DE1800959A1

DE1800959A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Desoxydierung,Entschwefelung und Entgasung von Metallen und Legierungen

Info

Publication number: DE1800959A1
Application number: DE19681800959
Authority: DE
Inventors: Worner Howard Knox
Original assignee: Conzinc Riotinto Ltd
Current assignee: Conzinc Riotinto Ltd
Priority date: 1967-10-03
Filing date: 1968-10-03
Publication date: 1969-05-08
Also published as: US3572671A; AU2798367A; AU422827B2; GB1193458A

Description

1800959 Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 298462

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Conzinc Riotinto of Australia Limited, of 95 Collins Street, Melbourne, Victoria /AUSTRALIA

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Desoxydierung, Entschwefelung und Entgasung von Metallen und Legierungen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Desoxydierung, Entschwefelung und Entgasung von Metallen und Legierungen.

H/K

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Es sind verschiedene Verfahren bekannt, wonach Vakuumbehandlungen in Anwendung kommen, um eingeschlossene Gase, z.B. Wasserstoff und Stickstoff, sowie Sauerstoff, aus niedrig gekohlten Stählen oder verschiedene andere eingeschlossene Gase aus Aluminium zu entfernen. Die meisten bekannten Verfahren arbeiten diskontinuierlich, wenn auch einige kontinuierliche Verfahren bekannt geworden sind, die vor dem kontinuierlichen Gießen der Metalle in Anwendung kommen. Hierbei wird das Metall durch atmosphärischen Druck durch ein Einlaßrohr in eine Vakuumkammer gedrückt, wo das Entgasen stattfindet. Das Metall verläßt sodann diese Kammer durch ein etwas längeres Auslaßrohr. Die beiden Rohre bestehen aus Fallrohren.

Durch diese bekannten Verfahren gelingt ein wirksames, kontinuierliches Entgasen. Zu Beginn dieser Verfahren müssen jedoch zeitweilig die Durchtrittsöffnungen der Ein- und Auslaßrohre durch geeignete Verschlußmittel verschlossen werden. Die Ein- und Auslaßrohre sind ferner der Gefahr von Erosion, oder Rißbildungen während der Vielzahl der Arbeitsgänge ausgesetzt. Außerdem besteht der Nachteil, daß ein Schwenkmechanismus vorgesehen werden muß, der zum Entleeren der Vakuumkammer am Ende des Entgasens erforderlich ist.

Erfindungsgemäß werden keine Einlaß- und Auslaßrohre und ebenfalls keine Verschlußmittel zum zeitweiligen Verschließen benötigt. Die erfindungsgemäß ausgebildete Entgasüngskammer kann sehr einfach mittels eines Kranes

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- ζ. B. zur Reparatur oder Instandhaltung - aus ihrer Lage angehoben werden. Das gesteuerte Ablassen des Vakuums am Ende der Behandlung erlaubt ein Ausfließen des flüssigen Metalles aus der Entgasungskammer und nur der Teil des Metalles verbleibt in der Anordnung, der in dem feuerbeständigen Behälter eingeschlossen ist, in welchen die Entgasungskammer ,während des Arbeitsvorganges eingesetzt wird. Falls gewünscht, kann auch das Gefäß selbst schwenkbar ausgebildet werden, damit das nach der Entschwefelung, Entgasung oder Desoxydierung verbleibende Metall in ein weiteres Gefäß abgeführt werden kann.

Aufgrund der kontinuierlichen Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die erforderliche Vorrichtung, d.h. insbesondere die Entgasungseinheit, mit den Zusatzgeräten wesentlich kleiner als - bei gleichem Ausstoß - beim Stand der Technik. Bei einem Ausstoß von 50 Tonnen Stahl pro Stunde beträgt der Durchmesser der glockenähnlich ausgebildeten Entgasungskammer ca. 1,5 bis 1, 8 m und die Höhe über alles beträgt ca. 3 m.

