DE2149407C - Verfahren zum Einschmelzen von Metall schwamm durch Gasplasmen in einem gekühlten Metallüegel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einschmelzen von Metallschwamm durch Gasplasmen in einem gekühlten Metalltiegel mittels inerter elektrisch erzeugter Gasplasmen. In der metallurgisehen Schmelztechnik werden in zunehmendem Maße schwammartige metallische Rohstoffe als Einsatzmaterialien zum Einschmelzen von Blöcken oder ähnlichem Vormaterial verwendet. Dabei wird der Rohstoff — z. B. Eisenschwamm — im Elektrolichtbogenofen als Metallschwammgranulat eingesetzt, oder wenn es sich um reaktive Metalle wie Titan und Zirkon handelt, zu einer Elektrode verpreßt, die in einem Vakuumlichtbogenofen mit selbstverzehrender Elektrode abgeschmolzen wird.

Beim Einschmelzen von Eisenschwamm im Elektrolichtbogenofen setzt sich der Veredelungsprozeß aus den Verfahrensstufen Einschmelzen und Raffinieren des erschmolzenen Metalles durch Überführung der Verunreinigungen in eine Schlacke zusammen. Im Anschluß daran wird der so gewonnene Stahl in Pfannen abgestochen und in Kokillen vergossen.

Im Falle der Verarbeitung von reaktiven Metallschwämmen nach dem Vakuumlichtbogenverfahren kann auf eine Schlackenarbeit verzichtet werden, da die Verunreinigungen durch Verdampfen entfernt werden.

Für das schlackenlose Raffinieren reaktiver Metallschwämme ist bereits eine Vorrichtung bekanntgeworden, bei der zum Umschmelzen inerte Gasplasmen eingesetzt werden. Die dafür eingesetzten Plasmabrenner arbeiten mit übertragenem Lichtbogen und erzeugen dabei im Brennfleck der Schmelze so hohe Temperaturen, daß hier, wie beim Vakuumverfahren, ebenfalls die im Schwamm enthaltenen Verunreinigungen verdampft werden. In vielen Fällen können jedoch die Verunreinigungen nicht durch Verdampfen beseitigt, sondern sie müssen vielmehr in eine zu bildende Schlacke überführt werden.

Die Erfindung bezweckt, die Technik des Erschmelzens von Metallschwämmen mit Hilfe von Gasplasmen auch für diesen Fall anwendbar zu machen. Sie besteht darin, daß Metallschwamm, dessen Rohdichte geringer ist als die Dichte einer über dem flüssigen Metallsumpf befindlichen Schlacke, auf diese aufgegeben und durch die vom heißen Plasmastrahl zwischen Elektrode und Schlackenoberfläche aufgegebene Wärme derart aufgeschmolzen wird, daß das Metall in Form kleiner Tropfen durch die flüssige Schlackenschicht in einen Metallsumpf fällt, der mit fortschreitender Abkühlung im Tiegel zu einem Block erstarrt.

Vorzugsweise wird dieses Verfahren in einer gekühlten zylindrischen oder nach unten leicht konischen Kokille durchgeführt, in deren unterem Teil bei fortschreitendem Schmelzvorgang ein fester Block des aufgeschmolzenen Metalls entsteht.

Die Technik einer derartigen Schlackenführung ist an sich vom Verfahren des Elektro-Schlacke-Umschmelzens her bekannt. Das Verfahren nach der Erfindung hat demgegenüber jedoch den Vorteil, daß auf den Einsatz vorgeschmolzener Elektroden, wie sie beim Elektroschlackeumschmelzen verwendet werden müssen, verzichtet und ein billiges, noch stark verunreinigtes Metallschwammgranulat, wie z. B. Eisenschwamm, verwendet werden kann, das im Gegensatz zum konventionellen Elektrolichtbogenofen-Verfahren in einem Arbeitsgang kontinuierlich zu einem verarbeitungsfähigen Block veredelt wird.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß die Schlackentemperatur in dem durch sie gegebenen metallurgischen System unabhängig von der Schmelztemperatur des einzuschmelzenden Metallschwammes beeinflußt werden kann. Es ist sogar durch Verringerung der Metallschwammzugabe eine Erhöhung der Schlackentemperatur bis über den Schmelzpunkt von reinem Kalk (2600⁰C) möglich. Beim Elektro-Schlacke-Umschmelzen kann dagegen die Schlackentemperatur nur wenig über den Schmelzpunkt der in die Schlacke eintauchenden, abschmelzenden Vormetall-Elektrode (bei Eisenlegierungen 1300 bis 1500⁰C) ansteigen, so daß bei diesem Verfahren nur Schlacken mit sehr niedrigem Schmelzpunkt, die das relativ teure und wegen seiner Fluoremission problematische Kalziumfluorid enthalten, verwendet werden können. Nach der Erfindung kann auf derartige, temperaturerniedrigende Zusätze verzichtet werden. Durch mögliche Temperaturerhöhung der Schlacke können außerdem Voraussetzungen geschaffen werden, die eine Verbesserung der Raffinationswirkung der Schlacke ergeben. Vor allem kann die wesentliche Entschwefelung des Metalls verbessert werden.

Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes das Aufschmelzen von Eisenschwammgranulat nach der Erfindung in einer vom Elektro-Schlacke-Umschmelzen bekannten Anordnung. Dabei befindet sich in einem gekühlten Metalltiegel 1 ein Metallblock 2 aus Stahl, der aus einem verunreinigten Eisenschwammgranulat 3 erschmolzen wurde. Das Eisenschwammgranulat 3 wird dem Metalltiegel 1 durch Förderrohre 4 zugegeben. Die zum Schmelzen erforderliche Wärmeenergie wird durch eine PlasmaflammeS gedeckt, die vom Plasmabrenner 6 erzeugt wird, der mit übertragenem Lichtbogen arbeitet. Durch die Plasmaflamme 5 wird der auf der Oberfläche der Schlacke 7 schwimmende, von Natur aus poröse Metallschwamm aufgeschmolzen und fällt als Tropfen, der auf Grund seiner Kompaktheit eine höhere Dichte als die Schlacke hat, durch die Schlacke 7 in den flüssigen Metallsumpf 8, der sich auf der Oberfläche des Blockes ausbildet.

Im Metallschwamm ursprünglich vorhandene Verunreinigungen, wie z. B. Schwefel und Phosphor,

werden beim Durchfallen der Schlacke, wie beim forderungen

Elektroschlacke-Umschmelzen von der Schlacke ein Zumischen von Kon enoj* _{t im} _

aufgenommen. Mit 9 ist eine Stromquelle bezeichnet, darüber &^ιηβ"^_ ^₁,^f₁Je_{n V}o_n oxidierenden Ga-

die die elektrische Energie für den Plasmabrenner 6 ^J"~ °° "^ml

liefert, in den das Plasmagas an dem Eintrittsstutzen 10 eintritt. Mit 11 ist der Kühlwasscrein tritt in die Kokille 1 und mit 12 der Kühlwasseraustritt aus der Kokille 1 bezeichnet. Das Unterteil 13 ist ebenfalls wassergekühlt, und zwar tritt das Kühlwasser in das Unterteil 13 beim Kühlwassereintntt 14 ein und beim Kühlwasseraustritt 15 wieder aus.

Nach der Erfindung wird der Plasmabrenner mit uinem Inertgas, z. B. Argon oder Stickstoff, als Plasniagas betrieben, dem bei Bedarf reduzierende oder ■xydierende Gase, wie z. B. Wasserstoff, Kohlenoxid, Methan oder auch Kohlendioxid ode«· Luft, in geringen Mengen zugemischt werden können. Reduzierende Gase sind dann angebracht, wenn z.B. im

-isenschwamm noch geringe Eisenoxidanteile ent- vorteilhatt ist es auuciuc..., "~'""~T_r ;,alten sind, die entfernt werden müssen, um den 20 bildung benötigte Gas dem 1 lasmaDren, „iuerstoffgehalt im Block in den von den Qualitäts- lauf zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Einschmelzen von Metallschwamm durch Gasplasmen in einem gekühlten Metalltiegel mittels inerter elektrisch erzeugter Gasplasmen, dadurch gekennzeichnet, daß Metallschwamm, dessen Rohdichte geringer ist als die Dichte einer über dem flüssigen Metallsumpf befindlichen Schlacke, auf diese aufgegeben und durch die vom heißen Plasmastrahl zwischen Elektrode und Schlackenoberfläche abgegebene Wärme derart aufgeschmolzen wird, daß das Metal! in Form kleiner Tropfen durch die flüssige Schlackenschicht in einen Metallsumpf fällt, der mit fortschreitender Abkühlung im Tiegel zu einem Block erstarrt.