ITMI20070739A1

ITMI20070739A1 - "METAL CASTING SYSTEM METHOD"

Info

Publication number: ITMI20070739A1
Authority: IT
Inventors: Severino Gilberti; Silvano Panza
Original assignee: Aso Siderurgica S R L
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2008-10-13

Description

Descrizione di un brevetto d'invenzione Description of an invention patent

La presente invenzione si riferisce a un metodo e a un dispositivo di colata di metallo. In particolare si riferisce a un metodo di colata di lingotti in acciai speciali . The present invention relates to a metal casting method and device. In particular it refers to a method of casting ingots in special steels.

La nota tecnica di colata utilizzata per la produzione di lingotti in acciaio speciale, consiste nella fusione di una carica di rottami, opportunamente selezionati per qualità e quantità in base alle esigenze chimiche finali del lingotto da ottenersi, in un forno ad arco trifase con elettrodi in grafite. The known casting technique used for the production of ingots in special steel consists in the melting of a charge of scrap, suitably selected for quality and quantity according to the final chemical needs of the ingot to be obtained, in a three-phase arc furnace with electrodes in graphite.

Il metallo, una volta fuso viene trasferito nella siviera per l'elaborazione alla colata. La siviera viene successivamente trasferita in una posizione, forno siviera, dove viene somministrato ulteriore calore al metallo fuso in essa contenuto, e in tale sede viene effettuata una correzione della composizione chimica del metallo presente nella stessa, tramite l'aggiunta ponderata di componenti chimici opportuni, spesso metalli pregiati . The metal, once melted, is transferred to the ladle for processing at the casting. The ladle is subsequently transferred to a position, ladle furnace, where further heat is administered to the molten metal contained therein, and in this location a correction of the chemical composition of the metal present in it is carried out, through the weighted addition of appropriate chemical components. , often precious metals.

Affinata la composizione chimica e regolata la temperatura, il metallo liquido è pronto per essere colato e la siviera viene posizionata sopra la fossa di colata. La valvola di colata a cassetto presente sul fondo della siviera viene aperta e la prima quantità di metallo da essa uscente viene raccolta in un apposito contenitore in quanto non idonea alla produzione dei lingotti. Once the chemical composition has been refined and the temperature adjusted, the liquid metal is ready to be poured and the ladle is positioned above the casting pit. The slide valve on the bottom of the ladle is opened and the first quantity of metal coming out of it is collected in a special container as it is not suitable for the production of ingots.

La valvola viene successivamente richiusa e la siviera trasferita al di sopra di una opportuna colonna di colata. La valvola quindi viene riaperta e il colaggio procede fino a che il contenuto della siviera viene riversato quasi completamente nella colonna. The valve is subsequently closed and the ladle is transferred over a suitable casting column. The valve is then reopened and casting proceeds until the contents of the ladle are almost completely poured into the column.

Prima del completo svuotamento della siviera la valvola viene chiusa e la colata ha termine. Before the ladle is completely emptied, the valve is closed and casting ends.

In sostanza il metallo contenuto nella siviera non viene fatto fluire completamente, ma la parte finale (circa 2 tonnellate su 30/50) viene scartata in quanto essa potrebbe risultare contaminata e la sua matrice, al termine della colata, risultare troppo diversa per contenuto inclusionale rispetto al liquido già colato. Ciò è dovuto principalmente all'intimo contatto del poco liquido residuo con la scoria che, essendo meno pesante, lo sovrasta. Inoltre, a causa del ridotto battente del residuo (circa 8 cm.), il vortice generato dal fluire del liquido attraverso il foro di colata del cassetto potrebbe trascinare l'acciaio particolarmente inquinato presente nell'interfaccia con la scoria. Basically, the metal contained in the ladle is not made to flow completely, but the final part (about 2 tons out of 30/50) is discarded as it could be contaminated and its matrix, at the end of the casting, be too different for inclusional content compared to the liquid already poured. This is mainly due to the intimate contact of the little residual liquid with the slag which, being less heavy, overhangs it. Furthermore, due to the reduced head of the residue (about 8 cm.), The vortex generated by the flow of the liquid through the pouring hole of the drawer could drag the particularly polluted steel present in the interface with the slag.

L'ultima parte del metallo contenuto nella siviera viene quindi riversato in contenitori dove si raffredda prima di essere conferito al parco rottame per rientrare nuovamente nel ciclo di fusione, come carica del forno elettrico ad arco. The last part of the metal contained in the ladle is then poured into containers where it cools before being delivered to the scrap yard to re-enter the melting cycle as a charge for the electric arc furnace.

