DD241702A5 - METHOD AND DEVICE FOR HOLDING OR INCREASING THE TEMPERATURE OF A METAL MELT - Google Patents
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Abstract
Bei diesem Verfahren wird die Temperatur einer nach dem Abstich aus dem Schmelzofen in einem Aufnahmegefaess befindlichen Schmelze dadurch gehalten oder erhoeht, dass ihr Energie ueber mindestens zwei mit Wechselstrom betriebene, wassergekuehlte und mit gegenueber der Metallschmelze inertem Gas arbeitende Plasmabrenner mit uebertragenem Lichtbogen zugefuehrt wird. Dabei sollen die Brennflecke der von den einzelnen Plasmabrennern erzeugten Lichtboegen auf dem Badspiegel der Metallschmelze von der Mittelachse des Aufnahmegefaesses vorzugsweise einen Mittenabstand aufweisen, der 310 des Radius der Innenwand des Aufnahmegefaesses in Hoehe des jeweiligen Badspiegels nicht ueberschreitet. Die Vorrichtung zum Durchfuehren des Verfahrens weist ein Aufnahmegefaess mit einer Abdeckung (5) auf, die mit gasdicht ausgebildeten Durchlassoeffnungen (18) fuer die Plasmabrenner (14) versehen ist. Fig. 1In this method, the temperature of a melt after tapping from the smelting furnace in a receiving vessel is maintained or increased by supplying its energy via at least two alternating current, water cooled, and molten gas plasma torch with transferred arc. The focal spots of the Lichtboegen generated by the individual plasma torches on the bath level of the molten metal from the central axis of the Aufnahmegefaesses preferably have a center distance that does not exceed 310 of the radius of the inner wall of the Aufnahmgefaesses in height of the respective bath level. The device for carrying out the method has a receiving vessel with a cover (5) which is provided with gas-tight passage openings (18) for the plasma torch (14). Fig. 1
Description
Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Halten oder Erhöhen der Temperatur einer Metallschmelze.The invention relates to a method and a device for maintaining or increasing the temperature of a molten metal.
Sowohl beim Abstich aus dem Schmelzofen, während der metallurgischen Nachbehandlung, bei einem Pfannentransport und während des Abstehens und während des Abgießens der Schmelze, insbesondere in einen Tundish einer Stranggußanlage, treten Temperaturverluste auf. Metallurgische Nachbehandlungen können bei Stahlschmelzen beispielsweise das Legieren, Inertgas-Spülen, Einblasen von Entschwefelungsmitteln und die Vakuumentgasung der Schmelze zum Zwecke der Einstellung der gewünschten Zusammensetzung, der Desoxidation und Abscheidung der Desoxidationsprodukte, der Homogenisierung, der Entschwefelung und Herabsetzung der Gehalte an Wasserstoff und Stickstoff des Metalls sowie eine kontrollierte Einstellung der Gießtemperatur sein. Derartige Nachbehandlungen können beispielsweise in der Gießpfanne, in einem Vakuumbehandlungsgefäß oder in einem Tundish durchgeführt werden. Als Aufnahmegefäße im Sinne der Erfindung zählen also auch Gefäße, die die Schmelze unter Bildung einer Stauhöhe durchfließt.Both during tapping from the furnace, during the metallurgical treatment, in a pan transport and during standing and during the pouring of the melt, in particular in a tundish continuous casting, temperature losses occur. For example, metallurgical post-treatments may include alloying, inert gas purging, desulphurisation, and vacuum degassing of the melt for purposes of adjusting the desired composition, deoxidizing and separating the deoxidation products, homogenizing, desulfurizing, and reducing the hydrogen and nitrogen contents of the molten steel Metal as well as a controlled adjustment of the casting temperature. Such post-treatments can be carried out, for example, in the ladle, in a vacuum treatment vessel or in a tundish. As receptacles within the meaning of the invention therefore also include vessels that flows through the melt to form a reservoir height.
Es ist möglich, die beschriebenen Temperaturverluste durch entsprechendes Überhitzen der Schmelze im Schmelzofen zu kompensieren. Dabei muß aber in Kauf genommen werden, daß das Ofenfutter durch die höhere Temperatur stärker belastet wird und daß die Produktionsrate des Schmelzofens durch die für das Überhitzen notwendige Zeit gedrosselt wird. Es ist bekannt, die Wärmeenergie, die der Metallschmelze in der beschriebenen Weise verloren geht, durch eine außerhalb des Schmelzofens befindliche Heizeinrichtung wieder zuzuführen. Solche Heizeinrichtungen, die sich im allgemeinen in der Gießpfanne befinden, sind mit je drei Graphitelektroden arbeitende Drehstrom-Lichtbogenbeheizer, die für jede einzelne der schweren Graphitelektroden eine aufwendige Hubkonstruktion und Elektrodenregelung zur schnellen Auf- und Abbewegung besitzen. Bedingt durch die Elektrodendurchmesser, die Abmessungen der Stromzuführungen und derElektrodenhalterungen ist der Abstand zwischen den Elektroden relativ groß bzw. der Abstand zur Pfannenwand entsprechend gering. Außerdem brennen die ohnehin schon wenig stabilen Drehstromlichtbögen der Graphitelektroden durch elektromagnetische Kräfte in Richtung auf die Pfannenwand, wodurch diese thermisch sehr stark belastet wird und der Verschleiß des Pfannenfutters entsprechend hoch ist. Zur Vermeidung dieser Nachteile werden die Graphitelektroden zwar mit möglichst kurzen Lichtbögen betrieben, dadurch wird jedoch die Gefahr des Wiederaufkohlens der Schmelze durch Elektrodengraphit erhöht. Der bekannten Heizvorrichtung haftet weiterhin der Nachteil an, daß die Durchführungen in der Pfannenabdeckung gegen die heißen Graphitelektroden nur durch aufwendige konstruktive Maßnahmen gasdicht herzustellen sind, so daß das Eindringen von für die metallurgische Behandlung schädlicher Luft durch kostenaufwendiges Einblasen von Inertgas unter erhöhtem Druck verhindert werden muß.It is possible to compensate for the temperature losses described by corresponding