DE1813329B

DE1813329B - Stirrers for the metallurgical treatment of molten metals, in particular for the desulfurization, dephosphorization and / or desiliconization of pig iron

Info

Publication number: DE1813329B
Authority: DE
Inventors: Siegfried 4136 Rumeln-Kaldenhausen Flaig
Original assignee: Demag AG
Current assignee: Mannesmann Demag AG

Description

3535

Die Erfindung betrifft einen Rührer zur metallurgischen Behandlung schmelzflüssiger Metalle, insbesondere zur Entschwefelung, Entphosphorung und/ oder Entsilizierung von Roheisen, der aus einem drehbaren Schaft mit mehreren in die radiale Richtung weisenden Rührarmen gebildet ist, wobei jeder Rührarm ein Qucrschnittsprofil eines Tragflügels aufweist. The invention relates to a stirrer for the metallurgical treatment of molten metals, in particular for desulfurization, dephosphorization and / or desilicon removal of pig iron from a rotatable shaft is formed with a plurality of agitating arms pointing in the radial direction, each Stirrer arm has a cross-sectional profile of a wing.

Derlei Rührer sind bekannt (USA.-Patentschrift 2 129 445), um in einer aus Blei bestehenden Metallschmelze einen Sog zu erzeugen, in den auf der Oberfläche der Metalls schwimmende Reaktionsstoffe gezogen und nachfolgend in der Schmelze vermischt werden. Der Effekt einer Sogströmung, um an der Oberfläche einer Metallschmelze einen Wirbel zu erzeugen, kann auch mittels eines Balkenrührers (USA.-Patentsclirift 1 866 668) hervorgerufen werden. Mittels dieses oder des anderen bekannten, mit einem Propeller vergleichbaren Rührers werden insbesondere Wirbelströmungcn erzeugt. Das flüssige Metall erfährt im Bereich der Rührarme eine Durchmischung, die örtlich begrenzt ist. Den bekannten Rührern haftet daher der Mangel an, keine gesteuerte Strömung im Sinne einer Umwälzströmung innerhalb eines Behälters hervorzurufen.Such stirrers are known (USA.-Patent 2 129 445) to in a metal melt consisting of lead to create a suction into which reactants floating on the surface of the metal are drawn and subsequently mixed in the melt. The effect of a suction current in order to get to the A vortex can also be generated on the surface of a molten metal by means of a bar stirrer (USA.-Patentsclirift 1 866 668). By means of this or the other known, with one In particular, vortex currents are generated by propellers with comparable stirrers. The liquid metal undergoes thorough mixing in the area of the agitator arms, which is locally limited. The well-known stirrers therefore the lack adheres to, no controlled flow in the sense of a circulating flow within of a container.

Andererseits wird eine streng geführte Umwälzströmung mit dem Gegenstand der deutschen Patent' schrift 1 190 479 erzielt. Dies erfolgt durch ein zentrales, in die Tiefe reichendes Ansaugrohr und den angesaugten Metallstrom radial nach außen zentrifugierenden Ausstoßrohren in größerer Höhe. Allerdings ist hierfür sowohl für das zentrale Ansaugrohr als auch die radialen Ausstoßrohre jeweils ein hohles Bauelement erforderlich, dessen Herstellung nicht nur relativ aufwendig ist, sondern das auch vor und während des betrieblichen Einsatzes einer besonderen Behandlung bedarf. Dieses bekannte Rührwerkzeug erzielt auf der anderen Seite wiederum in kleineren und in größeren Gefäßen hervorragende Entschwefelungsgrade, wobei außerdem die Behandlungszeit der Schmelze sehr kurz gehalten werden kann.On the other hand, a strictly guided circulating flow with the subject of the German patent ' Writing 1 190 479 achieved. This is done through a central, deep suction pipe and the sucked metal stream radially outward centrifuging discharge tubes at a greater height. However is a hollow one for both the central intake pipe and the radial discharge pipes Component required, the production of which is not only relatively expensive, but also before and requires special treatment during operational use. This well-known stirring tool on the other hand, achieves excellent degrees of desulphurisation in both smaller and larger vessels, in addition, the treatment time of the melt can be kept very short.

