DE102013016366A1 - Production of high quality manganese from ferromanganese by evaporation in a vacuum induction plant - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von technisch reinem Mangan durch Verdampfung von kohlenstoffhaltigem Ferromangan in einem Induktionsvakuumgefäß, wobei das Verfahren unter Vakuum und Temperaturen oberhalb der Liquidus-Temperatur des Mangans ausgeführt wird, und eine Pfanne mit flüssigem kohlenstoffhaltigem Ferromangan in einen Induktionsverdampfer (1) eingesetzt wird, das Metall unter Vakuum, erzeugt und durch ein Vakuumpumpen- (3) und Filtersystem (10) im Bereich von 10–900 mbar und einer Temperatur im Bereich von > 1248°C rührend mit Argon verdampft und im weiteren Verlauf der Anlage durch einen primären Kühler (4) mit Wasser gekühlt wird, wobei die Mn-Dämpfe in einer mobilen Kondensationskammer (2) bei Temperaturen im Bereich von 1350–1400°C durch einen sekundären Kühler (5) verflüssigt und durch ein siphonartiges beheiztes Abstichloch kontinuierlich in eine Gießmaschine (8) abgestochen und zum Endprodukt (11) vergossen werden. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.A process for producing engineered manganese by evaporating carbonaceous ferromanganese in an induction vacuum vessel, the process being carried out under vacuum and at temperatures above the liquidus temperature of the manganese, and inserting a ladle of liquid carbonaceous ferromanganese into an induction vaporizer (1) Metal under vacuum, and by a vacuum pump (3) and filter system (10) in the range of 10-900 mbar and a temperature in the range of> 1248 ° C stirring with argon evaporated and later in the system by a primary cooler ( 4) is cooled with water, wherein the Mn vapors liquefied in a mobile condensation chamber (2) at temperatures in the range of 1350-1400 ° C by a secondary cooler (5) and continuously through a siphon-like heated tap hole in a casting machine (8) tapped and the final product (11) shed. Apparatus for carrying out the method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von technisch reinem Mangan durch Verdampfung von kohlenstoffhaltigem Ferromangan in einem Induktionsvakuumgefäß.The present invention relates to a process for the production of technically pure manganese by evaporation of carbonaceous ferromanganese in an induction vacuum vessel.

Mangan ist eins von den wichtigsten Legierungselementen bei der Stahlherstellung. Es zeichnet sich mit hoher Festigkeit und Dehnung aus. Die Erzeugung von Stahlsorten mit Mangan erfolgt durch Zugabe von manganhaltigen Legierungsmitteln während des Stahlherstellungsprozesses. Zu denen gehören Mn-Legierungen erzeugt in Hochöfen bzw. Reduktionsöfen mit hohem Kohlenstoffgehalt wie FeMnHC (HCFeMn) und Legierungen mit mittlerem FeMnMC (MCFeMn) und niedrigem Kohlestoffgehalt FeMnLC (LCFeMn). erzeugt in sekundärmetallurgischen Anlagen.Manganese is one of the most important alloying elements in steelmaking. It is characterized by high strength and elongation. The production of steel grades with manganese takes place by adding manganese-containing alloying agents during the steelmaking process. These include Mn alloys produced in blast furnaces or high carbon reduction furnaces such as FeMnHC (HCFeMn) and FeMnLC (LCFeMn) alloys with medium FeMnMC (MCFeMn) and low carbon content. produced in secondary metallurgical plants.

Die Mangan-Legierungen sind außer mit den genannten Kohlenstoffgehalten auch mit weiteren Elementen wie Phosphor und Schwefel belastet, so dass die Anwendung der Materialien nicht unbegrenzt in Einsatz kommen kann.The manganese alloys are loaded in addition to the carbon contents mentioned also with other elements such as phosphorus and sulfur, so that the application of materials can not be used indefinitely.

Typische Zusammensetzung von Mangan-Legierungen in Gew.-% sind: C Si P S Mn FeMnHC 7–8 1.5–4.5 0.2–0.4 0.03 65–82 FeMnMC 1.0 1.5–2.5 0.2–0.4 0.02 75–85 FeMnLC 0.2–0.7 1–2 0.1–0.3 0.02 78–92 Typical composition of manganese alloys in wt .-% are: C Si P S Mn FeMnHC 7-8 1.5-4.5 0.2-0.4 12:03 65-82 FeMnMC 1.0 1.5-2.5 0.2-0.4 12:02 75-85 FeMnLC 0.2-0.7 1-2 0.1-0.3 12:02 78-92

Es wird allerdings immer öfter nach technisch reinem Mangan gefragt, um dem ständig wachsenden Ansprüchen der hochqualitativen Stahlherstellung nachzugehen. Derzeit wird technisch reines Mangan nur auf elektrolytischer Weise hergestellt, da reines Mangan technisch nicht durch die Reduktion mit Kohlenstoff gewonnen werden kann, da sich hierbei neben Mangan auch stabile Carbide, insbesondere Mn7C3, bilden.However, there is an increasing demand for technically pure manganese in order to meet the constantly growing demands of high-quality steel production. At present, technically pure manganese is only produced in an electrolytic manner, since pure manganese can not be obtained technically by reduction with carbon, since in addition to manganese there are also stable carbides, in particular Mn 7 C 3 .

