DE1508112B2 - Verfahren und anordnung zur behandlung von metallschmelzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Durchführungsanordnung zur Behandlung von Metallschmelzen, wie Stahlschmelzen, bei dem eine rohe Schmelze in einen Tiegel oder eine Gießpfanne, der/die mit einem unmagnetischen metallischen Mantel und einem statischen elektromagnetischen Umrührer ausgerüstet ist, gegossen wird, und die BehandlungderSchmelzem mehreren Schritten, die zur Reinigung unter gleichzeitigem Umrühren und Erwärmen und zum Entgasen unter gleichzeitigem Umrühren dienen, erfolgt.

Eine derartige Anordnung ist im wesentlichen aus der britischen Patentschrift 871 659 bekannt. Es wird ein Tiegel mit durchgehenden Elektroden verwendet, wobei gleichzeitig über eine Öffnung die Möglichkeit zur Evakuierung vorgesehen ist. Bei einem Tiegel mit durchgehenden Elektroden läßt sich jedoch nur im beschränkten Umfang ein Vakuum erzielen, da die Elektrodendurchführungen nur schwer gegen ein extrem hohes Vakuum abdichtbar sind. Die Entgegenhaltung sieht auch die Möglichkeit der Austauschbarkeit eines Deckels vor. Es handelt sich hierbei aber um den Deckel des eigentlichen Primärschmelzofens, nicht um den Deckel eines besonderen Gefäßes, in das die Schmelze aus dem Primärschmelzofen umgefüllt wird.

Aus der deutschen Patentschrift 1137 457 ist bekannt, daß man einen Tiegel mit Schmelze in einem Vakuumgefäß anordnen kann, um die Schmelze durch Strahlenentgasung zu entgasen. Ein Umrühren der Schmelze während des Entgasens ist bei diesem bekannten Verfahren nicht vorgesehen. Außerdem ist bei diesem Verfahren keine Möglichkeit zur Warmhaltung der Schmelze vorhanden. Mit diesem Verfahren läßt sich daher keine hochwertige Entgasung durchführen, und außerdem ist die Zeit, die zur Behandlung der Schmelze zur Verfügung steht, mit Rücksicht auf die absinkende Temperatur sehr begrenzt.

Es sind darüber hinaus viele Verfahren zum Raffinieren von Schmelzen bekannt, z. B. das Entgasen der Schmelzen in einem Lichtbogenofen bei gfeichzeitiger 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 Frischungs- und Schlackenreaktionseinrichtungen und zum anderen besondere Umrührungs-Entgasungseinheiten erforderlieh, was ebenfalls einen verhältnismäßig großen Aufwand erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nebst Durchführungsanordnung zu entwickeln, die es gestatten, mit einem geringen Anlagenaufwand eine Schmelze unter ständigem Umrühren im direkten Anschluß an die Entgasung dem Frischungs-, Schlackenreaktions- und eventuell Analysenjustierungsprozeß zu unterwerfen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die in einem Tiegel oder eine Gießpfanne, der/die zusammen mit dem Umrührer als eine Einheit zwischen der Füllstation und den Behandlungsstationen verfahrbar ist, eingefüllte Schmelze während des gesamten Prozesses einschließlich der Verfahrbewegung laufend gerührt wird und in einer Behandlungsstation nach Aufsetzen eines Deckels mit Elektroden erwärmt und in einer anderen Behandlungsstation nach Aufsetzen eines Deckels mit Evakuierungsleitungen oder nach Einfahren in einen Vakuumtank entgast wird. Das Verfahren gestattet, alle für die Behandlung der Schmelze notwendigen Prozesse in einer sehr ein-

fachen Anlage durchzuführen, wobei nur ein Umrührer benutzt und gleichzeitig eine Umrührung sowohl während der Frischung als auch während der Entgasung erhalten wird. Bei der Frischung 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 Obervollständige Frischungseinheit und Entgasungseinheit, sondern es kann in ein und derselben Anlage der bewegliche Tiegel-Umriihrerteil entweder mit einer Erwärmungseinheit mit Elektroden oder einer Va-5 kuumeinheit 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 bis

