DE202016005599U1

DE202016005599U1 - Metallentgasungs-Vorrichtung

Info

Publication number: DE202016005599U1
Application number: DE202016005599.3U
Authority: DE
Original assignee: Leybold GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2017-12-15
Anticipated expiration: 2026-09-14

Abstract

Metallentgasungs-Vorrichtung, mit einem Behälter (10) zur Aufnahme von Metallschmelze (12), einer Vakuumkammer (20), in der der Behälter (10) angeordnet ist und einer mit der Vakuumkammer (20) verbundenen Vakuumpumpe (28) zum Erzeugen von Unterdruck in der Vakuumkammer (20), gekennzeichnet durch, mindestens einen mit der Vakuumkammer (20) verbundenen Vibrationssensor (30) zum Erfassen von beim Entgasen der Metallschmelze (12) auftretenden Vibrationen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Metallentgasungs-Vorrichtung, insbesondere eine Stahlentgasungs-Vorrichtung.
Zur Verbesserung der Qualität von Metallen, insbesondere Stählen, erfolgt mit Hilfe entsprechender Entgasungs-Vorrichtungen ein Entfernen schädlicher Gase aus der Metallschmelze. Insbesondere werden hierbei Sauerstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid und auch Wasserstoff aus der Stahlschmelze entfernt. Zur Entgasung des Metalls wird ein die Metallschmelze aufnehmender Behälter in einer Vakuumkammer angeordnet. In der mit einer Vakuumpumpe verbundenen Vakuumkammer wird ein Unterdruck von weniger als 1 mbar, insbesondere ein Unterdruck von 30 mbar bis 300 mbar erzeugt. Die Temperatur der Metall- insbesondere der Stahlschmelze erhöht sich auf ca. 1600°C. Bei welchem Unterdruck diese Temperatur erreicht wird, hängt stark von der Metallzusammensetzung, der Zusammensetzung der die Metallschmelze bedeckende Schlacke, der Größe des die Metallschmelze aufnehmenden Behälters, der Metallmenge, Oberflächeneigenschaften der Metallschlacke und weiteren Randbedingungen ab. Üblicherweise wird zur Entgasung der Metallschmelze, dieser Sauerstoff oder Argon zugeführt. Kritisch ist der Prozess sobald der Stahl bei Erreichen von ca. 1600°C zu kochen beginnt, wobei die Temperatur bei anderen Metallen entsprechend abweicht. Mit Hilfe von Kameras erfolgt ein Beobachten der Schlackeoberfläche. Um das Kochen zu vermeiden, wird der Vakuumkammer beispielsweise Stickstoff zugeführt. Die Überwachung ist ausschließlich visuell und hängt insofern auch stark von der Erfahrung der die Überwachung durchführenden Person ab.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Metallentgasungs-Vorrichtung zu schaffen, bei der die Überwachung vereinfacht und in bevorzugter Weiterbildung automatisiert werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die Metallentgasungs-Vorrichtung, bei der es sich insbesondere um eine Stahlentgasungs-Vorrichtung handelt, weist einen Behälter zur Aufnahme der Metall- bzw. Stahlschmelze auf. Der Behälter ist in einer Vakuumkammer angeordnet, die mit einer Vakuumpumpe verbunden ist, um in der Vakuumkammer Unterdruck zu erzeugen. Insbesondere zur Stahlentgasung werden Unterdrücke von weniger als 1 mbar, insbesondere Unterdrücke im Bereich von 30 mbar bis 300 mbar von der Vakuumpumpe in der Vakuumkammer erzeugt. Bei welchem Unterdruck die Metall- bzw. Stahlschmelze zu kochen beginnt, ist von einer Vielzahl von Randbedingungen, insbesondere der Stahlzusammensetzung und der Schlackezusammensetzung abhängig. Um ein Kochen zu vermeiden, oder zumindest ein zu starkes Kochen zu verhindern, ist erfindungsgemäß mit der Vakuumkammer bzw. einem die Vakuumkammer ausbildenden Gehäuse ein Vibrationssensor verbunden. Mit Hilfe des Vibrationssensors erfolgt ein Erfassen von Vibrationen, die beim Entgasen der Metall- insbesondere der Stahlschmelze auftreten.
Insbesondere ist es möglich, die erfassten Vibrationen zu analysieren oder Grenzwerte für Vibrationen festzulegen. Bei Erreichen eines derartigen Grenzwertes, der insbesondere definiert, dass die Metallschmelze zu kochen beginnt, könnte entsprechend dem Stand der Technik Stickstoff in die Vakuumkammer eingeleitet werden. Erfindungsgemäß ist es jedoch bevorzugt, in Abhängigkeit der gemessenen Vibrationswerte, den Druck in der Kammer zu erhöhen, so dass in der Kammer ein geringerer Unterdruck herrscht.
