DE1508111B1

DE1508111B1 - Verfahren zur Reinigung der Schmelze in einem metallurgischen Induktionsofen

Info

Publication number: DE1508111B1
Application number: DE19661508111
Authority: DE
Inventors: Jean Galey; Gilbert Valin
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1965-08-13
Filing date: 1966-08-02
Publication date: 1970-08-27
Also published as: GB1111402A; BE685316A; CH458419A; SE315351B; FR1462261A; FR89979E; FR90445E

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung unter Ausschaltung von Ansetzungen an der Ofender Schmelze in einem metallurgischen Induktionsofen wand erreicht wird.

ohne Anwendung von Vakuum, wie er wegen seiner Beim Betrieb von Siemens-Martin-Öfen oder Gießvorteilhaften Schmelzführung in starkem Umfang pfannen wird eine Badbewegung dadurch hervorfür die Herstellung von Legierungen, insbesondere 5 gerufen, daß im Boden der Pfanne ein Stopfen aus von hochlegierten Sonderstählen, verwendet wird. porigem feuerfestem Stoff angebracht wird, durch den Bekanntlich tritt bei Induktionsöfen unter dem Ein- ein inertes Gas eingeblasen wird, um das Schmelzbad Süß des Hcchfrequenzfeldes eine Bewegung des zu entgasen (F. S ο m m e r, Stahl und Eisen, Bd. 76, geschmolzenen Metalles in der _Weise ein, daß sich 1956, Nr. 22, S. 1503, rechte Spalte), oberhalb und unterhalb der Äquatorialebene, die io Auch ist ein Verfahren zur Reinigung, insbesondere etwa auf mittlerer Badhöhe liegt, kreisende Strö- Entgasung von Metallschmelzen bekannt, bei dem mungen bilden, deren Richtung in dem Teil oberhalb die das Schmelzbad enthaltende Pfanne unter reduder Äquatorialebene an der Ofenwand nach unten, zierten Druck bzw. Vakuum gesetzt wird und man unterhalb der Äquatorialebene aber an der Ofenwand durch einen porösen feuerfesten Stopfen im Boden nach oben verläuft. Diese durch das Hochfrequenz- 15 der Pfanne inertes Gas in einer Duichsatzmenge feld erzeugten Strömungen sind für eine Reinigung einbläst, die nach dem an der Oberfläche des Bades der Schmelze nicht geeignet, denn die unter der Ein- herrschenden Druck bzw. Unterdruck geregelt wird wirkung des magnetischen Wechselfeldes entstehenden (belgische Patentschrift 644 549). Metallströmungen, die insbesondere in der Arbeit Die Öfen oder Pfannen, auf welche diese bekannten

von L. Colombier »Metallurgie du fer« (Dunod, 20 Blasverfahren angewendet werden, haben jedoch im 1957, 2. Ausgabe), S. 311 und 312, beschrieben sind, Gegensatz zu der zylindrischen Wand eines Induktionshaben eine irreversible Festlegung der Einschlüsse ofens sich nach oben erweiternde Wandungen, und durch die Ofenwandungen zur Folge. Auch die außerdem fehlt es an dem magnetischen Wechselfeld, Wirkung von Vakuum allein kann diese Erscheinung welches gerade die irreversible Festlegung von Einnicht modifizieren. 25 Schlüssen an der Ofenwandung zur Folge hat.

Zur Erzeugung einer einheitlichen Badströmung, Die Erfindung löst demgegenüber die Reinigung

bei der das Metall an der Ofenwand bis etwa zur der Schmelze in einem Induktionsofen ohne Vakuum Badoberfläche ansteigt und in der Mitte nach unten in der Weise, daß man durch mindestens einen an wandert, wurde die Verwendung von zwei verschiedenen sich bekannten gasdurchlässigen, jedoch für flüssiges Frequenzen bei einem Induktionsofen vorgesehen, 3° Metall undurchlässigen, porösen feuerfesten Stopfen von denen die eine mit ziemlich hoher Frequenz für in den unteren Teil des Ofentiegels ein feinblasiges, die Schmelzung und die andere mit sehr niedriger inertes Rührgas einbläst.