Hierzu wird eine möglichst reine Mangansulfat-Lösung verwendet, die mit Edelstahl-Elektroden bei 5–7 V elektrolysiert wird. An der Kathode entsteht dabei reines Mangan, an der Anode Sauerstoff, der mit Manganionen weiter zu Braunstein reagiert. 2MnSO4 + 2H2O → 2Mn + 2H2SO4 + O2 For this purpose, as pure a manganese sulfate solution is used, which is electrolysed with stainless steel electrodes at 5-7 V. Pure manganese is produced at the cathode and oxygen at the anode, which reacts with manganese ions to form brownstone. 2MnSO 4 + 2H 2 O → 2Mn + 2H 2 SO 4 + O 2

Daneben sind auch die Gewinnung von Mangan durch die Reduktion von Manganoxiden mit Aluminium (Aluminothermie) oder Silicium bekannt.In addition, the extraction of manganese by the reduction of manganese oxides with aluminum (aluminothermy) or silicon are known.

Eine weitere Möglichkeit der Mangangewinnung besteht darin, die oben genannten Manganverbindungen soweit zu erhitzen, so dass das Mangan verdampf.Another way of Mangangewinnung is to heat the above manganese compounds so far, so that the manganese evaporates.

Allerdings entsteht reines Mangan erst bei Temperaturen über 1600°C, da erst bei dieser Temperatur ein Teil des Mangans zu verdampfen beginnt, so dass dieser Herstellungsweg bisher nicht wirtschaftlich anwendbar war.However, pure manganese is formed only at temperatures above 1600 ° C, since only at this temperature, a portion of the manganese begins to evaporate, so that this production route has not been economically applicable.

Eine Aufgabe der vorliegen Erfindung ist es, ein Verfahren zur kontinuierlichen Mangan-Herstellung durch Verdampfung der Ausgangrohstoffe zur Verfügung zu stellen, die kostengünstig und damit wirtschaftlich ist.An object of the present invention is to provide a process for the continuous production of manganese by evaporation of the starting raw materials, which is inexpensive and thus economical.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst, insbesondere dadurch, dass das Verfahren unter Vakuum und Temperaturen oberhalb der Liquidus-Temperatur des Mangans ausgeführt wird, wobei eine Pfanne mit flüssigem kohlenstoffhaltigem Ferromangan in einen Induktionsverdampfer eingesetzt wird, das Metall unter Vakuum, erzeugt und durch ein Vakuumpumpen- und Filtersystem im Bereich von 10–900 mbar und einer Temperatur im Bereich von > 1248°C rührend mit einem Inertgas verdampft und im weiteren Verlauf der Anlage mit Wasser gekühlt wird, wobei die Mn-Dämpfe in einer mobilen Kondensationskammer bei Temperaturen im Bereich 1350–1400°C verflüssigt und durch ein siphonartiges beheiztes Abstichloch kontinuierlich in eine Vergießmaschine abgestochen werden.This object is achieved by the features specified in claim 1, in particular by the fact that the process is carried out under vacuum and temperatures above the liquidus temperature of manganese, wherein a pan is used with liquid carbonaceous ferromanganese in an induction evaporator, the metal under vacuum, is generated by a vacuum pump and filter system in the range of 10-900 mbar and a temperature in the range of> 1248 ° C stirring with an inert gas and cooled in the course of the system with water, the Mn vapors in a mobile condensation chamber liquefied at temperatures in the range 1350-1400 ° C and tapped by a siphon-like heated tap hole continuously in a Vergießmaschine.

Die in der Erfindung präsentierte Anlage und das Verfahren stellt eine innovative Technik nicht nur im Sinne der kontinuierlichen Mangan-Herstellung aber auch ihres Vergießens dar.The plant presented in the invention and the process represents an innovative technique not only in terms of continuous manganese production but also their potting.

Im Folgenden sollen die metallurgischen Eigenschaften des Mangans beschrieben werden. In the following, the metallurgical properties of manganese are described.

Das Zweikomponentensystem Mn-Fe, stellt verschiedene Wandlungsphasen der Lösung Mangan-Eisen dar. Wie dem untenstehenden Diagramm zu entnehmen ist, liegt die Liquidustemperatur des reinen Mangans bei 1246°C.The two-component system Mn-Fe represents various phases of the manganese-iron solution. As shown in the diagram below, the liquidus temperature of pure manganese is 1246 ° C.

