DE3049053C2

DE3049053C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Schlacke und zum Ausgießen einer Stahlschmelze aus einem Behälter

Info

Publication number: DE3049053C2
Application number: DE3049053A
Authority: DE
Inventors: Yamada Kurashiki Hirosuke
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1979-12-27
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1983-09-22
Also published as: GB2066438B; CA1139939A; GB2066438A; DE3049053A1; US4373705A; FR2472613B1; JPS598756B2; SE8009089L; SE434571B; JPS5693809A; FR2472613A1

Description

Beim Ausgießen einer Stahlschmelze aus einem Konverter nach Beendigung des Frischens vermischt sich die Schlacke häufig während des Ausgießens und insbesondere am Ende desselben mit der Stahlschmelze. Im allgemeinen ist es schwierig, diesen Nachteil zu beseitigen. Die in die Stahlschmelze eingemischte Schlacke verschlechtert das Stahlausbringen und begünstigt die Erosion der feuerfesten Pfannenauskleidung. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Qualität des Stahl beeinträchtigt wird. Darüber hinaus bewirkt die in die Stahlschmelze eingemischte Schlacke, daß die Phosphorkonzentration in der Stahlschmelze ansteigt.

Es ist daher von außerordentlicher Bedeutung, zu verhindern, daß die Schlacke b<iim Entleeren des Schmelzgefäßes in die Pfanne gelangt. Es wurden bereits viele Versuche unternommen, dieses Problem zu lösen, bisher hat jedoch aus den nachfolgend angegebenen Gründen noch keiner zu vollständig zufriedenstellenden Ergebnissen geführt.

Durch ein konventionelles Verfahren (japanische OS 1 38 907/78; 1 41 109/78 und 91 006/74), bei dem eine sich öffnende und schließende Einrichtung, beispielsweise ein Schieber od. dgl. am Abstichloch des Konverters vorgesehen ist, verwendet wird, kann verhindert werden, daß die Schlacke in die Stahlschmelze eingemischt wird. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Ausbeute an Stahlschmelze abnimmt und daß die Instandhaltung der zu öffnenden und zu schließenden Einrichtung, die an einem großen Konverter angebracht ist, schwierig ist.

Ein anderes konventionelles Verfahren (japanische Patentveröffentlichung 14 247/72 und jap. OS 85 705/78) bei dem eine Pfanne verwendet wird, die im Innern mit einer Schlackenaufnahme versehen ist, in der die Schlacke gesammelt wird, hat den Nachteil, daß der Temperaturabfall der Stahlschmelze groß wird. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird eine Schlackenrückhaltekugel verwendet (japanische Patentveröffentlichungen 20 803/72; 1125/74 und 5450/76) oder wird nach dem Ausgießen der Stahlschmelze der Strom der Stahlschmelze von der Pfanne abgelenkt. Die beiden letzteren Verfahren sind leicht durchführbar, jedoch unzuverlässig.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, werden daher erfindungsgemäß das nachfolgend beschriebene Verfahren sowie die gleichfalls beschriebene Vorrichtung zur Abtrennung von Schlacke beim Ausgießen einer Stahlschmelze aus einem Behälter, wie einem Konverter, vorgeschlagen. Diese Vorrichtung umfaßt einen Behälter für die Aufnahme der Stahlschmelze und der Schlacke, welche die freie Oberfläche der Stahlschmelze bedeckt, einen U-förmigen Durchgang, der besteht aus einem absteigenden Abschnitt, der mit einem Abstichloch des Behälters in Verbindung steht, einem Mittelabschnitt und einem aufsteigenden Abschnitt, der mit einer Auslaßöffnung des U-förmigen Durchganges in Verbindung steht und an dem unteren seitlichen Abschnitt des Behälters angeordnet und befestigt ist, wenn dieser nach Beendigung des Frischens in seine Stahlschmelzen-Ausgießposition gekippt ist, wobei der U-förmig;; Durchgang die Aufgabe hat, den statischen Druck der darin verbleibenden Stahlschmelze im Gleichgewicht mit dem statischen Druck der darin verbleibenden Schlacke zu halten. Diese Vorrichtung basiert auf dem folgenden Grundgedanken:

Der Zustand, in dem der statische Druck der in dem U-förmigen Durchgang verbleibenden Stahlschmelze im Gleichgewicht mit dem statischen Druck der restlichen Schlacke, die nach der Stahlschmelze in den U-förmigen Durchgang fließt und darin verbleibt, gehalten wird, um zu verhindern, daß die Schlacke aus dem U-förmigen Durchgang ausfließt, ist durch die folgende Gleichung definiert:

A₂ o_m> (h, + h_s) Qf

(1)

worin Qm die Dichte der Stahlschmelze, q_s die Dichte der Schlacke, Ai die Höhe des absteigenden Abschnittes des U-förmigen Durchganges, A₂ die Höhe des aufsteigenden Abschnittes des U-förmigen Durchganges und A₅ die Dicke der in dem Konverter verbleibenden Schlacke bedeuten.