fläche, wodurch Schlackenreaktionen an Tiegelfutter io 10), und zwar in der Form eines Wanderfeldes ervermieden werden. Während der Entgasung wird halten, das sich axial bewegt und die Schmelze mit eine motorische Umrührung mit einer Bewegung des sich zieht wie auch das Drehfeld im Asynchron-Bades vom Tiegelboden zur Oberfläche erhalten, motor den Rotor mit sich zieht. Allein durch Vad. h., die ganze Schmelze wird der Entgasung an der kuum erhält man zwar auch eine gewisse axiale und Oberfläche des Bades ausgesetzt. Bei dem erfin- 15 nach oben gerichtete Strömung auf Grund von aufdungsgemäßen Verfahren kann zu jedem beliebigen steigenden Gasblasen, z. B. in Zusammenhang mit Zeitpunkt während des Prozesses die Schmelze in die der Bildung von CO, dieser Effekt ist jedoch auf den Erwärmungsstation gebracht werden, so daß durch Oberteil der Schmelze begrenzt, während die Boden-Temperaturerhöhung die Behandlungszeit beliebig schmelze unbeeinflußt bleibt, ein Nachteil, der durch verlängert werden kann. Dies kann geschehen, ohne 20 motorische Umrührung vermieden wird. Auch durch daß der vorher erzielte Entgasungsgrad verlorengeht. netzfrequenten, mehrphasigen Strom kann man eine Es kann gegebenenfalls auch geschehen, während gewisse Umrührung in der Schmelze erhalten, diese eine andere veredelnde Behandlung der Schmelze wird aber repulsiv, und gewisse Teile der Schmelze erfolgt. gelangen niemals zur Oberfläche, ein Nachteil, der

Man will zuweilen die Entgasung bei verhältnis- 25 durch die außergewöhnlich niedrige Frequenz von mäßig hohem Vakuum, z. B. von der Größenordnung 0,1 bis 10 Hz vermieden wird. Indem man den Tiegel-0,1 Torr, vor der Erwärmung ausführen. Dann besteht aber die Gefahr, daß beim letzteren Prozeß der
Effekt der Entgasung teilweise verlorengeht, d. h., die
Schmelze kann wieder die schädlichen Gase aufneh- 30
men, von denen sie zuvor befreit worden ist (z.B.
Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenoxyd usw.).
Diese Nachteile können erfindungsgemäß dadurch
beseitigt werden, daß Deckel mit den durchgehenden
Elektroden im wesentlichen gasdicht an die Gieß- 35
pfanne am Erwärmungsplatz angeschlossen wird.
Man kann so entweder eine gewisse Entgasung bei
Unterdruck (bis zu 50 ä 100 Torr) und/oder eine
Behandlung in Schutzgasatmosphäre (der eingeschlossenen, nicht erneuerten Luft oberhalb der Schmelze 40 Umrührerwicklung 12 für niedrige Frequenz (0,1 bis oder einem anderen Schutzgas) durchführen, so daß 10 Hz) mit zugehörigem keramischem Schutz 13 und die während der eigentlichen Entgasung erreichte Eisenkern 14 angeordnet. Die Wicklung besteht aus Entgasung beibehalten oder sogar noch verbessert einer oder mehreren Zylinderspulen. Der Tiegel 11 wird. Man kann auch durch dieses gasdichte An- und die Umrührwicklung mit Zubehör sind auf einem schließen des Deckels in einem einzigen Schritt 45 Wagen 15 angeordnet, so daß sie zu den verschiede-— Erwärmung-Entgasung — in gewissen Fällen eine nen Stationen gefahren werden können. Der Tiegel zufriedenstellende Behandlung der Schmelze ohne hat im Boden eine Auslaßöffnung, die in üblicher besondere Entgasungsschritte bei hohem Vakuum er- Weise mit einem Stopfen 16 verschlossen werden halten. kann. Der Stopfen ist nur in Fig. 1 gezeigt. Die

Diese Ausführungsform kann auch so geändert 5° Schmelze wird in den Tiegel von oben aus einem werden, daß die Gießpfanne mit dem Umrührer fest- oberhalb des Tiegels befindlichen Lichtbogenofen, steht, während der gasdicht anschließbare Deckel mit Gießpfanne od. dgl. (nicht gezeigt) eingefüllt, was den Elektroden bzw. der vakuumdicht anschließbare durch einen Pfeil angedeutet ist. Nach dem EinDeckel mit mindestens einer Evakuierungsleitung füllen wird die Schmelze mit Hilfe der Wicklung 12 schwenkbar oder anderweitig auf die Gießpfanne auf- 55 umgerührt, um eine Homogenisierung und einen Aussetzbar ist. gleich der Temperatur zu erreichen. Die Umrührungs-