Die kontinuierliche Entfernung von eingeschlossenen Gasen aus Metallen und Legierungen findet erfindungsgemäß auf der Basis folgender kontinuierlich ablaufender Reaktionen statt:

2 Cu₂O + CuJS > 6 Cu + SO«

2 PbO + PbS » 3 Pb + SO₂

FeO + C } Fe + CO

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Bei der Stahldesoxydationsreaktion wird nicht nur Sauerstoff entfernt,, denn die ausströmenden Blasen von Kohlenmonoxyd reißen einen wesentlichen Teil anderer eingeschlossener Gase - z.B. Wasserstoff - mit sich. Bei Kupfer und Blei erreicht die Verringerung von SO₂ die Werte der Verringerung von Sauerstoff und Schwefel zusammen. Falls gewünscht, kann die Entfernung von unerwünschten Komponenten dadurch gefördert werden, daß in das Bad an einer geeigneten Stelle in der Nähe des Einlasses der Entgasungskammer ein Gas hindurchgeblasen wird, welches entweder gegenüber dem flüssigen Metall inert sein kann oder die gewünschte Reaktion fördert. So fördert z.B. die Zufuhr einer kleinen Luftmenge oder von mit Sauerstoff angereicherter Luft zu dem Bad die Entfernung des Schwefels, wobei folgende Reaktionen stattfinden:

0 + CuJS —i ^ 2 Cu +

O₂ + PbS — ) Pb + SO

Die metallurgischen Vorgänge und Reaktionen, die bei der Desoxydation und Entgasung von geschmolzenem Stahl Bedeutung haben und in der Parallelanmeldung 27 984/67 desselben Anmelders beschrieben sind, gelten auch für die vorliegende Erfindung.

Bei dem erfindungsgemäßen kontinuierlichen Entgasungsverfahren für Metalle wird flüssiges Metall kontinuierlich durch eine sehr einfach,entfernbare, glockenähnliche Entgasungskammer unter reduziertem Druck geleitet und tiierfeei elektroinduktiv gerttnrt.

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Das geschmolzene Metali fließt durch die unter reduziertem Druck gehaltene Entgasungskammer. Das entgaste Metall wird vorzugsweise kontinuierlich aufgrund der Schwerkraftwirkung entfernt. Das Gefäß ist vorzugsweise relativ flach ausgebildet und mit einer feuerbeständigen Auskleidung versehen. Die Entgasungskammer hat vorzugsweise einen im wesentlichen flachen, offenen Boden und ist an ihrer Basis mit einer Einlaßöffnung und einer derselben mehr oder weniger diametral gegenüberliegenden Auslaßöffnung versehen, die während des Betriebes unterhalb des Spiegele des geschmolzenen Metalles in dem feuerbeständigen Behälter liegen.

Ausgehend vom Boden des feuerbeständigen Behälters ist vorzugsweise eine Querrippe vorhanden, die sich bis in die leicht entfernbare, glockenähnliche Entgasungskammer erstreckt. Diese wulstartige Rippe dient dazu, den Strom aus geschmolzenem Metall beim Eintritt in die Entgasungskammer nach oben in den Bereich umzulenken, der durch elektroinduktive Influenz umgerührt wird.

Falls gewünscht, kann die transversale, wulstartige Rippe einen integralen Teil der Vakuumentgasungekammer selbst bilden. In diesem Fall erstreckt sie sich quer über den Bodenteil der leicht entfernbaren, glockenähnlichen Kammer, sowie nach oben in einem solchen Ausmaß, daß das eintretende Metall nach oben in den elektroinduktiv umgerührten Bereich gelenkt wird.

