KR20010072774A

KR20010072774A - Method for the continuous production of metal alloys

Info

Publication number: KR20010072774A
Application number: KR1020017002106A
Authority: KR
Inventors: 한스 벱버; 주안 푄리히; 귄터 필립스
Original assignee: 프리드헬름 폼베르그; 인두가 인두스트리에외펜 운트 기제라이-안라겐 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2001-07-31
Also published as: WO2000012769A1; DE19839670A1; JP2002523632A

Abstract

본 발명은 금속 합금의 연속 제조를 위한 방법과 장치에 관한 것으로, 기본 금속이 용해로에서 용융되고 합금화로에서 금속 합금화 첨가물이 기본 금속에 공급되어 혼합되고, 선택적으로는 환원되어 주조된다.The present invention relates to a method and apparatus for the continuous production of metal alloys, wherein the base metal is melted in the melting furnace and the metal alloying additives in the alloying furnace are fed to the base metal, mixed, and optionally reduced and cast.

본 발명에 의하면 금속 합금화 첨가물은 전기아크에서 용융되고 액상의 형태로 기본금속에 공급되어진다.According to the present invention, the metal alloying additive is melted in the electric arc and supplied to the base metal in liquid form.

Description

METHOOD FOR THE CONTINUOUS PRODUCTION OF METAL ALLOYS

첨단 기술에 따른 제조시스템에 있어서 금속 합금에 대한 까다로워진 품질 요구 조건을 만족시키기 위해, 처음에 기본 금속은 첫 번째 로에서 용융되고, 그 후 기본 금속 용융물은 합금화로로 이송되어지고, 여기서 금속 첨가물은 고체 형태로 첨가된 후 녹아서 기본 금속과 함께 섞여 균일화된다. 경우에 따라서 이 균일화 작업은 금속합금의 용융물이 향상된 순도로 주조될 때까지, 상응하는 가스제거 공정을 통하여 바람직하지 않으나 항상 따라 다니는 성분재료 (인, 황)의 완전한 혹은 최소한 부분적인 제거처리 뿐만 아니라 탈산화 처리공정으로 이어진다. 상기에 언급한 제조라인에서 합금화로를 통합함으로서 금속합금의 상당한 품질 향상이 가능해진다. 왜냐하면, 금속 합금화 첨가물 뿐만 아니라 온도 조절과 최종적으로 합금화로의 완충작용과 혼합 등에 대한 정확한 칭량(metering)이 우수한 균일화를 얻게 해주기 때문이다.In order to meet the demanding quality requirements for metal alloys in advanced manufacturing systems, the base metal is first melted in the first furnace and then the base metal melt is transferred to the alloying furnace, where the metal additives Silver is added in solid form, melted and mixed with the base metal to homogenize. In some cases, this homogenization is not only a complete or at least partial removal of undesirable but always-following component materials (phosphorus, sulfur) through the corresponding degassing process until the melt of the metal alloy is cast to improved purity. It leads to the deoxidation process. By incorporating an alloying furnace in the above-mentioned manufacturing line, significant quality improvement of the metal alloy is possible. This is because not only the metal alloying additives but also the precise metering for temperature control and finally buffering and mixing into the alloying leads to excellent homogenization.