Wenn der U-förmige Durchgang so konstruiert ist, daß h\ und hi der Gleichung (1) genügen, ist es daher möglich, zu verhindern, daß die Schlacke aus dem U-förmigen Durchgang ausfließt.

Die obengenannte Gleichung (1) ist jedoch eine Bestimmungsgleichung, wenn man nur das statische Gleichgewicht zwischen der Stahlschmelze und der Schlacke in Betracht zieht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abtrennung von Schlacke beim Ausgießen einer Metallschmelze aus einem Behälter, wie z. B. einem Konverter od. dgl., anzugeben, mit dessen Hilfe "^>n die Strömungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze am Ende des FireBens derselben verringert werden kann und solche Bedingungen definiert werden können, unter denen die Schlacke zuverlässig von der Stahlschmelze getrennt wird, so daß vollständig verhindert wird, daß die Schlacke am Ende des Stromes der Stahlschmelze aus dem Stahlschmelzendurchgang ausfließt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Abtrennung von Schlacke beim Ausgießen einer Stahlschmelze aus einem Behälter, wie z. B. einem Konverter od. dgl., anzugeben, die einen einfachen Aufbau hat und häufig wiederholt bei hoher Temperatur verwendet werden kann, ohne daß irgendwelche Störungen auftreten.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren und durch die in Anspruch 3 angegebene Vorrichtung gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 einen schematischen Querschnitt durch wesentliche Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2A einen partiellen Längsschnitt durch wesentliche Teile einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2B einen partiellen Längsschnitt durch wesentliche Teile einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig.3 einen vergrößerten Querschnitt durch eine Gaseinblaseinrichtung, wie sie in den Fig.2A und 2B gezeigt ist.

Es wurde nun gefunden, daß die Stahlschmelze mit einer Trägheitskraft fließt. Wenn diese Trägheitskraft des Stahlschmelzenstromes berücksichtigt wird, so ergeben sich die Bedingungen, unter denen die Schlacke von der Stahlschmelze vollständig getrennt wird, aus der folgenden Gleichung:

A₂ Q_n, (h\ + A₅) Qs+κ (2)

worin cc die Trägheitskraft des Stah.'schmelzensiromes bedeutet.

Zur vollständigen Abtrennung der Schlacke und zum Ausgießen der Stahlschmelze aus dem Konverter ist es daher erforderlich, jeden Einfluß der Trägheitskraft <x zu eliminieren

(1) dadurch, daß A₂ groß gemacht wird, bezogen auf Ai, oder

(2) dadurch, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze am Ende des Ausgießens vermindert wird.

In der Praxis sind jedoch die Maßnahmen, um die Höhe hi groß zu machen, durch physikalische Beschränkungen, wie z. B. die Beschränkungen des Ofenkörpers, seinen Kippwinkel od. dgl., begrenzt.

Infolgedessen ist es wichtig, die Strömungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze klein zu machen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde bereits versucht, den Durchmesser der Einlaßseite des Durchgangs für die Stahlschmelze zu verkleinern und den Durchmesser des Mittelabschnittes des Durchganges für die Stahlschmelze zu vergrößern, um dadurch die Strömungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze zu verringern, hi diesem Falle ändert sich der Durchmesser des Durchganges für die Stahlschmelze als Folge der Beschädigung der feuerfesten Ziegelausmauerung, so daß es sehr schwierig ist, einen gegebenen Durchmesser des Durchganges für die Stahlschmelze aufrechtzuerhalten. Als Folge davon konnte die Strömungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze nicht klein gemacht werden, wenn der Durchgang für die Stahlschmelze häufig mehrmals benutzt wurde.

