DE1800959C - Vorrichtung zur kontinuierlichen Des oxydierung , Entschwefelung und Entgasung von Metallen und Legierungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung beirül'i eine Vorrichtung /um kontinuierlichen Entgasen, Entschwefeln und/oder Desoxydieren unter Vakuum von Metallschmelzen mit einer Vakuumkammer mit imien liegendem, unterhalb des Sehmel/espiegels angeordnetem Zu- b/w. Abilull 5 und außerhalb der Sclimel/e angeordneten Induktionsspulen /ur Erzeugung eines Wechselstromindiiklionsfeldes in der Schmcl/e.

Es sind verschiedene Vorrichtungen tiekaiini, hei denen zur Entgasung, Entschwefelung und Desoxy- "·» dierung Metallschiiiel/bäder einem Umrührer unter Vakuum unter/ogeii werden, um hierdurch die in den Metallschmelzen enthaltenen Gase wirkungsvoll frei /u setzen, line derartige Reinigungsvorrichtung ist in der britischen Patentschrift 702 225 beschrieben. Die Vorrichtung umfaßt eine Vakuumkammer, wobei der am unteren linde derselben befindliche Zulauf mil einem angrenzenden Schmel/heliälter in Verbindung steht. Der Ablauf von der Vakuumkammer zu einem Schmelzbeliälter, dessen Niveau niedriger als der des erstgenannten Debaters liegt, befindet sich gegenüber. Der Moden der Vakuumkammer isi tascheiiförmig nach linien herausgezogen und an seinem Umfang sind Induktionsspulen vorgesehen, die zur Heizung der Schmcl/e und auch im gewissen Maße zum Umrühren derselben dienen. Hin wirkungsvolles Durchrühren mit Hilfe des indu/ierten Wechselstromes ist jedoch auf Grund der konstruktiven Ausgestaltung der Vakuumkammer mit der laschcnfürmigen Verliefung als auch auf Ci.-und c!*r Frequenz des ver- 3" wendeten Wechselsiromei nur höchst unzulänglich möglich. Die lnduktionss|ni';n & fassen nämlich nur die in der Tasche des Kainmcrhodcns befindliche Schmel/mengc. Ein Umrühren des über dieser Tasche befindlichen llüssigen Metalls ist daher nicht möglich. Zudem unterbindet der über der lasche liegende ferrostatisclie Schmelzkörper die Bildung und das Wachstum von Gnshluscn in der Schmelze völlig. Da die Vakuumkammer zudem fest mit dem Boden verbunden ist. erweist sich ihr Inneres für eine Reinigung oiler Inspektion nahezu unzugänglich. Gemäß der deutschen Auslcgeschrift I 171 9-K) ist ferner eine abziehbare und entfernbare glockenähnlichc Entgasungskammer bekannt, in welcher ein Unterdruck erzeugt wird.

Zur Unterstützung der Reinigungswirkung wird bei tier dortigen Anordnung ein Gas unterhalb der Glocke /um Zwecke der Durchriihriing eingeleitet. Ein kontinuierlicher Durchfluß Vt)H Schmelze durch diese Glocke ist jedoch dort nicht vorgesehen, so daß diese Anordnung Für eine kontinuierliche Stahlherstellung von vornherein nicht geeignet ist.

Der vorliegenden I^;rtindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bisherigen Vorrichtungen zum kontinuierlichen Entgasen, Entschwefeln und/oder Des- oxydieren unter Vakuum derart zu verbessern, daß in einem kontinuierlich durchgeführtem Prozeß ein weiterer Rcinigungsvorgang nicht mehr nachgeschaltet werden muß. Darüber hinaus boll das Innere der vorgeschlagenen Vorrichtung zum Zwecke der Inspektion leicht zugänglich sein.

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß innerhalb der Vakuumkummer eine vom Boden der Vakuumkammer hochstehende, unterhalb des Schmclzespiegels in der Vakuumkummer endigende Trennrippe ungcordnet ist. Is ist besonders günstig, die Trennrippe als sirömungsicchnischc Umlcnkungsrippe für den ein-1 retenden Schinclzestrom auszubilden sowie die In- ■ duklionsspuleii im Herench oberhalb des Endes der Trennrippe anzuordnen. Vorteilhafterweise werden die Induktionsspulen von einem so njcdcnrci|iicnicn Wechselstrom gespeist, d.iß in der Schmelze keine oder nahe/u keine Wärmeenergie freigesetzt wird.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vakuumkammer als Glocke ausgebildet. die in einem flachen, die Trennrippe tnthallenden Behälter einsetzbar und niil seitlichen, eine Abdichtung /u den Wänden des Behälters herstellenden Vorsprüngen versehen ist. Vorteilhafierweise werden hierbei Zufluß und AhIIuIl zu den glockenförmigen Vakuumkammer durch den zwischen dem Boden des Behälters und dem linieren Rand der Glocke aufrecht erhaltenen Ringspall gebildet. Es erweist sich als besonders günstig, wenn die Induktionsspulen auf die Vakuumkammer aufschiebbar sind. Zweekmäl.ligerweise wird zwischen den Induktionsspulen und dem Behälter ein Hitzeschild angeordnet.