In bevorzugter Ausführungsform ist der die Schmelze aufnehmende Behälter von einem die Vakuumkammer ausbildenden Gehäuse umgeben. Zur Ausbildung der Vakuumkammer muss jedoch kein gesondertes Gehäuse vorgesehen sein. Auch ist es möglich, den Behälter mit einem Deckel zu verschließen, so dass die entsprechende Vakuumkammer durch den Behälter selbst bzw. den über der Schmelze befindlichen Bereich des Behälters ausgebildet ist.
Insbesondere sind an unterschiedlichen Stellen der Vakuumkammer bzw. des die Vakuumkammer ausbildenden Gehäuses mehrere Vibrationssensoren angeordnet. Diese können über eine entsprechende Auswerteeinrichtung gemeinsam ausgewertet werden, so dass eine genauere Bestimmung der Vibration und somit ein genaueres Bestimmen des Zustandes der Metallschmelze, insbesondere kurz vor dem Kochen, möglich ist.
Besonders bevorzugt ist es, dass der Vibrationssensor an einer Außenseite der Vakuumkammer, die den Behälter zur Aufnahme der Metallschmelze aufnimmt, angeordnet ist. Bevorzugt ist es, sowohl an einer Außenwand als auch an einer Bodenseite der Vakuumkammer mindestens einen Vibrationssensor anzuordnen und insbesondere über eine Steuereinrichtung die empfangenen Sensorsignale miteinander zu vergleichen und/oder zu kombinieren.
Bevorzugt ist es, dass der mindestens eine Vibrationssensor auf Höhe eines den Metallschmelze-Behälter tragenden Aufnahmeelements angeordnet ist. Bei dem Aufnahmeelement handelt es sich insbesondere um ein den Behälter in der Vakuumkammer frei tragendes Aufnahmeelement, in das der Behälter zum Beispiel eingehängt werden kann. Des weiteren ist es möglich, den mindestens einen Vibrationssensor an einer Bodenseite der Vakuumkammer anzuordnen.
Besonders geeignet ist die Verwendung von Beschleunigungssensoren als Vibrationssensor. Hierbei kann ein entsprechender Beschleunigungssensor mit einer entsprechenden Empfindlichkeit für den Frequenzbereich der auftretenden Vibrationen ausgewählt werden.
In bevorzugter Weiterbildung ist der Vibrationssensor mit einer Steuereinrichtung verbunden. Mit Hilfe der Steuereinrichtung erfolgt ein Auswerten des Signals des mindestens einen Vibrationssensors. Ferner dient die Steuereinrichtung zur Steuerung des Entgasungsprozesses in Abhängigkeit des mindestens einen erfassten Vibrationssignals. Der Entgasungsprozess kann hierbei durch unterschiedliche Parameter wie das Verändern des Druckes, das Einleiten von Stickstoff oder dgl., das Verändern der Menge von zugeführtem Sauerstoff oder Argon, etc. variiert werden.
Da auch die Vakuumpumpe in bevorzugter Ausführungsform eine Steuereinrichtung aufweist, ist es besonders bevorzugt, dass der mindestens eine Vibrationssensor mit dieser Steuereinrichtung verbunden bzw. die Steuereinrichtung des mindestens einen Vibrationssensors in die Steuereinrichtung der Vakuumpumpe integriert ist. Hierdurch ist es in bevorzugter Ausführungsform besonders einfach möglich, die Saugleistung der Vakuumpumpe in Abhängigkeit des mindestens einen gemessenen Vibrationssignals zu verändern.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine Bypassleitung vorgesehen. In dieser ist ein Ventil angeordnet, das in bevorzugter Ausführungsform über die Steuereinrichtung, insbesondere in Abhängigkeit des mindestens einen gemessenen Vibrationssignals steuerbar ist. Die Bypassleitung überbrückt vorzugsweise die Vakuumpumpe, wobei es besonders bevorzugt ist, dass als Ventil in der Bypassleitung ein Drosselventil angeordnet ist.
Des Weiteren kann mit dem die Metallschmelze aufnehmenden Behälter eine Gaszuführleitung, insbesondere zum Zuführen von Sauerstoff oder Argon zu der Metallschmelze, vorgesehen sein. Bevorzugt ist es, dass in dieser Gaszuführleitung ein insbesondere steuerbares Ventil angeordnet ist. Das Ventil kann entsprechend dem in der Bypassleitung angeordneten Ventil in bevorzugter Ausführungsform in Abhängigkeit des mindestens einen Vibrationssignals von der Steuereinrichtung gesteuert werden.
Insbesondere weist die Steuereinrichtung eine geeignete Software auf, um das mindestens eine empfangene Vibrationssignal zu verarbeiten. Beispielsweise sollte ein Ausfiltern von Hintergrundgeräuschen, Störvibrationen, etc. erfolgen.
Des weiteren ist es möglich, mit dem Vakuumbehälter eine Stickstoff-Zuführleitung zu verbinden. Diese weist in bevorzugter Ausführungsform ebenfalls ein mit der Steuereinrichtung verbundenes Ventil auf. Somit kann die Zufuhr von Stickstoff insbesondere in Abhängigkeit des empfangenen Vibrationssignals gesteuert werden.
Erfindungsgemäß ist es somit in besonders bevorzugter Ausführungsform nicht erforderlich, die Schmelze, insbesondere die Schlackeoberfläche zu beobachten. Aufgrund der insbesondere automatischen Aufnahme und Auswertung von mindestens einem Vibrationssignal, kann eine Automatisierung erfolgen, da die Beobachtung durch eine Person nicht mehr erforderlich ist. Auch kann durch die Erfassung der Vibration eine exaktere Steuerung des Entgasungsprozesses, insbesondere durch eine exakte Steuerung der Schmelzentemperatur erfolgen. Dies hat insbesondere auch den Vorteil, dass die Qualität des Metalls, insbesondere des Stahls verbessert werden kann. Aufgrund eines exakteren Steuerungsprozesses kann die Herstellungszeit bzw. die Entgasungszeit verringert und somit die Herstellungskosten reduziert werden. Insbesondere kann durch die Erfindung eine Reduzierung des Energieverbrauchs erzielt werden.
Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Metallentgasungs-Vorrichtung den Vorteil auf, dass der Verbrauch an zugeführtem Gas, insbesondere Argon, verringert werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt eine schematische Skizze einer bevorzugten Ausführungsform einer Metallentgasungs-Vorrichtung.
In einem Behälter 10 ist Metall- insbesondere Stahlschmelze 12 angeordnet. Der Behälter 10 ist insbesondere im Bereich des Behälterbodens mit einer Gaszuführleitung 14 verbunden. Über die Gaszuführleitung 14 kann der Schmelze 12 zur Entgasung beispielsweise Argon zugeführt werden. In der Gaszuführleitung 14 ist ein steuerbares Ventil 16 angeordnet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Behälter 10 von einem Gehäuse 18 umgeben, das eine Vakuumkammer 20 ausbildet. Das Gehäuse 18 weist einen Deckel 22 auf. Alternativ könnte der Deckel 22 auch unmittelbar mit dem Behälter 10 verbunden sein, so dass das Gehäuse 18 entfällt und der Bereich zwischen der Schmelze 12 und dem Deckel 22 die Vakuumkammer ausbildet.
Der Behälter 10 ist über eine Aufnahmeeinrichtung 11, die mit dem Gehäuse 18 verbunden ist, in der Vakuumkammer 20 gehalten.
Die Vakuumkammer 20 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel über den Deckel 22 mit einer Rohrleitung 24 verbunden. Die Rohrleitung 24 ist mit einer Vakuumpumpe 28 verbunden, um in der Vakuumkammer 20 einen Unterdruck zu erzeugen. In der Rohrleitung 24 kann ein Ventil 26 angeordnet sein.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit dem Gehäuse 18 ein Vibrationssensor 30, bei dem es sich insbesondere um einen Beschleunigungssensor handelt, verbunden. Der Vibrationssensor 30 kann auch direkt an der Außenwand des Behälters 10 angeordnet sein, sofern das Gehäuse 18 entfällt und der Deckel 22 unmittelbar mit dem Behälter 10 verbunden ist.
Zur Steuerung des Entgasungsprozesses ist der mindestens eine Vibrationssensor 30 mit einer Steuereinrichtung 32 verbunden. In bevorzugter Ausführungsform dient die Steuereinrichtung 32 auch zur Steuerung der Vakuumpumpe 28. Die Steuereinrichtung 32 wertet die von dem mindestens einen Vibrationssensor 30 empfangenen Signale aus. In Abhängigkeit der ausgewerteten Signale erfolgt ein Steuern des Entgasungsprozesses. Dies kann durch Ansteuern des in der Rohrleitung 24 angeordneten Ventils 26 und/oder des in der Gaszuführleitung 14 angeordneten Ventils 16 erfolgen. Auch kann ein unmittelbares Variieren der Saugleistung der Pumpe 28 erfolgen. Gegebenenfalls könnte auch ein Zuführen, beispielsweise von Stickstoff zu der Vakuumkammer 20 erfolgen.
Des weiteren ist es zur Steuerung des Prozesses möglich, über eine Stickstoff-Zuführleitung 34 der Vakuumkammer 20 Stickstoff zuzuführen. In der Stickstoff-Zuführleitung ist ein steuerbares Ventil 36 angeordnet, das über eine Leitung 38 mit der Steuereinrichtung 32 verbunden ist.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Vakuumpumpe 28 von einer Bypassleitung 40 überbrückt. In der Bypassleitung 40 ist ein Drosselventil 42 angeordnet. Die Steuerung des Drosselventils 42 erfolgt über die Steuereinrichtung 32.

Claims

Metallentgasungs-Vorrichtung, mit einem Behälter (10) zur Aufnahme von Metallschmelze (12), einer Vakuumkammer (20), in der der Behälter (10) angeordnet ist und einer mit der Vakuumkammer (20) verbundenen Vakuumpumpe (28) zum Erzeugen von Unterdruck in der Vakuumkammer (20), gekennzeichnet durch, mindestens einen mit der Vakuumkammer (20) verbundenen Vibrationssensor (30) zum Erfassen von beim Entgasen der Metallschmelze (12) auftretenden Vibrationen.
Metallentgasungs-Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit dem mindestens einen Vibrationssensor (30) verbundene Steuereinrichtung (32) zur Steuerung des Entgasungsprozesses in Abhängigkeit des mindestens einen erfassten Vibrationssignals.
Metallentgasungs-Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (32) mit einer Pumpensteuerung verbunden oder in diese integriert ist.
Metallentgasungs-Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (32) die Saugleistung der Vakuumpumpe (28) in Abhängigkeit des mindestens einen gemessenen Vibrationssignals verändert.
Metallentgasungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine mit einem Ventil (42) versehene Bypassleitung (40).
Metallentgasungs-Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (42) mittels der Steuereinrichtung (32) in Abhängigkeit des mindestens einen erfassten Vibrationssignals steuerbar ist.
Metallentgasungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine mit dem Behälter (10) verbundene Gaszuführleitung (14), insbesondere zum Zuführen von Argon zu der Metallschmelze (12).
Metallentgasungs-Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gaszuführleitung (14) ein Ventil (16) angeordnet ist, das mittels der Steuereinrichtung (32) in Abhängigkeit des mindestens einen erfassten Vibrationssignals steuerbar ist.