FR2684690A1

FR2684690A1 - REFLIGATION INSTALLATION AND METHOD FOR OPERATING SUCH INSTALLATION.

Info

Publication number: FR2684690A1
Application number: FR9214763A
Authority: FR
Inventors: Muller Felix; Hohmann Michael; Ludwig Norbert; Protzmann Michael; Weisweiler Hardy
Original assignee: Leybold Durferrit GmbH
Current assignee: Leybold Durferrit GmbH
Priority date: 1991-12-10
Filing date: 1992-12-08
Publication date: 1993-06-11
Also published as: DE4140724A1; JPH0658674A

Abstract

Une installation pour refondre une électrode comporte un creuset chauffé électriquement et dont le fond possède une sortie entourée d'une bobine électrique créant un champ électrique pour ralentir le jet. Le creuset (2) est surmonté d'un récipient de pression (9). Pour régler le débit du métal s'écoulant par la sortie (5), on utilise, en plus du courant électrique traversant la bobine qui entoure la sortie (5), un régulateur (12) ajustant la pression dans le récipient de pression (9). L'augmentation de la dépression dans ce récipient (9) permet de réduire ou d'arrêter le jet de métal sortant. Applicable à l'affinage de métaux.An installation for remelting an electrode comprises an electrically heated crucible, the bottom of which has an outlet surrounded by an electric coil creating an electric field to slow the jet. The crucible (2) is surmounted by a pressure vessel (9). To adjust the flow rate of the metal flowing through the outlet (5), in addition to the electric current flowing through the coil which surrounds the outlet (5), a regulator (12) adjusting the pressure in the pressure vessel (9) is used. ). The increase in the vacuum in this container (9) makes it possible to reduce or stop the outgoing jet of metal. Applicable to metal refining.

Description

L'invention concerne une installation de refusion pour refondre uneThe invention relates to a reflow installation for recasting a

électrode dans un creuset qui contient un bain de fusion chauffé par un chauffage électrique et possède dans son fond une sortie entourée d'une bobine électrique, à travers de laquelle le métal refondu s'écoule en continu sous la forme d'un jet, installation dans laquelle la bobine est conçue pour electrode in a crucible which contains a melt heated by electric heating and has in its bottom an outlet surrounded by an electric coil, through which the remelted metal flows continuously in the form of a jet, installation in which the coil is designed to

générer de façon contrôlée un champ magnétique ralen- Controlled generation of a slow magnetic field

tissant la vitesse d'écoulement de sortie du jet. weaving the output flow velocity of the jet.

Q O L'invention concerne en outre un procédé d'exploitation The invention further relates to a method of operating

d'une telle installation de refusion. such a reflow installation.

Les électrodes produites dans des fours à induction sous vide et coulées sous la forme de lingots Electrodes produced in vacuum induction furnaces and cast in the form of ingots

cylindriques, sont débarrassées par refusion de consti- cylindrical, are disposed of by re-melting

tuants nuisibles On utilise à cet effet le procédé de refusion sous laitier électroconducteur, selon lequel l'électrode plonge légèrement dans un bain de laitier contenu dans un creuset et présentant une température plus élevée que celle correspondant à la température de fusion de l'électrode Les gouttelettes de métal fondu For this purpose, the electroconductive slag remelting method is used, in which the electrode plunges slightly into a slag bath contained in a crucible and having a temperature higher than that corresponding to the melting point of the electrode. droplets of molten metal

trouvent un chemin au travers du laitier et sont débar- find a way through the slag and are

rassées en particulier des constituants céramiques au cours de ce trajet A la fin du processus de refusion, lorsque l'électrode a été fondue complètement, on laisse se solidifier le bain de métal qui s'est accumulé dans In the end of the remelting process, when the electrode has been melted completely, the metal bath which has accumulated in the metal is allowed to solidify.

le creuset afin d'obtenir un nouveau lingot de métal. the crucible to obtain a new ingot of metal.

