NO115233B

NO115233B -

Info

Publication number: NO115233B
Application number: NO16440866A
Authority: NO
Inventors: J Wagner; H Wittner
Original assignee: Demag Gmbh
Priority date: 1965-08-25
Filing date: 1966-08-24
Publication date: 1968-09-02

Description

Anordning for metallurgisk behandling av flytende metaller og metall-legeringer. Device for metallurgical treatment of liquid metals and metal alloys.

Oppfinnelsen vedrører en anordning for raffinering av flytende metaller og metall-legeringer ved hjelp av raffineringsslagg eller lignende i elektriske induksjonsovner ved bruk av oppvarming som påvirker slaggen ovenfra. The invention relates to a device for refining liquid metals and metal alloys using refining slag or the like in electric induction furnaces using heating that affects the slag from above.

Det er. i og for seg kjent å benytte digel-eller renneovner som arbeider etter induksjons-prinsippet for smelting av metaller og metall-legeringer. Den konstruktive egenart av denne It is. known in and of itself to use crucible or trough furnaces that work according to the induction principle for melting metals and metal alloys. The constructive nature of this

type ovner har imidlertid utgjort en vesentlig type of ovens has, however, been a significant one

hindring mot deres bruk for metallurgisk behandling av metallsmelter, dvs. i det vesentlige obstacle to their use for metallurgical treatment of metal melts, i.e. essentially

raffineringsprosesser, f. eks. for å fjerne svovel, refining processes, e.g. to remove sulphur,

fosfor, gass m. v. Ovnene krever som kjent fri phosphorus, gas etc. As you know, the ovens require time off

adkomst ovenfra. Selv om ovnsrommet lukkes access from above. Even if the oven compartment is closed

med et deksel, er det uunngåelig at smeltens with a cover, it is inevitable that the melt

overflate avkjøles og raffineringsslaggdekselet surface cools and the refining slag cover

fryser fast slik at slaggarbeidet hindres.freezes solid so that the slag work is prevented.

For drift av kjernefrie induksjonssmelteov- For operation of coreless induction melting furnaces

ner som arbeider med nettfrekvens, har det vært foreslått å smelte ned kaldt beskikningsgods helt eller delvis ved hjelp av olje- eller gassbrennere som føres inn i smeltedigelen ovenfra. Under nedsmeltingen hhv. i tilslutning til denne virker induksjonsoppvarmingen ifølge dette for-slag bare i tillegg til den annen oppvarming. På denne måte skal det oppnåes at det kun er nød-vendig at varmebehovet for ytterligere operasjo-ner i forbindelse med smeiten dekkes induktivt. ner working with mains frequency, it has been proposed to melt down cold coating material in whole or in part by means of oil or gas burners which are fed into the crucible from above. During the melting or in addition to this, the induction heating according to this proposal only works in addition to the other heating. In this way, it is to be achieved that it is only necessary that the heat requirement for further operations in connection with the smelting is covered inductively.

I artikkelen «Sauberer Stahl durch Plasma-Brennér» i VDI-Nachrichten nr. 11 av 17. 3. 1965 er det også kjent en fremgangsmåte for smelting av stål ved hjelp av plasmabrennere. Ved denne fremgangsmåte påvirkes stålet av tre brennere som virker ovenfra., Brennerne drives med argon eller kvelstoff.. De oppnår temperaturer på over 5 000° C. Derved blir det også mulig å påskynne smelteprosessen vesentlig. Stålet blir helt rent,. idet brennernes indifferente av-. gasser ikke bevirker noen som helst forandrin-ger. In the article "Sauberer Stahl durch Plasma-Brennér" in VDI-Nachrichten No. 11 of 17 March 1965, a method for melting steel using plasma burners is also known. In this method, the steel is affected by three burners that work from above. The burners are powered with argon or nitrogen. They reach temperatures of over 5,000° C. This also makes it possible to speed up the melting process significantly. The steel becomes completely clean. as the burners' indifferent off-. gases do not cause any changes whatsoever.

Oppfinneren har stilt seg den oppgave å til-veiebringe en fremgangsmåte og en anordning som gjør det mulig å utvide anvendelsesområdet for elektriske induksjonsovner og plasmabrennere — som hittil har vært begrenset til smel-tnig — til metallraffinering. Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes således eh anordning for raffinering av metaller og metall-legeringer ved hjelp av raf f inéringsslagg eller lignende i elektriske induksjonsovner under anvendelse av oppvarming som påvirker smeiten ovenfra, hvilken anordning karakteriseres ved at oppvarmingen skjer ved hjelp av plasmabrennere, hvorved re-aksjonsslaggen under den pågående reaksjon holdes på den for raffinering nødvendige temperatur. Ifølge et annet trekk ved anordningen , ifølge oppfinnelsen er nevnte plasmabrennere utformet som flatebrennere slik at det oppnåes og opprettholdes en jevn temperaturfordeling over smeitens hele overflate. The inventor has set himself the task of providing a method and a device which makes it possible to expand the area of application for electric induction furnaces and plasma burners - which until now have been limited to melting - to metal refining. According to the invention, a device is thus provided for refining metals and metal alloys using refining slag or the like in electric induction furnaces using heating that affects the smelting from above, which device is characterized by the fact that the heating takes place using plasma burners, whereby the reaction slag during the ongoing reaction is kept at the temperature required for refining. According to another feature of the device, according to the invention, said plasma burners are designed as surface burners so that an even temperature distribution is achieved and maintained over the entire surface of the forge.

