DE3426736C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spülgasbehandlung von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, unter vermindertem Druck in einem Transportgefäß, vorzugsweise einer Pfanne, bei dem inertes Gas über im Gefäßboden eingebaute Einleitungsvorrich­ tungen, wie beispielsweise Spülsteine, der Schmelze zugeführt wird.

Bei der Herstellung von Metallen schließt sich häufig nach dem Abstich aus dem Schmelzaggregat eine Behandlung in dem Auffang- und/oder Transportgefäß an. Das Behandlungsgefäß kann dabei eine Pfanne sein. Diese unter dem Begriff "Sekundärmetallurgie" in die Praxis eingeführten Verfahren dienen dazu, die Metall­ schmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, zu desoxidieren, zu entgasen, zu entschwefeln, von oxidischen Einschlüssen zu reinigen, Legierungsmittel zuzugeben sowie die Schmelze hinsicht­ lich chemischer Zusammensetzung und Temperatur zu homogenisie­ ren. Um die genannten Ziele zu erreichen, sind verschiedene Stahlentgasungsverfahren und Methoden zum Einleiten von Spülgas in die Schmelze bekannt geworden. Beispielsweise kann Spülgas über Lanzen oder Spülsteine in der Pfannenwand und/oder im Pfannenboden in die Metallschmelze geblasen werden. Als Spül­ steinkonstruktion haben sich weitgehend blechummantelte, kegel­ förmige feuerfeste Steine mit erhöhter Permeabilität durchgesetzt, die in einem entsprechenden Lochstein gehalten werden.

Die Pfannenbehandlung von Metallschmelzen, insbesondere Stahl­ schmelzen, ist aufgrund der unvermeidlichen Temperaturverluste des Metallbades zeitlich begrenzt, da anschließend noch eine ausreichend hohe Temperatur für das Vergießen der Schmelze zur Verfügung stehen muß. Es sind aus diesem Grund in der Literatur auch Kombinationen mehrerer pfannenmetallurgischer Verfahren bekannt. Beispielsweise können die Stahlentgasung und das Einleiten von Spülgas im Pfannenboden gleichzeitig erfolgen. Bei den bekanntgewordenen Verfahren und Verfahrenskombinationen der Sekundärmetallurgie wird bevorzugt ein Spülstein im Pfannenboden eingesetzt, obwohl grundsätzlich auch die Anwendung mehrerer Spülsteine im Pfannenboden bekannt ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, die Vakuumbehandlung bzw. Entga­ sung mit einer Spülgasbehandlung derart zu kombinieren, daß der Gesamtverfahrensablauf intensiviert wird, beispielsweise bei teil- und vollberuhigten Stahlschmelzen hohe Gehalte von Begleitelemen­ ten, wie Wasserstoff und Schwefel, in einer bestimmten Zeit auf wesentlich niedrigere Werte gesenkt oder bestimmte Gehalte von Wasserstoff und Schwefel in einer wesentlich kürzeren Zeit erreicht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst diese Aufgabe dadurch, daß zur Erzeugung einer energieverlustarmen und im Bereich der aufsteigenden Gasblasen gegenstromfreien Strömung mindestens zwei Spülgaseinleitungsvorrichtungen im Boden des Transportgefäßes für die Metallschmelze in einem Abstand, der dem 0.3- bis 0.8-fachen des Gefäßinnenradiusses entspricht, angeordnet werden.

Überraschenderweise konnte durch die Anordnung von zwei und mehr Spülgaseinleitungsvorrichtungen, hauptsächlich Spülsteinen, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Entgasung von Metallschmelzen, insbesondere einer Stahlschmelze, erheblich gesteigert werden, und es ließen sich beispielsweise bei vergleichbaren Behandlungszeiten deutlich tiefere Wasserstoff- und Schwefelwerte in der Schmelze einstellen. Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß einerseits ein zu eng nebeneinanderliegender Einbau oder eine Vergrößerung der Spül­ steine sowie andererseits eine zu große Entfernung zwischen den Spülsteinen im Pfannenboden keine Verbesserung der Vakuumbe­ handlung der Stahlschmelze bewirken.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung mehrerer Spülsteine im Pfannenboden bilden sich bei Unterdruck über der Schmelze die Blasensäulen der eingeleiteten Gase nahe beieinander aus, und es entsteht eine gemeinsame, aufwärts gerichtete Strömung, bei der Bereiche zwischen den Blasensäulen fehlen, in denen Gegenströ­ mungen auftreten. Im Grenzfall können die Blasensäulen im oberen Teil des Metallbades auch ineinander übergehen.

