AT207052B - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Badbewegungen in flüssigen Metallen - Google Patents

Description

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  Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Badbewegungen in flüssigen Metallen 
Bei der metallurgischen Behandlung von Me- tallschmelzen, z. B. beim Feinen oder Legieren von Stahlschmelze, verlaufen die Reaktionen bekanntlich schneller und vollkommener, wenn sich die Schmelze bewegt. Bei sich bewegenden
Schmelzen wird die Wärmeübertragung gefördert, ein rascher Ausgleich von Temperatur- und Kon-   zentr. ationsunterschieden hergestellt,   der Reak- tionsablauf zwischen dem Metallbad und der
Schlacke begünstigt und eine baldige Auflösung und gleichmässige Verteilung der Legierungsmit- tel erreicht. Eine ständige oder zeitweise Badbe- bewegung kann z. B. in   Drehrohröfen   erzeugt werden, deren feuerfeste Auskleidung dabei je- doch hohem Verschleiss unterliegt.

   Man hat Metallschmelzen auch schon durch Einblasen'von Gasen in Bewegung gebracht. Hier besteht aber die Gefahr, dass sich die Gase im flüssigen Metall lösen und dessen Eigenschaften   ungünstig beein-   flussen, so dass sich dieses Mittel nur dann anwenden lässt, wenn die Gase auch dazu bestimmt sind, an den durchzuführenden Reaktionen selbst teilzunehmen. Das bei Stahlschmelzöfen zur Erzeugung einer Badbewegung schliesslich benutzte elektromagnetische Rühren ist oft aus wirtschaftlichen und ofenbautechnischen Gründen nicht anwendbar. 



   Gegenstand der Erfindung sind nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Badbewegungen in flüssigen Metallen, die einfach anzuwenden sind und sich besonders bei der Ver-   anleitung   grosser Metallmengen, z. B. Stahlschmelzen, eignen. 



   Nach der Erfindung werden der metallurgisch   und/oder wänmemässig   zu behandelnden und unter Normaldruck stehenden Metallschmelze während dieser Behandlung durch ein über dem Badspiegel des Metalls befindliches, als Pumpe arbeitendes Vakuumgeifäss fortlaufend Teilmengen entnommen und anschliessend wieder an das Bad zurückgegeben. Durch dieses ständige Entnehmen und Zurückfliessen von Teilmengen des Metalls kommt das im Schmelzofen befindliche Metallbad in lebhafte Bewegung. In diesem Zustand laufen die an der Schmelze vorzunehmenden Reaktionen wesentlich rascher und auch vollkommener ab. 



   Das Einleiten und Zurückgeben von Teilengen der zu bewegenden Schmelze durch ein als   Pumpe arbeitendes Vakuumgefäss   kann entweder durch periodisches Verändern des Druckes in dem stationär über dem Badspiegel des Metalls angeordneten und mit einem Rohrstutzen in das Metall tauchenden Behälter bewirkt werden oder bei gleichbleibendem Vakuum und höhenverstellbarem Gefäss durch Änderung des Abstandes zwischen dem Gefäss und dem Spiegel des im Schmelzofen befindlichen Metallbades. 
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 den kann, sind in den Fig. 1-6 schematisch dargestellt :
Fig. 1 zeigt einen zur metallurgischen Behandlung von Stahlschmelzen dienenden Lichtbogenofen 1, an den ein Vorherd 2 angeschlossen ist. 



  Ein stationäres, von einem Gerüst G getragenes   Vakuumgefäss 4 ! besitzt   einen Stutzen 3, der in die den Vorherd füllende Schmelze eintaucht. Mit   5   ist die zu einer nicht dargestellten Vakuumpumpe und mit 5a eine zu einem nicht gezeichneten Druckkessel führende Leitung bezeichnet. 



   Der   Vafkuumbehäker   ist in einem solchen Abstand ortsfest über dem Spiegel   5   des in dem 
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 rometrisches Gleichgewicht) bis auf den Badspiegel   52   in den evakuierten Behälter hineinhebt. Das In dem Vorherd 2 verbleibende Metall sinkt ! dabei auf den   Badspiegel S,. Für   eine Eisenschmelze beträgt der Wert b etwa 1, 4m. 



