NO310707B1

NO310707B1 - Procedure for Casting Ferro Alloys

Info

Publication number: NO310707B1
Application number: NO20000236A
Authority: NO
Inventors: Tore Valla
Original assignee: Elkem Materials
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2001-08-20
Also published as: NO20000236D0; AU2001225595A1; NO20000236L; WO2001053546A1

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for støping av ferrolegeringer. The present invention relates to a method for casting ferroalloys.

Ferrolegeringer så som ferrosilisium, ferrokrom og ferromangan støpes vanligvis ut i blokker etter forskjellige metoder hvoretter blokkene størknes og deretter knuses og siktes til salgsstørrelse. Ferroalloys such as ferrosilicon, ferrochrome and ferromanganese are usually cast into ingots using various methods, after which the ingots are solidified and then crushed and sieved to sales size.

Ved utstøping av ferrokrom og ferromangan benyttes det normalt enten såkalt lagstøping eller støping i form av kaker. Ved lagstøping støpes den smeltede ferrolegering i en seng som har en overflate tilpasset den mengde ferrolegering som skal utstøpes slik at det oppnås en ønsket tykkelse på det utstøpte materialet. Når et lag er størknet støpes det nye lag oppå det størknede lag. Avkjølingshastigheten ved denne metode er meget langsom idet ny varmeenergi tilføres etter hvert som nye lag med flytende ferrolegering tilføres til sengen. Når sengen er full brytes størknet ferrolegering ut med truck og blokkene knuses og siktes. Knusingen vil generere en finfraksjon som i det etterfølgende defineres som ferrolegering med partikkelstørrelse under normal salgsstørrelse. Ved utstøping i kaker støpes ferrolegeringen ut i groper eller kokiller foret med finstoff fra den ferrolegering som skal støpes ut. Ferrolegeringen størkner i form av blokker som må knuses og siktes på samme måte som ferrolegeringer støpt ved lagstøping. When casting ferrochrome and ferromanganese, either so-called layer casting or casting in the form of cakes is normally used. In layer casting, the molten ferroalloy is cast in a bed that has a surface adapted to the amount of ferroalloy to be cast so that a desired thickness of the cast material is achieved. When a layer has solidified, the new layer is cast on top of the solidified layer. The cooling rate with this method is very slow as new heat energy is added as new layers of liquid ferroalloy are added to the bed. When the bed is full, solidified ferroalloy is broken out with a truck and the blocks are crushed and screened. The crushing will generate a fine fraction which is subsequently defined as ferroalloy with a particle size below the normal sales size. When casting into cakes, the ferroalloy is cast into pits or molds lined with fines from the ferroalloy to be cast. The ferroalloy solidifies in the form of blocks that must be crushed and sieved in the same way as ferroalloys cast by layer casting.

I noen tilfeller støpes også ferrolegeringer i støpebelter. Dette gir riktig størrelse i en retning, men også ferrolegeringer støpt på støpebelte må knuses og siktes for å oppnå riktig salgsstørrelse. Alle de nevnte støpemetodene fører til et forholdsvist stort tap i form av finfraksjon. Mengden av finfraksjon vil variere noe alt etter hvilken ferrolegering som støpes, men ligger normalt i området mellom 3 og 10 vekt %. In some cases, ferroalloys are also cast in casting belts. This gives the correct size in one direction, but also ferroalloys cast on a casting belt must be crushed and screened to achieve the correct sales size. All of the aforementioned casting methods lead to a relatively large loss in the form of fines. The amount of fine fraction will vary somewhat depending on which ferroalloy is cast, but is normally in the range between 3 and 10% by weight.

Det er videre kjent å granulere ferrolegeringer, dvs. smeltet ferrolegering deles opp i dråper som størknes i vann. Ved denne metoden er det vanskelig å oppnå granuler med tilstrekkelig størrelse samt at det dannes en forholdsvis stor mengde finpartikulære granuler. Granuleringsmetoden har imidlertid den fordel at ingen knusing er nødvendig etter utstøping. It is also known to granulate ferroalloys, i.e. molten ferroalloy is divided into droplets which solidify in water. With this method, it is difficult to obtain granules of sufficient size and a relatively large amount of fine particulate granules is formed. However, the granulation method has the advantage that no crushing is necessary after casting.

