DE10202417B9 - Verfahren zur Herstellung eines Beschickungsmaterials zur Verwendung in metallurgischen Verfahren - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Beschickungsmaterials zur Verwendung in weiteren metallurgischen Verfahren, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen einer Quelle geschmolzenen Metalls einer bekannten Zusammensetzung; Bereitstellen einer Quelle für festes, partikuläres Material in einer bekannten Zusammensetzung, das mit dem geschmolzenen Metall kompatibel ist; Verbinden des geschmolzenen Metalls mit dem festen, partikulären Material zur Herstellung eines verbundenen Stroms und Bilden von mehreren, einheitlich großen Metallbarren aus diesem verbundenen Strom zur Verwendung in weiteren metallurgischen Verfahren.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Beschickungsmaterials zur Verwendung in metallurgischen Verfahren.
• Legierungsbeschickungsmaterialien werden bei der Herstellung von Metallegierungszusammensetzungen verwendet. Um beispielsweise eine Eisenlegierungszusammensetzung mit spezifischen physikalischen Eigenschaften herzustellen, wird dem geschmolzenen Eisen eine bestimmte Menge an Legierungsbeschickungsmaterial hinzugefügt. Da üblicherweise eine Legierungszusammensetzung mit spezifischen physikalischen Eigenschaften gewünscht wird, ist es vorteilhaft, ein Legierungsbeschickungsmaterial in einer bekannten Größe und Zusammensetzung herzustellen.
• Es sind herkömmliche Verfahren zur Herstellung eines Legierungsbeschickungsmaterials nach dem Stand der Technik bekannt. In diesen Verfahren wird das Beschickungsmaterial durch Mischen eines geschmolzenen Metalls mit einem korpuskularen („particulate") Material in einer Mischkammer hergestellt. Das gemischte Produkt wird dann zu einem großen Block gegossen. Der Block wird dann aus der Gußform entnommen und zerkleinert, so dass viele größere, grobe Materialstücke sowie kleinere, feine Materialstücke/-späne und Staub entstehen. Die groben Stücke werden vom Staub und den feinen Materialstücken/-spänen getrennt und für weitere metallurgische Verfahren verwendet. Eines der Probleme bei den gegenwärtigen herkömmlichen Verfahren besteht darin, dass die größeren, groben Stücke verschiedene Größen aufweisen. Da die größeren, groben Stücke mehr Energie zum Schmelzen benötigen als die kleineren, wird Energie verschwendet. Werden diese groben Stücke einem geschmolzenen Metall zur Herstellung einer Metallegierung später hinzugefügt, muß die Temperatur des geschmolzenen Metalls, welchem sie hinzugefügt werden, hoch genug sein, um die größten Blockstücke schmelzen zu können. Hierdurch entsteht ein Energieverlust aufgrund einer ineffizienten Erwärmung der Schmelze. Der verbleibende Staub und die feinen Stükke/Späne werden aufgefangen und wiederverwertet, indem sie dem vorherig erwähnten korpuskularen Material hinzugefügt und so mit dem geschmolzenen Metall wieder gemischt werden. Außerdem entstehen bei herkömmlichen Verfahren große Mengen an Staub und feinen Stücken/Spänen, und es kann nur ein begrenzter Teil des entstehenden Blocks für weitere metallurgische Verfahren verwendet werden, während ein wesentlicher Anteil des entstehenden Blocks recycelt und mit dem geschmolzenen Metall gemischt werden muß. Da ein wesentlicher Teil des entstehenden Blocks abgetrennt und recycelt werden muß, sind die gegenwärtigen herkömmlichen Verfahren ineffizient, zeitintensiv und kostspielig. Darüber hinaus beziehen sich die herkömmlichen Verfahren nicht auf Metalle, die andere Materialen als Aluminium, Eisenoxid und Eisenlegierungen enthalten. Obwohl es hinsichtlich der Verbesserung des Beschickungsmaterials nach dem Stand der Technik Fortschritte gibt, bleibt der wesentliche Nachteil des Gießverfahrens unverändert.
• Die DE 38 14 907 A1 schildert ein Verfahren zur Zugabe von Legierungsmitteln in eine Metallschmelze -- insbesondere eine Stahlschmelze beim Abstich eines Konverters in eine Gießpfanne --, bei dem die Legierungsmittel in Form eines Strahles in den ausfließenden Metallschmelzengießstrahl gebracht werden; der Legierungsmittelstrahl schließt mit der durch den Metallschmelzengießstrahl gebildeten vertikalen Ebene einen Winkel ein. Bei sich ändernder Lage des Metallschmelzengießstrahles infolge sich ändernder Gießneigung des Konverters oder wegen sich ändernder Größe und Lage der Abstichöffnung des Konverters durch Verschleiß derselben und/oder bei sich ändernder Lage des Legierungsmittelstrahles infolge sich ändernder Zusammensetzung des Legierungsmittels wird die Richtung des Legierungsmittelstrahles kontinuierlich zur Zusammenführung der beiden Strahlen verstellt.
