CH491203A - Method and device for the treatment, in particular cleaning, of molten metal - Google Patents

Method and device for the treatment, in particular cleaning, of molten metal

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CH491203A
CH491203A CH72868A CH72868A CH491203A CH 491203 A CH491203 A CH 491203A CH 72868 A CH72868 A CH 72868A CH 72868 A CH72868 A CH 72868A CH 491203 A CH491203 A CH 491203A
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CH
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melt
electrolyte
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stirring
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CH72868A
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Heinrich Dr Ing Ch Feichtinger
Borut Prof Dr Ing Che Marincek
Original Assignee
Heinrich Dr Ing Ch Feichtinger
Borut Prof Dr Ing Che Marincek
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D27/00Stirring devices for molten material

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

  

  Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung, insbesondere Reinigung, von     Metallschmelzen       Gegenstand vorliegender Erfindung sind ein Verfah  ren und eine     Vorrichtung    zur Behandlung, insbesondere       Reinigung    von Schmelzen, beispielsweise Stahl- und  Kupferschmelzen     zum    Zwecke der Entgasung, Ent  schwefelung und zur     Entfernung        unerwünschter        Begleit-          elemente.     



  Es sind chemische Verfahren bekannt, bei     welchen          Reaktionen    von Schmelzen mit Schlacken im Vorder  grund stehen. So werden z. B. bei Stahlschmelzen der  Schwefel sowie der Phosphor weitgehend über rein che  mische Schlackenreaktionen aus der Schmelze herausge  bracht. Sauerstoff wird über     Desoxydationsprozesse     ebenfalls teils über direkte Reaktionen mit Kohlenstoff  oder     mittels    metallischer     Desoxydationsmittel,    wie Sili  zium, Mangan,     Aluminium    usw. aus Stahlschmelzen ent  fernt.  



  Diese Verfahren können zwar mit einfachsten Mitteln  durchgeführt werden, sie erfordern jedoch eine grosse  Erfahrung. Ihre Schwäche liegt     in    einer Unsicherheit, da  die Schlackenreaktionen oft nicht genügend vollkommen  ablaufen und die Kontrolle dieser Prozesse zum grossen  Teil auf     subjektive    Beobachtungen beschränkt ist. Dazu  kommt, dass im Sinne des     Massenwirkungsgesetzes    der  Austausch der zu     entfernenden    Elemente in die Schlacke  abhängig ist von deren     Reaktionsfähigkeit    und Konzen  tration. Die Schlacke reichert sich an     Verunreinigungen     an und muss bei höheren     Anforderungen    öfters gewech  selt werden.  



  Im allgemeinen kommt man mit     der    Schlackenarbeit  nur bei hohen Temperaturen, grossen Austauschober  flächen und bei guter Verteilung zu guten Ergebnissen,  wie dies z. B. beim     Uchtbogenofen    der Fall ist. Eine  grosse, unter Normalatmosphäre stehende Oberfläche  birgt aber die Gefahr der     Aufgasung    der Schmelze in  sich. Der in bekannter Weise geschaltete Lichtbogen be  wirkt auch eine     Aufgasung    der Schmelze mit     ionisierten     Gasen.  



  In einem Induktionsofen sind die Schlackenarbeiten  im allgemeinen nicht gut durchführbar, weil die Tempe  ratur an der Oberfläche für wirkungsvolle     chemische       Schlackenreaktionen zu     niedrig    ist. Gerade der unter at  mosphärischen Verhältnissen arbeitende Induktionsofen,  der bei vielen Schmelzprozessen infolge seiner einfachen       Bedienbarkeit    grosse Vorteile bringt, wird dadurch, dass  er für normale Schlackenarbeit nicht gut     verwendbar    ist,  in seiner Einsatzmöglichkeit bei der     Erschmelzung    gewis  ser     Schmelzen,    insbesondere Stahlschmelzen, einge  schränkt.

   Wenn ein     Induktionsofen    unter Schutzgas ge  stellt wird oder dessen Schmelze mit Edelgas gespült  wird, führt dies zu keiner ausreichenden Entgasung.  



  Ein anderer Weg, um     Verunreinigungen,    insbesondere  gasförmige     Elemente,    oder Verbindungen aus Schmelzen  herausholen, geschieht mit Hilfe von Vakuum. Vakuum  verfahren     erfordern    teure Einrichtungen und Apparate.  Ihre Wirksamkeit ist nicht nur abhängig von Höhe und  Zeitdauer des einwirkenden Vakuums, sondern auch von  anderen Faktoren, wie z. B.     Temperaturführung,    Aus  mauerung usw., die gewisse Fehlermöglichkeiten in sich  schliessen.  



