DE1583282A1 - Verfahren zum durchlaufenden Behandeln von Kupolofenschmelzen mit Gasen und feinverteilten Zusaetzen - Google Patents

Description

• "Verfahren zum durchlaufenden Behandeln von Kupolofenschmelzen mit Gasen und feinverteilten Zusätzen." Seit vielen Jahrzehnten wird immer wieder vorgeschlagen, Kupolofen-Gußeisenschmelzen mit Gasen verschiedenster Art . zur Erzielung besonders günstiger Eigenschaften zu behandeln. Die Einführung dieser Gase erfolgt meist von unten oder seitlich in das Metallbad und zwar über einen porösen Einleitstein. Wie z.B. in dem Vorabdruck des Vortrags Nr. 103 des 23. internationalen Gießereikongresses vom 1. bis 9. September 1956 in Düsseldorf einleitend berichtet irurde,'war die Wirkung dieser Gasbehandlung der Schmelzen nicht einheitlich und eindeutig. Die Vorschläge in diesem Aufsatz konnten die Gasbehandlung nicht in der Einführung fördern, denn "die Beobachtungen auf diesem Gebiet sind recht unterschiedlich und widersprechen sich häufig geradezu",auch heute noch.
• Durch das USA-Patent Nr. 2.811.346 wurde es bekannt, Eisen und Stahl in der Gießpfanne durch Hindurchleiten von Gasen von unten über einen porösen Stein zu behandeln. Eine eindeutige und wiederholbare Wirkung konnte nicht erzielt werden, weil die in der Schmelze aufsteigenden Gase die Eisenoberfläche aufwallend immer wieder mit frischem Sauerstoff der Luft in Verbindung brachten, wodurch Oxyde des Eisens, Mangans und Siliziums in die Schmelze kamen, was mehr oder weniger grobe Graphitabscheidung in den Gußstücken brachte, weil diese Oxyde als Keime für die Abscheidung von grobem Primärgraphit wirkten.