• Folglich besteht nach wie vor Bedarf an einem schnelleren, kostengünstigeren und effizienteren Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Beschickungsmaterials zur weiteren Verwendung bei der Herstellung und Raffinierung von Hüttenmetallen (primary metals), Umschmelzmetallen (secondary me tals) und Eisenlegierungen, als es durch herkömmliche Verfahren erreicht werden kann.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines verbesserten Beschickungsmaterials in einheitlicher Größe zur Verwendung in weiteren metallurgischen Verfahren, während die Effizienz des Verfahrens gesteigert und Kosten- und Zeitaufwand reduziert werden.
• Die Aufgabe wird durch das Verfahren nach dem Hauptanspruch gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Unabhängiger Schutz wird darüber hinaus für eine Vorrichtung beansprucht, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
• Es wird gemäß der Erfindung ein Verfahren geschaffen zur Herstellung eines verbesserten Beschickungsmaterials zur Verwendung in weiteren metallurgischen Verfahren, welches die nachfolgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Quelle geschmolzenen Metalls in einer bekannten Zusammensetzung, Bereitstellen einer Quelle eines festen, aus Partikeln bestehenden (partikulären) Materials in einer bekannten Zusammensetzung, welches mit dem geschmolzenen Metall kompatibel ist, Verbinden des geschmolzenen Metalls mit dem festen, partikulären Material zur Herstellung eines kombinierten (verbundenen) Stroms und Bilden von Metallbarren einheitlicher Größe aus dem kombinierten Strom zur Verwendung in weiteren metallurgischen Verfahren.
• Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend genannt.
• Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Legierungsbeschickungsmaterials zur Verwendung in weiteren metallurgischen Verfahren geschaffen, wie bei spielsweise zur Hinzufügung zu geschmolzenem Eisen zur Erzeugung einer Legierungszusammensetzung. Dieses Verfahren ergibt einen höheren Wirkungsgrad, geringere Produktionskosten und einen verringerten Zeitaufwand für die Herstellung eines Legierungsbeschickungsmaterials.
• Das erfindungsgemäße Verfahren verbindet ein geschmolzenes Metall mit einem festen, partikulären Material, so dass ein Legierungsbeschickungsmaterial entsteht, welches aus einer Verbindung aus festem Metall/Metalloxid besteht und Materialien enthält, die nicht-rheologischer Art sein können. Obwohl das Legierungsbeschickungsmaterial durch ein beliebiges, herkömmliches und nach dem Stande der Technik zur Verfügung stehendes Mischverfahren verbunden werden kann, wird es vorzugsweise durch die Verbindung eines geschmolzenen Metalls mit einem festen, partikulären Material hergestellt, so dass ein fließfähiger, verbundener Materialstrom einer gewünschten Zusammensetzung entsteht. Dieser verbundene Materialstrom kann dann über einen kontinuierlichen Guß in eine bewegliche Gießform abgelassen und zu Metallbarren mit einer gewünschten Form und in einheitlicher Größe getrennt werden. Wenn die bewegliche Gießform in einheitliche Größen getrennt wird, bleiben Materialabfälle zurück, die durch Hinzufügen derselben zum partikulären Material und somit erneutem Verbinden mit dem geschmolzenen Metall recycelt werden können. Erfindungsgemäß kann das feste, partikuläre Material massive Metallpartikel, eine Metall-Legierung oder eine Kombination aus massiven Metallpartikeln und einer Metall-Legierung enthalten, solange die Mischung ein Metall-/Metalloxid-haltiges Material enthält. Diese massiven Metallpartikel können in Form von Spänen, Drehspänen, Bohrspänen, Pulver, Feinanteilen, Bruchstücken und dergleichen vorliegen. Ebenso können die Metall/Metalloxid-haltigen Materialien aus Schlacke; vorreduzierten Materialien, Walzzunder, Oxiden oder dergleichen bestehen.
• Ferner kann die Temperatur dieses verbundenen Materialstroms nahe an die Solidus-/Liquidustemperatur (solidus/liquidus temperature) des entsprechenden geschmolzenen Materials gebracht werden, wenn eine gewünschte physikalische Mischung und zugehörige chemische Reaktion erhalten werden soll, um eine gewünschte Viskosität und Plastizität zu erreichen.
