EP3049543A1 - Herstellung von hochwertigem mangan aus ferromangan mittels verdampfung in einer vakuuminduktionsanlage - Google Patents

Herstellung von hochwertigem mangan aus ferromangan mittels verdampfung in einer vakuuminduktionsanlage

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EP3049543A1
EP3049543A1 EP14789775.5A EP14789775A EP3049543A1 EP 3049543 A1 EP3049543 A1 EP 3049543A1 EP 14789775 A EP14789775 A EP 14789775A EP 3049543 A1 EP3049543 A1 EP 3049543A1
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EP
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manganese
water cooling
condensation chamber
range
evaporator
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Johann Reichel
Lutz Rose
Jan Bader
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SMS Group GmbH
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/04—Refining by applying a vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B47/00—Obtaining manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent

Definitions

  • the present invention relates to a process for the production of technically pure manganese by evaporation of carbonaceous ferromanganese in an induction vacuum vessel.
  • Manganese is one of the most important alloying elements in steelmaking. It is characterized by high strength and elongation. The production of steel grades with manganese takes place by adding manganese-containing alloying agents during the steelmaking process. These include Mn alloys produced in blast furnaces or high carbon reduction furnaces such as FeMnHC (HCFeMn) and FeMnLC (LCFeMn) alloys with medium FeMnMC (MCFeMn) and low carbon content. produced in secondary metallurgical plants.
  • the manganese alloys are loaded in addition to the carbon contents mentioned also with other elements such as phosphorus and sulfur, so that the application of materials can not be used indefinitely.
  • Typical composition of manganese alloys in% by weight are:
  • a pure manganese sulfate solution is used, which is electrolysed with stainless steel electrodes at 5 -7 V. Pure manganese is produced at the cathode and oxygen at the anode, which reacts with manganese ions to form brownstone.
  • Another way of Mangan strung is to heat the above manganese compounds so far, so that the manganese evaporates.
  • An object of the present invention is to provide a process for continuous manganese production by evaporation of the raw raw materials available, which is inexpensive and therefore economical.
  • the plant presented in the invention and the process represents an innovative technique not only in terms of continuous manganese production but also their potting.
  • the two-component system Mn-Fe represents various phases of the manganese-iron solution. As shown in the diagram below, the liquidus temperature of pure manganese is 1246 ° C.
  • the liquidus temperature is in the range 1246-1280 ° C. It defines the lowest temperature at which the liquid material starts to evaporate.
  • the vapor pressure as a function of the temperature has an exponentially increasing course.
  • Mn-vapor pressure In order to illustrate the physical conditions of the process according to the invention, the evaporation kinetics of manganese will be described below.
  • the evaporation kinetics of manganese is a function of pressure, temperature and inert gas rate.
  • the evaporation process itself is carried out by phase transformation - liquid / gas (steam) at a given temperature and pressure according to the law of the first order, as represented in equation (1), dMn
  • NMn Mn - volume flow in a vacuum vessel in Nm3 / min, directly proportional to the evaporation rate expressed by k (-dMn / dt),
  • Equations (4) and (5) in conjunction with equation (1) give the following relation:
  • Equation (6) represents the control principle based on the following quantities:
  • the method provides that the liquefaction of the Mn vapors takes place continuously by means of the secondary cooler, which is arranged in the vapor stream within a vapor line and is formed in a conical shape for the purpose of improving the drop outflow.
  • the vacuum pump system is additionally equipped with a secondary water cooling system, a condenser and a filter.
  • the evaporation process is additionally supported with argon as the inert gas and forms a kind of protective gas atmosphere.
  • the technically pure manganese is continuously cooled with water, tapped and placed under the Argon protective gas atmosphere in a casting machine, where it can be poured into the desired formats.
  • the evaporation material to be evaporated may consist of various Mn concentrations, which in turn may then influence the rate of evaporation, temperature and inert gas flow rate.
  • the evaporation material is charged continuously or discontinuously in the induction evaporator.
  • Another object of the present invention is to provide an apparatus for carrying out the method according to the invention.
