<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Einrichtung zum Frischen von Roheisen
Beim Frischen von Roheisen wird reiner Sauerstoff auf das geschmolzene Eisen aufgeblasen. Die Be- wegung des Schmelzgutes wird hier im wesentlichen durch die eintretende CO-Bildung hervorgerufen.
Beim Frischen von phosphorreichem Roheisen nach diesem Verfahren zeigt sich, dass ein beträchtlicher Eisenanteil in die Schlacke aufgenommen wird. Es ist weiters bekannt, das Frischen in einem schräg oder horizontal liegenden Konverter durchzuführen und diesen um seine Längsachse zu drehen, wodurch zusätzlich zu der erstgenannten Badbewegung eine Bewegung des Schmelzgutes durch die Drehung des Schmelzgefässes erzwungen wird. Durch diese zusätzliche Bewegung des Schmelzgutes wird erreicht, dass die Oxydation der Eisenbegleiter, insbesondere von Phosphor und Schwefel, früher einsetzt und der Verschlackungsprozess beschleunigt wird.
Bei Beendigung der Sauerstoffaufblasung weist dann das Schmelzgut einen noch verhältnismässig hohen Kohlenstoffgehalt auf und es ist gleichzeitig nur wenig Eisen in die Schlacke übergegangen. Das Drehen des Schmelzgefässe : hat jedoch mehrere Nachteile. Es ist der konstruktive Aufwand und auch der Raumbedarf für die Bewegungseinrichtungen sehr gross und diese werden insbesondere bei grossen Schmelzgefässen sehr schwer. Die Bewegungseinrichtungen müssen nämlich nicht nur ein Drehen, sondern auch ein Kippen des Schmelzgefässes ermöglichen, um es entleeren zu können.
Weiters wird die Haltbarkeit der feuerfesten Auskleidung des Schmelzgefässes durch die Erschütterungen bei der Rotation ungünstig beeinflusst. Schliesslich ist auch die Beeinflussung der Bewegung des Schmelzgutes z. B. im Sinne einer Verstärkung oder einer Verminderung bei Drehung des Schmelzgefässes nur durch Drehzahlregelung durchführbar.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde bereits vorgeschlagen, die bei den bekannten kernlosen Induktionsschmelzöfen infolge des magnetischen Kraftfeldes der den Ofen umgebenden Spule im Schmelzgut hervorgerufenen elektrodynamischen Kräfte zur Bewegung des flüssigen Schmelzgutes auszunützen.
Fig. 1 und Fig. 2 der Zeichnung stellen zwei verschiedene Schnitte durch einen bekannten Induktionsofen mit tiegelförmigem Schmelzgefäss 1 dar, das von einer Induktionsspule 2 umschlossen ist. 3 sind Rückschlussjoche für das ausserhalb der Spule 2 verlaufende Magnetfeld. Das Schmelzgefäss 1 ist zylindrisch oder leicht konisch ausgeführt und weist eine Helmabdeckung 4 mit der Einblasöffnung für eine Sauerstofflanze 5 sowie für das Chargieren und das Entweichen der Abgase auf. 6 ist eine äussere Metallbewehrung für die Ofenausmauerung und die Induktionsspule 2 mit den Rückschlussjochen 3. Der Verlauf der Bewegung des Schmelzgutes infolge der von der Induktionsspule 2 bewirkten elektrodynamischen Kräfte ist durch Pfeile 7 angedeutet, die auftretende Badüberhöhung ist in der Fig. 1 eingezeichnet.
Die Bewegung des Schmelzgutes erfolgt in einer im wesentlichen vertikalen Ebene durch die Achse der Induktionsspule 2. Durch die Badbewegung wird dem nur auf einen Teil der Badoberfläche wirkenden Sauerstoffstrahl ständig neues Metall zugeführt und die Reaktionsgeschwindigkeit dadurch erhöht.
Andere bekannte Einrichtungen zur Erzeugung induktiver Rührkräfte weisen kompliziertere und daher ungünstiger Formen für Schmelzgefässe und Wicklungen auf, ohne die Rührwirkung irgendwie zu verbessern.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Frischen vou Roheisen durch Sauerstoffaufblasung mit zusätzlich erzwungener Bewegung des Schmelzgutes durch in diesem induktiv hervorgerufene elektrodynamische Kräfte. Eine bessere Durchmischung des Schmelzbades wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren unter Vermeidung der oben genannten Nachteile dadurch erreicht, dass das Schmelzgut während
<Desc/Clms Page number 2>
der Sauerstoffaufblasung mit Hilfe eines magnetischen Drehfeldes mit vorzugsweise regelbarer Feldstärke im Schmelzraum in kreisende Bewegung versetzt und mit Hilfe der an sich bekannten Rührwirkung eines magnetischen Wechselfeldes bzw.