overheating of the melt in the furnace. However, it must be taken into account that the furnace lining is more heavily burdened by the higher temperature and that the production rate of the melting furnace is throttled by the time necessary for overheating. It is known to re-supply the heat energy which is lost to the molten metal in the manner described by a heating device located outside the melting furnace. Such heaters, which are generally located in the ladle, are three-arc arc heaters, each employing three graphite electrodes, which have a sophisticated lift construction and electrode control for rapid up and down movement for each of the heavy graphite electrodes. Due to the electrode diameters, the dimensions of the power supply lines and the electrode holders, the distance between the electrodes is relatively large or the distance to the ladle wall correspondingly low. In addition, the already less stable three-phase arcs of the graphite electrodes burn by electromagnetic forces in the direction of the ladle wall, whereby this is very thermally stressed and the wear of the ladle lining is correspondingly high. To avoid these disadvantages, the graphite electrodes are indeed operated with arcs as short as possible, but this increases the risk of recarbonization of the melt by electrode-graphite. The known heater still adheres to the disadvantage that the bushings in the pan cover against the hot graphite electrodes are gas-tight manufacture only by complex design measures, so that the penetration of harmful for the metallurgical treatment air must be prevented by expensive injection of inert gas under elevated pressure ,
Zur Vermeidung eines vorzeitigen Wandverschleißes ist es bekannt, eine aus zwei Graphitelektroden bestehende Elektrodenanordnung in die Metallschmelze einzutauchen, wobei die innere stabförmige Elektrode gegenüber der äußeren rohrförmigen Elektrode zurück versetzt ist. Bei dieser bekannten Heizvorrichtung besteht aber die Gefahr der Aufkohlung der Metallschmelze. Außerdem unterliegt die äußere rohrförmige Elektrode einem großen Verschleiß.To avoid premature wall wear, it is known to dip an electrode assembly consisting of two graphite electrodes into the molten metal, the inner rod-shaped electrode being offset from the outer tubular electrode. In this known heater but there is a risk of carburizing the molten metal. In addition, the outer tubular electrode is subject to great wear.
Weiterhin ist noch eine induktive Beheizung von Metallschmelzen bekannt, wozu jedoch die Ausrüstung sämtlicher in Frage kommender Aufnahmegefäße mit Induktionsspulen erforderlich wäre. Außerdem ist auch bei dieser Beheizungsart ein nicht unerheblicher Verschleiß des Pfannenfutters gegeben.Furthermore, an inductive heating of metal melts is known, to which, however, the equipment would be required all possible receiving receptacles with induction coils. In addition, a considerable wear of the ladle chuck is also given in this type of heating.
Ziel der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile bekannter Vorrichtungen zu vermeiden.The aim of the invention is to avoid the aforementioned disadvantages of known devices.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Halten oder Erhöhen der Temperatur einer nach dem Abstich aus dem Schmelzofen in einem Aufnahmegefäß befindlichen Metallschmelze durch Zuführen von Energie anzugeben, bei dem die Metallschmelze chemisch nicht beeinflußt und die Wand des Aufnahmegefäßes geschont wird. Die mit Elektroden versehene Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens soll so ausgebildet sein, daß sich eine verbesserte Abdichtung der Abdeckung des Aufnahmegerätes gegen die Atmosphäre ergibt. Außerdem soll die Vorrichtung einfach und klein sein, um auch einen nachträglichen Einbau in vorhandene Anlagen zu ermöglichen.The invention has for its object to provide a method for holding or increasing the temperature of a metal found after tapping from the furnace in a receptacle molten metal by supplying energy at which the molten metal is not chemically affected and the wall of the receptacle is protected. The device provided with electrodes for carrying out the method should be designed so that there is an improved sealing of the cover of the recording device against the atmosphere. In addition, the device should be simple and small to allow retrofitting into existing facilities.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Energie über mindestens zwei mit Wechselstrom betriebene, wassergekühlte und mit gegenüber der Metallschmelze inertem Gas arbeitende Plasmabrenner mit übertragenem Lichtbogen zugeführt wird.The object is achieved in that the energy is supplied via at least two operated with alternating current, water-cooled and working with respect to the molten metal gas plasma torch with transmitted arc.
Durch die Wasserkühlung weisen die Plasmabrenner an ihrem hinteren Ende eineTemperatur auf, die eine gasdichte Abdichtung der Durchführung in der Abdeckung des Aufnahmegefäßes gegen den Plasmabrenner ermöglicht. Da Plasmabrenner bei gleicher Heizleistung einen deutlich kleineren Durchmesser aufweisen als Graphitelektroden, können die Brennflecke bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weiter von der Wand in Richtung auf die Mitte des Gefäßes verlegt werden, wodurch die Innenwand des Gefäßes thermisch entlastet wird.As a result of the water cooling, the plasma torches have at their rear end a temperature which enables a gas-tight seal of the passage in the cover of the receptacle against the plasma torch. Since plasma torches with the same heating power have a significantly smaller diameter than graphite electrodes, the focal spots in the method according to the invention can be moved further from the wall in the direction of the center of the vessel, whereby the inner wall of the vessel is thermally relieved.