  Der Zweck des vorliegenden     Verfahrens    ist, ohne  Vakuum eine weitgehende Entgasung und Reinigung von  Schmelzen     durchzuführen.    Von bekannten Verfahren  unterscheidet sich das Verfahren gemäss der vorliegenden       Erfindung    dadurch, dass mindestens auf einem Teil der  Oberfläche der Schmelze eine Elektrolyse vorgenommen  wird,     bei    welcher die     Schmelze    als Kathode geschaltet ist  und eine aus     schmelzflüssigen    Elektrolyten gebildete  Schicht die Verbindung     zur    Anode     gibt,

      wobei die  Schmelze an der Grenzfläche zwischen Elektrolyt und  Schmelze durch     Rührung    in     dauerndem    Austausch und  kräftiger Bewegung gehalten wird.  



  Das Verfahren kann so durchgeführt werden, dass  die Zuführung des elektrischen Stromes zur Kathode bil  denden Schmelze über mindestens einen als Kathode ge  schalteten Lichtbogen     erfolgt.    Dabei ist es     zweckmässig,     wenn in den Raum, in welchem ein     Lichtbogen    brennt,  Edelgas eingeleitet     wird.     



  Die Erfindung umfasst     ferner    auch eine     Einrichtung     zur Durchführung des Verfahrens. Die Einrichtung ist ge  kennzeichnet durch eine auf der Schmelze     schwimmende         Schlackenschmelze, die mit einer als Anode ausgebilde  ten Elektrode in Verbindung steht, während die  Schmelze mit einer zweiten Stromzuleitung die Katho  de bildet, ferner, dass Mittel zum Rühren und Aus  wechseln der Schmelze im Bereich der Grenzfläche zwi  schen Schmelze und Elektrolyt angeordnet sind. Eine  besonders     zweckmässige    Vorrichtung der Erfindung  sieht vor, dass der Elektrolyt gegen die Schmelze durch  eine Trennwand abgegrenzt wird und über Öffnungen  in dieser Trennwand auf die Schmelze einwirkt.

   Es ist  jedoch auch     möglich,    die Trennwand von der Oberfläche  bis zum Boden der Schmelze     auszudehnen.     



  Der Grundgedanke des erfindungsgemässen Verfah  rens beruht darauf, dass man mit der Schmelze Stoffe in  Kontakt bringt, die bei der Temperatur der Schmelze  einen geschmolzenen Elektrolyten bilden, welcher     mit     einer Anode in Verbindung steht, so dass die Schmelze  zur Kathode wird, und dass man durch intensive Rüh  rung, z. B. mit induktiver Rührung, oder durch Einleiten  von     inertem    Gas, insbesondere Argon, dafür sorgt, dass  die     Schmelzenoberfläche    in der Zone, wo sie der elektro  lytischen Einwirkung ausgesetzt ist, ständig ausgewech  selt wird. Die zur Kathode geschaltete Schmelze gibt auf  diese Art die Anionen, wie z. B.

   Sauerstoff, Schwefel,  usw. an den Elektrolyt ab, wobei diese an der Anode       ,ntladen    werden, und zum grössten Teil über Sekundär  reaktionen als flüchtige Verbindungen wie z. B. CO,  S02 entweichen. Als Elektrolyt kommen Gemische von  Salzen und Oxyden mit ähnlicher Zusammensetzung, wie  z. B. die heute in der Schmelzpraxis angewendeten Re  aktionsschlacken oder Schmelzelektrolyten in Frage.  Schmelzpunkt und     Verdampfungspunkt        muss    der  Schmelze angepasst sein.

   Während es in der üblichen  Schmelzmetallurgie darauf ankommt, aus dem Elektroly  ten mit Hilfe des elektrischen Stromes gewisse Metalle  zum Zwecke der Produktion an der Kathode auszuschei  den, kommt es bei dem vorliegenden Verfahren nicht auf  die Produktion von Metallen, sondern lediglich auf die  Entfernung von     Anionen-Verunreinigungen    aus der  Schmelze an.  



  In den Zeichnungen sind beispielsweise Anwendun  gen dieses Verfahrens schematisch dargestellt. Es zei  gen:       Fig.    1 die Anwendung des Verfahrens in einem In  duktionsofen,       Fig.2    die Anwendung des Verfahrens in einem       Lichtbogenofen,          Fig.3    die Anwendung des Verfahrens in einem       Dreiphasen-Lichtofen,          Fig.    4 eine Stromzuführung in die Schmelze mittels  gekühlter Tauchelektrode,       Fig.5    die beispielsweise Stromzuführung in die  Schmelze,       Fig.    6 eine Variante des Verfahrens, bei der der Elek  trolyt über eine poröse,     diaphragmaartige,

      mit Elektro  lyt getränkte     Trägermasse    auf die Schmelze einwirkt.  