• Erfindungsgemäß wird die Viskosität dieses gebundenen Materialstroms durch das Verhältnis zwischen massiven (festen) Partikeln und geschmolzenem Metall und/oder durch das Einbeziehen eines externen Kühlgerätes zur Kontrolle der Temperatur des Materialstroms geregelt. Durch das Regulieren der Viskosität des verbundenen Materialstroms kann die Mischung in einem kontinuierlichen Guß in eine bewegliche Gießform fließen. Erfindungsgemäß. können die beweglichen Gießformen horizontal, sich drehend oder dergleichen angeordnet sein.
• Es sollte ferner beachtet werden, dass die Viskosität des verbundenen Materials an die Zugwirkung des Formgebungselements angepasst werden sollte, so dass ein kontinuierlicher Prozeßfluß erhalten wird.
• Es folgt eine detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen; diese zeigen in 1 sowie in 2 jeweils ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zu einem Verfahren zum Herstellen eines verbesserten Beschickungsmaterials über einen kontinuierlichen Guß in eine bewegliche Gießform.
• Wie in 1 dargestellt, wird ein Partikelauffangbereich 2 bereitgestellt, der einen ersten Einlaß 8 zur Aufnahme eines festen, partikulären Materials 6 und einen ersten Auslaß 10 zur Abgabe des festen, partikulären Materials 6 aufweist. Außerdem wird ein Gießbereich 4 bereitgestellt, der einen zweiten Einlaß 12 zur Aufnahme eines geschmolzenen Metalls 14, ein extern angeordnetes externes Kühlgerät 16, das das geschmolzene Metall 14 so abkühlt, dass dieses eine krustenartige Schale 18 bildet, ein Formgebungselement 20 zum Formen der Kombination aus partikulärem Material 6 und geschmolzenem Metall 14 zu einem verbundenen Strom 28 und einen zweiten Auslaß 26 für das Ablassen des verbundenen Stromes 28 aus dem Gießbereich 4 aufweist. Der Gießbereich 4 ist so angeordnet, dass der erste Auslaß 10 mit dem zweiten Einlaß 12 in Verbindung steht. Schließlich wird ein Trennelement 30 bereitgestellt und so angeordnet, dass es mit dem verbundenen Strom 28 zusammenwirkt und diesen in einheitlich große Metallbarren 32 trennt.
• 1 zeigt ein partikuläres Material 6, wie es über den ersten Einlaß 8 in den Partikelauffangbereich 2 eingeführt wird. Es ist geschmolzenes Metall 14 im Gießbereich 4 dargestellt, welches über den zweiten Einlaß 12 in den Gießbereich 4 eingeführt wird, so dass dieses durch das externe Kühlgerät 16 mit einem Kühlmitteleinlaß 22 und einem Kühlmittelauslaß 24 gekühlt wird. Um das geschmolzene Metall 14 so abzukühlen, dass eine krustenartige Schale 18 gebildet wird, wird ein Kühlmittel in den Kühlmitteleinlaß 22 eingeführt und aus dem Kühlmittelauslaß 24 abgelassen. Das Kühlgerät 16 verringert die Temperatur des geschmolzenen Metalls 14, so dass das geschmolzene Metall 14 eine krustenartige Außenschale 18 bildet. Partikuläres Material 6 kann dann durch den ersten Auslaß 10 in den zweiten Einlaß 12 und in die krustenartige Außenschale 18 fließen, so dass es mit dem geschmolzenen Metall 14 verbunden wird. Das Formgebungselement 20 zieht die Kombination aus partikulärem Material 6 und geschmolzenem Metall 14 über die Außenschale 20 durch den zweiten Auslaß 26, so dass ein verbundener Strom 28 mit einer krustenartigen Außenschale 18 entsteht. Der verbundene bzw. kombinierte Strom 28 verläßt den Gießbereich 4 als kontinuierlicher Guß und wirkt mit einem Trennelement 30 zusammen, wobei letzteres den verbundenen Strom 28 in einheitlich große Metallbarren (billets) 32 trennt. Die einheitlich großen Metallbarren werden dann über Umgebungstemperatur, ein Abschreckbecken, eine Kühlkammer oder dergleichen abgekühlt. Während des Trennverfahrens entstehen Materialspäne, Feinanteile und Staub. Diese werden aufgefangen und in das partikuläre Material 6 rückgeführt. Erfindungsgemäß kann das partikuläre Material 6 vor Einführung in die Außenschale 20 durch den zweiten Auslaß 26 vorgewärmt werden. Das partikuläre Material 6 kann unter Verwendung beliebiger, geeigneter und nach dem Stande der Technik vorhandener Mittel vorgewärmt werden.
