DE2165640C3 - Ofen zum Verhindern des Abbrandes und der Gasaufnahme während des Warmhaltens einer zum Abguß fertigen Metallschmelze - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Ofen gemäß Oberbegriff Anspruch 1. ^₅

Ein derartiger Ofen ist durch die schwedische Auslegeschrift 3 28 673 bekannt. Bei diesem bekannten Ofen wird das Schutzgas durch eine im Ofendeckel zentral angeordnete Einlaßöffnung eingeblasen, nachdem vorher durch die gleiche öffnung die im Raum über der Schmelze befindliche Luft abgesaugt und ein Vakuum in diesem Raum hergestellt ist. Durch die Evakuierung soll eine Vermischung zwischen Luft und Schutzgas verhindert werden, was unvermeidbar ist, wenn, wie im Falle der US-PS 3.Ί 95 960, das Schutzgas das in dem Raum über der Schmelze stehende Luftvolumen verdrängen muß. Bei dieser Verdrängung ist infolge der bei der Einurcmung erfolgenden Turbulenz eine Vermischung unvermeidbar, was bedingt, daß ein großes Volumen an teurem Schutzgas ^o eingelassen werden muli, bis durch laufende Verdünnung der Luftgehalt auf einen unschädlichen Wert vermindert ist. Obgleich durch die bei dem Ofen nach der schwedischen Patentschrift vorher erfolgte Evakuierung die Ausfüllung mit Schutzgas schneller erfolgen kann, wird infolge des auch im evakuierten Raum noch enthaltenen Luftanteils ein größerer Gasanteil eingeführt werden müssen als es dem Volumen des Raumes entspricht, weil auch hier die trotz der Evakuierung noch verbleibende Luft entfernt werden muß. Im übrigen ist die Evakuierung auch im Hinblick auf die vorzunehmende Abdichtung außerordentlich aufwendig. Abgesehen davon erfordert die Evakuierung eine zusätzliche, bei solchen öfen im allgemeinen nicht vorhandene Evakuierungseinrichtung, und das Absaugen der Luft erfordert zusätzliche ZeitAußerdem bedingt der in dem Raum herrschende Unterdruck eine Veränderung der Schmelze, indem durch den Unterdruck die Schmelze in Wallung gerät und möglicherweise durch Verdampfung der flüchtigen Komponenten die Zusammensetzung der Schmelze geändert wird. Die durch den Unterdruck bewirkte Wallung der Schmelze bewirkt eine Reibung der sich bewegenden Schmelze an den Ofenwandungen was dazu führt, daß Bestandteile der Ofenauskleidung in die Schmelze gerissen werden und dadurch eine starke Verschmutzung der Schmelze bewirken. Es ist weiter durch die US-PS 34 67 167 ein Behandlungsverfahren bekannt geworden, bei welchem die Schmelze vor einer Verunreinigung dadurch geschützt werden soll, daß ein inertes Gas in den Raum über der Schmelze eingeblasen wird. In diesem Fall erfolgt jedoch in gleicher Weise wie bei der Einführung des Schutzgases bei dem Ofen nach der US-PS 32 95 960 eine innige Durchmischung von Schutzgas und Luft innerhalb des Raumes infolge der Verwirbelung bei der Einführung, so daß relativ große Mengen Schutzgas eingeführt werden, ehe eine Verdünnung soweit fortgeschritten ist, daß der Luftanteil unschädlich ist. Die hierzu notwendige Gasmenge beträgt ein Vielfaches des Volumens des Raumes über der Schmelze. Außerdem dauert eine derartige Einführung außerordentlich lange.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen der eingangs genannten Bauart derart zu verbessern, daß er ohne den erheblichen Aufwand einer Evakuierungsvorrichti'ng mit den hiermit verknüpften Nachteilen eine Schutzgasbedeckung der Schmelze gewährleistet, wobei die hierfür erforderliche Gasmenge schnell und mit einem begrenzten Volumen derart einführbar ist, daß das Volumen des Raumes über der Schmelze nicht wesentlich überstiegen wird.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfip.dungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Dadurch, daß das Schutzgas in laminarer Strömung dicht über der Oberfläche der Schmelze eingeblasen wird, lagert es sich zunächst unmittelbar über der Oberfläche der Schmelze ab, weil das verwendete Schutzgas, wie z. B. Argon, ein größeres spezifisches Gewicht als Luft besitzt. Die Verdrängung der Luft über dieser auf der Schmelze lastenden Schutzgasschichi erfolgt dann von dieser Schutzgasschicht kontinuierlich nach oben, wobei die Luft durch entsprechende öffnungen im Deckel entweichen kann. Dabei tritt irr wesentlichen keine Vermischung ein und es wird voi allem gewährleistet, daß das Schutzgas sich von Anfang an unvermischt mit Luft über dem Badspiegel ablager und nicht wie dies bei den üblichen Verdünnungsvcrfah ren der Fall ist, nach und nach mit mehr und meh verdünnter Luft angereichert wird.

