Anlage zur Behandlung flüssigen Stahls und Verfahren zum Betrieb einer derartigen Anlage

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Anlage zur sekundärmetallurgischen Behandlung flüssigen Stahles, die innerhalb einer Erzeugungskette, bestehend aus einer Schmelzeinrichtung, wie Elektroofen oder Konverter, und einer Gießeinrichtung, insbesondere einer Stranggießanlage angeordnet ist. Es soll eine Lösung gefunden werden, die mit geringstmöglichem Aufwand ein hohes Maß an Flexibilität und eine Anpassung der VOD-Wandlungszeit an die Taktzeiten der vor- bzw. nachgeschalteten Schmelz- und Gießeinrichtungen gewährleistet. Dazu ist die Anlage mit zwei Ständen für je einen evakuierbaren, eine Stahlschmelze enthaltenden Behälter (1, 1') ausgebildet, welche Einrichtungen (6, 6') zur Sauerstoffzufuhr und Einrichtungen (7, 7') zur Zugabe von Zuschlagstoffen zur Schmelze aufweisen und Rohrleitungen (3), die die Behälter (1, 1') mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Vakuums verbinden, wobei eine Einrichtung, bestehend aus einer Wasserringpumpen-Station (5') zur Erzeugung eines mittleren Vakuums und einer Einrichtung (4, 5), bestehend aus Wasserringpumpen (4) und Dampfstrahlern (5) zur Erzeugung eines Tiefvakuums vorgesehen sind und die Behälter wahlweise nur der Einrichtung zur Erzeugung eines mittleren Vakuums (5') oder der Einrichtung zur Erzeugung eines Tiefvakuums (4, 5) zuschaltbar sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur sekundärmetallurgischen Behandlung flüssigen Stahles, die innerhalb einer Erzeugungskette, bestehend aus einer Schmelzeinrichtung, wie Elektroofen oder Konverter, und einer Gießeinrichtung, insbesondere einer Stranggießanlage angeordnet ist.

[0002] Derartige Anlagen sind im Prinzip und hinsichtlich der technischen Ausgestaltung der einzelnen Aggregate und Verfahrensstufen bekannt, Z. B. aus Stahl u. Eisen 109 (1989), Nr. 22, Seite 1047 bis 1056. Die Rohstahlerzeugung wird dabei entweder in einem Elektrolichtbogenofen oder einem Konverter vorgenommen. Daran anschließend wird der flüssige Stahl einer Station zur sekundärmetallurgischen Behandlung zugeführt und fertiggemacht und letztlich auf einer Stranggießanlage bzw. als Blockstahl vergossen.

[0003] Eine derartige Prozeßkette ist auch aus einem Prospekt der Mannesmann Demag Hüttentechnik 6.13.3.11 E 08.09.2000 bekannt. Als Aggregat zur sekundärmetallurgischen Behandlung kommt hier eine VOD-Anlage zum Einsatz, s. Fig. 11 mit Beschreibung.

[0004] Die Größe der einzelnen Anlagenteile bzw. deren Kapazität ist so aufeinander abgestimmt, daß für eine bestimmte Erzeugungsmenge ein reibungsloser Materialfluß innerhalb der Prozeßkette gewährleistet ist.

[0005] Der Verfahrensablauf innerhalb der VOD-Station wird anhand von Bild 1 erläutert. Er gliedert sich in die Abschnitte A - F:

A - entspricht der Zeit für die Zuführung der Pfanne zum Ort der Behandlung sowie die Vorbereitung durch Inertgasanschluß und -einstellung der Spülintensität sowie Abdeckung mittels mit Feuerfestmaterial ausgekleidetem oder wassergekühltem Deckel.
Letzterer reduziert die Zeit bei vorliegendem Beispiel um mehr als die Hälfte.

B - enthält das eigentliche Vakuumfrischen. Angenommen wurden Eingangs-C-Gehalte von 0,60 % und Si-Gehalte von 0,20 % für die Stahlgüte V2A. Entsprechend einer sich ändernden Analyse sind kürzere oder längere Zeiten in Rechnung zu stellen.

C - beinhaltet die Auskochzeit im Anschluß an das Sauerstofffrischen.

