DE3883207T2

DE3883207T2 - Verfahren zur Zugabe von flüssigen Legierungsmitteln zu geschmolzenem Stahl.

Info

Publication number: DE3883207T2
Application number: DE88119498T
Authority: DE
Inventors: Donald R Fosnacht; John R Knoepke; Anthony T Peters
Original assignee: Inland Steel Co
Current assignee: Inland Steel Co
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1988-11-23
Publication date: 1993-11-25
Anticipated expiration: 2008-11-24
Also published as: AU616921B2; ZA888884B; ES2041769T3; US4849167A; BR8806537A; EP0332751A2; EP0332751A3; AU2591388A; CA1328562C; MX166527B; DE3883207D1; EP0332751B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Zugabe von Legierungsmitteln zu geschmolzenem Metall und insbesondere die Zugabe von flüssigen Legierungsmittel zu geschmolzenem Stahl, der Strangguß durchläuft.
Beim Strangguß von geschmolzenem Stahl wird ein herunterkommender Strom aus geschmolzenem Stahl von einem oberen Behälter, wie etwa einer Gießpfanne, zu einem unteren Behälter, wie etwa einer Zwischenpfanne, gelenkt und von dort in eine Stranggußform Es ist wünschenswert, die Legierungsmittel zum herunterkoinmenden Strom aus geschmolzenem Stahl zuzugeben, weil dies das Einmischen der Legierungsbestandteile in den geschmolzenen Stahl vereinfacht. Bestimmte Legierungsmittel, wie etwa Blei, Bismut, Tellur und Selen, die typischerweise zu Stahl zugegeben werden, um die maschinelle Verarbeitbarkeit desselben zu verbessern, haben relativ niedrige Schmelzpunkte, verglichen mit Stahl, und neigen zu übermäßiger Rauchbildung, wenn sie zu geschmolzenem Stahl zugegeben werden. Ein Hilfsmittel, das eingesetzt worden ist, wenn solche Mittel zu geschmolzenem Stahl zugegeben werden, umfaßt das Einschließen des herunterkommenden Stroms aus geschmolzenem Stahl in einer vertikal angeordneten, rohrförmigen Gießhülse, die vertikale Umfangswände aufweist, die mit horizontalem mit Abstand von dem herunterkommenden Strom angeordnet sind, so daß ein nichtgefüllter, ringförmiger Raum zwischen der Gießhülse und dem herunterkommenden Strom definiert wird. Das Legierungsmittel wird dann in den herunterkommenden Strom im Innern der Gießhülse gelenkt.
Typischerweise liegt das Legierungsmittel in einer festen, partikulären Form vor, wie etwa Granalienteilchen. Die Form, in der das Legierungsmittel zugegeben wird, ist wichtig, weil die zugegebene Menge präziser Dosierung zugänglich sein muß, und die Größe und Form des Zusatzstoffes muß so sein, daß schnelle Auflösung und Dispersion des Legierungsmittels sichergestellt ist. Daher ist die übliche Zugabeform entweder Granalienteilchen mit sorgfältig kontrollierter Größe oder Draht oder Streifen mit gleichmäßigem Durchmesser.
Wenn das Legierungsmittei in Form von Draht oder Streifen vorliegt, wird üblicherweise eine mechanische Vortriebseinrichtung eingesetzt, um den Draht oder Streifen in das geschmolzene Stahlbad einzubringen. Wenn das feste Legierungsmittel in den herunterkommenden Strom aus geschmolzenem Stahl in Form von Granalien eingeführt wird, werden die Granalien üblicherweise mit einem unter Druck stehenden Inertgas, wie etwa Argon, vermischt, das als ein Treibmittel oder Transport- oder Trägermedium für die Granalien wirkt.
Wenn das Legierungsmittel zum geschmolzenen Stahl in fester Form zugegeben wird, muß der geschmolzene Stahl auf einer Temperatur gehalten werden, die wesentlich höher ist als diejenige, die normalerweise für das Gießen ohne das Legierungsmittel erforderlich ist, um Schmelzen und Auflösung des Legierungsmittels zu gewährleisten. Zusätzliche Wärmeenergie ist erforderlich, um den Wärmeverlust und Temperaturabfall, der durch das Schmelzen eines festen Legierungsmittels hervorgerufen wird, zu kompensieren.
Es ist wünschenswert, geschmolzenen Stahl bei einer so niedrigen Temperatur wie möglich kontinuierlich zu gießen, und die Notwendigkeit eine höhere Temperatur einzusetzen, um die Auflösung und Dispersion des Legierungsmittels zu gewährleisten, ist daher unvorteilhaft.
Die Zugabe von Legierungsmittel in Form von Granalien zu einem herunterkommenden Strom aus geschmolzenem Stahl innerhalb einer umgebenden Gießhülse und wobei die Granalien mit einem unter Druck stehenden Inertgas-Trägermedium vermischt sind, ist bei Rellis et al., US-Patent Nr. 4,602,949, mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zur Zugabe von festen Legierungsbestandteilen zu einem Strom aus geschmolzenem Metall" offenbart. Wenn ein unter Druck stehendes Gas in dieser Art und Weise verwendet wird, dehnt sich das unter Druck stehende Gas innerhalb der Gießhülse aus und hat darin eine Kühlwirkung.
Ein Problem, das auftreten kann, wenn eine Anordnung von der Art eingesetzt wird, die im besagten Patent von Rellis et al. beschrieben ist, ist der Aufbau eines Pfannenbären aus Stahl auf der Innenseite der Gießhülse. Dies wird durch die Kühlwirkung des sich ausdehnenden Inertgases auf Tröpfchen aus geschmolzenem Stahl hervorgerufen, die aus dem herunterkommenden Strom stammen und auf die innere Umfangswand der Gießhülse treffen. Die Kühlwirkung des sich ausdehnenden, unter Druck stehenden Inertgases bewirkt daß sich die Tröpfchen auf der Innenseite der Gießhülse verfestigen, was zum Aufbau des obengenannten Pfannenbären führt, der natürlich unerwünscht ist.
Die Unzulänglichkeiten und Nachteile der im oben beschriebenen Stand der Technik eingesetzten Hilfsmittel werden beseitigt, wenn eine Anordnung wie beansprucht eingesetzt wird.
In einer Ausführungsform, die eine Gießhülse um den herunterkommenden Strom aus geschmolzenem Stahl einsetzt, wird das Legierungsmittel geschmolzen und das flüssige oder geschmolzene Legierungsmittel wird in die Gießhülse und in den herunterkommenden Strom aus geschmolzenem Stahl gelenkt. Die Verwendung eines unter Druck stehenden Inertgases, das als Trägermedium eingesetzt wird, wenn das Legierungsmittel in Form von Granalien vorliegt, wird eliminiert. Als ein Ergebnis wird auch die Kühlwirkung eliminiert, die von der Ausdehnung des unter Druck stehenden Trägergases herrührt, wodurch Pfannenbärbildung im Inneren der Gießhülse verringert oder eliminiert wird.
Weil das Legierungsmittel in den geschmolzenen Stahl in flüssiger Form eingebracht wird, kann die Temperatur des geschmolzenen Stahls verringert werden, da es nicht länger notwendig ist, Wärmeenergie aus dem Bad aus geschmolzenem Stahl zu verwenden, um das Legierungsmittel zu schmelzen. Daher kann der geschmolzene Stahl bei einer Temperatur gegossen werden, die so niedrig wie möglich ist, und der geschmolzene Stahl kann bei einer relativ niedrigen Temperatur in die Zwischenpfanne eingebracht werden, um darin ein Bad zu bilden.
In einer anderen Ausführungsform ist die Gießhülse vollständig eliminiert. Statt das Legierungsmittel in den herunterkommenden Strom aus geschmolzenem Stahl zwischen der Gießpfanne und der Zwischenpfanne zu lenken, wird das Legierungsmittel geschmolzen und das geschmolzene Legierungsmittel wird in die Zwischenpfanne unterhalb der Oberfläche des Bades aus geschmolzenem Stahl darin eingespritzt, an einer Einspritzstelle benachbart zu der Stelle, an der der herunterkommende Strom aus geschmolzenen Stahl in die Zwischenpfanne eintritt. Einspritzung wird durchgeführt, während der Strom aus geschmolzenem Stahl in die Zwischenpfanne eintritt, und das eingespritzte geschmolzene Legierungsmittel wird zu einem Bereich des Bades gelenkt, der im wesentlichen direkt unterhalb der Stelle ist, an der der Strom in das Bad eintritt. Wenn der herunterkommende Strom in das Bad eintritt, ist dies ein Bereich relativ hoher Turbulenz, verglichen mit einem Badbereich, der entfernt ist von der Stelle, an der der Strom in das Bad eintritt, und diese Turbulenz erleichtert das Vermischen und die Dispersion des Legierungsmittels im Bad aus geschmolzenem Stahl.
Ob das geschmolzene Legierungsmittel in den geschmolzenen Stahl innerhalb der Gießhülse gelenkt oder unterhalb der Oberfläche des Bades aus geschmolzenem Stahl eingespritzt wird, in der Zwischenpfanne, das geschmolzene Legierungsmittel ist während des Lenkungsschritts vor der Atmosphäre außerhalb der Zwischenpfanne geschützt. Dies ist insbesondere wünschenswert, wenn das Legierungsmittel ein Mittel mit niedrigem Schmelzpunkt ist, das übermäßiger Rauchbildung unterliegt, wie etwa Blei, Bismut, Tellur oder Selen.
Zusätzlich verhindern beide Ausführungsformen, daß Tröpfchen aus geschmolzenem Metall vom herunterkommenden Strom aus geschmolzenem Metall sich verfestigen und die obengenannten Probleme verursachen, die mit der Verfestigung solcher geschmolzenen Tröpfchen in Zusammenhang stehen.
Andere Merkmale und Vorteile sind in den Ausführungsformen der Erfindung inhärent, die hierin offenbart und beansprucht sind, oder werden den Fachleuten auf diesem Gebiet aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden schematischen Zeichnungen deutlich werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine fragmentarische Seitenansicht, teilweise im Querschnitt und teilweise schematisch, einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Vorratsbehälter für geschmolzenes Legierungsmittel veranschaulicht, eingesetzt bei der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist eine fragmentarische Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, der Ausführungsform von Fig. 1;
Fig. 4 ist eine vergrößerte, fragmentarische Querschnittsansicht eines Teils der Ausführungsform von Fig. 1;
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie 5-5 in Fig. 4;
Fig. 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Vorratsbehälter für geschmolzenes Legierungsmittel veranschaulicht, eingesetzt bei der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ist eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist eine Drauf sicht der Ausführungsform von Fig. 7; und
Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm der Ausführungsform von Fig. 1.