  • a device in particular by an evaporator in which the manganese alloy is used, the metal under vacuum, and generated by a vacuum pump and filter system in the range of 10-900 mbar and a temperature In the range of> 1248 ° C stirring with argon is inert as a protective gas and is cooled by a primary water cooling and a secondary water cooling, the Mn vapors are collected in a mobile condensation chamber at temperatures in the range 1350-1400 ° C in the liquid state and is continuously abstechbar by a siphon-like heated tap hole in a Verg screensschieb.
  • the evaporator is an induction evaporator, which is arranged on a hydraulic platform and designed to be vertically movable over it.
  • the mobile condensation chamber is designed to be horizontally movable.
  • the induction evaporator and the condensation chamber are gas-tightly connected to one another via a steam line operatively connected to the primary water cooling and the secondary water cooling.
  • the secondary water cooling within the steam line is arranged in the vapor stream above the condensation chamber.
  • the steam line is connected to a supply line for the protective gas (inert gas) and the protective gas (inert gas) is circulated in the steam line and the supply line, wherein manganese manganese can be separated by a secondary condenser assigned to the feed line and the protective gas (inert gas) via the feed line to the induction evaporator and thus the steam flow is fed back.
  • additional inert gas can be supplied via the feed to the circuit in order to compensate for the process-related losses and so to be able to regulate the concentration in the circulatory system.
  • additional protective gas can be introduced via a feed into the supply line, where it can be flushed back into the induction evaporator via a secondary filter.
  • Fig. 1 is a schematic view of the apparatus for performing the method as a process flow model.
  • the device 18 consists essentially of an induction evaporator 1, in which the FeMn introduced is kept at a temperature of 1600 - 1700 ° C in the liquid state.
  • the induction evaporator 1 is arranged in this embodiment on a hydraulic platform 9, which allows it to raise and lower.
  • At least one flushing pipe connection 19 is provided, which is connected to a supply line 15 and via which a protective gas, in this case argon, is introduced into the induction evaporator 1.
  • a protective gas in this case argon
  • the protective gas rises through the FeMn melt, where it collects with the vaporized portion of manganese at a pressure of 100 to 200 mbar in a vapor line 14 and is discharged in a vapor stream 17, shown here as arrows.
  • the steam line 14 is connected in a gas-tight manner to the induction evaporator 1.
  • the steam flow 17 located in the steam line 14 is conducted past a primary water cooling 4, which surrounds the steam line from the outside, and is cooled down at the same time.
  • a secondary water cooling 5 the steam flow 17 is cooled down to the extent that an aggregate state change of the manganese from gaseous to liquid occurs. In order to do this as efficiently and quickly as possible, it is provided to arrange the secondary water cooling 5 within the steam line 14 and in the steam flow 17.
  • the secondary water cooling 5 is conical and lies with the tapered side in the direction of the incoming vapor stream 17. In the figure, this is shown as an isosceles triangle.
  • a horizontally movable condensation chamber 2 is arranged below the secondary water cooling 5, below the secondary water cooling 5, a horizontally movable condensation chamber 2 is arranged.
  • the condensation chamber 2 can be connected in a gastight manner to the steam line 14.
  • the liquefied high-purity manganese collects and is maintained at a temperature of 1350 to 1400 ° C in the liquid state.
  • the movable condensation chamber 2 is associated with a siphon-like tap hole 13.
  • the tap hole 13 the manganese is tapped and placed in a casting machine 8.
  • the casting machine 8 is chambered and is also under a protective gas atmosphere 7 (argon) and is equipped with appropriate device means for applying and maintaining the protective gas atmosphere.
  • the manganese is poured into a final product 11 in the appropriate desired formats.
  • the final product 11 has a purity of 99.9% manganese.
  • the protective gas atmosphere is drawn off via a connection 20 by means of a vacuum pump 3 and fed back into the supply line 15.
  • the vaporized manganese still present in the protective gas is cooled down in a secondary condenser 12 and separated from the protective gas atmosphere.
  • the secondary capacitor 12 is for this purpose a vacuum pump with water cooling 6 available.
  • the inert gas purified by the manganese vapor is circulated in the supply line 15 and fed back into the induction evaporator via a feed 16 and a secondary filter 10. Via the feed 16, the circulation process returns lost protective gas to the cycle, so that a stable argon protective gas atmosphere is ensured at all times.