  Um diese Oxydation des Eisenbads zu vermeiden, wurde durch

  DBP 967 617 vorgeschlagene diese Gasbehandlungilentweder in

  den Schmelzgeräten selbst, d.h. im Martin-Ofen, Elektro-Ofen und im Konverter, aber auch zusätzlich oder nur in einer Pfanne, in deren Boden die Verteilerplatte in Form eines Steinfilters eingebaut ist" vorzunehmen.
• Im Kupolofenbetrieb war diese Reinigungsmethode durch Einleiten von Gasen von unten in den Schmelzschacht nicht möglich, weil der Deckel des Sandbodens am Ende der Schmelze aufgerissen werden mußte, also solche Filters=eine und Gaszuleitungen nicht unterzubringen waren.
• Bei diesem Verfahren DBP 967 617c störte bei der Pfannenbehandlung und auch beim Durchleiten der Gase im Konverter, daß die Schlacke mit dem Metall stark durcheinandergewirbelt wurde, sodaß bei dem notwendigen schnellen Vergießen nach der Gasbehandlung der Schmelze oft schlackiger Guß entstand.
• Man hatte bereits früher versucht, z.B. durch DBP 808 749, auch im Kupolofen selbst solche Spülgase einzuleiten, derazt, "daß das Eisenbad unter der Wirkung eines mit Überdruck vorzugsweise von unten einfließenden Gasdurchsatzes steht, der Wirkstoffe zur Entschwefelung, Aufkohlung u. dergl. mitführt, sodaß innerhalb des Eisenbads unmittelbar im Kupolofen selbst entschwefelt, aufgekohlt und veredelt werden kann.." Dieses Verfahren ergab keine gleichmäßige Wirkung, weil die durch den Vorschacht in den Kupolofen gepreßten Behandlungsgase und Veredelungszusätze, je nach der Eisen- und Schlackenstandshöhe, also den wechselnden Eisen- und Schlackenmengen im Kupolofenschacht, ganz verschieden wirkten und oft auch wirkungslos waren, weil Zusammensetzungsschwankungen des Eisens und der Schlacke den Einfluß der Spülgasbehandlung aufhooben, und weil es nicht möglich war, die Eisenmenge mit der Menge der Behandlungsgase in genaue Abstimmung zu bringen. Aus diesem Grunde konnte sich dieses Verfahren nicht einführen.
• Durch DAS 1 000 136 wurde weiter vorgeschlagen, Metallschmelzen mit Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Gasen bis zur maximalen Löslichkeit zu begasen. Das so erzielte Gußeisen enthielt nach dem Erstarren in dünnen -,uerschnitten feinste Wasserstoffbläschen, während in dicken Gußquerschnitten dieser Wasserstoff zum Teil entweichen konnte, zum Teil Gaslunker und Pseudolunker; also unbrauchbaren GuB, brachte. Es besteht, wie aus diesen Begasungsversuchen von Schmelzen mit Wasserstoff hervorgeht, keine. eindeutige Abhängigkeit zwischen dem Wasserstoffgehalt der Schmelze und dem endgültigen Wasserstoffgehalt des Gußstticks, vielmehr sind für die Menge des Restwasserstoffs im Guß Spurenelemente im Eisen von größter Bedeutung. Beim Kupolofeneinsatz hat man diese geringen Beimengungen an wasserstoffbindenden Spurenelementen nicht in der Hand, wenn bis zur Sättigung der Schmelze Was-serstoff eingeleitet wird. Aus diesem Grunde verschwand die- ses mit viel Reklame propagierte Verfahren bald wieder. Weiter wurde vorgeschlagen, das aus dem Schmelzofen fließende Eisen in einer Kaskadenrinne,z.B. gemäß DRP 752 115 oder DRP 765 972 mit solchen Gasen und veredelnden Zusatzstoffen zu behandeln. Bei der kurzen Laufzeit solcher Metallabstiche war aber nit diesem Verfahren kein gezielter Erfolg durch diese Gasbehandlung in der Kaskadenrinne zu erreichen, umsomehr, als sich während der Laufzeit der Abstiche die.Absticheisenmenge in der Zeiteinheit dauernd verändert, bzw. verringert.
• Man hatte es also seither nicht in der Hand, eine gleichmäßige Eisenmenge mit einer konstanten Gasmenge in gleichaUigem Strom zu behandeln und bei der schwankenden Eisenmenge ergaben sich bei zu wenig Begasung, ebenso wie bei Eu starker Gasbehandlung der Schmelzen, Schwierigkeiten und Mißerfolge, weshalb diese Behandlung von Kupolofeneisensehmelaen seither nicht allgemein angewendet wurde. hoch schwieriger war es seither, die Behandlungsgase zusammen mit Reinigungs- und Veredelungsstoffen in diese Eisenbäder zu bringen. Tuch diese gute I1.löglichkeit, die Schoelzen zu beeinflussen, konnte sich deshalb für Kupolofenschmelzen und kontinuierliche Behandlung derselben nicht einfuhren.

  Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten dadurch behoben,

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  daß das Eisen imtiDurchlauf vom Kupolofen nach dem Sammelgefäß,

  also eine minütlich konstante Eisendurchlaufmenge, mit einer genau regelbaren Menge bestimmter Gase behandelt wird, denen Reinigungsstoffe in genau regelbarer Menge beigei`ügt sein können.
• Erfindungsgemäß wird dabei als günstigste Behandlungsstelle ein Doppelsiphon vorbekannter Eauart verwendet, wobei soöar r v v v s v am in den beiden Abteilungen fUr Eisen und Schlacke, und für Eisen allein, eine gleichzeitige Behandlung mit verschiedenen

  Gasarten und Reinigungsstoffen usw. möglich ist.

  Abb.

  Die beigefügte Zeichnung1g bt ein Ausführungsbeispiel der

  Erfindung.:

  Aus dem Kupolofenunterteil~steigen Eisen und Schlacke durch

  Kanal b in den gemeinsamen Sammler c, wo das Eisen mit Schlacke abgedeckt ist und die Schlacke kontinuierlich über Öffnung s abläuft, während unten über Kanal d das reine Eisen in Schacht e und über die rinne f zum Sammelgefäß k kontinuierlich abläuft. Die beiden Eisenbehälter c und e erhalten wahlweise oder beide Gaszuführungen hl und h2, die die Behandlungsgase über den vorbekannten Filterstein gl bzw. 92 oder über beide Filtersteine in die darüberliegenden Eisenbehälter c bzw. e einpressen, also. deren Eisensäule durchstreichen und so in genau regelbarer Relation zwischen Eisenmenge und Behan dlungsgasmenge die Schmelzbeeinflussung gestatten.
• Die Reaktionsgase sammeln sich über den Eisensäulen c und e und entweichen über den Abzug i ins Freie bzw. vorher in eine Waschanlage, wenn letztere luftverunreinigende Bestandteile enthalten. Diese Reinigung der Abgase ist z.B. bei einer Spülgasbehandlu.r_g der Schmelze mit einem Gemisch von Argongas oder Stickstoff mit Zusatz von Fluor, Chlor, o. dergl. notwendig, wenn der Wasserstoff aus des, Schmelze möglichst restlos entfernt werden soll. Je nach dem Verwendtulgszweck des Eisens wird man entsprechende Gasgemische oder Gase zum Durchspülen des durchlaufenden Eisens benutzen, um bestimmte Eigenschaften zu erzielen oder das Eisen oxydfrei -u machen. Man kann also z.B. zunächst die Schmelze zu® Entfernen der Oxyde mit Wasserstoff behandeln in der Eisensäule c, und dann das Eisen im Durchlauf wieder wasserstofffrei machen mit Spülgasen, dJe Fluor oder Chlor enthalten. Oder man kann im Behälter e das durch Wasserstoff oder Kohlenoxyd im Behälter c desoxydierte Eisen durch Behandeln mit Argon oder Stickstoff wasserstoffarm machen, oder legiertes Gußeisen aufsticken. Es gibt eine Reihe solcher mehr oder weniger vorbekannter Gasbehandlungsarten für -Eisenschmelzen und diese Durchlaufbehandlung der Schmelze mit genau dosierten Gasmengen gibt diesen Gasdurchspül-Reinigungs-;methoden erst @jie nctwendige Treffsicherheit und wiederholbare

  @r^ ri- um uestäcke zu erhalten.

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  Seither war es nicht möglich, Schmelzen bbr 'VtYrtlYglisung mit feinverteilten festen Reaktionsstoffen gleichzeitig zu behandeln .
• Erfindungsgemäß wird anstelle des porösen Filtersteins gl und 92 jeweils ein Filterblock aus gleicher keramischer Massei aber mit durchlaufenden feiner. Kanälen verwendet, die, neben den Spülgasen, auch feinverteilte Reaktionsstoffe in die Eisensäulen c und e oder c oder e einzuführen gestatten und so die Wirkung der Spülgase wesentlich verbessern. So kann mit dem Wasserstoff oder Kohlenoxyd oder Stickstoff oder Argon z.B: Impfsilizium-als über 50 7o-iges FeSi oder CaSi in das durchlaufende Eisen eingeführt werden, was besonders kräftige Impfwirkung mit sich bringt. Vor allem ist aber der Wirkungsgrad dieser feinverteilt mit den Behandlungsgasen in das durchlaufende Eisen eingetragenen Impfstoffe wesentlich besser, als wenn diese in der Rinne oder Pfanne eingebracht werden.
• Daneben haben diese Filtersteine g1 und 92 mit den feinen durchlaufenden Kanälen v den Vorteil, daß die Kraft zum Einpressen der Gase in das Eisenbad viel geringer zu sein braucht, als bei den porösen Filtersteinen seither. Es kommt also nicht mehr vor, daß der hohe Flaschengasdruck die porosenFiltersteine zerdrückt und hochjagt, was zu Explosionen führteg wenn flüssiges Eisen mit den Eisenteilen der unteren Luftzuführung oder Gaseinleitung in Berührung Iiam.
• Abb. 2 zeigt, wie dieser Filterstein mit feinen durchlaufenden Kanälen hergestellt wird: Zunächst wird aus Kunststoff ein bürstenförmiger Körper mit Grundplatte 1 und bürstenförmigen Kunststoffspitzen m genauer Dicke hergestellt. Dieser bürstenförmige Körper wird in eine Kernbüchse o gesetzt und dann werden die Räume zwischen den Spitzen m mit einer feinen keramischen Nasse hoher Feuerfestigkeit ausgegossen und dicht gerüttelt. Dann wird der bürstenförmige Körper 1 m mit der erstarrten keramischen Masse n aus Kernbüchse o genommen und bei hoher Temperatur in einem keramischen Ofen gesintert. In dieser Wärme verbrennt die Kunststoffplatte 1 mit den Kunststoffspitzen m und die ver-

  kohlten Kunststo res h werden durch Ausblasen entfernt.

