DE1912935A1

DE1912935A1 - Vorrichtung zum Reinigen von Metallen durch Unterschlackegiessen

Info

Publication number: DE1912935A1
Application number: DE19691912935
Authority: DE
Inventors: Sperner Dipl-Ing Dr Franz
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1969-03-14
Filing date: 1969-03-14
Publication date: 1970-09-24
Also published as: JPS4840533B1; US3627293A; FR2034930A7; GB1242351A

Description

Hanau, den 4.3.1969 ZR3-Zap/Sk - 69502 -

Patent- und G-ebrauchsmusterhilfsanmeldung

Vorrichtung zum Reinigen von Metallen durch

Unterschlackegiessen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Metallen, insbesondere^τζοη Kupfer, durch Unterschlackegiessen von ausserhalb der Schlackeschicht vorgeschmolzenem Metall.

Das Unterschlackeschmelzen von einer oder mehreren Abschmelzelektroden, die in eine Schlackeschicht eintauchen, ist hinreichend bekannt. Derartige Verfahren setzen jedoch, voraus, daß die Elektroden auf irgendeine Weise, beispielsweise durch Giessen oder Zusammensehweissen hergestellt werden. Die vorangehende Herstellung von Abschiaelzelektroden ist umständlich und aufwendig, wobei insbesondere der Schmelzprozeß wegen der Zu- und Abführung grosser Energiemengen (Schmelzwärme) besonders unwirtschaftlich ist. Auch die hierzu notwendigen Vorrichtungen stellen einen erheblichen Kostenfaktor dar. Schließlich ist die Verwendung von Abschmelzelektroden ein Hindernis auf dem Wege zu einem kontinuierlich betriebenen Umschmelzverfahren.

Durch die deutsche Patentschrift 1 046 212 ist zwar eine Vakuum-Lichtbogen-Schmelzanlage für eine kontinuierliche Betriebsweise bekannt, jedoch ist auch bei dieser Anlage nicht der Nachteil der mehrmaligen Zu- und Abfuhr grosser Energiemengen in den einzelnen Schmelzstufen beseitigt.

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Durch die deutsche Auslege schrift 1 2SO 506 ist u.a. ein Metallblock-Gießverfahren bekannt, bei dem ausserhalb der Schlackeschicht vorgeschmolüenes Metall durch die Sehlackeschicht hindurch zu einem Block vergossen wird. Um sowohl die Schlacke als auch das Metall auf der erforderlichen Temperatur zu halten ist bei der bekannten Lösung der Gießstrahl von einer Elektrode in Porm eines Hohlzylinders umgeben. Da3 bekannte Verfahren ist aber für einen kontinuierlichen Prozeß nicht geeignet, da die Hohlelektrode keinerlei Speieherwirkung besitzt, ma das portion weise Zugiessen von flüssigem Metall auszugleichen. Darüber hinaus durchdringt das zuströmende Metall infolge seines grossen Gefälles die Schlackeschicht ziemlich rasch und in einem engbegrenzten Bereich, so daß von einer guten Durchmischung von Schlacke und Metall, die für eine wirksame Reinigung erforderlich ist, nicht die Rede sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den bekannten Lösungen anhaftenden Nachteile zu beseitigen und eine Vorrichtung zum Reinigen von Metallen zu schaffen, die insbesondere für die Reinigung von Kupfer geeignet ist. Die Lösung der Aufgabe ei folgt erfindungsgemäß durch mindestens eine oberhalb des Schmel sees angeordnete, als Sammelbehälter ausgebildete Hohlelektrode, deren Bodenbereich mit Löchern zum Austritt der Schmelze versehen ist, wobei der Bodenbereich in die oberhalb des als Gegenelektrode dienenden Umschmelzblocks befindliche Schlackeschicht eintaucht.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung vereinigt in sieb, ein© Reihe von Vorteilen. So ist es beispielsweise nicht erforderlich, Abschmelzelektroden bestimmter Geometrie herzustellen. Vielmehr kann das zu reinigende Metall in jeder beliebigen Form, beispielsweise als Schrott zum Einsatz gebracht werden, ohne daß nach dem ersten Aufschmelzen eine Verfestigung notwendig ist. Infolge der Aufteilung des Scfamelzenetroms im Bereich der Schlackeschicht in mehrere Teiletröme findet ©in@ innige Be-

