Verfahren und Mittel zum gleichzeitigen Aufheizen und Reinigen von Metallbädern

Abstract

 In das Metallbad wird ein Fülldraht eingeführt, der aus einer Metallhülle aus Stahl oder Aluminium und einer Füllung besteht, wobei die Füllung ein Gemisch aus einem metallischen Sauerstoffakzeptor und einem Sauerstofflieferanten ist. Der metallische Sauerstoffakzeptor besteht bspw. aus pulverförmigem bzw. granuliertem Aluminium, Silizium, Ferro-Silizium oder Calcium, der Sauerstofflieferant bspw. aus einem Oxyd des Eisens, einem Oxyd oder Peroxyd des Calciums, des Magnesiums oder des Kaliums.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Mittel zum gleichzeitigen Aufheizen und Reinigen von Metallbädern.

[0002] Beim Reinigen von Metallbädern durch Zuführen spezifischer Stoffe (Calcium bzw. Calciumverbindungen, Ferrosilizium, Perrin-Schlacken, Soda u.dgl.) müssen diese Stoffe mit dem Bad vermischt werden, was zumeist durch Einsdüsen von inertem Spülgas bewerkstelligt wird. Dies sowie die generelle Raktionsdauer führt zu Temperaturverlusten, die man entweder hinnehmen oder durch Nachheizen ausgleichen muss.

[0003] Ein weiteres Problem das sich beim Reinigen von Metallbädern stellt, ist auf das Vorhandensein von Ofenschlacken zurüchzuführen, die bei der Behandlung stören. Das Entfernen der Ofenschlacken ist ebenfalls zeitraubend und erfordert apparativen Aufwand. Leider ist eine restlose Entfernung von Ofenschlacken noch nicht durchführbar.

[0004] Das Problem der Gegenwart von Ofenschlacken wurde weitgehend gelöst durch ein Verfahren, das in der DE-PS 22 53 630 beschrieben ist. Es wird dort gelehrt, einen Teil des Bades so abzugrenzen, dass eine schlackenfreie Oberflächenzone entsteht, die mit den jeweiligen Stoffen beschickt wird. Diese Abgrenzung wird bewerkstelligt durch ein Rohr, das man vertikal in die Schmelze absenkt, wobei das untere Ende des Rohres mit eine Kappe veschlossen ist, die nach Durchdringen der Schlackenschicht abschmilzt. Das innerhalb des Rohres liegende schlackenfreie Badvolumen wird mit metallurgisch wirksamen Stoffen behandelt. Gleichzeitig sorgt ein von unten in das Rohr geleiteter Inertgasstrom für eine Homogenisierung innerhalb der Behandlungszone.

[0005] Die US-PS 3.971.655 beschriebt ein ähnliches Verfahren sowie mehrere Einrichtungsvarianten, wobei das abgrenzende Rohrelement so konstruiert ist, dass über der schlackenfreien Zone eine nicht-oxydie-rende Atomosphäre aufrechterhalten werden kann.

[0006] Die US-PS 4.518.422 schliesslich lehrt, ein entsprechend abgegrenztes Badvolumen mit Stoffen zu beschicken, die innerhalb dieses Volumens mit gasförmigem Sauerstoff verblasen werden, wobei einerseits Wärme und andererseits reaktive Schlacken von einer bestimmten Zusammensetzung entstehen, bspw. die bekannte Perrin-Schlacke auf Aluminiumbasis.

[0007] Soll die Wärme dem gesamten Bad zugute kommen, so muss dieses durchmischt werden. Dies geschieht mit Hilfe eines Inertgasstroms, der allerdings selbst kühlend wirkt. Ferner wird eine gewisse Wärmemenge in die Rohrwände aufgenommen und hiermit dem Bad entzogen.

[0008] Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein Verfahren zu schaffen das es erlabubt, ein Metallbad mit reinigenden Stofen zu behandeln und gleichzeitig aufzuheizen, wobei die Heizwirkung durch eine metallothermische Reaktion zustande kommen und eine maximale Wärmemenge an das Bad übertragen werden soll.

