CH486935A - Verfahren und Einrichtung zum Aufheizen von Schmelzen durch exotherme Reaktionen - Google Patents

Description

  Verfahren und Einrichtung     zum    Aufheizen Schmelzen     durch        exotherme    Reaktionen    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufhei  zen von metallischen Schmelzen durch     exotherme    Re  aktionen. Dieses Verfahren bezweckt das Aufheizen  von Schmelzen, welche sich z. B. in einem nicht heiz  baren Behälter, z. B. in einer Transportpfanne, Giess  form usw. befinden.  



  Die nachträgliche Aufhetzung von Schmelzen er  folgt in bekannter Weise mit elektrischer Energie, sei  es über Widerstand, Induktion, Lichtbogen und andere  Methoden. Wenn jedoch eine Schmelze aus dem  Schmelzaggregat abgestochen worden ist, ist eine nach  trägliche Aufhetzung derselben mit elektrischer Energie  äusserst schwierig und teuer und kann nur mit auf  wendigen Einrichtungen durchgeführt werden. Es ist  daher in der     Schmelzereipraxis    die Aufgabe gestellt,  mit einer einfachen Einrichtung eine abgekühlte  Schmelze rasch aufheizen zu können.  



  Es ist bekannt, Schmelzen zum Zwecke der Rei  nigung mit über der Schmelze befindlichen oder     in     die Schmelze getauchten Lanzen mit Sauerstoff zu bla  sen, wobei gleichzeitig     eine    Erhitzung der Schmelze  erfolgt. Mit dem Einblasen von Sauerstoff in eine  Schmelze steigt der Sauerstoffgehalt derselben, wobei  wesentliche Bestandteile der Schmelze     oxydiert    werden  und in die Schlacke aufsteigen. Durch eine anschliessende  Behandlung mit     desoxydierenden    Metallen, z. B. Sili  zium, Mangan, Aluminium und anderen, muss der hohe  Sauerstoffgehalt der Schmelze wieder herabgesetzt wer  den.

   Die in die Schlacke gestiegenen, verbrannten Le  gierungselemente müssen desgleichen durch     Desoxyda-          tion    zurückgewonnen oder ersetzt werden. Der     Zweck-          des    Sauerstoffblasens ist in diesen Fällen jedoch nicht  die Erhitzung der Schmelze, wobei gleichzeitig eine  teilweise Verbrennung der Schmelze stattfindet, sondern  die Entfernung von unerwünschten Legierungselemen  ten, wie z. B. überschüssiges     Aluminium,    Kohlenstoff  und andere.  



  Es ist bekannt, Schmelzen mit Hilfe einer Stich  flamme, welche durch Verbrennung von<B>öl</B> oder an  deren Heizstoffen mit reinem Sauerstoff erzeugt wird,    aufzuheizen. Die Verbrennungsprodukte, die dabei ent  stehen, sind Wasserdampf und Kohlensäure     (C0->).    Eine  solche Art der     Aufhetzung    führt jedoch zur Anrei  cherung, vor allem von Wasserstoff und Sauerstoff in  Schmelzen und ist für empfindliche Schmelzen, wie  z. B. Stahlschmelzen, die kurz vor dem Vergiessen ste  hen, nicht anwendbar, da die Schmelzen nach einer  derartigen Aufhetzung meist porig und blasig werden.  



  Die Erfindung bezweckt, zum Aufheizen der  Schmelze einen     Verbrennungsprozess    einzusetzen, bei  welchem die Verbrennungsprodukte Stoffe sind, die       keine        Aufgasung    oder Verschlechterung der Schmelze  bewirken.  



  Es sind ferner     exotherme    Reaktionsmassen, beispiels  weise Mischungen von Eisenoxyd und     Magnesiumpul-          ver,    sogenannte     QAntilunkermittel ,    bekannt, welche zur       Aufhetzung    von Aufgüssen verwendet werden. Solche  Massen werden nicht mit reinem Sauerstoff, sondern  mit     Oxydträgern    zur Reaktion gebracht. Eine kontrol  lierte und im Sinne der Anmeldung regulierbare und  an einem Ort konzentrierte Wärmeentwicklung ist mit  solchen     uAntilunkermittelnu    nicht durchführbar. Ele  mentarer Sauerstoff gibt die höchste Wärmebilanz.  