Um diesen Nachteil zu eliminieren, wurde nun ein Inertgas in den Strorp der Stahlschmelze so eingeblasen, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die F i g. 2A, 2B und 3 näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen an einem Konverter befestigten U-förmigen Durchg.ng. In der Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer ι einen Konverter und die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen U-förmigen Durchgang. Der U-förmige Durchgang 4 besteht aus einem absteigenden Abschnitt 4a, der mit einem Abstichloch 2 (F i g. 2A) des Konverters 1 für die Stahlschmelze in Verbindung steht, einem Mittelabschnit. 4b und einem aufsteigenden Abschnitt 4c, der mit einer Auslaßöffnung des U-förmigen Durchganges 4 in Verbindung steht. Die Bezugsziffer 5 bezeichnet die darin verbleibende

(restliche) Stahlschmelze und die Bezugsziffer 6 bezeichnet die darin verbleibende (restliche) Schlacke. Wie vorstehend angegeben, wird der Zustand, unter dem der statische Druck der in dem U-förmigen Durchgang 4 verbleibenden Stahlschmelze 5 im Gleichgewicht mit dem statischen Druck der nach der Stahlschmelze 5 in den U-förmigen Durchgang 4 fließenden und darin verbleibenden Schlacke 6 gehalten wird, um zu verhindern, daß die Schlacke 6 aus dem U-förmigen Durchgang 4 ausfließt durch die folgende Gleichung definiert:

h₂Qm>(hi+h_s)g_t (Ο

worin Q_md\e Dichte der Stahlschmelze, ρ, die Dichte der Schlacke, Λι die Höhe des absteigenden Abschnittes 4a des U-förmigen Durchganges 4, hi die Höhe des autsteigenden Abschnittes 4c des U-förmigen Durchganges 4 und h, die Dicke der in dem Konverter 1 verbleibenden Schlacke 6 bedeuten.

Wenn die Trägheitskraft des Stromes der Stahlschmelze in Betracht gezogen wird, so ergibt sich aus der Gleichung (1) die folgende Gleichung:

worin ä die Trägheitskraft des Stahlschmelzenstromes bedeutet

In der Fig.2A bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Ofenkörper eines Konverters, die Bezugsziffer 2 einen Abstichkanal und die Bezugsziffer 3 eine Stahlschmelzen-Gießeinrichtung, die mittels eines Verbindungsflansches 11 abnehmbar an dem Abstichkartal 2 befestigt ist und besteht aus einem U-förmigen Durchgang 4, der seinerseits aus einem absteigenden Abschnitt 4a, einem Mittelabschnitt 4b und einem aufsteigenden Abschnitt 4c besteht Die Bezugsziffer 5 bezeichnet die Stahlschmelze und die Bezugsziffer 6 bezeichnet die Schlacke, die auf der freien Oberfläche der Stahlschmelze 5 schwimmt

Wenn der Konverter in eine in der Fig.2A dargestellte Position gekippt wird, in der die Stahlschmelze 5 aus dem Konverter ausfließt, wird die Stahlschmelze 5 in dem Ofen durch den U-förmigen Durchgang 4 in eine Pfanne (nicht dargestellt) geleitet. Erfindungsgemäß ist der Abstichkanal 2, d. h. der albsteigende Abschnitt 4a des U-förmigen Durchganges 4,. an seinem unteren Abschnitt mit einer Gaseinblaseinrichtung, in der dargestellten Ausführungsform einem Gaseinblasrohr 7, versehen.

Mindestens am Ende der Stahlschmelzen-Gießperiode wird ein inertes Gas, wozu auch Stickstoff zählt, durch das Gasp-nblasrohr 7 in den Strom der Stahlschmelze in dem absteigenden Abschnitt 4a des U-förmigen Durchganges 4 eingeblasen, um die Strömungsgeschwindigkeit des Stahlschmelzenstromes herabzusetzen unter dem Einfluß des Auftriebs der Gasblasen und des Effektes dieser Gasblasen auf die Verringerung der Querschnittsfläche des U-förmigen Durchganges 4.

