DE1227928B

DE1227928B - Device for vacuum degassing of molten metals, in particular steel

Info

Publication number: DE1227928B
Application number: DEH31745A
Authority: DE
Inventors: Dr Albert Lorenz
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1957-11-26
Filing date: 1957-11-26
Publication date: 1966-11-03
Also published as: BE573317A

Description

Vorrichtung zum Vakuumentgasen von geschmolzenen Metallen, insbesondere Stahl Die nachstehende Erfindung betrifft die Entgasung von geschmolzenen Metallen, insbesondere Stahl, in einem evakuierten Raum und bildet eine Fortentwicklung der Entgasungsvorrichtung nach der Hauptpatentanmeldung H 29785 VI a / 18 b.Device for vacuum degassing of molten metals, in particular Steel The following invention relates to the degassing of molten metals, especially steel, in an evacuated room and forms a further development of the Degassing device according to the main patent application H 29785 VI a / 18 b.

Es ist bekannt, schmelzflüssige Metalle, insbesondere Stahl, dadurch zu entgasen, daß sie in kontinuierlichem Fluß einen evakuierten Raum durchlaufen und dort die in ihnen enthaltenen Gase abgeben. Für dieses Entgasungsverfahren wurde eine Verbesserung durch Aufheizen zu erzielen versucht, indem eine Lichtbogen- oder eine Widerstandsheizung in den evakuierten Raum mit eingeschlossen oder dieser Raum zum Teil tiegelartig ausgebildet und hier mit einer Induktionsspule umgeben wurde. Diese Verfahren sind aber einerseits nicht betriebssicher oder andererseits wenig wirksam, weil sie nur einen Teil der durchfließenden Metallmenge, also entweder deren Oberfläche oder eine kaum am Durchfluß teilnehmende Menge, anwärmen.It is known to use molten metals, particularly steel, thereby to degas that they pass through an evacuated space in a continuous flow and there release the gases contained in them. For this degassing process was tried to achieve an improvement by heating by an arc or a resistance heater included in the evacuated room or this room partly designed like a crucible and surrounded here with an induction coil. On the one hand, however, these methods are not operationally reliable or, on the other hand, they are not very reliable effective because they are only part of the amount of metal flowing through, either warm up their surface or a quantity that hardly participates in the flow.

Es wird nun ein überraschend einfaches Aufheizungsverfahren vorgeschlagen, das die gekennzeichneten Nachteile vermeidet.A surprisingly simple heating process is now proposed, which avoids the marked disadvantages.

In der Hauptpatentanmeldung H 29785 VI a/ 18 b ist eine Vorrichtung zum Vakuumentgasen von geschmolzenen. Metallen, insbesondere Stahl, beschrieben. In dieser Vorrichtung durchläuft der Stahl eine Vakuumkammer, die oberhalb der zu entgasenden Schmelze angeordnet ist und in die diese Schmelze mittels eines Fördergases durch ein Einlaufrohr hindurch eingeleitet wird. Die Metallschmelze wird in der Vakuumkammer entgast. Sie strömt danach durch ein vom Einlaufrohr getrenntes Auslaufrohr in denselben Schmelzenbehälter zurück, wobei die entgaste Schmelze durch das Auslaufrohr in einem solchen seitlichen Abstand von der Mündung des Einlaufrohres in den Schmelzenbehälter zurückgeführt wird, daß sie nicht mehr unmittelbar durch das Einlaufrohr angesaugt werden kann.In the main patent application H 29785 VI a / 18 b is a device for vacuum degassing of molten. Metals, especially steel, described. In this device, the steel passes through a vacuum chamber that is above the to degassing melt is arranged and in which this melt by means of a conveying gas is introduced through an inlet pipe. The molten metal is in the Vacuum chamber degassed. It then flows through an outlet pipe that is separate from the inlet pipe back into the same melt container, with the degassed melt flowing through the outlet pipe at such a lateral distance from the mouth of the inlet pipe in the melt container is returned that it is no longer sucked directly through the inlet pipe can be.

