerät mit Rührorgan zusätzlich eine translatorische Bewegung in einer der Schmelzbadoberfläche entsprechenden Horizontalebene ausführen. Eine weitere überraschende Erkenntnis der Erfindung liegt darin, daß das vorstehend beschriebene Rührgerät in einem völlig unerwarteten Umfange solche metallurgischen Reaktionen zu beschleunigen und zu verbessern vermag, die auf einem Stoffaustausch an der Grenzfläche zwischen der Metallbadoberfläehe und aufliegenden festen oder flüssigen Reaktionsstoffen, insbesondere Schlacken oder feinkörnigen, schwimmfähigen Massen, beruhen. Um diesen Zweck optimal zu erreichen, besteht ein weiterer Vorschlag der Erfindung darin, das Rührgerät lediglich soweit in diePfanne abzusenken, daß dessen balkenförmiges Rührorgan während des Rohrens mindestens zur Hälfte seiner eigenen Höhe, jedoch nicht mehr, als gerade vollständig in das Metallbad eintaucht. Durch ein solches Rühren in der Grenzzone zwischen flüssigem Metallbad und angrenzendem Reaktionsstoff werden erhebliche Relativbewegungen zwischen beiden Phasen erzielt. Obwohl das Rührorgan praktisch nur in der Oberflächenzone rotiert, ist das Metallbad homogen. Mit zunehmender Eintauchtiefe des nimmt dessen Wirksamkeit ab; daher schlägt die Erfindung für den genannten Zweck vor, daß während des Rührens die Eintauchtiefe des balkenförmigen Rührorganes von dessen Unterkante ab gemessen jedenfalls nicht mehr als das 1,5fache seiner eigenen Höhe betragen soll. Nachstehend wird die grfindung an einem Ausführungsbeispiel und an Hand der Zeichnung näher erläutert. Das Rührgerät weist einen Antriebsmotor 1 auf, der über ein Getriebe 2 eine Welle, 3,4 antreibt. An dieser Welle ist ein aus feuerfesten Massen mit Armierung bestehendes, balkenförmiges Rührorgan 5 querstehend angeordnet. Eine brauchbare hydraulisch abbindende feuerfeste Masse besteht aus 33 % Si02, 60 gb A'203»9 395 % Ca0, 1,5 Fe 203 und 1,3 Alkalien. Diese Masse wird mit Wasser angerührt, bis sie gerade fließfähig ist und in eine Schalung vergossen, in der die Armierung angebracht ist. Anschließend findet eine etwa eintägige Lufttrocknung statt, Eine brauchbare chemisch abbindende feuerfeste Masse besteht aus 26 9b SiO2, 69 A1203, 0,9 % P205, 1,3 g6 Fe 203t 1,5 % Ti 02 und 1,2 % Alkalien. Diese Masse wird zusammen mit 5 bis 6 gb eines chemischen Bindemittels in eine die t.rmierung enthaltende Form gestampft. Das Rührorgan kann auch in bestimmten Fällen aus Graphit bestehen. Der Teil 3 der Antriebswelle ist feuerfest umkleidet und bildet mit dem balkenförmigen Rührorgan 5 eine bauliche Einheit, die mit dem Oberteil 4 der Antriebswelle auswechsel- bar verbunden ist. Das Rührorgan 5 ist derart gestaltet, daß im Längsachsenquerschnitt ein Verhältnis der Länge 1 zur Höhe h von 2 : 1 vorliegt; die Querschnitte senkrecht zur Längsachse haben eine runde Form. Die Drehzahl der 3, 4 war in