Nach einer vorteilhaften Ausführung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Brennflecke der von den einzelnen Plasmabrennern erzeugten Lichtbogen auf dem Badspiegel der Metallschmelze von der Mittelachse des Aufnahmegefäßes einen Mittenabstand aufweisen, der 3/10 des Radius der Innenwand des Aufnahmegefäßes in Höhe des jeweiligen Badspiegels nicht überschreitet.According to an advantageous embodiment, the method is characterized in that the focal spots of the arc generated by the individual plasma torches on the bath level of the molten metal from the central axis of the receptacle have a center distance, the 3/10 of the radius of the inner wall of the receptacle in height of the respective bath level not exceeds.
Durch die Begrenzung des Mittenabstandes der Brennflecken von der Mittelachse des Aufnahmegefäßes wird die gewünschte Schonung der Gefäßinnenwand in besonderer Weise gefördert. Bei der normalerweise symmetrischen Anordnung der Plasmabrenner ergibt sich ein durch die Brennflecken gegebener Teilkreis, dessen Durchmesser dem doppelten Mittenabstand der Brennflecke von der Mittelachse des Aufnahmegefäßes entspricht. Bei nicht rotationssymmetrischen Gefäßen ist das genannte Verhältnis auf die Abmessungen von der Symmetrieebene des Gefäßes entsprechend anzuwenden.By limiting the center distance of the focal spots of the central axis of the receptacle, the desired protection of the vessel inner wall is promoted in a special way. In the normally symmetrical arrangement of the plasma torch results in a given by the focal points pitch circle whose diameter corresponds to twice the center distance of the focal points of the central axis of the receiving vessel. For non-rotationally symmetrical vessels, said ratio shall be applied correspondingly to the dimensions of the symmetry plane of the vessel.
Durch die Verwendung von Argon kann sowohl eine Aufkohlung als auch eine Anreicherung mit Stickstoff wirksam vermieden werden.By using argon, both carburization and nitrogen enrichment can be effectively avoided.
Vorteilhaft ist es, wenn die Plasmabrenner in einem Abstand von der Metallschmelze gehalten werden, der nicht weniger als 100 mm und nicht mehr als 500 mm beträgt oder wenn die Plasmabrenner in einem Abstand von der Metallschmelze gehalten werden, der nicht weniger als 200 mm und nicht mehr als 400 mm beträgt.It is advantageous if the plasma torches are kept at a distance from the molten metal which is not less than 100 mm and not more than 500 mm or when the plasma torches are kept at a distance from the molten metal of not less than 200 mm and not more than 400 mm.
Diese Bereiche der Lichtbogenlänge gewährleisten eine sichere Energiezufuhr und die Einhaltung der Betriebsgrößen, die dadurch gekennzeichnet sind, daßThese areas of the arc length ensure safe energy supply and compliance with the operating variables, which are characterized in that
— der Mittenabstand (r) der Brennflecken von der Mittelachse des Aufnahmegefäßes in mm,The center distance (r) of the focal spots from the central axis of the receptacle in mm,
— der Abstand (I) der Brennermündung vom Badspiegel in mm und- The distance (I) of the burner mouth from the bath level in mm and
— der über die Elektrode des Brenners fließende Bogenstrom (I) in kA im Rahmen der Beziehung- The current flowing through the electrode of the burner arc current (I) in kA in the context of the relationship
r = (0,375...0,625) Ir = (0.375 ... 0.625) I
x(0,755 + 0,315kA-1/2VD eingestellt und betrieben werden.x (0.755 + 0.315kA- 1/2 VD set and operated.
Ein vorteilhafter Weg, die Beschränkung des Mittenabstandes der Brennflecke von der Mittelachse des Aufnahmegefäßes zu erreichen, besteht darin, daß die Plasmabrenner in einer zur Mittelachse des Aufnahmegefäßes nicht parallelen Stellung betrieben werden, wobei die Brennermündung den geringsten Abstand von der Mittelachse aufweist, oder daß die Plasmabrenner in einer unter einem spitzen Winkel gegen die Mittelachse des Aufnahmegefäßes geneigten Stellung betrieben werdenAn advantageous way to achieve the limitation of the center distance of the focal spots from the central axis of the receptacle, is that the plasma torches are operated in a non-parallel to the central axis of the receptacle position, the burner mouth having the smallest distance from the central axis, or that the Plasma torch operated in a tilted at an acute angle to the central axis of the receptacle position
Das Verfahren ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß The method is further characterized in that
— der Mittenabstand (r) der Brennflecken von der Mittelachse des Aufnahmegefäßes in mm,The center distance (r) of the focal spots from the central axis of the receptacle in mm,
— der Abstand (I) der Brennermündung vom Badspiegel in mm,The distance (I) of the burner mouth from the bath level in mm,
— der über die Elektrode des Brenners fließende Bogenstrom (I) in kA und- The current flowing through the electrode of the burner arc current (I) in kA and
— der spitze Winkel (α), unter dem die Plasmabrenner gegen die Mittelachse des Aufnahmegefäßes geneigt sind, im Rahmen der BeziehungThe acute angle (α) at which the plasma torches are inclined against the central axis of the receptacle, in the context of the relationship
r = (0,375...0,625) Ir = (0.375 ... 0.625) I
χ (0,755 + 0,315kA""1/2 Vl - 0,75 tan α) eingestellt und betrieben werden.χ (0.755 + 0.315kA "" 1/2 Vl - 0.75 tan α) and operated.