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Description

Herstellung von hochwertigem Mangan aus Ferromangan mittels Verdampfung in einer Vakuuminduktionsanlage
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von technisch reinem Mangan durch Verdampfung von kohlenstoffhaltigem Ferromangan in einem Induktionsvakuumgefäß.
Mangan ist eins von den wichtigsten Legierungselementen bei der Stahlherstellung. Es zeichnet sich mit hoher Festigkeit und Dehnung aus. Die Erzeugung von Stahlsorten mit Mangan erfolgt durch Zugabe von manganhaltigen Legierungsmitteln während des Stahlherstellungsprozesses. Zu denen gehören Mn-Legierungen erzeugt in Hochöfen bzw. Reduktionsöfen mit hohem Kohlenstoffgehalt wie FeMnHC (HCFeMn) und Legierungen mit mittlerem FeMnMC (MCFeMn) und niedrigem Kohlestoffgehalt FeMnLC (LCFeMn). erzeugt in sekundärmetallurgischen Anlagen.
Die Mangan-Legierungen sind außer mit den genannten Kohlenstoffgehalten auch mit weiteren Elementen wie Phosphor und Schwefel belastet, so dass die Anwendung der Materialien nicht unbegrenzt in Einsatz kommen kann. Typische Zusammensetzung von Mangan-Legierungen in Gew. % sind:
C Si P S Mn
FeMnHC 7-8 1.5-4.5 0.2-0.4 0.03 65-82
FeMnMC 1.0 1.5-2.5 0.2-0.4 0.02 75-85
FeMnLC 0.2-0.7 1-2 0.1-0.3 0.02 78-92
Es wird allerdings immer öfter nach technisch reinem Mangan gefragt, um dem ständig wachsenden Ansprüchen der hochqualitativen Stahlherstellung nachzugehen. Derzeit wird technisch reines Mangan nur auf elektrolytischer Weise hergestellt, da reines Mangan technisch nicht durch die Reduktion mit Kohlenstoff gewonnen werden kann, da sich hierbei neben Mangan auch stabile Carbide, insbesondere Mn7C3, bilden.
Hierzu wird eine möglichst reine Mangansulfat-Lösung verwendet, die mit Edelstahl-Elektroden bei 5 -7 V elektrolysiert wird. An der Kathode entsteht dabei reines Mangan, an der Anode Sauerstoff, der mit Manganionen weiter zu Braunstein reagiert.
2MnS04 + 2 H20 -» 2Mn + 2 H2S04 + 02
Daneben sind auch die Gewinnung von Mangan durch die Reduktion von Manganoxiden mit Aluminium (Aluminothermie) oder Silicium bekannt.
Eine weitere Möglichkeit der Mangangewinnung besteht darin, die oben genannten Manganverbindungen soweit zu erhitzen, so dass das Mangan verdampf.
Allerdings entsteht reines Mangan erst bei Temperaturen über 1600° C, da erst bei dieser Temperatur ein Teil des Mangans zu verdampfen beginnt, so dass dieser Herstellungsweg bisher nicht wirtschaftlich anwendbar war.
Eine Aufgabe der vorliegen Erfindung ist es, ein Verfahren zur kontinuierlichen Mangan-Herstellung durch Verdampfung der Ausgang roh Stoffe zur Verfügung zu stellen, die kostengünstig und damit wirtschaftlich ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst, insbesondere dadurch, dass das Verfahren unter Vakuum und Temperaturen oberhalb der Liquidus-Temperatur des Mangans ausgeführt wird, wobei eine Pfanne mit flüssigem kohlenstoffhaltigem Ferromangan in einen Induktionsverdampfer eingesetzt wird, das Metall unter Vakuum, erzeugt und durch ein Vakuumpumpen- und Filtersystem im Bereich von 10-900 mbar und einer Temperatur im Bereich von > 1248°C rührend mit einem Inertgas verdampft und im weiteren Verlauf der Anlage mit Wasser gekühlt wird, wobei die Mn-Dämpfe in einer mobilen Kondensationskammer bei Temperaturen im Bereich 1350-1400°C verflüssigt und durch ein siphonartiges beheiztes Abstichloch kontinuierlich in eine Vergießmaschine abgestochen werden.