       Fig.    1 zeigt die Anwendung des Verfahrens in einem  Induktionsofen mit einem abgetrennten Anodenraum  und Rührung mittels     Argonlanze.   <B>1.01</B> ist ein zylindri  scher Raum aus hitzebeständigem und schlackenbestän  digem Material, in dessen Innerem sich ein geschmol  zener Elektrolyt 102 befindet. Der geschmolzene Elek  trolyt kann aus Oxyden, bzw. Gemischen von Oxyden  bestehen, deren Mischungsverhältnis so gewählt ist,  dass sie bei der Temperatur der Schmelze schmelzflüs  sig sind. Um den Schmelzpunkt zu erniedrigen, können  Metallsalze zugesetzt werden, z.

   B.     Fluoride,    wie Kry-         olith.    Der Elektrolyt kann auch zum vorwiegenden Teil  oder auch nur aus Metallsalzen bestehen, insbesondere,  wenn es sich um eine Schmelze handelt, die einen nie  drigen Schmelzpunkt hat, wie z. B. Kupfer. In den Elek  trolyten taucht eine Elektrode 103, die z. B. aus Gra  phit hergestellt sein kann.     1lit    104 ist die Stromzuleitung  zu derselben bezeichnet, mit 201 die zu behandelnde  Schmelze. 202 bedeutet die unter     Elektrolyseeinfluss     stehende Zone der Schmelze, 301 die     Ausmauerung    des  Schmelzofens, 302 die Induktionsspule und 401 eine  Bodenelektrode zur Zuleitung des Stroms an die  Schmelze. 402 und 403 sind Kühlwasserleitungen zur  Bodenelektrode 401.

   Die Bodenelektrode kann auch  durch eine Tauchelektrode, wie in     Fig.    4 gezeichnet, er  setzt werden.  



  Mit den Pfeilen 203 wird schematisch angedeutet,  wie die Schmelze durch ein Induktionsfeld gerührt  wird. 501 ist eine Lanze zur Zuführung von Edelgas,  insbesondere Argon, zum Zwecke der Rührung, wo  durch die Schmelze in die     Elektrolysenzone    hochgeris  sen wird, was durch Pfeile 204 veranschaulicht ist. 601  ist ein Deckel, welcher die Aufrechterhaltung einer     in-          erten    Gastatmosphäre über der Schmelze gestattet.  



  Die Schmelze wird im Induktionsofen in ihrer Zu  sammensetzung richtig eingestellt und fertig erschmol  zen. Es ist vorteilhaft, den Raum über der Schmelze  602 dabei unter     Schutzgasatmosphäre    zu halten. Vor  der Behandlung wird der am Deckel<B>601</B> befestigte  Ring<B>101</B> auf den Spiegel der Schmelze 205 herabge  senkt und über die Öffnung 603 die den Elektrolyt bil  dende Substanz in den     Elektrolysenraum    102 gefüllt.  Nun wird der     Elektrolysestrom    über die Zuleitungen  104 und 404 eingeschaltet.     Hiezu    benötigt man z. B.  einen Gleichstrom von 7 V und einigen Tausend     Amperes,     worauf der Reinigungsprozess der Schmelze in kurzer  Zeit durchgeführt werden kann.

   Bei einem Induktions  ofen von 1,5 Tonnen und einer     Elektrolysestromstärke     von 3000 A reicht eine Behandlung von 2 bis 6 Minu  ten, um aus der Schmelze weitgehend Sauerstoff und  andere unerwünschte Beimengungen herauszuholen.  



  1n     Fig.2    ist eine Anwendung des Verfahrens bei  einem     Lichtbogenofen    dargestellt. 111 ist ein durch  hitzebeständiges     Nfaterial    von der Schmelze abgetrenn  ter Raum, welcher den Schmelzelektrolyten 112 enthält.  Mit<B>113</B> ist die Anode, mit 114 die Stromleitung, mit  211 die Schmelze und mit 311 der Behälter, der die  Schmelze umfasst, bezeichnet. 212 ist die unter     Elek-          trolyseeinfluss    stehende Zone der Schmelze. Unter dem  Anodenraum ist mit 213 eine turbulente Strömung an  gedeutet, die mit Hilfe eines     Argonstromes    aus der Zu  leitung 511 aufrechterhalten wird.

   Die     Argonzuleitung     511 ist hier schematische vom Boden her gezeichnet.  Das Argon gelangt     über    den porösen Körper 512 in die  Schmelze. Die Kathode 411 ist als     Lichtbogenelektrode     ausgebildet, welche sich in einem von der Aussenatmos  phäre über den Mantel<B>611</B> abgeschlossenen Raum be  findet.     Ueber    Zuleitungen<B>612</B> und eine Ableitung 613  kann Edelgas über diesen Raum geleitet werden. Mit  Hilfe einer zweiten     Argonzuleitung    811, die im vorlie  genden Beispiel als Lanze ausgebildet wird, kann die  Schmelze in die Zone 216, welche sich unter der Ka  thode befindet, gerührt werden.  



  Die schematische Darstellung veranschaulicht die  Anordnung einer Kathode, die über einen Lichtbogen  mit der auf dieser Seite als Anode geschalteten Schmelze  in Verbindung steht. Die Kathode 411 bewirkt eine Ver  minderung des Wasserstoffs der als Anode geschalteten      Schmelze und durch eine     dauernde    Auswechslung der  durch die Glocke 611 umschlossenen     Argonatmosphäre     kann der im Kathodenraum freigesetzte Wasserstoff ab  geleitet werden. Die Menge des freiwerdenden Wasser  stoffs kann z. B. über Wärmefühler kontrolliert werden.  



       Fig.    3 zeigt schematisch eine Anwendungsform des  Verfahrens in einem     Lichtbogenofen    mit drei Elektroden  421, 422 und 423, welche in bezug auf den Elektrolyse  prozess als Kathode geschaltet sind, indem man den  Minuspol an den Sternpunkt setzt. Die     Hilfselektrode     123 dient als Anode. Es ist auch möglich, jedoch in       Fig.    3 nicht gezeichnet, die drei Elektroden während der  Behandlung über Gleichstromventile mit pulsierendem  Gleichstrom zu speisen. Der Schmelzelektrolyt 122 wird  durch die Wand 121 begrenzt. Die     Rührung    kann auch  in bekannter Weise magnetisch erfolgen, z. B. mit Hilfe  eines     Rührmagneten    921.

   Die Zugabe von Elektrolyt  kann über eine Öffnung 622, welche sich im Deckel  621     befindet,    erfolgen. In der     Metall-Wanne    321 kann  eine     Schlackenabstichöffnung    322 angeordnet sein. Um  eine     Edelgasatmosphäre    im Ofen aufrechtzuerhalten,  ist eine Zuführung 623 und Ableitung 624 schematisch  angedeutet. Die Rührung der Schmelze in der Zone  unter den entgasenden Lichtbogen kann, wie beispiels  weise dargestellt, mittels     Argon-gespeister    Lanze 821  erfolgen.  



       Fig.    5 zeigt eine Ausführungsform analog     Fig.    1, je  doch mit einer gegenüber     Fig.    1 veränderten Stromzu  führung in die Schmelze. Die Anode 133 taucht in den  Elektrolyt<B>132,</B> welcher durch die Trennwand 131 von  der Schmelze getrennt ist. Mit 232 ist die Zone bezeich  net, in welcher die Schmelze mit dem Elektrolyt in Be  rührung kommt. Die Induktionsspule des Ofens ist mit  332 bezeichnet. Von der Stromquelle führt eine Zulei  tung 134 zur Anode 133. Der Minuspol der Stromquelle  kann über die Leitung 431 an eine     Stranggusskokille     837 angeschlossen werden. Der Giessstrahl 836 leitet  den     Elektrolysestrom    in die Schmelze, welche Kathode  bildet.

   Die Leitung 431 führt auch zur     Stopfenstange     831, deren Stopfen 835 die Öffnung 833 schliessen  kann. Bei geschlossener Öffnung 833 erfolgt die Strom  zufuhr zur Kathode nur über das     Diaphragma    834.  Durch die hohle     Stopfenstange   <B>831,</B> welche von einem  Isoliermantel 832 umgeben ist, kann Argon in die  Schmelze eingeführt werden, wodurch eine     Badbewegung     im Sinne der eingezeichneten Pfeile entsteht.  



       Fig.6    zeigt eine Variante, bei welcher die Trenn  wand     1=l1    bis zum Boden des Ofens 341 geführt ist.  Die Einwirkung des Elektrolyten auf die Schmelze er  folgt über die Trennwand, die als     Diaphragma    141 'ausge  bildet ist. Dieses     Diaphragma    141 besteht aus porösem,  schwammigem, bei der Temperatur der Schmelze feuer  festem Material, welches mit dem Elektrolyten durch  tränkt ist. Das     Elektrolyt-durchsetzte        Diaphragma    141  kann zum grossen Teil zur Ausbildung der     Gefässwan-          dungen    des Schmelzofens dienen.  



  Bei Schmelzen, von welchen hohe Reinheit gefor  dert wird, bilden solche unter Potential stehende, mit  Elektrolyt durchsetzte Wandungen einen wirksamen  Schutz gegen Rückwanderungen von Anionen in die  Schmelze. Insbesondere kann die Aufnahme von Sauer  stoff aus den Wandungen auf diese Art heruntergesetzt  werden. Zur Herstellung solcher     Diaphragmawandungen     kann jedes Oxyd verwendet werden, welches durch den  Elektrolyt nicht gelöst wird. Als Elektrolyt eignen sich  Oxyde oder Metallsalze, die die Leitfähigkeit der Wan  dungen 141 erhöhen. So können sogar     Alkali-Oxyde,       Wasserglas und ähnliche Verbindungen     verwendet    wer  den.

   Der in der     Diaphragma-ähnlichen    Wandung 141  verwendete Elektrolyt kann gleiche Zusammensetzung  haben wie der     Leitfähigkeitselektrolyt    142, der mit der  Anode 143 in Verbindung steht. Er kann aber auch     eine     andere Zusammensetzung aufweisen, insbesondere,  wenn es darauf ankommt, dass der in     Diaphragma    141  verwendete Elektrolyt einen anderen Schmelzpunkt ge  genüber der Schmelze hat. 441 ist die     kathodische    Zu  leitung, 341 bedeutet die     Ausmauerung    des Schmelz  ofens.  



  Durch die Kombination eines schmelzelektrolyti  schen Prozesses zur Entfernung der Anionen mit einem  unter     Edelgasatmosphäre    als Kathode geschalteten  Lichtbogen sowie durch Kombination einer intensiven       Rührung,    welche die Übergangszonen durchmischt, er  hält man ein Verfahren zum Entgasen,     Entschwefeln     und Reinigen von Schmelzen, welches in seiner Wirk  samkeit gegenüber     chemischen    Verfahren, wie     Schlak-          kenbehandlungsverfahren,        Desoxydationsverfahren    oder       Vakuumentgasungsverfahren,    Vorteile bringt. Diese  Vorteile sind:  1.

   Die Entfernung der Anionen wie Schwefel, Sauer  stoff, Stickstoff, Phosphor usw. aus der Schmelze  lässt sich quantitativ     wesentlich    weitgehender durch  führen, als dies bei normalen Schlackenprozessen  der Fall ist.  



  2. Es ist möglich, die Reaktionsschlacke in einem von  der     übrigen        Ofenmauerung    abgegrenzten Raum un  terzubringen, so dass auch bei Verwendung stark  aggressiver Schlacken nicht die gesamte Ofenaus  ausmauerung in     Mitgleidenschaft    gezogen wird, son  dern nur der die Schlacken     umgrenzende    Raum,  welcher bei bestimmten Anwendungen leicht aus  tauschbar und aus besonders widerstandsfähigem  Material gefertigt sein kann.  



  3. Der Behandlungsprozess wird über elektrische     Ener-          ffi        CY     e geführt, was bedeutet, dass der grösste Teil der  aus der Schmelze stammenden Anionen, welche in  den Schmelzelektrolyt überführt worden sind, durch  die Elektrolyse freigesetzt wird, somit der Elektro  lyt sich während des Stromdurchganges erneuert.  



  4. Der Grad der Reinigung beeinflusst das Potential  des Schmelzelektrolyten gegenüber der Schmelze und  kann somit kontrolliert werden. Bei Erreichung der  Zersetzungsspannung können an die Schmelze di  rekt     Desoxydationsstoffe    abgegeben werden, deren  Menge kann somit     quantitiv    eingestellt und kontrol  liert werden.  



  5. Das Verfahren ermöglicht es, ohne Vakuum, unter       atmosphärischem    Druck, eine weitgehend entgaste  Schmelze zu erhalten, die einer Vakuumbehandlung  gleichwertig ist. Es ist somit besonders geeignet,  überall dort eingesetzt zu werden, wo unter     inertem     Gas stehende Schmelzen entgast,     entschwefelt,        ent-          phosphort    und von     sonstigen    Anionen gereinigt wer  den sollen.



  Method and device for treating, in particular cleaning, metal melts The present invention relates to a method and a device for treating, in particular cleaning, melts, for example steel and copper melts, for the purpose of degassing, desulphurisation and removing undesired accompanying elements.



  Chemical processes are known in which reactions of melts with slag are in the foreground. So z. B. in steel melts, the sulfur and phosphorus largely brought out of the melt via purely chemical slag reactions. Oxygen is removed from steel melts via deoxidation processes, also partly via direct reactions with carbon or by means of metallic deoxidizers such as silicon, manganese, aluminum, etc.



  Although these procedures can be carried out with the simplest of means, they require a great deal of experience. Their weakness lies in their uncertainty, since the slag reactions often do not proceed sufficiently perfectly and the control of these processes is largely limited to subjective observations. In addition, in terms of the law of mass action, the exchange of the elements to be removed in the slag is dependent on its reactivity and concentration. The slag accumulates in impurities and has to be changed more often if the requirements are higher.



  In general, one comes with the slag work only at high temperatures, large exchange upper surfaces and with good distribution to good results, as z. B. is the case with Uchtbogenofen. A large surface under normal atmosphere, however, harbors the risk of the melt gassing. The arc switched in a known manner be also a gassing of the melt with ionized gases.



  In an induction furnace, the slag work is generally not easy to carry out because the tempe temperature on the surface is too low for effective chemical slag reactions. In particular, the induction furnace, which works under atmospheric conditions and which has great advantages in many smelting processes due to its ease of use, is restricted in its use in smelting certain melts, in particular steel melts, because it cannot be used for normal slag work.

   If an induction furnace is placed under protective gas or its melt is flushed with inert gas, this does not lead to sufficient degassing.



  Another way of removing impurities, especially gaseous elements, or compounds from melts, is with the aid of a vacuum. Vacuum processes require expensive equipment and apparatus. Their effectiveness depends not only on the level and duration of the applied vacuum, but also on other factors, such as e.g. B. temperature control, masonry, etc., which include certain possibilities of error.



  The purpose of the present process is to carry out extensive degassing and cleaning of melts without a vacuum. The method according to the present invention differs from known methods in that electrolysis is carried out on at least part of the surface of the melt, in which the melt is connected as the cathode and a layer formed from molten electrolyte provides the connection to the anode,

      the melt at the interface between electrolyte and melt is kept in constant exchange and vigorous movement by stirring.



  The method can be carried out in such a way that the supply of the electric current to the melt forming the cathode takes place via at least one arc connected as the cathode. It is useful if noble gas is introduced into the space in which an arc is burning.



  The invention also includes a device for performing the method. The device is characterized by a slag melt floating on the melt, which is connected to an electrode designed as an anode, while the melt forms the cathode with a second power supply line, and means for stirring and changing the melt in the area the interface between the melt and the electrolyte are arranged. A particularly useful device of the invention provides that the electrolyte is separated from the melt by a partition and acts on the melt via openings in this partition.

   However, it is also possible to extend the partition from the surface to the bottom of the melt.



  The basic idea of the process according to the invention is based on the fact that substances are brought into contact with the melt which form a molten electrolyte at the temperature of the melt, which is connected to an anode, so that the melt becomes the cathode, and that through intensive Rüh tion, z. B. with inductive stirring, or by introducing inert gas, especially argon, ensures that the melt surface in the zone where it is exposed to the electrolytic action, is constantly exchanged. The melt connected to the cathode is in this way the anions such. B.

   Oxygen, sulfur, etc. to the electrolyte, these being charged at the anode, and for the most part via secondary reactions as volatile compounds such as e.g. B. CO, SO2 escape. Mixtures of salts and oxides with a similar composition are used as the electrolyte, e.g. B. the re action slags or fused electrolytes used today in smelting practice. Melting point and evaporation point must be adapted to the melt.

   While it is important in the usual smelting metallurgy to exclude certain metals from the electrolyte with the help of the electrical current for the purpose of production at the cathode, the present process does not involve the production of metals, but only the removal of anions - impurities from the melt.



  In the drawings, for example, applications of this method are shown schematically. It shows: Fig. 1 the application of the method in an induction furnace, Fig.2 the application of the method in an electric arc furnace, Fig.3 the application of the method in a three-phase light furnace, Fig. 4 a power supply to the melt by means of cooled Immersion electrode, FIG. 5 the example of the power supply to the melt, FIG. 6 shows a variant of the method in which the electrolyte is via a porous, diaphragm-like,

      Electrolyte-impregnated carrier material acts on the melt.



       Fig. 1 shows the application of the method in an induction furnace with a separate anode compartment and stirring by means of an argon lance. <B> 1.01 </B> is a cylindrical space made of heat-resistant and slag-resistant material, inside of which there is a molten electrolyte 102. The molten electrolyte can consist of oxides or mixtures of oxides, the mixing ratio of which is selected so that they are molten at the temperature of the melt. To lower the melting point, metal salts can be added, e.g.

   B. Fluorides, such as Kryolith. The electrolyte can also predominantly or only consist of metal salts, especially if it is a melt that has a never drigen melting point, such as. B. Copper. In the Elek trolyte immersed an electrode 103, the z. B. can be made of graphite. 1lit 104 denotes the power supply to the same, 201 denotes the melt to be treated. 202 means the zone of the melt which is under the influence of electrolysis, 301 the lining of the melting furnace, 302 the induction coil and 401 a bottom electrode for supplying the current to the melt. 402 and 403 are cooling water lines to the bottom electrode 401.

   The bottom electrode can also be set by a submerged electrode, as shown in FIG. 4.



  The arrows 203 indicate schematically how the melt is stirred by an induction field. 501 is a lance for supplying noble gas, in particular argon, for the purpose of stirring, where the melt is torn up into the electrolysis zone, which is illustrated by arrows 204. 601 is a cover which allows an inert gas atmosphere to be maintained over the melt.



  The composition of the melt is set correctly in the induction furnace and melted completely. It is advantageous to keep the space above the melt 602 under a protective gas atmosphere. Before the treatment, the ring <B> 101 </B> attached to the cover <B> 601 </B> is lowered onto the level of the melt 205 and the substance forming the electrolyte is filled into the electrolysis chamber 102 via the opening 603. The electrolysis current is now switched on via the supply lines 104 and 404. For this you need z. B. a direct current of 7 V and a few thousand amperes, whereupon the cleaning process of the melt can be carried out in a short time.

   With an induction furnace of 1.5 tons and an electrolysis current of 3000 A, treatment of 2 to 6 minutes is sufficient to largely extract oxygen and other undesirable additions from the melt.



  1n Figure 2 shows an application of the method in an electric arc furnace. 111 is a space which is separated from the melt by a heat-resistant material and contains the melt electrolyte 112. <B> 113 </B> denotes the anode, 114 the power line, 211 the melt and 311 the container that contains the melt. 212 is the zone of the melt that is under the influence of electrolysis. Under the anode compartment, a turbulent flow is indicated at 213, which is maintained with the help of an argon stream from the line 511.

   The argon feed line 511 is drawn here schematically from the bottom. The argon enters the melt via the porous body 512. The cathode 411 is designed as an arc electrode, which is located in a space that is closed off from the outside atmosphere by the jacket <B> 611 </B>. Noble gas can be passed through this space via supply lines 612 and a discharge line 613. With the help of a second argon feed line 811, which is designed as a lance in the present example, the melt can be stirred in the zone 216, which is located under the cathode.



  The schematic diagram illustrates the arrangement of a cathode, which is connected to the melt connected as an anode on this side via an arc. The cathode 411 causes a reduction in the hydrogen of the melt connected as the anode and by constantly changing the argon atmosphere enclosed by the bell 611, the hydrogen released in the cathode compartment can be diverted. The amount of released hydrogen can z. B. can be controlled via heat sensors.



       Fig. 3 shows schematically an application of the method in an electric arc furnace with three electrodes 421, 422 and 423, which are connected as a cathode with respect to the electrolysis process by placing the negative pole at the star point. The auxiliary electrode 123 serves as an anode. It is also possible, but not shown in FIG. 3, to feed the three electrodes with pulsating direct current during the treatment via direct current valves. The melting electrolyte 122 is delimited by the wall 121. The stirring can also be done magnetically in a known manner, for. B. with the help of a stirring magnet 921.

   The addition of electrolyte can take place via an opening 622 which is located in the cover 621. A slag tapping opening 322 can be arranged in the metal tub 321. In order to maintain a noble gas atmosphere in the furnace, an inlet 623 and outlet 624 are indicated schematically. The agitation of the melt in the zone under the degassing arc can, as shown for example, take place by means of an argon-fed lance 821.



       FIG. 5 shows an embodiment analogous to FIG. 1, but with a different Stromzu lead into the melt compared to FIG. 1. The anode 133 is immersed in the electrolyte 132, which is separated from the melt by the partition 131. The zone in which the melt comes into contact with the electrolyte is designated by 232. The induction coil of the furnace is labeled 332. A feed line 134 leads from the power source to the anode 133. The negative pole of the power source can be connected to a continuous casting mold 837 via the line 431. The pouring jet 836 directs the electrolysis current into the melt, which forms the cathode.

   The line 431 also leads to the stopper rod 831, the stopper 835 of which can close the opening 833. When the opening 833 is closed, the current is supplied to the cathode only via the diaphragm 834. Argon can be introduced into the melt through the hollow stopper rod <B> 831 </B>, which is surrounded by an insulating jacket 832, causing a bath movement in the sense arrows drawn.



       6 shows a variant in which the partition wall 1 = l1 is guided to the bottom of the oven 341. The action of the electrolyte on the melt he follows via the partition, which is formed out as a diaphragm 141 '. This diaphragm 141 consists of porous, spongy material which is refractory at the temperature of the melt and which is saturated with the electrolyte. The electrolyte-permeated diaphragm 141 can be used to a large extent to form the vessel walls of the melting furnace.



  In the case of melts which require high purity, those walls which are under potential and permeated with electrolyte provide effective protection against back migration of anions into the melt. In particular, the absorption of oxygen from the walls can be reduced in this way. Any oxide which is not dissolved by the electrolyte can be used to produce such diaphragm walls. Oxides or metal salts that increase the conductivity of the walls 141 are suitable as electrolytes. So even alkali oxides, water glass and similar compounds can be used.

   The electrolyte used in the diaphragm-like wall 141 can have the same composition as the conductivity electrolyte 142, which is connected to the anode 143. However, it can also have a different composition, in particular if it is important that the electrolyte used in diaphragm 141 has a different melting point compared to the melt. 441 is the cathodic supply line, 341 means the lining of the furnace.



  By combining a melting electrolytic process to remove the anions with an arc connected as a cathode under a noble gas atmosphere and by combining intensive stirring that mixes the transition zones, a process for degassing, desulphurising and cleaning of melts is maintained, which in its effectiveness has advantages over chemical processes such as slag treatment processes, deoxidation processes or vacuum degassing processes. These advantages are: 1.

   The removal of anions such as sulfur, oxygen, nitrogen, phosphorus, etc. from the melt can be carried out quantitatively much more extensively than is the case with normal slag processes.



  2. It is possible to accommodate the reaction slag in a space that is separated from the rest of the furnace wall, so that even when using highly aggressive slag, not the entire furnace wall is involved, but only the space surrounding the slag, which in certain applications can be easily made from interchangeable and from particularly resistant material.



  3. The treatment process is carried out via electrical energy, which means that most of the anions from the melt, which have been transferred to the melt electrolyte, are released by the electrolysis, so the electrolyte is released during the passage of the current renewed.



  4. The degree of cleaning influences the potential of the fused electrolyte in relation to the melt and can therefore be controlled. When the decomposition voltage is reached, deoxidizing substances can be released directly into the melt, the amount of which can thus be set and controlled quantitatively.



  5. The process makes it possible to obtain a largely degassed melt, which is equivalent to a vacuum treatment, without a vacuum, under atmospheric pressure. It is therefore particularly suitable for use wherever melts under inert gas are to be degassed, desulphurised, dephosphorized and cleaned of other anions.

 

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Behandlung, insbesondere Reini gung, von Metallschmelzen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens auf einem Teil der Oberfläche der Schmelze eine Elektrolyse vorgenommen wird, bei wel cher die Schmelze als Kathode geschaltet ist und eine aus schmelzflüssigen Elektrolyten gebildete Schicht die Verbindung zur Anode gibt, wobei die Schmelze an der Grundfläche zwischen Elektrolyt und Schmelze durch Rührung in dauerndem Austausch und kräftiger Be wegung gehalten wird. PATENT CLAIMS I. A method for the treatment, in particular cleaning, of molten metal, characterized in that electrolysis is carried out on at least part of the surface of the melt, in which the melt is connected as a cathode and a layer formed from molten electrolyte connects to There is anode, the melt is held at the base between the electrolyte and melt by stirring in constant exchange and vigorous movement. II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens von Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Oberfläche der Schmelze in Kontakt stehender Schmelzelektrolyt mit einer als Anode ausgebildeten Elektrode in Verbindung steht, während die Schmelze mit einer zweiten Stromzuleitung die Kathode bildet, ferner, dass Mittel zum Rühren und Auswechseln der Schmelze im Bereich der Grenzfläche zwischen Schmel ze und Elektrolyt angeordnet sind. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Rührung durch Einleiten von inertem Gas erfolgt. 2. II. Device for carrying out the method of claim I, characterized in that a molten electrolyte in contact with the surface of the melt is connected to an electrode designed as an anode, while the melt forms the cathode with a second power supply line, furthermore that means for stirring and changing the melt in the area of the interface between the melt and the electrolyte are arranged. SUBClaims 1. The method according to claim 1, characterized in that the stirring is carried out by introducing inert gas. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Rührung der Schmelze induktiv mittels eines Magnetfeldes erfolgt. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Zuführung des elektrischen Stro- mes zur Kathode bildenden Schmelze über mindestens einen als Kathode geschalteten Lichtbogen erfolgt. 4. Verfahren nach Patentanspruch 1 und Unteran spruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Raum, in welchem mindestens ein Lichtbogen brennt, eine dau ernd ausgetauschte Edelgasatmosphäre aufrechterhalten wird. Method according to claim 1, characterized in that the melt is stirred inductively by means of a magnetic field. 3. The method according to claim 1, characterized in that the supply of the electrical current to the cathode-forming melt takes place via at least one arc connected as a cathode. 4. The method according to claim 1 and claim 3, characterized in that a permanently exchanged noble gas atmosphere is maintained in the space in which at least one arc is burning. 5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt gegen die Schmelze durch eine Trennwand abgegrenzt wird und über Öff nungen in dieser Trennwand auf die Schmelze einwirkt. 6. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Un teranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenn wand von der Oberfläche bis zum Boden der Schmelze reicht. 7. 5. Device according to claim II, characterized in that the electrolyte is delimited from the melt by a partition and acts on the melt via openings in this partition. 6. Device according to patent claim II and Un teran claim 5, characterized in that the partition wall extends from the surface to the bottom of the melt. 7th Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unter ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand aus einer porösen, diaphragmaartigen, mit Elektrolyt getränkten Masse besteht. Device according to patent claim II and dependent claims 5 or 6, characterized in that the partition consists of a porous, diaphragm-like mass soaked with electrolyte.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2517328A1 (en) * 1981-12-01 1983-06-03 Iso Metalurgkomplekt METHOD AND DEVICE FOR TREATING AND REFINING LIQUID METAL ALLOYS BY DIRECT CURRENT ELECTRIC ARC HEATING

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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