D - ist die Zeit für die Aufgabe der Schlackenbildner und der Reduktionsmittel. Im Falle des zum Einsatz gelangten Deckels mit ff-Material ist dieser zu diesem Zeitpunkt zu entfernen, was im Unterschied zu dem in der Anlage installierten wassergekühlten Deckel einen zeitlichen Mehrbedarf beansprucht.

E - umfaßt die Reduktionszeit, deren Dauer von Erfordernissen wie Reduktion, Entgasung, Entschwefelung abhängig ist.

F - bezieht sich auf die Analysenkorrektur sowie die Temperaturmessung mit den Einzelaktivitäten wie Probenahme, Temperaturmessung, Legierung, Kühlschrottzugabe, Abdecken der Pfanne.

[0006] Im Kontex mit den vor- bzw. nachgeschalteten Produktionseinrichtungen sind dabei die in den Bildern 2 bis 4 dargestellten Varianten möglich und bekannt.

[0007] Bild 2 (Variante 1) gibt die ursprüngliche Behandlungsfolge an nur einem Vakuumstand wieder. Die auf Bild 3 dargestellte Variante 2 sieht die Schlußbehandlung der Schmelze in einem gesonderten Spülstand vor.

[0008] Variante 3 (Bild 4) enthält einen zweiten Behandlungsstand. Eine weitere Reduzierung der Taktfolge ist begrenzt durch die Verfügbarkeit des herkömmlichen einen Vakuumpumpensystems, üblicherweise bestehend aus Wasserringpumpen und Dampfstrahlern.

[0009] Diese bekannten Konzepte der Prozeßkette Schmelzeinrichtung - VOD-Anlage - Gießeinrichtung stellen keine grundsätzlichen Lösungen dar, die niedrigen Taktzeiten von Schmelz- und Gießeinrichtungen auch nur näherungsweise zu erreichen oder eine Anpassung aneinander vorzunehmen. Veränderungen innerhalb der einmal festgelegten Linie wären nur durch Einbeziehung einer kostenaufwendigen, zusätzlichen metallurgischen Einrichtung oder der Verlagerung der Fertigmachzeit der Schmelzen nach der Reduktionsbehandlung in einen gesonderten Spülstand möglich. Auch ist das Gesamtsystem unflexibel in bezug auf Änderungen metallurgischer oder gießtechnischer Verfahrensweisen, die sich auf die Taktzeit der einzelnen Stufen im Sinne einer Verkürzung dieser Taktzeiten auswirken.

[0010] Das Problem besteht also darin, eine Lösung zu finden, die mit geringstmöglichem Aufwand ein hohes Maß an Flexibilität und eine Anpassung der VOD-Behandlungszeit an die Taktzelten der vor- bzw. nachgeschalteten Schmelz- und Gießeinrichtungen gewährleistet.

[0011] Die Erfindung geht von einer bekannten VOD-Anlage aus. Diese besteht im Regelfall aus einer Kombination von Wasserringpumpen und dem eigentlichen Kern der Vakuumanlage, den Dampfstrahlern.

[0012] Hinsichtlich des Anlagenteils gemäß Gattungsbegriff des Anspruches 1 wird das Problem gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Erfindungsgemäße Weiterentwicklungen enthalten die Unteransprüche 2 bis 5.

[0013] Das Verfahren zur Schmelzenbehandlung gemäß Gattungsbegriff des Anspruches 6 wird hinsichtlich des vorgenannten Problems erfindungsgemäß weiterentwickelt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 6.

[0014] Vorteilhafte Weiterentwicklungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Anspruch 7 angegeben.

[0015] Nachfolgend soll die Erfindung näher erläutert werden, wobei Bezug genommen wird auf die Fig. 6 und 7.

[0016] In Fig. 6 ist zunächst in der ersten Zeile, mit VAK-Stand 1 (Behälter 1) bezeichnet, der übliche Behandlungsablauf einer Schmelze in einer VOD-Anlage dargestellt, wie er sich aus Fig. 1 ergibt, lediglich mit der Abwandlung, daß der Behandlungsabschnitt F in einen Konditionierungsstand verlegt wurde.