Nach dem Stand der Technik sind Rührer mit Vollquerschnitt der Rührarme einfacher herzustellen, erreichen jedoch nicht in dem Maße die erwünschten Wirkungen wie Rührer mit hohlen Rührarmen, mit denen hervorstechende Wirkungen erzielt werden können.According to the state of the art, stirrers with full cross-section of the stirring arms are easier to manufacture, however, do not achieve the desired effects to the same extent as stirrers with hollow stirring arms which outstanding effects can be achieved.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich ausschließlich mit derjenigen Gattung von Rührern, deren Rührarme einen Vollquerschnitt besitzen, d. h. also mit sogenannten Balkenrührern. Es wird davon ausgegangen, daß selbst bei einer gewissen Querschnitlshöhe der Balkenform und somit mit einer möglichen Eintauchtiefe nur an der Oberfläche entsprechend der Eintauchtiefe des Rührers Wirbelströmungen erzeugt werden können, so daß zumindest eine erheblich längere Rührzeit notwendig ist, um auch tiefere Badbereiche zu erfassen, falls dies überhaupt mit derartigen Balkenrührern möglich sein sollte.The present invention deals exclusively with that type of stirrer whose Mixing arms have a full cross-section, d. H. so with so-called bar stirrers. It becomes of it assumed that even with a certain cross-sectional height of the bar shape and thus with a possible immersion depth only on the surface corresponding to the immersion depth of the stirrer vortex currents can be generated, so that at least a considerably longer stirring time is necessary to also to cover deeper bath areas, if this is even possible with such bar stirrers should.

In der Praxis erweist sich der Balkenrührer denn auch als ziemlich umstritten. Nach neueren Ergebnissen sind bei der Anwendung von Balkenrührern Reaktionsstoffe einzusetzen, denen eine besondere Neigung anhaftet, leicht Reaktionen mit Schwefel, Phosphor, Silizium u. dgl. einzugehen. Der Balkenrührer in seiner einfachsten Form Ivw. als Propeller verlangt deshalb nach verhältnismäßig teueren Reaktionsstoffen zur Bildung von aufnahmefreudigen Schlacken im metallurgischen Bereich.In practice, the bar stirrer turns out to be quite controversial. According to recent results When using bar stirrers, reactants are to be used which have a special There is a tendency to easily enter into reactions with sulfur, phosphorus, silicon and the like. The bar stirrer in its simplest form Ivw. as a propeller, therefore, requires relatively expensive reactants for the formation of absorbent slags in the metallurgical area.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, den Balkenrührer mit Rührarmen, die ein Querschnittsprofil eines Tragflügels aufweisen, wesentlich zu verbessern, d. h. den ihm anhaftenden Nachteil einer minimalen Pumpwirkung, die hervorragend mit dem Rührer gegeben ist, der hohle Rührarme besitzt, auszugleichen, jedoch ohne ein solches rohrförmiges Element der besagten Gattung benutzen zu müssen.The present invention has set itself the task of the bar stirrer with agitator arms that a Have the cross-sectional profile of a wing, to improve significantly, d. H. those clinging to him The disadvantage of a minimal pumping action, which is excellent with the stirrer, is the hollow stirring arms possesses to compensate, but without using such a tubular element of the said type to have to.

Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß mit dem Prinzip der Rotationspumpe eines schräggestellten Tragflügels in der Strömung eine verbesserte Pumpwirkung erzeugt werden kann, die derjenigen entspricht, die mit hohlen Rührarmen bewirkt wird. Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Rührarme am Schaft derart in mehreren Höhenlagen und über den Umfang verteilt sind, daß bei Drehbewegung jeweils mittels des höherliegenden Ruhrarms die Abgangsströmung des tieferliegenden erfaßbar ist. Legt man danach in eine tiefe, eine mittlere und eine der Schlackenschicht benachbarte Höhenlage einen gegen die Bewegungsrichtung schräggestellten Tragflügel, so transportiert der unterste während einer Umdrehung eine gewisse Menge an Flüssigmetall dem mittleren Tragflügel zu, der wiederum seinen Anteil an den über ihm liegenden weitergibt. Der knapp unterhalb der Schlackenschicht liegende Rührarm fördert pro Umdrehung Flüssigmetall in einen zwischen Schlackenschicht und Ober-Surprisingly, it has now been found that with the principle of the rotary pump one inclined hydrofoil in the flow an improved pumping effect can be generated, the corresponds to that which is effected with hollow stirring arms. The invention solves the problem posed in that the agitator arms are distributed on the shaft at several levels and over the circumference, that with rotary movement in each case by means of the higher-lying Ruhr arm, the outflow flow of the lower-lying is detectable. It is then placed in a deep, a middle and a layer adjacent to the slag layer If a wing is tilted against the direction of movement, the lowest one transports it a certain amount of liquid metal to the middle wing during one revolution, the in turn passes on his share to those above him. The one just below the slag layer horizontal agitator arm conveys liquid metal per revolution into one between the slag layer and the upper