Figure DE102013016366A1_0002
Fe-Mn Phasengleichgewichtsystem Mn-Fe
Figure DE102013016366A1_0002
Fe-Mn phase balance system Mn-Fe

Beim Mangangehalt von 65–92%, typischem Gehalt der Ferrolegierungen, liegt die Liquidustemperatur im Bereich 1246–1280°C. Sie definiert die niedrigste Temperatur bei der das Flüssigmaterial zu verdampfen beginnt. Der Dampfdruck in Abhängigkeit der Temperatur hat einen exponentiell wachsenden Verlauf.At the manganese content of 65-92%, typical content of the ferroalloys, the liquidus temperature is in the range 1246-1280 ° C. It defines the lowest temperature at which the liquid material starts to evaporate. The vapor pressure as a function of the temperature has an exponentially increasing course.

Figure DE102013016366A1_0003
Mn-Dampfdruck
Figure DE102013016366A1_0003
Mn-vapor pressure

Um die physikalischen Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu veranschaulichen, wird nachstehend die Verdampfungskinetik des Mangans beschrieben.In order to illustrate the physical conditions of the process according to the invention, the evaporation kinetics of manganese will be described below.

Die Verdampfungskinetik des Mangans ist eine Funktion des Druckes, der Temperatur und der Inertgasrate. Der Verdampfungsprozess selbst erfolgt durch Phasenumwandlung-Flüssigkeit/Gas (Dampf) bei gegebener Temperatur und dem Druck nach dem Gesetz der ersten Ordnung, wie in Gleichung (1) darstellt ist, (– dMn / dt) = 1 / τ([Mn] – [Mn*]) (1) worin

(–dMn/dt):
Verdampfungsrate in %/min
τ:
Phasenumwandlungskonstante in Minuten
[Mn]:
aktuelle Mangan-Konzentration
[Mn*]:
Mn-Gleichgewichtskonzentration bei aktuellem Prozesszustand (p, T, Inertgas) ist.
The evaporation kinetics of manganese is a function of pressure, temperature and inert gas rate. The evaporation process itself is carried out by phase change liquid / gas (steam) at a given temperature and the pressure according to the law of the first order, as shown in equation (1), (- dMn / dt) = 1 / τ ([Mn] - [Mn *]) (1) wherein
(-DMn / dt):
Evaporation rate in% / min
τ:
Phase conversion constant in minutes
[Mn]:
current manganese concentration
[Mn *]:
Mn equilibrium concentration at the current process state (p, T, inert gas).

Bei einem Phasengleichgewicht (Flüssigkeit-Gas) [Mn*] = {Mn*} (2) ausgedrückt durch eine temperaturabhängige Konstante K(T),

Figure DE102013016366A1_0004
den Verdampfungsdruck pMn als auch durch den Aktivitätskoeefizient fMn als Funktion der Metallzusammensetzung wird das Mangangleichgewicht [Mn*] folgend dargestellt:
Figure DE102013016366A1_0005
worin
Figure DE102013016366A1_0006
At a phase equilibrium (liquid-gas) [Mn *] = {Mn *} (2) expressed by a temperature-dependent constant K (T),
Figure DE102013016366A1_0004
the vaporization pressure pMn as well as the activity coefficient fMn as a function of the metal composition, the manganese balance [Mn *] is represented as follows:
Figure DE102013016366A1_0005
wherein
Figure DE102013016366A1_0006

Dabei gilt

  • 1. NMn: Mn-Volumenstrom im Vakuumgefäß in Nm3/min, direkt proportional zur Verdampfungsrate ausgedrückt durch k(–dMn/dt),
  • 2. uAr: eingeblasener Ar-Volumenstrom in das Vakuumgefäß in Nm3/min,
  • 3. p: Druck innerhalb des Verdampfungsgefässes
It applies
  • 1. NMn: Mn volume flow in the vacuum vessel in Nm3 / min, directly proportional to the evaporation rate expressed by k (-dMn / dt),
  • 2. uAr: blown Ar volumetric flow into the vacuum vessel in Nm3 / min,
  • 3. p: pressure inside the evaporation vessel

Gleichungen (4) und (5) in Verbindung mit der Gleichung (1) ergeben den folgenden Zusammenhang:

Figure DE102013016366A1_0007
Equations (4) and (5) in conjunction with equation (1) give the following relation:
Figure DE102013016366A1_0007

Die Gleichung (6) gibt das Steuerprinzip angelehnt an die folgenden Größen wieder:

  • – Metalltemperatur T, geregelt im Temperaturbereich größer als 1246°C mit einer induktiven Heizung
  • – Gefäßdruck p, geregelt im Bereich 10 bis 900 mbar mittels eines Vakuumpumpensystems
  • – Ar-Inertgasdurchflussrate uAr, geregelt im Bereich 0.05 bis 0.5 Nm3/(tMetall min) mittels eines Einblassystems.
Equation (6) represents the control principle based on the following quantities:
  • - Metal temperature T, regulated in the temperature range greater than 1246 ° C with an inductive heating
  • - Vessel pressure p, regulated in the range 10 to 900 mbar by means of a vacuum pump system
  • - Ar-Inertgasdurchflußrate uAr, regulated in the range 0.05 to 0.5 Nm3 / (tMetall min) by means of an injection system.