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rührung mit hohem Reinigungseffekt zwischen dem zu reinigenden Metall der Schlackeschicht statt. Vorzugsweise rieselt dabei das Metall in Tropfenform durch die Schlackeschicht. Da die Aufteilung des geschmolzenen Metalls in Teilströme erst Im Bereich der Schlackenoberfläche erfolgt, ist die kinetische Energie des in die Schlackeschicht eintretenden Metalls gering. Infolgedessen stellt sich eine geringe Strömungsgeschwindigkeit und damit eine lange Verweilzeit innerhalb der Schlacke ein. Durch die Ausbildung des Sammelbehälters als Elektrode und die Verwendung des darunter liegenden ümschmelzblocks als Gegenelektrode wird die gesamte, dazwischenliegende Schlackeschicht zum hocherhitzten Heizwiderstand. Gerade diese Zone ist es aber, die von den Schmelztropfen durchwandert werden muß, so daß die Plazierung der Energie entwicklung mit den metallurgischen Erfordernissen in vorteilhaftester Weise übereinstimmt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung gestattet es ferner, bei entsprechender Dimensionierung der Hohlelektrode und ihrer Austritt öffnungen selbst bei diskontinuierlich anfallenden Schmelzeströmen aus dem Vorschmelzbehälter, den eigentlichen Unterschlackegießvorgang kontinuierlich zu betreiben. Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich daher ganz besonders für die Erzeugung von Strangguß.

Sin Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung ist nachfolgend an Hand einer Eigur näher beschrieben:

In der Figur, die einen teilweisen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung und einige Ergänzungsteile zeigt, ist mit 1 ein Vorschmelzofen bezeichnet, der im Falle der Verwendung von Kupfer beispielsweise ein sogenannter "Asareo-Ofen¹¹ sein kann. In ihm wird Elektrolytkupfer in leicht reduzierender Atmosphäre geschmolzen. Die Betriebsweise eines solchen Ofens ist normalerweise quasikontinuierlich. Aus dem Stutzen 2 tritt das vorgeschmolzene Metall in die Zwischenpfanne 3 ein, die

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zwar auch bei diskontinuierlich betriebenen Vorschmelzöfen nicht unbedingt erforderlich ist, die Regelung des Reinigungsprozesses jedoch erleichtert. Zudem ermöglicht die Zwischenpfanne auch die Zugabe und gründliche Vermischung von Zuschlagstoffen .

Aus dem Stutzen 4 tritt die Metallschmelze 5 in die als Sammelbehälter ausgebildete Hohlelektrode 6 ein, die aus Graphit oder einem vergleichbaren, elektrisch leitenden Material bestehen kann. Es ist aber auch ebensogut möglich, die Hohlelektrode als doppelwandigen, flüssigkeitsgekühlten Hohlkörper auszubilden. Die Hohlelektrode besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Mantelteil 7 und einem Boden 8, der mit mehreren Löchern 9 versehen ist. Die Löcher sind gleichmässig über die Bodenfläche 8 verteilt, wobei jedoch im Grenzfall 2 Löcher ausreichend sind. Es ist denkbar, die Löcher 9 an das untere Ende des Mantelteils 7 zu verlegen, wobei dann lediglich die Hohlelektrode 6 etwas tiefer in die Schlackeschicht 10 eintaucht. Bs ist aus der Figur klar ersichtlich, daß das in der Hohlektrode befindliche Volumen bei entsprechender Dimensionierung der Hohlelektrode und der Löcher 9 ausreicht, um selbst bei Fehlen der Zwischenpfanne 3 und diskontinuierlicher Betriebsweise des Vorschmelzofens 1 eine kontinuierliche Herstellung des Umschraelzblocks 13 zu ermöglichen.

