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Verfahren und Vorrichtung zum Einblasen mindestens eines
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Gases bzw. mindestens eines in einem Gas suspendierten Feststoffes
in eine in einem metallurgischen Gefäß befindliche metallische Schmelze, insbesondere
in eine unter Vakuum stehende Stahlschmelze Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Einblasen mindestens eines Gases bzw. mindestens eines in einem Gas suspendierten
Feststoffes in eine in einem metallurgischen Gefäß befindliche metallische Schmelze,
insbesondere in eine unter Vakuum stehende Stahlschmelze über mindestens einen Einblaskanal
im Boden des metallurgischen Gefäßes, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des
Verfahrens.
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Das Einblasen von Gasen und von in Gasen suspendierten Feststoffen
in metallische Schmelzen führt zu erheblichen Qualitätsverbesserungen. Die eingeblasenen
Gase - im allgemeinen wird Argon eingeblasen - haben einen Rühreffekt zur Folge,
der beim gleichzeitigen Einblasen der Feststoffe (Schlacker bildner,- Legierungsanteile)
zu einer schnellen Durchmischung und Homogenisierung der metallischen Schmelze führt.
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Zur Vermeidung der beim Einsatz von Tauchlanzen auftretenden Schwierigkeiten
ist es allgemein üblich geworden, das Einblasen über Einblaskanäle im Boden der
metallurgischen Gefäße vorzunehmen, an die die Gasleitungen angeschlossen sind.
Da diese Einblaskanäle keine Verschlüsse aufweisen, ist es notwendig, bereits vor
dem Abstich der Schmelzen ein Gas durch die Kanäle einzublasen. Nachdem das Einblasen
der Gasen bzw. der in einem Gas suspendierten Feststoffe bee.ndet ist, wird der
Schieberverschluß geschlossen und die Gaszufuhr gesperrt. Dies führt dann zur Bildung
von Tropfen erstarrter metallischer Schmelze in den Einblaskanälen. Vor dem nächsten
Abstich müssen die Einblaskanäle erneuert werden.
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Verschlüsse für Einblaskanäle sind bereits bekannt (europäische Patentanmeldung
0066775). Sie sind in der seitlichen ;ancunc metallurgischer Gefäße angeordnet und
sind vor dem Einblasen durch einen auf der zur Schmelze zeigenden Seite durch einen
Verschlußstein verschlossen. Dieser Verschlußstein überaeckt den Einblaskanal und
ragt in ihn mit einem komplementär zum Einblaskanal ausgebildeten Ansatz. Im Bereich
der von der Metallschmelze abgewandten Stirnseite des Einblaskanals ist ein Kupplungsteil
für eine Rohrleitung zum Zuführen des Gases bzw. den in dem Gas suspendierten Feststoffen
vorgesehen. Es weist eine durchgehende Bohrung auf, in die nach dem Abkuppeln der
Rohrleitung ein Gewindestopfen eingeschraubt wird. In die Bohrung mündet ein lotrechter
Bohrlngsabschnitt, in dem eine Kugel sich oberhalb eines in den Bohrungsabschnitt
einschiebbaren Bolzens befindet. Vor dem Einblasen eines Gases bzw. der im Gas suspendierten
Feststoffe wird zunächst der Verschlußstin unter entsprechend hohem Gasdruck in
die metallische Schmelze gedrückt. Gegen Ende der Einblaszeit wird der Bolzen aus
dem Bohrungsabschnitt gezogen, die Kugel fällt in die Bohrung des Kupplungsteils
und wirdin den Einblaskanal gedrückt, der in Richtung zur Schmelze einen verjüngenden
Abschnitt aufweist, in dem die Kugel verklemmt wird. Nachteilig ist, daß zum Entfernen
des Verschlußsteins ein erheblicher Druck aufgebracht werden muß, da die vom Druck
beaufschlagbare Fläche des Verschluß steins gleich der Querschnittsfläche des Einblaskanals
ist und die erheblich kleiner ist als die unter dem hydrostatischen Druck von der
Schmelze beaufschlagte Fläche des Veschlußsteins. Dies hat zur Folge, daß unter
einem sehr hohen Druck erhebliche Gasmengen in die metallische Schmelze gelangen.