Detaillierte Beschreibung

Bezugnehmend zunächst auf Figs. 1-4, ist dort ein oberer Behälter oder eine Gießpfanne 20 zur Aufnahme von geschmolzenem Metall, wie etwa geschmolzenem Stahl, dargestellt. Direkt unterhalb der Gießpfanne 20 ist ein unterer Behälter 21, wie etwa eine Zwischenpfanne, angeordnet, die einen Teil einer Stranggußvorrichtung darstellt. Vom Boden von Gießpfanne 20 zu Zwischenpfanne 21 erstreckt sich ein längliches, vertikal angeordnetes Rohr 22 zum Lenken eines herunterkommenden Stroms aus geschmolzenem Stahl aus Gießpfanne 20 in Zwischenpfanne 21, um darin ein Bad aus geschmolzenem Stahl 24 zu bilden. Geschmolzener Stahl aus Bad 24 wird aus Zwischenpfanne 21 durch Bodenöffnungen 65 abgezogen, die über einer Stranggußform (nicht dargestellt) angeordnet sind. Gießpfanne 20, Zwischenpfanne 21 und die damit zusammenhängende Stranggußausrüstung sind von herkömmlicher Konstruktion, sofern hierin nicht anders angegeben.
Der herunterkommende Strom aus geschmolzenem Metall, der aus Rohr 22 austritt, ist in strichpunktierten Linien bei 25 in Fig. 4 dargestellt. Wenigstens den Bodenteil von Rohr 22 und den herunterkommenden Strom 25 schließt eine vertikal angeordnete, rohrförmige Gießhülse 23 ein, die vertikale Umfangswände 23 aufweist, die von dem Rohr 22 und dem herunterkommenden Strom 25 mit horizontalem Abstand angeordnet sind, um einen nicht-gefüllten, ringförmigen Raum 26 zwischen (a) Gießhülse 23 und (b) Rohr 22 und herunterkommenden Strom 25 zu definieren. Gießhülse 23 hat einen oberen abgestumpften konischen Abschnitt 28, durch dessen Oberseite sich Rohr 22 erstreckt. Gießhülse 23 besteht aus refraktorischem Material und Rohr 22 besteht aus oder ist ausgekleidet mit refraktorischem Material. Gießhülse 23 und Rohr 22 sind detaillierter im oben identifizierten US-Patent Nr. 4,602,949 von Rellis et al. und in der genehmigten Anmeldung Serial No. 51,943, von Rellis et al., eingereicht am 19. Mai 1987, nunmehr US-Patent No. 4,747,584, erteilt am 31. Mai 1988, beschrieben.
Figs. 1 und 2 zeigen einen Vorratsbehälter 30 zur Aufnahme von flüssigem oder geschmolzenem Legierungsmittel, das zum geschmolzenen Stahl zugegeben werden soll. Geschmolzenes Legierungsmittel wird aus Vorratsbehälter 30 mit einer Pumpe 31 entnommen und durch eine Leitung 32 transportiert, die sich durch den oberen, abgestumpften konischen Abschnitt 28 der Gießhülse erstreckt und in einer Düse 33 zum Lenken des geschmolzenen Legierungsmittel in das Innere von Gießhülse 23 und in den herunterkommenden Strom 25 aus geschmolzenem Stahl endet. Der Weg des geschmolzenen Legierungsmittels zwischen Düse 33 und herunterkommendem Strom 25 ist durch strichpunktierte Linien bei 34 in Fig. 4 angegeben. Pumpe 31 kann außerhalb des Vorratsbehälters 30 angeordnet sein (Fig. 1) oder sie kann innerhalb des Vorratsbehälters 30 angeordnet sein (Fig. 2).
Wie in Fig. 5 dargestellt, ist Düse 33 vorzugsweise mit einer Vielzahl kleiner Öffnungen 35, 35 versehen, die die Bildung von Tröpfchen aus geschmolzenem Legierungsmittel erleichtern, um die Dispersion des Legierungsmittels im herunterkommenden Strom 25 aus geschmolzenem Stahl und im geschmolzenen Stahlbad 24 zu fördern. In den Fällen, wo die Bedingungen um die Einführung des geschmolzenen Legierungsmittels in das Innere von Gießhülse 23 herum die Bildung von Tröpfchen aus geschmolzenem Legierungsmittel fördern können, ohne das Vorsehen von kleinen Düsenöftnungen 35, können solche Öffnungen weggelassen werden und Düse 33 mit einer einzigen Öffnung größer Abmessung versehen sein.
Das flüssige Legierungsmittel wird durch die Wirkung von Pumpe 31 oder durch Schwerkraft oder durch beides zu Düse 33 transportiert. Vorratsbehälter 30 und Leitung 32 sind oberhalb Düse 33 angeordnet, um die Schwerkraftwirkung bereitzustellen. Das geschmolzene Legierungsmittel wird in Gießhülse 23 ohne Verwendung eines Trägergases gelenkt.
Das flüssige Legierungsmittel kann typischerweise z.B. eine oder mehrere der Verbindungen Blei, Bismut, Tellur und Selen umfassen. Diese geschmolzenen Legierungsmittel haben relativ niedrige Schmelzpunkte, verglichen mit Stahl, und sie unterliegen übermäßiger Dampfbildung. Demgemäß ist Vorratsbehälter 30, wenn diese Legierungsmittel verwendet werden, mit einer Abdeckung 36 versehen, die in strichpunktierten Linien in Fig. 2 dargestellt ist.
Wie in Fig. 3 dargestellt, ist Zwischenpfanne 21 mit einer oberen Abdeckung 39 versehen, die eine Öffnung 40 aufweist, durch die sich Gießhülse 23 erstreckt, und der Boden 37 von Gießhülse 23 erstreckt sich normalerweise bis unter die Oberfläche 38 des geschmolzenen Stahlbads 24 Zwischenpfanne 21. Das flüssige Legierungsmittel wird vor der Atmosphäre außerhalb Zwischenpfanne 21 über die gesamte Zeit geschützt, während der das geschmolzene Legierungsmittel zwischen Vorratsbehälter 30 und Zwischenpfanne 21 transportiert wird. Dies verringert das Entweichen von Dämpfen aus dem flüssigen Legierungsmittel in die Atmosphäre, die Zwischenpfanne 21 umgibt, und es verringert die Reaktion von flüssigem Legierungsmittel mit der umgebenden Atmosphäre zur Bildung von Oxiden des flüssigen Legierungsmittels.
Die Bewegung des geschmolzenen Stahlstroms 25 von Rohr 22 mit relativ kleinem Durchmesser in Gießhülse 23 mit relativ großem Durchmesser bewirkt einen Venturieffekt, und das Ergebnis desselben ist eine Neigung, innerhalb Gießhülse 23 einen niedrigeren Druck zu erzeugen, als außerhalb Gießhülse 23 besteht. Wenn nicht durch andere Faktoren kompensiert, kann dies bewirken, daß das geschmolzene Stahlbad 24 in Gießhülse 23 bis zu einem Niveau oberhalb der Oberfläche 38 von Bad 24 in Zwischenpfanne 21 ansteigt. Dies kann aus einer Anzahl von Gründen unerwünscht sein, die detaillierter in besagtem Patent 4,602,949 von Rellis et al. beschrieben sind.
Um sich mit diesem Problem zu befassen, wird eine Konstruktion zur Verfügung gestellt, um den Druck in Gießhülse 23 zu erhöhen. Mit dem Inneren von Gießhülse 23 kommuniziert im oberen Abschnitt 28 desselben der Auslaß 41 einer Leitung 42, die mit einer Quelle (nicht gezeigt) für Inertgas, wie etwa Argon, kommuniziert. Argon kann in das Innere von Gießhülse 23 durch Leitung 42 eindosiert werden, um den Druck in Gießhülse 23 im gewünschten Umfang zu erhöhen. Auslaß 41 befindet sich vorzugsweise an einer Stelle, die entfernt ist von der Stelle, an der flüssiges Legierungsmittel in die Gießhülse bei Düse 33 eingebracht wird. Dies minimiert die Kühlwirkung auf flüssiges Legierungsmittel, das bei Düse 33 in Gießhülse 23 eintritt, von sich ausdehnendem Gas, das in die Gießhülse bei Auslaß 41 eintritt.
Es kann auch Fälle geben, wo es notwendig ist, den Druck in Gießhülse 23 zu verringern. Dämpfe von geschmolzenem Legierungsmittel, wie etwa Blei, können mit Sauerstoff aus Luft reagieren, die in das Innere von Gießhülse 23 um den Bodenrand desselben herum eingedrungen ist, um Oxiddämpfe zu bilden, die sich in Gießhülse 23 ansammeln und den Druck darin erhöhen. Was auch immer die Quelle sein mag, überschüssige Dämpfe oder Gas kann aus dem Inneren von Gießhülse 23 durch den Einlaß 43 einer Ablaßleitung 44 mit einem Kontrollventil 45 abgezogen werden, das so eingestellt werden kann, daß es den gewünschten Ablaßeffekt bewirkt. Wie aus dem obigen deutlich wird, gibt es während dieser Perioden, wenn der Druck verringert werden muß, keine Notwendigkeit, Inertgas durch Einlaß 41 einzubringen.
Wie oben angemerkt, wird flüssiges Legierungsmittel in das Innere einer Gießhülse 23 ohne Verwendung eines Trägergases eingeführt, das normalerweise verwendet wird, wenn das Legierungsmittel in die Gießhülse in Form von festen Granalien eingeführt wurde. Die Ausdehnung dieses Trägergases in Gießhülse 23 bewirkte eine Kühlwirkung in der Gießhülse und verringerte die Temperatur der Innenfläche der Gießhülsenwände. Als ein Ergebnis verfestigten sich Tröpfchen aus geschmolzenem Stahl, die gegen die Innenfläche der Gießhülse trafen, dort, wobei schließlich ein Pfannenbär gebildet wurde, der unerwünscht war.
Einführung der Legierungsmittel in die Gießhülse in geschmolzener Form, gemäß der vorliegenden Erfindung, eliminiert das Trägergas und die Probleme, die mit der Kühlwirkung in Zusammenhang stehen, die durch die Ausdehnung dieses Trägergases in der Gießhülse hervorgerufen wird. Zusätzlich wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Menge an den Druck kontrollierendem Gas, die durch Auslaß 41 in die Gießhülse eingeführt wird, so begrenzt, daß, was immer die Kühlwirkung aus der Ausdehnung dieses Gases sein mag, es nicht genügt, um wesentliche Pfannenbärbildungsprobleme zu schaffen. Der potentielle Druckverlust, der aus der Begrenzung der Gaseinführung bei 41 resultiert, wird kompensiert durch Begrenzung der Gasmenge, die durch Ablaßauslaß 43 aus Gießhülse 23 abgezogen wird.
Zusammengefaßt kann der Druck in Gießhülse 23 durch Einführen von Inertgas durch Leitung 42, durch Abziehen von Gas durch Ablaßleitung 44, durch Kontrollieren der durch Leitung 44 abgezogenen Gasmenge durch Einstellen von Ventil 45 oder durch eine Kombination dieser Hilfsmittel kontrolliert werden. Ein Zweck der Kontrolle des Drucks in Gießhülse 23 ist es, einen Anstieg von geschmolzenem Metall aus Bad 24 auf ein unerwünschtes Niveau in Gießhülse 23 zu vermeiden.
In der in Figs. 1-4 veranschaulichten Ausführungsform ist eine einzelne Düse 33 in durchgezogenen Linien dargestellt. Es kann Fälle geben, wo es wünschenswert ist, das geschmolzene Legierungsmittel in das Innere von Gießhülse 23 durch eine Vielzahl von Düsen 33, 33 einzuführen, die an mit Abstand angeordneten Stellen um den Umfang von Gießhülse 23 herum angeordnet sind, und diese zusätzlichen Düsen sind in strichpunktierten Linien in Fig. 4 dargestellt. Verwendung einer Vielzahl von Düsen 33, 33 wäre in dem Fall vorteilhaft, wenn eine Düse 33 sich zeitweise zusetzt.
Wie oben angemerkt, wird die Anordnung, die in Fig. 1-4 veranschaulicht ist, vorteilhafterweise eingesetzt, wenn das Legierungsmittel einen relativ niedrigen Schmelzpunkt und eine Neigung hat, übermäßig zu dampfen, wenn es zu geschmolzenem Stahl zugegeben wird, wobei Beispiele solcher Legierungsmittel Blei, Bismut, Tellur und Selen oder Äquivalente derselben vom Standpunkt der Eigenschaften eines niedrigen Schmelzpunktes und übermäßiger Dampfbildung sind. Fig. 9 veranschaulicht schematisch eine Variation der Ausführungsform von Figs. 1-4, in der eine Vielzahl dieser Legierungsmittel zusammen oder einzeln, wie gewünscht, zugesetzt werden können.
Genauer gesagt gibt es, bezugnehmend auf Fig. 9, drei Vorratsbehälter 30, einen für jedes von drei flüssigen Legierungsmitteln: Blei, Bismut und Tellur. Geschmolzenes Legierungsmittel wird aus jedem Vorratsbehälter 30 durch eine Leitung 32 entnommen, auf der ein Dosierventil 46 angeordnet ist. Jede der Transportleitungen 32 führt in eine zentrale Transportleitung 47, die ihrerseits an einer Düse an Gießhülse 23 endet. Jedes der Dosierventile 46 kann so eingestellt werden, daß es den Anteil des flüssigen Legierungsmittels, das aus seinem entsprechenden Vorratsbehälters 30 entnommen wird, kontrolliert oder daß der Strom an flüssigem Legierungsmittel aus diesem Vorratsbehälter völlig abgedreht wird. Als ein Ergebnis kann man in das Innere von Gießhülse 23 verschiedene Kombinationen von Blei, Bismut und Tellur oder von einem dieser Mittel allein einführen. Fig. 9 veranschaulicht eine Anordnung, in der das geschmolzene Legierungsmittel aus Vorratsbehälter 30 entnommen und in das Innere von Gießhülse 23 nur durch Schwerkraft ohne eine Pumpe eingeführt wird. Eine Pumpe ist jedoch in den meisten Ausführungsformen bevorzugt.
Ein Beispiel einer Pumpe 31, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist in Fig. 6 dargestellt. Die Pumpe von Fig. 6 ist von herkömmlicher Konstruktion und typifiziert Pumpen, die bei herkömmlichen Druckgußprozessen zum Abziehen von geschmolzenem Druckgußmetall (z.B. Zinklegierung) aus einem Vorratsbehälter und Pumpen desselben zu einer Druckgußmaschine verwendet werden. Oben auf einem Vorratsbehälter 30 ist ein Rahmen 50 angeordnet, auf dem ein elektrischer Motor 51 angebracht ist, der mit einem Getriebe 52 verbunden ist, das eine Welle 53 antreibt, die einen Propeller 54 dreht, der in einem Pumpengehäuse 55 angeordnet ist, das in einem Deckel 59 aus geschmolzenem Legierungsmittel in Vorratsbehälter 30 angeordnet ist. Propeller 54 zieht geschmolzenes Legierungsmittel in die Pumpe durch eine Einlaßöffnung 56, die mit einem Pumpendurchlaß 57 kommuniziert, der an einer Auslaßöffnung 58 endet, die mit Transportleitung 32 kommuniziert. Durchlaßöffnung 57 kann blockiert werden durch ein Absperrventil 60, das mit einer Stange 61 verbunden ist, die von einem pneumatischen Zylinder 62 angetrieben wird.
Der Vorratsbehälter, der das flüssige Legierungsmittel enthält, kann einstückig mit einem Schmelzofen für das Legierungsmittel ausgebildet sein, z.B. als der Vorherd eines solchen Ofens. Ausrüstung dieser Art wird herkömmlicherweise in Verbindung mit Druckgußverfahren verwendet, und dieselbe oder eine ähnliche Ausrüstung kann hier eingesetzt werden. Das Legierungsmittel, das in fester Form vorliegt, bevor es geschmolzen wird, kann ein Hüttenbarren sein oder es kann Altmetall sein.
Figs. 7 und 8 veranschaulichen eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsforn wird flüssiges Legierungsmittel durch eine Transportleitung 64 geführt, die an einem porösen Stein 65 endet, der in der Seitenwand 63 von Zwischenpfanne 21 angeordnet ist. Leitung 64 besteht aus refraktorischem Material. Der poröse Stein 65 ist undurchlässig für geschmolzenen Stahl, aber erlaubt den Durchgang von flüssigem Legierungsmittel, wie etwa Blei, Bismut oder dergleichen, insbesondere wenn das letztere unter Druck von einer Pumpe, wie etwa 31, eingespritzt wird. Das geschmolzene Legierungsmittel wird in Bad 24 unterhalb seiner Oberfläche 38 eingespritzt, an einer Einspritzstelle benachbart zu der Stelle, an der der vertikale Strom aus geschmolzenen Metall in Bad 24 eintritt (Fig. 8). Geschmolzener Stahl tritt in Bad 24 an einer vorbestimrnten ersten Stelle ein, die direkt unterhalb Rohr 22 angeordnet ist (Fig. 7), und die Ausrichtung der Einspritzstelle für das geschmolzene Legierungsmittel, bei 65, mit der Einführstelle des Stroms aus geschmolzenem Stahl, bei 22, ist in Fig. 8 dargestellt. Beide Stellen liegen in im wesentlichen derselben vertikalen Ebene.
Das eingespritzte geschmolzene Legierungsmittel wird in einen Bereich 68 des Bades gelenkt, der im wesentlichen direkt unterhalb der Stelle ist, an der der herunterkommende Strom aus geschmolzenem Stahl in das Bad eintritt (Fig. 7). Wenn dieser Strom in das Bad eintritt, ist Bereich 68 ein Bereich relativ hoher Turbulenz, verglichen mit einer Badregion, wie etwa 67 (Fig. 8), die davon entfernt ist. Diese Turbulenz erleichtert die Dispersion des geschmolzenen Legierungsmittels, das in Bereich 68 gelenkt wird, im Bad 24. Die äußeren Grenzen von Bereich 68 sind definiert durch ein paar Stauwände 66, 66, die sich zwischen den Zwischenpfannenseitenwänden 63, 63 erstrekken.
Geschmolzener Stahl in Bad 24 wird, während der Strom in das Bad eintritt, aus Zwischenpfanne 21 in einer Weise abgezogen, welche die vertikale Entfernung zwischen (a) der Stelle, an der der Strom aus geschmolzenem Metall in das Bad eintritt, an der Oberseite desselben, und (b) der Einspritzstelle, bei 65, für das geschmolzene Legierungsmittel kontrolliert. Kontrolle wird ausgeübt, indem das Niveau der Oberfläche 38 des Bades oberhalb des Niveaus der Injektionsstelle 65 gehalten wird, während der Zeit, in der flüssiges Legierungsmittel Einspritzung in das Bad durchläuft. Kontrolle wird auch ausgeübt, indem die vertikale Entfernung zwischen Badoberfläche 38 und Injektionsstelle 65 verringert wird, um eine zu große Abnahme im Bad, auf dem Niveau der Injektionsstelle 65, der Turbulenz zu vermeiden, die durch den herunterkommenden Stahlstrom 65, der in Bad 24 eintritt, hervorgerufen wird. Je größer die Entfernung zwischen Badoberfläche 38 und Injektionsstelle 65, umso größer die Abnahme in der Turbulenz auf dem Niveau der Einspritzstelle 65.
Weil das geschmolzene Legierungsmittel unterhalb der Oberseite 38 von Bad 24 eingespritzt wird, an Einspritzstelle 65, ist das geschmolzene Legierungsmittel während der Zeit, in der es Einspritzung in das Bad und Lenkung in Bereich 68 durchläuft, vor der Atmosphäre außerhalb der Zwischenpfanne geschützt. Die geschlossene Leitung 64 schützt das geschmolzene Legierungsmittel vor der Außenatmosphäre zwischen Vorratsbehälter 30 und Zwischenpfanne 21.
Geschmolzener Stahl wird aus Bad 24 durch in Abstand angeordnete Bodenöffnungen 65, 65 abgezogen, die in Badbereichen 67, 67 angeordnet sind, die von Badbereich 68 entfernt und von Bereich 68 durch Stauwände 66, 66 getrennt sind. Die Turbulenz in Bereich 68 unterstützt, daß das geschmolzene Legierungsmittel im Bad aus geschmolzenem Metall gleichförmig dispergiert wird. Geschmolzenes Metall aus dem turbulenten Bereich 68 des Bades, mit darin dispergiertem Legierungsmittel, tritt in die entfernten Bereiche 67, 67, benachbart zu den Bodenöffnungen 65, 65, ein, indem es über die Oberkante der Stauwände 66, 66 strömt.
Obgleich eine Gießhülse in Figs. 7 und 8 bei 23 dargestellt ist, muß die Ausführungsform von Figs. 7-8, in der das geschmolzene Legierungsmittel durch einen porösen Stein in der Zwischenpfannenseitenwand in Bad 24 eingespritzt wird, keine Gießhülse verwenden.
Ein Beispiel für einen porösen Stein, der den Durchgang von Mitteln mit niedrigem Schmelzpunkt, wie etwa Blei, Bismut, Tellur und dergleichen, erlaubt, aber für geschmolzenen Stahl undurchdringllch ist, ist in der japanischen veröffentlichten Anmeldung 61-115,655, veröffentlicht am 3. Juni 1986 und eingereicht von Shin Nihon Steel Co., Ltd., Tokyo beschrieben. Andere Beispiele für Material, aus dem der poröse Stein 65 bestehen kann, sind in der genehmigten US-Anmeldung von Jackson et al., Serial No. 88,526, eingereicht am 21. August 1987, nunmehr US-Patent Nr. 4,754,800, erteilt am 5. Juli 1988, offenbart.
Durch Verwendung des Legierungsmittels in flüssiger Form statt in der Form fester Granalien, können beträchtliche Einsparungen realisiert werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird das feste Legierungsmittel geschmolzen und direkt in geschmolzener Form eingesetzt. Im Falle von Granalien jedoch muß flüssiges Legierungsmittel geschmolzen, dann zu festen Granalien ausgeformt und dann im Bad aus geschmolzenem Stahl wieder zur Flüssigkeit zurückgeschmolzen werden. Die vorliegende Erfindung beseitigt die Mühe, Energie und Kosten, die das Umwandeln von flüssigem Legierungsmittel in feste Granalien und anschließendes Rückschmelzen derselben mit sich bringen.
Weil das Bad aus geschmolzenem Stahl bei der vorliegenden Erfindung nicht die Wärmequelle zum Schmelzen des Legierungsmittels ist, braucht das Bad aus geschmolzenem Stahl nicht auf eine Temperatur erwärmt zu werden, die oberhalb derjenigen liegt, die wünschenswerterweise in einem Stranggußverfahren verwendet wird. Vorzugsweise liegt das Bad aus geschmolzenem Stahl bei einer Temperatur, die so niedrig wie möglich ist, um einen Stranggußprozeß durchzuführen. Wünschenswerterweise läge das Bad aus geschmolzenem Stahl bei einer Temperatur von 20º bis 30ºC oberhalb der Liquidustemperatur von Stahl (z.B. 1515ºC).
Obgleich die Erfindung primär in Zusammenhang mit geschmolzenem Stahl und Legierungsmitteln mit niedrigem Siedepunkt, wie etwa Blei, Bismut, Tellur und dergleichen, diskutiert worden ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Andere Legierungsmittel für geschmolzenen Stahl können mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Darüber hinaus muß das Bad aus geschmolzenem Metall, zu dem die Legierungsmittel zugesetzt werden, nicht geschmolzener Stahl sein, sondern kann irgendein geschmolzenes Metall sein, auf das die vorliegende Erfindung mit Vorteil angewendet werden könnte.

Claims

1. Verfahren zur Zugabe eines Legierungsmittels zu geschmolzenem Metall, welches die Schritte umfaßt, daß (a) ein herunterkommender Strom aus geschmolzenem Metall in einen Behälter gelenkt wird, um ein Bad aus geschmolzenem Metall darin zu bilden, (b) besagtes Legierungsmittel zu besagtem Bad transportiert wird und (c) besagtes Legierungsmittel in das geschmolzene Metall gelenkt wird, das besagtes Bad bildet, wobei besagter Lenkungsschritt (c) eines der folgenden Hilfsmittel (i) oder (ii) umfaßt

(i) Einschließen wenigstens des unteren Teils besagten herunterkommenden Stroms aus geschmolzenem Metall in vertikal angeordneten, rohrförmigen Gießhülsenmitteln mit vertikalen Umfangswänden, die von besagtem herunterkommenden Strom mit horizontalem Abstand angeordnet sind, um einen umschlossenen, nicht-gefüllten, ringförmigen Raum zwischen den Gießhülsenmitteln und dem herunterkommenden Strom zu definieren;

Schmelzen besagten Legierungsmittels in geschmolzene Form und Lenken besagten geschmolzenen Legierungsmittels in besagten herunterkommenden Strom aus geschmolzenem Metall im Inneren besagter Gießhülsenmittel, an einer ersten Stelle auf besagtem Strom, ohne Verwendung eines Trägergases für besagtes Legierungsmittel;

Bereitstellen, von einer anderen Stelle und während wenigstens eines Teils besagten Schrittes (a), eines Gases, das sich benachbart besagter ersten Stelle ausdehnen und eine Kühlwirkung auf Tröpfchen aus geschmolzenem Metall ausüben kann, die aus besagtem herunterkommenden Strom aus geschmolzenem Metall stammen und auf die Innenumfangswände besagter Gießhülsenmittel treffen;

und Beschränken der Menge von besagtem ausdehnbaren Gas benachbart zu besagter ersten Stelle, um die Kühlwirkung zu verringern, die aus einer solchen Ausdehnung resultiert, und die Verfestigung besagter Tröpfchen aus geschmolzenem Metall zu verringern, die auf besagte Umfangswände treffen, um dort die Bildung eines Pfannenbärs zu vermeiden;

