FI86205C - Slutet metallbehandlingskaerl och foerfarande foer behandling av metall med ett reaktivt tillsatsmedel. - Google Patents

Description

1 86205

Suljettu metallinkäsittelyastia ja menetelmä metallin käsittelemiseksi reaktiivisella lisäaineella. - Slutet metallbehandlingskärl och förfarande för behandling av metall med ett reaktivt tillsatsmedel.

Esillä oleva keksintö koskee astiaa, jossa voidaan käsitellä metallia ja käsittelymenetelmää, jossa tällaista astiaa käytetään. Se koskee erityisesti astiaa, jossa voidaan käsitellä metallia, esimerkiksi sulaa rautaa, metalliseoksen kanssa, joka aikaansaa muutoksen metallin ominaisuuksissa, kuten esimerkiksi magnesiumia sisältävä metalliseos. Kuten on tunnettua, tällaisen metalliseoksen käyttö voi muuttaa hiilen rakennetta ja käytetyn metalliseoksen määrästä riippuen, hiili voi esiintyä valuraudassa pallomaisena (jyväinen) tai säiemäisenä grafiittina.

Julkaisussa GB-PS 1,311,093 on kuvattu ja vaatimuksissa esitetty menetelmä ja laite sulien metallien käsittelemiseksi. Mainitussa selityksessä kuvatussa laitteessa lisäaine, jolla sula metalli tullaan käsittelemään, syötetään reaktiokammioon, joka on varustettu erillisellä syöttöaukolla sulaa metallia varten. Käytössä on irrotettava kansi poistettava ennen kuin lisäaine sijoitetaan reaktiokammioon ja sijoitettava takaisin paikoilleen ennen kuin sula metalli juoksutetaan reaktiokammioon. Tämä *:**: toimenpide joudutaan ehkä suorittamaan korkeissa lämpötilaolo- ··· suhteissa ja se saattaa aiheuttaa ongelmia. Lisäksi, jos käyte-tään herkästi reagoivaa lisäainetta reaktio voi, lisättäessä sula metalli, olla räjähtävä ja takaiskua voi esiintyä.

^ Julkaisussa EP 0006306 on esitetty laite sulan metallin käsittelemiseksi, jossa lisäaine, jolla sula metalli tullaan käsittelemään sekä sula metalli lisätään peräkkäin saman syöttöaukon '· " kautta suoraan reaktiokammioon, laitteen ollessa mitoitettu .1 1 sellaiseksi, että sitä käytettäessä lisäaine peittyy aina su-....: laan metalliin. Tässäkin tapauksessa, useiden syöttöjen .·1·. jälkeen, saattaa kammio, johon lisäaine syötetään, tulla erit-^ täin kuumaksi. Jos käytetään herkästi reagoivaa lisäainetta, on • « · • 1 « · 2 86205 olemassa syöttöaukon kautta tapahtuvan takaiskun vaara, joka aiheutuu voimakkaasta reaktiosta.

Käsiteltäessä sulaa rautaa magnesiummetalliseoksella käytetään tavallisesti magnesium-piirautaseosta. Mitä korkeampi magnesiumin määrä on, sitä reaktiivisempi on myös metalliseos. Alhaisen magnesium-määrän omaavan seoksen käyttö ei kuitenkaan ole toivottavaa johtuen piistä ja muista seoksen sisältämistä aineosista, jotka lisätään käsiteltävään rautaan. Edellä kuvatussa menetelmässä paljon magnesiumia sisältävät metalliseokset voivat reaktiivisuutensa vuoksi olla vaarallisia.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on esittää laite sulan metallin käsittelemiseksi, jossa voidaan käyttää erittäin reaktiivista lisäainetta, esimerkiksi magnesiumia sisältävää metalliseosta, ilman siihen liittyviä edellä mainittuja haittoja, ja jolla laitteella lisäaineen talteenotto sen käytön kannalta paranee.

Periaatteessa tämä saadaan aikaan käyttämällä laitetta, joka on varustettu syöttöaukolla reaktiivisen lisäaineen ja sulan metallin lisäämiseksi peräkkäin, jolloin syöttöaukko ohjaa lisäaineen ja sulan metallin yhdistettyyn reaktiokammioon, jossa on *:**: suuri ylätila ja käytössä sula metalli kohoaa kammiossa sellai- ·* selle tasolle, joka tehokkaasti estää syöttöaukon kautta tapah-tuvan takaiskun esiintymisen.