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  Dadurch entstehe. in dem Filterblockstein gl oder g? feine

  genau kalibrierte Kanälchen v, die hervorragend geeignet sind, Behandlungsgase und feste mehlförmige Reaktionsstoffe in das durchlaufende Eisen der Säulen c und c zu bringen' vor allem aber genaue Gasmengen durch die Schmelze zu schicken. Seither setzten'sich die porösen Filtersteine im Verlauf einer Gasbehandlung mehr oder weniger zu und der notwendige Drück zum Durchpressen der Gase durch diese wurde im Verlauf des Schmelztages immer höher, sodaß oft die porösen Filtersteine durch letztern hochgejagt wurden, was Explosionen brächte oder zum mindesten die Schmelze für den betreffenden Tag unmöglich machte.
• Der neue Verteilerstein für die Spülga-e hat also den Vorteil, daß man die Gasmengen mit geringstem Dreck betriebssicher in die Dur chlaufeisenbäder c bzw. e bringen kann' und daß die Mengenregelung der Spülgase bereits durch den angewendeten konstanten Druck vorbestimmt werden kann' und dä13 die Zuteilung genau geregelter Gasmengen in der Zeiteinheit über den Gasmengenzähler möglich wird. Mit Hilfe des Verfahrens der Erfindung ist es also. möglich, erstmals genau bekannte Eisenmengen in der Zeiteinheit im Durchlauf mit genau dosierten Mengen bestimmter Spülgase und Veredelungsstoffe zu behandeln und für die verschiedenen hintereinander erzeugten Eisensorten die Spülgasarten und die Reinigungszusätze und Veredelungsstoffe während des Durchlaufens des Eisens zu ändern, wobei in Behälter e gegebenenfalls von oben weitere Zusatz-und Veredelungsstoffe geregelt durch Zuteiler aufgegeben werden können. Das neue Verfahren der Erfindung gestattet also eine gleichzeitige dreifache Regelung der Gußbehandlung im Durchlauf, einmal in Behälter c unter einer Schlackendecke-, dann. in Behälter e, in beiden Fällen mit Begasung über die Zuteilersteine g1 und 92 und die Gaszuführungen hl und h2 von unten, und dann. in Behälter e von oben durch Zuteilung von festen Veredelungsstoffen. Letzteres Zuteilverfahren ist z.B. für die laufende Impfung der Schmelzen mit über 50 ;4-igen Si-Trägern, wie CaSi oder CSi, sowie auch für LegiermetallzusätzE äußerst wichtig, weil von der feinen Verteilung der Zusatzstoffe deren gesteuerte Wirkungskraft abhängt. Diese Regelung der Gußeigenschaften kann aufgrund der Keilproben-und AbkUhlkurven der Gußproben von der Steuerwarte aus werden und gestattet Feinstregelung der Güßquälitätenö ErfiridungsgemäB werden die Spülgase unter Schwingungen., z:8. durch cic-Wellen, oder stoßweise fortlaüferidä Zuführung mit

  Hilfe eines Vibrator-Kugelventils gesetzt. Dadurch wird in

  den Durchgangsräumen c und"=e,die im Eisen feinverteilte

  Schlacke koäguliert und steigt in den Behältern c und e an

  die Oberfläche* Das ist besonders in Behälter c wichtig' weil

  dort diese Schlackenteilchen in der Schlackenschicht p aufge-

  nommen und über Ablauf s abgeschieden werden.

  Mit Hilfe dieser Erfindung ist eine konstante und gleichmäßige

  Wirkung der Spülgasbehandlung der Schmelze im Durchlauf mög-

  lich und wird damit die unterschiedliche Behandlung der ver-

  schiedenen Gußarten hintereinander im gleichen Gerät durch-

  führbar.