Wie in der F i g. 3 dargestellt erstreckt sich im Falle des Einblasens des Gases ein Gaseinblasrohr 7 mit einem Durchmesser von höchstens 6 mm, vorzugsweise 2 bis 3 mm, durch die feuerfeste Wand hindurch und steht in Verbindung mit dem absteigenden Abschnitt 4a des U-förmigen Durchganges 4. Zu diesem Zweck steht das Gaseinblasrohr 7, das an dem Ofenkörper seitlich angeordnet ist mit einem Schlauch 8 in Verbindung, der an eine Gasquelle (nicht dargestellt) angeschlossen ist Durch die Verwendung des Gaseinblasrohres 7, dessen Durchmesser höchstens 6 mm beträgt, wird eine natürliche Erstarrung (Verfestigung) der Stahlschmelze, die gegebenenfalls in das Gaseinblasrohr 7 eingedrungen ist. gewährleistet und dadurch eine eventuelle ■i Gefahr abgewendet. Vorzugsweise wird der Durchmesser der Rohrleitung auf 2 bis 3 mm festgelegt, da die Menge des für die Verhinderung der Verstopfung des Gaseinblasrohres 7 erforderlichen Gasstromes gering gehalten werden soll. Wenn der Durchmesser des

in Gaseinblasrohres 7 weniger als 2 mm beträgt, wird das Gaseinblasrohr 7 durch Fremdmaterial od. dgl. verstopft, so daß Störungen bei der Instandhaltung (Wartung) auftreten.

Auf diese Weise ist es möglich, den Einfluß der

π Trägheitskraft <x, der sich aus der Gleichung (2) ergibt, mittels des Gasstrahls im wesentlichen zu eliminieren. Wenn der durch die Gleichung (1) dargestellte Zustand, d. h. der von dem statischen Druckgleichgewicht zwischen der Stahlschmelze und der Schlacke abgeleitete Zustand, vorliegt, kann daher die Stahlschmelze aus dem Konverter ausgegossen werden unter vollständiger Abtrennung der Schlacke davon. Außerdem ist es nicht erforderlich, die Stahlschmelüen-Gießeinrichtung groß zu machen.

In der Praxis wird während der Zeitspanne zwischen dem Beginn des Ausgießens der Stahlschmelze aus dem Konverter und dem Ende desselben ein Gasdruck in einer sokrhen Größenordnung angewendet, daß die Stahlschmelze nicht in das Gaseinblasrohr 7 eindringt.

Nur am Ende des Ausgießens der Stahlschmelze aus dem Konverter wird die Gasmenge, die erforderlich ist, um die Strömungsgeschwindigkeit des Stahlschmelzenstromes zu verringern, durch das Gaseinblasrohr 7 eingeblasen.

Wenn die Menge des Gasstromes übermäßig groß ist, bewirkt der Gasstrom, daß die Stahlschmelze und die Schlacke durchgerührt werden, so daß die Schlacke in die Stanischmeize eingemischt wird, infolgedessen wird dafür gesorgt, daß die Menge des Gasstrahls weniger als 5 NmVmin beträgt So wird beispielsweise bei Verwendung eines Konverters mit einer Kapazität von 200 t die Menge des Gasstrahls so eingestellt, daß sie in der Größenordnung von 0,2 bis 2 NmVmin liegt. Die Verwendung einer geringen Gasmenge in der Größen-Ordnung von 0,2 NmVmin stellt einen Verzögerungseffekt sicher, eine Gasstrahlmenge von weniger als 0,2 NmVmin reicht jedoch nicht aus, um die Strömungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze zu verzögern.
Das Gaseinblasrohr 7 kann mit irgendeiner beliebigen Position entlang des absteigenden Abschnittes 4a des U-förmigen Durchganges 4 in Verbindung Steher Die Trägheitskraft kann jedoch noch wirksamer eliminiert werden, wenn das Gaseinblasrohr 7 mit der unteren Position 9 des absteigenden Abschnittes 4a des U-förmigen Durchganges 4 in Verbindung steht wie in den F i g. 2A und 3 dargestellt

Die F i g. 2B zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei dieser Ausführungsform steht das Gaseinblasrohr 7 mit der Position 10 des absteigenden Abschnittes 4a des U-förmigen Durchganges 4 in Verbindung, die unterhalb des Verbindungsflansches 11 angeordnet ist Bei dieser Ausführungsform kann das Gaseinblasrohr 7 zusammen mit dem U-förmigen Durchgang 4 leicht von dem Konverter 1 abgenommen werden und das Gaseinblasrohr 7 kann repariert oder durch ein neues ersetzt werden, da das Gaseinblasrohr 7 an dem U-förmigen Durchgang 4 befestigt ist der abnehmbar an den