[0009] Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach der Erfindung gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man metallothermische Reaktionen, deren Produkte in ihrer Zusammensetzung der bekannten reinigenden Schlacken nahekommen, unter der Badoberfläche hervorruft indem man in das Bad einen Fülldraht einführt, der aus einer Meatallhülle und einer Füllung besteht, wobie die Füllung ein Gemisch aus einem metallischen Sauerstoffakzeptor und einem Sauerstofflieferanten ist, die bei hohen Temperaturen miteinander reagieren. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. des erforderlichen Mittels werden in den Unteransprüchen widergegeben.

[0010] Die Verwendung von Fülldrähten, bestehend aus einer Stahlhülle und einer Füllung wie Calcium/Silizium/Kalk, Magnesium/Calciumfluorid, Ferrosilizium u.dgl. ist in der Pfannenmetallurgie seit langem geläufig. Der Vorteil des Fülldrahtes liegt in der leichten Dosierbarkeit, durch einfaches Festlegen einer gewissen Drahtlänge.

[0011] Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass es von Vorteil sein muss, eine exotherme Reaktion tief im Bad ablaufen zu lassen, anstatt sie dem Stand der Technik entsprechend, auf einer durch umständliche Vorkehrungen von Schlacken befreiten Oberflächenzone einzuleiten, wobei die entstandene Wärme zum Teil verloren geht und die Raktionsprodukte durch Inertgasspülung im Bad verteilt werden müssen.

[0012] Als Sauerstofflieferant kann im Prinzip jedes geeignete Oxyd wie bspw. Fe₂0₃ dienen. Hierbei ist zu bedenken, dass der metallische Sauerstoffakzeptor, vorzugsweise Aluminium, in diesem Fall Reduktionsarbeit zu leisten hat, die Wärme beansprucht. Vorteilhafter ist es demnach, als Sauerstofflieferanten Peroxyde zu verwenden wie bspw. Calciumperoxyd, das den Sauerstoff relativ leicht, bei etwa 290° C abgibt.

[0013] Bei der Reation 2A1 + 3Ca0₂= A1₂0₃ + 3Ca0 entsteht im Bad ein Oxydgemisch das reinigende Eigenschaften besitzt, sowie eine hohe Wärmemenge, die sich im Bad verteilt.

[0014] Selbstverständlich könnte man zum Einführen eines Gemisches aus Metallpulvern und Sauerstofflieferanten Tauchlanzen oder Bodendüsen ins Auge fassen, doch wären hierbei neben einem sehr schnellen Verschleiss des Düsen- bzw. des Lanzenausgangs vorzeitige Reaktionen im Kanal zu befürchten, die sich in Richtung zum Düsen- bzw. Lanzeneingang fortpflanzen und zu Unfällen führen könnten. Die Verwendung eines Fülldrahtes mit einer Stahlhülle hat demgegenüber den Vorteil, dass die Reaktion erst einsetzt wenn das Gemisch sich bereits unter der Badoberfläche befindet.

[0015] Man kann auch einen Fülldraht vorsehen, dessen Hülle ein Aluminiumband ist; in diesem Fall ist jedoch ebenfalls das Risiko einer vorzeitigen Reaktion gegeben.

[0016] Um solchen Risiken vorzubeugen wird die Füllung verdünnt, am besten mit Kalk oder mit einem Gemisch aus Kalk/Flusspat. Dieses Verdünnen hat auch zum Zweck, die Bildung von Einschlüssen zu verhindern oder zumindest abzuschwächen, indem das Verdünnungsmittel jene nach oben wegschwämmt. Um diesen Effeckt zu verstärken, kann man eine Inertgas-Bodenspülung vornehmen, wobei die Gasdurchsätze, dem weiter oben Ausgeführten entsprechend, nur schwach sein dürfen (etwa 0,05 - 0,1 Nm³/t.Minute).

[0017] Prinzipiell sind sämtliche gängigen Fülldrahtkonstruktionen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet, wobei allerdings diejenigen Fülldrahtkonstruktionen, bei denen die Hüllenränder verschweisst werden müssen, aus naheliegenden Gründen nicht anwendbar sind.