Il metallo scartato però può contenere oltre ovviamente al ferro, notevoli quantità di metalli costosi come nichel, molibdeno, vanadio, cromo, tungsteno e, quelli ossidabili durante la fusione, vanno inevitabilmente persi. The discarded metal, however, may contain in addition to iron obviously, considerable quantities of expensive metals such as nickel, molybdenum, vanadium, chromium, tungsten and, those oxidizable during melting, are inevitably lost.

La rifusione della parte scartata comporta la perdita di gran parte di quei metalli che durante la fusione si ossidano, come il vanadio, il cromo, il silicio, il manganese, ecc. oltre a circa il 5% del ferro che oltretutto rappresenta la massa prevalente . The remelting of the discarded part involves the loss of most of those metals that oxidize during the melting, such as vanadium, chromium, silicon, manganese, etc. in addition to about 5% of the iron which, moreover, represents the prevailing mass.

Non ultimo la rifusione della parte scartata, (per riportare allo stato liquido un prodotto che già lo era in precedenza) comporta un notevole dispendio energetico, uno spreco di materiali (elettrodi in grafite, refrattari, scarificanti, ecc.) e un incremento di emissioni di CO2e tutto ciò rende l'operazione sostanzialmente costosa. Last but not least, the remelting of the discarded part, (to restore a product that was previously discarded to the liquid state) involves a considerable expenditure of energy, a waste of materials (graphite electrodes, refractories, scarifiers, etc.) and an increase in emissions of CO2 and all this makes the operation substantially expensive.

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo e un dispositivo di colata che permettano di recuperare i materiali pregiati presenti nel metallo attualmente scartato, ovvero quello che rimane sul fondo della siviera al termine della colata. The object of the present invention is to provide a casting method and device that allow to recover the precious materials present in the metal currently discarded, that is, the one that remains on the bottom of the ladle at the end of the casting.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo e un dispositivo che permettano di diminuire i consumi energetici rispetto all'ipotesi di rifondere il materiale scartato al termine della colata dopo solidificazione e raffreddamento dello stesso. A further object of the present invention is to provide a method and a device which allow to reduce energy consumption with respect to the hypothesis of remelting the discarded material at the end of the casting after solidification and cooling of the same.

Questo ed altri scopi vengono raggiunti da un dispositivo realizzato secondo gli insegnamenti tecnici delle annesse rivendicazioni. This and other purposes are achieved by a device made according to the technical teachings of the attached claims.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva del dispositivo e metodo secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nei disegni allegati, in cui l'unica figura mostra schematicamente un dispositivo secondo la presente invenzione. Further characteristics and advantages of the invention will become more evident from the description of a preferred but not exclusive embodiment of the device and method according to the invention, illustrated by way of non-limiting example in the attached drawings, in which the single figure schematically shows a device according to the present invention.

Con riferimento alla figura 1, viene mostrato un dispositivo per colata di metallo,, principalmente acciaio speciale, indicato complessivamente con il numero di riferimento 1. With reference to Figure 1, there is shown a device for casting metal, mainly special steel, indicated as a whole with the reference number 1.

Il dispositivo comprende un forno principale 2, preferibilmente del tipo trifase ad elettrodi in grafite. Tale forno principale ha una capacità di carico di circa 30/50 tonnellate. The device comprises a main oven 2, preferably of the three-phase type with graphite electrodes. This main furnace has a loading capacity of about 30/50 tons.

E' inoltre presente una siviera 3, posta su un carro scorrevole su binari 4 disposti lateralmente a una fossa di colata 6, e di una valvola di scarico a cassetto 15 del metallo fuso, posta sul fondo della stessa siviera 3 a mezzo raggio. There is also a ladle 3, placed on a carriage sliding on rails 4 arranged laterally to a casting pit 6, and a drawer-like discharge valve 15 for the molten metal, placed on the bottom of the ladle 3 with a half radius.

La fossa di colata è atta ad ospitare una o più lingottiere 7 connesse attraverso opportuni canali 9 ad una colonna di colata. The casting pit is adapted to house one or more ingot molds 7 connected through suitable channels 9 to a casting column.