• Ein zusätzliches Ausführungsbeispiel wird in 2 dargestellt. Ein Mischbereich 34 wird bereitgestellt, bestehend aus einem Mischelement 36, einem ersten Einlaß 8 zur Aufnahme eines festen, partikulären Materials 6, einem zweiten Einlaß 12 zur Aufnahme eines geschmolzenen Metalls 14, einem Auslaß 10 für das Ablassen einer Mischung aus partikulärem Material 6 und geschmolzenem Metall 14 und einem Formgebungselement 20 für das Formen der Kombination aus partikulärem Material 6 und geschmolzenem Metall 14 in den verbundenen Strom 28. Das Formgebungselement 20 ist so angeordnet, dass die Kombination aus partikulärem Material 6 und geschmolzenem Metall 14 aus dem Auslaß 10 abgenommen wird. Schließlich ist ein Trennelement 30 vorgesehen und angeordnet, dass es mit dem verbundenen Strom 28 zusammenwirkt und diesen in einheitlich große Metallbarren 32 trennt.
• In 2 wird ein festes, partikuläres Material 6 über einen ersten Einlaß 8 in den Mischbereich 34 eingeführt. Geschmolzenes Metall 14 wird ebenfalls über den zweiten Einlaß 12 dem Mischbereich 34 zugeführt, in welchem geschmolzenes Metall 14 und partikuläres Material 6 mit Hilfe eines Mischelements 36 so gemischt werden, dass eine im Wesentlichen homogene Zusammensetzung entsteht. Die Mischung aus geschmolzenem Metall 14 und partikulärem Material 6 kann durch den Auslaß 10 fließen, um mit dem Formgebungselement 20 zusammenzuwirken. Das Formgebungselement 20 wirkt auf diese Mischung aus geschmolzenem Metall 14 und partikulärem Material 6 so ein, dass ein verbundener Strom 28 gebildet wird. Der verbundene Strom 28 wirkt dann mit dem Trennelement 30 zusammen, das diesen in mehrere, einheitlich große Barren trennt, die eine im Wesentlichen homogene Zusammensetzung aufweisen. Die Barren werden dann über ein beliebiges, geeignetes Kühlungsmittel gekühlt. Durch das Trennen dieser Barren entstehen Materialabfälle in Form von Spänen, Feinanteilen und Staub. Diese Abfälle werden dann aufgefangen und in das partikuläre Material rückgeführt. Erfindungsgemäß kann partikuläres Material vor dem Mischen mit geschmolzenem Metall 14 vorgewärmt werden. Partikuläres Material 6 kann unter Verwendung eines beliebigen, geeigneten und konventionellen Mittels vorgewärmt werden.
• Die bewegliche Gießform kann erfindungsgemäß horizontal, sich drehend oder dergleichen angeordnet sein.
• Erfindungsgemäß kann das feste, partikuläre Material 6 auf eine Temperatur erwärmt werden, die nahe an der Solidus/Liquidustemperatur des entsprechenden verbundenen Stroms liegt. Außerdem kann das Verhältnis zwischen geschmolzenem Metall 14 und dem festen, partikulären Material 6 vorbestimmt werden, so dass eine gewünschte Fließgeschwindigkeit zur Bildung des kontinuierlichen Prozeßflusses erreicht wird. Die Fließgeschwindigkeit sollte so bestimmt werden, dass sie auf die Zugwirkung der beweglichen Gießformen abgestimmt ist.
• Erfindungsgemäß kann das Kühlmittel einbeliebiges, geeignetes und herkömmliches Kühlmittel, wie beispielsweise Luft; Wasser oder dergleichen, sein.
• Für die Erfindung gilt ferner, dass diese nicht auf die hier beschriebenen und dargestellten Abbildungen beschränkt ist, welche nur zur Veranschaulichung der besten Ausführungsweisender Erfindung dienen sollen und die bezüglich der Form, Größe, Anordnung von Teilen und einzelnen Arbeitsgängen geändert werden können. Die Erfindung soll eher all jene Änderungen mit einschließen, die im Sinne und im Rahmen der definierten Patentansprüche liegen.

