DE2149407C

DE2149407C - Process for melting down metal floated by gas plasmas in a cooled metal gel

Info

Publication number: DE2149407C
Application number: DE19712149407
Authority: DE
Inventors: Klaus Herbert Dr Ing 4300 Essen Ulrich
Original assignee: Fried Krupp GmbH, 4300 Essen
Filing date: 1971-10-04
Publication date: 1973-06-07

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einschmelzen von Metallschwamm durch Gasplasmen in einem gekühlten Metalltiegel mittels inerter elektrisch erzeugter Gasplasmen. In der metallurgisehen Schmelztechnik werden in zunehmendem Maße schwammartige metallische Rohstoffe als Einsatzmaterialien zum Einschmelzen von Blöcken oder ähnlichem Vormaterial verwendet. Dabei wird der Rohstoff — z. B. Eisenschwamm — im Elektrolichtbogenofen als Metallschwammgranulat eingesetzt, oder wenn es sich um reaktive Metalle wie Titan und Zirkon handelt, zu einer Elektrode verpreßt, die in einem Vakuumlichtbogenofen mit selbstverzehrender Elektrode abgeschmolzen wird.The invention relates to a method for melting metal sponge by means of gas plasmas in a cooled metal crucible by means of inert electrically generated gas plasmas. In the metallurgy Melting technology is increasingly becoming spongy metallic raw materials as input materials used for melting down blocks or similar raw material. The Raw material - e.g. B. Sponge iron - in the electric arc furnace used as metal sponge granules, or when it comes to reactive metals such as titanium and Zirconia is pressed into an electrode that is consumed in a vacuum arc furnace Electrode is melted.

Beim Einschmelzen von Eisenschwamm im Elektrolichtbogenofen setzt sich der Veredelungsprozeß aus den Verfahrensstufen Einschmelzen und Raffinieren des erschmolzenen Metalles durch Überführung der Verunreinigungen in eine Schlacke zusammen. Im Anschluß daran wird der so gewonnene Stahl in Pfannen abgestochen und in Kokillen vergossen. When the sponge iron is melted down in the electric arc furnace, the refining process continues from the process stages of melting and refining the molten metal by transferring it of the impurities into a slag. Then the won Steel tapped in pans and poured into molds.

Im Falle der Verarbeitung von reaktiven Metallschwämmen nach dem Vakuumlichtbogenverfahren kann auf eine Schlackenarbeit verzichtet werden, da die Verunreinigungen durch Verdampfen entfernt werden.In the case of processing reactive metal sponges using the vacuum arc process Slag work can be dispensed with, as the impurities are removed by evaporation will.

Für das schlackenlose Raffinieren reaktiver Metallschwämme ist bereits eine Vorrichtung bekanntgeworden, bei der zum Umschmelzen inerte Gasplasmen eingesetzt werden. Die dafür eingesetzten Plasmabrenner arbeiten mit übertragenem Lichtbogen und erzeugen dabei im Brennfleck der Schmelze so hohe Temperaturen, daß hier, wie beim Vakuumverfahren, ebenfalls die im Schwamm enthaltenen Verunreinigungen verdampft werden. In vielen Fällen können jedoch die Verunreinigungen nicht durch Verdampfen beseitigt, sondern sie müssen vielmehr in eine zu bildende Schlacke überführt werden.A device has already become known for the slag-free refining of reactive metal sponges in which inert gas plasmas are used for remelting. The plasma torches used for this work with a transferred arc and thus generate the melt in the focal point high temperatures that here, as in the vacuum process, also the impurities contained in the sponge be vaporized. In many cases, however, the impurities cannot evaporate eliminated, but rather they have to be converted into a slag to be formed.

Die Erfindung bezweckt, die Technik des Erschmelzens von Metallschwämmen mit Hilfe von Gasplasmen auch für diesen Fall anwendbar zu machen. Sie besteht darin, daß Metallschwamm, dessen Rohdichte geringer ist als die Dichte einer über dem flüssigen Metallsumpf befindlichen Schlacke, auf diese aufgegeben und durch die vom heißen Plasmastrahl zwischen Elektrode und Schlackenoberfläche aufgegebene Wärme derart aufgeschmolzen wird, daß das Metall in Form kleiner Tropfen durch die flüssige Schlackenschicht in einen Metallsumpf fällt, der mit fortschreitender Abkühlung im Tiegel zu einem Block erstarrt.The invention aims at the technique of melting of metal sponges with the help of gas plasmas can also be used in this case. It consists in that metal sponge, the bulk density of which is less than the density of one above liquid metal sump located slag, placed on this and carried by the hot plasma jet The heat applied between the electrode and the slag surface is melted in such a way that that the metal falls in the form of small drops through the liquid layer of slag into a metal sump, which solidifies to a block as the cooling progresses in the crucible.

Vorzugsweise wird dieses Verfahren in einer gekühlten zylindrischen oder nach unten leicht konischen Kokille durchgeführt, in deren unterem Teil bei fortschreitendem Schmelzvorgang ein fester Block des aufgeschmolzenen Metalls entsteht.Preferably this process is chilled in a cylindrical or downwardly slightly conical manner Chill carried out, in the lower part of the progressive melting process a solid Block of molten metal is created.

Die Technik einer derartigen Schlackenführung ist an sich vom Verfahren des Elektro-Schlacke-Umschmelzens her bekannt. Das Verfahren nach der Erfindung hat demgegenüber jedoch den Vorteil, daß auf den Einsatz vorgeschmolzener Elektroden, wie sie beim Elektroschlackeumschmelzen verwendet werden müssen, verzichtet und ein billiges, noch stark verunreinigtes Metallschwammgranulat, wie z. B. Eisenschwamm, verwendet werden kann, das im Gegensatz zum konventionellen Elektrolichtbogenofen-Verfahren in einem Arbeitsgang kontinuierlich zu einem verarbeitungsfähigen Block veredelt wird.The technique of such a slag management is known per se from the method of electro-slag remelting. The method according to the invention, however, has the advantage that the use of premelted electrodes, as they have to be used in electroslag remelting, is dispensed with and a cheap, still heavily contaminated metal sponge granulate, such as. B. sponge iron can be used, which, in contrast to the conventional electric arc furnace process, is continuously refined into a processable block in one operation.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß die Schlackentemperatur in dem durch sie gegebenen metallurgischen System unabhängig von der Schmelztemperatur des einzuschmelzenden Metallschwammes beeinflußt werden kann. Es ist sogar durch Verringerung der Metallschwammzugabe eine Erhöhung der Schlackentemperatur bis über den Schmelzpunkt von reinem Kalk (2600⁰C) möglich. Beim Elektro-Schlacke-Umschmelzen kann dagegen die Schlackentemperatur nur wenig über den Schmelzpunkt der in die Schlacke eintauchenden, abschmelzenden Vormetall-Elektrode (bei Eisenlegierungen 1300 bis 1500⁰C) ansteigen, so daß bei diesem Verfahren nur Schlacken mit sehr niedrigem Schmelzpunkt, die das relativ teure und wegen seiner Fluoremission problematische Kalziumfluorid enthalten, verwendet werden können. Nach der Erfindung kann auf derartige, temperaturerniedrigende Zusätze verzichtet werden. Durch mögliche Temperaturerhöhung der Schlacke können außerdem Voraussetzungen geschaffen werden, die eine Verbesserung der Raffinationswirkung der Schlacke ergeben. Vor allem kann die wesentliche Entschwefelung des Metalls verbessert werden.Another essential advantage of the invention is that the slag temperature in the metallurgical system provided by it can be influenced independently of the melting temperature of the metal sponge to be melted down. It is even possible to increase the slag temperature to above the melting point of pure lime (2600 ^° C.) by reducing the addition of metal sponge. With electro-slag remelting, on the other hand, the slag temperature can only rise slightly above the melting point of the melting pre-metal electrode immersed in the slag (in the case of iron alloys 1300 to 1500 ⁰ C), so that with this method only slags with a very low melting point, which have the containing relatively expensive calcium fluoride, which is problematic because of its fluorine emission, can be used. According to the invention, such temperature-lowering additives can be dispensed with. A possible increase in the temperature of the slag can also create conditions that improve the refining effect of the slag. Above all, the essential desulfurization of the metal can be improved.

Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes das Aufschmelzen von Eisenschwammgranulat nach der Erfindung in einer vom Elektro-Schlacke-Umschmelzen bekannten Anordnung. Dabei befindet sich in einem gekühlten Metalltiegel 1 ein Metallblock 2 aus Stahl, der aus einem verunreinigten Eisenschwammgranulat 3 erschmolzen wurde. Das Eisenschwammgranulat 3 wird dem Metalltiegel 1 durch Förderrohre 4 zugegeben. Die zum Schmelzen erforderliche Wärmeenergie wird durch eine PlasmaflammeS gedeckt, die vom Plasmabrenner 6 erzeugt wird, der mit übertragenem Lichtbogen arbeitet. Durch die Plasmaflamme 5 wird der auf der Oberfläche der Schlacke 7 schwimmende, von Natur aus poröse Metallschwamm aufgeschmolzen und fällt als Tropfen, der auf Grund seiner Kompaktheit eine höhere Dichte als die Schlacke hat, durch die Schlacke 7 in den flüssigen Metallsumpf 8, der sich auf der Oberfläche des Blockes ausbildet.As an exemplary embodiment of the subject matter of the invention, the drawing shows the melting of Sponge iron granulate according to the invention in an arrangement known from electro-slag remelting. There is a metal block 2 made of steel in a cooled metal crucible 1, which consists of a contaminated sponge iron granulate 3 was melted. The sponge iron granulate 3 is the metal crucible 1 added through delivery pipes 4. The thermal energy required for melting is through a plasma flameS covered by the plasma torch 6 which operates with a transferred arc. By the plasma flame 5 is on the Surface of the slag 7 floating, naturally porous metal sponge melted and falls as a drop, which due to its compactness has a higher density than the slag, through which Slag 7 into the liquid metal sump 8, which forms on the surface of the block.

Im Metallschwamm ursprünglich vorhandene Verunreinigungen, wie z. B. Schwefel und Phosphor,Impurities originally present in the metal sponge, such as B. sulfur and phosphorus,

werden beim Durchfallen der Schlacke, wie beim forderungenwhen the slag falls through, as with the demands

Elektroschlacke-Umschmelzen von der Schlacke ein Zumischen von Kon enoj* _{t im} _ Electro-slag remelting from the slag an admixture of Kon enoj * _{t in the} _

aufgenommen. Mit 9 ist eine Stromquelle bezeichnet, darüber &^ιηβ"^_ ^₁,^f₁Je_{n V}o_n oxidierenden Ga-recorded. With 9 a power source is designated, about & ^ιηβ "^ _ ^ ₁ , ^ f ₁ per _{n V on} _n oxidizing gas

die die elektrische Energie für den Plasmabrenner 6 ^J"~ °° "^ml which the electrical energy for the plasma torch 6 ^J "~ °°" ^ml

liefert, in den das Plasmagas an dem Eintrittsstutzen 10 eintritt. Mit 11 ist der Kühlwasscrein tritt in die Kokille 1 und mit 12 der Kühlwasseraustritt aus der Kokille 1 bezeichnet. Das Unterteil 13 ist ebenfalls wassergekühlt, und zwar tritt das Kühlwasser in das Unterteil 13 beim Kühlwassereintntt 14 ein und beim Kühlwasseraustritt 15 wieder aus.supplies, into which the plasma gas enters at the inlet port 10. At 11 the Kühlwasscrein enters the Chill 1 and with 12 the cooling water outlet from the chill 1 is designated. The lower part 13 is also water-cooled, namely the cooling water enters the lower part 13 at Kühlwassereintntt 14 and at Cooling water outlet 15 off again.

Nach der Erfindung wird der Plasmabrenner mit uinem Inertgas, z. B. Argon oder Stickstoff, als Plasniagas betrieben, dem bei Bedarf reduzierende oder ■xydierende Gase, wie z. B. Wasserstoff, Kohlenoxid, Methan oder auch Kohlendioxid ode«· Luft, in geringen Mengen zugemischt werden können. Reduzierende Gase sind dann angebracht, wenn z.B. imAccording to the invention, the plasma torch with uinem inert gas, z. B. argon or nitrogen, as plasma gas operated, the reducing or ■ oxidizing gases, such as. B. hydrogen, carbon oxide, Methane or carbon dioxide or air, in small amounts Quantities can be mixed. Reducing gases are appropriate if e.g. im

-isenschwamm noch geringe Eisenoxidanteile ent- vorteilhatt ist es auuciuc..., "~'""~T_r ;,alten sind, die entfernt werden müssen, um den 20 bildung benötigte Gas dem 1 lasmaDren, „iuerstoffgehalt im Block in den von den Qualitäts- lauf zugeführt wird.- iron sponge still has minor iron oxide fractions, it is auuciuc ..., "~ '""~ T _r ;, old ones that have to be removed in order to get the gas required to form the lasmaDren," oxygen content in the block in the of is fed into the quality run.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Process for melting metal sponge by means of gas plasmas in a cooled Metal crucible by means of inert electrically generated gas plasmas, characterized in that that metal sponge, the bulk density of which is less than the density of one above the liquid metal sump located slag, abandoned on this and by the hot plasma jet between The heat given off by the electrode and the slag surface is melted in such a way that the metal! in the form of small drops through the liquid slag layer into a metal sump falls, which solidifies to a block as the cooling progresses in the crucible.