[0017] Nach Abschluß aller vorbereitenden Arbeiten (Zeitabschnitt A) wird im Behälter 1 gemäß Fig. 7 durch Einschalten der Wasserringpumpen 5' bei geschlossener Absperrvorrichtung 9, 9', 12 über die Saugleitung 10, 11' bei geöffneter Absperrvorrichtung 12' ein mittleres Vakuum von z.B. 180 mbar erzeugt. In diesem Zeitabschnitt B wird auf die Schmelze in der Gießpfanne 2 durch die Einrichtung zur Sauerstoffzufuhr 6' Sauerstoff auf die Schmelze aufgeblasen. Die Sauerstoffzufuhr kann auch über eine abbrennbare Lanze erfolgen.

[0018] Gegen Ende dieses Abschnittes B, bei geringer werdendem Gasanfall aus der Schmelze, wird die Absperrvorrichtung 9' geöffnet und dafür die Absperrvorrichtung 12' geschlossen, so daß nunmehr der Behälter 1 von den Wasserringpumpen 5 und den Dampfstrahlern 4 auf ein gewünschtes Tiefvakuum bestimmter Größe gefahren wird. Während dieser Zeit kann weiterhin Sauerstoff geblasen werden. Nach Beendigung der Sauerstoffzufuhr schließen sich die Behandlungsschritte bzw. Behandlungsabschnitte C - Auskochen - und E - Reduzieren - (unter Einleiten von Spülgasen) an.

[0019] Während dieser Behandlung im Behälter 1 wird in den VAK-Stand 2 (Behälter 1') eine weitere Pfanne 2 eingesetzt und es erfolgt eine Behandlung nach der für die erste Pfanne beschriebenen Art, d. h. es wird die Absperrvorrichtung 12 geöffnet, so daß im Behälter 1' ein mittleres Vakuum mit Hilfe der Wasserringpumpen 5' über die Rohrleitungen 10, 11 erzeugt wird.

[0020] Mit Abschluß der Behandlungszelt E für die erste Pfanne im Behälter 1 ist gleichzeitig die Vorbehandlung der Schmelze im Behälter 1' abgeschlossen.

[0021] Bei dem gewählten Beispiel wird nun die erste Schmelze in einem in Fig. 7 nicht dargestellten Konditionsierungsstand überführt und fertiggemacht. Der Behälter 1 steht jetzt für die Aufnahme einer dritten Gießpfanne zur Verfügung, während der Behälter 1' durch entsprechende Betätigung von Absperrvorrichtungen einem Tiefvakuum unterworfen werden kann.

[0022] In dem vorliegenden Beispiel werden zwar stets als Einrichtungen für die Erzeugung eines mittleren Vakuums Wasserringpumpen benutzt und für die Erzeugung des Tiefvakuums eine Kombination von Wasserringpumpen und Dampfstrahlern, jedoch kann auch für das mittlere Vakuum eine Dampfstrahlanlage entsprechender Auslegung benutzt werden.

[0023] Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird der Zweck verfolgt, eine höhere zeitliche Auslastung der vor- und nachgeschalteten Schmelz- und Gießeinrichtungen durch z. B. Sequenzguß beim Stranggießen bei höherer Schmelzleistung oder verringerter Größe der Öfen zu erreichen.

[0024] Die erzielten Vorteile stellen sich dar als Produktionssteigerung der Anlage bei verringerten Investitions- und Betriebskosten, einer erhöhten Auslastung der Vakuumeinrichtung und erhöhte Anpassungsmöglichkeit der VOD-Behandlungen an die Taktfolge der Schmelz- bzw. Gießeinrichtungen.

[0025] In Fig. 5 ist ein Zeitablaufsschema der erfindungsgemäßen Lösung unter Einbeziehung eines Elektrolichtbogenofens bzw. Konverters und einer Stranggießanlage dargestellt, wobei die Taktzeit der Vakuumanlage 55 min beträgt.

