DE1508108B1 - Process for treating molten metal - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgasung von Schmelzen, z. B. von Stahl- oder Eisenschmelzen, und bezweckt, den Gasgehalt der Schmelzen auf sehr niedrige Werte herabzusetzen.The invention relates to a method for degassing melts, e.g. B. of steel or iron melts, and aims to reduce the gas content of the melts to very low values.
Ein übliches Verfahren zur Entgasung von Schmelzen ist ihre Behandlung unter Vakuum. Handelt es sich aber darum, den Sauerstoff weitestgehend zu entfernen, so ist eine Druckbehandlung bei gleichzeitiger Zuführung von z. B. Kalzium geeignet. Dieses Verfahren ist in »Third-Element-Interactions with the system liquid/iron — liquid calcium« von D. L. Sponceller näher beschrieben.A common method for degassing melts is their treatment under vacuum. But is it a matter of reducing the amount of oxygen as much as possible remove, a pressure treatment with simultaneous supply of z. B. calcium suitable. This The method is described in "Third-Element-Interactions with the system liquid / iron - liquid calcium" by D. L. Sponceller described in more detail.
Bekannt ist ein Verfahren für die kontinuierliche Vakuumbehandlung von Schmelzen (USA.-Patentschrift 2 587 793). Dieses Patent zeigt einen Vakuuminduktionsofen mit offenem Zu- und Abfluß, dessen Schmelzbadoberfläche durch ein im Ofenraum erzeugtes Vakuum über das Niveau des Schmelzzuführbehälters angehoben ist. Dieser Ofen ist lediglich für eine Vakuumentgasung geeignet, Druckbehandlungen der Schmelze sind nicht möglich, da einmal auf Grund des Vakuumheberprinzips der Ofen nicht mehr mit Schmelze gefüllt wäre und zum anderen keine druckfesten Verschlüsse der Zu- und Abflüsse vorhanden sind.A process for the continuous vacuum treatment of melts is known (USA.-Patent 2,587,793). This patent shows a vacuum induction furnace with open inlet and outlet, its Melt bath surface through a vacuum generated in the furnace chamber above the level of the melt feed tank is raised. This furnace is only suitable for vacuum degassing, pressure treatments the melt are not possible, because once due to the vacuum lifter principle, the furnace is not would be more filled with melt and, on the other hand, no pressure-tight closures of the inflows and outflows available.
Auch ist ein Niederfrequenzinduktionsofen bekannt (deutsche Patentanmeldung F 7619), der an sich so gebaut ist, daß er entweder eine Druck- oder Vakuumbehandlung der Schmelze unter gleichzeitiger Erwärmung und Umrührung der Schmelze zulassen würde. Dieser Anmeldung ist aber nicht die Erfindung zu entnehmen, ein und dieselbe Schmelze einer aufeinanderfolgenden Druck- und Vakuumbehandlung in dem gleichen Schmelzbehälter zu unterziehen.A low-frequency induction furnace is also known (German patent application F 7619) to which itself is built so that it can be either a pressure or vacuum treatment of the melt with simultaneous Would allow heating and stirring of the melt. However, this application is not the invention one and the same melt of a successive pressure and vacuum treatment can be seen to undergo in the same melting vessel.
Das erfindungsgemäße Verfahren verbindet die Vorteile der Vakuumentgasung mit denen der Druckbehandlung und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze in demselben Schmelzgefäß unmittelbar vor oder nach einer Druckbehandlung einem Vakuum ausgesetzt und während der Druck- und Vakuumbehandlung erwärmt und umgerührt wird.The method according to the invention combines the advantages of vacuum degassing with those of pressure treatment and is characterized in that the melt in the same melting vessel directly exposed to a vacuum before or after a pressure treatment and during the pressure and vacuum treatment is heated and stirred.