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Wenn auch die Entgasungskammer im Vergleich zu der durchgesetzten Metallmenge relativ klein ist, so ist sie Jedoch groß genug, um sicherzustellen, daß das hindurchfließende, geschmolzene Metall während einer genügend langen Zeit in ihr verweilt, wobei unter Vakuumumrühren die gewünschten Entgasungs-, Desoxydationg- oder Entschwefelungsreaktionen stattfinden.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das geschmolzene Metall dem Trichter einer Gießmaschine in einer Höhe zugeführt werden kann, die nur wenige Zentimeter niedriger ist als der Strom aus nicntentgastem Metall, der von einem Schmelz- oder Wärmeofen kommt. Hieraus ergibt sich, daß nur wenig Höhe und Gefälle beim Entgasen verloren wird.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und anhand der beiliegenden Zeichnung ersichtlich.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßemEntgasungsvorrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1;

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Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer glockenähnlichen Entgasungskammer ohne die Zusatzinduktionsspulen zum induktiven Rühren.

Das geschmolzene Metall tritt in eine glockenähnlich ausgebildete, mit einer feuerfesten Auskleidung versehene Entgasungskammer 4 durch einen geeigneten Einlaßkanal 5 ein, der in einen relativ flachen, feuerfest ausgekleideten Behälter 7 einmündet. Die Entgasungskammer 4, die mit einer Vakuumpumpe mittels einer Leitung 16 verbunden ist, ist innerhalb des Behälters 1 angeordnet. Wenn ein Vakuum eingestellt wird, wird das geschmolzene Metall durch den atmosphärischen Druck in der evakuierten, glockenähnlichen Kammer 4 über eine Einlaßöffnung 6 nach oben gedrückt. In der Kammer 4 wird das flüssige Metall unter Aufrechterhaltung eines geeigneten Vakuums durch elektromagnetische Induktion von Spulen 8, welche die Kammer 4 umgeben, leicht umgerührt.

Dem induktiven Rühren liegen niedere Frequenzen und mehrere Phas en zugrunde, so daß sichergestellt ist, daß längs der gesamten axialen Erstreckung der Spulen wirksam umgerührt und praktisch keine nennenswerte Wärme in dem Bad erzeugt wird. Dieses unduktive Rühren kann für Eisen - und für Nichteisenmetalle angewendet werden. Beim Rühren zirkuliert das Metall in der Kammer 4 in Richtung von Pfeilen 10. Irgendwelche Spuren von Schlacke, die durch das flüssige Metall in die Kammer

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mitgeris sen werden können, werden von den Wänden der Kammer 4 ferngehalten, so daß eine etwaige korrodierende Wirkung praktisch nicht vorhanden ist. Die niederfrequenten, mehrphasigen Spulen 8 können völlig von der Vakuumkammer 4 getrennt sein,, In diesem Fall besteht eine Metallhülle 20 der Kammer 4 in der Nähe der Spulen 8 vorzugsweis e aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, z. B. aus austenitischem, korrosionsbeständigem Stahl.

Wenn die Spulen 8 von der E ntgasungs kammer 4 getrennt sind, können sie während des Vakuumentgasens nach unten in eine solche Lage abgesenkt werden, wo sie die Kammer 4 umgeben. Wenn das Verfahren beendet ist, können die Spulen 8 von der Vakuumkammer 4 nach oben abgezogen werden. Falls gewüns cht, kann die Spule 8 auch ständig mit der Hülle der Vakuumkammer 4 verbunden s ein.

E s ist von Vorteil, die Spulen 8 vor der Strahlungswärme des flüssigen Metalles in dem Behälter 7 zu schützen. Dies kann durch einen geeigneten Hitzeschild 9 erfolgen.

Da ein sehr wirksames, elektroinduktives Rühren in dem flüssigen Metall nur in der Ebene erfolgen kann, in der die Spulen liegen und da aus praktischen Gründen s ich die Spulen in der Regel nicht nach unten bis zu dem Spiegel des flüssigen Metalles in dem Behälter 7 erstrecken, enthält der

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Böden des Behälters 7 eine querliegende, feuerbeständige Umlenkungsrippe 11. Diese Rippe 11 soll so angeordnet sein, daß der durch den Einlaß eintretende Strom aus flüssigem Metall nach oben umgelenkt wird und in den Bereich des elektroinduktiven Rührens gelangt.