Claims (18)

1. Verfahren zur Herstellung eines Beschickungsmaterials zur Verwendung in weiteren metallurgischen Verfahren, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen einer Quelle geschmolzenen Metalls einer bekannten Zusammensetzung; Bereitstellen einer Quelle für festes, partikuläres Material in einer bekannten Zusammensetzung, das mit dem geschmolzenen Metall kompatibel ist; Verbinden des geschmolzenen Metalls mit dem festen, partikulären Material zur Herstellung eines verbundenen Stroms und Bilden von mehreren, einheitlich großen Metallbarren aus diesem verbundenen Strom zur Verwendung in weiteren metallurgischen Verfahren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens von Metallbarren ferner das Bereitstellen eines Partikelauffangbereiches und eines Gießbereiches umfaßt, wobei der Partikelauffangbereich einen ersten Einlaß für die Aufnahme des partikulären Materials sowie einen ersten Auslaß für die Abgabe des partikulären Materials und der Gießbereich einen zweiten Einlaß für die Aufnahme des geschmolzenen Metalls, Mittel zum Kühlen des verbundenen Stroms, einen zweiten Auslaß für das Ablassen des verbundenen Stroms und Formgebungsmittel für das Formen des verbundenen Stroms aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens von Metallbarren ferner das Bereitstellen des Partikelauffangbereiches umfaßt, der, bezogen auf den Gießbereich, so angeordnet ist, dass der erste Auslaß mit dem zweiten Einlaß in Verbindung steht.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens von Metallbarren ferner das Bereitstellen eines Gießbereiches umfaßt, in welchem das Formgebungsmittel so angeordnet ist, dass es ein Zusammenwirken zwischen dem Formgebungsmittel und dem verbundenen Strom ermöglicht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens von Metallbarren ferner das Bereitstellen eines Trennmittels umfaßt, so dass der verbundene Strom in einheitlich große Metallbarren getrennt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens von Metallbarren ferner das Zusammenwirken des Formgebungsmittels mit der Außenschale aufweist, so dass der verbundene Strom durch den Auslaß gezogen wird und einen kontinuierlichen Guß bildet.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens von Metallbarren ferner das Kühlen und Trennen des verbundenen Stromes zu einheitlich großen Metallbarren umfaßt.
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verbindens das Einführen des geschmolzenen Metalls in den Gießbereich umfaßt, so dass dieses mit dem Kühlungsmittel in Verbindung steht, wobei das geschmolzene Metall so abgekühlt wird, dass es eine Außenschale bildet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verbindens ferner das Einführen des partikulären Materials umfaßt, so dass dieses mit dem geschmolzenen Metall innerhalb der Außenschale verbunden wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verbindens ferner das Erwärmen des partikulären Materials umfaßt, so dass dieses eine Temperatur aufweist, die im Wesentlichen der Solidus/Liquidustemperatur des verbundenen Stroms entspricht.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens von Metallbarren ferner das Bereitstellen eines Mischbereiches umfaßt, der einen ersten Einlaß zur Aufnahme eines partikulären Materials, einen zweiten Einlaß zur Aufnahme einer Quelle geschmolzenen Metalls, ein Mischmittel zum Mischen des partikulären Materials mit dem geschmolzenen Metall zur Bildung des verbundenen Stroms und einen Auslaß für das Ablassen des verbundenen Stroms umfaßt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verbindens ferner das Einführen des geschmolzenen Metalls und des partikulären Materials in den Mischbereich sowie das Betreiben der Mischmittel zum Mischen des geschmolzenen Metalls mit dem partikulären Material zur Bildung des verbundenen Stroms umfaßt, der eine im Wesentlichen homogene Zusammensetzung aufweist.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens von Metallbarren ferner das Formgebungsmittel umfaßt, welches mit dem verbundenen Strom zusammenwirkt, so dass der verbundene Strom geformt und ein kontinuierlicher Guß gebildet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens von Metallbarren ferner das Bereitstellen eines Formgebungsmittels zum Formen des verbundenen Stromes und ein Trennmittel zum Trennen des verbundenen Stromes in einheitlich große Metallbarren umfaßt.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens von Metallbarren ferner das Bereitstellen eines Formgebungsmittels mit einer beweglichen Gießform umfaßt.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Schritt des Bestimmens des gewünschten Verhältnisses zwischen dem partikulären Material und dem geschmolzenen Metall umfaßt, so dass eine Materialzusammensetzung mit einer gewünschten Viskosität und Plastizität erreicht wird.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Schritt des Auffangens und Recycelns von Spänen, Feinanteilen und Staub umfaßt, die durch das Bilden der Metallbarren entstanden sind, indem diese Späne, Feinanteile und der Staub in das partikuläre Material rückgeführt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Schritt des Einführens der Vielzahl von einheitlich großen Metallbarren in ein geschmolzenes Eisen umfaßt, so dass eine Legierungszusammensetzung entsteht.