Die erfindungsgemaß ausgi vldete Entgasuiigskammer kann sehr einfach milk·' ines Kranes — /. B. zur Reparatur oder Instandhaltung- -aus ihrer Lageangehoben werden. Das gesteuerte Ablassen des Vakuums am Ende der Behandlung erlaubt ein Ausfließen des llüssigen Metalls aus der Entsasungskammer und nur der Teil des Metalls verbleibt in der Anordnung, der in dem feuerbeständigen Behälter eingeschlossen ist, in welchen die Enigasungskammcr während des Arbeitsvorganges eingesetzt wird, falls gewünscht, kann auch das Gefäß selbst schwenkbar ausgebildet werden, damit da:> nach der Entschwefelung, Entgasung oder Desoxydierung verbleibende Metall in ein weiteres Gefäß abgeführt werden kann.

Auf Grund der kontinuierlichen Arbeitsweise ist die genannte Vorrichtung, d. h. insbesondere die Entgasungseinheit, mit ilen Zusatzgeräten — bei gleichem Ausstoß wesentlich kleiner <h bisher. Bei einem Ausstoß von 50 t Stahl pro Stunde beträgt der Durchmesser der glockcnähnlich ausgebildeten Eutgasr.ngskammer etwa 1,5 bis 1,8 m, und die Höhe über alles beträgt etwa 3 ni.

Die kontinuierliche Entfernung von eingeschlossenen Gasen aus Metallen und Legierungen findet erfindimgsgcmäß auf der B:isis kontinuierlich ablaufender Reaktionen statt:

2Cu₂O t Cu₂S -> 6Cu · SO₂
2PbO · PbS -» 3 Pb · SO,
IeO (C > Fe t CO

Bei der Slahldcsoxydationsrcaktion wird nicht nur Sauerstoff entfernt, denn die ausströmenden Blasen von Kohlcnmonoxyd reißen einen wesentlichen Teil anderer eingeschlossener Gase -z. B. Wasserstoff—mit sich. Bei Kupfer und Blei erreicht die Verringerung von SO₁ die Werte der Verringerung von SauerstolT und Schwefel zusammen. Falls gewünscht, kann die Entfernung von unerwünschten Komponenten dadurch gefördert werden, daß in das Bad an einer geeigneten Stelle in der Nähe des Einlasses der Entgasungskammer ein Gas hindurchgeblasen wird, welches entweder gegenüber dem flüssigen Metall inert sein kann oder die gewünschte Reaktion fördert. So fördert z. B. die Zufuhr einer kleinen Luftmenge oder von mit Sauerstoff angereicherter Luft zu dem Bad die Entfernung des Schwefels, wobei folgende Reak-

Honen siallliiulen:

()., ι (ii,S

O, I IMiS

2 Cu ι SO,

SO.

Die metallurgischen Vorgänge und Reaktionen, die hei der Desoxydation und Entgasung von geschmolzenem Stahl Bedeutung hahen und in der l'.uallel-Patenlanineldiing 27 'JK4/67 desselben Frlmders hesc h liehe π sind, gelten auch für die vorliegende Frliiulimg.

Hei dem Fnlgusungsvorgung wird also mil der erlindungsgeinälkn Vorrichtung das llüssiue Metall kontinuierlich durch die glockenähnliehe Eulgusungskanimer unter reduziertem Druck geleitet und hierbei elektroinduktiv geruhst.

Das entgaste Metall wird vorzugsweise kontinuierlich ai.f Cirund der Schwerkraftwirkung entfernt. Das (iefiill ist vorzugsweise relativ flach ausgebildet und mit einer feuerbeständigen Auskleidung versehen. Die Entgasungskuinmer hat vorzugsweise einen im wesentlichen fluchen, offenen Hoden und ist a.i ihrer Hasis mit einer Einlaßöffnung und einer derselben mehr oder weniger diametral gegenüberliegenden Auslaßölfnung versehen, die während des Betriebes unterhalb des Spiegels des geschmolzenen Metalls in dem feuerbeständigen Hehälter liegen.

