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Vakuumofen für schmelzflüssigen Einsatz, insbesondere von geschmolzenem Eisen oder Stahl und Verfahren zu seinem Betrieb
Vakuumschmelzöfen und deren Vorteile sind seit langem bekannt. Bisher ist es aber nicht möglich gewesen, derartige Öfen für grosse Leistungen zu bauen. Der Fassungsraum der Induktions-Vakuumöfen, in denen gleichzeitig die für das Entgasen des Metalls wichtige Rührbewegung durch die Art der Beheizung erreicht werden soll, lässt sich nicht über ein bestimmtes Mass, z. B. etwa 150C kg, steigern, weil sich sonst erhebliche Schwierigkeiten bei der Beheizung und bezüglich der Tiegelhaltbarkeit ergeben.
Zum Stand der Technik gehören auch beheizte Vakuumkammern, durch die hindurch eine Metallschmelze von einem Abgabegefäss in einAufnahmegefäss gehebert und dabei in der Kammer entgast wird.
Die Vakuumbehandlung ist dabei im kontinuierlichen, aber auch bei unterbrochenem Durchfluss möglich.
In letzterem Falle geschieht das Unterbrechen des Durchflusses, nachdem in die Vakuumkammer eine bestimmte Metallmenge eingesaugt worden ist, dadurch, dass die Metallspiegel im Abgabe-und Aufnah- mebehälter auf gleiche Höhe gebracht werden. Im kontinuierlichen oder unterbrochenen Durchfluss arbeitende Vakuumkammern, die mit zwei Rohrstutzen, nämlich einem Ansauge- und einem Abgabestutzen ausgestattet sind, an denen sich ein Betrieb mit mindestens zwei Pfannen abspielt, passen nicht in ein übliches Stahlwerk, sie sind in seinem Sinne auch keine Öfen, sondern in ungewohnter Weise zu behandelnde Apparate, bei denen nicht nur die Ein- und Ablassrohre, sondern auch mindestens die das abgelassene Metall aufnehmende Pfanne beheizt sein müssen.
Gegenstand der Erfindung ist demgegenüber nun ein Vakuumschmelzofen für schmelzflüssigen Einsatz, insbesondere von geschmolzenem Eisen oder Stahl, mit einem elektrisch beheizten Herdraum, dessen feuerfestes Mauerwerk von einem luftdichten Metallmantel umgeben ist, durch den in den Herdraum der oder die Anschlüsse für eine Vakuumpumpenanlage und gegebenenfalls auch Auslassstutzen von mit Schleusen ausgestatteten Behältern zum Einführen von Behandlungsstoffen führen, der sich dadurch kennzeichnet, dass in den Boden des Ofens oder in seiner Nähe ein Rohrstutzen mündet, dessen freies Ende in ein unter dem Ofen angeordnetes pfannenartiges Gefäss hineinragt.
An Hand der Zeichnung sei der Vakuumschmelzofen für flüssigen Einsatz nach der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel beschrieben :
Der in üblicher Weise mit feuerfestem Mauerwerk 3,4 ausgekleidete und durch einen Metallmantel luftdicht abgeschlossene Ofen 1 wird durch die Elektroden 6 beheizt. In den Boden des Ofens mündet ein im Innern durch feuerfestes Mauerwerk ausgekleideter Rohrstutzen 2, der von einem Schutzkörper 2'aus feuerfestem Werkstoff umgeben ist.
Der Rohrstutzen 2 taucht in ein unter dem Ofen angeordnetes pfannenartiges Gefäss 8 ein, das zweckmässig mit einer Einlaufrinne 9 ausgestattet ist. Das Gefäss kann kippbar oder mit einem Ausgussstopfen versehen sein. Eine in den freien Herdraum des Ofens mündende Leitung 5 stellt die Verbindung mit der nicht gezeichneten Vakuumpumpenanlage dar. Im Gewölbe des Ofens münden die Auslässe einer oder mehrerer mit Schleusen ausgestatteter Behälter 7 zur Aufnahme und Zufuhr von Behandlungsstoffen.
Der Schmelzofen nach der Erfindung wird folgendermassen betrieben :
Die in dem Ofen 1 zu behandelnde Schmelze wird z. B. von einer Pfanne aus über den Einlauf 9 des pfannenartigen Behälters 8 laufend in diesen eingeführt. Sobald das untere Ende des in den Herdraum des
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Ofens mündenden Rohrstutzens 2 durch das Metall luftdicht abgeschlossen ist, wird der freie Raum des
Ofens evakuiert und laufend Metall so lange über das Topfgefäss 8 in den Ofen eingeführt, bis die für das jeweilige Metall geltende barometrische Steighöhe erreicht ist.