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, der zwi- 60 sehen 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 65 des Tiegels 11 abgesenkt^ und die Schmelze wird neben dem Tiegel so angeordnet sind, daß sie ab- durch den Lichtbogen von den Elektroden erwärmt, wechselnd auf den Tiegel aufgesetzt werden können. denen eine entsprechende elektrische Leistung zu-Eine Anordnung gemäß der Erfindung erfordert keine geführt wird. Bei diesem Vorgang kann eine Fri-

mantel unmagnetisch macht, kann die Umrührungskraft die Tiegelwand durchdringen und in die Schmelze gelangen.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigt

F i g. 1 eine bewegliche Einheit beim Einfüllen der Schmelze,

F i g. 2 die Einheit an der Erwärmungsstelle, Fig. 3 die gleiche Einheit an der Entgasungsstelle, F i g. 4 eine andere bewegliche und F i g. 5 eine ortsfeste Einheit.

Ein Tiegel oder eine Gießpfanne 11, zweckmäßig aus einer Stampfmasse, ist in einer mehrphasigen

richtung 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 (F i g. 2) mit einem heb- und senkbaren Deckel 17 mit Elektroden 18 (Söderbergelektroden oder Graphitelektroden) gefahren. Der Dekkel 17 wird bis zur Anlage mit der oberen Kante

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schung der Schmelze (eventuell auch Sauerstoff- leitungen 29 versehen und kann bis zu einer gasdicht

einblasung) zusammen mit zweckmäßigen Schlacken- schließenden Lage auf die Gießpfanne 21 abgesenkt

reaktionen und· eventuellen Analysenjustierungen werden.

durchgeführt werden. Die Umrührung der Schmelze Die Behandlung der Schmelze beginnt wie zuvor wird dabei fortgesetzt, wie die Pfeile in Fig.2 zeigen. 5 mit dem Einfüllen der Schmelze bzw. mit dem Ein-Hierdurch wird die Temperatur ausgeglichen, nicht setzen der gefüllten. Gießpfanne 21 in den Umrührer zuletzt an den Elektroden 18, und gleichzeitig eine 23 auf dem Wagen 24. Der Wagen mit der Gieß-Homogenisienmg der Schmelze erhalten. Durch die pfanne wird zur Entgasungslage geschoben, die nach innen gerichtete Badbewegung an der Ober- Haube 25 wird vakuumdicht auf die Gießpfanne 21 fläche, die durch die aufwärts gerichtete Phasenfolge io gesetzt, wonach die Schmelze unter Umrührung entin der Spule erhalten wird, werden gleichzeitig gast wird.

Schlackenreaktionen an den Tiegelwänden verhindert. Danach wird der Wagen 24 mit der Schmelze in Wenn dieser Teil der Schmelzenbehandlung abge- die Erwärmungslage geschoben, der Deckel 27 wird schlossen ist, werden die Elektroden abgeschaltet, der in der Hauptsache gasdicht auf die Gießpfanne aufDeckel 18 wird abgehoben, und der Tiegel wird zu 15 gesetzt. Die Schmelze wird mit Hilfe der Lichtbogen der Entgasungsstelle (F i g. 3) gefahren. Hier wird ein der Elektroden 28 unter gleichzeitiger Umrührung ervakuumdichter Deckel 19 auf die Oberkante des wärmt. Eventuell wird die eingeschlossene Luft über Tiegels 11 gelegt und der Raum zwischen Deckel und der Schmelze ohne Zufuhr von neuer Luft bei oder Schmelze durch eine Leitung 20 von einer nicht ge- etwas über atmosphärischem Druck gehalten, wozeigten Evakuienmgspumpe bis zu einem Druck von 20 durch die Reinheit der Schmelze in Hinblick auf die unter 50 Torr, zweckmäßig unter 20 Torr, Vorzugs- Gaseinschließungen bei der Erwärmung nach der weise unter 0,1 Torr, evakuiert. Mit Hilfe der immer vorherigen Entgasung beibehalten werden kann, noch stattfindenden Umrührung, die eventuell beim Eventuell kann ein gewisses Vakuum auch hier über Transport unterbrochen werden kann, werden N₂, H₂ der Schmelze eingehalten werden (Evakuierung über und O₂ aus der Schmelze entfernt, und es wird ein 25 die Leitung 29) bis auf 100 ä 50 Torr, doch nicht hochwertiger Stahl erhalten. Der Umrührer ergibt niedriger, da die Lichtbogen bei niedrigerem Druck auch eine gewisse Warmhaltung der Schmelze. nicht konzentriert brennen.