Es ist zwar durch die DT-AS 1508 111 und die US-P! 29 93 780 bereits bekamt, gasdurchlässige, feuerfest* Steine in die Ofenwana einzubauen. Hierbei sind di< Steine jedoch in dem von der Schmelze bedeckten Te des Ofens angeordnet und dienen als Spülsteine, di unmittelbar in die Schmelze ein Gas einleiten, um eine

Konzentrations- oder Temperaturausgleich zu bewirken. Eine Einleitung eines Schmelzgases in den Raum über der Schmelze zwecks Erzeugung eines Schutzpolsters ist jedoch hiermit nicht möglich.

Die feuerfesten gasdurchlässigen Steine, die den Einlaß des inerten Gases in laminarer Strömung bewerkstelligen, können entweder in der Ofenwand knapp über der Oberfläche der Schmelze angeordnet sein, oder im Deckeheil, wobei vorzugsweise eine ringförmige Anordnung vorgesehen ist

Bei öfen, bei denen die Gießschnauze mit Metallschmelze im abgußfertigen Zustand angefüllt ist, erweist es sich als zweckmäßig, auch diese Oberfläche der Schmelze mit einem Schutzgas zu bedecken, was nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch geschehen kann, daß zum Schutz der Schmelze in der Gießschnauze ein weiterer gasdurchlässiger feuerfester Stein eingepaßt ist, dessen Auslaß über dem Schmelzspiegel mündet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der feuerfeste gasdurchlässige Stein in dem über dem Schmelzspiegel befindlichen Raum über ein ihn tragendes Gaszuführungsrohr höhenverstellbar angeordnet sein, das im Deckel vertikal einstellbar eingeführt ist.

Diese letztgenannte Ausbildung und die Ausbildung mit Gaseinführungssteinen im Deckel eignen sich in besonderem Maße auch zum nachträglichen Einbau in bereits bestehende Anlagen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Induktionstiegelofen, bei welchem das Schutzgas mittels eines gasdurchlässigen feuerfesten Steins von der Ofenwandung her knapp oberhalb des höchsten Badspiegels erfolgt.

Fig. 2 einen der Fig. 1 ähnlich aufgebauten Induktionstiegelofen, bei dem die Gaszufuhr mittels eines ringförmigen gasdurchlässigen und feuerfesten Steins erfolgt, der in der Nähe des unteren Randes des Ofendeckels angeordnet ist.

