DE1508112A1 - Verfahren und Anordnung zum Behandeln von Metallschmelzen - Google Patents
Verfahren und Anordnung zum Behandeln von MetallschmelzenInfo
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Description
Verfahren und Anordnung zum Behandeln von Metallschmelzen
Me Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen,
z.B. von Stahlschmelzen, und auch eine Anordnung zur Ausführung des Verfahrens.
Viele Verfahren zur Raffination von Schmelzen sind bekannt, z.B. das Entgasen der Schmelzen in einem Lichtbogenofen bei gleichzeitiger
Umrührung. Eine solche Anlage ist aber ziemlich aufwendig und kompliziert. Es ist an und für sich auch bekannt,
Stahlschmelzen unter Vakuum bei gleichzeitiger Umrührung zu entgasen, z.B. mit elektromagnetischer, mehrphasiger und niederfrequenter
Umrührung. Man kann so ein hochwertiges Produkt erhalten, sofern zuvor nach dem Schmelzen auch eine Frischung, Schlackenreaktionen
und Analysenjustierungen durchgeführt werden. Dafür sind aber neben üblichen Lichtbogenöfenanlagen gewöhnlich auch
einmal besondere Prischungs- und Schlackenreaktionseinrichtungen und zum anderen besondere Umrührungs- Entgaeungseinheiten erforderlich, was ebenfalls einen verhältnismässig grossen Aufwand
erfordert.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, nach dem Frischungs-,
Sthlackenreaktions- und eventuell Analysenjustierungsprozesse
in direktem Anschluss an die Entgasung und Umrührung ausgeführt werden können. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Behandlung der Schmelze in mehreren Schritten so durchgeführt wird, dass der Tiegel oder die Giesspfanne mit der unbehandelten
Schmelze entweder mit einem Deckel mit Elektroden zwecks Erwärmung der Schmelze oder mit einem Deckel mit Evakuierungsleitungen
abgedeckt bzw. in einen Vakuumtank eingefahren wird. Das Verfahren gestattet, alle für die Behandlung der Schmelze notwendigen
Prozesse in einer sehr einfachen Anlage durchzuführen, wobei nur ein Umrührer benutzt und gleichzeitig eine Umrührung
sowohl während der Frischung als auch während der Entgasung erhalten wird. Bei der Friechung der Schmelze wird sowohl eine
Homogenisierung der Schmelze als auch ein Wärmeausgleich erhalten und durch Wahl einer nach oben gerichteten Phasenfolge für die
Umrührungsspule auch eine nach innen gerichtete Bad- und Schlackenbewegung an der Oberfläche, wodurch Schlackenreaktionen
am Tiegelfutter vermieden werden. Während der Entgasung wird eine motorische Umrührung mit einer Bewegung des Bades vom
Tiegelboden zur Oberfläche erhalten, d.h. die ganze Schmelze wird der Entgasung an der Oberfläche des Bades ausgesetzt.
Man will zuweilen die Entgasung bei verhältnismässig hohem
Vakuum, z.B. von der Grössenordnung 0,1 Torr, vor der Erwärmung
ausführen. Dann besteht aber die Gefahr, dass beim letzteren
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Prozess der Effekt der Entgasung teilweise verlorengeht, d.h. die Schmelze kann wieder die schädlichen Oase aufnehmen, von
denen sie zuvor befreit worden ist (z.B. Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenoxyd etc.). Diese Nachteile können
erfindungsgemäss dadurch beseitigt werden, dass Deckel mit den
durchgehenden Elektroden im wesentlichen gasdicht an die Griesspfanne
am Erwärmungsplatz angeschlossen wird. Man kann so entweder eine gewisse Entgasung bei Unterdruck (bis zu 50 a 100
Torr) und/oder eine Behandlung in Schutzgasatmosphäre (der eingeschlossenen, nicht erneuerten Luft oberhalb der Schmelze oder
einem anderen Schutzgas) durchführen, so dass die während der eigentlichen Entgasung erreichte Entgasung beibehalten oder
sogar noch verbessert wird. Man kann auch durch dieses gasdichte Anschliessen des Deckels in einem einzigen Schritt-Erwärmung:
-Entgasung- in gewissen Fällen eine zufriedenstellende Behandlung der Schmelze ohne besondere Entgasungsschritte bei
hohem Vakuum erhalten.
Diese Ausführungsform kann auoh so geändert werden, dass die
Griesspfanne mit dem Umrührer feststeht, während der gasdicht anschliessbare Deckel mit den Elektroden bzw. der vakuumdicht
anschliessbare Deckel mit mindestens einer Evakuierungsleitung
schwenkbar oder anderweitig auf die Griesspfanne aufsetzbar ist.