Nachdem der gewünschte Reinheitsgrad des Stahls Statt die eingeschlossene Luft ohne Zufuhr von

erreicht ist, wird die Schmelze in Kokillen eingefüllt neuer Luft zu benutzen, kann ein besonderes Schutzoder in eine gewünschte Form gegossen, wonach 30 gas verwendet werden. Die entgaste und im übrigen

die Einheit für erneute Abzapfung unbehandelter fertigbehandelte Schmelze kann danach auf einem

Schmelze bereit ist. geeigneten Platz abgezapft oder abgegossen werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 nimmt Der Entgasungsschritt (bei 25) kann in gewissen Fäl-

eine Gießpfanne 21 aus einer Stampfmasse oder ein len weggelassen werden, auch kann die Reihenfolge Tiegel mit unmagnetischer Wand die unbehandelte 35 Entgasung—Erwärmung umgekehrt werden.

Schmelze, z. B. Stahlschmelze, auf. Der Tiegel sitzt In Fig. 5 ist eine Anordnung gezeigt, bei der die

wieder in einem Umrührer 23. Dieser kann zylin- Gießpfanne 11 mit dem Umrührer 23 feststeht. Mit

drisch oder auch einseitig im Verhältnis zur Gieß- einem Hebezeug 31 kann auf die Gießpfanne ent-

pfanne 21 angeordnet sein. Die Gießpfanne 21 mit weder ein vakuumdicht anschließbarer Deckel 30 mit dem Umrührer 23 (mehrphasig, 0,1 bis 5Hz) sitzt 40 mindestens einer Evakuierungsleitung oder ein Deckel

auf einem Wagen 24, der zwischen einer Entgasungs- 32 mit Elektroden 28 und mindestens einer Eva-

vorrichtung für Vakuumentgasung bis auf einen kuierungsleitung aufgesetzt werden. Der Deckel ist

Druck unter 20 Torr, zweckmäßig unter 0,1 Torr, im wesentlichen gasdicht an die Gießpfanne an-

und einer Heizstelle bewegbar ist. Die Entgasungs- schließbar, nachdem er mit einem nicht gezeigten vorrichtung besteht aus einer an die Gießpfanne 21 45 Hebe-und/oder Drehorgan abgesenkt ist.

vakuumdicht anschließbaren Haube 25 mit einer oder Das Verfahren und die Anordnung nach der Er-

mehreren Evakuierungsleitungen 26. Die Erwär- findung können in verschiedenen Weisen im Rahmen

mungs- oder Heizvorrichtung besteht aus einem im der Patentansprüche variiert werden. Zum Beispiel

großen und ganzen gasdicht schließenden Deckel 27 kann· der vakuumdicht schließende Deckel durch mit durchgehenden Elektroden 28, die durch den 50 einen Vakuumtank mit Evakuierungsleitungen ersetzt

Deckel gasdicht geführt sind. Der. Deckel 27 ist werden, in den der Tiegel mit dem Umrührer einge-

eventuell mit einer oder mehreren Evakuierungs- fahren werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung von Metallschmelzen, wie Stahlschmelzen, bei dem eine rohe Schmelze in einen Tiegel oder eine Gießpfanne, der/die mit einem unmagnetischen metallischen Mantel und einem statischen elektromagnetischen Umrührer ausgerüstet ist, gegossen wird, und die Behandlung der Schmelze in mehreren Schritten, die zur Reinigung unter gleichzeitigem Umrühren und Erwärmen und zum Entgasen unter gleichzeitigem Umrühren dienen, erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Tiegel oder eine Gießpfanne (11, 21), der/die zusammen mit dem Umrührer als eine Einheit zwischen der Füllstation und den Behandlungsstationen verfahrbar ist, eingefüllte Schmelze während des gesamten Prozesses einschließlich der Verfahrbewegung laufend gerührt wird und in einer Behandlungsstation nach Aufsetzen eines Deckels (17, 27) mit Elektroden (18, 28) erwärmt und in einer anderen Behandlungsstation nach Aufsetzen eines Deckels (19, 25) mit Evakuierungsleitungen (20, 26) oder nach Einfahren in einen Vakuumtank entgast wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines gasdicht schließenden Deckels (27) mit Elektroden (28), der gleichzeitig eine Evakuierungsleitung (29) aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Phasenzahl von 2,3 oder mehr ausgeführte Umrührwicklung (12, 23) mit einer Frequenz von 0,1 bis 10 Hz gespeist wird.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, 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 zwisehen den ortsfest angeordneten Evakuierungs- und Erwärmungsvorrichtungen (17, 19; 25, 27) verschiebbar ist.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, 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.