Wenn auch die Enlgusungskummcr im Vergleich /u der durchgesetzten Metallmcnge relativ klein ist, so ist sie jedoch groi.1 genug, um sicherzustellen, daü das hindurchflieikndc, geschmolzene Metall währeiui einer genügend langen Zeit in ihr verweilt, wobei unter Vakuumumriihren die gewünschten Hntgasungs-, Desoxydations- oder Entschwefelungsreuktionen stattlimkn.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das geschmolzene Metall dem Trichter einer Gießmaschine in einer Höhe zugeführt werden kann, die iiiir wenige Zentimeter niedriger ist als der Strom aus niehtenlgastem Metall, der von einem Schmelz- oder Wärmeofen kommt. Hieraus e^rgilit sich, dall nur wenig Höhe und Ciefällc beim Entgasen verloren wird.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind ..us der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Aiisfiihriingsformen und an Hand der Zeichnung ersichtlich. Es zeigt:

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine erste bevorzugte AusführungiJorm einer erfindungsgemäßen Entgasungsvorrichtung,

F-' i g. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1,

^|; i g. 3 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer glockenähnlichen F.ntgasungskammer ohne die Zusatzindnktionsspulen zum induktiven Rühren.

Das geschmolzene Metall tritt in eine glockenähnlich ausgebildete, mi! einer feuerfesten Auskleidung versehene Entgasungskammer 4 durch einen geeigneten Einlaßkanal 5 ein, der in einen relativ flachen, feuerfest ausgekleideten Behälter 7 einmündet. Die Entgasungskammer 4, die mit einer Vakuumpumpe mittels einer Leitung 16 verbunden ist, ist innerhalb des Behälters 7 angeordnet. Wenn ein Vakuum eingestellt wird, wird das geschmolzene Metall durch den atmosphärischen Druck in der evakuierten, glockenähnlichen Kammer 4 über eine Einlaßöffnung 6 nach oben gedrückt. Fn der Kammer 4 wird das flüssige Metall unter Auirechtcrhaltung eines geeigneten Vakuums durch elektromagnetische Induktion von Spulen 8, welche die Kammer 4 umgehen, leicht umgerührt.

Dem induktiven Rühren hegi:n niedere I iL'i|iien/en

UiKi mehrere l'hasen zugrunde, so dall siUiaucsu-lli ist, daü längs der gesunden aiialeu Frsiicckiinü der Spulen wirksam umgerührt und praktisch keine nennenswerte Wärme in dem Itud erzeugt wiul. Diese·, induktive Rühren kann für Eisen- und für Nic'dei-cnmetulle angewendet werden. Heim Rühren zirkuliert

in das Metall in der Kammer-1 in Richtung von !'feilen

10. Irgendwelche Spuren von Schlacke, die durch das llüssige Metall in die Kammer 4 mitgerissen werden können, werden von ilen Wänden der Kammer 4 fcrngehi'!<en, so dull eine etwaige korrodierende Wnkung praktisch nicht vorhanden ist. Die niederfrei|iienien, mehrphasigen Spulen 8 können wil'iu von der Vakuumkammer 4 gelrennt sein. In diesem Fall I)CSIeIiI eine Melallhülle 70 der Kummer 4 in der Nähe der Spulen 8 vorzugsweise aus einem iiichimagnetischen Werkstoff, /.. H. aus uiisteniti-.ciiem. korrosionsbeständigem SUi-..Ι.

Wenn die Spulen 8 von dtr Fnigusungskammer 4 getrennt sind, können sie während des Vakuumenigasens nach unten in eine solche ι age abgesenkt werden, wo sie die Kammer 4 umgeben. Wenn das Verfahren beendet ist, kühnen die Spulen 8 von der Vakuumkammer 4 nach oben abgezogen werden. Falls gewünscht, kann die Spule 8 auch ständig mit der Hülle der Vakuumkammer 4 verbunden sein.

Es ist von Vorteil, die Spulen 8 vor der Strahlungswärme des flüssigen Metalls in dem lieh ilter 7 /11 schützen. Dies kann durch einen geeigneten Hitzeschild 9 erfolgen.

Da ein seh^r wirksames, elektroinduktivcs Rühren in dem llüssigen Metall nur in der Ebene erfolgen kann, in der die Spulen liegen und da aus praktischen (!runden sich die Spulen in der Regel nicht nach unten bis /u dem Spiegel des llüssigen Metalls in dein Hehälter 7 erstrecken, enthält der Hoden ues Ikhälters 7 eine c|iierliegende, feuerbeständige Umlenkungsrippe

11. Diese Rippe 11 soll so angeordnet sein, dall der durch den Einlaß eintretende Strom aus flüssigem Metall nach oben umgelenkt wird und in den Hereich des eleklroinduklivcn Rührens gelangt.

Wenn herkömmliche, einphasige Induktionsspulen zum Rühren und /:ti einer gewissen Erwärmung des Hades benutzt werden, sind dieselben vorzugsweise in dem feuerbeständigen Material des Ikhälters 4 und nicht außerhalb der Metallhülle 20 angeordnet, da anderenfalls die letztere in unerwiinschvr Weise erwärmt würde.