Bekanntlich ist es für die Vakuumbehandlung von Metallen wesentlich, dass sich das Metall während der Behandlung in möglichst intensiver Bewegung befindet. Das kann nun bei dem erfindungsgemässen
Ofen durch periodisches Höhenverstellen des pfannenartigen Behälters 8 oder auch des Ofens selbst auf einfachste Weise erreicht werden. Das Ausmass der Badbewegung ist mit der Häufigkeit der Hub- und
Senkbewegungen, ihrer Geschwindigkeit und ihrer Höhe zu beeinflussen.
Ein weiteres Mittel, die zu behandelnde Schmelze in lebhafte Bewegung zu bringen, ist die Auslö- sung eines Kochvorganges in der Schmelze durch Reaktionen, die in kurzen Zeiten ablaufen und bei de- nen Gase frei werden. Beim erfindungsgemässen Betrieb des Vakuumschmelzofens mit Eisen-und Stahl- schmelzen dient dazu die Kohlenoxydreaktion, die, sofern das Eisen oder der Stahl die erforderlichen An- teile an Kohlenstoff und Sauerstoff nicht enthält, durch eine entsprechende Zugabe dieser Stoffe in dem jeweils gewünschten Umfang ausgelöst werden kann.
Ein Höchstmass an Wirkung wird erreicht, wenn zu der tiefgreifenden Rührwirkung durch das periodi- sche Höhenverstellen gleichzeitig die Rührwirkung hinzukommt, die die Kohlenoxydreaktion bei ihrem, in dem erfindungsgemässen Vakuumschmelzofen möglichen, ausserordentlich schnellen Ablauf hervorruft.
In dem Vakuumschmelzofen nach der Erfindung kann das Metall jede gewünschte Behandlung erfah- ren. Man kann es hier z. B. frischen und auch legieren.
Der Vakuumschmelzofen nach der Erfindung kann z. B. mit besonderem Vorteil zum Herstellen von kohlenstoff-und gasarmen Ferrolegierungen durch Frischen kohlenstoffhaltiger Vormetalle Verwendung finden.
Die in bekannter Weise hergestellte kohlenstoffhaltige Schmelze einer Ferrolegierung, z. B. von Fer- rochrom carbure, wird dann über die Rinne 9 in das Gefäss 8 gefüllt, aus dem sie nach der Herstellung des
Vakuums durch den Stutzen 2 in den Vakuumofen hochsteigt, u. zw. so lange, bis die für die jeweilige
Ferrolegierung geltende barometrische Steighöhe erreicht ist.
Das Frischen der hochgekohlten, im Vakuumofen befindlichen Schmelze kann z. B. durch Zugabe von
Erz aus dem Behälter 7 erfolgen. Durch Auf- und Abbewegen des Gefässes 8 lasst sich dabei die für einen schnellen Ablauf der Reaktion erforderliche Badbewegung in besonders einfacher Weise und ohne mecha- nische Hilfsmittel herbeiführen.
Das Frischen der Schmelze kann aber auch durch Einbringen von Sauerstoff oder Sauerstoffträgern in den im Gefäss 8 enthaltenen Teil der Schmelze geschehen, weil die durch das Auf- und Abbewegen des
Gefässes 8 zustandekommende Rührwirkung zu einem ständigen Stoffaustausch mit dem im Ofen enthalte- nen Teil der Schmelze führt.
Hand in Hand mit der Entkohlung geht auch eine Entgasung des Metalls. Deshalb lässt sich in dem beschriebenen Vakuumschmelzofen auch praktisch wasserstofffreies Ferrosilizium herstellen.
An Stelle des unter dem Vakuumschmelzofen befindlichen pfannenartigen Gefässes 8 kann auch jedes andere Gefäss, z. B. eine Pfanne, benutzt werden. Es ist dann nicht erforderlich, den gesamten Pfannen- inhalt auf einmal in das Vakuumgefäss zu heben, vielmehr lässt sich die Entkohlung in dem Gefäss auch portionsweise durchführen, indem durch Heben und Senken entweder des Ofens oder der Pfanne nachein- ander ein Teil der in der Pfanne befindlichen Schmelze in den Ofenraum gehoben und aus ihm wieder in die Pfanne entlassen wird. Dieses Spiel kann so oft fortgesetzt werden, bis die Ferrolegierung den ange- strebten niedrigen Kohlenstoffgehalt erreicht hat.
Die Entnahme der in dem Ofen befindlichen Schmelze ist durch eine Änderung des Unterdruckes im i Ofen oder durch eine Höhenverstellung entweder des Behälters 8 oder des Ofens 1 oder von beiden mög- lich. Auf vorstehende Weise kann dem Ofen die Schmelze auch ohne weiteres in Teilmengen entnommen werden.
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