Zum Zwecke der Energiezufuhr ist die Hohlelektrode 6 über eine Stromzuführung 11 mit einer Stromquelle 12 verbunden. Unterhalb der Hohlelektrode 6 befindet sich der aus dem geschmolzenen Metall aufgebaute Block 13, im vorliegenden Falle in Form eines Stranggußprofils. Am oberen Ende des Blocks 13 befindet sich der Schmelzsee 14, in dem die Teilströme des geschmolzenen Metalls vereinigt werden. Der Umschraelzblock 13 bildet die Gegenelektrode für die Hohlelektrode 6 und ist infolgedessen über Kontaktrollen 15 und die Stromzuführung 16 mit der gleicher Stromquelle 12 verbunden.

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S ovi ohl der-Umschmel-ahlock..-15'Slit, dem Schmelz see 14 als auch die Hohlelektrode.6 und"die zwischen diesen, befindliche Schlackeschicht 10 sind in an sich bekannterVfeise von einer flüssig-. keitsgelcühlten Kokille 1? umgehen.. In der Figur ist anschaulich gemacht, wie das geschmolzene Metall 5 durch, die Löcher 9 aus dem Boden 8 der Hohlelektrode 6 in feinen Strömen austritt und sich in einzelnen !Tropfen auflöst. Diese Tropfen durchwandern die Schlackeschicht 10 aufgrund des Dicktunterschiedes mit relativ geringer Geschwindigkeit, so daß ein intensiver Stoffaustausch und damit eine wirksame Reinigung möglich sind.

Pur die Behandlung von Kupfer ist es "besonders vorteilhaft, die Hohlelektrode 6 aus Graphit auszubilden, weil Kupfer nicht zur Karbidbildung neigt und Kupferoxyd bei den herrschenden Temperaturen durch Graphit zu Kupfer reduziert wird. Auch ist es für diesen Zweck besonders vorteilhaft, eine graphithaltige Schlacke zu verwenden.

Es ist bei entsprechender Ausbildung der· Hohlelektrode 6 auch möglich, sowohl auf die Zwischenpfanne 3 als auch, auf den Vorschmelzofen 1 zu verzichten. In diesem Fall würde das umzuschmelzende Metall, beispielsweise Schrott, unmittelbar in die Hohlelektrode 6 eingebracht und dort aufgeschmolzen. Auch Kombi nationen sind denkbar, bei denen nur ein Teil des umzuschmelzen den Metalls, z.B. besondere Legierungsanteile, in fester Form unmittelbar in die Hohlelektrode eingebracht wird, während der übrige Teil einem Vorschmelzofen entnommen wird. Das Aufschmelzen von Schrott in der Hohlelektrode wird dann besonders begünstigt, wenn diese einen hohen elektrischen Eigenwiderstand aufweist und somit zur Energieentwicklung beiträgt. Graphit Elektrodenwerkstoff wird den Anforderungen auch in diesem Falle gerecht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei entsprechender Abwandlung mit den gleichen Vorteilen auch bei einem Betrieb des Ofens mit mehrphasigen Strömen eingesetzt werden. Beispiels-

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weise ist es bei der Terwendung von Drehstrora lediglich - 6 -

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erforderlich., anstelle einer HohlelektrodG drei derartige Elektroden in eine gemeinsame Schlackeschieht eintauchen zu lassen.

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2 Ansprüche 1 Pigur

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Claims

Pat entansprüche

1. Vorrichtung zum Reinigen von Metallen, insbesondere von Kupfer durch Uhterschlackegießen von ausserhalb der Schlackeschicht vorgeschmolzenem Metall gekennzeichnet durch mindestens eine oberhalb des Schmelzsees (14) angeordnete, als Sammelbehälter ausgebildete Hohlelektrode (6), deren Bodenbereich (8) mit Löchern (9) zum Austritt der Schmelze (5) versehen ist, wobei der Bodenbereich in die oberhalb des als Gegenelektrode dienenden Umschmelzblocks (130 befindliche Schlack schicht (10) eintaucht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohleketrode (6) aus einem Werkstoff mit hohem elektrischen Widerstand, vorzugsweise aus Graphit besteht.

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