Si l'on veut déjà laisser s'écouler le métal liquide sous la forme d'un jet de métal hors du creuset pendant la fusion du métal de l'électrode, le débit du30 métal sortant doit être réglé de façon précise Dans ce but, on peut faire passer la sortie à travers une bobine et produire des forces magnétiques de retenue suffi- santes au moyen de, la bobine lorsque la sortie de métal est en matériau céramique S'il s'agit cependant de35 produire un métal autant que possible exempt de céra- mique, on doit renoncer à l'emploi d'une sortie en céramique et réaliser la sortie en métal, notamment en If it is already desired to let the liquid metal flow in the form of a metal jet out of the crucible during the melting of the metal of the electrode, the flow rate of the outgoing metal must be precisely adjusted. the output can be passed through a coil and sufficient magnetic retaining forces can be generated by means of the coil when the metal outlet is made of ceramic material. However, it is necessary to produce as much metal as possible free from of ceramics, the use of a ceramic outlet must be abandoned and the metal outlet

cuivre, lequel constitue un blindage du champ magné- copper, which constitutes a shielding of the magnetic field

tique Pour faire agir néanmoins un champ magnétique sur le jet de métal sortant, on peut constituer la sortie de déflecteurs appelés "palissades", présentant un faible intervalle entre eux Il s'est avéré toutefois qu'avec une telle sortie, les forces magnétiques ne suffisent plus, en beaucoup de cas, pour régler la vitesse de sortie du jet de métal et pour pouvoir arrêter le jet complètement De plus, une telle régulation par des In order to make a magnetic field act nevertheless on the outgoing metal jet, it is possible to form the exit of deflectors called "palissades", having a small interval between them. It has proved however that with such an output, the magnetic forces do not In many cases it is enough to adjust the output speed of the metal jet and to be able to stop the jet completely.

forces magnétiques présente une lenteur indésirable. Magnetic forces have an undesirable slowness.

Le but de l'invention est de réaliser une installation de refusion du type mentionné au début, de manière que le jet de métal émergeant de sa sortie de métal puisse être réglé sur une plage aussi grande que possible et avec aussi peu d'inertie que possible en ce qui concerne sa vitesse de sortie, jusqu'à un arrêt complet L'invention vise en outre à créer un procédé d'exploitation d'une telle installation de refusion, The object of the invention is to provide a reflow installation of the type mentioned at the beginning, so that the metal jet emerging from its metal outlet can be set over a range as large as possible and with as little inertia as It is also an object of the invention to provide a method for operating such a reflow system,

procédé qui autorise une régulation optimale du jet de métal sortant. process that allows optimal regulation of the outgoing metal jet.

Selon l'invention, le premier objectif est atteint par le fait qu'un récipient de pression surmonte le creuset, au-dessus du bain de fusion et que, pour25 régler le débit du métal s'écoulant par la sortie, on a prévu, en plus du courant traversant la bobine de la According to the invention, the first object is achieved by the fact that a pressure vessel overcomes the crucible, above the melt and that, to control the flow of the metal flowing through the outlet, it is provided, in addition to the current flowing through the coil of the

sortie, un régulateur ajustant la pression dans le récipient de pression Une surpression ou une dépression peut être établie dans le récipient de pression, suivant30 que l'on veut augmenter ou abaisser la vitesse d'écou- outlet, a regulator adjusting the pressure in the pressure vessel An overpressure or a vacuum can be established in the pressure vessel, depending on whether it is desired to increase or decrease the flow rate.

lement par la sortie.by the exit.