Wenn herkömmliche, einphasige Induktions spulen zum Rühren und zu einer gewissen Erwärmung des Bades benutzt werden, sind dieselben Vorzugs weise in dem feuerbeständigen Material des Behälters 4 und nicht außerhalb der Metallhülle 20 angeordnet, da anderenfalls die letztere in unerwüns chter Weise erwärmt würde.

Das entgaste, desoxydierte und/oder ents chwefelte Metall verläßt die Vakuumkammer 4 über eine Auslaßöffnung 12, die der Einlaßöffnung 6 mehr oder weniger diametral gegenüberliegt. Hierbei strömt das flüssige Metall durch einen Kanal 13, der ein wenig niedriger liegt als der Kanal 5. Von dem Kanal 13 wird das flüssige Metall dem Trichter - nicht dargestellt - einer kontinuierlichen Gießmaschine oder einem Vorratsbehälter oder einem Wärmeofen { zugeführt. Um eine Aufnahme von Gasen während des Laufes des Metalles durch den Kanal 13 möglichst gering zu halten, ist an dieser Stelle Vorzugs weise eine Schutzgasatmosphäre vorgesehen.

Um zu verhindern, daß das flüssige Metall gegebenenfalls nur durch einen Ringraum 19 des Behälters 7 fließt, sind bevorzugt zwei Vorsprünge 14 und 15

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auf dem Bodenteil der feuerbeständigen Masse der Vakuumkammer 4 vorgesehen. Wenn diese Vorspränge in Ausnehmungen der Innenwand des Behälters 7 - wie dargestellt - genau eingeioaßt sind und die Kammer 4 auf dem Boden des Behälters 7 gut aufsitzt; s ο strömt praktisch kein flüs siges Metall durch die Anordnung, ohne der Vakuumbehandlung unterzogen zu werden.

Wenn zusätzliche Wärme benötigt wird, kann das obere Ende der Entgasungskammer 4 mit geeigneten, nicht dargestellten Heizelementen vers ehen sein. Das Entgasen kann dadurch verbess ert werden, daß aus kleinen Teilchen bestehende, feste Additive -z.B. pulverisierte Kohle, Ferro™ Silizium - und/oder inerte Gase (E.G. Argon) zugeführt werden. Die Feststoffe können durch eine nicht dargestellte, abgedichtete Zufuhrvorrichtung zugeführt werden, die vorzugsweise am oberen Ende der Entgasungskammer 4 befestigt ist. Die inerten Gase können durch ein nicht dargestelltes Rohr zugeführt werden, welches vorzugsweis e neben oder in der Nähe des Einlasses 6 angeordnet ist.

Wie s chon erwähnt, ist zur Vakuumerzeugung ein Rohr 16 vorgesehen. Am oberen Ende der Vakuumkammer 4 ist ein Auge 17 befestigt, das zum Anheben am Ende des Verfahrens dient.

Zu Beginn des Entgasens kann es vorteilhaft sein, den Behälter 7 auf ein höheres Niveau als das normale Betriebsniveau des Auslaßkanales 13

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anzufüllen. Dies kann durch einen geeigneten, entfernbaren Stopfen 18 erfolgen. Wenn ein aus reichender Durchfluß durch die Entgasungs kammer 4 stattfindet, wird der Stopfen 18 entfernt und das flüssige Metall fließt frei aus. In der Regel ist die Höhe des Metalles in dem Ringraum auf der Einlaßseite etwas höher als auf der Auslaßseite.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum kontinuierlichen Desoxydieren, Entschwefeln und/oder Entgasen von Metallen und Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall durch eine abziehbare und entfernbare, glockenähnliche Entgasungskammer unter reduziertem Druck hindurchgeleitet und hierbei elektroinduktiv umgerührt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall in die Entgasungskammer (4) durch eine Einlaßöffnung (6) an einer Seite eines Behälters (7) einfließt, sodann in der Entgasungskammer (4) nach oben umgelenkt wird, nachfolgend nach unten fließt und abschließend durch eine Auslaßöffnung (12) an der gegenüberliegenden Seite des Behälters (7) abgezogen wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daßdieEin- und Auslaßöffnung (6 bzw. 12) zwis chen dem unteren Ende der glockenähnlichen Entgasungskammer (4) und dem Behälter (7) angeordnet ist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung des nach oben und nach unten gerichteten Flusses des flüssigen Metalles in der Entgasungskammer (4) eine wulstartige Querrippe (11) in dam unteren Teil der Entgasungekammer (4) vorgesehen 1st.