Ifølge et ytterligere trekk ved anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse ledes plasmabrennerens stråle gjennom en eller flere dyser og/eller magnetfelter slik at strålen trekkes bredt utover, hvorved brenneren kan være utformet som direkte eller indirekte brenner. According to a further feature of the device according to the present invention, the plasma torch's jet is guided through one or more nozzles and/or magnetic fields so that the jet is drawn widely outwards, whereby the torch can be designed as a direct or indirect torch.

Plasmabrenneren drives på kjent måte med argon, kvelstoff, kullsyre, kullvannstoffer, vann-stoff eller en annet like egnet bærergass. The plasma torch is operated in a known manner with argon, nitrogen, carbonic acid, coal water substances, water or another equally suitable carrier gas.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse mulig-gjøres for første gang anvendelse av en kombinasjon av induksjonsovner og plasmabrennere for metallurgisk behandling av flytende metaller og metall-legeringer. According to the present invention, the use of a combination of induction furnaces and plasma burners for the metallurgical treatment of liquid metals and metal alloys is made possible for the first time.

Ved denne kombinasjon oppnåes betydelige fordeler: Mens reaksjonsprosessen i den anvend-te smelte og dennes samtidige bevegelse oppnåes ad induktiv vei, holdes slaggsjiktet på smeiten ved reaksjonstemperatur under reaksjonen ved hjelp av plasmabrennerens virkning. Følgen er at ikke bare de spesielle fordeler ved induksjons-ovnen nyttes fullt ut, men at de kompletteres med plasmabrennerens fordeler, noe som igjen har en gunstig virkning på energiforbruket. Dette er meget lavere for plasmabrenneren enn for ihduksjonsovriéh. Én anordning ifølge oppfiri-riéiséh kåri såiédes bygges på grunnlag av dé véi-kjénte og fordelaktige iriduksjdnsdvhs-konstruk-sjdnéf, méns dén apparatur som kréves for plas-måproduksjorién, tar liten plass og ér ukompli-sert og driftssikker. With this combination, significant advantages are achieved: While the reaction process in the used melt and its simultaneous movement is achieved by inductive means, the slag layer on the melt is kept at reaction temperature during the reaction by means of the action of the plasma torch. The consequence is that not only the special advantages of the induction oven are used to the full, but that they are complemented by the advantages of the plasma burner, which in turn has a favorable effect on energy consumption. This is much lower for the plasma burner than for the induction cooker. A device according to the invention is thus built on the basis of the well-known and advantageous iriduksjdnsdvhs-konstruk-sjdnéf, while the apparatus required for the plasma production takes up little space and is uncomplicated and operationally reliable.

Ved dé ovnskohstruksjdhef sorri hittil hår vært brukt for siiké prosesser, f. éks. lysbuéovnér, kréves dét derimot et forholdsvis stort tekniskdppbiid ålene for å ffémkåUé dén nødvendige bevegelse i smeiten, hvilken bévegélsé ér eh for-utsetning for" én økonomisk féaksjohshastighét. Bruken åv induksjonsovner ihnebæréf én bety-delig béspåfélse overfor de hévhté ovner, og dén foféslåtté fremgangsmåte éf bétydéiig mer økonomisk, idét dé iiødvéndigé invésterlngsomkost-nifigéf kan hdldés låve. Dette skyldes ikké minst at dét v*éd iftduksjonsovnéf ikké krévés spesielle fdrånståitnirigéf for oppnåelse og opprettholdel-se åv tilstfékkéiig bévégelse i smeiten. Som kjent oppstår bevegelse i smeiten ved slike ovner på grunn av de virksomme magnetiske krefter. In dé ovnskohstruksjdhef sorri hitherto hair has been used for siiké processes, e.g. arc furnaces, on the other hand, a relatively large technical contribution is required in order to achieve the necessary movement in the forge, which movement is a prerequisite for an economical manufacturing speed. The use of induction furnaces entails a significant disadvantage compared to the high furnaces, and the preferred method even significantly more economical, the idea is that the investment cost figure can be reduced. This is not least because the induction furnace does not require special equipment to achieve and maintain sufficient movement in the forge. As is known, movement in the forge occurs in such furnaces due to the active magnetic forces.