낮은 용융점을 지닌 금속의 용융물이 상당히 높은 용융점을 지닌 금속과 함께 합금화 될 때, 예를 들면 아연-알루미늄-합금 (Zn-Al-alloys) 또는 구리-철-합금 (Cu-Fe-alloys)의 생산의 경우에서처럼, 특별한 문제들이 발생한다. 심지어 기본 성분이 되는 금속 합금을 용융점 이상으로 상당히 과하게 가열하여도, 높은 융점을 지닌 고체의 금속이 액상으로 상변화 하기 위해서는 상당히 긴 시간이 요구된다. 만약 첨가하고자 하는 금속을 용융물에 조각 조각으로 첨가하거나, 다르게는 상응하는 금속 합금화 분말이 용융물 위로 조금씩 똑똑 떨어지게 한다면, 소량 용해된 합금화 금속은 용탕로의 가장자리로 밀려날 수 있다. 왜냐하면 용탕이 움직이도록 되어 있는데, 여기서 소량 용해된 합금화 금속은 용융물 표면 위에서 방사상 형태로 바깥 방향으로 향하도록 되어, 드로스(dross) 혹은 슬래그 침전물의 형태로 로의 안쪽 벽에 달라붙게 된다. 이러한 침전물은 다른, 부분적으로는 조절이 불가능한, 용탕의 움직임에 좌우되기 때문에, 용융물의 합금화 조성이 더 이상 기본 금속의 양에 대한 금속 첨가물 양의 비에 일치하지 않으며 따라서 얻고자 하는 결과를 얻기가 어렵게 된다.When melts of metals with low melting points are alloyed with metals with significantly higher melting points, for example the production of Zn-Al-alloys or Cu-Fe-alloys As in the case, special problems arise. Even when the base metal alloy is excessively heated above the melting point, a very long time is required for the solid metal having a high melting point to phase change into a liquid phase. If the metal to be added is added to the melt in pieces, or otherwise the corresponding metal alloying powder drips slightly over the melt, a small amount of dissolved alloyed metal can be pushed to the edge of the melt furnace. Because the molten metal is allowed to move, a small amount of molten alloyed metal is directed radially outwards on the surface of the melt and clings to the inner wall of the furnace in the form of dross or slag deposits. Since these deposits depend on other, partly uncontrollable, movement of the melt, the alloying composition of the melt no longer matches the ratio of the amount of metal additive to the amount of base metal and thus the desired results are obtained. Becomes difficult.

상기에 언급한 바람직하지 않은 상황들을 제거하기 위해, 실질적으로 주로 흔하게 사용되는 방법이 중공 와이어를 이용한 방법이다. 이 와이어의 내부에는 첨가물, 즉 분말 형태로 된 금속이 압착된 상태로 정렬되어 있다. 둥글게 감는 기계를 이용하여, 용탕에서 와이어가 용융되고 합금화 원소가 방출되도록 하기 위해, 이 와이어는 직접적으로 합금화로의 용탕에서 감겨진다. 선택적으로 이 와이어의 내부 충진 재료로 분말 형태의 탈산화제도 포함할 수 있다. 그러나 합금화 첨가물이 분말 형태로 채워진 와이어를 제조한다는 것은 매우 복잡하고 비용이 많이 들뿐 만 아니라, 와이어를 감는 기술을 도입하는 것은 합금화 첨가물의 용융을 위해 상당히 긴 시간이 요구된다. 이것이 부분적으로 소위 마스터 합금이 사용되는 이유이며, 이 합금은 기본 금속의 용융물에 고체의 형태로 첨가된다. 마스터 합금이라고 하는 용어는 기본 금속과 상당하게 높은 퍼센트의 합금화 금속과의 합금을 정의하는 말이다. Zn-Al 합금의 제조를 위해 합금화 금속을 각각의 자신의 용해로에 기본 금속과는 별도로 녹이고 난 후 액상의 형태로 기본 금속과 혼합하는 방법이 제안되어 왔다.In order to eliminate the undesirable situations mentioned above, a method which is often used most often is a method using hollow wires. Inside the wires, the additives, ie the metal in powder form, are arranged in a crimped state. Using a round winding machine, the wire is wound directly in the melt into the alloying furnace to allow the wire to melt in the melt and release the alloying elements. Optionally, the internal filling material of the wire may also include a deoxidizer in powder form. However, producing wires filled with alloying additives in powder form is not only very complicated and expensive, but introducing wire winding technology requires a fairly long time for melting of the alloying additives. This is partly why the so-called master alloy is used, which is added to the melt of the base metal in the form of a solid. The term master alloy is used to define an alloy of a base metal with a significantly higher percentage of alloyed metal. For the production of Zn-Al alloys, a method has been proposed in which alloying metals are dissolved in their own furnace separately from the base metal and then mixed with the base metal in liquid form.