   Das Zurückgeben der dem Lichtbogenofen 1 in dieser Weise entnommenen Metallmenge erfolgt bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung a dadurch, dass die von dem Gefäss 4 abgehende Vakuumleitung 5 geschlossen und die von einem Druckkessel kommende Leitung 5a geöffnet wird, 

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 so dass das Gefäss 4 nun unter einen den Atmosphärendruck   übersteigenden   Druck kommt. Das aus Ansaugen und Auspressen bestehende Pumpenspiel kann während der metallurgischen oder wärmetechnischen Behandlung der Schmelze im Lichtbogenofen 1 beliebig oft wiederholt werden. 



   Die Pumpenarbeit des Gefässes 4 kann aber auch anders, nämlich mit einem in dem Gefäss ständig aufrecht erhaltenen Vakuum durchgeführt werden. Dann muss das Gefäss aber höhenveränderlich aufgestellt sein. Diese Arbeitsweise sei an den schematischen Darstellungen der   Fig. 2   und 3 erläutert :
In der in Fig. 2 gezeichneten Stellung des unter Vakuum   befindlichen   Gefässes 4 hat der Atmosphärendruck durch den Rohrstutzen 3 eine Teilmenge der Stahlschmelze L um die Höhe   h   = etwa 1, 4 m aus dem Vorherdbehälter 2 auf den Badspiegel B in das evakuierte Gefäss 4 befördert. Wenn nun das Gefäss 4 in die in Fig. 3 gezeichnete Stellung angehoben wird, dann fliesst sein Inhalt so lange in den Vorherdbehälter 2 
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 bracht wird.

   Die Pumpenarbeit des Gefässes kann also auch   bei Aufrechterhaltung. des   Vakuums in ihm und ohne Erhöhung des Druckes durch einfache Höhenverstellung des Gefässes durchgeführt werden. 



   Die kinetische Energie des aus dem Vakuumgefäss zurückströmenden Metallstrahles bringt das 
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 Bewegung. Ihre Intensität wird durch die Menge des jeweils entnommenen Metalls, die Häufigkeit des Pumpens und durch die Geschwindigkeit'bestimmt, mit der das entnommene Metall wieder in den Behandlungsofen   zurück, befördert   wird. 



  Letztere lässt sich durch den Überdruck im Vakuumgefäss oder über die Geschwindigkeit steuern, mit der das Gefäss zum Zweck seiner Entleerung angehoben wird. 



   Auch die Richtung der Badbewegung lässt sich durch die Vakuumpumpe beeinflussen, z. B. durch die Ausbildung des an das Vakuumgefäss angeschlossenen Ein- und Auslassstutzens, der gerade, schräg oder gekrümmt zur Achse des Schmelzofen verlaufen kann. Darüber hinaus kann der aus dem Vakuumgefäss austretende Strahl auch durch die Gestalt des Ofenherdes 
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 anzuschliessende Leitkorperlenkt werden :
Die Fig. 4 und 5 der Zeichnung zeigen einen senkrechten und waagrechten Schnitt durch einen Herdofen H, mit dem der Vakuumbehälter 6 zusammenarbeitet.   Der'Behälter   steht heb- und senkbar auf der Platte 7 eines hydraulischen Kolbens   8,   der sich im Zylinder 9 bewegt und in   bekannter Weise gesteuert werden kann.

   Im Bereich seines Bodens tritt aus dem Vakuumbehäl-   ter 6 der   Ein- und Auslassstutzen 10   aus, u. zw. gegen die   Oberfläche   des Metallbades zu geneigt. 



  Auf das freie Ende des Stutzens ist ein   Ibogenför-   miger Leitkörper 11 aus feuerfestem Werkstoff aufgesetzt. Durch den geneigten Verlauf, des Rohrstutzens 10 und den Leitkörper 11 wird das aus dem Vakuumbehälter 6 zurückgepumpte Metall in der gewollten Weise in das Schmelzbad   zurückgepumpt,   das dabei in Richtung des Pfeiles 12 in Bewegung versetzt wird. 



   Nach der bisherigen Ansicht soll die Badtiefe der üblichen Herdfrischöfen, z. B. von Siemens- 
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Lichtbogenöfen, höchstens 1Fassungsvermögen bis zu etwa 500 t kann sie et- wa   1, 4m.   gross sein. Grössere Badtiefen ergeben bei der metallurgischen Arbeit unzuträgliche Kon-   zentrationsunterschiede.   So entstehen die bekannten flachen Herdformen und Ofen, die im Verhältnis zu den Füllgewichten grosse Abmessungen und damit grosse abstrahlende Flächen besitzen. 