Hieraus ergeben sich alle relevanten Parameter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.This results in all relevant parameters for carrying out the method according to the invention with the device according to the invention.

Das Verfahren sieht vor, dass die Verflüssigung der Mn-Dämpfe kontinuierlich mittels des sekundären Kühlers, der im Dampfstrom innerhalb einer Dampfleitung angeordnet und zwecks der Verbesserung des Tropfenabflusses in konischer Form ausgebildet ist, erfolgt.The method provides that the liquefaction of the Mn vapors takes place continuously by means of the secondary cooler, which is arranged in the vapor stream within a vapor line and is formed in a conical shape for the purpose of improving the drop outflow.

Das Vakuumpumpensystem ist zusätzlich mit einem sekundären Wasserkühlsystem, einem Kondensator und einem Filter ausgestattet. Der Verdampfungsprozess wird dabei zusätzlich mit Argon als Inertgas unterstützt und bildet quasi eine Schutzgasatmosphäre aus.The vacuum pump system is additionally equipped with a secondary water cooling system, a condenser and a filter. The evaporation process is additionally supported with argon as an inert gas and forms a kind of inert gas atmosphere.

Das technisch reine Mangan wird kontinuierlich mit Wasser gekühlt, abgestochen und unter der Argonschutzgasatmosphäre in eine Gießmaschine aufgegeben, wo es in entsprechend gewünschte Formate gegossen werden kann. The technically pure manganese is continuously cooled with water, tapped and placed under the Argon protective gas atmosphere in a casting machine, where it can be poured into the desired formats.

Während des Prozesses ist es vorgesehen, die Verdampfungsrate, Temperatur, Vakuumdruck und Inertgasdurchflussrate zu steuern. Das zu verdampfende Verdampfungsmaterial kann aus verschiedenen Mn-Konzentrationen bestehen, die dann wiederum die Verdampfungsrate, Temperatur und Inertgasdurchflussrate beeinflussen können.During the process, it is intended to control the rate of evaporation, temperature, vacuum pressure and inert gas flow rate. The evaporation material to be evaporated may consist of various Mn concentrations, which in turn may then influence the rate of evaporation, temperature and inert gas flow rate.

Auch soll es möglich sein, dass das Verdampfungsmaterial kontinuierlich oder diskontinuierlich in den Induktionsverdampfer chargiert wird.It should also be possible that the evaporation material is charged continuously or discontinuously in the induction evaporator.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung zu stellen.Another object of the present invention is to provide an apparatus for carrying out the method according to the invention.

Diese weitere Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß der im Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst, insbesondere dadurch einen Verdampfer in dem die Manganlegierung eingesetzt wird, das Metall unter Vakuum, erzeugt und durch ein Vakuumpumpen- und Filtersystem im Bereich von 10–900 mbar und einer Temperatur im Bereich von > 1248°C rührend mit Argon als Schutzgas verdampfbar ist und über eine primäre Wasserkühlung und über eine sekundäre Wasserkühlung gekühlt wird, wobei die Mn-Dämpfe in einer mobilen Kondensationskammer bei Temperaturen im Bereich 1350–1400°C im flüssigen Aggregatzustand gesammelt werden und durch ein siphonartiges beheiztes Abstichloch kontinuierlich in eine Vergießmaschine abstechbar ist.This further object is achieved by a device according to the features specified in claim 9, in particular an evaporator in which the manganese alloy is used, the metal under vacuum, and generated by a vacuum pump and filter system in the range of 10-900 mbar and a temperature In the range of> 1248 ° C stirring with argon is inert as a protective gas and is cooled by a primary water cooling and a secondary water cooling, the Mn vapors are collected in a mobile condensation chamber at temperatures in the range 1350-1400 ° C in the liquid state and is continuously abstechbar by a siphon-like heated tap hole in a Vergießschieb.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Verdampfer ein Induktionsverdampfer, der auf einer Hydraulikplattform angeordnet und über diese vertikal verfahrbar ausgebildet ist.In a further embodiment, the evaporator is an induction evaporator, which is arranged on a hydraulic platform and designed to be vertically movable over it.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die mobile Kondensationskammer horizontal verfahrbar ausgebildet.According to an advantageous embodiment of the device according to the invention, the mobile condensation chamber is designed to be horizontally movable.