모든 종래의 알려진 방법들은 긴 균일화 시간과 또는 다수의 용해로를 필요로 하는 단점을 가지고 있다. 그래서 예를 들면, Cu-Fe 합금의 경우에 있어서 균일화 공정은 한 시간 이상의 긴 시간이 걸린다. Zn-Al 합금을 제조하는 경우에는 두 번째의 용해로가 실현 가능한 공정시간을 얻기 위해서는 항상 필요하였다. 보다 높은 용융점을 지닌 금속에 대해 요구되는, 보다 긴 용융 시간에 대한 부정적인 효과는 합금이 연속적으로 주조될 때, 즉 연속 주조 공정에서 특히 현저하게 나타난다. 그러한 경우에 있어서, 문제는 두 개의 용해로가 있어야만 해결될 수 있다. 두 개의 용해로중 하나는 용해시키는데 사용되고 다른 하나는 병행하여 합금화 작업 및주조에 이용된다. 이들 용해로들은 상기에 언급된 기능을 위해 각각 교대로 운용된다. 와이어를 감아서 용해로로 공급하는 방법은 상대적으로 서로 용해성이 있는 합금화 원소에 대해서만 연속 주조 공정의 제조라인에서 사용될 수 있다.All known methods have the disadvantage of requiring long homogenization times and / or multiple furnaces. Thus, for example, in the case of a Cu-Fe alloy, the homogenization process takes a long time of more than one hour. In the production of Zn-Al alloys, a second melting furnace was always needed to obtain a process time that could be realized. The negative effect on longer melting times, which is required for metals with higher melting points, is particularly pronounced when the alloy is cast continuously, ie in a continuous casting process. In such cases, the problem can only be solved with two furnaces. One of the two furnaces is used for melting and the other is used for alloying and casting in parallel. These furnaces are each operated alternately for the functions mentioned above. The method of winding the wire and feeding it to the furnace can be used in the production line of the continuous casting process only for relatively alloying elements that are soluble in each other.

본 발명은 금속 합금의 연속 제조를 위한 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 적어도 하나 이상의 금속 또는 마스터 합금(master alloy)으로 된 원하는 금속 합금화 첨가물이 용융된 기본합금에 주입, 혼합되어 균일한 용융물로 만들어진 후 주조된다.The present invention relates to a method for the continuous production of metal alloys, which in accordance with the present invention injects and mixes a desired metal alloying additive of at least one metal or master alloy into a molten base alloy to form a uniform melt. It is made and then cast.

본 발명은 또한 금속 합금의 연속 제조를 위한 장치에 관한 것으로, 기본 금속을 용해시키기 위한 용해로와, 금속 합금화 첨가물을 위한 주입장치가 장착된 합금화로, 균일화를 위한 로, 및 주조장치로 구성되어진 장치에 대한 것이다.The invention also relates to a device for the continuous production of metal alloys, comprising an alloying furnace equipped with a melting furnace for dissolving a base metal, an injector for injecting metal alloying additives, a furnace for homogenization, and a casting apparatus. It is about.

본 발명의 구체적인 예는 도면에 설명되어 있으며, 이 도면은 도식적인 단면도이다.Specific examples of the invention are described in the drawings, which are schematic cross-sectional views.

본 발명의 목적은 서론 부분에서 언급한 방법과 첨단의 장치를 보다 더 개발시켜 최소한의 기술과 장치로서 연속적인 주조가 가능한 균일화된 합금 용융물을 얻는 가속화된 방법을 이루는 것이다. 이 목적은 기술적인 관점에서 청구항 1에 따른 단계들에 의해 이루어진다.It is an object of the present invention to further develop the methods and state-of-the-art devices mentioned in the Introduction section to achieve an accelerated method of obtaining a homogeneous alloy melt capable of continuous casting with a minimum of technology and apparatus. This object is achieved by the steps according to claim 1 from a technical point of view.