Durch diese aneinander anschließende Vakuum- und Druckbehandlung in einem Schmelzbehälter gelingt es, den Sauerstoffgehalt, der bei alleiniger Vakuumbehandlung nicht unter Werte von 0,002 bis 0,003 % zu bringen ist, auf Werte von etwa 0,0003 0Zo zu senken.This subsequent vacuum and pressure treatment in a melting vessel makes it possible to reduce the oxygen content, which cannot be brought below values of 0.002 to 0.003% with vacuum treatment alone, to values of around 0.0003 0 Zo.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, daß der im Anschluß an die Druckbehandlung im Schmelzbehälter noch vorhandene Druck zum Entleeren des Behälters und/oder zum Druckguß ausgenutzt werden kann.Another advantage of the process is that the pressure treatment in the melting container after the pressure treatment Any pressure that is still present can be used to empty the container and / or for die casting can.
Weiter ist für die Durchführung des Verfahrens wichtig, daß sowohl bei der Druck- als auch bei der Vakuumbehandlung eine Umrührung der Schmelze bei gleichzeitiger Warmhaltung erfolgt, die mit einer Temperaturkontrolle verbunden sein kann.It is also important for the implementation of the method that both in the printing and in the Vacuum treatment a stirring of the melt with simultaneous warming takes place, which with a Temperature control can be connected.
Die Erfindung betrifft weiter die Lösung des Problems, wie man in einfacher und wirtschaftlicher
Weise die Warmhaltung und Umrührung in Verbindung mit verschiedenen Formen der Druck- und
Vakuumbehandlung mit dem Ziel eines niedrigen Restgasgehaltes in der Schmelze erreichen kann. Es
ist schwierig, ein Umrühren durch Einblasen von Gas bei Druck anzuwenden, dasselbe gilt auch für
das mechanische Umrühren, das Durchlässe erfordert und auf Grund der hohen Temperatur kaum durchführbar
ist. Denkbar ist ein elektromagnetischer Umrührer, dieser nimmt aber verhältnismäßig viel Raum
in Anspruch, meist sind auch spezielle Stromquellen für niedrige Frequenzen (0,2 bis 10 Hz) erforderlich.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist ein Ofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenkörper mit seitlichen vakuum- und druckfest verschließbaren
Ein- und Auslaufkanälen versehen ist, daß mindestens eine an sich bekannte ein- oder mehrphasig gespeiste
Induktoreinheit des Rinnen- oder des Tiegeltyps am Ofenkörper abnehmbar befestigt und daß
der Ofenkörper mit einem mit Druck- und Evakuierungsleitungen versehenen Deckel verschlossen ist.
Wie oben angegeben, soll bei allen diesen Vorgangen
ein Umrühren in Verbindung mit Warmhalten stattfinden, beides wird durch die Induktoreinheit
bzw. Induktoreinheiten erhalten. Zum Beispiel erhält man bei einer Induktoreinheit des
Rinnentyps außer der Warmhaltung eine magnetische Druckwirkung (»Pinch-Effekt«) auf die Schmelze von
der Rinne der Induktoreinheit aus, das Umrühren findet statt und gleichzeitig kann eine gute Tempe- λ
raturkontrolle erreicht werden. Man erhält so eine ™ gute Entgasung und Homogenisierung der Schmelze.The invention further relates to the solution of the problem of how to achieve the heating and stirring in connection with various forms of pressure and vacuum treatment with the aim of a low residual gas content in the melt in a simple and economical manner. It is difficult to use agitation by blowing gas under pressure, as is mechanical agitation, which requires passages and is hardly feasible because of the high temperature. An electromagnetic stirrer is conceivable, but this takes up a relatively large amount of space, and special power sources for low frequencies (0.2 to 10 Hz) are usually required. To avoid these difficulties, a furnace for carrying out the method according to the invention is characterized in that the furnace body is provided with lateral vacuum and pressure-tight closable inlet and outlet channels, that at least one known single- or multi-phase fed inductor unit of the channel or of the crucible type detachably attached to the furnace body and that the furnace body is closed with a lid provided with pressure and evacuation lines.
As stated above, stirring in connection with keeping warm should take place in all of these processes, both of which are obtained by the inductor unit or inductor units. For example, one obtains at a inductor of the gutter type other than keeping warm a magnetic pressure effect ( "pinch effect") to the melt from the gutter of the inductor from the stirring takes place at the same time can be a good temperature-λ raturkontrolle be achieved. This gives good degassing and homogenization of the melt.
Zweckmäßig sollen die Induktoreinheiten in einer an sich bekannten Weise austauschbar gemacht werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand derZeichnung beschrieben, in dieser zeigt Fig. 1 einen sogenannten »Tea-pot«-Ofen undThe inductor units should expediently be made interchangeable in a manner known per se. An embodiment of the invention is described below with reference to the drawing, in which shows Fig. 1 a so-called "tea pot" oven and
Fig. 2 das Stranggießen.Fig. 2 continuous casting.
Von einer Gießpfanne 11 mit einem Stopfen 12 wird Schmelze in eine Einlauföffnung 13 eines Ofenkörpers gegossen. Die Öffnung ist mit einer Verschlußanordnung 14 versehen, z. B. einem Ventil, einem keramischen Dichtungsorgan, aber wenn nur geringer Überdruck im Ofen erreicht werden soll, kann die Schmelzsäule in der Öffnung selbst als Verschlußorgan dienen. Eventuell kann die Schmelze nach Entfernen des Druckvakuumdeckels auch in den zentralen Teil des Ofens gegossen werden.From a pouring ladle 11 with a stopper 12, melt is fed into an inlet opening 13 of a furnace body poured. The opening is provided with a closure arrangement 14, e.g. B. a valve, a ceramic sealing element, but if only a slight overpressure is to be achieved in the furnace, the melting column in the opening itself can serve as a closure member. Eventually the melt can also be poured into the central part of the furnace after removing the pressure vacuum lid.
Die Öffnung 13 führt zu dem zentralen Teil eines Ofenkörpers 15, der zweckmäßig kippbar ist. Am Ofenkörper 15 sind eine oder mehrere Induktoreinheiten 16 des Rinnen- oder Tiegeltyps austausch- \ The opening 13 leads to the central part of a furnace body 15, which is expediently tiltable. At the furnace body 15 are one or more inductor units 16 of the gutter or pot-type exchangeable \
bar angeschlossen. Eine austauschbare Induktoreinheit des Rinnentyps ist in der österreichischen Patentschrift 246 441 gezeigt. Am zentralen Ofenkörper 15 ist ein kombinierter Druck- und Vakuumdeckel 17 angeschlossen. Von diesem oder vom übrigen Ofenkörper führen eine oder mehrere verschließbare Evakuierungsleitungen 18 für die Abgase zu einer oder mehreren Evakuierungspumpen (nicht gezeigt). Zu dem Deckel oder Ofenkörper führen verschließbare Druckleitungen 19 für Luft oderlnertgas, die dazu vorgesehen sind, im Ofenraum einen Überdruck erzeugen zu können. Eventuell können die Leitungen 18 und 19 zu einer vereinigt werden.connected to the bar. An interchangeable gutter type inductor unit is in the Austrian U.S. Patent 246,441. On the central furnace body 15 is a combined pressure and vacuum cover 17 connected. One or more closable ones lead from this or the rest of the furnace body Evacuation lines 18 for the exhaust gases to one or more evacuation pumps (not shown). Lockable pressure lines 19 for air or inert gas lead to the lid or furnace body, which are intended to be able to generate an overpressure in the furnace chamber. Possibly can the lines 18 and 19 are combined into one.
Der Ofen ist auch mit einem Auslauf 20 versehen,The furnace is also provided with an outlet 20,
der mit einem Ventil 21 oder einem Pfropfen oder anderem Stopfen verschlossen werden kann. Der Auslauf kann eventuell auch mit einer Schnauze zum Abgießen der Schmelze vom Ofen beim Kippen versehen sein, wie es z. B. in Fig. 2 das Stranggießen aus einem Sammelgefäß 23 in eine Abgießanordnung 24 erfordert.which can be closed with a valve 21 or a plug or other plug. Of the The outlet can possibly also have a snout for pouring off the melt from the furnace when tilting be provided as it is z. B. in Fig. 2 the continuous casting from a collecting vessel 23 in a pouring arrangement 24 required.