Beim Betreiben des Verfahrens in der Weise daß zwei oder eine durch zwei teilbare Anzahl von Plasmabrennern mit zweiphasigem Wechselstrom betrieben werden, oder daß drei oder eine durch drei teilbare Anzahl von Plasmabrennern mit Drehstrom in Mittelpunktschaitung betrieben wird, wobei die Metallschmelze verbrauchsseitig den Mittelpunkt darstellt, ist der Strompfad durch die Plasmabrenner, die von den Plasmabrennern erzeugte Lichtbogensäule und die Metallschmelze gegeben. Ein derartiges Betreiben erübrigt somit die Anordnung einer aufwendigen Gegenelektrode am Aufnahmegefäß. Durch das Eingeben von inertem Gas von unten in die Metallschmelze wird diese in Bewegung versetzt, so daß sich die durch die Plasmabrenner eingegebene Wärmeenergie gut verteilt.When operating the method in such a way that two or one of two divisible number of plasma torches are operated with two-phase alternating current, or that three or one is divisible by three divisible number of plasma torches with three-phase current in Mitteschaitung, wherein the molten metal consumption side is the center the current path through the plasma torches, the arc column generated by the plasma torches and the molten metal. Such an operation thus obviates the need for the arrangement of a complex counter electrode on the receptacle. By introducing inert gas from below into the molten metal, it is set in motion so that the thermal energy inputted through the plasma torch is well distributed.
Durch das seitliche Eingeben von intertem Gas in die Metallschmelze aus einer gleichmäßigen Höhe wird die von den Plasmabrennern eingebrachte Wärmeenergie bevorzugt in der über dieser Höhe befindlichen Schicht der Metallschmelze verteilt. Dadurch wird ein Temperaturgradient erreicht, der ein abschnittsweises Vergießen der Schmelze ermöglicht. Ein sicheres Zünden der Plasmabrenner wird auf einfache Weise dadurch erreicht, daß zumindest während eines Zeitintervalls der Energiezufur durch die Plasmabrenner gegenüber der Metallschmelze inertes Gas seitlich von einer Höhe in die Metallschmelze eingegeben wird.By the lateral introduction of intertem gas into the molten metal from a uniform height, the heat energy introduced by the plasma torches is preferably distributed in the layer of the molten metal above this height. As a result, a temperature gradient is achieved, which allows a section-wise casting of the melt. A safe ignition of the plasma torch is achieved in a simple manner, that at least during a time interval of the energy supply by the plasma torch against the molten metal inert gas is entered laterally from a height in the molten metal.
Das Verfahren ist weiterhin dadurch vorteilhaft, daß auf der Schmelze etwa vorhandene erstarrte Schieckenkrusten vor dem Zünden der Plasmabrenner durch von unten in die Metallschmelze eingeführtes Gas aufgebrochen und zur Seite gespült werden.The method is further advantageous in that on the melt about existing solidified Schreckenkrusten be broken before igniting the plasma torch by introduced from below into the molten metal gas and flushed to the side.
Um das Betreiben des Verfahrens frei von schädlichen Lufteinflüssen zu ermöglichen, wird der über der Metallschmelze befindliche Raum des Aufnahmegefäßes vor dem Zünden der Plasmabrenner mit Inertgas gefüllt.In order to allow the operation of the method free of harmful air influences, the space of the receiving vessel located above the molten metal is filled with inert gas prior to the ignition of the plasma torch.
Durch das Zünden der Plasmabrenner untereinander und deren Absenken und Annähern an die Metallschmelze kann eine etwa vorhandene Schlackenschicht aufgeschmolzen und damit der Stromfluß in und durch die Metallschmelze ermöglicht werden.By igniting the plasma torch each other and their lowering and approaching the molten metal, an existing slag layer can be melted and thus the flow of current into and through the molten metal can be made possible.
Die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Vorrichtung weist eine gasdichte Abdeckung auf, wobei die Abdeckung infolge der niedrigen Temperatur der Plasmabrenner in einfacher Weise durch einen Rundschnurring herbeigeführt werdenThe device provided for carrying out the method has a gas-tight cover, wherein the cover due to the low temperature of the plasma torch are brought about in a simple manner by an O-ring
Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden durch jeweils die zentrische Elektrode eines wassergekühlten Plasmabrenners gebildet sind und daß die Abdeckung mit gegen die Plasmabrenner gasdicht ausgebildeten Durchlaßöffnungen versehen ist.The device is characterized in that the electrodes are formed by in each case the central electrode of a water-cooled plasma torch and that the cover is provided with gas-tight against the plasma torch formed passage openings.
Da die Plasmabrenner gegenüber den Graphitelektroden eine wesentlich größere Streuung der Lichtbogenlänge zulassen, kann die Vorrichtung nach Anspruch 19 in vorteilhafter Weise mit einer für alle Plasmabrenner gemeinsamen Halteanordnung und Hubvorrichtung ausgebildet werden. Die Plasmabrenner können dabei in einfacher Weise in einem Bodeneinsatz eines Rohres befestigt sein, so daß lediglich eine einzige Durchlaßöffnung in der Abdeckung des Aufnahmegefäßes gasdicht abgedichtet werden braucht. Um mit einer möglichst geringen Bauhöhe auszukommen, kann das Rohr teleskopartig ausgebildet werden.Since the plasma torches allow a much greater spread of the arc length compared to the graphite electrodes, the device according to claim 19 can advantageously be formed with a common holding arrangement and lifting device for all plasma torches. The plasma torches can be fastened in a simple manner in a bottom insert of a tube, so that only a single passage opening in the cover of the receptacle needs to be sealed gas-tight. To get along with the lowest possible height, the tube can be formed telescopically.