본 발명에 의하면, 금속 합금화 첨가물은 전기아크에서 용융되어서 기본 금속에 액상의 형태로 첨가된다. 이때 소모성 전기아크 전극이 사용되는 것이 바람직한데, 이것은 적어도 부분적으로는 금속 합금화 첨가물로 구성되어 있다. 전기아크의 출력은 방울져 떨어지는 합금화 금속이 원하는 합금 응고물을 제조하기 위하여 일정한 속도로 용융로를 통하여 연속적으로 흘러 들어가는 기본 금속에 공급되어 지도록 조절된다. 본 발명에 의해 제안되고 언급된 단계를 따르면 합금화 첨가물을 위한 별도의 용융로가 필요없게된다. 금속 첨가물을 용융시키기 위해 요구되는 에너지는 용탕을 통하여 발생될 필요가 없으며 따라서 결과적으로 용융 시간이 더 짧아진다.According to the invention, the metal alloying additive is melted in the electric arc and added to the base metal in liquid form. Consumable electric arc electrodes are preferably used, which at least partly consist of metal alloying additives. The output of the electric arc is controlled so that dropping alloyed metal is supplied to the base metal which flows continuously through the furnace at a constant rate to produce the desired alloy coagulum. The steps proposed and mentioned by the present invention eliminate the need for a separate furnace for alloying additives. The energy required to melt the metal additives does not have to be generated through the melt and consequently the melting time is shorter.

원리적으로, 전기아크를 각각 합금화실의 합금화로에서 개방형으로 작동시키는 것이 가능하다. 그러나 금속 합금화 첨가물은 질소나 아르곤과 같은 보호 가스 분위기에서 용융되어져서, 용해로 분위기에서 가스를 형성하는 원소와의 반응을 방지하는 것이 바람직하다.In principle, it is possible to operate the electric arcs in the alloying furnaces of the alloying chambers, respectively. However, it is preferable that the metal alloying additive is melted in a protective gas atmosphere such as nitrogen or argon to prevent a reaction with an element which forms a gas in a melting furnace atmosphere.

균일화를 가속시키기 위해서, 기본 금속과 금속 첨가물의 일반적인 액상 혼합물은 유도로 (induction furnace)의 통로(channel)로 공급되어진다. 이와 같은 액상 합금 성분의 불균일 혼합물을 유도로의 통로를 통해 강제 공급하면 매우 강화된 혼합을 이끌어내서, 합금 응고물을 얻는데 요구되는 제조시간을 훨씬 더 줄여 준다.In order to accelerate the homogenization, a general liquid mixture of the base metal and the metal additive is fed to the channel of the induction furnace. Forced feeding of such a heterogeneous mixture of liquid alloy components through the passageway of the induction furnace leads to very enhanced mixing, further reducing the manufacturing time required to obtain alloy solids.

본 발명을 보다 더 발전시키면, 이런 방법에 따라서 조성이 개선된 용융물이 주조실, 즉 연속 주조 장치의 주조용 틀을 통하여 연속적으로 공급되기 전에 균일화된 혼합물을 환원 처리와 또는 가스 방출이 되도록 한다.Further development of the present invention allows the homogenized mixture to be subjected to reduction treatment and / or gas release before the melt with improved composition is continuously fed through the casting chamber, ie, the casting mold of the continuous casting apparatus.

설비의 관점에서 보면, 본 발명의 목적은 청구항 6에 따른 장치로 얻어진다. 이것은 합금화로가 전기아크로이며, 여기에서 금속 합금화 첨가물이 용융물이 있는 용탕 위에서 용융되고 연속적으로 액상의 형태로 용융물 탕으로 주입되는 것을 특징으로 한다. 그러므로 합금화로는 제조라인에 통합되어지고, 이것은 용융물에 의해서 연속적으로 횡단되어 진다.From the point of view of the installation, the object of the invention is achieved with the device according to claim 6. It is characterized in that the alloying furnace is an electric arc, wherein the metal alloying additive is melted on the molten metal and continuously injected into the molten water in liquid form. The alloying furnace is therefore integrated in the production line, which is continuously traversed by the melt.

앞에서 이미 언급한 바와 같이, 소모성 전기아크 전극을 사용하는 것이 바람직하며. 이 소모성 전기아크 전극은 적어도 부분적으로 금속 합금화 첨가물로 구성되어 있다. 만약 필요하다면, 합금화로 내에서 분위기와 용탕의 반응은 전기아크 전극을 둘러싸면서 용탕 속에까지 확장되어 있는 보호 벽에 의해 효과적으로 방지된다. 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 보호 벽에 의해 밀봉된 공간은 보호 가스에 의해 세척될 수 있으며, 따라서 압력과 계량용 밸브가 있는 상응하는 공급 라인을 갖추고 있다.As already mentioned above, it is preferable to use consumable electric arc electrodes. This consumable electric arc electrode is at least partially composed of a metal alloying additive. If necessary, the reaction between the atmosphere and the melt in the alloying furnace is effectively prevented by a protective wall extending into the melt surrounding the arc electrode. According to another feature of the invention, the space sealed by the protective wall can be cleaned by the protective gas, thus having a corresponding supply line with pressure and metering valves.