Eine Anordnung zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung ist entweder dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel oder die
Pfanne zusammen mit dem Umrührer auf einem Wagen angeordnet ist,
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der zwischen den ortsfest angeordneten Evakuierungs- und Erwärmungsvorrichtungen
verschiebbar ist oder dass der Tiegel oder die Pfanne mit dem Umrührer ortsfest angeordnet und die Deckel
zur Evakuierung und zur Erwärmung heb- und senkbar und schwenkbar neben dem Tiegel so angeordnet sind, dass sie abwechselnd auf
den Tiegel aufgesetzt werden können. Eine Anordnung geaäss der Erfindung erfordert keine vollständige Frisohungseinheit und
Entgasungseinheit, sondern es kann in ein und derselben Anlage der bewegliche Tiegel-Umrührerteil entweder mit einer Erwärmungs-.
einheit mit Elektroden oder einer Vakuumeinheit kombiniert werden und die Umrührung mit ein und demselben Umrührer während
der ganzen Zeit erfolgen.
Die Umrührungskraft wird durch Verwendung von mehrphasigem Strom
und niedriger Frequenz (0,1-10) und zwar in der Form eines Wanderfeldes erhalten, das sich axial bewegt und die Schmelze mitsich
zieht wie auch das Drehfeld im Asynchronmotor den Rotor mitsich zieht. Allein durch Vakuum erhält man zwar auch eine gewisse
axiale und nach oben gerichtete Strömung auf Grund von aufsteigenden Gasblasen, z.B. in Zusammenhang mit der Bildung von CO,
dieser Effekt ist jedoch auf den Oberteil der Schmelze begrenzt, während die Bodenschmelze unbeeinflusst bleibt, ein Nachteil,
der durch motorische Umrührung vermieden wird. Auch durch netzfrequenten, mehrphasigen Strom kann man eine gewisse Umrührung
in der Schmelze erhalten, diese wird aber repulsiv und gewisse Teile der Schmelze gelangen niemals zur Oberfläche, ein
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Nachteil, der durch die aussergewöhnlich niedrige Frequenz von
0,1-10 Hz vermieden wird. Indem man den Tiegelmantel unmagnetisch macht, kann die Umrührungskraft die Tiegelwand durchdringen und
in die Schmelze gelangen.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung "beschrieben,
in dieser zeigen :
Pig. 1 eine bewegliche Einheit beim Einfüllen der Schmelze,
Fig. 2 die Einheit an der Erwärmungsstelle, Pig. 3 die gleiche Einheit an der Entgasungssteile,
Pig. 4- eine andere bewegliche und Pig. 5 eine ortsfeste Einheit.
Ein Tiegel oder eine Giesspfanne 11, zweckmässig aus einer
Stampfmasse, ist in einer mehrphasigen Umrührerwicklung 12 für niedrige Frequenz (0,1-10 Hz) mit zugehörigem keramischem Schutz
13 und Eisenkern H angeordnet. Die Wicklung besteht aus einer oder mehreren Zylinderspulen. Der Tiegel 11 und die Umrührwicklung
mit Zubehör sind auf einem Wagen 15 angeordnet, so dass sie zu den verschiedenen Stationen gefahren werden können. Der
Tiegel hat im Boden eine Auslassöffnung, die in üblicher Weise mit einem Stopfen 16 verschlossen werden kann. Der Stopfen ist
nur in Fig. 1 gezeigt. Die Schmelze wird in den Tiegel von oben aus einem oberhalb des Tiegels befindlichen Lichtbogenofen,
Giesspfanne od.dgl. (nicht gezeigt) eingefüllt, was durch einen Pfeil angedeutet ist. Nach dem Einfüllen wird die Schmelze mit
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Hilfe der Wicklung 12 umgerührt, um eine Homogenisierung und
einen Ausgleich der Temperatur zu erreichen. Die Umruhrungsrichtung
der Schmelze nach der Figur wird durch eine nach oben gerichtete Phasenfolge der Wicklung erhalten.