Durchführungsbeispiel:

[0018] In eine Stahlwerkspfanne, enthaltend 138 Tonnen Rohstahl der Alumnium-beruhigten Güte St 52, wurden gleichzeitig und mit identischer Geschwindigkeit, zwei Fülldrähte eingespult. Die Pfanne war abgedeckt und der Deckel war mit zwei Oeffnungen zum Einspulen vorgesehen. Der Fülldraht bestand aus einer Mischung von 25,07 Gew.-% Aluminium und 74,93 Gew.-% von Fe₂0₃ mit einem Restanteil an Gangart in der Grössenordnung von 2 %. Der Fülldraht war eisenummantelt und hatte einen Durchmesser von 13 mm.

[0019] 5.000 m dieses Fülldrahtes wurden in 15 Minuten eingespult. Vor Auflegen des Deckels auf die Pfanne und Einspulen des Fülldrahtes wurden noch 34 kg Fluss-Spat und 500 kg Calciumoxyd auf die Pfanne aufgegeben. Die Zugabe von Calciumoxyd verfolgte in diesem Fall den Zweck, nach der Verbrennung des Aluminiums eine Perrin-ähnliche Entschwefelungs-Schlacke herzustellen.

[0020] Nach dieser Zugabe und Auflegung des Deckels betrug die Stahltemperatur im Bad 1.577 °C und der Sauerstoffgehalt 30,3 ppm. Während der ganzen Einspulzeit wurde der flüssige Stahl durch eine Bodeneindüsung, über Bodenspülsteine, mit 2 Nm³/h Argon homogenisiert.

[0021] Im Verlauf der 15 Minuten dauernden Fülldrahteinspulung konnte die Badtemperatur auf 1.576 °C gehalten werden. In Anbetracht einer natürlichen Abkühlung von rund 1 °C pro Minute in einem unbehandelten und ruhenden Bad wird ersichtlich, dass die Einspulung des Fülldrahtes einen tatsächlichen Temperaturgewinn erbrachte. Der thermische Wirkungsgrad, bezogen auf das Aluminium in der Drahteinspulung alle in, belief sich auf 82,9 %.

[0022] Am Ende der Einspulung betrug der Sauerstoffgehalt der Schmelze 1,6 ppm. Ausser der Absenkung des freien Sauerstoffgehalt konnte durch die Einspulung des Drahtes in das Stahlbad und durch die durch bodeneingeblasenes Argon hervorgerufene Verwirbelung der Perrinähnlichen Schlacke, eine positive Wirkung auf den Gehalt an Einschlüssen erwirkt werden.

[0023] Zur Einstellung der gewünschten Endanalyse wurden bei Versuchsende noch Ferro-Nb, Ferro-Si sowie Ferro-Mn-Legierungen zugegeben; der Stahl wurde dann bei einer Temperatur von 1.560 °C vergossen.

[0024] Die angestrebten, sowie die Stahlanalysen nach Einspulung und Endzulegierung sind aus der folgenden Tafel ersichtlich:

Ansprüche

1. Verfahren zum gleichzeitigen Aufheizen und Reinigen von Metallbädern, bei dem man im Gefäss, im welchem sich das Bad befindet, mittels metallothermischen Reaktionen Stoffe bildet, die eine reinigende Wirkung auf das Bad ausüben und wobei Wärme entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass man besagte Reaktionen unter der Badoberfläche hervorruft, indem man in das Bad einen Fülldraht einführt, der aus einer Metallhülle und einer Füllung besteht, wobei die Füllung ein Gemisch aus einem metallischen Sauerstoffakzeptor und einem Sauerstofflieferanten ist.

2. Mittel zum Durchführen des Verfahrens nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fülldraht eine Hülle aus Stahl aufweist.

3. Mittel zum Durchführen des Verfahrens nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fülldraht eine Hülle aus Aluminium aufweist.

4. Mittel nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Sauerstoffakzeptor aus pulverförmigem bzw. granuliertem Aluminium, Silizium, Ferro-Silizium, Calcium, Calcium-Silizium oder Magnesium besteht.

5. Mittel nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstofflieferant ein Oxyd des Eisens, des Calciums, des Magnesiums, des Natriums oder des Kaliums ist.

6. Mittel nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstofflieferant ein Oxyd des Mangans, des Chroms, des Nickels oder des Bors ist.

7. Mittel nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstofflieferant ein Peroxyd des Calciums oder des Magnesiums, des Natriums oder des Kaliums ist.

8. Mittel nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung mit Kalk bzw. Kalk/Flusspat verdünnt ist.