In einer weiteren Ausführungsform sind der Induktionsverdampfer und die Kondensationskammer über eine, mit der primären Wasserkühlung und der sekundären Wasserkühlung wirkverbundenen Dampfleitung gasdicht miteinander verbunden.In a further embodiment, the induction evaporator and the condensation chamber are gas-tightly connected to one another via a steam line operatively connected to the primary water cooling and the secondary water cooling.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungemäßen Vorrichtung ist die sekundäre Wasserkühlung innerhalb der Dampfleitung im Dampfstrom über der Kondensationskammer angeordnet.In a particularly advantageous embodiment of the device according to the invention, the secondary water cooling within the steam line is arranged in the vapor stream above the condensation chamber.

Es ist vorgesehen, dass die Dampfleitung mit einer Zuleitung für das Schutzgas (Inertgas) verbunden ist und das Schutzgas (Inertgas) in der Dampfleitung und der Zuleitung im Kreislauf geführt wird, wobei dampfförmiges Mangan durch einen, der Zuleitung zugeordneten, sekundären Kondensator abgeschieden werden kann und das Schutzgas (Inertgas) über die Zuleitung den Induktionsverdampfer und damit dem Dampfstrom wieder zugeführt wird. Dabei ist es vorgesehen, dass auch zusätzliches Inertgas über die Einspeisung dem Kreislauf zugeführt werden kann, um die prozessbedingten Verluste ausgleichen zu können und so die Konzentration im Kreislaufsystem regulieren zu können.It is envisaged that the steam line is connected to a supply line for the protective gas (inert gas) and the protective gas (inert gas) is circulated in the steam line and the supply line, wherein manganese manganese can be separated by a secondary condenser assigned to the feed line and the protective gas (inert gas) via the feed line to the induction evaporator and thus the steam flow is fed back. It is envisaged that additional inert gas can be supplied via the feed to the circuit in order to compensate for the process-related losses and so to be able to regulate the concentration in the circulatory system.

Um die Konzentration an dem Schutzgas (Inertgas) im Kreislauf möglichst konstant zu halten, kann zusätzliches Schutzgas über eine Einspeisung in die Zuleitung eingeleitet werden, wo es über einen sekundären Filter wieder in den Induktionsverdampfer eingespült werden kann.In order to keep the concentration of the protective gas (inert gas) in the circulation as constant as possible, additional protective gas can be introduced via a feed into the supply line, where it can be flushed back into the induction evaporator via a secondary filter.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.The device according to the invention for carrying out the method according to the invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings.

Die einzige Figur zeigt:The only figure shows:

1 eine schematische Ansicht der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens als Prozessablaufmodell. 1 a schematic view of the apparatus for performing the method as a process flow model.

Wie in der einzigen Figur dargestellt, besteht die Vorrichtung 18 im wesentlichen aus einem Induktionsverdampfer 1, in dem das eingebrachte FeMn bei einer Temperatur von 1600–1700°C im flüssigen Aggregatzustand gehalten wird. Der Induktionsverdampfer 1 ist in dieser Ausführungsform auf einer Hydraulikplattform 9 angeordnet, die es erlaubt diesen zu heben und zu senken.As shown in the single figure, the device consists 18 essentially from an induction evaporator 1 in which the FeMn introduced at a temperature of 1600-1700 ° C in the liquid Physical state is maintained. The induction evaporator 1 is in this embodiment on a hydraulic platform 9 arranged, which allows it to raise and lower.

Im Bodenbereich des Induktionsverdampfers 1 ist mindestens ein Spülrohranschluss 19 vorgesehen, der mit einer Zuleitung 15 verbunden ist und über die ein Schutzgas, in diesem Fall Argon, in den Induktionsverdampfer 1 eingeleitet wird. Das Schutzgas steigt durch die FeMn-Schmelze nach oben, wo es sich mit dem verdampften Anteil des Mangans bei einem Druck von 100 bis 200 mbar in einer Dampfleitung 14 sammelt und in einem Dampfstrom 17, hier als Pfeile dargestellt, abgeführt wird. Die Dampfleitung 14 ist dabei gasdicht mit dem Induktionsverdampfer 1 verbunden.In the bottom area of the induction evaporator 1 is at least one flush pipe connection 19 provided with a supply line 15 connected via the a protective gas, in this case argon, in the induction evaporator 1 is initiated. The inert gas rises through the FeMn melt, where it is with the vaporized portion of manganese at a pressure of 100 to 200 mbar in a steam line 14 collects and in a steam stream 17 , shown here as arrows, is discharged. The steam line 14 is gas-tight with the induction evaporator 1 connected.

Der sich in der Dampfleitung 14 befindliche Dampfstrom 17 wird an einer primären Wasserkühlung 4, die die Dampfleitung von außen ummantelt, vorbeigeleitet und dabei heruntergekühlt. In einer sekundären Wasserkühlung 5 wird der Dampfstrom 17 soweit heruntergekühlt, das ein Aggregatzustandwechsel des Mangans von gasförmig nach flüssig eintritt. Um dies so effizient und schnell wie möglich ausführen zu können, ist dabei vorgesehen, die sekundäre Wasserkühlung 5 innerhalb der Dampfleitung 14 und im Dampfstrom 17 anzuordnen.Located in the steam line 14 located vapor stream 17 is at a primary water cooling 4 , which surrounds the steam line from the outside, passed by and cooled down. In a secondary water cooling 5 becomes the vapor stream 17 so far cooled down, that an aggregate state change of manganese from gaseous to liquid occurs. In order to do this as efficiently and quickly as possible, it is provided, the secondary water cooling 5 inside the steam pipe 14 and in the vapor stream 17 to arrange.

Die sekundäre Wasserkühlung 5 ist dabei konisch ausgebildet und liegt mit der sich verjüngenden Seite in Richtung des ankommenden Dampfstromes 17. In der Figur ist dies als ein gleichschenkliges Dreieck dargestellt.The secondary water cooling 5 is conical and lies with the tapered side in the direction of the incoming vapor stream 17 , In the figure, this is shown as an isosceles triangle.

Unterhalb der sekundären Wasserkühlung 5 ist eine horizontal verfahrbare Kondensationskammer 2 angeordnet. Auch die Kondensationskammer 2 kann gasdicht mit der Dampfleitung 14 verbunden werden.Below the secondary water cooling 5 is a horizontally movable condensation chamber 2 arranged. Also the condensation chamber 2 can be gas-tight with the steam pipe 14 get connected.

In der horizontal verfahrbar ausgebildeten Kondensationskammer 2 sammelt sich das verflüssigte hochreine Mangan und wird bei einer Temperatur von 1350 bis 1400°C im flüssigen Aggregatzustand gehalten.In the horizontally movable condensation chamber 2 The liquefied high-purity manganese accumulates and is kept in a liquid state at a temperature of 1350 to 1400 ° C.

Der verfahrbaren Kondensationskammer 2 ist ein siphonartiges Abstichloch 13 zugeordnet. Über das Abstichloch 13 wird das Mangan abgestochen und in eine Gießmaschine 8 aufgegeben. Die Gießmaschine 8 ist gekammert ausgebildet und steht auch unter einer Schutzgasatmosphäre 7 (Argon) und ist mit entsprechenden Vorrichtungsmitteln zur Beaufschlagung und Aufrechterhaltung der Schutzgasatmosphäre ausgerüstet. In der Gießmaschine wird das Mangan zu einem Endprodukt 11 in die entsprechend gewünschten Formate vergossen. Das Endprodukt 11 hat einen Reinheitsgrad von 99,9% Mangan.The movable condensation chamber 2 is a siphon-like tap hole 13 assigned. About the tap hole 13 The manganese is tapped and put into a casting machine 8th given up. The casting machine 8th is chambered and is also under a protective gas atmosphere 7 (Argon) and is equipped with appropriate device means for applying and maintaining the inert gas atmosphere. In the casting machine, the manganese becomes a final product 11 cast in the appropriate formats. The final product 11 has a purity of 99.9% manganese.

Während die manganhaltigen Dämpfe im Dampfstrom 17 an der sekundären Wasserkühlung 5 kondensieren, wird über einen Anschluss 20 die Schutzgasatmosphäre mittels einer Vakuumpumpe 3 abgesaugt und wieder in die Zuleitung 15 eingespeist. Das in dem Schutzgas noch befindliche verdampfte Mangan wird in einem sekundären Kondensator 12 heruntergekühlt und von der Schutzgasatmosphäre abgeschieden. Dem sekundären Kondensator 12 steht hierfür eine Vakuumpumpe mit Wasserkühlung 6 zur Verfügung.While the manganese-containing vapors in the vapor stream 17 at the secondary water cooling 5 condense is via a connection 20 the protective gas atmosphere by means of a vacuum pump 3 sucked off and back into the supply line 15 fed. The vaporized manganese still present in the shielding gas becomes a secondary condenser 12 cooled down and separated from the protective gas atmosphere. The secondary capacitor 12 stands for this a vacuum pump with water cooling 6 to disposal.