Il dispositivo comprende inoltre un forno secondario, preferibilmente del tipo ad induzione ad idonea frequenza (media frequenza). Il forno secondario 8 è equipaggiato con mezzi di carico 12 del metallo fuso al suo interno e di scarico 11. In particolare i mezzi di carico comprendono un condotto 12 atto a ricevere il metallo proveniente dalla siviera allo stato fuso. Tale condotto 12 , quando la siviera 3 è sopra di esso, può essere disposto al di sotto della valvola di scarico 15 per ricevere il metallo fuso e convogliarlo all'interno del forno. The device also comprises a secondary oven, preferably of the induction type at a suitable frequency (medium frequency). The secondary furnace 8 is equipped with means 12 for loading the molten metal inside it and for unloading 11. In particular, the loading means comprise a conduit 12 adapted to receive the metal coming from the ladle in the molten state. This duct 12, when the ladle 3 is above it, can be arranged below the discharge valve 15 to receive the molten metal and convey it inside the furnace.

I mezzi di scarico comprendono invece degli attuatori 11 in grado di ribaltare il forno secondario 8 fino al livello della siviera in modo da poter allineare una bocca di scarico 16 alla parte superiore della siviera così da poter riversare all'interno della stessa il contenuto del forno secondario 8. The unloading means, on the other hand, comprise actuators 11 capable of overturning the secondary furnace 8 up to the level of the ladle so as to be able to align an unloading mouth 16 to the upper part of the ladle so as to be able to pour the contents of the furnace into it. secondary 8.

E' inoltre presente una postazione forno siviera/affinamento 18, in cui è possibile portare la siviera 3 durante le operazioni di affinamento della composizione chimica e della temperatura del metallo fuso in essa contenuto. Qui è presente un coperchio che funge da forno siviera e porta il metallo a una determinata temperatura durante le operazioni dì affinamento. There is also a ladle furnace / refining station 18, in which it is possible to carry the ladle 3 during the refining operations of the chemical composition and the temperature of the molten metal contained therein. Here there is a lid that acts as a ladle furnace and brings the metal to a certain temperature during the refinement operations.

Inoltre in tale postazione può essere previsto un noto dispositivo di decarburazione e di degasaggio. Furthermore, a known decarburization and degassing device can be provided in this station.

Il funzionamento del dispositivo è il seguente. The operation of the device is as follows.

Nel forno principale 2 viene caricato e fuso del metallo proveniente ad esempio da rottami. Una volta eseguite le necessarie operazioni metallurgiche e dopo che il metallo ha raggiunto la temperatura desiderata, l'intero contenuto del forno viene versato nella siviera 3. La siviera si porta nella posizione forno siviera/affinamento 18, ove viene fornito calore al metallo fuso e ne viene affinata la composizione chimica con l'aggiunta di metalli pregiati come cromo, nickel, ecc. In the main furnace 2, metal coming from scrap, for example, is loaded and melted. Once the necessary metallurgical operations have been carried out and the metal has reached the desired temperature, the entire contents of the furnace is poured into the ladle 3. The ladle moves to the ladle / refinement furnace position 18, where heat is supplied to the molten metal and its chemical composition is refined with the addition of precious metals such as chromium, nickel, etc.

Una volta raggiunta la composizione chimica desiderata l'acciaio viene degasato e la siviera viene portata in una prima postazione in cui viene aperta la valvola a cassetto 3 e viene spurgata la prima parte di metallo fuso. Indicativamente vengono fatti fluire dalla siviera 500 kg di metallo. Ciò avviene principalmente perché il metallo che si deposita sul fondo della siviera contiene impurità e danneggerebbe la successiva colata . Once the desired chemical composition has been reached, the steel is degassed and the ladle is brought to a first station where the slide valve 3 is opened and the first part of molten metal is purged. Approximately 500 kg of metal are made to flow from the ladle. This is mainly because the metal that settles on the bottom of the ladle contains impurities and would damage the subsequent casting.

Eseguite le operazioni di spurgo la siviera viene portata in posizione di colata, ove la valvola a cassetto è sovrapposta alla colonna di colata 10. La valvola 15 viene aperta e la colata ha inizio. La colata viene fermata prima che tutto il metallo presente nella siviera 3 sia stato colato. Indicativamente vengono lasciati sul fondo della siviera circa 2000kg di metallo liquido. Successivamente la siviera 3 viene spostata al di sopra del condotto 12 e il metallo rimanente nella stessa viene colato nel forno secondario. Il forno secondario somministra calore al metallo fuso e lo mantiene allo stato liquido. Once the purging operations have been carried out, the ladle is brought to the casting position, where the slide valve is superimposed on the casting column 10. The valve 15 is opened and casting begins. The pouring is stopped before all the metal present in the ladle 3 has been poured. Approximately 2000 kg of liquid metal are left on the bottom of the ladle. The ladle 3 is then moved above the duct 12 and the metal remaining therein is poured into the secondary furnace. The secondary furnace delivers heat to the molten metal and keeps it in a liquid state.