Ved den foreliggende oppfinnelse er man nå kommet fram til en fremgangsmåte for utstøping av ferrolegeringen som i en vesentlig grad reduserer ulempene ved de kjente metoder for støping av ferrolegeringer. With the present invention, a method for casting the ferroalloy has now been arrived at which substantially reduces the disadvantages of the known methods for casting ferroalloys.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således en fremgangsmåte for støping av ferrolegeringer, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at et kar fylles med en rekke kjølelegemer slik at det mellom kjølelegemene dannes en rekke hulrom, hvilke kjølelegemer er fremstilt av et materiale med et smeltepunkt som er nært opp til eller høyere enn støpetemperaturen for den ferrolegering som skal støpes og som har en egenvekt som er lik eller høyere enn den ferrolegering som skal støpes, fylling av smeltet ferrolegering i karet, fjerning av størknet ferrolegering sammen med kjølelegemene, samt separering av kjølelegemene fra størknet ferrolegering. The present invention thus relates to a method for casting ferroalloys, which method is characterized by a vessel being filled with a number of cooling bodies so that a number of cavities are formed between the cooling bodies, which cooling bodies are made of a material with a melting point close to or higher than the casting temperature for the ferroalloy to be cast and which has a specific gravity equal to or higher than the ferroalloy to be cast, filling of molten ferroalloy in the vessel, removal of solidified ferroalloy together with the cooling bodies, as well as separation of the cooling bodies from solidified ferroalloy.

Når ferrolegeringen fylles i karet inneholdende kjølelegemene vil smeltet ferrolegering fylle mellomrommene som oppstår mellom kjølelegemene og dermed størkne til en rekke biter med en størrelse og form tilsvarende mellomrommene mellom kjølelegemene. Ved å tilpasse størrelsen og formen av kjølelegemene vil derved bitene av størknet ferrolegering få en forholdsvis jevn størrelse, slik at ferrolegeringen kan støpes direkte til salgsstørrelse. When the ferroalloy is filled into the vessel containing the heat sinks, molten ferroalloy will fill the spaces that occur between the heat sinks and thus solidify into a number of pieces with a size and shape corresponding to the spaces between the heat sinks. By adapting the size and shape of the heat sinks, the pieces of solidified ferroalloy will have a relatively uniform size, so that the ferroalloy can be cast directly to sales size.

Kjølelegemene er fortrinnsvis fremstilt av støpejern, stål- eller kobberlegeringer. Disse materialene har en tilstrekkelig høy egenvekt og har et tilstrekkelig høyt smeltepunkt samt en tilstrekkelig varmekapasitet til at temperaturen av ferrolegering som fylles i karet raskt kjøles ned til en temperatur under størkningspunktet for den aktuelle ferrolegering. Den raske nedkjølingen forårsaker en langt finere kornstruktur i støpt ferrolegering enn i ferrolegeringer støpt ved de konvensjonelle metodene. Denne strukturen fører til et mekanisk sterkere materiale enn det som oppnås ved støping ved konvensjonelle metoder. Støpejern, stål- og kobberlegeringer har videre en forholdsvis høy varmeutvidelseskoeffisient hvilket medfører at kjølelegemene utvider seg når de blir oppvarmet av smeltet ferrolegering hvorved ferrolegeringen som fyller hulrommene mellom kjølelegemene vil sprekke opp. I motsetning til konvensjonell knusing, der ferrolegeringen blir komprimert i knuseprosessen, vil ferrolegering ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen bli ekspandert. Knusingen skjer fra innsiden av materialet. De støpte bitene av ferrolegering vil derfor enkelt kunne skilles fra kjølelegemene og fra hverandre. The heat sinks are preferably made of cast iron, steel or copper alloys. These materials have a sufficiently high specific gravity and have a sufficiently high melting point as well as a sufficient heat capacity so that the temperature of the ferroalloy that is filled in the vessel is quickly cooled to a temperature below the solidification point of the relevant ferroalloy. The rapid cooling causes a far finer grain structure in cast ferroalloy than in ferroalloys cast by the conventional methods. This structure leads to a mechanically stronger material than that obtained by casting by conventional methods. Cast iron, steel and copper alloys also have a relatively high thermal expansion coefficient, which means that the heat sinks expand when they are heated by molten ferroalloy, whereby the ferroalloy that fills the cavities between the heat sinks will crack. In contrast to conventional crushing, where the ferroalloy is compressed in the crushing process, ferroalloy will be expanded by the method according to the invention. The crushing takes place from the inside of the material. The cast pieces of ferroalloy will therefore be easily separated from the heat sinks and from each other.