Plasmabrennere er også de kjente olje- eller gassbrennere overlegne idet disse er forholdsvis uøkonomiske og krever stadig tilsyn og over-haling. Plasmaet produseres på kjent måte ved at gass oppvarmes til høye temperaturer. Ved behandling av disse høyt ioniserte turbulente gåssmasser oppstår så plasmasvingningene ad rent elektrodynamisk vei. Plasma burners are also superior to the known oil or gas burners as these are relatively uneconomical and require constant supervision and overhaul. The plasma is produced in a known manner by heating gas to high temperatures. When treating these highly ionized turbulent gas masses, the plasma oscillations occur purely electrodynamically.

Spesielt fordelaktig har det også vist seg å være at den som flatebrenner utformede plas-mabrenners virkning sikrer og kontinuerlig opp-rettholder jevn temperaturfordeling over smeitens hele overflate slik at man unngår lokal overopphetning på grunn av temperaturkonsen-trasjoner og -svingninger. Den foreslåtte opp-varmingsmetode gjør det også mulig å regulere raffineringsprosessen sikrere og bedre med henblikk på temperatur og varmedosering, noe som igjen betyr at reaksjonens forløp lar seg påvirke i gunstig retning. It has also proven to be particularly advantageous that the effect of the plasma burner designed as a surface burner ensures and continuously maintains even temperature distribution over the entire surface of the forge so that local overheating due to temperature concentrations and fluctuations is avoided. The proposed heating method also makes it possible to regulate the refining process more securely and better with regard to temperature and heat dosage, which in turn means that the course of the reaction can be influenced in a favorable direction.

Valget av den optimalt egnede bærergass skjer hensiktsmessig i avhengighet av de til en-hver tid rådende tekniske forhold og krav samt i avhengighet av økonomiske synspunkter. Ved kobberraffinering ved en anordning ifølge oppfinnelsen vil f. eks. kvelstoff være fordelaktig sorii bærergass. Ved smelting åv grått støpejern eller stål vil av tekniske grunner spesielt argon være en fordelaktig bærergass for gjennomføring av avfosforiserings- og avsvovlings-reaksjonene. Argon har dessuten den fordel at denne gass over smeitens overflate legger, en beskyttelses-atmosfære som beskytter smeiten mot skadelig påvirkning fra atmosfæren. Argonatmosfærens beskyttende virkning kan påvirkes ved dosering av plasmabærergassmengden. Argon benyttet som beskyttélsesgass har på grunn av dét dermed forbundne partialtrykkfall også en gunstig virkning på avgassingshastigheten. En annen be-tydelig fordel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen med henblikk på anvendelse av induksjonsovner kan også sees i at det på grunn av den stadige skiftning av fasegrensene på grunn av smeiten, tilveiebringes en vedvarende konsen-trasjonsutligning, hvilket igjen begunstiger reaksjonens forløp og hastighet. The choice of the optimally suitable carrier gas takes place appropriately in dependence on the prevailing technical conditions and requirements at any given time as well as in dependence on economic viewpoints. In copper refining with a device according to the invention, e.g. nitrogen be beneficial sorii carrier gas. When melting gray cast iron or steel, for technical reasons, argon in particular will be an advantageous carrier gas for carrying out the dephosphorisation and desulphurisation reactions. Argon also has the advantage that this gas lays a protective atmosphere over the surface of the forge that protects the forge from harmful effects from the atmosphere. The protective effect of the argon atmosphere can be influenced by dosing the amount of plasma carrier gas. Argon used as shielding gas also has a beneficial effect on the degassing rate due to the associated partial pressure drop. Another significant advantage of the method according to the invention with a view to the use of induction furnaces can also be seen in that due to the constant shifting of the phase boundaries due to the smelting, a continuous concentration equalization is provided, which in turn favors the course and speed of the reaction.

Oppfinhélsén skål riærhieire forklares under henvisning til deri védlagté tegning som viser ét vértikåishitt gjérinom én iduksjbnsovn méd én piåsmåbrenriér som virkér ovérifrå på reåksjohs-slaggen. The invention of the bowl riærhieire is explained with reference to the accompanying drawing which shows a vertikåishit gjérinom an induction furnace with a piåsmåbrenríer which acts above the reåksjohs slag.