kante des Tragflügels erzeugten Spalt und bewirkt somit eine intensive Verwirbelung des Flüssigmetalls, wobei dieses in die Schlackenschicln eindringt, so daß eine weitaus innigere Berührung des Flüssigmetalls mit der Schlacke stattfindet. Der erfindungsgemäße Rührer eignet sich daher nicht nur "uir Umwälzung von sehr großen Mengen von Flüssigmetall, sondern auch zu einer besonders guten Ausnutzung der Schlacke und deshalb zu einer Herabsetzung der Behandlungszeiten. Er ist selbst praktisch unempfind- m lieh und entsprechend einfach zu behandeln bzw. herzustellen. edge of the wing created gap and thus causes an intensive turbulence of the liquid metal, this penetrates into the slag layers so that there is a much closer contact between the liquid metal and the slag. The inventive A stirrer is therefore not only suitable for circulation from very large amounts of liquid metal, but also to particularly good utilization of the Slag and therefore a reduction in treatment times. He is practically insensitive himself borrowed and accordingly easy to handle or manufacture.

Um einen möglichst geringen Antrie'oswert für den Drehmotor zu erhalten und außerdem eine günstige Rückströmung für die Metallschmelze zu schaffen, ist «s nach der weiteren Erfindung vorteilhaft, daß die Länge der Rührarme von unten nach oben ansteigend vorgesehen ist.In order to obtain the lowest possible drive value for the rotary motor and also a favorable one To create a return flow for the molten metal, according to the further invention, it is advantageous that the Length of the agitator arms is provided increasing from bottom to top.

Eine besonders wirkungsvolle Intensivierung der Berührung zwischen Schlacke und Schmelze läßt sich ferner dadurch erzielen, daß der sich im Höhenbereich unmittelbar unterhalb der Reaktionsschicht des in das Schmelzbad eingetauchten Rührers befindliche Rührarm aus einem Paar mit Abstand übereinander ungeordneter Flügelblätter mit konvergierenden An-Btelhvinkeln besteht.A particularly effective intensification of the contact between slag and melt can be achieved also achieve that the height area is immediately below the reaction layer of the The stirrer immersed in the molten bath consists of a pair of spaced apart stirrer arms disordered wing blades with converging An-Btelhvinkel consists.

Balkenrührer sind gewöhnlich mit einem metallischen Skelett versehen, das von hitzebeständigem Werkstoff umgeben und zu einem die Strömung führenden Profil geformt ist. Da Feuerfestmassen derartiper Rührwerkzeuge bei größeren Drehzahlen einer mechanischen Belastung ausgesetzt sind, bildet das Skelett einen entsprechenden Rückhalt. Das Skelett ist außerdem bei der Herstellung vorteilhaft, weil gewöhnlich Formen um das Skelett gelegt werden, die rnit eier Feuerfestmasse ausgegossen werden. Metallurgische Rührer dieser Bauart bedürfen einer Vorwärmung, um beim Eintauchen des kalten Rührers in eine Schmelze von etwa 1580° C Schockwirkung zu vermeiden, die zu Rissen im Feuerfestmaterial führen können. D^;e Erfindung sieht hierbei eine zusätzliche Verbesserung vor, die das Vorwärmen in öfen teilweise oder ganz ersetzt. Danach wird vorgeschlagen, daß das metallische Skelett des Rührers aus einem Stoff von hohem elektrischem Widerstand besteht und aufheizbar ist. Diese Maßnahme trägt dazu bei, den Rührer besonders schnell bis auf eine Vorstufe zu erwärmen und damit Vorwärmzeit in Öfen zu ersparen und auch die Forderung nach großvolumigen öfen zu umgehen.Bar stirrers are usually provided with a metallic skeleton which is surrounded by heat-resistant material and shaped into a profile that guides the flow. Since refractory masses are exposed to mechanical stress at high speeds, the skeleton forms a corresponding support. The skeleton is also advantageous in manufacture because molds are usually placed around the skeleton and filled with a refractory mass. Metallurgical stirrers of this type require preheating in order to avoid shock effects when the cold stirrer is immersed in a melt of around 1580 ° C, which can lead to cracks in the refractory material. D ^; The invention provides an additional improvement that partially or completely replaces preheating in ovens. It is then proposed that the metallic skeleton of the stirrer consists of a material of high electrical resistance and that it can be heated. This measure helps to heat the stirrer particularly quickly up to a preliminary stage and thus to save preheating time in ovens and also to avoid the requirement for large-volume ovens.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert.In the drawing, exemplary embodiments of the invention are shown schematically and in the following explained in more detail.

Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Rührer im Einsatz in einer im Achsenschnitt dargestellten Roheisetipfanne; Fig. 1 shows the stirrer according to the invention in Use in a pig iron ladle shown in axial section;

F i g. 2 stellt die zu Fi g. 1 gehörige Draufsicht dar;F i g. 2 represents the to Fi g. 1 is a corresponding plan view;

F i g. 3 bildet eine Abwicklung der RoheisenpfanneF i g. 3 forms a development of the pig iron ladle

nach den F i g. 1 und 2, wobei die Querschnitte sämtlicher Rührarme hintereinander angeordnet auftreaccording to the F i g. 1 and 2, the cross-sections of all agitator arms being arranged one behind the other

F i g, 4 zeigt ein Ausführungsbetspiel zweier dicht aneinandergesetzter Flügelblätter, die in diesem Abstand dicht unterhalb der Schlackenschiclu vorbei^--· führt werden.F i g, 4 shows a Ausführungsbetspiel two closely spaced blades, which at this distance just below the slag lock pass ^ - · leads to be.

Gemäß Fig. I befindet sich in der Roheisenpfanne 1 das zu entschwefelnde Roheisen 2 oder ein anderes zu behandelndes Flüssigmetall. Auf den Spiegel 3 des Roheisens 2 ist eine Schicht pulvriger Reaktionsmittel 4 gegeben, so daß das Roheisen 2 von der Atmosphäre abgeschlossen wird. Der Rührer S besteht aus dem Schaft 6, der einen weiter nicht dargestellten Drehantrieb aufweist, der den Schaft fi in Pfeilrichtung 7 bewegt. Je nach Gefäßgröße bzw. Menge des Roheisens 2 kann der Rührer 5 rotieren. Unterhalb des Spiegels 3 ^i;egt der obere Rührarm 8 am Umfang versetzt, etwa In der Mitte des Badben.-iches ein gleicher Rührarm 9 und im Bodenbereich 10 ein weiterer Rührarm 11, die sämtlich entsprechend der Drehrichtung 7 des Schaftes 6 bewegt werden.According to FIG. I, the pig iron 2 to be desulfurized or another liquid metal to be treated is located in the pig iron ladle 1. A layer of powdery reactants 4 is placed on the mirror 3 of the pig iron 2, so that the pig iron 2 is sealed off from the atmosphere. The stirrer S consists of the shaft 6, which has a rotary drive (not shown further) which moves the shaft fi in the direction of arrow 7. Depending on the size of the vessel or the amount of pig iron 2, the stirrer 5 can rotate. Below the mirror 3 ^i; egt the upper agitating arm 8 offset on the circumference, roughly in the middle of the Badben.-iches an identical agitating arm 9 and in the bottom area 10 a further agitating arm 11, all of which are moved according to the direction of rotation 7 of the shaft 6.

