Verfahren und Einrichtung zum Aufheizen Schmelzen durch exotherme Reaktionen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufhei zen von metallischen Schmelzen durch exotherme Re aktionen. Dieses Verfahren bezweckt das Aufheizen von Schmelzen, welche sich z. B. in einem nicht heiz baren Behälter, z. B. in einer Transportpfanne, Giess form usw. befinden.
Die nachträgliche Aufhetzung von Schmelzen er folgt in bekannter Weise mit elektrischer Energie, sei es über Widerstand, Induktion, Lichtbogen und andere Methoden. Wenn jedoch eine Schmelze aus dem Schmelzaggregat abgestochen worden ist, ist eine nach trägliche Aufhetzung derselben mit elektrischer Energie äusserst schwierig und teuer und kann nur mit auf wendigen Einrichtungen durchgeführt werden. Es ist daher in der Schmelzereipraxis die Aufgabe gestellt, mit einer einfachen Einrichtung eine abgekühlte Schmelze rasch aufheizen zu können.
Es ist bekannt, Schmelzen zum Zwecke der Rei nigung mit über der Schmelze befindlichen oder in die Schmelze getauchten Lanzen mit Sauerstoff zu bla sen, wobei gleichzeitig eine Erhitzung der Schmelze erfolgt. Mit dem Einblasen von Sauerstoff in eine Schmelze steigt der Sauerstoffgehalt derselben, wobei wesentliche Bestandteile der Schmelze oxydiert werden und in die Schlacke aufsteigen. Durch eine anschliessende Behandlung mit desoxydierenden Metallen, z. B. Sili zium, Mangan, Aluminium und anderen, muss der hohe Sauerstoffgehalt der Schmelze wieder herabgesetzt wer den.
Die in die Schlacke gestiegenen, verbrannten Le gierungselemente müssen desgleichen durch Desoxyda- tion zurückgewonnen oder ersetzt werden. Der Zweck- des Sauerstoffblasens ist in diesen Fällen jedoch nicht die Erhitzung der Schmelze, wobei gleichzeitig eine teilweise Verbrennung der Schmelze stattfindet, sondern die Entfernung von unerwünschten Legierungselemen ten, wie z. B. überschüssiges Aluminium, Kohlenstoff und andere.
Es ist bekannt, Schmelzen mit Hilfe einer Stich flamme, welche durch Verbrennung von<B>öl</B> oder an deren Heizstoffen mit reinem Sauerstoff erzeugt wird, aufzuheizen. Die Verbrennungsprodukte, die dabei ent stehen, sind Wasserdampf und Kohlensäure (C0->). Eine solche Art der Aufhetzung führt jedoch zur Anrei cherung, vor allem von Wasserstoff und Sauerstoff in Schmelzen und ist für empfindliche Schmelzen, wie z. B. Stahlschmelzen, die kurz vor dem Vergiessen ste hen, nicht anwendbar, da die Schmelzen nach einer derartigen Aufhetzung meist porig und blasig werden.
Die Erfindung bezweckt, zum Aufheizen der Schmelze einen Verbrennungsprozess einzusetzen, bei welchem die Verbrennungsprodukte Stoffe sind, die keine Aufgasung oder Verschlechterung der Schmelze bewirken.
Es sind ferner exotherme Reaktionsmassen, beispiels weise Mischungen von Eisenoxyd und Magnesiumpul- ver, sogenannte QAntilunkermittel , bekannt, welche zur Aufhetzung von Aufgüssen verwendet werden. Solche Massen werden nicht mit reinem Sauerstoff, sondern mit Oxydträgern zur Reaktion gebracht. Eine kontrol lierte und im Sinne der Anmeldung regulierbare und an einem Ort konzentrierte Wärmeentwicklung ist mit solchen uAntilunkermittelnu nicht durchführbar. Ele mentarer Sauerstoff gibt die höchste Wärmebilanz.
Das Aufheizen von Schmelzen wird gemäss vor liegender Erfindung dadurch gelöst, dass Sauerstoff und Metalle gleichzeitig an den Reaktionsort zugeführt wer den, wobei einstellbare Regelelemente die Mengen der beiden Stoffe in der Weise regeln, dass die ganze Menge des zugeführten Sauerstoffs durch die zugeführten Me talle gebunden wird.
Erfindungsgemäss ist es möglich, den Austritt der Zuführungseinrichtung von Sauerstoff und wärmeabge benden Metallen über der Badoberfläche der Schmelze anzuordnen, so dass die Reaktion an der Oberfläche der Schmelze abläuft. Die dabei in grösseren Stücken oder in Pulverform anfallenden Oxyde können durch eine gleichzeitige, in einem bestimmten Verhältnis zu den zugesetzten Reaktionsstoffen stehende Zugabe von Flussmitteln in eine flüssige, gut abschöpfbare oder ab- giessbare Schlacke umgewandelt werden.