Die in der Erfindung präsentierte Anlage und das Verfahren stellt eine innovative Technik nicht nur im Sinne der kontinuierlichen Mangan-Herstellung aber auch ihres Vergießens dar.
Im Folgenden sollen die metallurgischen Eigenschaften des Mangans beschrieben werden.
Das Zweikomponentensystem Mn-Fe, stellt verschiedene Wandlungsphasen der Lösung Mangan-Eisen dar. Wie dem untenstehenden Diagramm zu entnehmen ist, liegt die Liquidustemperatur des reinen Mangans bei 1246°C.
Phasengleichgewichtsystem Mn-Fe
Beim Mangangehalt von 65-92%, typischem Gehalt der Ferrolegierungen, liegt die Liquidustemperatur im Bereich 1246-1280°C. Sie definiert die niedrigste Temperatur bei der das Flüssigmaterial zu verdampfen beginnt. Der Dampfdruck in Abhängigkeit der Temperatur hat einen exponentiell wachsenden Verlauf.
Mn-Dampfdruck Um die physikalischen Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu veranschaulichen, wird nachstehend die Verdampfungskinetik des Mangans beschrieben.
Die Verdampfungskinetik des Mangans ist eine Funktion des Druckes, der Temperatur und der Inertgasrate. Der Verdampfungsprozess selbst erfolgt durch Phasenumwandlung - Flüssigkeit / Gas (Dampf) bei gegebener Temperatur und dem Druck nach dem Gesetz der ersten Ordnung, wie in Gleichung (1 ) darstellt ist, dMn
-[[Mn] - [ «*])
dt (1 ) worin
(-dMn/dt) : Verdampfungsrate in % / min
1 : Phasenumwandlungskonstante in Minuten
[Mn]: aktuelle Mangan-Konzentration
[Mn*]:Mn-Gleichgewichtskonzentration bei aktuellem Prozesszustand (p,T, Inertgas) ist.
Bei einem Phasengleichgewicht (Flüssigkeit - Gas)
[Mn*] = {Mn*} (2) ausgedrückt durch eine temperaturabhängige Konstante K(T) den Verdampfungsdruck pMn als auch durch den Aktivitätskoeefizient fMn als Funktion der Metallzusammensetzung wird das Mangangleichgewicht [Mn*] folgend dargestellt: worin
(5)
Dabei gilt
1. NMn: Mn - Volumenstrom im Vakuumgefäß in Nm3/min, direkt proportional zur Verdampfungsrate ausgedrückt durch k(-dMn/dt),
2. uAr: eingeblasener Ar-Volumenstrom in das Vakuumgefäß in Nm3/min,
3. p: Druck innerhalb des Verdampfungsgefässes
Gleichungen (4) und (5) in Verbindung mit der Gleichung (1 ) ergeben den folgenden Zusammenhang:
Die Gleichung (6) gibt das Steuerprinzip angelehnt an die folgenden Größen wieder:
- Metalltemperatur T, geregelt im Temperaturbereich größer als 1246°C mit einer induktiven Heizung
- Gefäßdruck p, geregelt im Bereich 10 bis 900 mbar mittels eines Vakuumpumpensystems
- Ar-Inertgasdurchflussrate uAr, geregelt im Bereich 0.05 bis 0.5 Nm3 / (tMetall min) mittels eines Einblassystems.
Hieraus ergeben sich alle relevanten Parameter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Verfahren sieht vor, dass die Verflüssigung der Mn-Dämpfe kontinuierlich mittels des sekundären Kühlers, der im Dampfstrom innerhalb einer Dampfleitung angeordnet und zwecks der Verbesserung des Tropfenabflusses in konischer Form ausgebildet ist, erfolgt.
Das Vakuumpumpensystem ist zusätzlich mit einem sekundären Wasserkühlsystem, einem Kondensator und einem Filter ausgestattet. Der Verdampfungs- prozess wird dabei zusätzlich mit Argon als Inertgas unterstützt und bildet quasi eine Schutzgasatmosphäre aus.
Das technisch reine Mangan wird kontinuierlich mit Wasser gekühlt, abgestochen und unter der Argonschutzgasatmosphäre in eine Gießmaschine aufgegeben, wo es in entsprechend gewünschte Formate gegossen werden kann.