Keksinnön mukainen suljettu metallinkäsittelyastia, jossa on syöttöaukko reaktiivisen lisäaineen ja sulan, käsiteltävän • · « metallin syöttämiseksi peräkkäin, reaktiokammio sulan metalli-virran alapuolella lisäaineen ja sulan metallin vastaanottami- • · · *· ’· seksi peräkkäin sekä poistoaukko reaktiokammiossa olevan metal-♦ · « * livirran alapuolella, on tunnettu siitä, että syöttöaukko avau- tuu reaktiokammion sivuseinämän lävitse ja että syöttöaukko .···. muodostaa kammion sisääntulokohdassa kulman pystysuoraan näh- • den, jolloin lisäaine ja sula metalli ohjautuvat reaktiokammi-* · · • · · ' oon, reaktiokammioon johtavan syöttöaukon ja reaktiokammiosta • · · • · • ♦ • · ·

II

3 8 6 2 G 5 johtavan poistoaukon mittojen ollessa sellaiset, että käytössä sula metalli kohoaa reaktiokammion yläpuolelle varattuun ylä-tilaan lisäaineen peittämiseksi ja syöttöaukon sulkemiseksi.

Tällaisen metallinkäsittelyastian avulla pienenee sulan metallin ja reaktiokaasun aiheuttaman "takaiskun" riski, koska reak-tiokaasu kohoaa pystysuorassa lisäaineesta sulan metallin tason yläpuolelle varattuun tilaan, joka on riittävän suuri absorboimaan kaiken reaktiossa todennäköisesti syntyvän kaasun. Sulan metallin ja lisäaineen syöttämistä varten oleva syöttöaukko varmistaa, että lisäaine asettuu poispäin syöttöaukon päästä, joka johtaa reaktiokammioon, suunnaten siten reaktion syöttöau-kosta poispäin ja estäen kaasujen paon takaperin syöttöaukon kautta. Sulan metallin taso pidetään tietyllä korkeudella astian sisällä, jotta estetään kaasun pääsy syöttöaukkoon.

Lisäämällä pidätystanko tällaiseen käsittelyastiaan, nestemäisen metallin virtausta voidaan viivästyttää siksi aikaa, kunnes reaktiotuotteet nousevat sulan metallin pinnalle reaktiokammi-ossa. Täten poistoaukosta tuleva virtaus ei sisällä reaktio-tuotteita ja virtauksen sanotaan olevan "puhdas".

Keksinnön mukaisen menetelmän tunnusmerkit on esitetty patenttivaatimuksessa 6.

Seuraavassa kuvataan yksityiskohtaisesti, mutta ainoastaan esi-.1 merkinomaisesti esillä olevan keksinnön parhaita suoritusmuoto-| ja viitaten oheisiin piirustuksiin, joista;

Kuva 1 on pystysuora poikkileikkaus esillä olevan keksinnön mukaisesta metallinkäsittelyastiästä.

• · • · · • · ·

Kuva 2 on kuva kuvan 1 linjaa A-A pitkin.

... Kuva 3 on pystysuora poikkileikkaus eräästä esillä olevan *“ keksinnön mukaisen metallinkäsittelyastian ·.* * suoritusmuodosta.

4 86205

Kuva 4 on pystysuora poikkileikkaus esillä olevan keksinnön mukaisen metallinkäsittelyastian kolmannesta suoritusmuodosta .

Kuva 5 on poikkileikkaus esillä olevan keksinnön mukaisen me-tallinkäsittelyastian neljännestä suoritusmuodosta.

Kuva 6 on ylhäältäpäin kuva kuvassa 5 esitetystä astiasta ilman kantta.