[0026] Die durch die erfindungsgemäße Lösung möglichen Effekte sind der nachfolgenden Übersicht zu entnehmen mit ihren Auswirkungen auf Behandlungszeit, Produktivität bzw. Anlagengröße`

Auswirkungen auf	Veränderung der erfindungsgemäßen Lösung (Var. 4) gegenüber den vorbekannten Lösungen
	Var. 1 100 % bzw. t	Var. 2 100 % bzw. t	Var. 3 100 % bzw. t
Behandlungszeit	37 %	50 %	54 %
Produktivität	269 %/t	200 %/t	186 %/t
Anlagengröße	37 t	50 t	54 t

[0027] Dabei ist zu ergänzen, daß - gleiche Taktzeit vorausgesetzt - diese Effekte auch bei den vor- und nachgeschalteten Schmelz- und Gießeinrichtungen eintreten. Beispielsweise könnte im Vergleich mit Var. 3 (Fig. 4) bei der erfindungsgemäßen Lösung - gleiche Produktionshöhe vorausgesetzt - die Anlagengröße von 100 auf 54 t reduziert werden, dies sowohl im Hinblick auf Schmelzeinrichtung, Vakuum- und Stranggießanlage.

Ansprüche

1. Anlage zur sekundärmetallurgischen Behandlung flüssigen Stahles innerhalb einer aus einer Schmelzeinrichtung und einer Gießeinrichtung, insbesondere einer Stranggießanlage bestehenden Erzeugungskette mit zwei Ständen für je einen evakuierbaren, eine Stahlschmelze enthaltenden Behälter (1, 1'), die Einrichtungen (6, 6') zur Sauerstoffzufuhr und Einrichtungen (7, 7') zur Zugabe von Zuschlagstoffen zur Schmelze aufweisen und Rohrleitungen (3), die die Behälter (1, 1') mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Vakuums verbinden, wobei eine Einrichtung, bestehend aus einer Wasserringpumpenstation (5') zur Erzeugung eines mittleren Vakuums und eine Einrichtung (4, 5), bestehend aus Wasserringpumpen (4) und Dampfstrahlern (5) zur Erzeugung eines Tiefvakuums vorgesehen sind und die Behälter wahlweise nur der Einrichtung zur Erzeugung eines mittleren Vakuums (5') oder der Einrichtung zur Erzeugung eines Tiefvakuums (4, 5) zuschaltbar sind.

2. Anlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Behälter (1, 1') zur Aufnahme von Gießpfannen (2) ausgelegt sind.

3. Anlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (1, 1') von Gießpfannen (2) mit aufsetzbaren, vakuumdichten Deckeln gebildet sind.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Behälter (1, 1') Einrichtungen (8, 8') zur Einleitung von Gasen in die Schmelze aufweisen.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Behälter (1, 1') an einer Abzweigrohrleitung (3') der Rohrleitung (3), die zur Einrichtung (4, 5) zur Erzeugung des Vakuums führt, angeschlossen sind und zwischen der Abzweigstelle (3'') und den Behältern (1, 1') Absperrvorrichtung (9, 9') angeordnet sind und eine von den Wasserringpumpen (5') kommende Saugleitung (10) über ihre Abzweigungen (11, 11') über Absperrvorrichtungen (12, 12') an die Rohrleitung (3') in einem Bereich zwischen Behälter (1, 1') und den jeweiligen Absperrvorrichtungen (9, 9') angeschlossen ist.

6. Verfahren zur sekundärmetallurgischen Behandlung von Stahlschmelze unter Vakuum, insbesondere unter Verwendung einer Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 5, mit den Verfahrensschritten

1. Frischen der Schmelze unter gleichzeitiger Sauerstoffzufuhr,

2. Auskochenlassen der Schmelze im Anschluß an die Sauerstoffzufuhr,

3. Zusatz von Reduktionsmitteln mit anschließender Behandlungszeit zur Entgasung und Entschwefelung der Schmelze und

4. Analysenkorrektur und Legieren,

wobei mindestens ein Verfahrensschritt bei gleichzeitigem Einleiten eines weiteren Gases, insbesondere von Inertgasen, in die Schmelze vorgenommen wird und zwei Schmelzen gleichzeitig dem Vakuum ausgesetzt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmelzen zeitlich versetzt dem Vakuum derart ausgesetzt werden, daß jeweils die eine der Schmelzen unter einem mittleren Vakuum und während dieser Zeit die andere Schmelze - die vorher dem mittleren Vakuum ausgesetzt war - in demselben Behälter unter einem Tiefvakuum behandelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Vakuum in einem Bereich von 1 bar bis zu 200 mbar und das tiefere Vakuum unterhalb dieses Wertes betrieben wird.

Zeichnung