Das entgaste, deso\ydierle und/oder einschwefelte Metall vcläßt die Vakuumkammer 4 über eine AuslaßölTnung 12, die der Einlaßöffnung 6 mehr oder wenige! diametral gegenüberliegt. Hierbei strömt das flüssige Metall durch einen Kanal 13, der ein wenig niedriger liegt als der Kanal 5. Von dem Kanal 13 wird das flüssige Metall dem Trichter -- nicht dargestellt — einer kontinuierlichen Gießmaschine oder

einem Vorratsbehälter oder einem Wärmeofen zugeführt. Um eine Aufnahme von Gasen während des Laufes dws Metalls durch den Kanal 13 möglichst gering zu halten, ist an dieser Stelle vorzugsweise eine Schutzgasatmosphäre vorgesehen.

Um zu verhindern, daü das flüssige Metall gegebenenfalls nur durch einen Ringraum 19 des Behälters 7 fließt, sind bevorzugt zwei Vorsprünge 14 und 15 auf dem Bodenteil der feuerbeständigen Masse

der Vakuumkammer 4 vorgesehen. Wenn diese Vnrspriingc in Ausnehmungen der Innenwand des Bchällcrs 7 wie dargestellt genau eingepaßt sind und die Kammer 4 auf dem Boden des Behälters 7 gut aufsitzt, so strömt praktisch kein flüssiges Metall 5 durch die Anordnung, ohne der Vakuumbehandlung unterzogen /u werden.

Wenn zusätzliche Wärme benötigt wird, kann das obere l.nilc der l.nlgasimgskammcr 4 mit geeigneten, nicht dargestellten Heizelementen versehen sein. Das Entgasen kann dadurch verbessert werden, daß aus kleinen Teilchen bestehende, feste Additive z. B. pulverisierte Kohle. Eerrosili/ium ·— und/oder inerte (iase (E. Cj. Argon) zugeführt werden. Die Feststoffe können durch eine nicht dargestellte, abgedichtete Zufuhrvorrichtung zugeführt werden, die vorzugsweise am oberen linde der Entgasungskammcr 4 befestigt ist. Die inerten (iasc können durch ein nicht dargestelltes Rohr zugeführt werden, welches vorzugsweise neben oder in der Nähe des Einlasses 6 augeordnet ist.

Wie schon erwähnt, ist zur Vakuumerzeugung ein Rohr 16 vorgesehen. Am oberen finde der Vakuumkammer 4 ist ein Auge 17 befestigt, das zum Anheben am linde des Verfahrens dient.

Zu Beginn des Entgasens kann es vorteilhaft sein, den Behälter 7 auf ein höheres Niveau als das normale Betriebsniveau des Auslaßkanals 13 anzufüllen. Dies kann durch einen geeigneten, entfernbaren Stopfen 18 erfolgen. Wenn ein ausreichender Durchfluß durch die Entgasimgskammcr 4 staltfindet, wird der Stopfen

18 entfernt, und das flüssige Metall fließt frei aus. In der Regel ist die Höhe des Metalls in dem Ringraum

19 auf der Einlaßscitc etwas höher als auf der Auslaßseite.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Entgasen, Entschwefeln und/oder Desoxydieren unter Vakuum von Metallschmelzen mit einer Vakuumkammer mit unten liegendem, unterhalb des Schmelzespicgels angeordnetem Zu- bzw. Abfluß und außerhalb der Schmelze angeordneten Induktionsspulen zur Erzeugung eines Wcchselstrominduklionsfeldes in der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Vakuumkammer (4) eine vom Boden (7) der Vakuumkammer (4) hochstehende, unterhalb des Schmelzespicgels in der Vakuumkammer (4) endigende Trennrippe (11) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennrippe (II) als strömungstcchnischc Umlenkungsrippe für den eintretenden Schmclzestrom ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen (8) im Bereich oberhalb des Endes der Trennrippc (II) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen (8) von einem so niederfrequenten Wechselstrom gespeist sind, daß in der Schmelze keine oder nahezu keine Wärmeenergie freigesetzt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer (4) als (ilocke ausgebildet ist, die in einem flachen, die Trennrippc (11) enthaltenden Behälter (7) einsetzbar und mit seitlichen, eine Abdichtung zu den Wänden des Behälters (7) herstellenden Vorsprtingcn (14, 15) versehen ist.

ft. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Zu- und Abfluß zu der glockenförmigen Vakuumkammer (4) durch den zwischen dem Boden des Behälters (7) und dem unteren Rand der Glocke aufrechterhaltenen Ringspalt gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen (8) auf die Vakuumkammer (4) aufschiebbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Induktionsspulen (8) und dem Behälter (7) ein Hitzeschild (9) angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen