FR2554828A1

FR2554828A1 - METHOD FOR REFINING A METAL BY REFLECTING UNDER DIE ELECTRO-CONDUCTOR

Info

Publication number: FR2554828A1
Application number: FR8416198A
Authority: FR
Inventors: Arthur H Griebel Iii
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1983-11-10
Filing date: 1984-10-23
Publication date: 1985-05-17
Also published as: JPS60103136A; FR2554828B1; SE8404116D0; GB2149333A; JPH0352522B2; DE3436958A1; GB2149333B; SE8404116L; GB8427096D0

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN PROCEDE POUR L'AFFINAGE D'UN METAL DANS UN CREUSET CONTENANT UNE COUCHE DE LAITIER FONDU OU LE METAL FONDU DESCEND A TRAVERS LE LAITIER ET SE RESOLIDIFIE EN UN LINGOT ET LE LAITIER EST MAINTENU FONDU PAR PASSAGE DU COURANT ELECTRIQUE A TRAVERS LA COUCHE DE LAITIER ET ENTRE UNE PREMIERE ELECTRODE ET UNE SECONDE ELECTRODE, CELLE-CI CONTENANT UN MOYEN DE REFROIDISSEMENT. SELON L'INVENTION, ON FAIT PASSER LE COURANT ELECTRIQUE ENTRE LA PREMIERE ELECTRODE 1 ET LA SECONDE ELECTRODE 3 A TRAVERS AU MOINS UN ORGANE ELECTRIQUEMENT CONDUCTEUR 7 INTERPOSE ENTRE LE LAITIER 5 ET LA SECONDE ELECTRODE, L'ORGANE 7 AYANT UNE TEMPERATURE DE FUSION DEPASSANT LA TEMPERATURE MOYENNE DE L'ENSEMBLE DU LAITIER, UNE PARTIE DE LA SURFACE DE L'ORGANE ELECTRIQUEMENT CONDUCTEUR EN CONTACT AVEC LE LAITIER AYANT UNE TEMPERATURE AU-DELA DE LA TEMPERATURE DE CONGELATION. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA METALLURGIE.THE PRESENT INVENTION CONCERNS A PROCESS FOR THE REFINING OF A METAL IN A CRUCIBLE CONTAINING A LAYER OF MELTED MILK WHERE THE MOLTEN METAL DESCRIBES THROUGH THE MILK AND RESOLIDIFIES INTO AN INGOT AND THE MILK IS KEPT MELT BY PASSING THE ELECTRIC CURRENT TO THROUGH THE DAIRY LAYER AND BETWEEN A FIRST ELECTRODE AND A SECOND ELECTRODE, THE latter CONTAINING A COOLING MEDIA. ACCORDING TO THE INVENTION, THE ELECTRIC CURRENT IS PASSED BETWEEN THE FIRST ELECTRODE 1 AND THE SECOND ELECTRODE 3 THROUGH AT LEAST ONE ELECTRICALLY CONDUCTIVE ORGAN 7 INTERPOSED BETWEEN THE DAIRY 5 AND THE SECOND ELECTRODE, THE ORGAN 7 HAVING A MELTING TEMPERATURE EXCEEDING THE AVERAGE TEMPERATURE OF THE ASSEMBLY OF THE MILK, PART OF THE SURFACE OF THE ELECTRICALLY CONDUCTIVE PART IN CONTACT WITH THE MILK HAVING A TEMPERATURE BEYOND THE FREEZING TEMPERATURE. THE INVENTION APPLIES IN PARTICULAR TO METALLURGY.

Description

25548-2325548-23

La refusion sous laitier électro-conducteur est un processus de fusion ou d'affinage secondaire. Les lingots primaires de production, connus couic lectrodes consomarbles sont refondus et ou leú laisse se resolidifier en conditions plus exactement contrôlées que celles pouvant être obtenues pendant la fusion primaire pour améliorer leur structure de grain et retirer les inclusions et impuretés formant des inclusions. La refusion est obtenue par chauffage par Electro-conductive slag remelting is a secondary melting or refining process. Primary production ingots, known as consumable electrodes, are melted and allowed to resolidify under more precisely controlled conditions than those obtainable during primary melting to improve their grain structure and remove inclusions and impurities forming inclusions. The reflow is obtained by heating by

résistance, le courant électrique passant entre l'élec- resistance, the electric current passing between the

trode consommable et une seconde électrode. L'électrode consommable est partiellement immergée dans une couche de laitier, o est produite de la chaleur par effet Joule pour la fusion. Une masse du métal fondu se forme en dessous Consumable trode and a second electrode. The consumable electrode is partially immersed in a slag layer, where Joule heat is produced for melting. A mass of the molten metal is formed below

du laitier. Le laitier forme un trajet pour le courant. slag. The slag forms a path for the current.

Il retire également les inclusions et les impuretés for- It also removes inclusions and impurities

mant les inclusions du produit fondu. the inclusions of the melted product.

Le courant électrique passe traditionnellement à travers le laitier entre l'électrode consommable et le lingot. Un tel processus fonctionne très bien dans les cas o le lingot qui est formé a une section transversale qui est sensiblement la même ou plus importante que la section transversale de l'électrode (s) qui est fondue. Un tel processus n'est pas souhaitable dans les cas o la section transversale du lingot qui est formé est plus petite que la section transversale de l'électrode (s) qui est fondue, comme dans les cas o le lingot qui est formé est une barre. Des lingots de plus petite section transversale nécessiteront une coupe fréquente. La coupe interrompt le trajet de courant, nécessitant une suppression par des contacts glissant contre le lingot. Les contacts glissants sont incommodes par le fait que les lingots qui sont formes The electric current traditionally passes through the slag between the consumable electrode and the ingot. Such a process works very well in cases where the ingot that is formed has a cross-section that is substantially the same or larger than the cross section of the electrode (s) that is melted. Such a process is undesirable in cases where the cross section of the ingot that is formed is smaller than the cross-section of the electrode (s) being melted, as in the case where the ingot that is formed is a closed off. Ingots of smaller cross section will require frequent cutting. The cut interrupts the current path, requiring suppression by sliding contacts against the ingot. Slippery contacts are inconvenient because ingots are formed

ne sont souvent ni lisses ni propres. are often neither smooth nor clean.

Un trajet de courant qui comprend le lingot est également sensible à un autre problème dans les cas o le lingot qui est formé est plus petit que l'électrode qui est fondu. Le fort courant requis pour faire fondre l'électrode consommable Courrait chauffer, de manière A current path that includes the ingot is also sensitive to another problem in cases where the ingot that is formed is smaller than the electrode that is melted. The strong current required to melt the consumable electrode would heat up, so

résistive, le lingot et retarder sa solidification. resistive, the ingot and retard its solidification.

Une nécessité d'établir un autre trajet de courant a existé. Des expériences ont été entreprises avec un courant électrique passant à travers le laitier entre l'électrode consommable et le creuset. Cela a eu pour résultat une instabilité du fonctionnement du four et une dégradation du creuset. On a supposé qu'une couche de laitier se gelait à proximité de la paroi du creuset et que cette couche de laitier précipitait la formation d'un arc à travers elle. Le creuset était A need to establish another stream path has existed. Experiments were undertaken with an electric current passing through the slag between the consumable electrode and the crucible. This resulted in instability of the oven operation and degradation of the crucible. It was assumed that a layer of slag was frozen near the wall of the crucible and that this layer of slag precipitated the formation of an arc through it. The crucible was

refroidi à l'eau.cooled with water.

La présente invention prévoit un trajet de courant qui élimine la formation de l'arc qui se produit lorsque du courant électrique passe à travers un laitier entre une électrode consommable et une seconde électrode ayant The present invention provides a current path that eliminates arc formation that occurs when electric current passes through a slag between a consumable electrode and a second electrode having

un moyen de refroidissement en tant que partie intégrante. cooling means as an integral part.

Elle concerne également un trajet de courant o est éliminée la formation de l'arc qui se produit lorsque du courant électrique passe à travers un laitier entre deux électrodes non consommables, dont au moins l'une à un moyen de refroidissement comme partie intégrante, comme dans les situations o du métal fondu est versé à travers un laitier. La formation de l'arc dueau passage du courant électrique à travers le laitier et entre les électrodes est éliminé par passage du courant électrique à travers au moins un organe électriquement conducteur It also relates to a current path which eliminates the formation of the arc which occurs when electric current passes through a slag between two non-consumable electrodes, at least one of which is a cooling means as an integral part, such as in situations where molten metal is poured through a slag. The formation of the arc of the passage of electrical current through the slag and between the electrodes is eliminated by passing the electric current through at least one electrically conductive member

- interposé entre le laitier et l'électrode refroidie. - interposed between the slag and the cooled electrode.

L'organe électriquement conducteur a une température de fusion dépassant la température moyenne de l'ensemble du laitier. Dans le cadre de cette demande, la température moyenne de l'ensemble du laitier est la température au loin des parois du creuset, en reconnaissant le fait qu'il The electrically conductive member has a melting temperature exceeding the average temperature of the whole slag. As part of this application, the average temperature of the whole slag is the temperature off the walls of the crucible, recognizing the fact that

y a des gradients de température à travers le laitier. There are temperature gradients across the slag.

Des procédés de refusion snis laitier électro-conducteur sont révélés dans de nombreuses références, comprenant les brevets US no 4 108 235 et 4 145 563. Les brevets no 4 108 235 et 4 145 563 ne révèlent pas le trajet de courant de la présente invention. Le trajet de courant du brevet no 4 108 235 est entre l'électrode consommable, le creuset et un mandrin utilisé pour couler des lingots creux. Celui du brevet no 4 145 563 peut comprendre un revêtement du creuset. Le revêtement du creuset est Electro-conductive slag remelting processes are disclosed in numerous references, including US Pat. Nos. 4,108,235 and 4,145,563. Patents 4,108,235 and 4,145,563 do not disclose the current path of the present invention. . The current path of Patent No. 4,108,235 is between the consumable electrode, the crucible and a mandrel used to pour hollow ingots. That of Patent No. 4,145,563 may include a coating of the crucible. The coating of the crucible is

cependant électriquement isolé du creuset. however electrically isolated from the crucible.

Des procédés pour l'affinage d'un métal qui est Methods for refining a metal that is

déjà fondu sont révélés dans de nombreuses références. already melted are revealed in many references.

Ces références comprennent le brevet d'Allemagne de l'Ouest n 1 483 646. Comme avec les références décrites dans le paragraphe qui précède, le brevet no 1 483 646 These references include West German Patent No. 1,483,646. As with the references described in the foregoing paragraph, Patent No. 1,483,646

ne révèle pas le trajet de courant de la présente inven- does not reveal the current path of the present invention.

tion. Il décrit une enveloppe 13 d'un laitier solidifié qui isole électriquement le laitier du creuset. Les tion. It describes an envelope 13 of a solidified slag which electrically isolates the slag from the crucible. The

organes électriquement conducteurs de la présente inven- electrically conductive members of the present invention.

2D tion empêchent cet isolement.2D tion prevent this isolation.

La présente invention a par conséquent pour objet un procédé d'affinage d'un métal dans lequel-on utilise The subject of the present invention is therefore a process for refining a metal in which one uses

un trajet perfectionné de courant.an improved flow of current.

L'objectif ci-dessus et d'autres encore de la présente invention seront mieux compris à la lecture de The above objective and still others of the present invention will be better understood by reading

la description qui suit en se référant au dessin joint the following description with reference to the attached drawing

dans lequel:in which:

- la figure unique est une représentation schéma- - the single figure is a schematic representation

tique des éléments formant le trajet de courant. of the elements forming the current path.

La présente invention concerne un procédé pour l'affinage d'un métal dans un creuset contenant une couche de laitier fondu, o le métal fondu passe vers le bas à travers le laitier et se resolidifie en dessous sous forme d'un lingot. Le laitier est maintenu fondu par passage de courant électrique à travers la couche de laitier et entre une première électrode et une seconde The present invention relates to a method for refining a metal in a crucible containing a molten slag layer, wherein the molten metal passes down through the slag and resolidifies below as an ingot. The slag is kept molten by passing electrical current through the slag layer and between a first electrode and a second

électrode. La seconde électrode a un moyen de refroidis- electrode. The second electrode has cooling means

sement au liquide ou un gaz en tant que partie intégrante. liquid or gas as an integral part.

Elle est usuellement formée en cuivre ou en un alliage de cuivre. Le courant passe entre la première électrode et la It is usually formed of copper or a copper alloy. Current flows between the first electrode and the

seconde électrode à travers au moins un organe électrique- second electrode through at least one electrical member

ment conducteur interposé entre le laitier et la seconde électrode. La première électrode peut être une électrode consommable partiellement immergée dans le liquide fondu de façon à fondre graduellement, et des gouttes de métal en descendent. La seconde électrode est usuellement le creuset mais peut être une électrode non consommable qui conductor interposed between the slag and the second electrode. The first electrode may be a consumable electrode partially immersed in the molten liquid so as to gradually melt, and drops of metal descend therethrough. The second electrode is usually the crucible but may be a non-consumable electrode which

est partiellement immergé dans la couche de laitier fondu. is partially immersed in the molten slag layer.

La source de courant peut être soit du courant continu ou du courant alternatif, bien que l'on préfère du courant alternatif. The current source can be either direct current or alternating current, although alternating current is preferred.

Les organes électriquement conducteurs ont une tempéra- Electrically conductive members have a temperature of

ture de fusion supérieure à la température moyenne de l'en- melting temperature above the average temperature of

semble du laitier. Leur forme, leur épaisseur et leur con- seems slag. Their shape, their thickness and their

ductivité sont telles qu'une partie de leur surface qui est en contact avec le laitier est à une température au-dessus de la température de congélation du laitier. Un organe The ductivity is such that part of their surface which is in contact with the slag is at a temperature above the freezing temperature of the slag. An organ

ayant une conductivité thermique supérieure devra généra- having a higher thermal conductivity should generally

lement être plus épais qu'un organe d'une forme semblable ayant une plus faible conductivité thermique. Bien que les organes fassent généralement saillie de la seconde It should be thicker than an organ of a similar shape with lower thermal conductivity. Although the organs usually protrude from the second

électrode dans le laitier, ils peuvent y être incrustés. electrode in the slag, they can be encrusted.

Des métaux réfractaires comme du tantale sont des matériaux préférés dont les organes peuvent être formés. Il n'y-a pas de longueur minimale critique pour les organes. Ils auront usuellement au moins 4,8 x 10 3 mètre de long. Des organes ou plus seront présents dans la plupart des cas. On peut les interposer entre le laitier et la seconde électrode par tous moyens connus de ceux qui sont cmxçétents en la matière. Un brasage est un Refractory metals such as tantalum are preferred materials whose members can be formed. There is no minimum critical length for organs. They will usually be at least 4.8 x 10 3 meters long. Organs or more will be present in most cases. They can be interposed between the slag and the second electrode by any means known to those which are cmxçétents in the matter. Brazing is a

moyen particulier pour interposer les organes. particular way to interpose organs.

Une représentation schématique des éléments formant un trajet de courant selon la présente invention est montrée A schematic representation of the current path forming members according to the present invention is shown

sur la figure. Le courant passe entre l'électrode consom- on the face. Current flows between the consumer electrode

mable 1 et le creuset 3 à travers la couche de laitier 5 et les organes électriquement conducteurs 7. On peut éga- mable 1 and the crucible 3 through the slag layer 5 and the electrically conductive members 7. It can also be

lement voir le lingot 9 et la masse 11 de métal fondu. see ingot 9 and the mass 11 of molten metal.

Les exemples qui suivent illustrent plusieurs aspects The following examples illustrate several aspects

de l'invention.of the invention.

Une tentative pour faire passer du courant directement entre une électrode consommable et un creuset, à travers une couche de laitier, a eu pour résultat une dégradation du creuset. La tentative a été entreprise en conditions An attempt to pass current directly between a consumable electrode and a crucible through a slag layer has resulted in degradation of the crucible. The attempt was made under conditions

normales et à des niveaux normaux de courant (1 900 am- normal and normal levels of current (1,900 am-

pères) et de tension pour un four de refusion de laitier électrique de laboratoire. L'électrode consommable qui était un alliage à base de nickel avait 88,9 x 10 3 mètre de diamètre. Le lingot résultant avait 25, 4 x 10-3 mètre de diamètre. Le diamètre interne du sommet du creuset était de 133,4 x 10-3 mètre. Le creuset a été inspecté avant l'essai et s'est révélé ne présenter aucun défaut seules quelques imperfections. Une inspection après l'essai a montré que le creuset était sévèrement piqué par ce qui semblait être fathers) and voltage for a laboratory electric slag remelting furnace. The consumable electrode which was a nickel-based alloy was 88.9 x 10 3 meters in diameter. The resulting ingot was 25.4 x 10-3 meters in diameter. The inside diameter of the crucible top was 133.4 x 10-3 meters. The crucible was inspected prior to testing and found to be fault-free with few imperfections. An inspection after the test showed that the crucible was severely stung by what appeared to be

des marques de l'arc. Les piqûres ou trous avaient typi- marks of the bow. The bites or holes had typical

quement une profondeur comprise entre 4 x 10-4 mètre et a depth of between 4 x 10-4 meters and

1,6 x 1-3-1.6 x 1-3-

1,6 x 10-3 mètre. L'essai n'a duré que 10 minutes. Si un trou pouvait pénétrer la paroi du creuset, l'entrée d'eau 1.6 x 10-3 meters. The test lasted only 10 minutes. If a hole could penetrate the wall of the crucible, the water inlet

dans le laitier fondu provoquerait une explosion. Une dé- in the melted slag would cause an explosion. One of-

gradation du creuset était caractérisée comme étant suffi- of the crucible was characterized as being sufficient

sante pour empêcher de plus en plus d'essais avec ce trajet health to prevent more and more trials with this path

de courant.current.

Le trajet de courant de la présente invention a été tenté à peu près dans les mmes conditions que l'essai rapporté dans dans le paragraphe qui précède. Quatre pattes en tantale ayant chacune 9,5 x 10-3 mètre de long et 15,9 x 10-3 The current path of the present invention has been attempted at about the same conditions as the test reported in the preceding paragraph. Four tantalum legs each 9.5 x 10-3 meters long and 15.9 x 10-3

mètre de diamètre, ont été brasées dans le creuset. meter in diameter, were brazed in the crucible.

L'essai a duré 6,5 minutes. Le courant était de 2 000 ampères. Une inspection du creuset n'a révélé aucun dégat. Les pattes en tantaleont souffert d'une légère érosion. Neuf essais supplémentaires ont été entrepris avec les mêmes pattes de tantale. Le même alliage à The test lasted 6.5 minutes. The current was 2,000 amperes. An inspection of the crucible revealed no damage. The legs in tantale have suffered a slight erosion. Nine additional trials were undertaken with the same tantalum paws. The same alloy

base de nickel a été utilisé comme électrode consommable. Nickel base was used as consumable electrode.

Les pattes de tantale ont protégé le creuset qui n'a The tantalum legs protected the crucible which did not

pas souffert de dégats pendant les essais. not suffered any damage during the tests.

Claims

CLAIMS V E N D I C A T I 0 N S

1. A method of refining a metal in a crucible containing a molten slag layer, where molten metal passes down through said slag and resolidifies in the form of an ingot underneath and o said slag is maintained molten by passing electrical current through said slag layer and between a first electrode and a second electrode, said second electrode having a cooling means as an integral part, characterized in that it comprises the step of passing current between said first electrode and said second electrode through at least one electrically conductive member interposed between said slag and said second electrode, said electrically conductive member having a melting temperature exceeding the average temperature of the slag assembly, a portion of the surface of said electrically conductive member which is in contact with said slag having a temperature beyond

the freezing temperature of said slag.

2. A process according to claim 1, characterized in that the aforementioned electrically conductive member makes

protruding into the aforementioned slag.

3. A process according to claim 1, characterized in that the aforementioned electrically conductive member is a

refractory metal.

4. Process according to claim 3, characterized in

what the refractory metal is tantalum.

5. A process according to claim 1, characterized in

what there are at least two electrically conductive members.

6. A process according to claim 2, characterized in that said electrically conductive member has at least

4.8 x 10-3 meters long.

4.8 x 10 meters long.

7. A process according to claim 1, characterized in that the first aforementioned electrode is a consumable electrode partially immersed in the molten slag layer so as to gradually melt, and drops of metal down.

8. A process according to claim 1, characterized in that the second aforementioned electrode is an electrode

cooled with liquid.

9. A process according to claim 1, characterized

in that the aforementioned second electrode is the crucible.

10. A method according to claim 1, characterized in that the second aforementioned electrode is a non-consumable electrode which is partially immersed in the

layer of melted slag.

11. A process according to claim 7, characterized in that the cross section is smaller than the

cross-section of the consumable electrode.

-12.- A method according to claim 1, characterized in that the second aforementioned electrode is copper or

in a copper alloy.