  Das Aufheizen von Schmelzen wird gemäss vor  liegender Erfindung dadurch gelöst, dass Sauerstoff und  Metalle gleichzeitig an den Reaktionsort zugeführt wer  den, wobei einstellbare Regelelemente die Mengen der  beiden Stoffe in der Weise regeln, dass die ganze Menge  des zugeführten Sauerstoffs durch die zugeführten Me  talle gebunden wird.  



  Erfindungsgemäss ist es möglich, den Austritt der  Zuführungseinrichtung von Sauerstoff und wärmeabge  benden Metallen über der     Badoberfläche    der Schmelze  anzuordnen, so dass die Reaktion an der Oberfläche  der Schmelze abläuft. Die dabei in grösseren Stücken  oder in Pulverform anfallenden Oxyde können durch  eine gleichzeitige, in einem bestimmten     Verhältnis    zu  den zugesetzten Reaktionsstoffen stehende Zugabe von       Flussmitteln    in eine flüssige, gut     abschöpfbare    oder     ab-          giessbare    Schlacke umgewandelt werden.

   Da ein sol-           cher,    bei hohen Temperaturen ablaufender     Aufheiz-          prozess    mit einer starken Dampf-, Rauch- und Staub  entwicklung verbunden ist, ist es notwendig, diesen  mit einer     Absaugung    der entstehenden dampfförmigen  und staubförmigen Reaktionsprodukte zu kombinieren,  wobei diese in ihrer     Absaugleistung    genau auf die       Prozessführung    abgestimmt werden muss, da ein Zuviel  zu einer Abkühlung bzw. Oxydation der Schmelze füh  ren kann.  



  Soweit     Desoxydationsstoffe,    die bei Berührung mit  einer Metallschmelze verdampfen (wie z. B.     Calcium     und Magnesium bei Kontakt mit einer Stahlschmelze)  verwendet werden, bilden diese eine mit dem zuge  führten Sauerstoff sich gut mischende Atmosphäre, wel  che unter Entwicklung besonders hoher Temperaturen  schlagartig reagiert. Es ist möglich, bei verdampfenden  Metallen nach der Zündung die Reaktion so ablaufen  zu lassen, dass diese nach Eindringen in die hocher  hitzte Reaktionszone verdampfen und somit eine Hoch  temperatur-Flammenzone aufrechterhalten werden kann,  ohne dass die für die     exotherme    Reaktion notwendigen  Metalle die Schmelze berühren müssen.  



  Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele des  Verfahrens, und zwar     Fig.    1 ein erstes Ausführungs  beispiel mit Reaktionsablauf unter der     Badoberfläche,          Fig.    2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit Reaktions  ablauf unmittelbar an der     Badoberfläche    und     Fig.    3  ein drittes Ausführungsbeispiel, ähnlich dem in     Fig.    2  gezeigten, mit zusätzlichen Einrichtungen zur     Absau-          gung    von Gasen, Dämpfen und Staub, sowie einer  Lanze zur gleichzeitigen     Spülgasbehandlung.     



  In     Fig.    1 ist eine Schmelze 1 in einem Behälter 29  vorhanden. Mit 2 ist ein Metallstrang bezeichnet, wel  cher durch eine     Vorschub-Vorrichtung    7     an    die Aus  trittsstelle 3 befördert werden kann. Unter den Be  griff Metall fallen z. B.     Calcium,    Magnesium, Alumi  nium,     Cer,    Mangan, Silicium bzw. deren Mischungen,  Legierungen oder Verbindungen. Durch die Zuleitung 8  wird gasförmiger oder flüssiger Sauerstoff eingeleitet,  welcher über den Vorraum 15 und die Zuführung 4  ebenfalls an die Austrittssteile 3 geleitet wird. Die feuer  feste Schutzhülle 5 umgibt den Zwischenraum 4 und  schützt die darin enthaltenen Metallteile gegen die Hitze  einwirkung der Schmelze.  



  In     Fig.    1 ist ferner eine Zuführungseinrichtung  für     Flussmittel    schematisch dargestellt. 11 ist ein Vor  ratsbehälter, aus welchem durch die     Abmessvorrichtung     10     Flussmittel    in abgemessenen Mengen über die Zu  leitung 9 auf die     Oberfläche    der Schmelze gebracht  werden können. Es ist auch möglich, die Zuführungs  leitung 9 direkt in den Raum 15 münden zu lassen,  so     dass    die     Flussmittel    gleichzeitig mit dem Sauerstoff  in die Reaktionszone gebracht werden.  