Når temperaturen i karet er blitt tilstrekkelig lav til at all ferrolegering er størknet, tømmes innholdet i karet ut på en rist eller lignende slik at ferrolegeringsbitene kan skilles fra kjølelegemene. Alternativt kan kjølelegemene skilles fra de støpte ferrolegeringsbitene ved magnetseparering, ved gravimetriske metoder eller manuelt. When the temperature in the vessel has become sufficiently low that all the ferroalloy has solidified, the contents of the vessel are emptied onto a grate or similar so that the ferroalloy pieces can be separated from the heat sinks. Alternatively, the heat sinks can be separated from the cast ferroalloy pieces by magnetic separation, by gravimetric methods or manually.

Kjølelegemene kan ha en ensartet størrelse og form, men kjølelegemer med forskjellig form og/eller størrelse kan også benyttes. Det foretrekkes at det benyttes kjølelegemer med en slik form at fritt volum i karet når karet er fylt med kjølelegemer er mellom 30 og 70 % av karets volum. The heat sinks can have a uniform size and shape, but heat sinks with different shapes and/or sizes can also be used. It is preferred that cooling bodies are used with such a shape that the free volume in the vessel when the vessel is filled with cooling bodies is between 30 and 70% of the vessel's volume.

Kjølelegemene kan i prinsippet ha en hvilken som helst form så som for eksempel kuber, prismer, kuler, pyramider, staver, sylindre, kjegler, ringer eller andre mangekantede legemer. Kjølelegemene kan også benyttes i form av lenker så som kjettinger. Det som er vesentlig er at når kjølelegemene fylles i et kar så dannes det hulrom mellom kjølelegemene. Fyllingen av kjølelegemene i karet foretas fortrinnsvis på en vilkårlig, uordnet måte, men kjølelegemene kan også arrangeres i et bestemt mønster ved hjelp av en manipulator eller robot. Størrelsen av kjølelegemene kan også varieres for å oppnå passende størrelse på hulrommene som dannes mellom kjølelegemene men det foretrekkes å benytte kjølelegemer med størrelse hvor største dimensjon er mellom 200 mm og 300 mm og hvor minste dimensjon er mellom 10 mm og 20 mm. The heat sinks can in principle have any shape such as, for example, cubes, prisms, spheres, pyramids, rods, cylinders, cones, rings or other polygonal bodies. The heat sinks can also be used in the form of links such as chains. What is important is that when the heat sinks are filled in a vessel, cavities are formed between the heat sinks. The filling of the cooling bodies in the vessel is preferably carried out in an arbitrary, unordered way, but the cooling bodies can also be arranged in a specific pattern with the help of a manipulator or robot. The size of the heat sinks can also be varied to achieve a suitable size of the cavities that are formed between the heat sinks, but it is preferable to use heat sinks with a size where the largest dimension is between 200 mm and 300 mm and where the smallest dimension is between 10 mm and 20 mm.

Den foreliggende oppfinnelse vil nå bli nærmere beskrevet under henvisning til den etterfølgende tegning, hvor The present invention will now be described in more detail with reference to the subsequent drawing, where

Figur 1 viser et vertikalt snitt gjennom et kar for støping av ferrolegering. Figure 1 shows a vertical section through a vessel for casting ferroalloy.

På figur 1 er det vist et kar 1 med bunn 2 og sidekant 3 for støping av ferrolegering. Karet 1 er fylt med kjølelegemer 4 av stål og med kubisk form med sidekant 100 mm. Kjølelegemene 4 er fylt vilkårlig i karet 1 slik at det dannes en rekke hulrom mellom kjølelegemene. Hulrommene vil være av forskjellig størrelser og form, men vil generelt ha en slik form og størrelse at den største dimensjon av hulrommene er mindre enn 100 mm og større enn 10 mm. Figure 1 shows a vessel 1 with bottom 2 and side edge 3 for casting ferroalloy. The vessel 1 is filled with cooling elements 4 made of steel and with a cubic shape with a side edge of 100 mm. The cooling bodies 4 are filled arbitrarily in the vessel 1 so that a number of cavities are formed between the cooling bodies. The cavities will be of different sizes and shapes, but will generally have such a shape and size that the largest dimension of the cavities is less than 100 mm and greater than 10 mm.