Frequenz zur Erzielung einer intensiven Rührwirkung Gemäß der Erfindung wird also die beim Induktions-

im Schmelzbad dient. (L'Acierie Electrique, Cahier II, ofen in bekannter Weise auftretende Rührwirkung Centre d'Etudes Suporieures De La Siderurgie, Metz, 35 des magnetischen Wechselfeldes mit der Badbewegung 1957, S. 13). Hierfür sind jedoch mehrere Generatoren durch das feinblasige Rührgas überlagert. Es war erforderlich, um die Wechselströme verschiedener nicht vorauszusehen, daß hierdurch die ungünstigen Frequenz zu liefern. Außerdem ist zu bedenken, daß Einflüsse des elektromagnetischen Rührens, insbei einer Ofenreise häufig nach Erreichen der ge- besondere bezüglich der Festlegung von Einschlüssen wünschten Temperatur die Heizung zu bremsen oder 40 an der Ofenwandung, beseitigt werden könnten, abzustellen ist, jedoch die Badumwälzung für die Der durch das Rührgas ausgelöste Strömungsweg Entgasung und Entfernung von Verunreinigungen verläuft in der Badmitte aufwärts und an den Ofengesteigert werden soll. Selbst wenn man nun das wandungen abwärts. Die Wände werden also von der Hcchfrequenzfeld abschaltet, übt die für die hohe Gasströmung nicht direkt berührt, trotzdem aber Durchrührung verwendete Niederfrequenz immer 45 werden die kleinen festen Fremdkörper von dem noch eine gewisse Heizung aus, so daß die gewünschte kreisenden Strom der Schmelze erfaßt, in den Gas-Temperatur nicht ohne weiteres gehalten werden strom eingeführt und von den kleinen Gasblasen zur kann. Schlackenschicht an der Oberfläche transportiert,

Bei der Reinigung kohlenstoffhaltiger Legierungen ohne daß die für die festen Verunreinigungen schäd- und Metalle in einem Induktionsofen ist es ferner 50 liehen Wirkungen des Wechselfeldes auftreten können, bekannt, zur Entfernung von Schlacketeilchen aus Hinzu kommt eine erhebliche wirtschaftliche Erdem Metallbad den elektrischen Strom und damit die sparnis gegenüber der Anwendung einer zweiten Rührwirkung abzuschalten, darauf zur Luftvertreibung Hochfrequenz oder eines Vakuums, die beide verein inertes Gas einzuführen, dieses Gas durch ein auf hältnismäßig teure Zusatzeinrichtungen erfordern, die Schlackenschutzschicht chemisch einwirkendes 55 Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Ver-Gas zu verdrängen und, wenn die Schutzschicht sich fahren nach der Erfindung in einem Induktionsofen gebildet hat, die elektrische Stromzufuhr und damit von mittlerer Frequenz durchgeführt werden kann, die Rührwirkung wieder einzuschalten (britische Die Gaseinblasung kann auch während einer UnterPatentschrift 458 025). Auch dieses Verfahren ist brechung der elektromagnetischen Induktionsheizung jedoch nicht zur Entfernung der sich an der senkrechten 60 fortgesetzt werden. Dies hat gegenüber der Anlegung Ofenwand festsetzenden Einschlüsse geeignet. einer niedrigen Frequenz zur Erzielung einer hohen

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, Rührung den Vorteil, daß eine weitere Temperaturdie Reinigung der Metallschmelze in einem metallurgi- steigerung vermieden wird, durch Gaseinblasung sehen Induktionsofen ohne Anwendung von Vakuum ohne Induktion ist sogar eine gewisse Kühlung des und ohne Anwendung zusätzlicher elektrischer Ein- 65 Bades möglich.

richtungen, wie mehrere Wechselfelder von ver- Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen,

schiedener Frequenz, dahingehend zu verbessern, den spezifischen Rührgasdurchsatz zwischen 0,2 und daß eine völlige Abklärung der festen Verunreinigungen 21 je Minute und Quadratzentimeter der mit der

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Metallschmelze in Berührung stehenden Oberfläche Dadurch ergibt sich eine irreversible Festlegung von

des porösen Stopfens zu wählen. Wenn die jeweilige festen Verunreinigungen des Metalles, die haupt-

Gasmenge zu klein ist, reicht die Rührwirkung nicht sächlich im unteren Teil des Tiegels in ständigem

aus, und der Aufwand, der sich aus dem porösen Kontakt mit den Tiegelwandungen gehalten werden. Stopfen und der Gasspeisung ergibt, lohnt sich nicht. 5 Gemäß F i g. 2 ist der Induktionsofen mit einem

Wenn die jeweilige Gasmenge zu hoch ist, so ist porösen feuerfesten Stopfen 4 versehen, der in die

der Wirkungsgrad des Gases viel schwächer. Dicke des Tiegelbodenfutters eingelassen ist. Mittels

Falls das Rührgas zugleich zur Entgasung des einer Leitung 5 kann ein inertes Druckgas durch den