Da ein sol- cher, bei hohen Temperaturen ablaufender Aufheiz- prozess mit einer starken Dampf-, Rauch- und Staub entwicklung verbunden ist, ist es notwendig, diesen mit einer Absaugung der entstehenden dampfförmigen und staubförmigen Reaktionsprodukte zu kombinieren, wobei diese in ihrer Absaugleistung genau auf die Prozessführung abgestimmt werden muss, da ein Zuviel zu einer Abkühlung bzw. Oxydation der Schmelze füh ren kann.
Soweit Desoxydationsstoffe, die bei Berührung mit einer Metallschmelze verdampfen (wie z. B. Calcium und Magnesium bei Kontakt mit einer Stahlschmelze) verwendet werden, bilden diese eine mit dem zuge führten Sauerstoff sich gut mischende Atmosphäre, wel che unter Entwicklung besonders hoher Temperaturen schlagartig reagiert. Es ist möglich, bei verdampfenden Metallen nach der Zündung die Reaktion so ablaufen zu lassen, dass diese nach Eindringen in die hocher hitzte Reaktionszone verdampfen und somit eine Hoch temperatur-Flammenzone aufrechterhalten werden kann, ohne dass die für die exotherme Reaktion notwendigen Metalle die Schmelze berühren müssen.
Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele des Verfahrens, und zwar Fig. 1 ein erstes Ausführungs beispiel mit Reaktionsablauf unter der Badoberfläche, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit Reaktions ablauf unmittelbar an der Badoberfläche und Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel, ähnlich dem in Fig. 2 gezeigten, mit zusätzlichen Einrichtungen zur Absau- gung von Gasen, Dämpfen und Staub, sowie einer Lanze zur gleichzeitigen Spülgasbehandlung.
In Fig. 1 ist eine Schmelze 1 in einem Behälter 29 vorhanden. Mit 2 ist ein Metallstrang bezeichnet, wel cher durch eine Vorschub-Vorrichtung 7 an die Aus trittsstelle 3 befördert werden kann. Unter den Be griff Metall fallen z. B. Calcium, Magnesium, Alumi nium, Cer, Mangan, Silicium bzw. deren Mischungen, Legierungen oder Verbindungen. Durch die Zuleitung 8 wird gasförmiger oder flüssiger Sauerstoff eingeleitet, welcher über den Vorraum 15 und die Zuführung 4 ebenfalls an die Austrittssteile 3 geleitet wird. Die feuer feste Schutzhülle 5 umgibt den Zwischenraum 4 und schützt die darin enthaltenen Metallteile gegen die Hitze einwirkung der Schmelze.
In Fig. 1 ist ferner eine Zuführungseinrichtung für Flussmittel schematisch dargestellt. 11 ist ein Vor ratsbehälter, aus welchem durch die Abmessvorrichtung 10 Flussmittel in abgemessenen Mengen über die Zu leitung 9 auf die Oberfläche der Schmelze gebracht werden können. Es ist auch möglich, die Zuführungs leitung 9 direkt in den Raum 15 münden zu lassen, so dass die Flussmittel gleichzeitig mit dem Sauerstoff in die Reaktionszone gebracht werden.
Das erste Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 ar beitet wie folgt: Durch die Zuleitung 8 wird Sauerstoff eingeführt, dessen Menge über das Regelventil 22 ein gestellt werden kann. Gleichzeitig wird die Vorschub einrichtung 7 eingeschaltet, welche über eine Regel einrichtung 23 gesteuert werden kann. Zum Beispiel kann hier ein stufenloses Getriebe verwendet werden, das einen beliebig einstellbaren Vorschub des Metall stranges gestattet.
Das Verhältnis der Zugabe von Sauer stoff und Metall kann an Steuerkasten 24 über ein stellbare Knöpfe 26 vorgewählt werden. Über einen Knopf 25 kann die Gesamtwärmeleistung der Auf- heizvorrichtung je nach Bedarf eingestellt werden. 27 ist die elektrische Stromzuleitung für die Steuerung der Regelelemente.
Beim Einsetzen der ganzen Einrichtung in das Bad zündet der Strang 2 mit dem zugeführten Sauerstoff und erzeugt dadurch an der Stelle 3 einen hocher hitzten Raum 6. Die dabei entstehenden hocherhitzten Oxyde gelangen in die Schmelze und steigen in dieser an die Oberfläche, wo sie sich pulverförmig oder flüssig oder in Form von festen Massen ausscheiden.
Soweit es zweckmässig ist, Schlackenbestandteile auf der Badoberfläche in flüssige Schlacke umzuwandeln, können durch die Zuleitung 9 Flussmittel zugesetzt wer den. Die Zugabe der Flussmittel wird erfindungsgemäss gleichfalls durch die gemeinsame Regeleinrichtung 24 gesteuert. 28 veranschaulicht die elektrischen Steuer leitungen zu den einzelnen Zugabeeinrichtungen, wel che in die gemeinsame Regeleinheit 24 münden.
Als Flussmittel können z. B. Halogenide (Kryolith) oder Oxyde (Quarzmehl, Glasstaub) verwendet werden. Über die Zuleitung 9 können auch gasförmige oder flüssige Halogene, wie z. B. Chlor oder Halogenide wie Silizium-Tetrafluorid, Fluor-Chlorkohlenstoff und andere, zugeführt werden, welche mit den zugeführten Metallen zu Flussmitteln reagieren.
Anstelle der in Fig. 1 dargestellten Zuführungseinrichtung für Flussmittel, wel che direkt auf die Badoberfläche gerichtet ist, kann eine Einrichtung verwendet werden, deren Leitung 9 in den Raum 15 über der Sauerstoffzuleitung 4 mün det. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn Ge fahr besteht, dass die Austrittsstelle 3 durch Oxyde verstopft wird.
Im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 sind die Schmelze 1, der Strang 2 und die Austrittsstelle 3 darin unter schiedlich von Fig. 1, dass sich die Austrittsstelle 3 über der Badoberfläche befindet. Die Vorschubvor- richtung 7/23 und die Sauerstoffzuführung 822 sind praktisch analog der Einrichtung von Fig. 1 ausge bildet. Anstelle der feuerfesten Umkleidung 5 von Fig. 1 ist in Fig. 2 ein wassergekühlter Mantel 14 dargestellt. Die Wasserzuleitung 12 und die Wasserableitung 13 sind schematisch eingezeichnet.
Die Zuführungseinrich tung 9, 10, 11 für Flussmittel ist analog Fig. 1 aus gebildet.
Die Einrichtung gemäss Fig. 2 arbeitet grundsätzlich gleich wie diejenige von Fig. 1, mit dem Unterschied, dass die wärmeabgebende Reaktion über der Badober- fläche erfolgt.
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist bezüglich der Einführung von Sauerstoff und Reaktionsstoffen analog Fig. 2 gezeichnet und numeriert. Zusätzlich zu den in Fig. 2 vorhandenen Einrichtungen ist bei die sem Ausführungsbeispiel eine Zuführung 20 für Inert- gase (Argon) vorgesehen.
Mit einer Zuführung von Inertgasen kann eine Rührbewegung der Schmelze be- wirkt werden, so dass die hocherhitzten Teile der Schmelze aus der oberen Zone in untere Zonen ge rührt werden, was eine bessere Wärmeausnützung und Verteilung bewirkt. Ferner ist in Fig. 3 eine Glocke 16 schematisch dargestellt, welche den unteren Teil der Zuführung von Sauerstoff und Reaktionsstoffen um aibt. Diese wird über die Leitung 17 mit einem Filter 19 sovxze mit einer Saugpumpe 21 verbunden.
Durch ein Regelelement 18 kann die Absaugleistung gere gelt werden und dadurch dem Reaktionsverlauf ange passt werden. Dieses Regelelement kann in Wirkungs verbindung mit der Zugabevorrichtung 7 oder der Sauer stoffzugabe 8 gebracht werden. Der Vorteil dieser Einrichtung besteht vor allem darin, dass man auf diese Art eine verhältnismässig einfache, transportable Einrichtung erhält, welche es gestattet, einen je nach Bedarf einstellbaren Aufheiz- prozess durchzuführen. Es kann damit z. B. eine ge naue Giesstemperatur einer Schmelze in der Pfanne eingestellt werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Aufhetzung nach diesem Verfahren gleichzeitig oder im Anschluss an wärmeverbrauchende Behandlungen von Schmelzen durchgeführt werden kann. Wird eine sol che Behandlung gleichzeitig mit einer Spülgasbehand- lung, z. B. Argonspülung, durchgeführt, so erhält man eine wirksame Entgasung der Schmelze, ohne dass die Schmelze abkühlt.
Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass gleichzeitig mit der Aufhetzung eine wirksame Ent schwefelung von Schmelzen durchgeführt werden kann. Wenn z. B. ein Teil der Aufhetzung mit metallischem Calcium erfolgt, so reagiert dieses zu Calciumoxyd, welches bei den hohen Temperaturen des Prozesses eine Entschwefelung der Schmelze bewirkt. Es ist auch möglich, gleichzeitig mit den Flussmitteln Stoffe zuzu setzen, welche eine Entschwefelung begünstigen.