Während des Prozesses ist es vorgesehen, die Verdampfungsrate, Temperatur, Vakuumdruck und Inertgasdurchflussrate zu steuern. Das zu verdampfende Verdampfungsmaterial kann aus verschiedenen Mn-Konzentrationen bestehen, die dann wiederum die Verdampfungsrate, Temperatur und Inertgasdurchflussrate beeinflussen können.
Auch soll es möglich sein, dass das Verdampfungsmaterial kontinuierlich oder diskontinuierlich in den Induktionsverdampfer chargiert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung zu stellen.
Diese weitere Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß der im Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst, insbesondere dadurch einen Verdampfer in dem die Manganlegierung eingesetzt wird, das Metall unter Vakuum, erzeugt und durch ein Vakuumpumpen- und Filtersystem im Bereich von 10-900 mbar und einer Temperatur im Bereich von > 1248°C rührend mit Argon als Schutzgas verdampfbar ist und über eine primäre Wasserkühlung und über eine sekundäre Wasserkühlung gekühlt wird, wobei die Mn-Dämpfe in einer mobilen Kondensationskammer bei Temperaturen im Bereich 1350-1400°C im flüssigen Aggregatzustand gesammelt werden und durch ein siphonartiges beheiztes Abstichloch kontinuierlich in eine Vergießmaschine abstechbar ist. In einer weiteren Ausführungsform ist der Verdampfer ein Induktionsverdampfer, der auf einer Hydraulikplattform angeordnet und über diese vertikal verfahrbar ausgebildet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die mobile Kondensationskammer horizontal verfahrbar ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform sind der Induktionsverdampfer und die Kondensationskammer über eine, mit der primären Wasserkühlung und der sekundären Wasserkühlung wirkverbundenen Dampfleitung gasdicht miteinander verbunden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungemäßen Vorrichtung ist die sekundäre Wasserkühlung innerhalb der Dampfleitung im Dampfstrom über der Kondensationskammer angeordnet.
Es ist vorgesehen, dass die Dampfleitung mit einer Zuleitung für das Schutzgas (Inertgas) verbunden ist und das Schutzgas (Inertgas) in der Dampfleitung und der Zuleitung im Kreislauf geführt wird, wobei dampfförmiges Mangan durch einen, der Zuleitung zugeordneten, sekundären Kondensator abgeschieden werden kann und das Schutzgas (Inertgas) über die Zuleitung den Induktionsverdampfer und damit dem Dampfstrom wieder zugeführt wird. Dabei ist es vorgesehen, dass auch zusätzliches Inertgas über die Einspeisung dem Kreislauf zugeführt werden kann, um die prozessbedingten Verluste ausgleichen zu können und so die Konzentration im Kreislaufsystem regulieren zu können.
Um die Konzentration an dem Schutzgas (Inertgas) im Kreislauf möglichst konstant zu halten, kann zusätzliches Schutzgas über eine Einspeisung in die Zuleitung eingeleitet werden, wo es über einen sekundären Filter wieder in den Induktionsverdampfer eingespült werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens als Prozessablaufmodell.
Wie in der einzigen Figur dargestellt, besteht die Vorrichtung 18 im wesentlichen aus einem Induktionsverdampfer 1 , in dem das eingebrachte FeMn bei einer Temperatur von 1600 - 1700°C im flüssigen Aggregatzustand gehalten wird. Der Induktionsverdampfer 1 ist in dieser Ausführungsform auf einer Hydraulikplattform 9 angeordnet, die es erlaubt diesen zu heben und zu senken.
Im Bodenbereich des Induktionsverdampfers 1 ist mindestens ein Spülrohran- schluss 19 vorgesehen, der mit einer Zuleitung 15 verbunden ist und über die ein Schutzgas, in diesem Fall Argon, in den Induktionsverdampfer 1 eingeleitet wird. Das Schutzgas steigt durch die FeMn - Schmelze nach oben, wo es sich mit dem verdampften Anteil des Mangans bei einem Druck von 100 bis 200 mbar in einer Dampfleitung 14 sammelt und in einem Dampfstrom 17, hier als Pfeile dargestellt, abgeführt wird. Die Dampfleitung 14 ist dabei gasdicht mit dem Induktionsverdampfer 1 verbunden.
