CH355899A - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Badbewegungen in flüssigen Metallen - Google Patents

Description

  Verfahren und Vorrichtung     zur    Erzeugung von     Badbewegungen        in    flüssigen Metallen    Bei der metallurgischen Behandlung von Metall  schmelzen, z. B. beim Feinen oder Legieren von  Stahlschmelzen, verlaufen die Reaktionen bekanntlich  schneller und vollkommener ab, wenn sich die  Schmelze bewegt. Bei sich bewegenden Schmelzen  wird die Wärmeübertragung befördert, ein rascher  Ausgleich von Temperatur- und Konzentrations  unterschieden hergestellt, der Reaktionsablauf zwi  schen dem Metallbad und der Schlacke begünstigt  und eine baldige Auflösung und gleichmässige Ver  teilung der Legierungsmittel. erreicht. Eine ständige  oder zeitweise     Badbewegung    kann z.

   B. in Dreh  rohröfen erzeugt werden, deren feuerfeste Ausklei  dung dabei jedoch hohem Verschleiss unterliegt.  Man hat Metallschmelzen auch schon durch Ein  blasen von Gasen in Bewegung gebracht. Hier be  steht aber die Gefahr, dass sich die Gase im flüs  sigen Metall lösen und dessen Eigenschaften un  günstig beeinflussen, so dass sich dieses Mittel nur  dann anwenden lässt, wenn die Gase auch dazu be  stimmt sind, an den durchzuführenden Reaktionen  selbst teilzunehmen. Das bei Stahlschmelzöfen zur  Erzeugung einer     Badbewegung    schliesslich benutzte  elektromagnetische Rühren ist oft aus wirtschaftli  chen und ofenbautechnischen Gründen nicht anwend  bar.  



  Zweck vorliegender Erfindung ist, ein Verfahren  und eine Vorrichtung zur Erzeugung von     Badbe-          wegungen    in flüssigen Metallen zu schaffen, die ein  fach anzuwenden sind und sich besonders bei der  Verarbeitung grosser Metallmengen, z. B. Stahl  schmelzen, eignen.  



  Nach dem Verfahren gemäss der Erfindung wer  den von einer sich in einem Schmelz- und     Feinungs-          ofen    befindlichen und dort unter Normaldruck me  tallurgisch behandelten Metallbad während dieser  Behandlung periodisch Teilmengen in ein über dem    Metallbad angeordnetes Vakuumgefäss geleitet und  aus demselben in solcher Richtung wieder an das  Metallbad zurückgegeben, dass das in dem     Schmelz-          und        Feinungsofen    zurückgebliebene Metall während  seiner Behandlung in eine Umlaufbewegung versetzt  wird. In diesem Zustand laufen die an der Schmelze  vorzunehmenden Reaktionen wesentlich rascher und  auch     vollkommener    ab.  



  Das Einleiten und Zurückgeben von Teilmen  gen der zu bewegenden Schmelze kann durch ein  als Pumpe arbeitendes Vakuumgefäss entweder durch  periodisches Verändern des Druckes in dem statio  när über dem     Badspiegel    des Metalls angeordneten  und mit einem Rohrstutzen in das Metall tauchen  den Behälter bewirkt werden oder bei gleich  bleibendem Vakuum und höhenverstellbarem Ge  fäss durch Änderung des Abstandes zwischen dem  Gefäss und dem Spiegel des     in    dem Schmelzofen  befindlichen Metallbades.  



  In der beiliegenden Zeichnung sind drei beispiels  weise     Ausführungsformen    von Vorrichtungen ge  mäss der Erfindung, mit denen das erfindungsgemässe  Verfahren durchgeführt werden kann, schematisch  dargestellt:       Fig.    1 zeigt einen zur metallurgischen Behand  lung von Stahlschmelzen dienenden Lichtbogen  ofen 1, an den ein     Vorherd    2 angeschlossen ist.  Ein stationäres, von einem Gerüst G getragenes  Vakuumgefäss 4 besitzt einen Stutzen 3, der in die  den     Vorherd    füllende Schmelze eintaucht. Eine Lei  tung 5 führt zu einer nicht dargestellten Vakuum  pumpe und eine Leitung 5a zu     einem    nicht gezeich  neten Druckkessel.  



  Der Vakuumbehälter 4 ist in einem solchen Ab  stand ortsfest über dem Spiegel S des in dem Vor  herd 2 des Ofens befindlichen Metallbades ange  ordnet, dass der auf dem Bad ruhende Atmosphären-      druck das Metall um die Höhe h (Barometrisches  Gleichgewicht) bis auf den     Badspiegel        S,    in den  evakuierten Behälter     hereinhebt.    Das in dem Vor  herd 2 verbleibende Metall sinkt dabei auf den Bad  spiegel     S1.    Für     eine    Eisenschmelze beträgt der     Wert     h etwa 1,4 m.  



  Das Zurückgeben der dem     Lichtbogenofen    1 in  dieser Weise entnommenen Metallmenge erfolgt bei  der in     Fig.    1 dargestellten Vorrichtung dadurch, dass  die von dem Gefäss 4 abgehende Vakuumleitung 5  geschlossen und die von einem Druckkessel kom  mende Leitung     5a    geöffnet wird, so dass das Ge  fäss 4 nun unter einen den Atmosphärendruck über  steigenden Druck kommt. Das aus Ansaugen und  Auspressen bestehende Pumpenspiel kann während  der     metallurgischen    oder wärmetechnischen Behand  lung der Schmelze im     Lichtbogenofen    1 beliebig oft  wiederholt werden.  



  Die Pumpenarbeit des Gefässes 4 kann aber auch  anderes, nämlich mit einem in dem Gefäss ständig  aufrechterhaltenen Vakuum durchgeführt werden.  Dann muss das Gefäss aber höhenveränderlich auf  gestellt sein. Diese Arbeitsweise sei an den schema  tischen Darstellungen der     Fig.    2 und 3 erläutert:  In der in     Fig.    2 gezeichneten Stellung des unter  Vakuum befindlichen Gefässes 4 hat der Atmosphä  rendruck durch den Rohrstutzen 3 eine Teilmenge  der Stahlschmelze<I>L</I> um die Höhe<I>h =</I>etwa 1,4 m  aus dem     Vorherdbehälter    2 auf den     Badspiegel    B  in das evakuierte Gefäss 4 befördert.

   Wenn nun das  Gefäss 4 in die in     Fig.    3 gezeichnete Stellung ange  hoben wird, dann fliesst sein Inhalt so lange in den       Vorherdbehälter    2 zurück, bis das Gefäss 4 bei einem       Badspiegel        Bi    des     Metalls    festgehalten, d. h.     zum     Stillstand     Qebracht    wird. Die Pumpenarbeit des Ge  fässes kann also auch bei Aufrechterhaltung des  Vakuums in ihm und ohne Erhöhung des Drucks  durch einfache Höhenverstellung des Gefässes durch  geführt werden.  



  Die kinetische Energie des aus dem Vakuum  gefäss zurückströmenden Metallstrahles bringt das  in dem Schmelzofen zurückgebliebene Metall in Be  wegung. Ihre Intensität wird durch die Menge des  jeweils entnommenen Metalls, die Häufigkeit des       Pumpens    und durch die Geschwindigkeit bestimmt,  mit der das entnommene Metall wieder in den Be  handlungsofen zurückbefördert wird. Letztere lässt  sich durch den     überdruck        im    Vakuumgefäss oder über  die Geschwindigkeit steuern, mit der das Gefäss zum  Zweck seiner Entleerung angehoben wird.  



  Auch die Richtung der     Badbewegung        lässt    sich  durch die Vakuumpumpe beeinflussen, z. B. durch die  Ausbildung des an das Vakuumgefäss angeschlossenen  Ein- und     Auslassstutzens,    der gerade, schräg oder  gekrümmt zur Achse des     Schmelzofens    verlaufen  kann.

   Darüber hinaus kann der aus dem Vakuum  gefäss austretende     Strahl    auch durch die Gestalt  des Ofenherdes und; oder durch an den     Auslassstut-          zen    des     Vakuumgefässes    anzuschliessende Leitkörper    aus feuerfestem Werkstoff in eine bestimmte Rich  tung gelenkt werden:  Die     Fig.    4 und 5 der Zeichnung zeigen einen  senkrechten bzw. einen waagrechten Schnitt durch  einen Herdofen H, mit dem der Vakuumbehälter 6  zusammenarbeitet. Der Behälter steht heb- und senk  bar auf der Platte 7 eines hydraulischen Kolbens 8,  der sich in dem Zylinder 9 bewegt und in bekann  ter Weise gesteuert werden kann.

   Im Bereich seines  Bodens tritt aus dem Vakuumbehälter 6 der     Ein-          und        Auslassstutzen    10 aus, und zwar gegen die Ober  fläche des Metallbades zu geneigt. Auf das freie  Ende des Stutzens ist ein bogenförmiger Leitkörper  11 aus feuerfestem Werkstoff aufgesetzt. Durch den  geneigten Verlauf des Rohrstutzens 10 und den  Leitkörper 11 wird das aus dem Vakuumbehälter 6  zurückgepumpte Metall in der gewollten Weise in  das Schmelzbad zurückgepumpt, das dabei in Rich  tung des Pfeiles 12 in Bewegung versetzt wird.  



  Nach der bisherigen Ansicht soll die     Badtiefe     der üblichen     Herdfrischöfen,    z. B. von     Siemens-          Martin-    und     Lichtbogenöfen,    höchstens l m betragen.  Für grösste Öfen dieser Art mit einem Fassungsver  mögen bis zu etwa 500 t kann sie etwa 1,4 m gross       sein.    Grössere     Badtiefen    ergeben bei der metallur  gischen Arbeit unzuträgliche Konzentrationsunter  schiede. So entstehen die bekannten     flachen    Herd  formen und Öfen, die im Verhältnis zu den Füll  gewichten grosse Abmessungen und damit grosse ab  strahlende Flächen besitzen.

   Durch das Zuschalten  einer der beschriebenen Vorrichtungen wird es nun  möglich, die Öfen mit wesentlich tieferen Herden  auszustatten und auf diese Weise dann zu bedeutend  grösseren Füllgewichten als bisher zu gelangen.  



  Ein Herdofen dieser Art ist in     Fig.    6 in senk  rechtem Schnitt dargestellt:  An die Stelle des üblichen flachen Herdes hat  der Ofen 13 einen tiefen muldenartigen Herd 14. Die  Einrichtung und Wirkungsweise der mit dem Ofen  zusammenarbeitenden     Vakuumpumpenanlagen    5, 6,  7, 8, 9 und 10 entspricht der in der     Fig.    4 beschrie  benen Anlage. Die sich bei ihrer Arbeit ergebende       Badströmung    ist mit dem Pfeil 15 angedeutet. Auch  bei grossen Gefässtiefen von z. B. 3 m bleibt der  die Vakuumpumpe verlassende Metallstrahl in sich  geschlossen. Er gelangt praktisch     unzerteilt    zum Bo  den des Herdes, wo er seitlich abgelenkt und um  gewälzt wird.  



  Beim Verfahren nach der Erfindung können auch  die Reaktionen zwischen einem in dem Schmelzofen  befindlichen Metallbad und einer darauf ruhenden  Schlacke erheblich begünstigt werden. Da das unter  dem Schlackenspiegel abgezogene Metall in dem       Vakuumpumpengefäss    auch entgast wird, ergibt die  Pumpenarbeit für sich allein bereits eine ganz er  hebliche Verbesserung der Eigenschaften des Me  talls, das in seinem Herdofen dann unter lebhafter  Bewegung durch an sich bekannte     Schlackenbehand-          lungsverfahren    rasch weiter und vollkommen     ge-          feint    werden kann.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Erzeugung von Badbewegun- gen in flüssigen Metallen, dadurch gekennzeichnet, dass von einem sich in einem Schmelz- und Feinungs- ofen befindlichen und dort unter Normaldruck metall urgisch behandelten Metallbad während dieser Be handlung periodisch Teilmengen in ein über dem Metallbad angeordnetes Vakuumgefäss geleitet und aus demselben in solcher Richtung wieder an das Metallbad zurückgegeben werden, dass das in dem Schmelz- und Feinungsofen zurückgebliebene Me tall während seiner Behandlung in eine Umlaufbe wegung versetzt wird. Il.

   Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch ein über der in einem Schmelz- und Feinungsofen befindlichen Metallschmelze angeordnetes, vakuum dichtes Gefäss, von dessen Boden ein in die Metall schmelze eintauchender Rohrstutzen abgeht und in dessen oberen Abschnitt mindestens eine mit einer Vakuumpumpe in Verbindung stehende Rohrleitung mündet. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumdichte Gefäss (4) in einer solchen Höhe über dem Badspiegel (S) der Metallschmelze ortsfest angeordnet ist, d'ass der in dem Schmelz- und Feinungsofen (1) auf den Bad spiegel des Metalls wirkende Atmosphärendruck einen Teil des flüssigen Metalls in das unter Vakuum stehende Gefäss hereinheben kann, wobei in den oberen Abschnitt des Gefässes (4) zwei abschliessbare Rohrleitungen (5, 5a) münden, von denen die eine mit der Vakuumpumpe und die andere mit einem Druckkessel in Verbindung steht. 2.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das vakuumdichte Gefäss (6) über dem Badspiegel (S) der Metallschmelze derge stalt höhenveränderlich angeordnet ist, dass der in dem Schmelz- und Feinungsofen (13, H) auf den Badspiegel des Metalls wirkende Atmosphärendruck einen Teil des flüssigen Metalls in das unter Vakuum stehende Gefäss (6) hereinheben kann, wenn sich das Gefäss in seiner unteren Stellung befindet und beim Anheben des Gefässes das in ihm enthaltene Metall wieder in den Schmelz- und Feinungsofen zurück fliesst. 3.

   Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Schmelz- und Fei- nungsofen (13, H) zusammenwirkende, in seiner Höhe verstellbare Vakuumbehälter (6) auf der Plattform (7) des Kolbens (8) einer hydraulischen Hebevorrichtung (9) angeordnet ist. 4. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in das Metall des Schmelz- und Feinungsofens (13, H) eintauchende Rohrstut zen (3, 10) des Vakuumbehälters (4, 6) an diesem schräg oder gekrümmt nach dem zu bewegenden Bad hin gerichtet angeordnet ist. 5.

   Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an das freie, in das Metallbad des Schmelz- und Feinungsofens (13, H) eintau chende Ende des mit dem Vakuumgefäss (4, 6) verbundenen Rohrstutzens (3) bogenförmige Leitkör- per angeschlossen sind, die dem aus dem Vakuum behälter (4, 6) austretenden Metallstrahl beim Zurücklaufen in das Metall des Schmelz- und Fei- nungsofens eine gewollte Richtung geben.