Das vom Mangandampf gereinigte Schutzgas wird in der Zuleitung 15 im Kreislauf geführt und über eine Einspeisung 16 und ein sekundär Filter 10 wieder in den Induktionsverdampfer geleitet. Über die Einspeisung 16 wird dem Kreislauf durch den Prozessverlauf verlorengegangenes Schutzgas wieder zugeführt, so dass eine stabile Argon-Schutzgasatmosphäre mit jederzeit sichergestellt wird.The inert gas cleaned by the manganese vapor is in the supply line 15 circulated and via an infeed 16 and a secondary filter 10 returned to the induction evaporator. About the feed 16 the circuit is returned through the course of the process lost inert gas, so that a stable argon inert gas atmosphere is ensured at any time.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Induktionsverdampferinduction evaporator
22
Kondensationskammercondensation chamber
33
Vakuumpumpevacuum pump
44
primäre Wasserkühlungprimary water cooling
55
sekundäre Wasserkühlungsecondary water cooling
66
Vakuumpumpe mit WasserkühlsystemVacuum pump with water cooling system
77
ArgonschutzatmosphäreArgon protective atmosphere
88th
Gießmaschinecasting machine
99
Hydraulikplattformhydraulic platform
1010
Sekundärfiltersecondary filter
1111
Endproduktend product
1212
sekundär Kondensatorsecondary capacitor
1313
Abstichlochtap hole
1414
Dampfleitungsteam line
1515
Zuleitungsupply
1616
Einspeisungfeed
1717
Dampfstromsteam power
1818
Vorrichtungcontraption
1919
Spülrohranschlussflush pipe connection
2020
Anschlussconnection