En réalisant une installation de refusion de cette manière, on peut changer très rapidement la vitesse du jet de métal, jusqu'à l'arrêt de l'écoule-35 ment, en modifiant la pression dans le récipient de pression Une régulation optimale de l'écoulement à la sortie et par suite du niveau du bain de fusion dans le creuset est ainsi possible sans que cela demande la production de forces magnétiques élevées au moyen de la bobine entourant la sortie de métal. 5 Des fluctuations relativement importantes du niveau du bain de fusion dans le creuset, lesquelles conduiraient sans régulation du débit sortant à des vitesses d'écoulement différentes à la sortie et de- vraient donc être compensées par la régulation du débit10 sortant, peuvent être empêchées de manière simple par un dispositif détecteur de niveau, servant à déterminer le niveau du bain de fusion dans le creuset, et par un régulateur de courant pour régler la puissance du chauffage du bain en fonction de ce niveau.15 Au début d'un processus, on peut d'abord fermer la sortie indépendamment des forces de retenue magnétiques et des forces de retenue produites par une dépression dans le récipient de pression, lorsque, selon un autre mode de réalisation de l'invention, la sortie comporte un obturateur mécanique, exempt de céramique et chauffé par induction, qui est déplaçable d'une position o il ferme la sortie complètement à une position o il ouvre la sortie Cet obturateur empêche que pendant la phase de démarrage, de l'air ne remonte à travers la sortie de métal et le bain de fusion jusque dans le By performing a reflow installation in this manner, the speed of the metal jet can be changed very rapidly, until the flow stops, by changing the pressure in the pressure vessel. The flow at the outlet and hence the level of the melt in the crucible is thus possible without this requiring the production of high magnetic forces by means of the coil surrounding the metal outlet. Relatively large fluctuations in the level of the melt in the crucible, which would lead, without regulating the outflow, to different flow rates at the outlet and should therefore be compensated for by the outflow control, can be prevented. a simple way by a level detector device, used to determine the level of the melt in the crucible, and by a current regulator to adjust the power of the bath heating according to this level.15 At the beginning of a process, the output can first be closed independently of the magnetic retaining forces and the retaining forces produced by a vacuum in the pressure vessel when, according to another embodiment of the invention, the output comprises a mechanical shutter, free of ceramic and induction heated, which is movable from a position where it closes the exit completely to a position where it opens the exit This shutter prevents that during the start-up phase, air rises through the metal outlet and the melt into the

récipient de pression dans lequel règne une dépression. pressure vessel in which there is a depression.

La déperdition de chaleur de l'installation de refusion peut être réduite lorsque la surface latérale du creuset est en céramique La capacité de fusion de The heat loss of the reflow system can be reduced when the lateral surface of the crucible is ceramic.

l'électrode peut ainsi être accrue sans que des consti- the electrode can thus be increased without

tuants céramiques pénètrent dans le bain de métal parce qu'il se forme toujours, dans cette zone, un loup ("skull") ou masse de métal renfermant du laitier, qui ceramic killers enter the metal bath because a wolf ("skull") or mass of metal containing slag is always formed in this zone, which

empêche l'entrée de céramique dans le bain de métal. prevents the entry of ceramic into the metal bath.

On peut empêcher de manière très simple le risque d'une inclusion de laitier dans le jet de métal sortant en décalant l'axe de la sortie latéralement par rapport à l'axe de l'électrode. On obtient une séparation encore meilleure du laitier en prévoyant des barrières de laitier dans le creuset. Le second objectif précité, à savoir la création d'un procédé d'exploitation d'une installation de refusion selon l'invention, est atteint, conformément à l'invention, par le fait que, pour régler la vitesse d'écoulement du jet de métal par la sortie du creuset, on règle, en plus du courant traversant la bobine de la sortie, la pression dans le récipient de pression au-dessus du bain de fusion. Par ce procédé, on peut changer l'écoulement du bain de métal rapidement, jusqu'à l'arrêt, en chan- geant la pression dans le récipient de pression Les forces magnétiques à générer par le système de bobine entourant la sortie de métal et agissant sur le jet, peuvent ainsi être moins grandes, de sorte que la20 réalisation d'une sortie de métal exempte de céramique pose moins de problèmes que si l'écoulement de sortie devait être arrêté exclusivement par des forces magné- tiques. Il est également avantageux que pour régler la puissance électrique du chauffage du bain de fusion, on détecte et on tient compte du niveau du bain dans le creuset La vitesse de fusion de l'électrode peut ainsi être réglée exactement, de sorte qu'on obtient un niveau constant du bain et, partant, une pression constante du The risk of slag inclusion in the outgoing metal jet can be very easily prevented by offsetting the axis of the outlet laterally with respect to the axis of the electrode. An even better separation of the slag is obtained by providing slag barriers in the crucible. The second objective mentioned above, namely the creation of a method for operating a reflow installation according to the invention, is achieved, in accordance with the invention, by the fact that, to regulate the flow velocity of the jet of metal through the outlet of the crucible, it adjusts, in addition to the current flowing through the coil of the outlet, the pressure in the pressure vessel above the melt. By this process, the flow of the metal bath can be changed rapidly, to a standstill, by changing the pressure in the pressure vessel. The magnetic forces to be generated by the coil system surrounding the metal outlet and The effect on the jet can thus be smaller, so that the production of a ceramic-free metal outlet is less problematic than if the outlet flow were to be stopped exclusively by magnetic forces. It is also advantageous that, in order to adjust the electric power of the heating of the melt, the level of the bath in the crucible is detected and taken into account. The melting speed of the electrode can thus be adjusted exactly, so that a constant level of the bath and, consequently, a constant pressure of

