DD212054A1

DD212054A1 - Verfahren zum kontinuierlichen schmelzen von leichtmetallschrott in plasmaschmelzoefen

Info

Publication number: DD212054A1
Application number: DD82245480A
Authority: DD
Inventors: Konrad Primke; Peter Papsdorf; Guenther Pohle; Klaus-Peter Trautmann
Original assignee: Mansfeld Kombinat W Pieck Veb
Priority date: 1982-12-02
Filing date: 1982-12-02
Publication date: 1984-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen von Leichtmetallschrott in bekannten Plasmaschmelzoefen, insbesondere von aufbereitetem, verunreinigtem Schrott aus Aluminium und Aluminiumlegierungen. Gegenueber bekannten Verfahren soll als plasmabildendes Medium ein billig herstellbares Gas eingesetzt werden, wobei unerwuenschte Metallverluste bzw. Verunreinigungen infolge chemischer Reaktionen des Metalls mit dem plasmabildenden Gas verhindert werden soll. Erreicht wird dies durch die Verwendung des zweiatomigen Gases Stickstoff als plasmabildendes Medium durch die Zufuehrung des Schmelzgutes unterhalb des Badspiegels und ausserhalb des direkten Einwirkungsbereichs des oder der Plasmaboegen sowie durch Absaugung der mit dem Schmelzgut eingebrachten bzw. bei dessen Trocknung, Reinigung und Vorwaermung entstandenen staub- oder gasfoermigen Substanzen vor Eintritt in die Schmelze oder Ofenatmosphaere.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen von Leichtmetallschrott in Plasmaschmelzofen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen von Leichtmetallschrott in Plasmaschmelzöfen, insbesondere von aufbereitetem, verunreinigtem Schrott aus Aluminium und Aluminiumlegierungen«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen von Metallen in Plasmaschmelzöfen und erforderliche Einrichtungen zu deren Durchführung sind in verschiedenen Varianten bereits bekannt.

So wurde im DD-WP 42 110 bereits ein Verfahren vorgeschlagen, das speziell zur Herstellung von gas- und einschlußarmen Stählen in Plasmaöfen dient. Bei diesem Verfahren wird die erforderliche Wärme für den Schmelzprozeß ausschließlich durch Plasma-Lichtbögen erzeugt, wobei die Energiezufuhr im Ein- oder Mehrbrennerbetrieb unter Verwendung einer wassergekühlten Bodenelektrode erfolgt. Der gesamte Schmelz- und G-ießprozeß wird unter einer Schutzgas-Atmosphäre durchgeführt. Als Schutzgas wird Argon verwendet

Gase oder Gasgemische, die mit dem jeweils zu er-

schmelzenden Metall chemische Reaktionen eingehen, finden nur Verwendung bei Verfahren, die ein Auflegieren der Schmelze mit dem Plasmagas oder die Einstellung eines definierten Gasgehaltes der Schmelze zum Ziel haben, z. B, bei der Herstellung bestimmter stickstoffhaltiger Qualitäts- und Edelstahle und Metallegierungen (DD-WP 51 439, DE-PS 2 121 439, DE-OS 1 565 821, US-PS 3 736 361),

In 'Enzyklopädie der technischen Chemie¹, 2, Auflage, München/Berlin (1928), und im Lehrbuch der Metallhüttenkunde, Bd. III, Leipzig (1954), wird bestätigt, daß bei Kontakt von Stickstoff mit Aluminium in bestimmten Temperaturbereichen Metallverlust und Verunreinigung des Metalls durch Uitridbildung auftreten, Ursache dafür ist die Reaktion von metallischem Aluminium bei Temperaturen zwischen 820 und 1000 ⁰C oder von Aluminiumoxid bei Anwesenheit von Kohlenstoff oder anderen Reduktionsmitteln oberhalb 1600 ⁰C mit dem Stickstoff ,-Dabei können durch verunreinigte Schrotte eingebrachte oder entstehende Substanzen wie Ruß aus verbrannten" Anhaftungen oder Oxide von Erdalkalimetallen und Eisen als Reaktionspartner oder beschleunigende Katalysatoren wirken.

Deshalb findet bei einem bereits bekannten Verfahren zur Herstellung von Aluminium und Aluminiumlegierungen in Plasmaöfen im Hinblick auf die chemische Reaktionsfreudigkeit des Aluminiums gegenüber anderen gasförmigen Medien und die daraus resultierende Beeinträchtigung des Metallausbringens und der Reinheit des erschmolzenen Metalls als plasmabildendes Gas ausschließlich Argon Verwendung (DE-AS 2 207 048). Diese Notwendigkeit der Verwendung des inerten Edelgases Argon als plasmabildendes Gas ist ein wesentlicher lachteil aller bisher bekannten Plasmaschmelzverfahren für Aluminium und Aluminiumlegierungen. Argon ist mit relativ hohen Herstellungskosten behaftet und

nur "begrenzt verfügbar. Darüber hinaus hat es den entscheidenden Nachteil, daß infolge seiner einatomigen Modifikation durch das Plasma je Atom eine geringere Wärmemenge als bei zweiatomigen Gasen gleicher Temperatur übertragen wird. Gesteigerte Betriebskosten und ein verringerter energetischer Wirkungsgrad sind Polgen der genannten Nachteile.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen von Leichtmetallschrott in Plasmaschmelzöfen, das gegenüber bekannten Verfahren eine Senkung der Betriebskosten bei erhöhtem energetischem Wirkungsgrad ohne Beeinträchtigung der Materialökonomie und der Qualität des erschmolzenen Metalls gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die durch die Erfindung zu lösende technische Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen von Leichtmetallschrott in Plasmaschmelzofen, insbesondere von aufbereitetem, verunreinigtem Schrott aus Aluminium und Aluminiumlegierungen, zu entwickeln, das den Einsatz eines billig herstellbaren Gases als plasmabildendes Medium ermöglicht, eine verbesserte Wärmeübertragung durch das Plasma gewahrleistet und unerwünschte Meta11Verluste bzw. Verunreinigungen infolge chemischer Reaktionen des Metalls mit dem plasmabildenden Gas weitestgehend verhindert.