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5. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Entgasungskammer (4) eine Induktionsspule (8) zum elektroinduktiven Rühren des flüssigen Metalles angeordnet wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektroinduktive Rühren des flüssigen Metalles in der Entgasungskammer (4) im wesentlichen oberhalb der wulstartigen Querrippe (11) stattfindet.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine leicht entfernbare und abziehbare, glockenähnliche Entgasungskammer (4) mit reduziertem Druck, Mittel zum Einführen des flüssigen Metalles in die Entgasungskammer (4) und zum Abziehen aus derselben, sowie durch Mittel zum elektroinduktiven Rühren des flüs sigen Metalles in der Entgasungskammer (4).

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Behälter (7), in welchem die Entgasungskammer (4) angeordnet ist, eine an einer Seite des Behälters (7) vorgesehene Einlaßöffnung (6) zum Zuführen des flüssigen Metalles zu der Entgasungekammer (4), eine der Einlaßöffnung (6) gegenüberliegende Auslaßöffnung (12) zum Abziehen des entgasten, flüssigen Metalles, Mittel zur Einstellung eines unteratmofsphärischen Druckes in der Entgasungskammer (4), sowie durch Mittel zum elektroinduktiven Rühren des flüs sigen Metalles in der Entgasungskammer (4). 909819/0789

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9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet^ daß die Mittel zum elektroinduktiven Rühren des flüssigen Metalles aus einer Induktionsspule (8) bestehen» welche außerhalb der Entgasungskammer (4) angeordnet ist.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktions spule (8) oberhalb des Behälters (7) angeordnet ist,

11. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil der Entgasungskammer (4) eine"wulstartige Querrippe (11) angeordnet ist, die das flüs- s ige Metall zunächst nach oben und s odann nach unten in der Entgasungs kammer (4) umlenkt.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das elektroinduktive Rühren des flüssigen Metalles im wesentlichen in dem oberhalb der Querrippe (11) gelegenen Teil der Entgasungs kammer (4) stattfindet.

13. Vorrichtung gemäß Ans pruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hitzeschild (9) zwis chen der Induktionsspule (8) und dem flüs - eigen Metall in dem Behälter (7) angeordnet ist.

14. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Entgasungskammer (4) und der Innenwandung des Behälters (7) ein Ringraum (19) vorgesehen ist, der in einen Einlaßteil und einen Aus laßteil durch zwei Vorsprünge (14, 15) unterteilt ist, die einander gegenüberliegend an der Entgasungs kammer (4) angeordnet sind.

15. Vorrichtung gemäß Ans pruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das fluss ige Metall kontinuierlich in den Einlaßteil des Ringraumes (19) und sodann durch die Einlaßöffnung (6) in die E ntgasungs kammer (4) und nachfolgend durch die Auslaßöffnung (12) in den Auslaßteil des Ringraumes (19) einfließt.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einlaßöffnung (5) vorgesehen ist, durch welche das flüssige Metall in den Einlaßteil des Ringraumes (19) einfließt, daß eine Auslaßöffnung (13) vorges ehen ist, durch welche das entgaste, flüssige Metall aus dem Auslaßteil des Ringraumes (19) ausfließt und daß die Auslaßöffnung (13) nur f wenig niedriger liegt als die Einlaßöffnung (5).

17. Vorrichtung gemäß Ans pruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wulstartige Rippe (11) einen sich nach oben verjüngenden Querschnitt hat.

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