Des weiteren ist vorgesehen, die Abdeckung mit einem separaten Zentralbereich auszubilden. Soweit die Plasmabrenner mit individuellen Hubvorrichtungen versehen sind, und dies wird weitgehend dann der Fall sein, wenn sie schräg angestellt sind, sind die Hubvorrichtungen vorzugsweise an der Abdeckung des Aufnahmegefäßes befestigt. Wenn nun die Abdeckung einen separaten Zentralbereich hat, so können die Hubvorrichtungen bei verschieden großen Aufnahmegefäßen verwendet werden, wobei die Abdeckungen der Aufnahmegefäße lediglich eine gleich große Öffnung zur Aufnahme des separaten Zentralbereichs aufweisen müssen.Furthermore, it is envisaged to form the cover with a separate central area. As far as the plasma torches are provided with individual lifting devices, and this will be largely the case when they are employed obliquely, the lifting devices are preferably attached to the cover of the receptacle. Now, if the cover has a separate central area, so the lifting devices can be used in different sized receptacles, the covers of the receptacles need only have an equal opening for receiving the separate central area.
Wenn die Abdeckung nicht nur als auf dem Aufnahmegefäß befindlicher Deckel, sondern als das Aufnahmegefäß aufnehmender bzw. in sich einschließender Kessel ausgebildet ist, ist es ebenfalls in vorteilhafter Weise möglich, verschieden große Aufnahmegefäße mit der gleichen Heizeinrichtung zu betreiben.If the cover is designed not only as a lid located on the receptacle, but as the receptacle receiving or enclosing in itself, it is also advantageously possible to operate differently sized receptacles with the same heater.
Weiterhin ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung einen Abgasstutzen aufweist, der alternativ über ein Druckbegrenzungsventil oder eine Vakuumpumpe mit der Atmosphäre verbindbar ist.Furthermore, the device is characterized in that the cover has an exhaust nozzle, which is alternatively connectable via a pressure relief valve or a vacuum pump with the atmosphere.
An der Abdeckung ist eine auf den Innenraum des Aufnahmegefäßes gerichtete Entfemungsmeßeinrichtung angeordnet.On the cover a directed to the interior of the receptacle Entfemungsmeßeinrichtung is arranged.
Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the subject invention are illustrated in the drawing and are explained in more detail below. Show it:
Fig. 1: eine Gießpfanne und eine ihr zugeordnete Heizvorrichtung mit drei parallel zueinander angeordneten Plasmabrennern in1 shows a ladle and a heating device associated therewith with three parallel plasma torches in FIG
einer schematischen Darstellung;a schematic representation;
Fig.2: eine Gießpfanne in einem Querschnitt längs der Linie H-Il in Fig. 1;A casting ladle in a cross section along the line H-II in Fig. 1;
Fig.3: eine aus drei Plasmabrennern bestehende Heizvorrichtung auf einem Deckeleinsatz;3 shows a heater consisting of three plasma torches on a lid insert;
Fig.4: eine auf einem Kessel befindliche Heizeinrichtung;FIG. 4 shows a heating device located on a boiler; FIG.
Fig. 5: eine Heizvorrichtung mit drei am unteren Ende eines gemeinsamen Tragrohres angeordneten Plasmabrennern undFig. 5: a heater with three arranged at the lower end of a common support tube plasma torches and
Fig. 6: ein teleskopartig ausgebildetes Tragrohr mit zwei Plasmabrennern in einem schematisierten Längsschnitt.Fig. 6: a telescopically formed support tube with two plasma torches in a schematic longitudinal section.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 befindet sich die mit flüssiger Metallschmelze 1 gefüllte Gießpfanne 2 auf einem Transportwagen 3. Auf ihrem Flansch 4 trägt die Gießpfanne 2 einen Deckel 5, der an seiner Unterseite einen Hitzeschild 6 aus feuerfestem Material trägt. Der Deckel weist ferner eine Dosiervorrichtung 7 für Legierungsmittel sowie einen Abgasstutzen 8 auf, der an die in Fig. 1 nur symbolisch dargestellte Abgasleitung 10 angeschlossen ist. Die Abgasleitung 10 istäurch ein Schaltorgan 11 alternativ über ein Druckbegrenzungsventil 12 oder eine Vakuumpumpe 13 mit der Atmosphäre verbunden.In the embodiment according to FIG. 1, the ladle 2 filled with liquid molten metal 1 is located on a trolley 3. On its flange 4, the ladle 2 carries a lid 5 which carries a heat shield 6 of refractory material on its underside. The cover further has a metering device 7 for alloying agent and an exhaust gas outlet 8, which is connected to the exhaust line 10 shown only symbolically in FIG. The exhaust pipe 10 is connected through a switching member 11 alternatively via a pressure relief valve 12 or a vacuum pump 13 to the atmosphere.
Die Heizeinrichtung weist drei mit Drehstrom betriebene wassergekühlte Plasmabrenner 14 auf, die wiederum, wie beispielsweise in der US-PS 3147329 beschrieben, eine zentrische Elektrode und eine diese umgebende Brennerdüse aufweisen. Die parallel ausgerichteten Brenner werden von einem gemeinsamen Tragarm 15 gehalten, der wiederum von einer Hubvorrichtung 16 auf und ab bewegt wird. Die zu den einzelnen Plasmabrennern 14 führenden Versorgungsleitungen 17 für Strom, Wasser und Gas sind auf dem Tragarm 15 verlegt.The heater has three three-phase water-cooled plasma torches 14, which in turn, as described for example in US-PS 3147329, a central electrode and a surrounding burner nozzle. The parallel aligned burners are held by a common support arm 15, which in turn is moved up and down by a lifting device 16. The leading to the individual plasma torches 14 supply lines 17 for electricity, water and gas are laid on the support arm 15.
