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.
Method and device for heating melting by exothermic reactions The invention relates to a method for heating metallic melts by exothermic reactions. The purpose of this process is to heat melts, which z. B. in a non heiz ble container such. B. in a transport pan, mold, etc. are located.
The subsequent heating of melts he follows in a known manner with electrical energy, be it via resistance, induction, arcing and other methods. However, if a melt has been tapped from the melting unit, a subsequent heating up of the same with electrical energy is extremely difficult and expensive and can only be carried out with on agile facilities. It is therefore the task of smelting practice to be able to quickly heat a cooled melt with a simple device.
It is known that melts can be blown with oxygen for the purpose of cleaning with lances located above the melt or immersed in the melt, with the melt being heated at the same time. When oxygen is blown into a melt, the oxygen content of the melt increases, with essential components of the melt being oxidized and rising into the slag. Subsequent treatment with deoxidizing metals, e.g. B. silicon, manganese, aluminum and others, the high oxygen content of the melt must be reduced again who the.
The burnt alloy elements that have risen into the slag must also be recovered or replaced by deoxidation. The purpose of the oxygen blowing in these cases is not the heating of the melt, at the same time a partial combustion of the melt takes place, but the removal of undesired Alierungselemen th such. B. Excess aluminum, carbon and others.
It is known that melts can be heated with the aid of a jab flame, which is produced by burning oil or other heating materials with pure oxygen. The combustion products that arise are water vapor and carbonic acid (C0->). However, such a kind of Aufhetzung leads to enrichment, especially of hydrogen and oxygen in melts and is for sensitive melts such. B. steel melts that are about to be cast hen, not applicable, since the melts are usually porous and blistered after such incitement.
The aim of the invention is to use a combustion process for heating the melt, in which the combustion products are substances which do not cause any gasification or deterioration of the melt.
There are also exothermic reaction masses, for example mixtures of iron oxide and magnesium powder, so-called QAntilunkermittel, known, which are used to stir up infusions. Such masses are not made to react with pure oxygen, but with oxide carriers. A controlled heat generation that can be regulated in the sense of the application and is concentrated in one place is not feasible with such anti-leak agents. Elementary oxygen gives the highest heat balance.
According to the present invention, the heating of melts is achieved by supplying oxygen and metals to the reaction site at the same time, adjustable control elements regulating the amounts of the two substances in such a way that the entire amount of oxygen supplied is bound by the supplied metals becomes.
According to the invention, it is possible to arrange the outlet of the supply device for oxygen and heat-emitting metals above the bath surface of the melt, so that the reaction takes place on the surface of the melt. The oxides obtained in larger pieces or in powder form can be converted into a liquid, easily skimmable or pourable slag by simultaneously adding fluxes in a certain proportion to the added reactants.
Since such a heating process, which takes place at high temperatures, is associated with a strong generation of steam, smoke and dust, it is necessary to combine this with an extraction of the resulting vaporous and dusty reaction products, whereby these are precisely extracted in terms of their extraction performance must be coordinated with the process management, since too much can lead to a cooling or oxidation of the melt.
If deoxidizing substances are used that evaporate when they come into contact with molten metal (such as calcium and magnesium when they come into contact with molten steel), they form an atmosphere that mixes well with the supplied oxygen and reacts suddenly with the development of particularly high temperatures . In the case of vaporizing metals, after ignition, it is possible to allow the reaction to proceed in such a way that they vaporize after entering the highly heated reaction zone and thus a high-temperature flame zone can be maintained without the metals necessary for the exothermic reaction touching the melt have to.
The drawings show exemplary embodiments of the method, namely Fig. 1 a first embodiment example with a reaction sequence under the bath surface, Fig. 2 a second embodiment with a reaction sequence directly on the bath surface and Fig. 3 a third embodiment, similar to that shown in FIG , with additional equipment for the extraction of gases, vapors and dust, as well as a lance for simultaneous purge gas treatment.
In FIG. 1, a melt 1 is present in a container 29. With a metal strand 2 is referred to, wel cher by a feed device 7 to the exit point 3 from can be conveyed. The term metal includes z. B. calcium, magnesium, Alumi nium, cerium, manganese, silicon or their mixtures, alloys or compounds. Gaseous or liquid oxygen is introduced through the feed line 8, which is also fed to the outlet parts 3 via the antechamber 15 and the feed line 4. The fire-resistant protective cover 5 surrounds the space 4 and protects the metal parts contained therein against the heat of the melt.
In Fig. 1, a supply device for flux is also shown schematically. 11 is a storage container before, from which by the measuring device 10 flux can be brought in measured quantities via the line 9 to the surface of the melt. It is also possible to have the feed line 9 open directly into the space 15 so that the flux is brought into the reaction zone at the same time as the oxygen.
The first embodiment according to FIG. 1 ar processed as follows: Oxygen is introduced through the feed line 8, the amount of which can be set via the control valve 22. At the same time, the feed device 7 is switched on, which can be controlled via a control device 23. For example, a continuously variable transmission can be used here, which allows an arbitrarily adjustable feed of the metal strand.
The ratio of the addition of oxygen and metal can be selected on the control box 24 via an adjustable button 26. The total heat output of the heating device can be adjusted as required using a button 25. 27 is the electrical power supply for controlling the regulating elements.
When the entire device is inserted into the bath, strand 2 ignites with the supplied oxygen and thereby creates a highly heated space 6 at point 3. The resulting highly heated oxides enter the melt and rise to the surface, where they become powdery or in liquid or solid form.
As far as it is expedient to convert slag components on the bath surface into liquid slag, flux can be added through the feed line 9 to whoever. According to the invention, the addition of the flux is also controlled by the common control device 24. 28 illustrates the electrical control lines to the individual feed devices, which open into the common control unit 24.
As a flux z. B. halides (cryolite) or oxides (quartz powder, glass dust) can be used. Via the supply line 9, gaseous or liquid halogens, such as. B. chlorine or halides such as silicon tetrafluoride, fluorochlorocarbon and others are supplied, which react with the supplied metals to form fluxes.
Instead of the supply device for flux shown in Fig. 1, wel che is directed directly to the bath surface, a device can be used whose line 9 opens into the space 15 above the oxygen supply line 4 det. This is particularly advantageous when there is a risk that the exit point 3 will be blocked by oxides.
In the embodiment of FIG. 2, the melt 1, the strand 2 and the exit point 3 are different from FIG. 1 in that the exit point 3 is located above the bath surface. The feed device 7/23 and the oxygen supply 822 are designed practically analogously to the device of FIG. Instead of the refractory casing 5 from FIG. 1, a water-cooled jacket 14 is shown in FIG. The water supply line 12 and the water discharge line 13 are shown schematically.
The feed device 9, 10, 11 for flux is formed analogously to FIG. 1 from.
The device according to FIG. 2 works basically the same as that of FIG. 1, with the difference that the heat-emitting reaction takes place over the bath surface.
The embodiment of FIG. 3 is drawn and numbered analogously to FIG. 2 with regard to the introduction of oxygen and reactants. In addition to the devices in FIG. 2, a feed 20 for inert gases (argon) is provided in this exemplary embodiment.
A stirring movement of the melt can be effected by supplying inert gases, so that the highly heated parts of the melt are stirred from the upper zone into the lower zones, which results in better heat utilization and distribution. Furthermore, a bell 16 is shown schematically in FIG. 3, which covers the lower part of the supply of oxygen and reactants. This is connected to a suction pump 21 via the line 17 with a filter 19.
The suction power can be regulated by a regulating element 18 and thus adapted to the course of the reaction. This control element can be brought into action connection with the adding device 7 or the oxygen addition 8. The advantage of this device is, above all, that in this way a relatively simple, transportable device is obtained, which allows a heating process that can be adjusted as required to be carried out. It can thus z. B. a ge exact casting temperature of a melt in the pan can be set.
Another advantage is that heating can be carried out according to this process at the same time or after heat-consuming treatments of melts. If such a treatment is carried out simultaneously with a purge gas treatment, e.g. B. argon purging carried out, one obtains an effective degassing of the melt without the melt cooling.
Another advantage of this process is that an effective desulfurization of melts can be carried out at the same time as the heating. If z. B. part of the agitation takes place with metallic calcium, this reacts to calcium oxide, which causes desulfurization of the melt at the high temperatures of the process. It is also possible to add substances that promote desulfurization at the same time as the flux.