Metalles verwendet wird, hängt dessen Verbrauch porösen Stopfen eingeführt werden. Beim Eindringen besonders von dem Entgasungsgrad, den man er- i° in das Metall am Tiegelboden führt dieses Gas zur

reichen will, und von der jeweiligen Gasmenge ab. Entstehung eines rasch aufsteigenden Stromes 6, der

Dieser Verbrauch liegt im allgemeinen zwischen 1 und aus einer Gasemulsion im Metall besteht, wobei das

15 Nm³ Gas je Tonne Metall, vorzugsweise zwischen Gas in einer Vielzahl feiner Blasen dispergiert ist.

2,3 und 10Nm³. Hierbei bezieht der schwächste Jede Blase ist in der Lage, durch Adsorption ein Verbrauch sich auf schwache spezifische Gasmengen 15 oder mehrere feste Teilchen zu fixieren und selbst

und die geringste Teilentgasung. diejenigen mitzureißen, die vor Beginn der Einblasung

Das Einblasen von feinblasigem inertem Rührgas an den Wänden anhaften. Es ist zu betonen, daß die

zugleich mit der elektromagnetischen Durchrührung Strömung 6 viel rascher ist, als die Strömungen 3, die

ergibt auch eine bessere Ausnutzung von leicht durch das magnetische Wechselfeld erzeugt werden, verschlackenden Zuschlägen, wie Titan, Aluminium, 20 Andererseits begünstigt das Einblasen eines inerten

Calcium u. dgl. Beim üblichen Betrieb eines In- Gases in feinen Blasen vom Ofenboden her die Frei-

duktionsofens verbrennt nämlich häufig ein sehr Setzung eingeschlossener Gase, denn in jeder inerten

erheblicher Teil dieser Zuschläge in Berührung mit Gasblase befindet sich das okkludierte Gas anfänglich

Luft, bevor er in das flüssige Metall eingearbeitet ist. auf einem Partialdruck von 0, so daß das okkludierte

Schließlich gestattet das Verfahren nach der Er- ²5 Gas das Bestreben hat, aus dem Metall zu entweichen,

findung auch, das Anwendungsgebiet des elektrischen um in die Blase überzugehen, bis dsr Partialdruck

Ofens beträchtlich zu erweitern, da in diesem Ofen ausgeglichen ist. Die Gesamtoberfläche der Blasen

die Durchrührung des Metalles im Kontakt mit der ist um so größer, als ihr Durchmesser sehr klein ist,

Schlacke in ähnlicher Weise wie bei dem Ugine- und dieser Faktor spielt eine wesentliche Rolle für die

Perrin-Verfahren durchgeführt werden kann. 3o Ausscheidung der festen Verunreinigungen und die

Diese Durchrührung läßt sich besonders auf Ent- Entfernung der okkludierten Gase. Ein anderer

schwefelungs- und Entphosphorungsvorgänge im In- günstiger Effekt der Gaseinblasung besteht darin,

duktionsofen anwenden. Sie kann auch zur Des- daß sie der Konzentrierung von schweren Zuschlägen,

oxidation von Stählen und bei der Gewinnung von wie Ferrowolfram am Ofenboden und ebenso der

Spezialschmelzen unter Abscheidung eines Teils des 35 Ansammlung von leichten Zuschlägen in dan oberen

Kohlenstoffes in kugeliger Graphitform eingesetzt Schichten entgegenwirkt.

werden. Bei diesen verschiedenen Betriebsweisen Schließlich besteht ein zusätzliches Ergsbnis von

wirkt das Inertgas als Beförderungsmittel für ein großem Interesse in dem Schutz des Metalls nicht nur

aktives Gas, ζ. B. ein Reduktionsgas oder Dämpfe während seiner Bearbeitung, sondern bis zum Abstich

eines relativ flüchtigen Metalles, wie Natrium oder 40 beim Kippen des Ofens dank des Vorhandsnseins

Magnesium. einer inerten Gasdecke, welche die Badobsrfläche

An Hand der Zeichnung wird nachstehend die überdeckt. Letztere ist somit gegen Berührung mit

Erfindung näher erläutert. der Atmosphäre geschützt.