Die vorliegende Erfindung baut dieses Umlaufverfahren durch Einsatz einer einfachen und sehr wirkungsvollen Heizvorrichtung weiter aus. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Einlauf- und Auslaufrohren der Eisenkern eines Wechselstromtransformators angeordnet ist, dem die Heizenergie durch eine wechselstromgespeiste Primärwindung zufließt und dessen Sekundärkreis von der umlaufenden Metallschmelze gebildet wird.The present invention builds this recirculation process through use a simple and very effective heating device. This device is characterized in that between the two inlet and outlet pipes Iron core of an AC transformer is arranged, which the heating energy through an alternating current fed primary winding flows in and its secondary circuit from the circulating molten metal is formed.

Der Fluß der Metallschmelze stellt nach der vorliegenden Erfindung die Sekundärwindung eines Transformators dar, dessen' geschlossener Magnetkern zwischen den beiden Wegen hindurchgeht und eine mit Netzfrequenz betriebene primäre Induktionsspule trägt. Ein überfließen der Schmelze aus dem ersten (Einlauf-) Weg in den zweiten (Auslauf-) Weg schließt diese Sekundärwicklung des Transformators und wirkt auf den in der Primärspule fließenden Strom zurück; diese Rückwirkung kann zur Anzeige für den Beginn des kontinuierlichen Entgasungsprozesses dienen. Außerdem kann die Rückwirkung, die durch einen stärkeren oder schwächeren Fluß der Schmelze im Primärstrom erzeugt wird, zur Regelung des Entgasungsprozesses benutzt werden oder sie bewirken.The flow of molten metal constitutes according to the present invention represents the secondary winding of a transformer, whose 'closed magnetic core between the two paths and a mains frequency operated primary induction coil wearing. An overflow of the melt from the first (inlet) path into the second The (run-out) path closes this secondary winding of the transformer and acts on it back the current flowing in the primary coil; this retroactive effect can be used for display serve to start the continuous degassing process. In addition, the Reaction caused by a stronger or weaker flow of the melt in the primary stream is generated, used to regulate the degassing process or they cause.

Das Aufheizen einer in Rohren fließenden Metallschmelze mittels Induktion ist an sich bekannt; hierbei umgaben die Windungen der Heizspule die fließende Schmelze und wurden vor allem in der keramischen Rohrwandung angeordnet. Dadurch wird nur der Teil der Schmelze aufgeheizt, der sich gerade innerhalb der Spule befindet. Ebenso sind Induktionsöfen mit Eisenkernspulen bekannt, bei denen die Schmelze unter der Wirkung der Induktion in einem Kanal um den Eisenkern bewegt wird. Diese beiden Anordnungen sind für das hier zugrunde liegende Umlaufverfahren nicht brauchbar. Hier handelt es sich vor allem darum, den kleinen Teil der Schmelze zu erhitzen, der sich im Entgasungsraum befindet und dort stark gekühlt bzw. mit Legierungsbestandteilen versetzt wird: Hier ist der Querschnitt der umlaufenden Metallmenge am kleinsten und damit die nach dem vorgeschlagenen Verfahren erzeugte Wärmemenge am größten.The heating of molten metal flowing in pipes by means of induction is known per se; the turns of the heating coil surrounded the flowing melt and were mainly arranged in the ceramic pipe wall. This just gets the part of the melt that is currently inside the coil is heated. Induction furnaces with iron core coils are also known, in which the melt under the effect of induction is moved in a channel around the iron core. These two Arrangements cannot be used for the circulation process on which this is based. The main thing here is to heat the small part of the melt, which is located in the degassing space and is strongly cooled there or with alloy components is moved: Here is the one Cross-section of the amount of metal in circulation smallest and thus the amount of heat generated by the proposed method the biggest.