bain à la sortie du métal.bath at the exit of the metal.

Il est avantageux d'arrêter un processus en réduisant d'abord la puissance du chauffage du bain, ou en arrêtant le chauffage, et en arrêtant le jet de métal It is advantageous to stop a process by first reducing the heating power of the bath, or stopping the heating, and stopping the jet of metal

liquide sortant par augmentation des forces électromag- exiting liquid by increasing electromag-

nétiques générées dans la sortie par la bobine et/ou par augmentation d'une dépression dans le récipient de pression, et en bloquant ensuite la sortie mécaniquement au moyen de l'obturateur. On peut éviter la sortie de laitier au début d'un processus en faisant fondre d'abord, au début d'un processus, le bouchon de métal qui s'est formé dans la generated in the output by the coil and / or by increasing a vacuum in the pressure vessel, and then blocking the output mechanically by means of the shutter. The removal of slag at the beginning of a process can be avoided by first melting, at the beginning of a process, the metal plug that has formed in the process.

sortie, dans la région du système de guidage électromag- output, in the region of the electromag-

nétique, et en branchant ensuite seulement le chauffage du bain En procédant ainsi, il est garanti que la sortie soit remplie de métal fondu liquide avant la fusion du laitier, de sorte que ce dernier flotte sur le bain de métal et ne peut donc pas sortir ensemble avec lui. Pour éviter, lors d'un démarrage à froid avec un loup dans le creuset, un court-circuit électrique entre la surface latérale de l'électrode et la paroi du creuset par-dessus le bord du loup, on peut, selon un Then, by plugging the bath heater in this way, it is ensured that the outlet is filled with liquid molten metal before the slag melts, so that the latter floats on the metal bath and can not leave the bath. together with him. To avoid, during a cold start with a wolf in the crucible, an electrical short circuit between the lateral surface of the electrode and the wall of the crucible over the edge of the wolf, one can, according to a

perfectionnement avantageux du procédé, lors du démar- advantageous improvement of the process, during the

rage d'un processus en présence d'un loup, utiliser une rage of a process in the presence of a wolf, use a

électrode dont l'extrémité inférieure possède un dia- electrode whose lower end has a dia-

mètre réduit On obtient ainsi des distances radiales plus grandes entre l'électrode et le loup. reduced meter This results in larger radial distances between the electrode and the wolf.