In F i g. 1 ist auch eine Leitung 22 gezeigt die von der Öffnung 20 ausgeht und für Druckgießen, ζ. Β. von Kokillen (s. 25), vorgesehen ist.In Fig. 1 also shows a line 22 which extends from the opening 20 and is used for die casting, ζ. Β. of molds (p. 25) is provided.
Das Verfahren nach der Erfindung wirkt folgend: Schmelze von der Gießpfanne 11 wird durch die Öffnung 13 in den Ofen eingefüllt. Die Induktoreinheiten 16 sind eingeschaltet und bewirken unter Temperaturkontrolle die Warmhaltung der Schmelze. Der Raum unter dem Deckel 17 wird über die Leitung 18 unter Umrühren der Schmelze von der Induktoreinheit 16 aus auf niedrigen Druck evakuiert. Nach einer gewissen Zeit wird die Vakuumbehandlung abgebrochen, die Ventile 14 und 21 werden geschlossen, wonach Druckgas eingeleitet wird, eventuell bei einem gewissen Zusatz von z. B. reinem Kalzium oder einer Kalziumverbindung zur Schmelze, immer noch unter Umrührung. Nachdem diese Druckbehandlung beendet ist, wird das Ventil 21 geöffnet und die Schmelze wird in das Gefäß 25 hinaufgedrückt. Wenn statt dessen ein gewöhnliches Gießen gewünscht wird, wird das Rohr 22 entfernt und der Ofen gekippt, wobei die Abfüllung z. B. gemäß F i g. 2 erfolgt.The method according to the invention works as follows: Melt from the ladle 11 is through the Filled opening 13 in the oven. The inductor units 16 are switched on and cause under Temperature control to keep the melt warm. The space under the cover 17 is over the line 18 while stirring the melt from the inductor unit 16 evacuated to low pressure. After a certain time, the vacuum treatment is canceled, valves 14 and 21 are closed, after which pressurized gas is introduced, possibly with a certain addition of z. B. pure Calcium or a calcium compound to melt, still with stirring. After this The pressure treatment is finished, the valve 21 is opened and the melt is pushed up into the vessel 25. If, instead, ordinary pouring is desired, the tube 22 is removed and the Oven tilted, the filling z. B. according to FIG. 2 takes place.
Der Druck, den man im Ofen haben will, hängt einerseits davon ab, welches Material man bei der Druckbehandlung zuführt, und andererseits, wie groß die Verdampfung des Materials sein darf.The pressure you want in the furnace depends on the one hand on the material you are using in the Pressure treatment supplies, and on the other hand, how large the evaporation of the material may be.
Bei Behandlung mit einem Ca bei ~ 1600° C ist ein Druck von 3,5 atü erforderlich, damit Ca nicht durch Kochen entweicht, aber auch bei 3,5 atü bekommt man natürlich eine gewisse Verdampfung von Ca.When treated with a Ca at ~ 1600 ° C it is a pressure of 3.5 atm is required so that Ca does not escape through boiling, but it also gets at 3.5 atm one of course a certain evaporation of approx.
Man kann also sagen, daß etwa 4 atü ein Druck ist, den der Ofen aushalten muß, daß aber ein höherer Druck im Ofen wünschenswert ist.So one can say that about 4 atmospheres is a pressure that the furnace has to withstand, but that it is a higher pressure in the furnace is desirable.
Der Ofen muß für mindestens 5 atü gebaut sein, zweckmäßig mindestens für 10 atü.The furnace must be built for at least 5 atmospheres, appropriately at least for 10 atmospheres.
Die Erfindung kann in verschiedener Weise im Rahmen der Patentansprüche variiert werden. Man kann z. B. die beschriebene Anordnung nur für Druckgießen oder für Vakuumbehandlung und Druckgießen oder nur für Druckbehandlung und Druckgießen verwenden.The invention can be varied in various ways within the scope of the patent claims. Man can e.g. B. the arrangement described only for die casting or for vacuum treatment and Die casting or use only for pressure treatment and die casting.
Claims (7)
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