DE2313399A1

DE2313399A1 - Anordnung zum schmelzen, warmhalten und abfuellen von metallen und metallegierungen

Info

Publication number: DE2313399A1
Application number: DE2313399A
Authority: DE
Inventors: Kaare Folgeroe; Bengt Fredrikson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1972-03-29
Filing date: 1973-03-17
Publication date: 1973-10-25
Also published as: GB1415921A; JPS531727B2; DE2313399C3; DE2313399B2; SE361683B; US3851090A; JPS498411A

Description

63 Gießen, den 15.3.1973

PATENTANWÄLTE ^BOe/^{Sn 11}«5°9 C?L-iNa H. MISSLING DiPU-iNG. Rl SCHLEE

DR.-ING. J. BOECKER 2313399

63 GIESSEN, Bfemarckstraße 43

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget, Västeras /Schweden

Anordnung zum Schmelzen, Warmhalten und Abfüllen von Metallen und Metallegierungen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schmelzen, Warmhalten und Abfüllen von Metallen oder Metallegierungen, bestehend aus einem ersten Rinnenofen (Rinnenschmelzofen) zum Schmelzen bzw. Erhitzen des Materials und einem zweiten Rinnenofen zur Aufbewahrung, Warmhalten und eventuellem Erhitzen des Materials.

Eine solche bekannte Anordnung eignet sich weniger zum Schmelzen von Spänen und dergleichen aus Leicht-oder Schwermetall, da die Rauchentwicklung sowie die Entstehung von Metalloxyden die Arbeit erschwert. Außerdem wird die Umgebung des Ofens in Mitleidenschaft gezogen, und es können, besonders beim Einschmelzen von Messingspänen, IJmweltverschmutzungsprobleme auf-

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treten. Es ist auch schwierig, das Abfüllen zu steuern und
ein gutes Verrühren der Charge in der bereits vorhandenen
Schmelze zu erreichen. Man hat versucht, bei der bekannten
Anordnung den Pinch-Effekt in der Rinne zum Abfüllen auszunutzen.

Um diese Umwelt- und Handhabungsprobleme bei der Verarbeitung von Spänen aus Eisen und Stahl sowie Nichteisenmetallen, z.B. Messing oder Aluminium, zu vermeiden, hat man Tiegelöfen verwendet, gewöhnlich niederfrequenter Art, wobei die von der
Induktionsspule verursachte Repulsionsumrührung zum schnellen Einführen festen Chargematerials in die Schmelze ausgenutzt
wurde, ehe es zu einer nennenswerten Rauchentwicklung und beim Messingschaelzen zu Zinkabgabe kam. Ein Nachteil solcher
Tiegelöfen sind ihr verhältnismäßig hoher Preis und die hohen Betriebskosten (elektrische Energie.und Ausfütterungskosten
im Vergleich zu Rinnenöfen).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit Rinnenöfen arbeitende Anordnung der eingangs genannteiiArt derart zu entwickeln, daß die genannten negativen Einflüsse auf die Umgebung sowie ein Metallabbrennen vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Anordnung der eingangs
erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß der erste Rinnenofen mit dem zweiten Rinnenofen durch einen Beschickungskanal ver-

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bunden ist, daß der erste Rinnenofen höher als der zweite Rinnenofenangeordnet ist und daß der zweite Rinnenofen als Druckofen ausgebildet ist.

Bei der Anordnung nach der Erfindung werden nur Rinnenofen verwendet, die billiger als Tiegelöfen sind, und man erhält eine leicht steuerbare und umweltfreundliche Beschickung des zweiten Rinnenofens, ohne daß Uinrühr- oder Einführorgane zu diesem erforderlich sind. Durch den Druck kann die Beschickung des zweiten Rinnenofens vollständig von dem ersten Rinnenofen gesteuert werden und die gesamte Anordnung kann als eine geschlossene Einheit hergestellt werden. Aus den nachfolgend erläuterten Gründen wird dem ersten Rinnenofen, also dem Schmelzofen, schnell feste Charge zugeführt, die.schnell unter die Schmelzenobaflache gerührt wird* Die Charge im Schmelzofen wird schnell homogenisiert. Durch dieses schnelle Einrühren erreicht man, daß das durch Oxydation verursachte Metallabrennen vermindert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Gießschnauze zum Abfüllen der Schmelze an dem Beschickungskanal angeschlossen, wobei das Abfüllen mittels Druck im zweiten Ofen erfolgt.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

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Fig. i eine Kurvenschar, die die Abhängigkeit der Größe des sich auf der Schmelzen-oberflache bildenden Meniskus von der Badtiefe und der Heizleistung zeigt₉ -

Fig. 2 die Abhängigkeit des Wirkungsgrades und des Meniskusvolumens von der Schmelzenhöhe dem Herd eines Rinnenofens,

Fig_e 3 eine Rinnenofenanordnung mit zwei angeschlossenen Rinnenofen, bei denen nur die Sümpfe mit Schmelze gefüllt sind,

Fig. 4 dieselbe Anordnung wie Figo 3, mit im Betrieb befindlichen Rinnenöfen unter gleichzeitiger Einfüllung von Charge,

Fig. 5 den Abfüllvorgang der aufbewahrten Schmelze und das Entschlacken im Schmelzofen,

Fig. 6 die Anordnung nach Fig. 5 von oben gesehen.

In einem Rinnenschmelzofen, beispielsweise dem Ofen 11 in Fig. 4, erhält man aufgrund des Pinch-Effektes im Induktor des Rinnenofens Zirkulationsbewegüngen in der Schmelze vor den Rinnenmündungen, wie in Fig« 4 angedeutet. Hierbei bildet sich über jeder obersten Mündung ein sogenannter Meniskus 12,

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d.h. eine Erhöhung im Schmelzenspiegel, infolge der Zirkulationsbewegung in Richtung des Pfeiles A_e Ein solcher Meniskus hat den Vorteil, daß, wenn feste Charge, z.B· Messingspäne, Aluminium oder Stahl, auf die Oberfläche gelangen, dieses Material schnell unter die Oberfläche gerührt und geschmolzen wird· Dieser Effekt wird verstärkt, je größer das Volumen des Meniskus ist und dieses Volumen nimmt mit der Leistung zu bis zu der Grenze, an der der Pinch-Effekt die Schmelze in der Rinne abschnürt.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm, das die Verhältnisse in einem Aluminiumofen darstellt, wobei auf der X-Achse die in jeder Rinne zugeführte Leistung (kW/m) auf der Y-Achse das Volumen des Meniskus (dnr) aufgetragen ist. Die verschiedenen Kurven der Kurvenschar beziehen sich auf verschiedene Badtiefen über der am höchsten gelegenen Rinnenmündung, z.B. im Rinnenofen 11 der Fig. 4. Die Leistungsgrenze für jede Badtiefe wird durch die Grenzlinie 13 definiert (Pinch-Effektgrenze). Man sieht aus diesem Diagramm, daß das Volumen des Meniskus mit der Leistung zunimmt und mit der Badtiefe abnimmt und daß man sich nicht nur nach dem maximalen Meniskusvolumen richten kann, da die maximal zuführbare Leistung bei dieser Badtiefe verhältnismäßig klein ist, aber, wie man aus Fig. 1 sieht, mit zunehmender Badtiefe zunimmt. Mit anderen Worten: Der Wirkungsgrad ^ des Induktors nimmt mit abnehmender Badtiefe zu.

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In Fig« 2 wird die Änderung des Wirkungsgrades bei verschiedenen Meniskusvoi'umina gezeigt und man sieht, daß zuismindest bei ; kleineren Meniskusvoi'umina der Wirkungsgrad zunimmt· Der Zusammenhang zwischen maximalem Meniskusvolumen und Badtiefe geht aus Fig« 2hervor_e Man erkennt, daß das Meniskusvolumen mit abnehmender Badtiefe zunimmt und umgekehrt. Ein Optimum liegt in der Nähe des Schnittpunktes dieser Kurven, und dieser Schnittpunkt liegt in dem gestrichelt dargestellten Bereich, d.h. der anwendbaren Badtiefe. '% erhält man nach der Formel P = p£ + Pqm> wobei P die gesamte Leistung, P_±. die Verluste

( ^ konstant) und Ρ_σΜ die Schmelzleistung ist. Es gilt: SM

TJ = . Man sollte also die Badhöhe im Schmelzrinnenofen 11 verhältnismäßig niedrig halten, um ein· gutes Meniskusvolumen (wirksame und schnellte Hmogenisierung der Schmelze) und einen guten Wirkungsgrad zu erhalten.

Die Anordnung gemäß der Erfindung wird in den beigefügten Fig. 3 bis 6 gezeigt. Fig. 3 zeigt einen Rinnenschmelzofen 11 mit Schmelzensumpf 14 in der Rinne 15 und das Unterteil des Herdes 16. Der Ofen ist mit einer Haube oder einem Deckel 17 versehen, die/der mit einer Beschickungseinrichtung 20 für festes Material, wie z.B« Messing- oder Alum.iniumspäne versehen ist. Es können aber auch andere Chargen vorkommen, einschließlich Eisenmetalle. Im unteren Teil von Fig. 3 wird eine Haube 19 und ein Gußblock oder eine verbrauchte Walze 18 gezeigt, der/die durch sukzessives Herablassen in das Bad im Ofen 11 geschmolzen werden soll« Die Haube 17

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bzw. iy hindert Rauch und Gase daran, in die Umgebung auszuströmen. Ein anderer Anwendungsbereich der Erfindung ist die Kombination von Öfen zur kontinuierlichen Herstellung von Roheisen (WORCRA), wobei zähfließendes Roheisen gesammelt und zwecks metallurgischer Bahändlung überhitzt wird und anschließend ein Abgießen in Kokillen oder in kontinuierliche Stranggußmaschinen erfolgt. Der im Ausführungsbeispiel dargestellte linzelrinneninduktor 21, der jedoch auch ein Zwillingsspuieninduktor sein kann und ein-oder mehrphasig gespeist werden kann, hat eine Rinnenmündung, die auf höherem Niveau liegt als die andere oder die übrigen. Im Ausführungsbeispiel ist diese höher gelegene Rinnenmündung diejenige, die am weitesten von einem Beschickungs- (Verbindungs)-Kanal zu einem anderen Rinnenofen entfernt liegt, um einen größeren und höheren Meniskus über dieser höher gelegenen Mündung zu erhalten.

An den Rinnenofen 11 ist über einen Beschickungskanal 22 ein zweiter Rinnenofen 23 (Aufbewahrungsofen) angeschlossen, der niedriger gelegen ist als der Ofen 11. Der zweite Rinnenofen ist mit einer Zuführungsleitung 24 für ein Druckmittel, z.B. inertes Gas, wie Argon oder auch aktives, wie Luft, versehen. Der Ofen 23 ist in bekannter Weise als Druckabfüllofen ausgeführt und oben bis auf ein Druckmittelzuführorgan geschlossen. Rauch und Gas von dem Schmelz- und Warmhalteprozeß können daher nicht in die Umgebung entweichen.

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Im Anschluß an den Beschickungskanal 22 ist eine Gießschnauze 25 angeordnet, über die das Abfüllen der Schmelze mittels Überdruckes in dem Rinnenofen 23 erfolgen kann, während das Schmelzen in dem ersten Ofen 11 zumindest bis zu einem bestimmten Grad weitergehen kann. Die Schnauze 25 oder deren Anschlußleitung 26 an der Seite des Beschickungskanals 22 ist verschließbar, so daß man durch Variation des Druckes in dem Rinnenofen 23 das Schmelzenniveau verändern oder konstant halten kann und dadurch eine zweckmäßige Badhöhe im Schmelzofen 11 einstellen kann.

Der Induktor 26 des Rinnenofens 23 - es können auch mehrere Induktoren vorhanden sein - sowie der Induktor des Ofens 11 können als Einzel- oder Mehrrinneninduktor ausgeführt sein, wie bereits oben erwähnte

In Fig. 4 wird gezeigt, wie festes Material 27, hier span-, pellet- oder stückförmiges Material, wie Späne aus Messing oder Aluminium (oder Stahl oder Eisen) in Richtung des Pfeiles B in den Ofen 11 eingeführt wird. Bei Betrieb des Induktors-21 erhält man an den Rinnemündungen einen Strömungsverlauf, wie er durch den Pfeil A. angedeutet ist. Es bildet sich ein Meniskus über jeder Rinnenmündung, wobei jedoch der Meniskus über der am höchsten gelegenen Rinnenmündung am größten ist und am stärksten hervortritt.(12 in Fig. 4). Hierbei wird das Chargenmaterial schnell unter die im Ofenherd befindliche

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Schmelze gerührt und das Material im Ofenherd wird schnell homogenisiert. Seitlich wird die Schmelze von einem Schlackenschirm 28 begrenzt, der verhindert, daß die Schlacke in den Beschickungskanal 22 eindringt. Der Rühreffekt der Rinnen des Induktors 21 beeinflußt nicht den Schmelzenfluß zwischen den Ofen 11 und 23. Dieser Fluß wird vielmehr vom Niveauunterschied und der Druckdifferenz sowie dem Füllungsgrad bestimmt.

Der zweite Ofen 23 wird zur Aufbewahrung der Schmelze sowie zu ihrer Warmhaltung und eventuellen Überhitzung verwendet. Durch die Einwirkung des Induktors 26 wird die Schmelze im Ofen 23 umgaührt und hinsichtlich ihrer Temperatur und Zusammensetzung in gewünschtem Grad homogenisiert.

Das Druckmittel wird über den Einlaß 24 in einem solchen Maße zugeführt, daß im Schmelzofen 11 die gewünschte Schmelzenhöhe und das gewünschte Meniskusvolumen aufrechterhalten werden» Die Schnauze 25 kann geschlossen sein, über eine gewisse Druckhaltung im Ofen kann die Schmelzenhöhe automatisch geregelt werden, und zwar mit Hilfe eines nicht gezeigten Niveaugebers im Ofenherd 16 oder der Ofenwand des Ofens 11. Da das System geschlossen arbeitet, werden ühgelegenheiten in der Umgebung vermieden, und durch den Meniskus 12 erhält man ein schnelles Unterrühren der zugeführten Charge im Ofen 11. Man erhält somit eine wirksame Möglichkeit, Rinnenöfen

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auch zur Behandlung von Nichteisen-Chargen einzusetzen, und zwar in einer umweltfreundlichen Weise.

In Fig. ¹D wird gezeigt, wie bei einer Anordnung nach der Erfindung abgefüllt wird. Die C-ießschnauze 25 wird geöffnet, die Beschickung bei 27 unterbrochen oder vermindert und der Druck über der Badoberfläche im Ofen 23 erhöht, wobei die Schmelze abläuft, wie Pfeil C in Fig. 6 zeigt. Mit 31 ist ein Reinigungspfropfen für den Beschickungskanal 22 bezeichnet, der zum Zwecke der Reinigung herausnehmbar ist. Wird die Gießschnauze 25 verschlossen und der Druck im Ofen 23 erhöht, so kann-dadurch die Schlacke 29 auf der Schmelzenoberfläche im Ofen 11 bis zur Höhe einer Reinigungsöffnung 30 heraufgepreßt werden und durch diese oder auf andere bekannte Weise entfernt werden. Die Anlage ist besonders vorteilhaft für die Behandlung von Hpänen oder anderen Chargenformen aus Messing, Aluminium und deren Legierungen, Magnesium und dessen Legierungen. Wie erwähnt, können auch Gußblöcke oder andere feste Stücke, z.B. abgenutzte Walzen, in umweltfreundlicher Weise eingeschmolzen werden.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele können im Rahmen des Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

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Claims

Patentansprüche;

1«, Anordnung zum Schmelzen, Warmhalten und. Abfüllen von Metallen oder Metallegierungen, bestehend aus einem ersten Rinnenofen (Rinnenschmelzofen) zum Schmelzen bzw. Erhitzen des Materials und einem zweiten Rinnenofen zur Aufbewahrung, Warmhalten und eventuellem Überhitzen des Materials, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Rinnenofen (11) mit dem zweiten' Rinnenofen (23) durch einen Beschickungskanal (22) verbunden ist, daß der erste Rinnenofen höher als der zweite Rinnenofen angeordnet ist und daß der zweite Rinnenofen als Druck— ofen ausgebildet ist.

2» Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktoreinheit (21) des ersten Rinnenofens (11) derart angeordnet ist, daß eine Mündung der Induktorrinne, vorzugsweise die am weitesten vom Beschickungskanal (22) entfernt gelegene, auf einem höheren Niveau als die andere oder anderen Mündungen der Induktorrinne liegen.

3» Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckofen (23) mit einer variablen Druckmittelzufuhreinrichtung (24) versehen ist und daß die Druckmittelzufuhr in Abhängigkeit des Schmelzenniveaus im Schmelzofen (11) steuerbar ist.

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4. Anordnung nach einem, der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzofen (11) mit einem Deckel (17) oder einer Haube mit Beschickungsorganen (20) für festes
Material versehen ist«

i?o Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine druckbetätigbare Gießschnauze (25)
an dem Beschickungskanal (22) zwischen den Rinnenöfen' (11, 23) angeschlossen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gießschnauze (25) oder ihr Zulaufteil verschließbar ist·

7ο Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel oder die Haube (17) abnehmbar
und durch eine Haube (19) ersetzbar ist, die um ein zu
schmelzendes Gußstück (18) oder einen anderen zu schmelzenden
Körper aus massivem Material angeordnet ist₀

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