Umgeben aber in bekannter Weise die Windungen der Heizspule die Einlauf- oder Auslaufrohre, so wird nur in ihnen Wärme erzeugt, also nicht gerade an der Stelle, an der der größte Wärmebedarf herrscht. Die Anwendung der bekannten, mit Eisenkernen versehenen Spulen würde im evakuierten Entgasungsraum eine .größere als die dort notwendige Metallmenge erfordern. Das wäre auch der Fall, wenn man nach einer weiteren bekannten Einrichtung das Metall durch eine eintauchende Induktionsspule aufheizen und umwälzen würde. Der größere Schmelzenvorrat im Entgasungsraum könnte einerseits zu Störungen durch das Festsetzen erstarrten Metalls (»Bären«) Anlaß geben. Andererseits ginge gerade" einer. , der, .wichtigsten Vorteile des Umlaufverfahrens verloren,-das eine kontinuierliche Entgasung jeweils kleiner Schmelzenmengen vorsieht und dMmit infolge der stets- relativ geringen frei werdenden' Gasmengen 'keine sehr großen Vakuumpumpen erfordert.However, in a known way, the turns of the heating coil surround the inlet or outlet pipes, so heat is only generated in them, not just on the Point at which there is the greatest heat demand. The application of the known, with Coils provided with iron cores would be larger in the evacuated degassing space than require the amount of metal required there. That would also be the case if one according to another known device, the metal by an immersed induction coil would heat up and circulate. The larger melt supply in the degassing chamber could on the one hand, cause disturbances due to the solidification of solidified metal ("bears") give. On the other hand, "one of the" most important advantages of the circulation system would just go lost, -that provides a continuous degassing of small amounts of melt in each case and because of the relatively small amounts of gas that are always released, none very much requires large vacuum pumps.

Die F i g. 1 zeigt halbschematisch eine Ausführungsform nach der Erfindung, von der F i g. 2 den Querschnitt A-A darstellt.The F i g. 1 shows semi-schematically an embodiment according to the invention, from the F i g. Figure 2 shows the cross-section A-A.

In der Pfanne 1 befindet sich die Metallschmelze 2. In diese Schmelze taucht von oben die Entgasungsapparatur 3 ein; diese Apparatur wird durch den Rohrstutzen 4 .evakuiert, der zu einem nicht gezeichneten Pumpenaggregat führt.In the pan 1 is the metal melt 2. In this melt The degassing apparatus 3 is immersed from above; this apparatus is through the pipe socket 4. Evacuated, which leads to a pump unit (not shown).

Die Entgasungsapparatur besteht aus dem eigentlichen Entgasungsraum 5, in den das zu entgasende Metall durch das eine Rohr 6 eintritt und den es durch das andere Rohr 7 verläßt, um in die Schmelze 2 zurückzukehren. Dem kontinuierliche Fluß des Metalls wird durch Einleiten eines Gases in das Rohr 6 mittels der Leitung 8 in Gang gesetzt und/oder in Gang gehalten. Die im Rohr 6 aufsteigenden Gasblasen reißen das Metall bis in den eigentlichen Entgasungsraum 5 hinein. Dieser Raum besitzt noch eine Einrichtung 9 zum Zuführen von Legierungsbestandteilen. Diese Zufuhreinrichtung ist ebenfalls nach außen hermetisch abgeschlossen und besitzt eine Regelung 10 für die Bemessung der zugeführten Menge an Legierungsbestandteilen. . .The degassing apparatus consists of the actual degassing space 5, into which the metal to be degassed enters through one tube 6 and through which it the other pipe 7 leaves in order to return to the melt 2. The continuous Flow of the metal is established by introducing a gas into the pipe 6 by means of the pipe 8 started and / or kept going. The gas bubbles rising in the tube 6 tear the metal into the actual degassing space 5. This room owns another device 9 for supplying alloy components. This feeder is also hermetically sealed to the outside and has a regulation 10 for the dimensioning of the added amount of alloy components. . .