  Das erste Ausführungsbeispiel gemäss     Fig.    1 ar  beitet wie folgt: Durch die Zuleitung 8 wird Sauerstoff  eingeführt, dessen Menge über das Regelventil 22 ein  gestellt werden kann. Gleichzeitig wird die Vorschub  einrichtung 7 eingeschaltet, welche über eine Regel  einrichtung 23 gesteuert werden kann. Zum Beispiel  kann hier ein stufenloses Getriebe verwendet werden,  das einen beliebig einstellbaren Vorschub des Metall  stranges gestattet.

   Das Verhältnis der Zugabe von Sauer  stoff und Metall kann an Steuerkasten 24 über ein  stellbare Knöpfe 26 vorgewählt werden. Über einen  Knopf 25 kann die     Gesamtwärmeleistung    der     Auf-          heizvorrichtung    je nach Bedarf eingestellt werden. 27    ist die elektrische Stromzuleitung für die Steuerung  der Regelelemente.  



  Beim Einsetzen der ganzen Einrichtung in das Bad  zündet der Strang 2 mit dem zugeführten Sauerstoff  und erzeugt dadurch an der Stelle 3 einen hocher  hitzten Raum 6. Die dabei entstehenden hocherhitzten  Oxyde gelangen in die Schmelze und steigen in dieser  an die Oberfläche, wo sie sich pulverförmig oder flüssig  oder in Form von festen Massen ausscheiden.  



  Soweit es zweckmässig ist, Schlackenbestandteile auf  der     Badoberfläche    in flüssige Schlacke umzuwandeln,  können durch die Zuleitung 9     Flussmittel    zugesetzt wer  den. Die Zugabe der     Flussmittel    wird erfindungsgemäss  gleichfalls durch die gemeinsame Regeleinrichtung 24  gesteuert. 28 veranschaulicht die elektrischen Steuer  leitungen zu den     einzelnen        Zugabeeinrichtungen,    wel  che in die gemeinsame Regeleinheit 24 münden.  



  Als     Flussmittel    können z. B.     Halogenide        (Kryolith)     oder Oxyde (Quarzmehl, Glasstaub) verwendet werden.  Über die Zuleitung 9 können auch gasförmige oder  flüssige Halogene, wie z. B. Chlor oder     Halogenide     wie     Silizium-Tetrafluorid,        Fluor-Chlorkohlenstoff    und  andere, zugeführt werden, welche mit den zugeführten  Metallen zu     Flussmitteln    reagieren.

   Anstelle der in     Fig.    1  dargestellten Zuführungseinrichtung für     Flussmittel,    wel  che direkt auf die     Badoberfläche    gerichtet ist, kann  eine Einrichtung verwendet werden, deren Leitung 9  in den Raum 15 über der Sauerstoffzuleitung 4 mün  det. Dies ist vor allem dann von     Vorteil,    wenn Ge  fahr besteht, dass die Austrittsstelle 3 durch Oxyde       verstopft    wird.  



  Im Ausführungsbeispiel von     Fig.    2 sind die Schmelze  1, der Strang 2 und die Austrittsstelle 3 darin unter  schiedlich von     Fig.    1, dass sich die Austrittsstelle 3  über der     Badoberfläche    befindet. Die     Vorschubvor-          richtung    7/23 und die     Sauerstoffzuführung    822 sind  praktisch analog der Einrichtung von     Fig.    1 ausge  bildet. Anstelle der feuerfesten Umkleidung 5 von     Fig.    1  ist in     Fig.    2 ein wassergekühlter Mantel 14 dargestellt.  Die Wasserzuleitung 12 und die Wasserableitung 13  sind schematisch eingezeichnet.

   Die Zuführungseinrich  tung 9, 10, 11 für     Flussmittel    ist analog     Fig.    1 aus  gebildet.  



  Die Einrichtung gemäss     Fig.    2 arbeitet grundsätzlich  gleich wie diejenige von     Fig.    1, mit dem Unterschied,  dass die wärmeabgebende Reaktion über der     Badober-          fläche    erfolgt.  



  Das Ausführungsbeispiel von     Fig.    3 ist bezüglich  der Einführung von Sauerstoff und Reaktionsstoffen  analog     Fig.    2 gezeichnet und numeriert. Zusätzlich zu  den in     Fig.    2     vorhandenen    Einrichtungen ist bei die  sem Ausführungsbeispiel eine Zuführung 20 für     Inert-          gase    (Argon) vorgesehen.