  Durch das Zuschalten der   erfindungsgemässen     Pump- und Rühreinrichtung   wird es nun möglich, die Ofen mit wesentlich tieferen Herden auszustatten und auf diese Weise dann zu bedeutend grösseren Füllgewichten als bisher zu gelan- 
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Ein Herdofen dieser Art ist in Fig. 6 in senkrechtem Schnitt dargestellt :
An die Stelle des üblichen flachen Herdes hat der Ofen 13 einen tiefen muldenartigen Herd 14. Die Einrichtung und Wirkungsweise der mit dem   Of   en zusammenailbeitenden Vakuumpum-   penanlagen 5, 6, 7,   8,   9 und 10 entspricht der in der Fig. 4 beschriebenen Anlage. Die sich bei ihrer Arbeit ergebende Badströmung ist mit dem Pfeil 15 angedeutet.   Auchbei grossen Gefässtiefen   von z. B. 3 m bleibt der die Vakuumpumpe verlassende Metallstrahl in sich geschlossen.

   Er gelangt praktisch unzerteilt zum Boden des Her- 
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Beim Verfahren nach der Erfindung können auch die Reaktionen zwischen einem in dem 
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 werden. Da das unter dem Schlackenspiegel abgezogene Metall in dem Vakuumpumpengefäss auch entgast wird,   ergibr die Pumpenarbeit für@   sich allein bereits eine ganz erhebliche Verbesserung der Eigenschaften des Metalls, das in seinem   Herdoen   dann unter lebhafter Bewegung durch an sich bekannte Schlackenbehandlungsverfahren rasch weiter und vollkommen gefeint] werden ! kann. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Erzeugung von Badbewegungen in flüssigen Metallen, dadurch gekennzeichnet, dass von einem sich in einem Schmelz- und Feinungsofen befindlichen und dort unter Nor- maldruck metallurgisch behandelten Metallbad während dieser Behandlung periodisch Teilmen- <Desc/Clms Page number 3> EMI3.1 Energie und in solcher Richtung wieder an das Schmelzbad zurückgegeben werden, dass das in dem Schmelz- und Feinungsofen zurückgebliebene Metall während seiner Behandlung in eine gewollte Umlaufbewegung versetzt wird.

   2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Badspiegel (S) des in einem EMI3.2 Boden ein in die Metallschmelze eintauchender Rohrstutzen (3) abgeht, in einer solchen Höhe ortsfest (stationär) angeordnet ist, dass der in dem Schmelz- und Feinungsofen auf den Badspiegel des Metalls wirkende Atmosphärendruck einen Teil des flüssigen Metalls in das unter Vakuum stehende Gefäss hereinheben kann und in den oberen Abschnitt des Gefässes (4) zwei abschliessbare Rohrleitungen (5, 5a) münden, von denen die eine mit einer Vakuumpumpe und die andere mit einem Druckkessel in Verbindung steht.

   3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Badspiegel (S) des in einem Schmelz- und Feinungsofen (13, H), befindlichen Metalls ein vakuumdichtes Gefäss (6), von dessen Boden ein in die Metallschmelze eintauchender Rohrstutzen (10) abgeht, dergestalt höhenveränderlich angeordnet ist, dass der in dem Schmelz- und Feinungsofen/J, auf den Badspiegel des Metalls wirkende Atmosphärendruck einen Teil des flüssigen Metalls in das unter Vakuum stehende Gefäss (6) hineinheben kann, wenn sich das Gefäss in seiner unteren Stellung befindet und beim Anheben des Gefässes das in ihm enthaltene Metall wieder in den Schmelz-und Fe - nungsofen zurückfliesst.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Schmelz-und Feinungsofen (13, H) zusammenwirkende, in seiner Höhe verstellbare Vakuumbehälter (6) auf der Plattform (7) des Kolbens (8) einer hydraulischen Hebevorrichtung (9) angeordnet ist.

   5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in das Metall des Schmelz-und Feinungsofen (13, H) eintauchende Rohrstutzen (3, 10) des Vakuumbehälters (4, 6) an diesem schräg oder gekrümmt EMI3.3 geordnet ist.

   6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass an das freie, in das i Metallbad des Schmelz-und Feinungsofens (13, H) eintauchende Ende des mit dem Vakuumgefäss (4, 6) verbundenen Rohrstutzens (3) bogenförmige Leitkörper angeschlossen sind, die dem aus dem Vakuumbehälter (4, 6) austretenden I Metallstrahl beim Zurücklaufen in das Metall des Schmelz- und Feinung ofen eine gewollte Richtung geben.