Der ganze Entgasungsapparat ist mit einer metallischen Ummantelung 11 umgeben, der die von außen wirkende Druckbeanspruchung aufnimmt und innen mit einer feuerfesten Auskleidung versehen ist. Die Ummantelung 11 erfaßt das (Einlauf-) Rohr 6 und das (Auslauf-) Rohr 7 nicht ganz bis zum Spiegel der Schmelze 2. In diese Schmelze tauchen nur feuerfeste Rohre, die mit der Auskleidung fest verbunden sind, aber von der Ummantelung 11 getragen werden.The entire degassing device is covered with a metallic sheath 11 surrounded, which absorbs the pressure load acting from the outside and inside with a refractory lining is provided. The casing 11 captures the (inlet) Tube 6 and the (outlet) tube 7 not all the way to the level of the melt 2. Into this Only refractory pipes that are firmly connected to the lining are immersed in the melt, but to be carried by the sheath 11.

Zwischen den Rohren 6 und 7 geht ein praktisch geschlossener Transformatorkern 12 hindurch, der auch die vom Wechselstromnetz gespeiste Primärwindung 13 trägt. Mit Hilfe dieses Transformatorkernes wird in der Schmelze, die auf dem Wege 2-6-5-7-2 fließt, ein starker Wechselstrom erzeugt. In der Schmelze 2 ist sein Weg durch die gestrichelte Linie 14 dargestellt. Hier ist der Querschnitt sehr groß und damit der vorhandene Widerstand sehr gering. Da die Rohre 6 und 7 nicht bis zum Eintauchniveau von der metallischen Ummantelung 11 umgeben sind, kann sie keinen Kurzschluß für den induzierten Strom bewirken. Im Entgasungsraum 5 jedoch fließt die Schmelze aus dem (Einlauf-) Rohr 6 zum (Auslauf-) Rohr 7 über, wobei sie stark sprudelt, spritzt usw. Hier ist der dauernd vorhandene Querschnitt gering und damit der vorhandene Widerstand und die elektrisch erzeugte Erwärmung größer.A practically closed transformer core 12, which also carries the primary winding 13 fed by the alternating current network, passes between the tubes 6 and 7. With the help of this transformer core, a strong alternating current is generated in the melt that flows on the path 2-6-5-7-2. Its path in the melt 2 is shown by the dashed line 14. Here the cross-section is very large and therefore the existing resistance is very low. Since the tubes 6 and 7 are not surrounded by the metallic casing 11 up to the immersion level, it cannot cause a short circuit for the induced current. In the degassing chamber 5, however, the melt flows from the (inlet) pipe 6 to the (outlet) pipe 7, where it bubbles, splatters, etc. Here the permanent cross-section is small and thus the existing resistance and the electrically generated heating are greater .

Die Wärmeerzeugung findet infolgedessen vor allem im oberen Teil des erwärmten Weges 2-6-5-7-2 der Schmelze statt. Das ist aber einerseits der Ort, wo eine kleine Menge der Schmelze von der großen Masse 2 abgetrennt ist; hier ist also am stärksten zu erwarten, daß die Schmelze abkühlt oder gar erstarrt. Andererseits ist dies auch die Stelle, wo aus der Schleuseneinrichtung 9-10 relativ kalte Legierungsbestandteile zugeführt werden. Die Schmelz- und Lösungswärme dieser Beigaben kann also gerade hier erzeugt werden.As a result, heat is generated mainly in the upper part of the heated path 2-6-5-7-2 of the melt place. But on the one hand that is the place where a small amount of the melt is separated from the large mass 2; so here is most likely that the melt cools down or even solidifies. on the other hand this is also the point where relatively cold alloy constituents from the lock device 9-10 are fed. The heat of fusion and dissolution of these additions can therefore just can be generated here.