eines pulsierenden Magnetfeldes mit vorzugsweise regelbarer Feldstärke wenigstens-einer das ganze Schmelzgefäss oder einen Teil dieses Gefässes umschliessenden Induktionsspule in zur kreisenden Bewegung im wesentlichen senkrechter Richtung bewegt wird. In Ausgestaltung des er-
EMI2.1
laufes intermittierend durch wiederholtes Zu- oder Abschalten des felderzeugenden Stromes zur Wirkung kommt. Die Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit erfolgt durch die steuerbare Bewegung des
Schmelzgutes, wobei in regelbarer Weise laufend neue Schmelzmasse dem Sauerstoffstrom zugeführt wird.
Da es beim erfindungsgemässen Sauerste ffaufblasverfahren primär auf die durch Induktion hervorgeru- fenen elektrodynamischen Kräfte zur Bewegung des Schmelzgutes ankommt, ist die durch die Induktion dem Schmelzgut zugeführte Wärmeenergie von untergeL- : dneter BedeutUng. Es kann sogar, um Überhit- zungen zu vermeiden, vorteilhaft sein, das Schmelzgefäss bzw. die Schmelze während der Sauerstoffbe- aufschlagung zu kühlen. Diese Kuhlung kann aber auch nach Abschalten der induzierenden Felder zur
Ausübung veränderlicher Kühleffekte auf das Schmelzgut verwendet werden.
Nähere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand der Fig. 3 - 6 der Zeichnung besprochen, die zwei Ausführungsbeispiele für Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Ver- fahrens zeigen. Die Fig. 3 und 4 stellen zwei verschiedene Schnitte durch ein tiegelförmiges Schmelz- gefäss 1 dar, das von einer Induktionsspule 2 umschlossen ist. Die magnetischen Rückschlussjoche sind wieder mit 3, die Helmabdeckung mit 4, die Sauerstofflanze mit 5 und die äussere Metallbewehrung mit
6 bezeichnet. Zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes ist ein Polring 8 mit ausgeprägten bewickelten Polen 9 vorgesehen.
Bei Anschluss der Polwicklungen an ein Dreiphasennetz entsteht ein magnetisches Drehfeld, das im Inneren des Schmelzgutes elektrodynamische Kräfte hervorruft, die eine kreisende Bewegung des Schmelzgutes um die vertikale Achse des Schmelzgefässes 1 bewirken. Die Anordnung von mehr als drei Polen und der Anschluss an ein entsprechendes Mehrphasennetz ist dabei ebenfalls möglich.
Das Schmelzgefäss kann in bekannter Weise um eine horizontale Achse kippbar angeordnet sein, um das Abgiessen des Schmelzgutes nach erfolgter Blasbehandlung zu ermöglichen. Der Kippmechanismus ist hier nicht dargestellt.
Die Erzeugung eines Drehfeldes ist ebenso durch die Anordnung eines oder mehrerer ringförmiger Magnetkerne aus lamelliertem Blech mit bewickelten Jochen oder Polen bei entsprechender Speisung der Wicklungen möglich. Die Induktionswicklung besteht vorzugsweise aus einem Röhrensystem, das von einer Kühlflüssigkeit durchflossen wird, so dass auf das Schmelzgut ein veränderlicher Kühleffekt ausge- übt werden kann.
Durch die Kombination der Badbewegung zufolge eines Dreh- und eines Wechselfeldes ergibt sich eine wesentlich bessere Durchmischung des Schmelzbades als bei der Anwendung eines Feldes allein, da z. B. ein Drehfeld allein nur eine kreisende Bewegung des Schmelzbades verursachen würde, eine Induktionsspule allein aber, wie in Fig. 1 dargestellt, nur eine gute Durchmischung für die untere und die obere Hälfte des Schmelzgutes infolge des verhältnismässig geringen Materialaustausches zwischen diesen beiden Zonen bewirkt und das in der unteren Hälfte des Schmelzgefässes befindliche Schmelzgut nur schwer an die Badoberfläche bringen würde. Die Einwirkung des Sauerstoffes ist auf einen Teil der Badoberfläche begrenzt und in diesem Teil läuft die Reaktion zwischen elementarem Sauerstoff und Metall mit hoher Geschwindigkeit ab.