Gemäß F i g. 2 ist ersichtlich, daß die Rührarme 8. 9 und 11 zueinander um je 120° am Schaft 6 befestigtAccording to FIG. 2 it can be seen that the agitator arms 8, 9 and 11 are fastened to each other by 120 ° on the shaft 6

Die Gefäßabwicklung gemäß F i g. 3 läßt nunmehr die Wirkungsweise der SchwelzenfÖrderung vom Bodenbereich 10 bis unter die Schlackenschicht 4 erkennen. Der untere Rührarm 11 bewirkt wegen des schrägverlaufenden Flügelblattes 12 die Mitnahme bzw. Ablenkung von Flüssigmetall derart, daß sich eine Strömung 13 einstellt, wie dies durch einzelne, nebeneinanderverlaufende Strömungslinien gezeichnet ist. Das dabei nach oben verdrängte Flüssigmetall gelangt in den Wirkungsbereich des höherliegenden Rührarmes 9, der dieses wiederum auf die gleiche Art an den Rührarm 8 weitergibt. Die von sämtlichen Rührern bestrichenen Höhenbereiche sind mit α. b und c bezeichnet, so daß sich nur geringe Lücken zwischen diesen Bereicher, ergeben, die jedoch durch die Energie der Strömung überdeckt sind.The vessel development according to FIG. 3 now shows the mode of operation of the smelting conveyance from the bottom area 10 to below the slag layer 4. The lower agitating arm 11 causes, because of the inclined blade 12, the entrainment or deflection of liquid metal in such a way that a flow 13 is established, as shown by individual, juxtaposed flow lines. The liquid metal displaced upwards in the process reaches the area of action of the higher-lying agitator arm 9, which in turn forwards it to the agitator arm 8 in the same way. The height areas swept by all stirrers are indicated by α. b and c , so that there are only small gaps between these areas, which are, however, covered by the energy of the flow.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 zeigt an Stelle des Rührarmes 8 zwei dicht nebeneinanderliegende Flügelblätter 14 und 15, die sowohl zwischen Schlacke und einem der Rührarme als auch zwischen sich Kanäle 16 und 17 bilden, in denen das Flüssigmetall auf höhere Geschwindigkeit beschleunigt und somit gegen die Schlackenschicht 4 gedrückt wird. Die Flügelblätter 14 und 15 sind in derselben Art am Schaft 6 befestigt wie die bereits beschriebenen Rührarmc 8,9 und 11.The embodiment according to FIG. 4 shows instead of the agitator arm 8 two closely adjacent Blade 14 and 15, both between slag and one of the agitator arms as well as between channels 16 and 17 are formed in which the liquid metal accelerates to a higher speed and is thus pressed against the slag layer 4. The blades 14 and 15 are in the same way on Shaft 6 is attached like the agitating arms 8, 9 and 11 already described.

Es versteht sich, daß ein einzelner, als Flügelblatt ausgebildeter Rührarm, der in entsprechend geringem Abstand unter der Schlackenschicht 4 arbeitet, einen erheblic'ien Teil der erfindungsgemäßen Wirkung herbeiführt, wenn auch mit einem einzigen Flügclblatt nicht die volle Pumpwirkung erzeugt werden kann, die notwendig ist, um das Flüssigmetall vom Bodenbereich 1.0 bis unter die Schlackenschicht 4 zu fördern.It goes without saying that a single, as a wing blade trained agitator arm, which works at a correspondingly small distance under the slag layer 4, one considerable part of the effect according to the invention brings about, even if not the full pumping effect can be generated with a single blade can that is necessary to remove the liquid metal from To promote soil area 1.0 to below the slag layer 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Stirrer for the metallurgical treatment of molten metals, especially for desulfurization, Dephosphorization and / or desiliconization of pig iron, which consists of a rotatable shaft with several shafts pointing in the radial direction Agitator arms is formed, each agitator arm having a cross-sectional profile of a wing, characterized in that the agitator arms (8, 9, 11) on the shaft (6) in several Altitudes and are distributed over the circumference that in each case by means of rotary movement The outflow flow of the lower-lying agitator arm can be detected.

2. Stirrer according to claim 1, characterized in that the length of the agitator arms (8, 9, 11) is provided rising from bottom to top.

3. Stirrer according to claim 1 or 2, characterized in that the height area is immediately below the reaction layer (4) of the stirrer (5) immersed in the melt bath (2) The agitator arm is made up of a pair of blades (14, 15) that are spaced one above the other with converging angles of attack.

4. Stirrer according to Claims 1 to 3, characterized in that the metallic skeleton of the stirrer consists of a material of high electrical resistance and can be heated.