Zur Durchführung der Plasmabrenner 14 durch den Deckel 5 ist dieser mit gasdichten wassergekühlten Durchlaßöffnungen 18 versehen. Die Abdichtung kann dabei beispielsweise durch einen Rundschnurring erfolgen.To carry out the plasma torch 14 through the lid 5, this is provided with gas-tight water-cooled passage openings 18. The seal can be done for example by an O-ring.
Der Deckel 5 weist ferner einen nach dem Echolot-Prinzip arbeitenden Lasersender 19 auf, um die Füllstandshöhe der Metallschmelze bzw. um die Höhe des Badspiegels bestimmen und die Plasmabrenner 14 entsprechend nachfahren zu können.The lid 5 also has a working according to the echosounding principle laser transmitter 19 to determine the level of the molten metal or to the height of the bath level and the plasma torch 14 nachfahr accordingly.
Die Gießpfanne 2 weist in ihrem Boden einen Spülstein 20 und in der Seitenwand — gleichmäßig am Umfang verteilt — Gaseintrittskanäle 21 auf. Sowohl der Spülstein 20 als auch die Kanäle 21 sind mit Anschlüssen 22 zur Versorgung mit Inertgas, insbesondere Argon versehen.The ladle 2 has in its bottom a sink 20 and in the side wall - evenly distributed on the circumference - gas inlet channels 21. Both the sink 20 and the channels 21 are provided with connections 22 for supplying inert gas, in particular argon.
Zu Beginn des Verfahrens wird die Abgasleitung 10 über das Schaltorgan 11 mit dem Druckbegrenzungsventil 12 verbunden. Der Raum zwischen der Metallschmelze 1 und dem Deckel 5 wird durch die Plasmabrenner 14 unter geringem Überdruck mit Argon gefüllt, so daß die zu Anfang dort befindliche Luft durch das Druckbegrenzungsventil ins Freie entweicht. Gleichzeitig kann Argon durch den Spülstein 20 und die Kanäle 21 in die Schmelze eingegeben werden und durch sie hindurch in den Raum oberhalb des Badspiegels gelangen. Eine etwa auf der Metallschmelze 1 befindliche (nicht weiter dargestellte) Schlackenkruste kann durch das aufsteigende Gas und die damit verbundene Badbewegung aufgebrochen und zur Seite gespült werden. Das berührungslose Zünden der Plasmabrenner 14 erfolgt mit Hilfe eines inneren Zündlichtbogens, in dem sich das hindurchströmende Plasmagas (Argon) erhitzt und einen ionisierten Gaskanal zwischen den Elektroden der Plasmabrenner 14 und der Metallschmelze 1 bildet. In diesem elektrisch leitenden Gaskanal zündet der Hauptlichtbogen 23, der — für jeden der gleichmäßig um die Mittelachse 2'der Gießpfanne 2 verteilten Plasmabrenner 14—einen Brennfleck 24 auf dem Badspiegelder Metallschmelze 1 bildet. Die voneinander getrennten Brennflecke 24 weisen mit ihrer Mitte einen Abstand r zur Mittelachse 2'auf. Dieser Abstand r entspricht dem halben Durchmesser d eines durch die Mitte der Brennflecke 24 gedachten Teilkreises 25. Zur Schonung der Wandauskleidung der Gießpfanne 2 soll der Durchmesser d auf 3/io, vorzugsweise 2/io des jeweiligen Innendurchmessers D der Gießpfanne 2 beschränkt bleiben. Um die durch die Plasmabreni .er eingebrachte Wärme in die Metallschmelze 1 gleichmäßig in dieser zu verteilen, wird Argon durch den Spülstein 20 von unten in die Metallschmelze 1 eingegeben, die dieser eine Badbewegung verleiht, wodurch eine gleichmäßige Temperatur in der Metallschmelze 1 erreicht wird.At the beginning of the process, the exhaust pipe 10 is connected via the switching member 11 to the pressure relief valve 12. The space between the molten metal 1 and the lid 5 is filled by the plasma torch 14 under slight pressure with argon, so that the air there at the beginning escapes through the pressure relief valve into the open air. At the same time argon can be entered through the sink 20 and the channels 21 in the melt and pass through them into the space above the bath level. An approximately on the molten metal 1 located (not shown) slag crust can be broken by the rising gas and the associated bath movement and flushed to the side. The non-contact ignition of the plasma torch 14 takes place with the aid of an internal pilot arc, in which the plasma gas flowing through (argon) heats up and forms an ionized gas channel between the electrodes of the plasma torch 14 and the molten metal 1. In this electrically conductive gas channel ignites the main arc 23, which - for each of the evenly distributed around the central axis 2 'of the ladle 2 plasma torch 14 -a focal spot 24 forms on the bath level of the molten metal 1. The separate focal spots 24 have with their center at a distance r to the central axis 2 'on. This distance r corresponds to half the diameter d of an imaginary through the center of focal spots 24 pitch circle 25. In order to protect the wall lining of the ladle 2 to the diameter d 3 / io, preferably 2 / remain limited io of the respective inner diameter D of the ladle. 2 In order to distribute the introduced by the Plasmabreni. Heat into the molten metal 1 evenly in this, argon is entered through the purge 20 from below into the molten metal 1, which gives it a bath movement, whereby a uniform temperature in the molten metal 1 is achieved.