Es ergibt sich dabei in bekannter Weise eine gewisse Badbewegung durch die CO-Bildung in der primären Reaktionszone, diese Badbewegung wird aber durch die Wirkung der kombinierten Felder bedeutend verstärkt. Durch die Badbewegung wird dem nur auf einen Teil der Badoberfläche wirkenden Sauerstoffstrahl ständig neues Metall zugeführt. Durch eine Veränderung wenigstens eines der induzierenden Felder mit Hilfe des die Spule bzw. Wicklung speisenden Stromes ist es daher möglich, die Reaktionsgeschwindigkeit in weiten Grenzen zu beeinflussen. Insbesondere lässt sich ein wesentlich schnellerer Reaktionsablauf als bei den bekannten Verfahren erreichen, da durch die verstärkte Bewegung des Schmelzgutes auch eine Verstärkung der Schlackenreaktion hervorgerufen wird.
Die Eisenbegleiter Phosphor und Schwefel gehen sehr rasch in die Schlacke, bevor noch eine nennenswerte Oxydation des Eisens eingetreten ist. Die einfach durchführbare Regelung der Badbewegung durch mittels Induktion hervorgerufene elektrodynamische Kräfte gemäss der Erfindung ermöglicht auch die einfache Herstellung von hochwertigen Stählen aus flüssigem Roheisen und Schrottzugabe und erhöht die Treffsicherheit der Stahllegierung.
<Desc/Clms Page number 3>
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 und 4 wird der ganze Schmelzeinsatz von der Induktionsspule umschlossen. Es ist aber auch denkbar, die Induktionsspule so auszulegen, dass sie sich nur über einen Teil der Höhe des Schmelzbades, z. B. über den Bereich der Badoberfläche oder eventuell auch nur über die untere Hälfte des Schmelzraumes erstreckt, wodurch besondere Bewegungseffekte erzielt und damit besondere Einflüsse auf den Reaktionsablauf genommen werden können.
Die Fig. 5 und 6 der Zeichnung zeigen eine weitere Einrichtung zur Durchführung des erfindungsge- mässen Verfahrens für grosse Chargen in Längs- und Querschnitt. Das Schmelzgefäss 1 ist eine liegende
Trommel Auch bei einem derartigen trommelförmigen Schmelzgefäss können Polringe mit ausgeprägten bewickelten Polen oder Poljochen vorgesehen sein, die ein elektrisches Drehfeld erzeugen, so dass das
Schmelzgut in Umfangsrichtung der Trommel wirkende Kräfte erfährt. Beispielsweise sind zwei Polringe 8 mit ausgeprägten bewickelten Polen 9 vorgesehen.
Die zu den in Umfangsrichtung verlaufenden Kräften, die durch einen Pfeil in Fig. 6 angedeutet sind, im wesentlichen senkrechten Kräfte werden durch zu bei- den Seiten der Einfüllöffnung angeordnete Induktionsspulen 10,11, 12 und 13 hervorgerufen, die durch letztere entstehenden Bewegungen im Schmelzgut sind schematisch bei 14 in Fig. 5 angedeutet. Der
Sauerstoff zum Frischen des Roheisens wird durch mehrere Lanzen 15 zugeführt, die gegen verschiedene
Stellen der Badoberfläche gerichtet sind und den gesamten Badinhalt infolge der grossen Badoberfläche schneller der gewünschten Reaktion unterwerfen. Nach der Sauerstoffbehandlung kann das Schmelzgut aus der Ausgussöffnung 16 durch Drehen der Trommel um ihre Längsachse entleert werden. Die dafür erforder- lichen Rollen sind mit 17 und 18 angedeutet.
Auch hier ist der Aufbau der Induktionsspulen aus Hohlleitern, die von einem Kühlmittel durchströmt werden können, möglich, so dass zusätzlich Kühleffekte auf das Schmelzgut ausgeübt werden können.
Zur Speisung der Induktionsspule (i ;)) und der bewickelten Pole kann vorteilhaft Wechselstrom einer Frequenz von 50 Hz dienen. Es ist aber auch möglich, einen Wechselstrom kleinerer oder auch grösserer Frequenz anzuwenden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Frischen von Roheisen durch Sauerstoffaufblasung mit zusätzlich erzwungener Bewegung des Schmelzgutes durch in diesem induktiv hervorgerufene elektrodynamische Kräfte, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzgut während der Sauerstoffaufblasung mit Hilfe eines magnetischen Drehfeldes mit vorzugsweise regelbarer Feldstärke im Schmelzraum in kreisende Bewegung versetzt und mit Hilfe der an sich bekannten Rührwirkung eines magnetischen Wechselfeldes bzw. eines pulsierenden Magnetfeldes mit vorzugsweise regelbarer Feldstärke wenigstens einer das ganze Schmelzgefäss oder einen Teil dieses Gefässes umschliessenden Induktionsspule in zur kreisenden Bewegung im wesentlichen senkrechten Richtung bewegt wird.