균일화로는 연속 제조 라인의 골격구조 내에서 합금화로 다음이고, 바람직하게는 통로(channel)를 가진 유도로이며 이것을 통하여 기본 금속과 합금화 첨가물의 일반적인 혼합물이 강제적 이송될 수 있고 이것은 연속적으로 작동하고 있는 주조설비, 바람직하게는 연속 주조 기계와 연결되어 있다.The homogenization furnace is followed by an alloying furnace in the framework of a continuous production line, preferably an induction furnace with a channel through which a general mixture of base metals and alloying additives can be forcibly transported, which is operated continuously. It is connected to a casting plant, preferably a continuous casting machine.

상기 장치는 개별 로(furnace) 설비로 고안되는데, 여기에서 용해로로부터 공급된 액상의 기본 금속이 연속적으로 주입되고, 이것은 액상의 금속 합금화 첨가물과 섞이게 된다. 또 이에 의하여 얻어진 혼합물은 처음에는 균일하지 않지만 강제적으로 유도로의 통로로 이송되어지고 여기서 강렬한 혼합이 일어난다. 만약 기본 되는 합금 및 금속 첨가물의 순도에 따라서, 다음과 같은 온도와 조성의 균일화, 탈탄화, 탈황화, 탈인화, 미량 원소의 제거, 가스 제거, 탈산화, 또는 합금의 최적화와 같은 단계가 요구되어지면, 이러한 작업은 최적화된 용융물이 연속 주조 기계의 주조 틀로 흘러들어 가기 전에, 최첨단의 방법에 따라 더욱 진보된 균일화실에서 실행되어 진다. 이와 같이 본 발명의 설비는 상당히 단축된 기간 내에서 분명히 증가된 작업 처리 용량으로 연속적으로 구동한다.The apparatus is designed as a separate furnace facility, in which the liquid base metal supplied from the furnace is continuously injected, which is mixed with the liquid metal alloying additives. The mixture thus obtained is initially not uniform but is forcibly transferred to the passageway of the induction furnace where intense mixing takes place. Depending on the purity of the underlying alloys and metal additives, the following steps are required: homogenization, decarbonization, desulfurization, dephosphorization, removal of trace elements, gas removal, deoxidation, or optimization of alloys Once this is done, this operation is carried out in a more advanced homogenization chamber according to the most advanced method, before the optimized melt flows into the casting mold of the continuous casting machine. As such, the plant of the present invention runs continuously with clearly increased work capacity within a significantly shorter period of time.