Gemäß der Erfindung wird die mit dem Spülgas eingebrachte Energie weitgehend an das Metallbad übertragen, und es ergibt sich eine intensive Strömung mit guter Durchmischung innerhalb der gesamten Schmelze. Die Gasblasen, bestehend aus Spülgas und/oder in der Pfanne bereits entwickeltem Gas, haben eine verhältnismäßig lange Verweildauer in der Schmelze und bewirken somit eine große Entgasungsoberfläche. Außerdem wird im Falle der Stahlbehandlung die Metallschmelze mit einer starken Strömung an der Schlackendecke entlang geführt, wodurch die Bedingungen für den Übergang von beispielsweise Schwefel und Oxidteilchen in die auf der Stahlschmelze schwimmende Schlacke verbessert werden.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht erforderlich, daß beim Einbau von zwei oder mehr Spülsteinen der Mittelpunkt dieser Spülsteinanordnung im Pfannen­ boden mit dem Mittelpunkt des Pfannenbodens übereinstimmt. Einerseits können drei Spülsteine in Form eines gleichseitigen Dreiecks eingebaut werden, bei dem der Schnittpunkt der Dreieckseitenhöhen mit dem Pfannenbodenmittelpunkt zusammenfällt, und andererseits liegt es auch im Sinne der Erfindung, die drei Spülsteine in beliebiger Dreieckform und verschoben in Hinblick auf die Symmetrie zum Pfannenbodenmittelpunkt anzuordnen. Erfindungsgemäß hat es sich als problemlos herausgestellt, den Mittelpunkt der Spülsteinanordnung bis etwa zum 0.25-fachen Pfannenbodenradius aus dem Mittelpunkt des Pfannenbodens zu verschieben.

Als vorteilhaft hat es sich bei der Anwendung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens und unsymmetrischer Anordnung der Spülsteine im Boden der Behandlungsgefäße ergeben, wenn zur Erzielung einer verlustarmen Strömung im Gefäß durch die Spülsteine ungleiche Gasströme geleitet werden. Die geringste Gasdurchström­ rate wird dabei durch den Stein geleitet, der dem Gefäßrand am nächsten liegt. Die Gasströme durch die einzelnen Spülsteine können sich bis zu einem Faktor 4 unterscheiden. Das erfindungs­ gemäße Verfahren erlaubt es, durch die Spülsteine, gegenüber den bekannten Lösungen, größere Gasmengen in der Zeiteinheit einzuleiten und gleichzeitig das Überspritzen von beispielsweise Stahl- und Schlackenschmelze über den Pfannenrand zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung können anstelle der porösen, blechummantel­ ten Spülsteine für die Zuführung des Spülgases Düsen verwendet werden. Bei der Anwendung von Düsen kann man dem durchströ­ menden Gas reaktive, feinkörnige Feststoffe und/oder Schlacken­ bildner aufladen. Die durch die erfindungsgemäße Anordnung der Einleitungsvorrichtungen, in diesem Fall der Düsen, bewirkte hohe Energieübertragung an die Schmelze führt bei den Feststoffen, ebenso wie bei den Gasblasen, zu einer längeren Verweildauer in der Schmelze, so daß z. B. bei Stahlschmelzen die Bedingungen für chemische Umsetzungen mit gelöstem Schwefel und suspendierten Oxidteilchen wesentlich günstiger werden. Neben der längeren Verweildauer der Teilchen in der Schmelze ist auch eine größere Reaktionsoberfläche in bezug zu einer auf der Stahlschmelze schwimmenden, weitgehend kompakten Schlackenschicht gegeben. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Gaseinleitungsvorrich­ tungen, beispielsweise der Spülsteine, in der Pfanne oder einem ähnlichen Auffanggefäß, ist auch an Metallschmelzen, wie z. B. Aluminium- oder Kupferschmelzen, eine wirksame Raffination durchzuführen. Bei anderen flüssigen Metallen stellt sich, ähnlich wie am Beispiel der Stahlschmelze beschrieben, durch Erzeugung einer energetisch verlustarmen Strömung und die damit verbundene längere Verweildauer der Gasblasen in der Schmelze eine große Entgasungsoberfläche ein. Es konnten somit bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Metallschmelzen ebenfalls verbesserte Werte hinsichtlich der gelösten Gasmengen und unerwünschter Begleitelemente gefunden werden wie bei den Stahlschmelzen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines nichteinschränken­ den Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Aus einem Sauerstoffblaskonverter wird eine Stahlschmelze mit einem Gewicht von 125 t in eine mit basischen feuerfesten Steinen ausgekleidete Pfanne abgestochen. Die Pfanne hat einen Durchmes­ ser des Bodens von 3 m und eine Höhe von 3.7 m. Während des Abstichs in die Pfanne werden der Stahlschmelze Entschwefelungs­ mittel in einer Menge von 5 kg/t Stahl zugegeben. Auf die mit Stahl gefüllte Pfanne wird ein dicht schließender Deckel gesetzt und der Schmelze durch im Boden eingebaute Einleitungsvorrich­ tungen Spülgas, und zwar Argon, zugeführt. Das aus Pfanne und Deckel bestehende Gefäß wird anschließend mit Hilfe von Dampfstrahlpumpen bis auf einen Druck von 10³ bar evakuiert. Die Spülgasmenge beträgt über den Verlauf der Vakuumbehandlung im Mittel 25 Nm³/h und die Vakuumbehandlungszeit 20 Minuten. Mit der bekannten, üblichen Anordnung eines Spülsteines in der Mitte des Pfannenbodens wird bei der Vakuumbehandlung der Wasserstoffgehalt von 7.2 ppm auf 2.9 ppm und der Schwefelgehalt von 0.062% auf 0.032% gesenkt, während mit zwei Spülsteinen im Pfannenboden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei gleicher Vakuumbehandlungszeit und gleicher Zugabemenge von Entschwefe­ lungsmittel, der Wasserstoffgehalt von 7.4 ppm auf 1.8 ppm und der Schwefelgehalt von 0.063% auf 0.026% abgebaut werden. Wählt man hingegen für den Abstand der Spülsteine das 1.2-fache vom Radius des Pfannenbodens, so ergibt sich ein Abbau des Wasserstoffgehaltes von 7.5 ppm auf 3.1 ppm und des Schwefel­ gehaltes von 0.068% auf 0.035%, und diese Werte liegen in der gleichen Größenordnung wie beim Einbau eines Spülsteines in der Mitte des Pfannenbodens.

Claims (6)

1. Verfahren zur Spülgasbehandlung von Metallschmelzen, insbe­ sondere Stahlschmelzen, unter vermindertem Druck in einem Transportgefäß, vorzugsweise einer Pfanne, bei dem inertes Gas über im Gefäßboden eingebaute Einleitungsvorrichtungen, wie beispielsweise Spülsteine, in die Schmelze geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer energiever­ lustarmen und im Bereich der aufsteigenden Gasblasen gegenstromfreien Strömung mindestens zwei Spülgaseinleitungs­ vorrichtungen im Boden des Transportgefäßes für die Metall­ schmelze in einem Abstand, der dem 0.3- bis 0.8-fachen des Gefäßinnenradiusses entspricht, angeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt der aus zwei und mehr Spülgaseinlei­ tungsvorrichtungen bestehenden Anordnung mit dem Mittelpunkt des Gefäßbodens übereinstimmt oder bis zum 0.25-fachen des Gefäßinnenradiusses davon abweicht.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß drei Spülgaseinleitungsvorrichtungen, beispiels­ weise Spülsteine, in Dreieckform, vorzugsweise an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks, im Gefäßboden eingebaut werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülgaseinleitungs­ vorrichtungen gleichmäßig oder mit unterschiedlichen Spülgas­ durchflußraten beschickt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülgaseinleitungs­ vorrichtungen Düsen eingesetzt und dem Spülgas reaktive, feinkörnige Feststoffe und/oder Schlackenbildner aufgeladen werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Aluminium- und Kupferschmelzen unter vermindertem Druck einer Spülgasbehandlung unterzogen werden.