Kuva 1 esittää metallinkäsittelyastiaa, jossa on syöttöaukko 5 lisäaineen ja sulan, käsiteltävän metallin syöttämiseksi peräkkäin. Metallivirran alapuolelle on järjestetty reaktiokam-mio 2 ja reaktiokammion 2 läpi virtaavan metallivirran alapuolelle on sijoitettu poistoaukko 4. Syöttöaukon 5 poikkileikkaus on suurempi kuin poistoaukon 4, jotta varmistetaan, että sulan metallin taso kammiossa on riittävä peittämään syöttöaukon 5 pään reaktiokammion 2 sisääntulossa. Tällä tavoin reaktiokaasu, jota muodostuu lisäaineen ja sulan metallin välisessä reaktiossa, kohoaa ylöspäin ja laajenee tilaan, joka on järjestetty sulan metallin tason yläpuolelle eikä kulje takaisin syöttöaukon 5 kautta, jolloin se aiheuttaisi nestemäisen metallin "takaiskun". Reaktiokammioon johtavan sisääntulon 6 kohdalla syöttö-aukko 5 muodostaa kulman pystysuoran kanssa. Tässä nimenomaisessa kuvassa syöttöaukko 5 on myös kalteva pystysuoraan nähden pienemmässä kulmassa kuin reaktiokammioon 2 johtavan sisääntulon kohdalla. Syöttöaukko 5 voi kuitenkin myös olla pystysuora, jolloin se on kalteva 6 ainoastaan reaktiokammioon 2 johtavan sisääntulon kohdalla. Kun lisäainetta syötetään astiaan se muuttaa suuntaansa kaltevalla pinnalla 6 siten, että se putoaa reaktiokammioon 2. Jos lisäaine on sijoitettu niin kauas syöt-töaukosta 5 kuin mahdollista, reaktion tapahtumisen riski lähellä reaktiokammion 2 sisääntuloa pienenee, joka puolestaan varmistaa ettei reaktiokaasu nouse ylöspäin syöttöaukon 5 kautta. Syöttöaukko 5 on myös varustettu suulla 1.

il

Kuva 2 esittää kuvan 1 astiaa linjaa Ά-Ά pitkin, jossa on syöt- töaukko 5 ja siihen yhdistetty reaktiokanunio 2.

5 862C5

Kuvassa 3 on esitetty esillä olevan keksinnön mukaisen metal-linkäsittelyastian toinen suoritusmuoto, jossa tiilen 3 muodossa oleva pidätyselin on sijoitettu reaktiokammion 2 sisälle lisäaineen pitämiseksi kammion sisällä sulan metallin virtaa vastaan.

Kuvassa 4 on esitetty metallinkäsittelyastia, joka on varustettu pidätystanqolla 7. Tässä kuvassa viitenumerot 1-6 viittaavat kuvan 3 vastaaviin piirteisiin. Pidätystanko 7 ulottuu reaktio-kammioon 2 ja peittää poistoaukon 4. Pidätystanko 7 voidaan poistaa, jotta käsitellyn metallin virta pääsee kulkemaan poistoaukon 4 läpi. Pidätystanko 7 pysyy poistoaukossa 4, jotta metallin virtaaminen estyy kunnes sulan metallin taso saavuttaa ennalta määrätyn korkeuden reaktiokammiossa.

Jonkin ajan kuluttua muut reaktiotuotteet kuin käsitelty metalli kohoavat sulan metallin pinnalle ja pidätystanko 7 voidaan sen jälkeen poistaa sulan metallin virtauksen sallimiseksi, joka metalli on olennaisesti vapaa reaktiotuotteista. Viivyttämällä virtausta poistoaukon tukkeumat vähenevät ja siten astian puhdistustiheyttä voidaan myös harventaa. Kuvan 4 metallinkä-sittelyastia on jaettu yläosaan 8, alaosaan 9 ja keskiosaan 10. Osat 8, 9 ja 10 voivat olla yhdistettyjä ja kiinnitettävissä paikoilleen, kun astia on käytössä, jolloin astia voidaan tarvittaessa hajottaa osiin puhdistusta ja huoltoa varten . Astia voi myös olla varustettu tarkastuskannella 11, jotta reaktio-kammion sisälle voidaan nähdä avaamatta astiaa kokonaan.

Kuvassa 5 on edelleen esitetty eräs esillä olevan keksinnön mukaisen metallinkäsittelylaitteen suoritusmuoto. Tässä kuvassa viitenumerot 1-6 viittaavat kuvan 3 piirteitä vastaaviin ominaisuuksiin. Tämä esillä olevan keksinnön suoritusmuoto on 6 86205 lisäksi varustettu "roiskesuojalla" 12 astian syöttöaukon suulla 1. "Roiskesuoja" 12 varmistaa sen ettei syöttöaukossa 5 oleva nestemäinen metalli "roisku" astian kannelle 13, kun astiaa kallistetaan, jotta käsiteltyä metallia voidaan kaataa poisto-aukosta 4.

Kuvassa 5 esitetyssä astiassa on myös tarkastuskansi 11, jota voidaan käyttää reaktiokammion sisäosan tarkastelemiseksi avaamatta astiaa kokonaan. Tarkastuskantta 11 voitaisiin myös käyttää jatkuvan käsittelyprosessin mahdollistamiseksi astiassa lisäämällä lisäainetta tarkastuskannen kautta aina, kun lisäaineen määrää on täydennettävä.

Kuvan 5 astia koostuu kahdesta osasta: rungosta 15 ja kannesta 13. Kansi 13 voidaan yhdistää ja kiinnittää paikoilleen astiaa käytettäessä ja purkaa osiinsa, kun astia puhdistetaan.

Kuva 6 esittää kuvan 5 astiaa ylhäältäpäin ilman kantta. Tästä kuvasta ilmenee, että tiili 3 (tai tulenkestävä tiili) on lukittu astian rungon 14 sivujen väliin.

Kuvissa esitetty metallinkäsittelyastia on tehty sellaiseksi, että poistoaukon halkaisija on ainakin 10% pienempi kuin syöttöaukon halkaisija, jotta varmistetaan, että sulan metallin taso kammiossa 2 on riittävä peittämään syöttöaukon 5 pään kammion 2 sisääntulossa. Tyypillinen esimerkki syöttöaukon ja poistoaukon halkaisijoista olisi 80mm ja 50mm, tässä järjestyksessä.

Syöttöaukon kulma reaktiokammioon johtavan sisääntulon 6 kohdalla voi vaihdella ja on parhaiten välillä 30° - 60° suhteessa pystysuoraan.

Kuvissa esitetty metallinkäsittelyastia voidaan sijoittaa automaattisen kaatojärjestelmän osan muodostavan pidätyskammion

II

7 862CS

viereen. Pidätyskammio voidaan myös varustaa pidätystangolla sulan metallin virran ohjaamiseksi ia haluttaessa suodattimena jäljelle jääneiden reaktiotuotteiden poistamiseksi käsitellystä metallista.

Astian syöttöaukon 5 suulla 1 on edullisesti suurempi poikkileikkaus kuin syöttöaukolla sulan metallin sisäänvirtauksen mahdollistamiseksi, joka metalli usein "ruiskuaa" astiaan kaadettaessa.

Kuvissa esitettyä metallinkäsittelyastiaa voidaan käyttää nestemäisen raudan käsittelyssä. Tässä erityistapauksessa magnesiumia sisältävää metalliseosta voidaan käyttää muutoksen aikaansaamiseksi metallin ominaisuuksissa. Tällainen metalliseos muuttaa hiilen rakenteen ja käytetystä metalliseosmäärästä riippuen valuraudassa oleva hiili voi esiintyä joko pallomaisena tai säiemäisenä grafiittina.

Esillä olevan keksinnön mukainen käsittelyastia valmistetaan yleisesti ottaen valimotekniikassa yleisesti tunnetulla tavalla eli täyttämällä esimerkiksi levyteräksestä muodostettu kuori tulenkestävällä aineella kammioiden ollessa muodostettu malli-neiden avulla, jotka poistetaan tulenkestävän aineen kovetut-tua.

; ; Seuraavat esimerkit valaisevat keksintöä.

Esimerkit

Kussakin seuraavista esimerkeistä käytettiin keksinnön mukaista käsittelyastian suoritusmuotoa. Astia voidaan tarpeesta riippu-en valmistaa erilaisten käsittelykapasiteettien mukaiseksi. Painoprosentteina kaatopainosta ilmaistua tiettyä metalliseosta (lisäaine) lisätään astiaan syöttöaukon kautta ennen kaatamista. Perusrautaa, jota on sulatettu tilavuudeltaan 5 tonnin ko- 8 86205 koisessa induktiouunissa, kaadetaan astiaan alla esitetty painomäärä.

Kussakin esimerkissä esitetty magnesiumin saanto on käsitellyn metallin sisältämä magnesiumin määrä.

Esimerkki 1 Käytetty käsittelyastia: kuvassa 3 esitetty

Perusraudan analyysi; hiilen kokonaismäärä 3,6%;

Si 1,8%; S 0,025%.

Kaadetun metallin paino: 500 kg

Lämpötila: 1470 - 1480°C

Metalliseos: Magnesium piirauta, joka si sältää 5% Mg + 1,6% Ca ja jota on saatavana Materials & Methods Ltd:Itä, Reigate, Surrey, Englanti, nimellä PROCALOYR 42 Metalliseoksen määrä: 1,6 paino-%

Magnesiumsaanto: 72% Käsittelyaika: 30 sekuntia.

Esimerkki 2 Käytetty käsittelyastia; kuvassa 3 esitetty

Perusraudan analyysi: kuten esimerkissä 1

Kaadetun metallin paino: 1000 kg

Lämpötila: 1480°C

Metalliseos: kuten esimerkissä 1

Metalliseoksensen määrä: 1,6 paino-%

Magnesiumsaanto: 70% Käsittelyaika: 45 sekuntia.

Tässä esimerkissä metalli kaadettiin kahdessa 500 kg:n erässä.

9 8 6 2 G 5

Esimerkki 3 Käytetty käsittelyastia: kuvassa 3 esitetty

Perusraudan analyysi: hiilen kokonaismäärä 3?6%;

Si 1,8%; S 0,02%

Kaadetun metallin paino: 500 kg

Lämpötila: 1500°C

Metalliseos: kuten esimerkissä 1

Metalliseoksen määrä: 1,8 paino-%

Magnesiumsaanto: 68%

Esimerkki 4 Tässä esimerkissä käytettiin kuvan 3 mukaista käsittelyastiaa esitetyllä tavalla. Tämän käsittelyastian käsittelykapasiteetti on 1000 kg.

Käsitelty metalli syötetään suoraan automaattiseen kaatojärjes-telmään. Yksityiskohdat ovat seuraavat:

Perusraudan analyysi: hiili 3,6%; Si 1,8%; S 0,015%

Kaadetun metallin paino: 600 kg

Lämpötila: 1480°C

Käytetty metalliseos: kuten esimerkissä 1

Metalliseoksen määrä: 1,6 paino-%

Magnesiumsaanto: 64%.

Esimerkki 5 Tässä esimerkissä esitetään suoraan sähköuunista käsittelyasti-aan syötetyn metallin käsittelyä. Käsitelty metalli syötetään sen jälkeen valusankoon.

Käsittelyastia on sama kuin esimerkissä 4 käytetty.

10 86205 Käsittelyn yksityiskohdat ovat seuraavat:

Perusraudan analyysi: hiili 3,6%; Si 1,8%; S 0,025%

Kaadetun metallin paino: 600 kg

Lämpötila: 1530°C

Käytetty metalliseos: kuten esimerkissä 1

Metalliseoksen määrä: 1,9 paino-%

Magnesiumsaanto: 50,5%.

Esimerkki 6 Tässä esimerkissä käytetään kuvassa 5 esitettyä käsittelyasti-aa, jonka käsittelykapasiteetti on 1000 kg.

Käsittelyn yksityiskohdat ovat seuraavat:

Perusraudan analyysi: hiili 3,7%; Si 2,0%; S 0,015%

Kaadetun metallin paino: 850 kg

Metallin lämpötila valusangossa: 1480°C

Käytetty metalliseos: 6-7% Mg ja 0,5% Ca

Metalliseoksen määrä: 1,5 paino-%

Magnesiumsaanto: 50-55% Käsittelyaika: 35 sekuntia.

Esimerkki 7 Tässä esimerkissä kuvataan metallin käsittelyä suoraan uunista valusankoon.

Tässä esimerkissä käytetään kuvan 3 mukaista käsittelyastiaa, jonka kapasiteetti on 2000 kg.

Käsittelyn yksityiskohdat ovat seuraavat:

11 862GB

Perusraudan analyysi: hiili 3,6%; Si 1,8%, S 0,01%

Kaadetun metallin paino: 1500 kg

Uunin lämpötila: 1500°C

Käsittelylämpötila: 1475°C

Käytetty metalliseos: kuten esimerkissä 1

Metalliseoksen määrä: 1,50 paino-%

Magnesiumsaanto: 64% Käsittelyaika: 42 sekuntia.

Vaikka esimerkeissä käytetty metalliseos sisältää joko 5 % Mg tai 6 - 7% Mg, on myös mahdollista käyttää metalliseosta, joka sisältää 3 3/4% - 10% magnesiumia.

Claims (7)

12 862C5

1. Suljettu metallinkäsittelyastia, jossa on syöttöaukko (5) reaktiivisen lisäaineen ja sulan, käsiteltävän metallin syöttämiseksi peräkkäin, reaktiokammio (2) sulan metallivirran alapuolella lisäaineen ja sulan metallin vastaanottamiseksi peräkkäin sekä poistoaukko (4) reaktiokammiossa (2) olevan metalli-virran alapuolella, tunnettu siitä, että syöttöaukko (5) avautuu reaktiokammion (2) sivuseinämän lävitse ja että syöttöaukko (5) muodostaa kammion (2) sisääntulokohdassa kulman pystysuoraan nähden, jolloin lisäaine ja sula metalli ohjautuvat reaktiokammioon (2), reaktiokammioon (2) johtavan syöttö-aukon (5) ja reaktiokammiosta (2) johtavan poistoaukon (4) mittojen ollessa sellaiset, että käytössä sula metalli kohoaa reaktiokammion (2) yläpuolelle varattuun ylätilaan lisäaineen peittämiseksi ja syöttöaukon (5) sulkemiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen metallinkäsittelyastia, tunnettu siitä, että reaktiokammion (2) sisällä on pidätyselin (3) lisäaineen pitämiseksi sulaa metallivirtaa vasten.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen metallinkäsittelyastia, tunnettu siitä, että syöttöaukon (5) suun poikkileik-kaus on suuri, jotta sen kautta voidaan syöttää suuri määrä /: sulaa metallia. '. 1 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen metallinkäsittely- •astia, tunnettu siitä, että astia käsittää myös pidä- tystangon (7), joka ulottuu reaktiokammioon (2) poistoaukon (4) peittämiseksi, jotta sula metalli saadaan pidettyä kammion (2) - sisällä niin kauan, että reaktiotuotteet ehtivät nousta sulan : Γ: metallin pinnalle, jolloin saadaan käsitelty metallivirta, joka . on olennaisesti vapaa reaktiotuotteista. • · * · φ * · II · · • · · * · • · *«« ,3 86205

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen metallinkäsittely-astia, tunnettu siitä, että reaktiokammio (2) on varustettu kannella (11), joka mahdollistaa astian puhdistuksen.

6. Menetelmä metallin käsittelemiseksi reaktiivisella lisäaineella, tunnettu siitä, että lisäaine syötetään suljettuun reaktioastiaan syöttöaukon (5) kautta kulmassa pystysuoraan nähden, jossa astiassa on vapaa yIäti la syöttöaukon (5) yläpuolella ja poistoaukko astiasta, astian poistoaukon (4) ollessa pienempi kuin syöttöaukon (5), jolloin se pitää lisäaineen astiassa, ja jolloin sula, käsiteltävä metalli syötetään syöttöaukon (5) kautta myös kulmassa pystysuoraan nähden, jolloin se kohoaa astian ylätilaan syöttöaukon (5) sulkemiseksi ja reagoi pidätetyn lisäaineen kanssa ja mahdollistaa käsitellyn metallin virtauksen reaktioastiasta.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen sulan metallin käsittelymenetelmä, sellaisen raudan aikaansaamiseksi, jossa grafiitti on säiemäisessä tai jyvämäisessä muodossa, tunnettu siitä, että metalli on harmaata rautaa ja lisäaine on magnesiumia sisältävä metalliseos. 1 · · • · · 14 86205