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung von technisch reinem Mangan durch Verdampfung von kohlenstoffhaltigem Ferromangan in einem Induktionsvakuumgefäß, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Vakuum und Temperaturen oberhalb der Liquidus-Temperatur des Mangans ausgeführt wird, wobei eine Pfanne mit flüssigem kohlenstoffhaltigem Ferromangan in einen Induktionsverdampfer (1) eingesetzt wird, das Metall unter Vakuum, erzeugt und durch ein Vakuumpumpen- (3) und Filtersystem (10) im Bereich von 10–900 mbar und einer Temperatur im Bereich von > 1248°C rührend mit einem Inertgas verdampft und im weiteren Verlauf der Anlage durch einen primären Kühler (4) mit Wasser gekühlt wird, wobei die Mn-Dämpfe in einer mobilen Kondensationskammer (2) bei Temperaturen im Bereich 1350–1400°C durch einen sekundären Kühler (5) verflüssigt und durch ein siphonartiges beheiztes Abstichloch kontinuierlich in eine Gießmaschine (8) abgestochen und zum Endprodukt (11) vergossen werden.Process for the preparation of technically pure manganese by evaporation of carbonaceous ferromanganese in an induction vacuum vessel, characterized in that the process is carried out under vacuum and at temperatures above the liquidus temperature of the manganese, with a ladle of liquid carbonaceous ferromanganese in an induction evaporator ( 1 ), the metal is generated under vacuum, and by a vacuum pump ( 3 ) and filter system ( 10 ) is in the range of 10-900 mbar and a temperature in the range of> 1248 ° C stirring with an inert gas evaporated and later in the system by a primary cooler ( 4 ) is cooled with water, the Mn vapors in a mobile condensation chamber ( 2 ) at temperatures in the range 1350-1400 ° C by a secondary cooler ( 5 ) and continuously through a siphon-like heated tap hole in a casting machine ( 8th ) and the final product ( 11 ) are shed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verflüssigung der Mn-Dämpfe kontinuierlich mittels des sekundären Kühlers (5), der im Dampfstrom (17) innerhalb einer Dampfleitung (14) angeordnet und zwecks der Verbesserung des Tropfenabflusses in konischer Form ausgebildet ist, erfolgt.Process according to Claim 1, characterized in that the liquefaction of the Mn vapors is carried out continuously by means of the secondary cooler ( 5 ) suspended in the vapor stream ( 17 ) within a steam line ( 14 ) is arranged and formed for the purpose of improving the drop flow in a conical shape takes place. Verfahren Nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumpumpensystem zusätzlich mit einem sekundären Wasserkühlsystem (6), einem Kondensator (12) und einem Filter (13) ausgestattet wird.Method according to claim 1, characterized in that the vacuum pump system is additionally provided with a secondary water cooling system ( 6 ), a capacitor ( 12 ) and a filter ( 13 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfungsprozess zusätzlich mit Argon als Inertgas unterstützt wird.A method according to claim 1, characterized in that the evaporation process is additionally supported with argon as an inert gas. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das technische reine Mangan kontinuierlich mit Wasser gekühlt, abgestochen und unter einer Argonschutzgasatmosphäre in eine Gießmaschine (8) aufgegeben wird.A method according to claim 1, characterized in that the technical pure manganese is continuously cooled with water, tapped and under an argon protective gas atmosphere in a casting machine ( 8th ) is abandoned. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungsrate von Temperatur, Vakuumdruck und Inertgasdurchflussrate gesteuert wird.A method according to claim 1, characterized in that the evaporation rate of temperature, vacuum pressure and inert gas flow rate is controlled. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsmaterial aus verschiedenen Mn-Konzentrationen besteht.A method according to claim 1, characterized in that the evaporation material consists of different Mn concentrations. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsmaterial kontinuierlich oder diskontinuierlich in den Induktionsverdampfer (1) chargiert wird.A method according to claim 7, characterized in that the evaporation material continuously or discontinuously in the induction evaporator ( 1 ) is charged. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Verdampfer (1) in dem die Manganlegierung eingesetzt wird, das Metall unter Vakuum, erzeugt und durch ein Vakuumpumpen- (3) und Filtersystem (13) im Bereich von 10–900 mbar und einer Temperatur im Bereich von > 1248°C rührend mit Argon als Schutzgas verdampfbar ist und über eine primäre Wasserkühlung (4) und über eine sekundäre Wasserkühlung (5) gekühlt wird, wobei die Mn-Dämpfe in einer mobilen Kondensationskammer (2) bei Temperaturen im Bereich 1350–1400°C im flüssigen Aggregatzustand gesammelt werden und durch ein siphonartiges beheiztes Abstichloch (13) kontinuierlich in eine Vergießmaschine (8) abstechbar ist.Device for carrying out the method according to claims 1 to 8, characterized by an evaporator ( 1 ) in which the manganese alloy is used, the metal under vacuum, generated and by a vacuum pump ( 3 ) and filter system ( 13 ) is in the range of 10-900 mbar and a temperature in the range of> 1248 ° C stirring with argon as an inert gas and over a primary water cooling ( 4 ) and via a secondary water cooling ( 5 ) is cooled, the Mn vapors in a mobile condensation chamber ( 2 ) are collected at temperatures in the range 1350-1400 ° C in the liquid state and by a siphon-like heated taphole ( 13 ) continuously into a casting machine ( 8th ) is abstechbar. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (1) ein Induktionsverdampfer ist, der auf einer Hydraulikplattform (9) angeordnet ist und über diese vertikal verfahrbar ausgebildet ist.Apparatus according to claim 9, characterized in that the evaporator ( 1 ) is an induction evaporator mounted on a hydraulic platform ( 9 ) is arranged and is formed vertically movable over this. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Kondensationskammer (2) horizontal verfahrbar ausgebildet ist.Device according to claim 9, characterized in that the mobile condensation chamber ( 2 ) is formed horizontally movable. Vorrichtung gemäß Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktionsverdampfer (1) und die Kondensationskammer (2) miteinander über eine, mit der primären Wasserkühlung (4) und der sekundären Wasserkühlung (5) wirkverbundenen Dampfleitung (14), gasdicht verbunden sind. Device according to claim 10 and 11, characterized in that the induction evaporator ( 1 ) and the condensation chamber ( 2 ) with one another, with the primary water cooling ( 4 ) and secondary water cooling ( 5 ) Actively connected steam line ( 14 ), are connected gas-tight. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Wasserkühlung (5) innerhalb der Dampfleitung (14) im Dampfstrom (17) über der Kondensationskammer (2) angeordnet ist.Device according to claim 12, characterized in that the secondary water cooling ( 5 ) within the steam line ( 14 ) in the vapor stream ( 17 ) above the condensation chamber ( 2 ) is arranged. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfleitung (14) mit einer Zuleitung (15) für das Schutzgas verbunden ist, und das Schutzgas in der Dampfleitung (14) und der Zuleitung (15) im Kreislauf geführt wird, wobei dampfförmiges Mangan durch einen, der Zuleitung (15) zugeordneten, sekundär Kondensator (12) abscheidbar ist und das Schutzgas über die Zuleitung (15) den Induktionsverdampfer (1) dem Kreislauf wieder zugeführt wird.Device according to claim 13, characterized in that the steam line ( 14 ) with a supply line ( 15 ) is connected to the protective gas, and the protective gas in the steam line ( 14 ) and the supply line ( 15 ) is circulated, wherein vaporous manganese by one, the supply line ( 15 ), secondary capacitor ( 12 ) is separable and the protective gas via the supply line ( 15 ) the induction evaporator ( 1 ) is returned to the circulation. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas aus der Kondensationskammer (2) über eine Einspeisung (16) erneut in die Zuleitung (15) einleitbar ist und über einen sekundären Filter (10) in den Induktionsverdampfer (1) einspülbar und zusätzliches Schutzgas ebenfalls über die Einspeisung (16) dem Dampfstrom (17) zuleitbar ist.Apparatus according to claim 14, characterized in that the protective gas from the condensation chamber ( 2 ) via an infeed ( 16 ) again in the supply line ( 15 ) and via a secondary filter ( 10 ) in the induction evaporator ( 1 ) einspülbar and additional inert gas also via the feed ( 16 ) the vapor stream ( 17 ) is zuluhrbar.
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