F i g. 3 stellt schematisch einen Trommelofen mit einem außen angesetzten Warmhalte-Induktor dar, bei welchem die Gaszufuhr vermittels in den obersten Teil der Ofenwandung eingelassenen Gasdruckreduktionskammern erfolgt. Schließlich zeigt

F i g. 4 einen Ofen des gleichen Typs, bei welchem die Gaszuführung mittels Kammern erfolgt, die in den Ofendeckel eingelassen sind. Die

Fig. 5 betrifft eine höhenverstellbar Vorrichtung zur Zuführung des Schutzgases knapp oberhalb des jeweiligen Badspiegels.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, befindet sich in einem Ofentiegel 11 mit einer Tiegelacnse 11a, der von einer Induktionsspule 12 umgeben ist. die Stahlgußschmelze 13 mit einem höchsten Badspiegc;! 13a im Ofenraum 14 Der Raum 15, der sich oberhalb des Badspiegels befindet, ist an der öffnung der Gießschnau/e 16 mittels eines Deckels 17 verschlossen und an der Oberseite o^s Tiegels 11 durch den Ofendeckel 18 abgeschlossen. Ober eine Gaszuführiingsleitung 19 wird dem gasdurchlässigen, feuerfesten Stein 20. der knapp oberhalb des höchsten Badspicgels 13a in die Tiepelwandung eingelassen und in seine kegelförmige Bettung 20.i eingepreßt ist, das inerte Gas mit einem 1 orderdrtiek von etwa 1,5 atii 'zugeführt, das beim Austritt aus diesem Siein 20 laminar in den zunächst l.uftatmosphäre fernhaltenden Raum einströmt und weil es sehv... !"■ ist als Luft ζ. B. bei Verwendung von Argon, die Luftatmosphäre mittels eines vom Badspiegel her nach oben langsam anwachsenden Gaspolsters durch die Deckelfugen hindurch verdrängt Hierbei ist naturge-S maß eine leichte Verwirbelung und damit eine Mischung des Edelgases mit der Luft nicht zu verhindern, jedoch kann diese Grenzschicht relativ dünn gehalten werden, wenn die Bedingung des laminaren Einströmens des Edelgases erfüllt ist Dies ist die Voraussetzung für eine wirtschaftlich tragbare Anwendung des Schutzgases, wobei im günstigsten Fall die während der Luftverdrän gungsperiode zu verbrauchende Volumsmenge des Schutzgases das 1,3-fache des Ofenvolumens, im Norniaifall das 23- bis 5-fache davon beträgt bis oberhalb des Badspiegels im Raum 15 eine reine Schutzgasatmosphäre hergestellt ist Tritt hingegen Turbulenz bei der Einleitung des Schutzgases auf, wächst die erforderliche Gasmenge auf mindestens den zehnfachen Wert.

Anschließend an die Luftverdrängungsperiode, welche bei einem Ofen für eine Tonne Stahlgußschmeize etwa 15 bis 40 Minuten dauert, wird mit einem Förderdruck von etwa 0,5 atü weiterhin Schutzgas eingeblasen, wobei ein ständiger Gasverbrauch von 0,1% bis 1% des Ofenvolumens pro Minute stattfindet und wobei sich ein Schutzgasdruck von 0,05 atü bis 0,5 atü im Raum 15 einstellt. Dieser Verbrauch ist bei großen öfen relativ geringer als bei kleinen öfen, da sich öfen mit großem Volumen relativ besser abdichten lassen als kleine Öfen, womit sich größere Warmhalteöfen als wirtschaftlicher erweisen.

Bei dem Ofen gemäß Fig. 2 sind ganz ähnliche Verhältnisse vorhanden, jedoch besitzt bei diesem Konstruktionsbeispiel der Deckel 18 eine gesonderte zentrale Eingußöffnung 21, die mittels eines zweiten kleineren Deckels 22 verschlossen ist Überdies trägt der Ofendeckel 18 die ringförmige Gaszuführungsleitung 23, welche einen gasdurchlässigen feuerfesten Stein 24 speist, der als zur Tiegelachse 11a konzentrischer Ring ausgebildet ist und in seine Bettung 24a als tragendes Element für den mittleren Teil des Ofendekkels 18 eingepreßt ist. Das durch den Ringstein 24 laminar austretende Gas fällt in Richtung auf den Badspiegel 13a herunter und verdrängt dabei die Luft langsam nach oben.