En ihduksjohsbven 1 omfatter en vanrikjølt kobbérspole 2.- I denne er anbragt en smelté-digel 3 som består av et kéramisk eller ånnet hensiktsmessig materiålé; Over smeiten 4 flyter et feaksjonsslåggsjikt 5. En plasmabrenner 6 påvirker reaksjohsslaggen ovenfra; Héle anordningen befinner ség i et tilsvarénde dimensjonert hus som er tippbart lagret (ikké vist) og således gjør det mulig å helle ut smeiten; For å oppnå optimal utnyttelse av plasmabrenneren og dén energi brerineréh forbruket; ér den utformet som en flatebrenner; Dervéd oppnåes dg opprettholdes en jevn tempéråturfordeling over lielé smeitens overflate. Brenneren drives med argon, kvéistdff, kullsyre, kuilvanhstofféf, våiihstoff eller med en annen like velegnet bærergass. Brennerens overflatevirkning oppnåes ved at plasmastrålen ledes gjennom en eller flere dyser og/eller magnetfelter slik at strålen trekkes bredt utover. Brenneren utformes enten, som direkte eller indirekte brenner. Uttrykket «direkte brenner» betyr at den bare er utstyrt med en elektrode for oppnåelse av et plasma mellom denne elektrode på den ene side og metallsmel-ten som motelektrode på den annen side. Hvis plasmabrenneren derimot er utstyrt med to elek-troder for tilveiebringelse av plasmafeltet, kalles den en «indirekte brenner». An ihduksjohsbven 1 comprises an undercooled copper coil 2.- In this is placed a smelté crucible 3 which consists of a ceramic or other appropriate material oil; A reactive slag layer 5 floats above the smelt 4. A plasma torch 6 affects the reactive slag from above; The whole device is located in a correspondingly dimensioned housing which is tiltably stored (not shown) and thus makes it possible to pour out the melt; In order to achieve optimal utilization of the plasma torch and that energy brerineréh consumption; is it designed as a surface burner; Dervéd is achieved by maintaining an even temperature distribution over the surface of the lielé smelt. The burner is operated with argon, kvéistdff, carbonic acid, carbon dioxide, hydrogen or with another equally suitable carrier gas. The torch's surface effect is achieved by guiding the plasma jet through one or more nozzles and/or magnetic fields so that the jet is drawn widely outwards. The burner is designed either as a direct or indirect burner. The expression "direct burner" means that it is only equipped with an electrode for obtaining a plasma between this electrode on the one hand and the metal melt as a counter electrode on the other hand. If, on the other hand, the plasma torch is equipped with two electrodes for providing the plasma field, it is called an "indirect torch".

Den benyttede smeltes 4 hhv. spolens 2 mag-netsike krefter fremkaller bevegelse i smeiten. Bevegelsen er antydet med piler på tegningen. De opptredende ponderomotoriske krefter går ut fra smeitens kantsone slik at flytende metall hhv. metall-legering strømmer fra kanten inn mot midten og derved bare kan unnvike oppover for deretter å strømme tilbake ut mot kanten. The one used is melted 4 or the coil's 2 magnetic forces induce movement in the forge. The movement is indicated by arrows in the drawing. The occurring ponderomotive forces emanate from the edge zone of the forge so that liquid metal or metal-alloy flows from the edge towards the center and can therefore only dodge upwards and then flow back out towards the edge.

Samtidig som den oppnådde bevegelse i smeiten i og for seg er ønsket, idet den fremkaller god gjennomblanding av smeiten hhv. lege-ringens bestanddeler i alle smeitens soner og dermed sikrer en homogen legering og jevn temperatur, bevirker den samme bevegelse at den, vanligvis keramiske, digelvegg utsettes for forholdsvis store påkjenninger. Den med bevegelsen forbundne kraftige hvelving av smeitens overflate medfører dessuten gassopptagelse og oksy-dasjon av den flytende smelte ved de vanlige induksjonsovner, idet det ved disse hittil ikke kunne anbringes noe beskyttende slaggsjikt. Ved anordningen ifølge oppfinnelsen unngåes disse og lignende ulemper. At the same time as the achieved movement in the melt is in and of itself desired, as it induces good thorough mixing of the melt or the components of the alloy ring in all the zones of the smelting and thus ensure a homogeneous alloy and uniform temperature, the same movement causes the wall of the crucible, which is usually ceramic, to be exposed to relatively large stresses. The strong vaulting of the smelting surface associated with the movement also results in gas absorption and oxidation of the liquid melt in the usual induction furnaces, as no protective slag layer could be placed in these until now. With the device according to the invention, these and similar disadvantages are avoided.

Claims

1. Device for refining liquid metals and metal alloys using refining slag in electric induction furnaces using heating that affects the slag from above, characterized in that the heating takes place using plasma burners, whereby the reaction slag is kept at the level required for refining temperature.

2. Device as stated in claim 1, characterized in that said plasma burners are designed as surface burners so that a uniform temperature distribution is achieved and maintained over the entire surface of the forge.

3. Device as specified in claims 1 and 2, characterized in that the burner's plasma jet is guided through one or more nozzles and/or magnetic fields so that the jet is drawn widely outwards, whereby the burner can be designed as a direct or indirect burner.