Diese führen insbesondere, wenn die metallische Schmelze unter Vakuum steht, zu
heftigen Bewegungen der Schmelze und zum Ausschleudern von schmelzflüsigem Material.
Bei einer Vakuumbehandlung kommt es jedoch darauf auf, möglichst geringe Gasmengen
der Schmelze zuzuführen, damit ein möglichst hoher Unterdruck oberhalb der Schmelze
aufrecht erhalten werden kann. Ein derartiger Verschluß für Einblaskanäle im Boden
der metallurgischen Gefäße würde erst recht hohe Drücke zum Entfernen des Verschlußsteins
erfordern. Ein einwandfreies Verschließen nach Ablauf der Einblaszeit des Einblaskanals
im
Boden ist jedoch hierdurch nicht sichergestellt, so daß dieser Verschluß für die
Einblaskanäle im Boden nicht verwendbar ist.
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Die Erfindung geht davon aus, daß das Einblasen eines Gases vor dem
Füllen des metallurgischen Gefäßes mit Schmelze nicht mehr erforderlich ist, wenn
in der Wand (im Boden) metallurgischen Gefäße Verschlüsse für die Einblaskanäle
vorge sehen sind, die im Bereich der metallischen Schmelze einen Verschlußstein
und in dem von der metallischen Schmelze abgewandte Bereich einen Schieberverschluß
aufweisen, der erst zu Beginn des Einblasens geöffnet und nach Ablauf der Einblaszeit
geschlc sen wird, der somit sicherstellt , daß in der Rohrleitung auftretende Druckerhöhungen
nicht vorzeitig den Verschluß stein vor der Mündung des Einblaskanals entfernen
(Sperrstellung des Schieberverschlusses) und der nach Beendigen der Einblaszeit
für ein sicheres und einwandfreies Sperren der Einblaskanäle sorgt. Derartige Schieberverschlüsse
bestehen im Prinzip aus zwei Schieberplatten mit jeweils einer Bohrung und geben
den Einblaskanal erst dann frei, wenn beide Bohrungen in Deckung gebracht sind.
Schieberverschlüsse dieser Art sind an sich bekannt(DE-PS 19 35 401) und sind als
Verschlüsse für die Bodenausgußöffnungen von Gießpfannen und dgl. vorgesehen. Die
Erfindung geht weiterhin davon aus, daß durch eine entsprechende Ausbildung des
Verschluß steins sichergestellt ist, den Verscnlußstein mit einer relativ geringfügigen
Drucküberhöhung und relativ geringen Gasmengen von der Einblasöffnung zu entfernen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von diesen Erkenntnissen
ein Verfahren zum Einblasen von mindestens einem Gas in eine in einem metallurgischen
Gefäß befindliche metallic Schmelze, insbesondere in eine unter Vakuum stehende
Stahlschme: ze, über mindestens einen Einblaskanal im Boden des metallurgisc Gefäßes
zu schaffen, wobei das Einleiten des Gases zu definierte Zeitpunkten erfolgt und
im wesentlichen nur die für den "führt eekt" erforderlichen Gasmengen eingeblasen
werden, um bei der Vkuumbehandlung eine optimale Führung des metallurgischen Prozesses
zu erzielen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zu Beginn des
Einblasens der gegen eindringende Schmelze durch einen Verschlußstein verschlossene
und am Boden des metallurgischen Gefäßes durch einen Schieberverschluß verschließbare
Einblaskanal in der Offenstellung des Schieberverschlusses das Gas unter erhöhtem
Druck den Einblaskanal von dem Verschluß stein freibläst und daß anschließend unter
vorgegebenem Arbeitsdruck das Gas weiter eingeblasen wird und daß bei Ablauf der
Einblaszeit unter dem Arbeitsdruck der Schieberverschluß in seine Sperrstellung
gebracht wird. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß zu einem beliebig vorgebbaren
Zeitpunkt nach dem Abstich das Einblasen erfolgt, und in völliger Abkehr vom bisherigen
Stand der Technik es nicht mehr erforderlich ist, die Einblaskanäle mittels Inertgas
usw. während des gesamten Prozesses von erstarrender Schmelze freizuhalten. Erst
zu Beginn des Einblasens wird der Einblaskanal im Bereich seiner zur Schmelze zeigenden
Stirnfläche freigegeben, wobei zuvor der Schieberverschluß in die Offenstellung
gebracht werden muß. Dies ist vor allem deshalb wichtig, da in der Schließstellung
des Sperrschiebers kurzzeitige, unbeachtliche Druckerhöhungen in der Gasleitung
nicht dazu führen können, daß der Verschlußstein vorzeitig von der Blasöffnung entfernt
wird. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß bei einer Vakuumbehandlung, z. B.