Le fasi di colata sopra descritte si ripetono con una successiva carica del forno principale e con ulteriori colate in altre lingottiere. La parte di scarto di ciascuna colata dalle siviere viene riversata nel forno secondario, e quindi mischiata al metallo fuso già presente nello stesso, fino a che il forno secondario 8 risulta riempito della quantità necessaria per una ulteriore colata. Raggiunto tale livello il contenuto del forno secondario 8 viene riversato nella siviera, la stessa viene riportata nella postazione forno siviera/affinamento, la composizione del metallo all'interno della siviera viene affinata e si procede a colare il suo contenuto secondo le modalità descritte in precedenza. The casting steps described above are repeated with a subsequent charge of the main furnace and with further castings in other ingot molds. The waste part of each casting from the ladles is poured into the secondary furnace, and then mixed with the molten metal already present in the same, until the secondary furnace 8 is filled with the quantity necessary for a further casting. Once this level has been reached, the contents of the secondary furnace 8 are poured into the ladle, the latter is returned to the ladle / refinement furnace station, the composition of the metal inside the ladle is refined and its contents are poured according to the methods described above. .

Tramite il metodo di colata e l'apparato sopra descritti si ottiene il vantaggio di riutilizzare allo stato liquido la quantità di metallo che andrebbe scartata al termine dì ogni colata, recuperando così anche ì metalli preziosi presenti all'interno della parte di scarto e risparmiando notevolmente in termini energetici rispetto all'eventuale raffreddamento e rifusione degli scarti . Through the casting method and the apparatus described above, the advantage is obtained of reusing in the liquid state the quantity of metal that should be discarded at the end of each casting, thus also recovering the precious metals present inside the waste part and saving considerably in energy terms with respect to any cooling and remelting of waste.

Vantaggiosamente è possibile costruire dei modelli matematici che tengono conto della composizione chimica dei versamenti e delle colate che si potrebbero eseguire durante un ciclo di riempimento del forno secondario, in modo da prevedere la quantità e la composizione chimica del metallo presente in quest'ultimo, correggendola quando necessario, ottimizzandone così la resa e diminuendo il più possibile la necessità di affinare la composizione chimica del metallo recuperato . Advantageously, it is possible to build mathematical models that take into account the chemical composition of the pours and pours that could be performed during a filling cycle of the secondary furnace, in order to predict the quantity and chemical composition of the metal present in the latter, correcting it. when necessary, thus optimizing the yield and reducing as much as possible the need to refine the chemical composition of the recovered metal.

Claims

CLAIMS 1. Metal casting method consisting in administering heat to the molten metal discarded at the end of a casting from a ladle to keep it in the liquid state, in refining its chemical composition and in casting it following said refining.

2. Method according to claim 1, characterized in that it comprises, before the refinement step, mixing with said metal kept in the liquid state other molten metal, discarded from a ladle at the end of a further casting.

3. Method according to claim 1, characterized in that it comprises, before the step of administering heat to the molten metal discarded at the end of a casting from a ladle, the steps of: • melt metal in a main furnace, • fill at least one ladle with said metal, • refine the chemical composition of said metal in said ladle, • pour the metal from said ladle into at least one ingot mold, • stop the flow of casting from said ladle, before it is completely empty, transfer the remaining waste content in the ladle to a secondary oven.

Casting method according to claim 2 and 3, comprising, before the step of refining the chemical composition of the metal kept in the liquid state in the secondary furnace, repeating the operations of claim 3 until a quantity of metal is present in the secondary furnace, kept in the liquid state, sufficient to carry out a new casting and to transfer the contents of the secondary furnace into a ladle.

5. Metal casting apparatus comprising a main furnace and a ladle adapted to receive the contents of said main furnace once in the liquid state, characterized in that it comprises a secondary furnace, capable of receiving and administering heat to the discarded molten metal at the end of a casting from said ladle so as to keep it in the liquid state.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that said secondary furnace is an induction furnace.

7. Apparatus according to claim 5, characterized in that said secondary furnace has a capacity of approximately 30 tons of molten metal.