Der sich in der Dampfleitung 14 befindliche Dampfstrom 17 wird an einer primären Wasserkühlung 4, die die Dampfleitung von außen ummantelt, vorbeigeleitet und dabei heruntergekühlt. In einer sekundären Wasserkühlung 5 wird der Dampfstrom 17 soweit heruntergekühlt, das ein Aggregatzustandwechsel des Mangans von gasförmig nach flüssig eintritt. Um dies so effizient und schnell wie möglich ausführen zu können, ist dabei vorgesehen, die sekundäre Wasserkühlung 5 innerhalb der Dampfleitung 14 und im Dampfstrom 17 anzuordnen.
Die sekundäre Wasserkühlung 5 ist dabei konisch ausgebildet und liegt mit der sich verjüngenden Seite in Richtung des ankommenden Dampfstromes 17. In der Figur ist dies als ein gleichschenkliges Dreieck dargestellt.
Unterhalb der sekundären Wasserkühlung 5 ist eine horizontal verfahrbare Kondensationskammer 2 angeordnet. Auch die Kondensationskammer 2 kann gasdicht mit der Dampfleitung 14 verbunden werden. In der horizontal verfahrbar ausgebildeten Kondensationskammer 2 sammelt sich das verflüssigte hochreine Mangan und wird bei einer Temperatur von 1350 bis 1400°C im flüssigen Aggregatzustand gehalten.
Der verfahrbaren Kondensationskammer 2 ist ein siphonartiges Abstichloch 13 zugeordnet. Über das Abstichloch 13 wird das Mangan abgestochen und in eine Gießmaschine 8 aufgegeben. Die Gießmaschine 8 ist gekammert ausgebildet und steht auch unter einer Schutzgasatmosphäre 7 (Argon) und ist mit entsprechenden Vorrichtungsmitteln zur Beaufschlagung und Aufrechterhaltung der Schutzgasatmosphäre ausgerüstet. In der Gießmaschine wird das Mangan zu einem Endprodukt 11 in die entsprechend gewünschten Formate vergossen. Das Endprodukt 11 hat einen Reinheitsgrad von 99,9 % Mangan.
Während die manganhaltigen Dämpfe im Dampfstrom 17 an der sekundären Wasserkühlung 5 kondensieren, wird über einen Anschluss 20 die Schutzgasatmosphäre mittels einer Vakuumpumpe 3 abgesaugt und wieder in die Zuleitung 15 eingespeist. Das in dem Schutzgas noch befindliche verdampfte Mangan wird in einem sekundären Kondensator 12 heruntergekühlt und von der Schutzgasatmosphäre abgeschieden. Dem sekundären Kondensator 12 steht hierfür eine Vakuumpumpe mit Wasserkühlung 6 zur Verfügung.
Das vom Mangandampf gereinigte Schutzgas wird in der Zuleitung 15 im Kreislauf geführt und über eine Einspeisung 16 und ein sekundär Filter 10 wieder in den Induktionsverdampfer geleitet. Über die Einspeisung 16 wird dem Kreislauf durch den Prozessverlauf verlorengegangenes Schutzgas wieder zugeführt, so dass eine stabile Argon - Schutzgasatmosphäre mit jederzeit sichergestellt wird. Bezugszeichenliste
1. Induktionsverdampfer
2. Kondensationskammer
3. Vakuumpumpe
4. primäre Wasserkühlung
5. sekundäre Wasserkühlung
6. Vakuumpumpe mit Wasserkühlsystem
7. Argonschutzatmosphäre
8. Gießmaschine
9. Hydraulikplattform
10. Sekundärfilter
11. Endprodukt
12. sekundär Kondensator
13. Abstichloch
14. Dampfleitung
15. Zuleitung
16. Einspeisung
17. Dampfstrom
18. Vorrichtung
19. Spülrohranschluss
20. Anschluss

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von technisch reinem Mangan durch Verdampfung von kohlenstoffhaltigem Ferromangan in einem Induktionsvakuumgefäß, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Vakuum und Temperaturen oberhalb der Liquidus-Temperatur des Mangans ausgeführt wird, wobei eine Pfanne mit flüssigem kohlenstoffhaltigem Ferromangan in einen Induktionsverdampfer (1 ) eingesetzt wird, das Metall unter Vakuum, erzeugt und durch ein Vakuumpumpen- (3) und Filtersystem (10) im Bereich von 10-900 mbar und einer Temperatur im Bereich von > 1248°C rührend mit einem Inertgas verdampft und im weiteren Verlauf der Anlage durch einen primären Kühler (4) mit Wasser gekühlt wird, wobei die Mn-Dämpfe in einer mobilen Kondensationskammer (2) bei Temperaturen im Bereich 1350-1400°C durch einen sekundären Kühler (5) verflüssigt und durch ein siphonartiges beheiztes Abstichloch kontinuierlich in eine Gießmaschine (8) abgestochen und zum Endprodukt (11 ) vergossen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verflüssigung der Mn-Dämpfe kontinuierlich mittels des sekundären Kühlers (5), der im Dampfstrom (17) innerhalb einer Dampfleitung (14) angeordnet und zwecks der Verbesserung des Tropfenabflusses in konischer Form ausgebildet ist, erfolgt.