von Stahlschmelzen, es ohne weiteres und ohne technische Komplikationen es möglich
ist, den Abstich bei verschlossenen Einblaskanälen vorzunehmen, das metallurgische
Gefäß indie Vakuumstation zu bringen, die Rohrleitung für die Zufuhr des Gases anzuschließen
und das Gas einzublasen. Gegenüber den üblichen Techniken ergeben sich hierdurch
erhebliche Einsparungen an Gasmengen.
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Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Einleiten mindestens eines in einem Gas suspendierten Feststoffes in eine in
einem metallurgischen Gefäß befindliche metallische Schmelze, insbesondere in eine
unter Vakuum stehende Stahlschmelze, über mindestens einen' Einblaskanal im Boden
des metallurgischen Gefäßes zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zu Beginn des
Einblasens der gegen eindringende Schmelze durch einen Verschluß stein verschlossene
und am Boden des metallurgischen Gefäßes durch einen Schieberverschluß verschließbare
Einblaskanal in der Offenstellung des Schieberverschlusses das Gas den Einblasen
kanal von dem Verschluß stein freibläst und daß anschließend der iz Gas suspendierte
Feststoff in die Schmelze eingeblasen wird und d bei Ablauf der Einblaszeit unter
dem Arbeitsdruck des Gas/Feststo: Gemisches der Schieberverschluß in seine Sperrstellung
gebracht wird. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß zu Beginn der Einblaszeit,z.
B. mit Argon, der Einblaskanal von dem Verschlußstein freigeblasen und anschließend
auf das Gas/Feststoff-Gemisch umgeschaltet wird und eine Stopfenbildung sicher vermieden
wird, die nicht auszuschließen ist, wenn das Freiblasen mittels des Gas/Feststoff-Gemisches
erfolgen soll.
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In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zum nachträglichen
Korrigieren der eingeblasenen Menge an Feststoff über einen weiteren zu Beginn des
Einblasens durch einen Verschluß stein verschlossenen und durch einen Schieberverschluß
verschiebbaren Einblaskanal zusätzlich in Gas suspendierter Feststoff eingeblasen.
So ist es beispielsweise möglich über einen
Einblaskanal eine vorgegebene
Menge an Ferromangan, Ferrozilizium oder Kalziumsilizium,Entschwefelungsmittel einzublasen,
den Kanal anschließend zu sperren, nach Abschluß der metallurgischen Prozesse eine
Probe zu ziehen, diese zu analysieren und bei einem zu niedrigen Legierungsgehalt
nachträglich die entsprechende Korrekturmenge über den weiteren Einblaskanal einzublasen.
Da in der Zwischenzeit kein Gas eingeblasen wird, wird der sonst übliche Temperaturabfall
der metallischen Schmelze verringert.
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Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Durchführen der Verfahren zu schaffen, d.h. ein metallurgisches Gefäß für metallische
Schmelzen, insbesondere für unter Vakuum stehende Stahlschmelzen, mit mindestens
einem Einblaskanal im Boden des metallurgischen Gefäßes zum Einblasen eines Gases
bzw. eines in einem Gas suspendierten Feststoffes.
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Diese Auf gabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Einblaskanal
auf der zur Schmelze zeigenden Seite einen Verschlußstein und auf der von der Schmelze
abgewandten Seite einen Schieberverschluß mit einem Anschluß für die Rohrleitung
des zuzuführenden Gases bzw. des Gas/Feststoff-Gemisches aufweist, der Schieberverschluß
zwei Schieberplatten mit jeweils einer Bohrung aufweist, die während des Einblasens
in Deckung sind. Hierbei können gemäß den obigen Ausführungen für jedes Gas/Feststoff-Gemisch
jeweils ein Einblaskanal mit einem Einblasstein und einem Schieberverschluß vorgesehen
sein.
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In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die vom Gasdruck
zu beaufschlagende Fläche des Verschluß steins größer als die Querschnittsfläche
des Einblaskanals.. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß während des Beseitigens
des Verschluß steins ein Druck an dem Verschluß stein ansteht, der einem dieser
Querschnittsfläche entsprechenden Einblaskanal entspricht, während während des Einblasens
des Gases bzw. des Gas/Feststoff-Gemisches das Einblasen unter diesem verringerten
Querschnitt erfolgt.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
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In der Figur ist im Schnitt ein Ausschnitt einer Stahlpfanne dargestellt.
An die Figurenbeschreibung schließen sich Beispiele für die Verfahren an.
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Die Figur zeigt im Schnitt einen Ausschnitt einer mit 1 bezeichneten
Stahlpfanne, die einen Boden 2 und eine feuerfeste Auskleidung 3 aufweist. In den
Boden der Stahlpfanne ist ein Lochstein 4 eingesetzt und an den Lochstein eiii Einblasstein
5. Der Einblasen stein weist einen Einblaskanal 6 mit den beiden Kanalabschnitten
7 und 8 auf. Der Kanalabschnitt 8 schließt sich an den Kanalabschz 7 in Richtung
zur Schmelze an und hat einen größeren Querschnitt als der Kanalabschnitt 7. In
den Kanalabschnitt 8 ist unter Ausbildung der Kammer 9 ein Verschlu 71 o eingesetzt.
Der Verschlußstein 10 weist eine thermische Abschirmung 11 aus Schiebersand auf.
An den Kanalabschnitt 7 schließt sich auf der von der Kammer 9 abgewandten Seite
ein Schieberverschluß 12 an, der im wesentlich aus der feststehend angeordneten
und mit dem Einblasstein in Eingriff stehenden Schieberplatte 13 und der mit einem
nicht dargestellten Schieberteil verschiebbaren Schieberplatte 14 besteht. Die Schieberplatte
13 weist eine Bohrung 15 und die Schi berplatte 14 eine Bohrung 16 auf. In die Bohrung
16 taucht die Förderleitung 17 für die Zufuhr eines Gases bzw. eines Gas/Feststoff-Gemisches
ein. In der Figur ist der Schieberverin der Offenstellung gezeigt. In der Sperrstellung
ist die verschiebbare Schieberplatte 14 in der Weise verschoben, daß die beiden
Bohrungen nicht in Deckung sind. Zu Beginn des Einblasens wird die verschiebbare
Schieberplatte verschoben, so daß die beiden Bohrungen 15 und 16 in Deckung gelangen.
Dies hat zur Folge, daß Gas in den Einblaskanal strömt und unter Druck gegen den
Verschluß stein ansteht. Aus der Figur ist ersichtlich, daß die vom Druck beaufschlagte
Fläche am Verschluß stein wesentlich größer ist als der Kanalabschnitt 7 des Einblaskanals.
Dies hat zur Folge, daß bei einer relativ niedrigen Druckerhöhung der Deckel mitsamt
dem als thermische Abschirmung dienenden Schiebersand in die in der Stahlpfanne
befindliche Schmelze geschleudert wird und daß anschließend das Gas unter dem Arbeitsdruck
in die metallische Schmelze so lange einströmt bis der Schieberverschluß geschlossen
wird. Aufgrund der ausgebildeten
Kammer mit einem relativ großen
Querschnitt ist es möglich, den Querschnitt des Einblaskanalabschnitts möglichst
klein im Hinblick auf den Korn-Durchmesser der Feststoffe zu wählen, so daß entsprechend
dem relativ kleinen Querschnitt des Einblaskanalabschnittes 7, der wesentlich geringer
ist als die Querschnitte der bekannte-Einblaskanäle, entsprechend weniger Gas der
metallischen Schmelze zugeführt wird. Dadurch, daß bis zu Beginn des Einblasens
der Schieberverschluß in Sperrstellung ist, wird sicher vermieden, daß Druckerhöhungen
in der Förderleitung 17 den Verschlußstein vom Einblaskanal entfernen können. Beim
Zuführen von in einem Gas suspendierten Feststoffen wird so verfahren, daß zunächst
ausschließlich mit Gas der Verschluß stein entfernt wird und anschließend das Gas/Feststoff-Gemisch
der metallischen Schmelze zugeführt wird. Durch den erfindungsgemäßen Verschluß
wird erreicht, daß mit einer geringen Druckerhöhung bezogen auf den Arbeitsdruck
und mit geringen Gasmengen der Verschluß stein entfernt.wird. Der Verschlußstein
wird erst dann entfernt, wenn der Schieberverschluß sich in Offenstellung befindet.