Wird der Pfanneninhalt in zwei Raten vergossen, so ist es vorteilhaft, die später zu vergießende obere Schicht höher zu erhitzen, was man dadurch erreicht, daß Argon durch die seitlichen Kanäle 21 in die Schmelze gegeben wird. Das nach oben steigende Argon versetzt somit nur die obere Schicht in Badbewegung, so daß die von den Plasmabrennern 14 zugeführte Wärmeenergie vorzugsweise in der oberen Schicht verbleibt und sich so ein Temperaturgradient über der Höhe der Schmelze ausbildet. Zur Vakuumbehandlung der Metallschmelze 1 wird die Abgasleitung 10 über die Schaltvorrichtung 11 mit der Vakuumpumpe 13 verbunden. Die Plasmabrenner 14 sind während der Vakuumbehandlung nur so weit durch die Durchlaßöffnungen 18 des Deckels 5 geführt, daß die Dichtwirkung zwischen dem Deckel 5 und den Plasmabrennern 14 gewährleistet ist. Durch den dadurch gegebenen Abstand zur Schmelze 1 sind sie weitgehend gegen hochspritzende Teile der Metallschmelze 1 geschützt. Zum Zwecke des Beheizens werden die Plasmabrenner 14 nach der Vakuumbehandlung in ihre Betriebsposition abgesenkt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist die Gießpfanne 2a mit einer Abdeckung 27a versehen, die eine durch einen ringförmigen Kragen 28 und einen Flansch 29 gebildete zentrische Ausnehmung 30 aufweist. Die Ausnehmung 30 wird durch einen Deckeleinsatz 32 ausgefüllt, der gasdicht auf dem Flansch 29 aufliegt. Der Deckeleinsatz 32 trägt drei gleichmäßig um die Mittelachse 2' verteile Brennerverfahreinrichtungen 34, die gegen die Mittelachse 2' unter einem Winkel α geneigt sind. Die mit ihren hinteren Enden auf der Brennerverfahreinrichtung 34 gehaltenen Plasmabrenner 14' werden durch gasdichte k Durchlaßöffnungen 18' durch den Deckeleinsatz 32 hindurchgeführt.If the pan content is poured in two installments, it is advantageous to heat the later to be poured upper layer higher, which is achieved by argon is added through the side channels 21 in the melt. The upward rising argon thus moves only the upper layer in bath movement, so that the heat energy supplied by the plasma torches 14 preferably remains in the upper layer and thus forms a temperature gradient above the height of the melt. For vacuum treatment of the molten metal 1, the exhaust pipe 10 is connected via the switching device 11 with the vacuum pump 13. The plasma torch 14 are only so far out during the vacuum treatment through the passage openings 18 of the lid 5, that the sealing effect between the cover 5 and the plasma torches 14 is ensured. Due to the given distance to the melt 1 they are largely protected against high-splash parts of the molten metal 1. For the purpose of heating the plasma torches 14 are lowered after the vacuum treatment in its operating position. In the embodiment according to FIG. 3, the ladle 2a is provided with a cover 27a which has a central recess 30 formed by an annular collar 28 and a flange 29. The recess 30 is filled by a lid insert 32 which rests gas-tight on the flange 29. The lid insert 32 carries three torches 32 uniformly distributed about the central axis 2 ', which are inclined at an angle α to the central axis 2'. The plasma torch 14 'held with its rear ends on the burner driver 34' are passed through the lid insert 32 through gastight k passage openings 18 '.
Der Deckeleinsatz 32 kann auch in der Ausnehmung 30 einer in Fig. 3 strichpunktiert dargestellten Abdeckung 27 b aufliegen, die zu einer größeren Gießpfanne 2 b gehört. Somit kann die an dem Deckeleinsatz 32 befestigte, aus den Plasmabrennern 14' 'bestehende Heizeinrichtung für verschieden große Gießpfannen verwendet werden. Zur Anpassung an die verschieden großen Gießpfannen ist es vorteilhaft, die Schrägstellung der Brennerverfahreinrichtungen einstellbar zu gestalten. Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 befindet sich die Gießpfanne 2 in einem sie umgebenden Stahlkessel 36. Der Kessel 36 trägt einen Deckel 37 mit drei gleichmäßig um die Mittelachse 2' verteilten und in ihrer Schräglage verstellbar angeordneten Brennerverfahreinrichtungen 34. Außerdem weist der Deckel, wie bereits im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsbeispielen beschrieben, einen Hitzeschild 6, eine Dosiervorrichtung 7 und einen Abgasstutzen 8 auf. Die Abdeckung für die Metallschmelze 1 wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch den Deckel 37 und den Kessel 36 zusammen gebildet. In den Kessel 36 können verschieden große Gießpfannen 2 eingegeben werden, so daß der Kessel mit der die Plasmabrenner 14' aufweisenden Heizeinrichtung universell verwendbar ist. Um bereits vor dem Beheizen eine Inertgasatmosphäre im Kessel 36 zu erzeugen, ist die Kesselwand mit Düsen 39 bestückt. Das Inertgas kann sowohl durch die Brenner 14' als auch durch die Düsen 39 in den Kessel gelangen.The lid insert 32 can also rest in the recess 30 of a dot-dash line shown in Fig. 3 cover 27 b, which belongs to a larger ladle 2 b. Thus, the heater attached to the lid insert 32 and consisting of the plasma torches 14 "may be used for various sized ladles. To adapt to the different sized ladles, it is advantageous to make the inclination of the burner driving devices adjustable. In an embodiment according to Figure 4, the ladle 2 is located in a surrounding steel vessel 36. The boiler 36 carries a lid 37 with three evenly about the central axis 2 'distributed and adjustable in its inclined position arranged burner driving devices 34. In addition, the lid, as already described in connection with the other embodiments, a heat shield 6, a metering device 7 and an exhaust port 8. The cover for the molten metal 1 is formed by the lid 37 and the boiler 36 together in this embodiment. In the boiler 36 different sized ladles 2 can be entered so that the boiler with the plasma torch 14 'having heater is universally applicable. In order to generate an inert gas atmosphere in the boiler 36 before heating, the boiler wall is equipped with nozzles 39. The inert gas can pass through both the burners 14 'and the nozzles 39 into the boiler.