den Stufen 49, 74 und 99 Upn regelbar. Wenn die Dauer der ßinzelbehandlung etwa 45 min wesentlich überschreitet, oder wenn der Zeitabstand zwischen den einzelnen Behandlungen unter etwa einer halben Stunde liegt und bei hohen Badtemperatureng kann sich eine Kühlung der Armierung mit Luft empfehlen. Hierfür ist ein Anschlußstutzen 13 vorgesehen, von dem aus sich eine Kühl-Doppelleitung über die Antriebswelle 3, 4 in das balkenförmige Rührorgan 5 erstreckt, in dem die Kühlluft durch dessen Armierung hindurchströmt. Das Rührgerät ist auf einer Querplatte 6 eines Trage-. gestelles befestigte an dessen :nützen 7 die Querplatte höhenverstellbar geführt ist. Zur Höhenfeinverstellung des balkenförmigen Rührorganes 5 greift ein Motor 8 mit Getriebe am oberen Teil 4 der Antriebswelle an. Das Tragegestell mit Rührgerät ist auf dem Pfannendeckel 9 montiert, der von der Antriebswelle mit Rührorgan durchsetzt ist. Der Pfannendeckel 9 deckt die Pfanne 10 ab und hält die Temperaturverluste gering. Er ist mit einem Zugabetrichter 15 versehen. In der Pfanne 10 befindet sich die Metallschmelze 11, auf der die Reaktionspartner 12, z.B. eine Schlacke, schwimmen. Das Rührorgan 5 ist in der Grenzzone zwischen beiden Phasen angeordnet und taucht etwa zu 3/4 seiner eigenen Höhe in die Metallschmelze ein. Das beschriebene Rührgerät kann für die verschiedensten metallurgischen Reaktionen verwendet werden. Nachstehend werden einige Beispiele aufgeführt.
• Zwecks Aufkohlung von Gußeisenschmelze wird nach dem Abstich des Eisens in die Pfanne Koksgrus aufgeschüttet und der Pfannendeckel mit Rührgerät aufgesetzt. Dabei empfiehlt es sich zunächst mit niedriger Drehzahle beispielsweise unter 49 Umdrehungen pro Minute, zu arbeiten, damit die Gasentwicklung nicht zu stürmisch verläuft und ein zu starkes Stäuben vermieden wird. Später kann die Drehzahl erhöht werden. Ebenso können mit gutem Erfolg die üblichen legierungsmittel, beispielsweise Reinnickel in flüssiges Kupfer: Silizium in flüssiges Aluminium, Fe rrosilizium oder Ferromangan oder Ferrochrom in flüssiges Eisen, schnell werden. Fällungsdesoxydationen in Eisenschmelzen, beispielsweise durch Zugabe von Aluminiumgranalien, Ferrosili:ium und dgl,, führen zu guten Ergebnissen, da zum einen eine schnelle und gleichmäßige Verteilung in der Schmelze erzielt und zum anderen das Aufsteigen der Desoxydationsprodukte an die Badoberfläche durch das Rührgerät sehr gefördert wird. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt bei'Reaktlonen zwischen einem Eisenbad und aufliegenden flüssigen Schlacken. Ausgehend von einem Hochofen-Roheisen mit 0,27 % Mangan, 0,052 % Phosphor, 0,008 % Schwefel, 0,035 9L Titan, konnte eine Gußeisenvorschmelze erzeugt werden mit der Zusammensetzung unter 0,08 % Mangan, unter 0,035 % Phosphor, unter 0,008 ö Schwefel, unter 0,015 g& Titan und unter 0,008 9L