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Infolge des möglichst kleinen Querschnittes des Einblaskanals wird
das Gas in solchen Mengen in die metallische Schmelze eingeblasen, wie dies für
den Rühreffekt erforderlich ist.
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Nach Beendigen des Einblasens wird durch Verbringen des Schieberverschlusses
in seine Schließstellung ein einwandfreies und absolutes sicheres Verschließen des
Einblaskanals gewährleistet ist. Im allgemeinen ist der Schieberverschluß mit-seinem
Rahmen an den Boden der Stahlpfanne angelenkt, der in der gezeigten Stellung der
Schieberplatten an der Stahlpfanne verriegelt wird. Zur Durchführung der einzelnen
Verfahren weisen die zum Einsatz kommenden metallurgischen Gefäße im Boden eine
entsprechende Anzahl von Einblaskanälen mit Verschlußsteinen und Schieberverschlüssen
auf, wie sie anhand des Ausführungsbeispiels in der Figur erläutert ist.
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Die Verfahren werden im folgenden anhand von Stahlschmelzen erläutert.
Entsprechendes gilt für andere metallische Schmelzen.
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Beispiel 1 Die Stahlpfanne weist einen gemäß der Figur ausgebildeten
Ein blaskanal mit einem VerschluBstein und einem Schieberverschlu auf. Nach Abstich
des Stahls, ungefähr 125 t wird die Stahlpfanne in eine Vakuumstation verfahren,
die im wesentlichen einen auf die Stahlpfanne aufsetzbaren Deckel mit einem Anschluß
an eine Vakuumleitung und eine Förderleitung für die Zufuhr von Argon aufweist.
Die Stahlschmelze, mit einer Ober-0 fläche von etwa 7 m2, hat eine Temperatur von
etwa 1650 c.
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Oberhalb der Schmelze wird ein Vakuum von 1m bar erzeugt. An den in
Sperrstellung befindlichen Schieberverschluß wird die Förderleitung angeschlossen,
in der anschließend Argon unter einem Arbeitsdruck von 8 bar ansteht. Nach öffnen
des Schieverschlusses wird der Einblaskanal vom Verschlußstein uni dem Schiebersand
freigeblasen. Anschließend wird unter diesem Druck in etwa 5 Minuten eine Gasmenge
von 15 m3 eingeblasen.
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Es zeigt sich, daß oberhalb der metallischen Schmelze ein Unterdruck
von weniger als 10m bar aufrechterhalten wird, der von der Gasabsaugleistung der
Pumpen der Vakuumanlage abhängig ist.
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Beispiel 2 Zum Einsatz kommt eine Stahlpfanne mit 125 to Stahl einer
Tem peratur von 1650°C. Die Stahlpfanne weist zwei Einblaskanäle mit jeweils einem
Verschluß stein und einem Schieberverschluß gemäß der Figur auf. über den ersten
Einblaskanal werden 600 kg Entschwefelungsmittel mit Argon während einer Zeit von
10 Minuten eingeblasen und der Schieberverschluß geschlossen. Nach der Entnahme
und Analyse einer Probe zeigte sich, daß der Schwefelgehalt der Schmelze noch zu
hoch war.
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Es werden über den zweiten Einblaskanal.100 kg Entschwefelung.
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mittel während 2 Minuten eingeblasen. Es zeigte sich, daß
eine
Entschwefelung auf sehr niedrige Anteile erreicht werden konnte mit geringen Mengen
an Entschwefelungsmittel und Argon bei geringem Temperaturabfall.
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