(ii) Schmelzen besagten Legierungsbestandteils in geschmolzene Form und Einspritzen besagten geschmolzenen Legierungsmittels in besagtes Bad, unterhalb der Oberfläche desselben, an einer Einspritzstelle benachbart und im wesentlichen direkt unterhalb der Stelle, an der besagter Strom aus geschmolzenem Metall in besagtes Bad eintritt;

und Schützen besagten geschmolzenen Legierungsmittels vor der Atmosphäre außerhalb besagten Behälters während besagter Transport- und Lenkungsschritte für besagtes Legierungsmittel.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei:

besagter Behälter eine Zwischenpfanne ist, die für das Stranggießen von geschmolzenem Stahl verwendet wird;

besagtes geschmolzenes Metall geschmolzener Stahl ist;

besagtes Verfahren kontinuierliches Gießen besagten Bades aus geschmolzenem Stahl aus besagter Zwischenpfanne umfaßt;

und besagtes Bad aus geschmolzenem Stahl in der Zwischenpfanne eine Temperatur besitzt, die im wesentlichen nicht höher ist als die Temperatur, die für das Stranggießen besagten geschmolzenen Stahls verwendet wird, wenn besagtes Legierungsmittel nicht zu besagtem Bad zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei:

besagtes Bad aus geschmolzenen Stahl eine Temperatur besitzt, die nicht größer ist als etwa 30ºC oberhalb der Liquidustemperatur des Stahls.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei besagter Lenkungsschritt (c) (i) ist, der außerdem die Schritte umfaßt:

Ablassen von Gas aus dem Innern besagter Gießhülsenmittel;

und Einstellen der Gasmenge, die durch besagten Ablaßschritt abgezogen wird, um den Gasdruck in besagten Gießhülsenmitteln zu kontrollieren.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei besagter Lenkungsschritt (c) (i) ist und wobei besagte das Gas bereitstellende und beschränkende Schritte umfassen:

Einführen einer kontrollierten Menge Inertgas in besagte Gießhülsenmittel, an einer Stelle, die von der Stelle entfernt liegt, an der besagtes Legierungsmittel in die Gießhülsenmittel eingeführt wird, um den Gasdruck in besagten Gießhülsenmitteln zu kontrollieren.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei besagter den Druck kontrollierender Schritt weiterhin umfaßt:

Ablassen von Gas aus besagten Gießhülsenmitteln;

und Einstellen der Gasmenge, die durch besagten Ablaßschritt abgezogen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und umfassend:

Kontrollieren des Gasdrucks in besagten Gießhülsenmitteln, um den Anstieg von geschmolzenem Metall aus besagtem Bad auf ein unerwünschtes Niveau in besagten Gießhülsenmitteln zu vermeiden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei besagter Lenkungsschritt (c) (i) ist und wobei besagter Schritt des Lenkens besagten Legierungsmittels in besagte Gießhülsenmittel umfaßt:

Einführen besagten geschmolzenen Legierungsmittels in die Gießhülsenmittel an einer Vielzahl von mit Abstand angeordneten Stellen um den Umfang der Gießhülsenmittel herum.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei:

besagtes Legierungsmittel einen relativ niedrigen Schmelzpunkt und eine Neigung hat, übermäßig zu dampfen, wenn es zu geschmolzenem Metall zugegeben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei:

besagtes Legierungsmittel wenigstens eines aus der Gruppe ist, die aus Blei, Bismut, Tellur, Selen und Äquivalenten derselben besteht.

11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei:

besagtes geschmolzenes Metall Stahl ist;

und besagtes Legierungsmittel wenigstens eines aus der Gruppe ist, die aus Blei, Bismut, Tellur, Selen und Äquivalenten derselben besteht.

12. Verfahren nach Anspruch 1, wenn besagter Lenkungsschritt (c) (ii) ist und wobei besagtes Verfahren umfaßt:

Lenken besagten herunterkommenden Stroms aus geschmolzenem Metall in eine Zwischenpfanne, um besagtes Bad aus geschmolzenem Metall in besagter Zwischenpfanne zu bilden;

Einspritzen besagten geschmolzenen Legierungsmittels in besagtes Bad, während besagter Strom aus geschmolzenem Metall in besagtes Bad eintritt;

und Verhindern, daß geschmolzenes Badmetall aus besagtem Bad an besagter Einspritzstelle entweicht.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei besagte Zwischenpfanne eine Seitenwand besitzt und wobei besagtes Verfahren umfaßt:

Einspritzen besagten geschmolzenen Legierungsmittels durch besagte Zwischenpfannenseitenwand, während verhindert wird, daß geschmolzenes Badmetall durch besagte Seitenwand entweicht.

14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei:

besagte Einspritzstelle in einem Badbereich relativ hoher Turbulenz liegt, verglichen mit einem davon entfernten Badbereich.

15. Verfahren nach Anspruch 12 und umfassend:

Abziehen geschmolzenen Metalls aus besagter Zwischenpfanne, während besagter Strom in besagtes Bad eintritt, um die vertikale Entfernung zwischen der Stelle, an der der Strom aus geschmolzenem Metall in besagtes Bad eintritt, und besagter Einspritzstelle zu kontrollieren.