  Vanadium. Dabei wurden dem Roheisen inegetesmt 86e2 kg '

  hämatitisches Feinerz und 24,8 kg Soda je Tonne Roheisern

  zugesetzt. Das geschah, der Weise, daß zunächst 60 % der

  Feinerzmenge unter dauerndem Umrühren portioneegise zuge-

  setzt wurde. Dabei aereohlackt dan Bilisium le t1 ! Mai.

  Anschließend wurde zum Zwecke der @htphoeqR

  fortgesetztem UmrUhren abwpchaelnd Soda td Vp4'e:re pQZ-

  tioneweise zugegepsnq ao da@ nach Ablauf dpr Ogblaqk#Zk-

  reaktion auch der Phosphor auf den genannten niedrigen Wert abgesenkt war. Dem schloß sich nochmals eine Zugabe von Soda ans um eine Entschwefelung zu erzielen. Der erwünschte Silizium-Endgehalt der Gußeisenvorschmelze wurde durch eine 2errosiliziumzugabe eingestellt, Alle genannten Verfahrensschritte sind kontinuierlich aufeinanderfolgend in einem Zeitraum von etwa 60 min durchführbart wobei die Temperaturverluste etwa 150°C betragen. Die fertige Guß-

  eisenlschmelze ist besonders geeignet zur Herstellung von

  Gußeisen mit Kugelgraphit, das selbst bei dünnwandigen Gußstücken schon im Gußzustand ein weitgehend ferritisches Gefüge aufweist, Zum Zwecke der Entschwefelung von Stahlroheisen wurde auf eine Roheisenschmelze eine Aufschüttung aus pulvrigem Kalziumkarbid aufgebracht. Das Rührorgan 5 tauchte in die Roheisenschmelze etwa bis zur Hälfte ein. Bei einem Schwefel-Ausgangsgehalt von 091 % wird nach etwa 6 bis 8 min Rührzeit ein Edngehalt von 09009 %. entsprechend einem Entschwefelungsgrad von etwa 90 % erreicht, Die verbrauchte Kalziumkarbid-Menge betrug etwa 1 % der Roheisenmenge. Die Temperatur des Roheisens nahm während der Behandlung von 1390°C lediglich auf 1380°C ab. Bei einem Schwefelausgangsgehalt des Roheisens von 0905 wird nach etwa 6 bis 8 min Rührzeit ein'Schwefelgehalt von 09009 % erreicht entsprechend einem Entschwefelungsgrad von 82 g6, Die verbrauchte Kalziumkarbid.-Menge betrug 0952 % der Roheisenmenge,

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1, Die Verwendung eines Rührgerätes mit einem Antriebsmotor (1) und einer Antriebswelle (3t 4), an der ein aus feuerfesten Massen mit trmierung bestehendes, balkenförmiges Rührorgan (5) querstehend angeordnet ist, zur beschleunigten und/oder verbesserten Durchführung metallurgischer Reaktionen.
2. 2. Die Verwendung eines Rührgerätes nach Anspruch 1, dessen unterer Teil (3) der Antriebswelle feuerfest umkleidet ist und mit dem balkenförmigen Rührorgan eine bauliche Einheit bildet, die mit dem Oberteil (4) der Antriebswelle auswechselbar verbunden ist, für den Zweck nach Anspruch 1.
3. 3. Die Verwendung eines Rührgerätes nach Anspruch 1 oder 2, dessen balkenförmiges Rührorgan (5) im Längsachsenquerschnitt ein Verhältnis der Länge (1) zur Höhe (h) zwischen 2,5 und 1,0 aufweist, für den Zweck nach Anspruch 1. 4. Die Vwrwendung-eines Rührgerätes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dessen Rührorgan-Querschnitte senkrecht zu dessen Längsachse eine runde oder rechteckige kantenabgerundete Form aufweisen, für den Zweck nach Anspruch 1. 5. Die Verwendung eines Rührgerätes nach einem odermehreren der Ansprüche 1 bis 4, dessen balkenförmiges Rührorgan (5) im Inneren eine Kühlleitung als Armierung aufweist, für den Zweck nach Anspruch 1. 6. Die Verwendung eines Rührgerätes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, das in eine in einer ruhenden Pfanne (10) befindliche Metallschmelze (11) eingeführt ist und bei dem die Länge (1) des balkenförmigen Rührorganes (5) zwischen dem 0,25 und 0,65fachen Wert, vorzugsweise zwischen dem 0,35 und 0,50fachen «biert des inneren Pfannendurchmessers D in Höhe dessen Rührorganes liegt, für den Zweck nach Anspruch 1. 7o Die Verwendung eines Rührgerätes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, das auf einem die Pfanne (10) abschließenden, Pfannendeckel (-9) befestigt ist und dessen unterer Teil (3) der Antriebswelle mit Rührorgan (5) den Pfannendeckel durchsetzt, für den Zweck nach .Anspruch 1. B. Die Verwendung eines Rührgerätes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, das in eine in einer ruhenden Pfanne (10) befindliche Metallschmelze (11) derart eingeführt ist, daß das balkenförmige Rührorgan (5) von seiner Unterkante abgemessen während des Rührens eine Eintauchtiefe in die Schmelze von höchstens dem 1,5fachen seiner eigenen Höhe hat, für die beschleunigte und/oder verbesserte Durchführung metallurgischer Reaktionen an der Grenzfläche zwischen der Metallbadoberfläche und aufliegenden festen oder flüssigen Reaktionsstoffen. 9. die Verwendung eines Rührgerätes nach Anspruch 8, dessen balkenförmiges Rührörgan (5) während des Rührens mindestens bis zur Hälfte seiner eigenen Höhe, jedoch nicht mehr als gerade vollständig in das Metallbad eintaucht, für den Zweck nach Anspruch 9.