   Mit einer Zuführung von       Inertgasen    kann eine     Rührbewegung    der Schmelze     be-          wirkt    werden, so dass die hocherhitzten Teile der       Schmelze    aus der oberen Zone     in    untere Zonen ge  rührt werden, was eine bessere Wärmeausnützung und  Verteilung bewirkt.     Ferner    ist in     Fig.    3 eine Glocke  16 schematisch dargestellt, welche den unteren Teil  der Zuführung von Sauerstoff und Reaktionsstoffen um  aibt. Diese wird über die Leitung 17     mit    einem Filter  19     sovxze    mit einer Saugpumpe 21 verbunden.

   Durch  ein Regelelement 18 kann die     Absaugleistung    gere  gelt werden und dadurch dem Reaktionsverlauf ange  passt werden. Dieses Regelelement kann     in    Wirkungs  verbindung mit der     Zugabevorrichtung    7 oder der Sauer  stoffzugabe 8 gebracht werden.      Der Vorteil dieser Einrichtung besteht vor allem  darin, dass man auf diese Art     eine    verhältnismässig  einfache, transportable Einrichtung erhält, welche es  gestattet, einen je nach Bedarf einstellbaren     Aufheiz-          prozess    durchzuführen. Es kann damit z. B.     eine    ge  naue Giesstemperatur einer Schmelze in der Pfanne       eingestellt    werden.

   Ein weiterer     Vorteil    ist, dass     eine          Aufhetzung    nach diesem Verfahren gleichzeitig oder  im Anschluss an wärmeverbrauchende Behandlungen von  Schmelzen durchgeführt werden kann. Wird eine sol  che Behandlung gleichzeitig mit einer     Spülgasbehand-          lung,    z. B.     Argonspülung,    durchgeführt, so erhält man  eine wirksame Entgasung der Schmelze, ohne dass die  Schmelze abkühlt.  



       Ein    weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass  gleichzeitig mit der     Aufhetzung    eine wirksame Ent  schwefelung von Schmelzen durchgeführt werden kann.  Wenn z. B. ein Teil der     Aufhetzung    mit metallischem       Calcium    erfolgt, so reagiert dieses zu     Calciumoxyd,     welches bei den hohen Temperaturen des Prozesses  eine Entschwefelung der Schmelze bewirkt. Es ist auch  möglich, gleichzeitig mit den     Flussmitteln    Stoffe zuzu  setzen, welche eine Entschwefelung begünstigen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Aufheizen von metallischen Schmelzen durch exotherme Reaktionen, dadurch ge kennzeichnet, dass Sauerstoff und Metalle gleichzeitig an den Reaktionsort zugeführt werden, wobei einstell bare Regelelemente die Mengen der beiden Stoffe in der Weise regeln, dass die ganz Menge des zugeführten Sauerstoffs durch die zugeführten Metalle gebunden wird.

   II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sauerstoffzuleitung (8) mit einer regelbaren Vor schubvorrichtung (23/7) für Reaktionsmetall kombiniert wird, wobei Regelelemente (24, 25, 26) vorgesehen sind, mit welchen die zugeführten Mengen des Sauer stoffs und diejenigen des zugeführten Reaktionsmetalls in einem vorbestimmten Verhältnis regelbar sind. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Metalle pulverförmig zugegeben werden. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Metalle granuliert zugegeben wer den.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Metalle strangförmig zugegeben werden. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Metalle in flüssiger Form zu gegeben werden. 5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass gleichzeitig mit der Zugabe von wärmeabgebenden Metallen und Sauerstoff, in einem festen Verhältnis zu diesen, Flussmittel an den Re aktionsort gebracht werden, welche die durch den Heiz- prozess entstehenden Oxyde in eine bei der Temperatur der aufzuheizenden Schmelze flüssige Schlacke umwan deln.

   <I>Anmerkung des</I> Eidg. <I>Amtes für geistiges Eigentum:</I> Sollten Teile der Beschreibung mit der im Patentanspruch gegebenen Definition der Erfindung nicht in Einklang stehen, so sei daran erinnert, dass gemäss Art.<B>51</B> des Patentgesetzes der Patentanspruch für den sachlichen Geltungs bereich des Patentes massgebend ist.