Der in Fig. 3 dargestellte Trommelofen besitzt eine Zustellung 31 und einen rechts unten an die Trommel angesetzten Warmhalte-Induktor 32. Die Stahlgußschmelze 33 mit ihrem höchsten Badspiegel 33a füllt den Ofenraum 34 zu etwa zwei Drittel aus. Der zunächst mit Luftatmosphäre gefüllte, oberhalb des Badspiegels 33a befindliche Raum 35 ist einerseits durch eine der Gießschnauze 36 zugeordnete, im Zusammenhang mit derselben als Syphon wirkende Sperrwand 37 und andererseits durch den Ofendeckel 38 abgeschlossen. Eine Entleerung dieses Ofens erfolgt durch eine Drehung der Trommel nach links. Über Gaszuführungsleitungen 39 werden vorzugsweise ringförmig angeordnete Gasdruckreduktionskammern 40 gespeist, welche

(,o knapp oberhalb des höchsten Badspiegcls 33;) in die Wände der Zustellung 31 des Trommelofens eingelassen sind. Aus diesen Kammern 40, die vorzugsweise in der Zeichnung nicht dargestellte Umlenkwände für den expandierenden Gasstrom enthalten, tritt das Schutzgas

ds laminar entlang des Badspiegels 33a au^ und baut wie bei dem Beispiel von F i g. 1 langsam einen die Luft verdrängenden Schutzgaspolster auf.

Da bei den Beispielen gemäß F i g. 3 und 4 ein kleiner

Teil der Badoberfläche im Bereich der Gießschnauze 36 ohne besondere Maßnahme mit der atmosphärischen Luft in Berührung wäre, kann mittels eines zusätzlichen Auslasses 43, der aus einem gasdurchlässigen Stein bestehen kann, auch über diesem Teil der Badoberfläche eine Schutzgasatmophäre aufgebaut werden. Selbstverständlich kann aber die Gießschnauze 36 zusätzlich mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellten Deckels verschlossen werden.

Der Trommelofen gemäß F i g. 4 unterscheidet sich von dem in Fig.3 dargestellten Ofen nur dadurch, daß die Gaszuführungsleitungen 41 und die Gasdruckreduktionskammern 42 am bzw. im Deckel 38 angeordnet sind und daß der Aufbau des Schutzgaspolsters ähnlich erfolgt wie gemäß F i g. 2.

Die in F i g. 5 dargestellte höhenverstellbare Vorrichtung zur Zuführung des Schutzgases knapp oberhalb des jeweiligen Badspiegels besteht aus einem Rohr 45, das in einem Dichtungsrohr 44 des Deckels 22 verschiebbar gelagert ist und an seinem unteren Ende einen topfförmig ausgebildeten, gasdurchlässigen und feuerfesten Spülstein 46 trägt.

Selbstverständlich können die gasdurchlässigen feuerfesten Steine bzw. die Gasdruckreduktionskammern bei sämtlichen gezeigten Konstruktionsbeispielen sowohl in der Ofenwandung als auch im Deckel in beliebiger Weise kombiniert angeordnet sein. Ferner ist es möglich, Schutzgasmeßproben zu entnehmen und z. B. gaschromatographisch zu untersuchen oder eine laufende elektrische Messung des Sauerstoffgehaltes als Maß für die Anwesenheit von Luft durchzuführen. Derartige Messungen erübrigen sich jedoch weitgehend, sobald die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Warmhalteofens einmal empirisch ermittelt worden ist und die Vorgänge unter gleichen Bedingungen wiederholt werden. Als inertes Schutzgas kommt außer Argon noch Xenon, Krypton und Radon in Frage, wobei für die Auswahl wie überhaupt für die gesamte Durchführung des Warmhaltens die Kostenfrage ausschlaggebend ist

Die Erfindung gestattet es, schmelzflüssige Stahlgußlegierungen über längere Zeiträume, beispielsweise zehn Stunden, ohne Legierungsabbrand in einem der Warmhalteöfen gemäß der Erfindung aufzubewahren, so daß hinsichtlich der Zusammensetzung und der technologischen Eigenschaften des Fertigen Gußstückes keinerlei Abweichung von den gewünschten Werten eintritt. Dieses Ergebnis ermöglicht den Gießereien eine überaus rationelle Herstellung von Stahlgußformteilen.

