DE659153C

DE659153C - Verfahren zur Beschleunigung metallurgischer Schlackenreaktionen

Info

Publication number: DE659153C
Application number: DEH134332D
Authority: DE
Original assignee: Heraeus Vacuumschmelze AG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1932-12-06
Filing date: 1932-12-07
Publication date: 1938-04-27

Description

AUSGEGEBEN AM
27. APRIL 1938

10 IW 1938

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

-JVi δ59153
KLASSE 40 a GRUPPE 15 oi

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. Dezember 1932 ab

Die zunehmende Einführung induktiv beheizter metallurgischer Schmelzofen hat gezeigt, daß die in solchen Schmelzöfen auftretende ' Badbewegung auf eine Reihe an sich bekannter metallurgischer Prozesse, von denen nur Entkohlung, Entschwefelung und Entphosphorung genannt seien, stark beschleunigend und befördernd wirkt. Diese Erkenntnis hat wesentlich dazu beigetragen, daß sich die sog. Hochfrequenzöfen zunehmend in die metallurgische Praxis einführen konnten. Abb. ι zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Achse eines üblichen Hochfrequenz-' ofens. A bedeutet das Schmelzgefäß, B das Metallbad, C die das Schmelzgefäß A umgebende wendeiförmige Primärspule, D die auf dem Schmelzbad B befindliche Schlacke. Die eingezeichneten Pfeile geben die Badbewegung in einem solchen Ofen an, die in· ao einem Aufsteigen der Schmelze in der Mitte des Bades und in einem Abfließen der Schmelze nach dem Rand zu besteht. Die zur Ausübung metallurgischer Reaktionen auf die Oberfläche des Bades gegebene Schlacke wird " 25 demnach zum Rand der Schmelze hingetrieben und sammelt sich im wesentlichen an der Zustellung. Soweit die Schlacke mit der Zu-. stellung bzw. dem Tiegelbaustoff zu reagieren j vermag, bewirkt diese Ansammlung der | Schlacke eine verhältnismäßig rasche Aus- j Waschung der Zustellung in der Schlackenlinie.

Abb. 2 zeigt die Badoberfläche eines Ofens ' nach Abb. 1 in Aufsicht von oben gesehen. Die vollen Punkte bezeichnen die Stellen, an denen das Bad von unten nach oben emporquillt, während die offenen Kreise die Stellen bezeichnen, an denen das Bad senkrecht nach unten abströmt. -Ferner ist durch Schraffierung angedeutet, an welchen Stellen sich die Schlacke vorwiegend ansammelt.

Abb. 3 ist eine Abwicklung der Ofenwand eines Ofens nach Abb. 1, gesehen von der Mitte des Ofens aus. Die eingezeichneten Pfeile zeigen, daß längs der gesamten Zustellung die Badbewegung senkrecht von oben nach unten erfolgt.

Die Erfinder haben festgestellt, daß es zur Erhöhung der Lebensdauer des Herdes oder Tiegels in metallurgischen Schmelzofen und zur Beschleunigung der Schlackenreaktionen nützlich ist, die Schlacke möglichst von dem Herd oder dem Tiegel fernzuhalten und die Badbewegung, die in den bisher bekannten Induktionsöfen vorwiegend ' laminar ist, so stark und so turbulent zu machen, daß nichtnur dauernd das Bad sich an der Schlacke vorbeibewegt, sondern daß die Schlacke als Emulsion in das Bad hineingerührt wird.

Eine solche Badbewegung und ein solches Einrühren der Schlacke in das Bad wird er- -· reicht, wenn man die Achsen der Induktionsspulen eines Ofens nicht senkrecht und konzentrisch mit dem Bad anordnet, sondern vor-

Claims

wiegend radial und waagerecht, und wenn man die Betriebsverhältnisse, d. h. die Spulenanordnung, die Stärke, Frequenz und Pha • senlage der Speiseströme sowie die Behänd lungsdauer so wählt, daß eine Verquirlung der Reaktionsschlacke mit dem Bad zu einer Emulsion erfolgt. Eine weitere Verbesserung wird erzielt, wenn man induktiv beheizte metallurgische Schmelzofen, deren Spulenachsen ίο vorwiegend radial und waagerecht -angeordnet sind, nicht mit ein- oder zweiphasigern Wechselstrom, sondern mit dreiphasigem Wechselstrom (Drehstrom) speist. Die Wirkungs weise solcher Anordnungen ist in den Abb. 4 bis 6 erläutert.

Abb. 4 zeigt einen senkrechten Schnitt eines

zum Anschluß an Drehstrom bestimmten Ofens, dessen Induktionsspulen so angeordnet sind, daß ihre Achsen vorwiegend radial und annähernd waagerecht liegen.

Abb. s zeigt in Aufsicht die Oberfläche des Bades in einem Ofen nach Abb. 4.

Abb. 6 ist eine Abwicklung des Herdes eines Ofens nach Abb. 4.. aus der Mitte des Ofens gesehen.

In den Abb. 4 und 5 ist Ä das Schmelzgefäß, B' das Metallbad. E ist ein ringförmiges Eisenjoch mit den symmetrisch angeordneten Polen F₁, F_2i F₃. Auf diese Pole sind die Flachspulen C₁, C₂ und C₃· aufgesteckt. Jede einzelne dieser Flächspulen besteht beispielsweise aus Kupferband, das spiralig aufgewickelt ist. Zweckmäßig sind diese Flachspulen dem Herd des Schmelzraumes angepaßt. Bei einem Herd mit schüsseiförmigem Schmelzraum, wie in Abb. 4 dargestellt, sind also diese Flachspulen entsprechend einer Kugelkalotte gewölbt. Zweckmäßig ist es, die Flachspulen an der nach dem Innern des Ofens zu gelegenen Seite mit Kühlröhrchen G zu versehen. D' ist die auf das Bad B' aufge-■ brachte Schlacke. Wird der Ofen an Drehstrom angeschlossen, dann treibt das ganze Bad um eine senkrechte Achse rotierend um; dies hat zur Wirkung, daß das Bad am Rand höher steht als in der Mitte und sich infolgedessen die auf die Oberfläche des Bades gegebene Schlacke vorwiegend in der Mitte des Bades ansammelt und somit von einer allzu '50 engen Berührung mit dem Herd oder Tiegel ferngehalten wird. In Abb. 5 sind wieder die • Stellen, an denen sich das Bad von unten "nach oben bewegt, durch volle Punkte bezeichnet, während die Stellen, an denen das Bad von oben nach unten strömt, durch offene Kreise angedeutet sind. Man sieht, daß bei einem Ofen entsprechend Abb. 4 und S unmittelbar nebeneinander aufsteigende und absteigende Badbewegung vorhanden ist, die sich in einer starken Turbulenz der Strömung' ,auswirkt und infolgedessen das Bad nicht nur strömend an der Schlacke vorbeiführt, sondern die Schlacke zu kleinen Teilchen zerreißt und als Emulsion durch das Bad " durchrührt. Eine Folge davon ist eine außerordentlich starke Beschleunigung aller metallurgischer Reaktionen.

In Abb. 6 sind die Badbewegungen durch Pfeile .angedeutet.

Der Gedanke, Induktionsöfen mit Spulen zu versehen, deren Achsen radial und vorwiegend waagerecht angeordnet sind, ist nicht lieu. IS«eu ist aber die Verwendung derartiger · Ofen zum Zwecke, die Schlacke emulsionsartig in ein Schmelzbad einzurühren.' Eine 7ä Badbewegung, die ein solches Einrühren der Schlacke in feinsten Teilchen in das Metallbad erlaubt, ist im Zusammenhang mit Induktionsöfen noch nicht beschrieben worden, die mit Drehstrpm betrieben λνεΓαβη und deren Spulenachsen vorwiegend radial ange* ordnet sind. Das Studium der Badbewegungen in einem 1600 kg'fassenden dreipoligen Drehstromofen mit annähernd radial angeordneten Spulenachseh hat gezeigt, daß" der Höhenünterschied zwischen Mitte des Bades und Rand des Bades 10 bis 12 cm betragen kann, und bewirkt, daß sich die Schlacke vorwiegend in der Mitte des Bades ansammelt. Längs der drei Linien in Abb. 5, auf denen. aufwärts gerichtete und abwärts gerichtete Badbewegung unmittelbar benachbart sind, treten Höhenunterschiede von 4 bis 6 cm auf, so daß diese Stellen wie eine stehende Brandungswelle erscheinen. Schlackenmengen von 80 bis 100kg, d.h. 5 bis 60/0 des Badgewichtes, werden derart unter das Bad gewirbelt, daß die gesamte Badoberfläche metallisch erscheint und keinerlei Ansammlungen von Schlacke auf der Oberfläche verbleiben. Die äußerst heftige, in Induktionsöfen anderer Bauart bei gleicher Stromaufnahme nicht er· zielte Badbewegung bewirkt, daß in einem Ofen nach Abb. 4 und 5 eine Charge von 1600 kg innerhalb 30 bis 50 Minuten von 0,4 auf 0,020/0 C entkohlt "oder von 0,15 auf 0,0060/0 P entphosphort oder von 0,01 auf 0,0050/0 S entschwefelt werden kann.

Pa τ enτansp rü c η ε:

ι. Verfahren zur Beschleunigung metallurgischer Schlackenreaktionen in induktiv beheizten elektrischen' Schmelzöfen, bei denen die Achsen der induzierenden Spulen radial und vorwiegend waagerecht· angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsschlacke mit dem Bad unter Anwendung solcher mehrere um verschiedene Achsen verlaufende Badbewegungen hervorrufenden elektrischen Betriebsverhältnissc(Spulenahordnung,Stärke, Frequenz und Phasenlage der Speiseströme

sowie Behaiidlungsdauer) verrührt wird, daß eine Verquirlung der Rcaktionsschlacke mit dem Bad zu einer Emulsion erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung des Schlackenangriffes auf die Zustellung durch Speisung des Ofens mit Drehstrom eine Badbewegung hervorgerufen wird, die die Badobcrfiäche in der Mitte tiefer stehen läßt als am Rand, so -daß die Schlacke nach der Mitte zu gezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Ausführung in einem Ofen, bei welchem die induzierenden Spulen derart angeordnet sind, daß unmittelbar neben Bezirken nach oben gerichteter Badbewegung Bezirke nach unten gerichteter Badbewegung zu liegen kommen. ' ' '
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verquirlung der Reaktionsschlacke mit dem Bad "so weitgehend' durchgeführt wird, daß selbst bei einem Schlackengewicht von 5 bis 60/0 des Badgewichtes keine Schlacke mehr an der Badoberfläche erkennbar ist.

Hierzu iJ31att Zeichnungen