Ved et forsøk ble smeltet ferrokrom tappet fra en øse (ikke vist). Tappestrålen 5 ble plassert sentralt i karet 1 og mellomrommene mellom kjølelegemene 4 ble fylt med smeltet ferrokrom 6. Etter at det utstøpte ferrokrom var størknet ble innholdet i karet 1 tømt ut. Ved uttømmingen sprakk kaken bestående av kjølelegemer 4 og biter av støpt ferrokrom opp. Kjølelegemene 4 ble deretter fjernet fra ferrokrombitene ved hjelp av magnetisme. In one experiment, molten ferrochrome was drawn from a ladle (not shown). The tapping jet 5 was placed centrally in the vessel 1 and the spaces between the cooling bodies 4 were filled with molten ferrochrome 6. After the cast ferrochrome had solidified, the contents of the vessel 1 were emptied. During the discharge, the cake consisting of heat sinks 4 and pieces of cast ferrochrome cracked open. The heat sinks 4 were then removed from the ferrochromium pieces by means of magnetism.

Ferrokrombitene hadde en størrelse innenfor ønsket salgsstørrelse og videre nedknusing var således ikke nødvendig. Mengden av finstoff som ble produsert under støping var meget lav, ca 1,5 vekt %. The ferrochromium pieces had a size within the desired sales size and further crushing was thus not necessary. The amount of fines produced during casting was very low, about 1.5% by weight.

Det ble ikke funnet noen slitasje eller avsmelting på de kjølelegemene som ble benyttet. Disse ble derfor returnert og benyttet for flere utstøpinger. Selv etter en rekke utstøpinger kunne det ikke observeres vesentlig slitasje på kjølelegemene. Forbruket av kjølelegemer ved støpemetoden i henhold til oppfinnelsen er derfor meget lavt. No wear or melting was found on the heat sinks that were used. These were therefore returned and used for several castings. Even after a number of castings, no significant wear could be observed on the heat sinks. The consumption of heat sinks by the casting method according to the invention is therefore very low.

Claims

1. Method for casting ferroalloys, characterized in that a vessel is filled with a number of cooling bodies so that a number of cavities are formed between the cooling bodies, which cooling bodies are made of a material with a melting point that is close to or higher than the casting temperature of the ferroalloy which is to be cast and which has a specific gravity which is equal to or higher than the ferroalloy to be cast, filling of molten ferroalloy in the vessel, removal of solidified ferroalloy together with the cooling bodies, as well as separation of the cooling bodies from solidified ferroalloy.

2. Method according to claim 1, characterized in that the vessel is filled with cooling bodies of such a shape and size that the cooling bodies occupy between 30 and 70% of the vessel's volume when the cooling bodies are filled in the vessel in an arbitrary manner.

3. Method according to claim 1, characterized in that the vessel is filled with cooling bodies of such a size that the largest dimension of the cooling bodies is between 200 mm and 300 mm and where the smallest dimension of the cooling bodies is between 10 and 20 mm.

4. Method according to claim 1, characterized in that the vessel is filled with cooling bodies made of cast iron, steel or copper alloy.

5. Method according to claim 1, characterized in that the vessel is filled with cooling bodies in a shape selected from cube shape, sphere shape, pyramid shape, rod shape, cylinder shape, prism shape, cone shape or ring shape.

6. Method according to claim 1, characterized in that the vessel is filled with cooling bodies where the cooling bodies are linked together.

7. Method according to claim 6, characterized in that the vessel is filled with chain-shaped cooling bodies.

8. Method according to claim 1, characterized in that the cooling bodies are separated from solidified ferroalloy by means of magnetism.

9. Method according to claim 1, characterized in that the cooling bodies are separated from solidified ferroalloy by means of sieving.

10. Method according to claim 1, characterized in that the cooling bodies are separated from solidified ferroalloy by gravimetric method.