Durch die Erfindung werden sowohl große als auch

ίο kleine Stahlwerke in die Lage versetzt, ohne große Schmelzofen große Stahlgußstücke herzustellen, deren Zusammensetzung genau den vorbestimmten Werten entspricht. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß auch die Luftverschmutzung geringer wird, denn bisher mußte für große Stahlgußstücke hoher Qualität ein entsprechend großer, gasbeheizter Schmelzofen verwendet werden, wogegen bei Anwendung der Erfindung mit relativ kleinen, keine Abgase erzeugenden, sondern elektrisch beheizten öfen das Auslangen gefunden werden kann. Schließlich wird durch die Erfindung die Voraussetzung für das Stranggießen von Stahl geschaffen.

Beispiel

In einem mit einer CK-22 Stahlgußschmelze versehenen lnduktions-Tiegelofen gemäß F i g. 2 mit einem Rauminhalt von 1,0 m³ wurde nach der Beendigung des Schmelzvorganges der Ofen verschlossen und Argon mit einem Förderdruck von 2 atü durch der gasdurchlässigen feuerfesten Stein laminar eingeleitet Nach 30 Minuten Gasförderung bei einem Gasver brauch von 3Nm³ Argon war der Sauerstoffgehalt aul 0,1 % herabgesetzt. Während der folgenden Warmhaltezeit konnte durch laufendes Nachblasen von 5 I Argor

pro Minute bei einem Förderdruck unter 04 atü dei Sauerstoffgehalt auf 100 ppm vermindert bzw. gehalter werden, wobei im Ofenraum ein Überdruck von etwa 0,15 atü herrschte. Nach einer Warmhaltezeit von ί Stunden konnte die CK-22 Stahlgußschmelze ohne

Analysenkorrektur bzw. ohne Zuschläge abgegosser werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Ofen zum Verhindern des Abbrandes und der Gasaufnahme während des Warmhaltens einer zum S Abguß fertigen Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, bei dem in einem geschlossenen abgedichteten Raum über der Schmelze durch eine Einlaßöffnung ein inertes Schutzgas, z. B. Argon, einführbar ist, welches die Luft verdrängt und damit eine schädliche Beeinflussung der Metallschmelze verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Raum (15; 35) in seiner Wandung (11; 18; 31; 38) knapp über dein Schmelzspiegel (I3a; 33s) als Einlaßöffnung mindeste.« einen in dem Maße gasdurchlässigen feuerfesten Stein (20; 24; 40; 42) enthält, daß das den unter einem Druck von 0,05 bis 0,5 atü in den Raum (15; 35) eingeblasene Inertgas welches schwerer als Luft ist, eine Vielzahl von laminaren Einzelstrahlen ergibt

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die feuerfesten Steine (20; 40) in der Ofenwand (11; 31) eingepaßt sind.

3. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfesten Steine (24; 42) in ringförmiger Anordnung im Deckel (18; 38) eingepaßt sind.

4. Ofen nach den Ansprüchen 2 und 3, bei dem die Gießschnauze mit Metallschmelze im abgußfertigen Zustand angefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Schmelze (34) in die Gießschnauze (36) ein weiterer gasdurchlässiger feuerfester Stein (43) eingepaßt ist, dessen Auslaß über dem Schmelzspiegel mündet.

5. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feuerfeste gasdurchlässige Stein (46) in dem über dem Schmelzspiegel (13a) befindlichen Raum über ein ihn tragendes Giiszuführungsrohr (45) höhenverstellbar ist, das in dem Deckel (18) vertikal einstellbar geführt ist.