Der Tiegel wird dann mit dem Wagen 15 zu einer Erwärmungsstelle (Pig. 2) mit einem heb- und senkbaren Deckel 17 mit Elektroden
18 (Söderbergelektroden oder Graphitelektroden) gefahren. Der Deckel 17 wird bis zur Anlage mit der oberen Kante des Tiegels
abgesenkt, und die Schmelze wird durch den Lichtbogen von den Elektroden erwärmt, denen eine entsprechende elektrische
Leistung zugeführt wird. Bei diesem Vorgang kann eine Frischung der Schmelze (eventuell auch Sauerstoffeinblasung) zusammen mit
zweckmässigen Schlackenreaktionen und ev. Analysenjustierungen durchgeführt werden. Die Umrührung der Schmelze wird dabei
fortgesetzt, wie die Pfeile in Fig. 2 zeigen. Hierdurch wird die Temperatur ausgeglichen, nicht zuletzt an den Elektroden
18, und gleichzeitig eine Homogenisierung der Schmelze erhalten. Durch die nach innen gerichtete Badbewegung an der Oberfläche,
die durch die aufwärts gerichtete Phasenfolge in der Spule erhalten wird, werden gleichzeitig Schlackenreaktionen an den
Tiegelwänden verhindert.
Wenn dieser Teil der Schmelzenbehandlung abgeschlossen ist, werden die Elektroden abgeschaltet, der Deckel 18 wird abgehoben
und der Tiegel wird zu der Entgasungsstelle (Pig. 3) gefahren. Hier wird ein vakuumdichter Deckel 19 auf die Ober-
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kante des Tiegels 11 gelegt und der Raum zwischen Deckel und
Schmelze durch eine Leitung 20 von einer nicht gezeigten Evakuierungspumpe "bis zu einem Druck von unter 50 Torr, zweckmäesig
unter 20 Torr, vorzugsweise unter 0,1 Torr, evakuiert. Mit Hilfe der immer noch stattfindenden Umrührung, die eventuell beim
Transport unterbrochen werden kann, werden N2» H2 und O2 aus der
Schmelze entfernt, und es wird ein hochwertiger Stahl erhalten. Der Umrührer ergibt auch eine gewisse Warmhaltung der Schmelze.
Nachdem der gewünschte Heinheitsgrad des Stahls erreicht ist,
wird die Schmelze in Kokillen eingefüllt oder in eine gewünschte Form gegossen, wonach die Einheit für erneute Abzapfung unbehandelter
Schmelze bereit ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 4 nimmt eine Giesspfanne
21 aus einer Stampfmasse oder ein Tiegel mit unmagnetischer Wand
die unbehandelte Schmelze, z.B. Stahlschmelze, auf. Der Tiegel sitzt wieder in einem Umrührer 23. Dieser kann zylindrisch oder
auch einseitig im Verhältnis zur Giesspfanne 21 angeordnet sein. Die Giesspfanne 21 mit dem Umrührer 23 (mehrphasig, 0,1-5 Hz)
sitzt auf einem Wagen 24, der zwischen einer Entgasungsvorrichtung für Vakuumentgasung bis auf einen Druck unter 20 Torr, zweckmässig
unter 0,1 Torr, und einer Heizstelle bewegbar ist. Die Entgasungsvorrichtung besteht aus einer an die Gieespfanne 21 vakuumdicht
anschliessbaren Haube 25 mit einer oder mehreren Evakuierungsleitungen 26. Die Erwärmungs- oder Heizvorrichtung besteht aus
einem im grossen und ganzen gasdicht schliessenden Deckel 27
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mit durchgehenden Elektroden 28, die durch den Deckel gasdioht
geführt sind. Der Deckel 27 ist eventuell mit einer oder mehreren Evakuierungsleitungen29 versehen und kann bis zu einer gasdicht
schliessenden lage auf die Giesspfanne 21 abgesenkt werden.
Die Behandlung der Schmelze beginnt wie zuv#r mit dem Einfüllen
der Schmelze bzw. mit dem Einsetzen der gefüllten Gieespfanne 21
in den Umrührer 23 auf dem Wagen 24. Der Wagen mit der Giesspfanne wird zur Entgasungslage geschoben, die Haube 25 wird vakuumdicht
auf die Giesspfanne 21 gesetzt, wonach die Schmelze unter Umrührung entgast wird.
Danach wird der Wagen 24 mit der Schmelze in die Erwärmungslage geschoben, der Deckel 27 wird in der Hauptsache gasdicht auf die
Giesspfanne aufgesetzt. Die Schmelze wird mit Hilfe der Lichtbögen der Elektroden 28 unter gleichzeitiger Umrührung erwärmt.