Wichtig für das Verfahren ist vor allem, daß die jeweils durchlaufende Metallmenge einen .geschlossenen Stromkreis bildet. Die zu diesem Zweck hier beschriebene Förderung der Schmelze durch eingeleitetes Gas kann natürlich auch auf beliebige andere Weise, z. B. eine elektrodynamische Pumpe, eine zentrifugale Fördereinrichtung, ersetzt werden.It is particularly important for the process that the respective continuous Amount of metal forms a closed circuit. The one described here for this purpose Funding of the melt through the gas introduced can of course also be applied to any other way, e.g. B. an electrodynamic pump, a centrifugal conveyor, be replaced.

Das vorgeschlagene Verfahren hat aber noch andere Vorteile. Der Kreislauf der Schmelze 2-&5-7-2 stellt, wie schon gesagt, den Sekundärkreis eines Transformators dar. Dieser Sekundärkreis schließt sich in dem Augenblick, wenn nach dem Inbetriebsetzen (Evakuieren und Gaseinleiten) die Schmelze aus dem Rohr 6 zum Rohr 7 überläuft. Bei eingeschaltetem Wechselstrom ist dieser Moment am Amperemeter 15 leicht zu erkennen, was eine Anzeige dafür ist, daß der kontinuierliche Entgasungsprozeß in Gang gekommen ist. Ebenso lassen sich Störungen, ein Abreißen des Schmelzenflüsses USW. ablesen.The proposed method has other advantages as well. The circuit of the melt 2- & 5-7-2 represents, as already mentioned, the secondary circuit of a transformer. This secondary circuit closes at the moment when the melt overflows from the pipe 6 to the pipe 7 after the start-up (evacuation and gas introduction) . When the alternating current is switched on, this moment can easily be seen on the ammeter 15, which is an indication that the continuous degassing process has started. Disturbances, a break in the molten liquid, etc. read off.

Die Größe des aus dem Netz bezogenen Stromes (entsprechend etwa 100 kW und mehr) ist aber auch in gewissen Grenzen ein Maß für die Menge des Durchsatzes durch den Vakuumraum 5. Die Stromanzeige kann daher als Maß für den Durchsatz und seiner Regelung (durch Änderung der Höhenlage der Entgasungsapparatur, der durch die Leitung 8 zugeführten Fördergasmenge, der Pumpleistung am Rohrstutzen 4 u. dgl.) benutzt werden.The size of the electricity drawn from the network (corresponding to about 100 kW and more) is also, within certain limits, a measure of the amount of throughput through the vacuum space 5. The current display can therefore be used as a measure of the throughput and its regulation (by changing the Altitude of the degassing apparatus, the amount of conveying gas supplied through the line 8 , the pumping power at the pipe socket 4 and the like) can be used.

Claims

Claims: 1. Device according to patent application H 29785 VI a / 18 b for vacuum degassing of molten metals, especially steel, under Passing through a vacuum chamber, which is arranged above the melt to be degassed and into which this melt is introduced by means of a conveying gas through an inlet pipe is degassed in the vacuum chamber and then through a separate from the inlet pipe The outlet pipe flows back into the same molten bath tank, with the degassed melt through the outlet pipe at such a lateral distance from the mouth of the inlet pipe is returned to the molten bath tank that it is no longer immediately through the inlet pipe can be sucked in, characterized in that between the two pipes (6, 7) in the area of the return pipe (7) of the iron core (12) one AC transformer is arranged to which the heating energy is fed by an alternating current Primary turn (13) flows in and its secondary circuit is formed by the circulating molten metal will.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that an ammeter (15) arranged in the primary circuit of the transformer (12, 13) overflows the molten metal from the suction pipe (6) via the vacuum container (5) into the return pipe (7) and the correct height setting of the degassing system (3 to 11) can be monitored.

3. The use of the device according to claim 1 or 2 for the simultaneous alloying of metal, in particular steel melts. Documents considered: German Patent No. 543 275; Austrian Patent No. 176 369; French Patent No. 1138114; British Patent Nos. 312063, 339579, 425 369, 477 720, 523 435, 653 956; U.S. Patent No. 1921060.