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Konverter montiert ist. schmelze, auf den geforderten Wert einzustellen. Diese Wenn das Gaseinblasrohr 7 kontinuierlich betrieben Einstellung kann daher zur Kontrolle der Anpassung wird, um das Inertgas während des Stahlschmelzen- der Bedingungen, unter denen Legierungszusammen-Gießvorganges i.: den U-förmigen Durchgang 4 Setzungen der aus dem U-förmigen Durchgang einzublasen, ist es möglich, die Gießgeschwindigkeit der ■> ausgegossenen Stahlschmelze zugesetzt werden, ange-Stahlschmelze, d.h. die Strömungsmenge der Stahl- wendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abtrennen von Schlacke beim Ausgießen einer Stahlschmelze aus einem Behälter, wie einem Konverter, bei dem die Stahlschmelze in einen U-förmigen Durchgang eingeführt wird, der besteht aus einem absteigenden Abschnitt, der mit einer Auslaßöffnung des Behälters für die Stahlschmelze in Verbindung steht, einem Mittelabschnitt to und einem aufsteigenden Abschnitt, der mit einer Auslaßöffnung des U-förmigen Durchganges in Verbindung steht, und an einer unteren seitlichen Position des Behälters angeordnet und daran befestigt ist, wenn dieser nach Beendigung des Raffinierens in seine Abstich position gekippt ist, wobei der U-förmige Durchgang dazu dient, den statischen Druck der darin verbleibenden Stahlschmelze im Gleichgewicht mit dem statischen Druck der «arin verbleibenden Schlacke zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Inertgas in den Strom der Stahlschmelze in dem absteigenden Abschnitt des U-förmigen Durchganges eingeblasen wird, so daß der Gasstrahl die Strömungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze vermindert, um den Einfluß der Trägheitskraft des Stromes der Stahlschmelze auf das Gleichgewicht zwischen dem' statischen Druck der in dem U-förmigen Durchgang verbleibenden Stahlschmelze und dem statischen Druck der in dem U-förmigen Durchgang verblei- jo benden Schlacke zu eliminieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des tingeblasenen Gasstromes höchstens 5 Nm³/mia, vorzugsweise 0,2 bis 2 NmVmin, beträgt.

3. Vorrichtung zum Abtrennen der Schlacke beim Ausgießen einer Stahlschmelze aus einem Behälter, wie einem Konverter, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und/oder 2, die umfaßt einen Behälter zur Aufnahme der *o Stahlschmelze und der Schlacke, welche die freie Oberfläche der Stahlschmelze bedeckt, einen U-förmigen Durchgang, bestehend aus einem absteigenden Abschnitt, der mit einer Auslaßöffnung des Behälters für die Stahlschmelze in Verbindung steht, einem Mittelabschnitt und einem aufsteigenden Abschnitt, der mit einer Auslaßöffnung des U-förmigen Durchganges in Verbindung steht, und an einem unteren seitlichen Abschnitt des Behälters angeordnet und befestigt ist, wenn dieser nach Beendigung 5J des Frischens in seine Stahlschmelzen-Gießposition gekippt ist, wobei der U-förmige Durchgang dazu dient, den statischen Druck der darin verbleibenden Stahlschmelze im Gleichgewicht mit dem statischen Druck der darin verbleibenden Schlacke zu halten, gekennzeichnet durch eine Gaseinblaseinrichtung (7), die mit dem absteigenden Abschnitt (4a) des U-förmigen Durchganges (4) in Verbindung steht und dazu dient, ein Inertgas in den Strom der Stahlschmelze in dem absteigenden Abschnitt (4a) des U-förmigen Durchganges (4) einzublasen, so daß der Gasstrahl die Strömungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze vermindert, um den Einfluß der Trägheitskraft des Stromes der Stahlschmelze auf das Gleichgewicht zwischen dem statischen Druck ^b5 der in dem U-förmigen Durchgang (4) verbleibenden Stahlschmelze (5) und dem statischen Druck der in dem U-förmigen Durchgang (4) verbleibenden

Schlacke (6) zu eliminieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinblaseinrichtung (7) mit dem unteren seitlichen Abschnitt des absteigenden Abschnittes (4a) des U-förmigen Durchganges (4) in Verbindung steht, der mit der Auslaßöffnung des Behälters für die Stahlschmelze eine integrale Einheit bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurck gekennzeichnet, daß die Gaseinblaseinrichtung (7) mit dem oberen seitlichen Abschnitt des absteigenden Abschnittes (4a) des U-förmigen Durchganges (4) in Verbindung steht, der abnehmbar an der Auslaßöffnung des Behälters iur die Stahlschmelze befestigt ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinblaseinrichtung (7) aus einem Metallrohr mit einem Durchmesser von höchstens 6 mm, vorzugsweise 2 bis 3 mm, besteht