Das zur Lösung der technischen Aufgabenstellung vorgeschlagene erfindungsgemäSe Verfahren besteht darin, daß als plasmabildendes Medium in bekannten kontinuierlich arbeitenden Plasmaschmelzofen das zweiatomige Gas Stickstoff verwendet wird, wobei der Schrott zur Ver-

meidung des direkten Kontaktes der mit dem Schmelzgut eingeschleppten Verunreinigungen oder der bei dessen Trocknung, Reinigung und Vorwärmung entstehenden oder frei werdenden Substanzen mit dem Plasmabogen oder der freien Ofenatmosphäre über dem Schmelzbad nach vorheriger Absaugung gas- und staubförmiger Beimengungen direkt in dieses Schmelzbad eingeführt wird. Zu Verfahrensbeginn bzw. zur Erzielung bestimmter technologischer Betriebsbedingungen kann dem Stickstoff Argon in beliebigem Verhältnis beigemischt werden.

Aus führungsbe i s pi e1

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Zur Durchführung des Verfahrens wurde eine kontinuierliche Plasmaschmelzeinrichtung mit einem schräg angeordneten Brenner mit Wolframelektrode sowie mit einem senkrecht in einer Öffnung des Ofenmauerwerks zum Ofenraum angeordneten, mittels einer Hubeinrichtung axial beweglichen, aus zunderfestem Werkstoff bestehenden zylindrischen Schacht, der in der unteren Stellung bis zur Oberfläche des Schmelzbades hinab reichte und beschickungsseitig durch einen Einfülltrichter mit Absaugringdüse begrenzt war, eingesetzt. Plasmabrenner und Schacht waren so angeordnet, daß der Pußpunkt des Plasmabogens deutlich vor dem Rand des Beschickungsschachtes lag* Als ^plasmabildendes Gas wurde Stickstoff mit einem Sauerstoffgehalt < 100 vpm und einem PeuciLtigkeitsgeha.lt von <35 vpm verwendet. Es wurden bei feinstückigem Aluminiumlegierungsschrott mit 150 kW leistungsaufnahme eine Schmelzleistung von 281,3 kg/h und ein spezifischer Energieverbrauch von 0,59 kWh/kg abgegossenes Metall erreicht. Der Metallverlust betrug 3 %, Beim Trocknen, Reinigen und Vorwärmen entstandene gas- und staubförmige Substanzen wurden im Schacht abgesaugt. Zusätzlich wurde durch den Be-

schickungsschacht ein direkter Kontakt des Schmelzgates und der nach dem Absaugen dem Schrott noch anhaftenden Verunreinigungen mit dem Plasmabogen bzw. mit der freien Ofenatmosphäre vermieden.

Vergleichsweise wurde beim Schmelzen von gleichem feinstückigem Aluminiumlegierungsschrott nach dem bereits bekannten Verfahren mit der gleichen Schmelzeinrichtung und Argon als plasmabildendem Gas nur eine Schmelzleistung von 244 kg/h bei einem erhöhten spezifischen Energieverbrauch von 0,70 kWh/kg abgegossenes Metall und gleichem Meta 11 verlust von 3 °!° erzielt. Torteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß trotz Verwendung von Stickstoff als plasmabildendes Gas normalerweise auftretender höherer Metallverlust und Verunreinigung des geschmolzenen Metalls infolge Mtridbildung vermieden werden. Gleichzeitig wird eine Steigerung der SchmelzIeistung bei Senkung des spezifischen Energieverbrauchs und Gewährleistung der Qualität des erschmolzenen Metalls erreicht.

Claims

Erfind ung sans prucla

1. Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen von leichtmetallschrott in bekannten kontinuierlich arbeitenden Plasmaschmelzofen, insbesondere von aufbereitetem, verunreinigtem Schrott aus Aluminium und Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß als plasmabildendes Medium Stickstoff als zweiatomiges Gas verwendet wird, mit dem Schmelzgut eingebrachte bzw. bei dessen Trocknung, Reinigung und Vorwärmung entstandene gas- oder staubförmige Substanzen vor Eintritt in die Schmelze bzw» OfenatmοSphäre abgesaugt werden und die Zuführung des Schmelzgutes und der diesem nach dein Absaugen noch anhaftenden Verunreinigungen unterhalb des Badspiegels und außerhalb des direkten Einwirkungsbereichs des oder der Plasmabögen erfolgt,
2. Verfahren gemäß Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anfahrphase des Plasmaschmelzofens oder zur Erzielung bestimmter technologischer Betriebsbedingungen dem verwendeten zweiatomigen plasmabildenden Gas Stickstoff Argon in beliebigem Verhältnis beigemischt wird«