L'invention permet de nombreuses formes de réalisation Pour mieux décrire le principe de base de The invention allows many embodiments to better describe the basic principle of

l'invention, on a représenté sur le dessin deux instal- the invention, there is shown in the drawing two instal-

lations de refusion selon l'invention, qui seront décrites ci-après Sur le dessin: la figure 1 est une vue de face partielle- ment en coupe verticale d'une installation de refusion selon l'invention;30 la figure 2 est une coupe à plus grande échelle, par rapport à la figure 1, d'un système de guidage du jet de l'installation de refusion; et la figure 3 représente schématiquement une variante de réalisation, par rapport à la figure 1, de In the drawing: Figure 1 is a front view partially in vertical section of a reflow installation according to the invention; Figure 2 is a sectional view of the invention. on a larger scale, with respect to FIG. 1, a system for guiding the jet of the reflow system; and FIG. 3 diagrammatically represents a variant embodiment, with respect to FIG.

la partie inférieure d'une installation de refusion. the lower part of a reflow system.

La figure 1 montre la partie supérieure d'un bâti 1 qui supporte un creuset 2 en cuivre Ce creuset possède un fond 3 avec un système de guidage du jet 4, comportant une sortie 5 A l'intérieur du creuset, on 5 perçoit une électrode 6 à refondre, plongeant par son extrémité inférieure dans un bain de fusion 7 L'énergie FIG. 1 shows the upper part of a frame 1 which supports a crucible 2 made of copper. This crucible has a bottom 3 with a jet guide system 4, having an outlet 5. Inside the crucible, an electrode is seen. 6 to recast, plunging through its lower end into a melt 7 Energy

de refusion nécessaire au processus arrive à l'instal- necessary reflow in the process arrives at the installation

lation par une amenée de courant 8 formée de deux tubes by a current supply 8 formed of two tubes

coaxiaux d'amenée de courant.coaxial current supply.

Une particularité importante pour l'invention est un récipient de pression 9 qui est placé sur le creuset 2 et entoure l'électrode 6 de façon étanche à la pression Un ventilateur 10 aspire du gaz perdu de ce récipient 9 à travers une tubulure d'échappement 11 Un régulateur 12 permet de modifier la pression dans le récipient 9 et en particulier de créer une dépression dans celui-ci Comme cette dépression agit sur la surface du bain de fusion 7, elle ralentit ou empêche l'écoulement de métal par la sortie 5 A l'inverse, il est possible aussi d'accroître la sortie de métal par la An important feature of the invention is a pressure vessel 9 which is placed on the crucible 2 and surrounds the electrode 6 in a pressure-tight manner. A fan 10 draws gas from this container 9 through an exhaust pipe. A regulator 12 makes it possible to modify the pressure in the container 9 and in particular to create a depression therein. As this depression acts on the surface of the melt 7, it slows down or prevents the flow of metal through the outlet 5 Conversely, it is also possible to increase the output of metal by the

création d'une surpression dans le récipient 9. creating an overpressure in the container 9.

Sur le creuset 2, on a installé un dispositif détecteur de niveau 13 capable de déterminer le niveau du bain de fusion 7 et de régler en fonction de ce25 niveau, au moyen d'un régulateur de courant électrique On the crucible 2, a level detector device 13 has been installed which is able to determine the level of the melt 7 and to adjust according to this level, by means of an electric current regulator

14, l'énergie électrique pour le processus de refusion. 14, the electrical energy for the reflow process.

La figure 2 montre le système de guidage du jet 4 de façon fortement agrandie par rapport à la figure 1, en coupe par la partie gauche de la figure et30 par une vue de côté dans la partie droite On voit que la sortie 5 est en forme d'entonnoir et constituée de palissades 15, 16 séparées La sortie 5 est entourée d'une bobine 17 qui, lorsqu'elle est alimentée, freine plus ou moins le jet de métal sortant par des forces35 magnétiques Dans la partie inférieure de la sortie 5, on perçoit un obturateur mécanique 18, pouvant être chauffé par induction, qui ferme mécaniquement la sortie , mais peut être amené à une position d'ouverture de la sortie 5 pour le fonctionnement de l'installation de refusion. 5 Le mode de réalisation selon la figure 3 se distingue de celui qui vient d'être décrit par le fait que les axes de l'électrode 6 et de la sortie 5 sont mutuellement décalés latéralement Il devient ainsi possible de placer des barrières de laitier 19, 20 dans10 le bain 7, fournissant une sécurité supplémentaire FIG. 2 shows the jet guide system 4 greatly enlarged with respect to FIG. 1, in section through the left part of the figure and with a side view in the right part. It can be seen that the outlet 5 is in shape. The outlet 5 is surrounded by a coil 17 which, when energized, more or less brakes the outgoing metal jet by magnetic forces in the lower part of the outlet 5. it is seen a mechanical shutter 18, which can be heated by induction, which mechanically closes the outlet, but can be brought to an open position of the outlet 5 for the operation of the reflow system. The embodiment according to FIG. 3 differs from that just described in that the axes of electrode 6 and of outlet 5 are mutually offset laterally. It thus becomes possible to place slag barriers 19 , 20 in bath 7, providing additional security