Eventuell wird die eingeschlossene Luft über der Schmelze ohne Zufuhr von neuer Luft bei oder etwas über atmosphärischem Druck
gehalten, wodurch die Reinheit der Schmelze in Hinblick auf die Gaseinschliessungen bei der Erwärmung nach der vorherigen Entgasung
beibehalten werden kann. Eventuell kannein gewisses Vakuum auch hier über der Schmelze eingehalten werden (Evakuierung
über die Leitung 29) bis auf 100 a 50 Torr, doch nicht niedriger, da die Lichtbögen bei niedrigerem Druck nicht konzentriert brennen.
Statt die eingeschlossene Luft ohne Zufuhr von neuer Luft zu benutzen, kann ein besonderes Schutzgas verwendet werden. Die
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entgaste und im übrigen fertigbehandelte Schmelze kann danach auf einem geeigneten Platz abgezapft oder abgegossen werden. Der
Entgasungsschritt (bei 25) kann in gewissen Fällen weggelassen werden, auch kann die Reihenfolge Entgasung-Erwärmung umgekehrt
werden.
In Fig. 5 ist eine Anordnung gezeigt, bei der die Giesspfanne mit dem Umrührer 23 feststeht. Mit einem Hebezeug- 31 kann auf
die Giesspfanne entweder ein vakuumdicht anschliessbarer Deokel
30 mit mindestens einer Evakuierungsleitung oder ein Deokel 32 mit Elektroden 28 und mindestens einer Evakuierungeleitung aufgesetzt
werden. Der Deckel ist im wesentlichen gasdicht an die Giesspfanne anshliessbar, nachdem er mit einem nioht gezeigten
Hebe- und/oder Drehorgan abgesenkt ist.
Das Verfahren und die Anordnung naoh der Erfindung können in
verschiedenen Weisen im Rahmen der Patentansprüche variiert werden. Z.B. kann der vakuumdicht schliessende Deckel duroh
einen Vakuumtank mit Evakuierungsleitungen ersetet werden, in
den der Tiegel mit dem Umrührer eingefahren werden kann.
Patentansprüche t
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Claims (1)
- Patentansprüche t1. Verfahren zum Behandeln von Schmelzen aus Metall oder Metalllegierungen, z.B. von Stahlschmelzen, bei dem die unbehandelte Schmelze in einen Tiegel oder eine Giesspfanne mit einem unmagnetischen metallischen Putter gegossen wird, dem bzw. der ein statischer elektromagnetischer Umrührer augeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der Schmelze in mehreren Schritten so durchgeführt wird, dass der Tiegel oder die Giess-. pfanne (11, 21) mit der unbehandelten Schmelze entweder mit einem Deckel (17) mit Elektroden (18) zwecks Erwärmung der Schmelze oder mit einem Deckel (19) mit Evakuierungsleitungen (20) abgedeckt bzw. in einen Vakuumtank eingefahren wird.2. Verfahren zur Behandlung von Schmelze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze im wesentlichen während des ganzen Behandlungsverlaufs, d.h. sowohl am Erwärmungsplatz wie am Entgasungsplatz und eventuell auch beim Transport zwischen diesen Plätzen umgerührt wird.3. Verfahren zur Behandlung von Schmelze nach Anspruch 1 bis 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines gasdicht schliessenden Deckels (27) mit Elektroden, der gleichzeitig eine Evakuierungsleitung (29) aufweist.-2-909840/0526V-I ΙΊ-· Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Phasenzahl von 2,3 oder mehr ausgeführte Umrühr wicklung (12, 23) mit einer Frequenz von 0,1-10 Hz gespeist wird.5· Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel oder die Pfanne (11, 21) zusammen mit dem Umrührer (12, 14; 23) auf einem Wagen (15, 24) angeordnet ist, der zwischen den ortsfest angeordneten Evakuierungs- und Erwärmungsvorrichtungen (17, 19; 25, 27) verschiebbar ist.6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel oder die Pfanne (21) mit dem Umrührer (23) ortsfest angeordnet und die Deckel (30, 32) zur Evakuierung und zur Erwärmung heb- und senkbar und schwenkbar neben dem Tiegel (21) so angeordnet sind, daß sie abwechselnd auf den Tiegel aufgesetzt werden können.909840/Q52ÖORIGINAL INSPECTED
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| WO2015097025A1 (de) | 2013-12-23 | 2015-07-02 | Ald Vacuum Technologies Gmbh | Vorrichtung und verfahren zum behandeln von metallischem material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| FR1507208A (fr) | 1967-12-29 |
| DE1508112B2 (de) | 1973-04-12 |
| GB1112876A (en) | 1968-05-08 |
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