  So hatte man z.B. bereits vor Jahrzehnten erkannt, daB man

  mit einer Wasserstoffspülung das Eisen sehr oxydarm machen

  kann, Leider wurde aber durch die hohe Löslichkeit des Was-

  serstoffs im flüssigen Eisen durch diese Gasbehandlung der

  Wasserstoffgehalt der Schmelze zu hoch und dadurch traten

  beim.AbkÜhlen der Schmelze bei kälterem Gießen Randblasen in

  Erbsenform und vor allem Lunker an dicken Stellen, wo das

  Eisen zuletzt erstarrte' ein. Es war zwar bekannt' daß man

  durch eine Nachspülung mit Stickstoff oder Argon diesen Was-

  serstoff aus der Schmelze treiben konnte' aber technisch war

  eine intensive doppelte Gasbehandlung seither unmöglich, weil

  das zuviel Zeit und Abkühlungswärmeverlusto brachte. N:it

  Hilfe der Doppelbehandlung per Erfindung können gleichzeitig

  hintereinander die beiden Spül und Reinigungsgase irai Durch-

  lauf des Eisens angewendet werden' wobei ein Zusatz von

  Haloidgasen wie Chlor oder Fluor sogar die restlose Entfer-

  nung des Wasserstoffs aus dem flüssigen Eisen erlaubt, ohne

  große Temperaturverluste, insbesondere, wenn die Behandlungs-

  gase durch Abgase aus dem üapolofen in einem Gaserhitzer irr,

  Durchlauf überhitzt werden.

  Durch Fouiidry Trade Journal Band 56 von 1936 S. 2'72 ff. wurde

  es z.B. bekannt, daß Schmelzen nit 011 - 072 ,n Titanzusatz9

  mit Kohlensäuregas behandelt' sehr feinen Graphit ergeben.

  Weiter, daß Kohlensäure und nachfolgend Wasserstoff als Spül-

  gas einen groblamellaren Graphit ergeben. Eine pr'akts-ehe

  Anwendung-war nicht möglich, weil die-Behandlung-»- zu @-gehwier3-k.

  war und zu hohe Abkühlung des Eisensbrachte. 'Mit-'H.ilfe der ;

  Doppeltbegasmöglichkeit der obigen Erfindung kann' =die.5e:s=

  litätsbeeinflussende Verfahren irr Durchlauf - des'- g-gens=-leicht.

  durchgeführt werden, wenn die '.,e'a@cerstoffmenge klein gehalten

Claims (1)

1. Patent a n s p r ü c h e 1) Verfahren zur Gasbehandlung von geschmolzenem Eisen unter eventuellem Zusatz von Veredelungs- oder Reinigungsstof- fen in Pfannen o. dergl. von unten oder seitlich über gasdurchlässige poröse _kerasnischc Formstücke g1 bzT:1. g2, 'dadurch gekennzeichnet, daß diese ehancilung @:.ur chlaufend imetllaeken- und Eisentrennsiphon des Kupolofens erfolgt, wobei im Schlackenabscheiderteil : oder im Reineisen- überlaufteil e, oder in beiden Abteilungen c und e des Siphons SpUlgasbehandlung, gegebenenfalls mit Zusatz von Reinigungsmitteln, angewendet wird. 2) Verfahren gemäß Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß die Spülgase laufend stoßweise oder schwingend in das Durdhlaufeisen der Siphon-£ästen c und e gepreßt werden. 3) Verfahren gemäß Anspruch 1) und 2), dadurch gekennzeich- net, daß den Eisenbehandlungsgasen feste mehlförmige Zusatz- oder Veredelungsstoffe beigefügt wercPn. t@) Iüsdurchlassender lseramisc@@er Fcrikör: er g1 g,- zum Einleiten der öp.ül- und von urit°t: oüE@r seitlich in die Siphön-Eisen- und w"csilackentrpnnräurae, gekennzeichnet durch ersteliung der feiner hanälcher @@i all 2' : ;i=#cssers ir reL7 2igVerteil-Lu _, ;urc= @uz.s@@ @orr-1 c7en ir der :=erä:-:is@rer: "ie-#- oder @rUttel- .#:ae:=e f, 4 Verbrenner -<es :@ur@tstoffs beim Sintern des Forintörpers g1 oder g-.