contre la pénétration de laitier dans la sortie 5. against the penetration of slag in the exit 5.

Pour terminer, il est à noter que les diffé- Finally, it should be noted that the differences

rentes caractéristiques et dispositions revendiquées du procédé sont également applicables et avantageuses individuellement, indépendamment des autres Il est par exemple concevable de régler l'énergie de refusion sous The characteristics and claimed provisions of the process are also applicable and advantageous individually, independently of the others. For example, it is conceivable to adjust the reflow energy under

laitier électroconducteur, dans une installation de refusion, par le biais du niveau du bain de fusion, sans utiliser un récipient de pression pour retenir le jet de20 métal. electroconductive slag, in a reflow installation, through the melt level, without using a pressure vessel to retain the metal jet.

Claims

CLAIMS I- reflow installation for recasting an electrode (6) in a crucible (2) which contains a melt (7) heated by electric heating and has in its bottom (3) an outlet (5) surrounded by a electric coil, through which the remelted metal flows continuously in the form of a jet, wherein the coil is adapted to controllably generate a magnetic field slowing the jet outlet flow velocity characterized in that a pressure vessel (9) overcomes the crucible above the melt (7) and that, to regulate the flow of the metal flowing through the outlet (5), provision is made for , in addition to the current flowing through the output coil (5), a regulator (12) adjusting the pressure in the pressure vessel (9).

2 Reflow plant according to the claim

1, characterized by a level detector device (13) for determining the level of the melt (7) in the crucible (2) and a current regulator (14) for adjusting the heating power of the

melting bath (7) depending on this level.

3 Reflow plant according to the claim

1 or 2, characterized in that the output (5)

comprises a mechanical shutter (18) free of

induction-heated, which is movable from a position where it completely closes the outlet (5) at a

opening position of the output.

4 Reflow installation according to at least one

of the preceding claims, characterized in that

the lateral surface of the crucible (2) is ceramic.

Reflow installation according to at least one

of the preceding claims, characterized in that

the axis of the outlet (5) is offset laterally by

relative to the axis of the electrode (2).

6 Reflow installation according to at least one

of the preceding claims, characterized in that

slag barriers (19, 20) are provided in the

crucible (2).

7 Operating method of a plant

reflow according to at least one of the preceding claims

dentes, characterized in that, in order to adjust the flow rate of the metal jet through the outlet of the crucible, the pressure in the pressure vessel is regulated in addition to the current flowing through the output coil.

overcoming the melt.

8 Process according to claim 7, characterized in that, to adjust the electric power of the heating of the melt, is detected and held

account of the level of the bath in the crucible.

The method of claim 7 or 8, wherein

in that, at the end of a process, we reduce

first the power of the heating or we cut the heater

firing the molten bath and stopping the outgoing liquid metal jet by increasing the electromagnetic forces generated in the output by the coil and / or by

increase of a depression in the pressure vessel, and the outlet is then mechanically blocked by means of a shutter. Method according to at least one of the claims

7 to 9, characterized in that, at the beginning of a process, the metal plug which has

formed within the outlet in the region of the electromagnetic guidance system and then only the heating of the melt is connected.

Process according to at least one of the claims

7 to 10, characterized in that, at the start of a program,

cessus while a wolf is present in the crucible, we use an electrode whose lower end

has a small diameter.