액상의 기본 금속은 도면에 나타나 있지 않은 용해로로부터 화살표 방향(화살표 1)으로 연속적으로 공급되어 합금화실 2로 흘러 들어가서, 용탕 표면 3 을 가진 용탕을 형성하게 된다. 보호관 4는 용탕 표면 3 보다 더 아래쪽에서 끝나도록 고안되어져 있고, 여기에는 6으로 표시된 에너지 공급 라인을 통하여 조절되는 전기아크의 소모성 전극 5가 있다. 점화된 전기아크 7은 용탕 표면 3의 방향으로 향하도록 되어 있어서 용탕을 가열시켜 줄뿐만 아니라 액상의 형태로 된 금속 첨가물의 첨가량을 조절하는 것을 도와 준다. 이때 금속 첨가물은 소모성 전극으로부터 아래쪽으로 떨어져 나온다. 적절한 푸셔(pusher)에 의해서 소모성 전극 5는 화살표 방향 8로 밀려져서 전기아크가 일정한 높이에서 점화된다. 보호관 4에 의해 밀폐된 공간이 형성되며, 이곳은 공급 라인 9를 통하여 공급되는 아르곤과 같은 보호가스로 세척될 수 있다. 아직도 불균일한 기본 금속과 액상의 금속 첨가물의 혼합물은 유도 통로 10을 통하여 균일화 실 11에 도달하는데, 이 균일화 실 11에서는 잇달아서 탈산화처리나 가스제거 등과 같은 마지막 처리가 행해진다. 균일화 실 11로부터 나온 최종적인 합금 혼합물은 주조실 12에 이르게 되고, 계속해서 출구 13을 거쳐 연속 주조 장치로 흘러가게 된다. 통로 10은 항상 용탕 표면 3 보다 아래쪽에서 위치한다. 균일화 실 11과 주조실 12은 용탕 표면 3 보다 아래쪽에서 끝나있는 벽 14에 의해 서로 떨어져 있다. 상기에 설명된 장치는 짧은 가동시간에 연속적인 운전이 가능한 치밀한 설비이며 최적의 합금화 응고물을 만드는 것을 가능하게 한다.The liquid base metal is continuously supplied in the direction of the arrow (arrow 1) from the melting furnace not shown in the figure, and flows into the alloying chamber 2 to form a molten metal having a molten surface 3. The protective tube 4 is designed to end further below the molten surface 3, where there is a consumable electrode 5 of the electric arc, which is controlled through the energy supply line, labeled 6. The ignited electric arc 7 is directed in the direction of the molten surface 3, which not only heats the molten metal but also helps to control the amount of addition of the metal additive in liquid form. The metal additive then falls downward from the consumable electrode. By means of a suitable pusher the consumable electrode 5 is pushed in the direction of the arrow 8 so that the electric arc is ignited at a constant height. The enclosed space is formed by the protective tube 4, which can be cleaned with a protective gas such as argon supplied through the supply line 9. The still non-uniform mixture of the base metal and the liquid metal additive reaches the homogenization chamber 11 through the induction passage 10, in which a final treatment such as deoxidation treatment or degassing is performed. The final alloy mixture from homogenization chamber 11 reaches casting chamber 12 and then flows through outlet 13 into the continuous casting apparatus. Passage 10 is always located below the melt surface 3. The homogenizing chamber 11 and the casting chamber 12 are separated from each other by walls 14 ending below the molten surface 3. The apparatus described above is a compact installation capable of continuous operation in a short operating time and makes it possible to make an optimum alloyed coagulum.

Claims

A desired metal alloying additive consisting of at least one metal or master alloy is supplied to a liquid base metal, mixed to form a uniform mixture, optionally reduced and finally cast, wherein the metal alloying additive is melted in an electric arc Continuous production method of a metal alloy, characterized in that added to the base metal in the form of a liquid.

10. The method of claim 1, wherein the consumable electric arc electrode itself consists at least in part of a metal alloying additive.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the metal alloying additive is melted in the electric arc (7) in a protective gas atmosphere, in particular in a nitrogen or arcon atmosphere.

4. The method of claim 1, wherein a common liquid mixture of the base metal and the metal alloying additive is fed into passage 10 of the induction furnace for homogenization.

5. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the homogenized mixture is subjected to reduction treatment or degassing before the melt is continuously fed via the casting chamber 12 into the casting mold of the continuous casting machine. .

Melting furnace for base metal, alloying furnace with metal alloying additive supply (2), casting chamber (12) as well as homogenizing chamber (11), alloying furnace with electric arc (2) and metal alloying additives on molten metal Apparatus for continuous production of metal alloys, characterized in that the melt can be continuously supplied to the molten metal.

7. Apparatus according to claim 6, wherein the electric arc electrode (5) is consumable and consists at least in part of alloying additives.

8. Apparatus as claimed in claims 6 to 7, characterized in that the electric arc electrode (5) is surrounded by a protective wall (4) and forms a closed space.

9. The apparatus of claim 8, wherein the enclosed space can be washed with a protective gas.

10. The induction furnace according to claims 6 to 9, wherein a common mixture of base metals and alloyed metals is forcibly supplied, which in turn has a passage (10) connected to a casting device, preferably a continuous casting machine, which is continuously operated. Continuous manufacturing apparatus of a metal alloy characterized by the above-mentioned.