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.