F i g. 1 zeigt schematisch den Metallumlauf in F i g. 3 zeigt schematisch in einem Ausf ührungs-

einem Induktionsofen üblicher Art; 45 beispiel den oberen Teil eines ähnlichen Induktions-

F i g. 2 zeigt schematisch diesen Umlauf, jedoch ofens wie F i g. 2 in senkrechtem Axialschnitt. Dar

gemäß der Erfindung durch Einblasen eines Rührgases Tiegel 23 und ssine Induktionswicklung 2 sind unter

modifiziert; einer Plattform 30 angedeutet. Im nicht dargestellten

F i g. 3 ist ein Schnitt durch ein Teil einer Ausf üh- Tiegelboden befindet sich ein porössr feuerfester

rungsform der Erfindung; 5o Stöpsel, durch den ein inertes Rührgas eingeblasen

F i g. 4 zeigt in einem Diagramm den Rührgas- wird. Die mit 32 und 34 bezeichneten Gasblasen

verbrauch in verschiedenen Fällen. steigen in dem zu behandelnden Metallbad 36 auf.

In F i g. 1 und 2 sind gegen die Umgebungsluft Ein Deckel verschließt die obere öffnung des Tiegels,

offene Induktionsöfen dargestellt, deren Tiegel 1 gegebenenfalls mit Ausnahme seiner Gießschnauze 38.

von einer Heizspule 2 umgeben ist, die von einem 55 Dieser Deckel besteht aus einer Blechhaut 4D mit

Wechselstrom mittlerer Frequenz in der Größen- einem feuerfesten Innenfutter 42 und ist auf den Tiegel

Ordnung von 500 bis 2000 Hz durchflossen ist. aufgesetzt. Die Seitenabdichtung kann gegebenenfalls

Der Ofen nach F i g. 1 ist ein typisches Beispiel durch einen feuerfesten Rand 44 erfolgen. Der Deckel

nach dem Stande der Technik, während der Ofen verhindert die Oxydation des Metallbades durch die

nach F i g. 2 die Anwendung der Erfindung aufweist. ⁶° Umgebungsluft. Zwischen dem Deckel und dem Bad

Bei dem Ofen nach F i g. 1 entstehen im flüssigen bildet sich eine neutrale Atmosphäre aus Rührgas.

Metall die Strömungen 3, die zu beiden Seiten der Es ist zweckmäßig, ein Rohr 46 vorzusehen, durch

Äquatorialsymmetrieebene HH', die ungefähr auf mitt- das man ein neutrales Gas einführt, um rascher die

lerer Badhöhe liegt, und rotationssymmetrisch zur ver- Schutzatmosphäre zu erzeugen und sie besser auf-

tikalen Symmetrieachse XX' umlaufen, die ungefähr 65 rechtzuerhalten. Der Deckel kann auch so gestaltet

mit der senkrechten Achse des Tiegels zusammenfällt. sein, daß er auch die Gießschnauze abdeckt.

Im oberen Teil des Bades kreisen diese Ströme 3 F i g. 4 erläutert die Dehydrierung von Stahl durch

entlang den Tiegelwandungen von oben nach unten. Argoneinleitung. Sie zeigt die Veränderung der Menge

verbrauchten Gases, die auf der Ordinate in Nm³ je Tonne aufgetragen ist, als Funktion des jeweiligen Gasdurchsatzes aufgetragen auf der Abszisse in l/Min, und cm² Einblasfläche des Stopfens. Jede Kurve bezieht sich auf eine Dehydrierung, die an behandeltem Stahl ermittelt wurde:

Die Kurve 48 bezieht sich auf eine Senkung des Wasserstoffes von 5 auf 3 cm³/100 g Stahl, die Kurve 50 auf eine Senkung von 4 auf 2 cm³/100 g, die Kurve 32 auf eine Senkung von 4 auf 1,5 cm³/100 g.

Aus den Kurven ist ersichtlich, daß es zweckmäßig ist, kleine spezifische Gasmengen zu wählen, aber in dieser Hinsicht ist man durch die Verlangsamung des Betriebes begrenzt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reinigung der Schmelze in einem metallurgischen Induktionsofen ohne Anwendung von Vakuum, dadurch gekennzeichnet, daß man durch mindestens einen an sich bekannten, gasdurchlässigen, jedoch für flüssiges Metall undurchlässigen porösen feuerfesten Stopfen in dem unteren Teil des Ofentiegels ein feinblasiges inertes Rührgas einbläst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Rührgasdurchsatz zwischen 0,2 und 21 je Minute und Quadratzentimeter der mit der Metallschmelze in Berührung stehenden Oberfläche des porösen Stopfens liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der gleichzeitigen Verwendung des Rührgases zur Metallentgasung der Gasverbrauch zwischen 1 und 15, vorzugsweise zwischen 2,3 und 10 Nm³ je Tonne Metall liegt, wobei der schwächste Verbrauch sich auf schwache spezifische Gasmengen und geringste Teilentgasung bezieht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen