DE2313399B2

DE2313399B2 - Anordnung zum schmelzen, warmhalten und abfuellen von metallen und metallegierungen

Info

Publication number: DE2313399B2
Application number: DE19732313399
Authority: DE
Inventors: Bengt Folgero Kaare Vasteraas Frednkson (Schweden)
Original assignee: ASEA AB, Vasteraas (Schweden)
Priority date: 1972-03-29
Filing date: 1973-03-17
Publication date: 1977-10-27
Also published as: US3851090A; DE2313399C3; JPS531727B2; DE2313399A1; JPS498411A; SE361683B; GB1415921A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schmelzen, Warmhalten und Abfüllen von Metallen oder Metallegierungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine Anordnung mit diesen Merkmalen ist bekannt aus der US-PS 29 36 326.

Bei der aus der US-PS 29 36 326 bekannten Ofenanordnung sind die beiden Rinnenofen auf gleichem Niveau angeordnet und der Verbindungskanal zwischen den- beiden Öfen liegt unterhalb des Schmelzenniveaus in beiden öfen. In diesem Verbindungskanal ist eine Drosselstelle vorhanden. Einer der öfen, und zwar der größere, dient zum Schmelzen und Aufbewahren des geschmolzenen Metalls, und der andere Ofen, der als Druckofen ausgebildet ist, dient zum Abgießen des Metalls. Im Normalzustand ist das Schmelzenniveau in beiden Öfen gleich hoch, da ein Ausgleich über den Verbindungskanal stattfindet. Eine Druckanwendung im Druckofen findet nur statt, wenn abgegossen werden soll. Der Zweck dieser Ofenanordnung besteht darin, in kurzzeitigen Abständen genau bemessene Schmelzenmengen abgießen zu können. Zu diesem Zweck wird in dem Abgießofen ein Druck erzeugt, welcher das abzugießende Metall über ein Abgußrohr herausdrückt. Dank der Drosselstelle in dem Verbindungskanai ist der druckbedingte Rückfluß von dem Abfüllofen in den Schmelz- und Aufbewahrungsofen vernachlässigbar klein.

Aus der DT-PS 2 66 411 ist eine Ofenanordnung mit <>5 zwei Elektroöfen bekannt, in denen eine Charge nacheinander an verschiedener Weise behandelt wird. Die beiden Öfen sind räumlich so miteinander verbunden, daß einer der öfen auf einem höheren Niveau liegt, so daß seine Abstichöffnung zugleich Eintrittsöffnung für den tieferliegenden Ofen ist. Über diese Abstichöffnung wird in gewissen Zeitabständen das Metall aus dem ersten Ofen unter Wirkung der Schwerkraft in den zweiten Ofen übergeführt.

Die eingangs genannte Ofenanordnung eignet sich wenig zum Schmelzen von Spänen od. dgl. aus Leichtoder Schwermetall, da infolge des gegenüber dem Druckofen relativ großen Schmelz- und Aufbewahrungsofens die Späne nur langsam unter die Schmelze gerührt und homogenisiert werden, so daß Metalloxyde (Metallabbrand) auftreten. Außerdem stellt die Rauchentwicklung in dem großen Schmelz- und Aufbewahrungsofen eine Erschwerung der Arbeit und Belastung der Umgebung dar, was besonders beim Einschmelzen von Messingspänen der Fall ist.

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 Chargenmaterials in die Schmelze ausgenutzt wurde, ehe es zu einer nennenswerten Rauchentwicklung und beim Messingschmelzen zu Zinkabgabe kam. Ein Nachteil solcher Tiegelöfen sind ihr verhältnismäßig hoher Preis und die hohen Betriebskosten (elektrische Energie und Ausfütterungskosten im Vergleich zu Rinnenofen).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ofenanordnung der eingangs genannten Art in der Weise weiter zu entwickeln, daß der beim Beschicken des Ofens auftretende Metallabbrand und die hierbei auftretende Rauchentwicklung wesentlich vermindert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Ofenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Dank des relativ kleinen Volumens des ausschließlich zum Schmelzen verwendeten ersten Rinnenofens wird — wie im folgenden noch näher erläutert wird — ein schnelles Unterrühren der zugeführten festen Charge unter die Schmelzenoberfläche erreicht, so daß der Metallabbrand und die Rauchentwicklung weitgehend unterdrückt werden. Außerdem wird die Charge im Schmelzofen schnell homogenisiert. Bei der Anordnung nach der Erfindung werden nur Rinnenofen verwendet, die billiger als Tiegelöfen sind, und der relativ große zweite Rinnenofen kann ohne Umrühr- oder Chargiereinrichtungen ausgeführt sein.

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 zeigt

F i g. 1 eine Rinnenofenanordnung mit zwei angeschlossenen Rinnenofen, bei denen nur die Sümpfe mit Schmelze gefüllt sind,

F i g. 2 dieselbe Anordnung wie Fig. 1, mit im Betrieb befindlichen Rinnenofen unter gleichzeitiger Einfüllung von Charge,

F i g. 3 den Abfüllvorgang der aufbewahrten Schmel-

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is

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ze und das Entschlacken im Schmelzofen,

F i g. 4 die Anordnung nach F i g. 3 von oben gesehen. In einem Rinnenschmelzofen, beispielsweise dem Ofen 11 in Fi g. 2, erhält man aufgrund des Pinch-Lllektes im Induktor des R'mnenofens Zirkulationsbewegungen in der Schmelze vor den Rinnenmündungen, wie in Fig. 2 angedeutet. Hierbei bildet sich über jeder obersten Mündung ein sogenannter Meniskus 12, d.h. eine Erhöhung im Schmelzenspiegel, infolge der Zirkuliü.ionsbewegung in Richtung des Pfeiles A. Ein solcher Meniskus 12 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-F.ffekt die Schmelze in der Rinne abschnürt.

Die Anordnung gemäß der Erfindung wird in den beigefügten F i g. 1 bis 4 gezeigt. F i g. 1 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 Aluminiumspäne versehen ist. Es können aber auch andere Chargen vorkommen, einschließlich Eisenmetalle. Im unteren Teil von Fig. 1 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 bzw. 19 hindert Rauch und Gase daran, in die Umgebung auszuströmen. Ein anderer Anwendungsbereich der Erfindung ist die Kombination von Öfen zur kontinuierlichen Herstellung von Roheisen, wobei zähfließendes Roheisen gesammelt und zwecks metallurgischer Behandlung überhitzt wird und anschließend ein Abgießen in Kokillen oder in kontinuierliche Stranggußmaschinen erfolgt. Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Einzelrinneninduktor 21, der jedoch auch ein Zwillingsspuleninduktor 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, vorgesehen. 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.

Im Anschluß an den Beschickungskanal 22 ist eine Gießschnauze 25 angeordnet, über die das Abfüllen tier 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 25«-) 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 Badln.he im Schmelzofen 11 einstellen

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

erwähnt.

In F i g. 2 wird gezeigt, wie festes Material 27, hier span-, pellet- oder stüekförmiges 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 Rinnenmündungen 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 F i g. 2). 1 lierbei wird das Chargenmaterial schnell unter die im Ofenherd befindliche Schmelze gerührt und das Material im Ofenherd wird schnell homogenisiert. Seitlich wird die Schmelze von einem Schlackenschirm begrenzt, der verhindert, daß die Schlacke in den Beschickungskanal 22 eindringt. Der Rühreffekt tier Rinnen des Induktors 21 beeinflußt nicht den Schmelzeiifluß 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 umgerührt 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 Ungelegenheiten 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. Rinnenofen auch zur Behandlung von Nichteisen-Chargen einzusetzen, und zwar in einer umweltfreundlichen Weise.

In F i g. 3 wird gezeigt, wie bei einer Anordnung nach der Erfindung abgefüllt wird. Die Gießschnauze 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 F i g. 4 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 Schmelzenobcrflächc 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 Spänen oder anderen Chargenformen aus Messing, Aluminium und deren Legierungen, Magnesium und dessen Legierungen. Wie erwähnt, können auch Gußblöckc oder andere feste Stücke, z. B. abgenutzte Walzen, in umweltfreundlicher Weise eingeschmolzen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Schmelzen, Warmhalten und Abfüllen von Metallen oder Metall-Legierungen, s bestehend aus einem ersten Rinnenofen, in dem geschmolzen und erhitzt wird, und einem zweiten Rinnenofen, der als Druckofen ausgebildet ist und von dem abgegossen wird, sowie einem geschlossenen Verbindungskanai zwischen beiden Rinnenofen, \o dadurch gekennzeichnet, daß der erste Rinnenofen (11) auf einem höheren Niveau als der zweite Rinnenofen (23) liegt, daß der erste Rinnenofen wesentlich kleiner ist als der zweite Rinnenofen und daß die Druckmittelzufuhr in Abhängigkeit des Schmelzenniveaus im Rinnenofen (1 S) steuerbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzofen (11) mit einem Deckel (17) oder einer Haube mit Beschickungsorganen (20) für festes Material versehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine druckbetätigbare Gießschnauze (26) an dem Beschickungskanal (22) zwischen den Rinnenofen (11,23) angeschlossen ist. ^

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießschnauze (25) oder ihr Zulaufteil verschließbar ist.

5. 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 ist.

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