Zum Zünden werden die Plasmabrenner 14' derart sch rag angestellt, daß sich deren Achsen in einem oberhalb des Badspiegels liegenden Punkt schneiden. Die Ströme fließen dann zunächst unmittelbar über die Elektroden der Plasmabrenner 14, ohne den Weg über das Schmelzgut zu nehmen. Durch die Bogenstrahlung wird eine etwa auf der Metallschmelze 1 vorhandene Schlackenschicht aufgeschmolzen und elektrisch leitend gemacht. Die Plasmabrenner 14' können nunmehr durch steileres Anstellen in den Betriebszustand überführt werden, wobei die Metallschmelze 1 in den Strompfad mit einbezogen wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.5 sind die Plasmabrenner 14" in einem Einsatzstück 41 angeordnet, das sich am unteren Ende eines Führungs-oder Tragrohres 42 befindet. Das Tragrohr 42 ist durch eine zentrische Durchlaßöffnung 43 im Deckel 44 geführt. Das Einsatzstück 41, das Tragrohr 42 und die gasdicht gegen das Rohr ausgebildete Durchlaßöffnung 43 sind wassergekühlt.For igniting the plasma torch 14 'are turned on so sch rag that intersect their axes in a lying above the bath level point. The currents then flow initially directly over the electrodes of the plasma torch 14, without taking the path on the melt. By the arc radiation, an existing approximately on the molten metal slag layer 1 is melted and made electrically conductive. The plasma torches 14 'can now be converted into the operating state by steeper setting, the molten metal 1 being included in the current path. In the embodiment according to Fig. 5, the plasma torches 14 "are arranged in an insertion piece 41 which is located at the lower end of a guide or support tube 42. The support tube 42 is guided through a centric passage opening 43 in the cover 44. The insertion piece 41 Support tube 42 and the gas-tight formed against the pipe passage opening 43 are water-cooled.
Darüber hinaus sind das Einsatzstück 41 und das Rohr 42 mit einer Feuerfestmasse beschichtet. Das Rohr 42 wird von einem Tragarm 45 gehalten und von diesem durch den Deckel 44 auf und ab bewegt. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich unter dem Boden der Gießpfanne zur Weiterleitung der Metallschmelze in eine (nicht dargestellte) Stranggießmaschine ein Tundish 46, der durch eine im Boden der Gießpfanne 2 befindliche, mit einem Schieberverschluß versehene Ausflußöffnung 47 beschickt wird. Die beschriebene Vorrichtung nach Fig. 5 erlaubt einerseits die gemeinsame Bewegung der Plasmabrenner 14" mit nur einer Hubvorrichtung und andererseits die Benutzung sehr kurzer Plasmabrenner, was aus konstruktiven Gründen vor allem beim Beheizen großer Schmelzmassen während des Vergießens von Vorteil ist. Die Versorgungsleitungen 17 der Plasmabrenner 14" werden durch das Rohr 42 und den Tragarm 45 geleitet. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist das zentrale Rohr 49 teleskopartig ausgebildet und weist drei Rohrteile 50; 51; 52; auf, wobei das innerste Rohrteil 52 an seinem vorderen Ende ein Einsatzstück 53 aufweist, in dem zwei parallel verlaufende Plasmabrenner 54 untergebracht sind. Die beiden Plasmabrenner 54 werden mit einphasigem Wechselstrom betrieben, wobei der Strompfad —wechselweise — von einem Plasmabrenner über die Metallschmelze zum anderen Plasmabrenner verläuft. Durch die teleskopartige Ausbildung des zentralen Rohres 49 lassen sich große Hubhöhen bei einer kleinen Anfangsbauhöhe realisieren.In addition, the insert 41 and the tube 42 are coated with a refractory material. The tube 42 is held by a support arm 45 and moved by the latter through the cover 44 up and down. In the embodiment shown in Fig. 5 is located below the bottom of the ladle for forwarding the molten metal in a (not shown) continuous casting a tundish 46, which is fed through a located in the bottom of the ladle 2, provided with a slide closure orifice 47. The described device according to Fig. 5 allows on the one hand the joint movement of the plasma torch 14 "with only one lifting device and on the other hand the use of very short plasma torches, which is advantageous for constructional reasons, especially when heating large enamel masses during the casting 14 "are passed through the tube 42 and the support arm 45. In the embodiment of Figure 6, the central tube 49 is telescopically formed and has three pipe parts 50; 51; 52; on, wherein the innermost tube part 52 has at its front end an insert 53, in which two parallel plasma torch 54 are housed. The two plasma torches 54 are operated with single-phase alternating current, wherein the current path alternately - runs from one plasma torch on the molten metal to the other plasma torch. Due to the telescopic design of the central tube 49, large lift heights can be realized with a small initial height.
Claims (27)
im Rahmen der Beziehung- The current flowing through the electrode of the burner arc current (I) in kA
in the context of the relationship
eingestellt und betrieben werden.x (0.755 + 0.315kA- 1/2 VD
be set and operated.
eingestellt und betrieben werden.x (o, 755 + 0.315kA ~ 1/2 Vl - 0.75tan α)
be set and operated.
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