3. Verfahren Nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumpumpensystem zusätzlich mit einem sekundären Wasserkühlsystem (6), einem Kondensator (12) und einem Filter (13) ausgestattet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ver- dampfungsprozess zusätzlich mit Argon als Inertgas unterstützt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das technische reine Mangan kontinuierlich mit Wasser gekühlt, abgestochen und unter einer Argonschutzgasatmosphäre in eine Gießmaschine (8) aufgegeben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungsrate von Temperatur, Vakuumdruck und Inertgasdurchflussrate gesteuert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsmaterial aus verschiedenen Mn-Konzentrationen besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsmaterial kontinuierlich oder diskontinuierlich in den Induktionsverdampfer (1 ) chargiert wird.
9. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Verdampfer (1 ) in dem die Manganlegierung eingesetzt wird, das Metall unter Vakuum, erzeugt und durch ein Vakuumpumpen- (3) und Filtersystem (13) im Bereich von 10-900 mbar und einer Temperatur im Bereich von > 1248°C rührend mit Argon als Schutzgas verdampfbar ist und über eine primäre Wasserkühlung (4) und über eine sekundäre Wasserkühlung (5) gekühlt wird, wobei die Mn-Dämpfe in einer mobilen Kondensationskammer (2) bei Temperaturen im Bereich 1350-1400°C im flüssigen Aggregatzustand gesammelt werden und durch ein siphonartiges beheiztes Abstichloch (13) kontinuierlich in eine Vergießmaschine (8) abstechbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ver- dampfer (1 ) ein Induktionsverdampfer ist, der auf einer Hydraulikplattform (9) angeordnet ist und über diese vertikal verfahrbar ausgebildet ist.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Kondensationskammer (2) horizontal verfahrbar ausgebildet ist.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 10 und 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Induktionsverdampfer (1 ) und die Kondensationskammer (2) miteinander über eine, mit der primären Wasserkühlung (4) und der sekundären Wasserkühlung (5) wirkverbundenen Dampfleitung (14), gasdicht verbunden sind.
13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Wasserkühlung (5) innerhalb der Dampfleitung (14) im Dampfstrom (17) über der Kondensationskammer (2) angeordnet ist.
14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
Dampfleitung (14) mit einer Zuleitung (15) für das Schutzgas verbunden ist, und das Schutzgas in der Dampfleitung (14) und der Zuleitung (15) im Kreislauf geführt wird, wobei dampfförmiges Mangan durch einen, der Zuleitung (15) zugeordneten, sekundär Kondensator (12) abscheidbar ist und das Schutzgas über die Zuleitung (15) den Induktionsverdampfer (1 ) dem Kreislauf wieder zugeführt wird.
15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das
Schutzgas aus der Kondensationskammer (2) über eine Einspeisung (16) erneut in die Zuleitung (15) einleitbar ist und über einen sekundären Filter (10) in den Induktionsverdampfer (1) einspülbar und zusätzliches Schutzgas ebenfalls über die Einspeisung (16) dem Dampfstrom (17) zuleitbar ist.
EP14789775.5A 2013-09-25 2014-08-14 Herstellung von hochwertigem mangan aus ferromangan mittels verdampfung in einer vakuuminduktionsanlage Active EP3049543B1 (de)

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