DE2404792A1

DE2404792A1 - Verfahren zum induktiven erwaermen von metallschmelzen

Info

Publication number: DE2404792A1
Application number: DE19742404792
Authority: DE
Inventors: Per Collin
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1973-02-09
Filing date: 1974-02-01
Publication date: 1974-08-22
Also published as: JPS53924B2; JPS49112807A; GB1453822A; SE379915B; FR2217896A1

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Helmut Missling 63 Giessen 31.1.1974

Dipl.-Ing. Richard Schlee Bismarckstraase 43

Dr.-Ing. Joachim Boecker ^{Telefon: (0641) 71019}

M/F 11.940

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Västeras/Schweden

Verfahren zum induktiven Erwärmen von Metallschmelzen

Beim induktiven Erwärmen von Metallschmelzen mit niederfrequenten v/echselfeidern, beispielsweise mit netzfrequenten mit 50 bis 60 Perioden/s, erhält man kräftige Bewegungen in der Schmelze. Wenn ihre Oberfläche sich nicht zu weit von den die Wechselfelder erzeugenden "wicklungen entfernt befindet, entstehen dabei Niveauunterschiede in der Oberfläche der Schmelze. Diese Niveauunterschiede können die Form von Höckern oder Hügeln haben. In gewissen B'ällen kann es wünschenswert sein, diese Niveauunterschiede örtlich zu unterdrücken, beispielsweise um Schlacke abzulassen, die von den Höckern der Oberfläche eingeschlossen ist.

Gemäß der Erfindung werden Niveauunterschiede in der Oberfläche der Schmelze örtlich dadurch unterdrückt, daß das

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•/"echselfeld örtlich durch eine Platte abgeschirmt wird, die einen niedrigeren spezifischen Widerstand als die Schmelze hat und im Wechselfeld zwischen Schmelze und der das Wechselfeld erzeugenden Wicklung an dem Platz angeordnet ist, an dem die Niveauunterschiede unterdrückt werden sollen.

Es hat sich gezeigt, daß das Verfahren gemäß der Erfindung "besonders dann von V/ert ist, wenn Niveauunterschiede in einer Metallschmelze mit niedriger Badhöhe unterdrückt werden sollen und die Schmelze von einer unter dieser liegenden flachen Spule erwärmt v/ird.

Die Platte wird vorteilhafterweise aus einem Metall mit niedrigem elektrischen ,widerstand hergestellt, z.B. aus Silber-^· Aluminium oder vorzugsweise Kupfer. Sie wird am besten wassergekühlt ausgeführt und mit der Dicke hergestellt, die erforderlich ist, um das Feld abzuschirmen und die Niveauunterschiede in gewünschter Erstreckung zu unterdrücken. Die Platte kann entweder zwischen der Wicklung und der Schmelze fest montiert werden, d.h. zwischen der wicklung und dem Ofengefäß, in dem die Schmelze eingeschlossen ist, oder sie kann auch nur zeitweise eingesetzt werden, falls ein ständiges Unterdrücken der Niveauunterschiede nicht erforderlich ist.

Bei der Herstellung von Metallen durch Schmelzreduktion von . metalloxydhaltigein Material, wobei dieses mit in dem ge-

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schmolzenen Metall aufgelösten Kohlenstoff in Kontakt gebracht wird, wurde bereits vorgeschlagen (siehe beispielsweise die schwedische Patentanmeldung 13630/72), die erforderliche Reaktionswärme in der I-Ietallschmelze auf induktivem Veg zu erzeugen. In den Fällen, in denen das o:cydhaltige Material in feinkörniger Form vorliegt, wurde ferner vorgeschlagen (siehe beispielsweise die schwedische Patentanmeldung 73-00959-1), das Material der blanken, d.h. von Schlacke befreiten Fläche des geschmolzenen und Kohlenstoff enthaltenden Metalles zuzuführen. Kan vermeidet so, das äußerst heftige Kochen, das auftritt, wenn das Material unter die Hetallflache eingeführt würde. Um eine hohe Produktion je Ofeneinheit zu erzielen, ist bei dem Einführen von oben her eine große blanke Metallfläche erforderlich, die man unter anderem erreichen kann, wenn der Ofen als verhältnismäßig flacher Trog ausgeführt und unter seinem Boden eine Induktionsspule in Form einer Flachspule angeordnet wird.

Durch das Magnetfeld der Induktionsspule wird sich die Oberfläche des geschmolzenen Metalls sowohl neben den wänden des Troges als auch in dessen Mittelbereich nach unten ziehen. Es bildet sich ein Hügel aus geschmolzenem Metall parallel zu den Trogwänden und eine Senke im Mittelbereich des Trogs. Die gewünschte blanke Metallfläche würde kräftig abnehmen, wenn nicht die Schlacke, die sich bei der Reduktion bildet und in der Senke ansammelt, entfernt würde_o

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Theoretisch kann die Schlacke durch einen Überlauf in Form eines vertikalen Rohres durch den Ofenboden entfernt v/erden. Ein derartiger in der Schlacke liegender ungekühlter Schlackenablauf würde aber schweren Korrosionsbeanspruchungen ausgesetzt sein und nur eine sehr kurze Lebensdauer haben.

Die Erfindung ermöglicht es, in der Metallschmelze lokale Hügelbildungen zu unterdrücken und weiter auch Schlacke abzulassen. Eine solche Ablaßöffnung, die ihre Kühlung durch die Außenfläche des Ofentroges erhält, bekommt eine normale Lebensdauer.

Gemäß der Erfindung wird die Hügelbildung dadurch unterdrückt, daß eine starke, zweckmäßigerweise mehr als 20 mm dicke Kupferplatte mit angepaßter Breite quer zur Spulenwicklung, aber elektrisch von dieser isoliert, zwischen der Spule und dem Ofenboden direkt vor dem Ablaßloch in der Trogwand, angebracht wird. Die Kupferplatte wird mit Kühlkanälen versehen, die an ein geeignetes Kühlwassersystem angeschlossen sind und die in der Platte erzeugte Wärme ableiten. Die Kupferplatte saugt das Magnetfeld der Spule in einem Bereich auf, der der Fläche der Platte entspricht, so daß in diesem Bereich die Metallschmelze innerhalb des Troges keinem Feld ausgesetzt wird. Hierdurch wird hier auch die Hügelbildung unterdrückt, und das Niveau der Metallschmelze im Bereich oberhalb der Kupferplatte wird hauptsächlich dasselbe sein, wie innerhalb der eigentlichen Senke. Dies ermöglicht es, die Schlacke durch die Trogwand direkt über der

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Kupferplatte abzulassen und dadurch die Senke vorwiegend frei von Schlacke zu halten. Man erhält so eine große blanke Metalloberfläche, die für Reduktionszwecke zugänglich ist.

Dadurch, daß die Resistivität des Kupfers nur.—>Λ% der des Roheisens ist, absorbiert die Kupferplatte nur 10% der Leistung, die in diesem Fall von Roheisen im Bereich über der Platte absorbiert worden wäre. Das Verfahren gemäß der Erfindung bedeutet somit bei Roheisen und anderen Metallen mit ähnlicher Resistivität nur kleine EnergieVerluste im Kühlwasser der Kupferplatte.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in dieser zeigen :

Fig. 1 einen horizontalen Schnitt durch einen Schmelzreduktionsofen gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 einen Schnitt in größerem Maßstab entlang der Linie H-II in Fig. 1.

Der gezeigte Ofen hat eine langgestreckte Form, einen ebenen Boden 2 und eine Wand 1 mit einer Ablaßöffnung 3 und einer Abstichrinne 4 an einem Ende des Ofens. Unter dem Boden 2 des Ofens ist eine flache elektrische Induktionsspule 5 angeordnet, die mit niedrigtrequentem Wechselstrom gespeist wird. Zwischen der Spule 5 und dem Boden 2 des Ofens, in dem Bereich, der der Ablaßöffnung 3 am nächsten liegt, ist eine Kupferplatte 6 mit Kühlkanälen angebracht, denen Kühlwasser

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durch einen Schlauch 7 zugeführt wird. Die Kupferplatte 6 wird von Führungsleisten 8 getragen, so daß sie bei Bedarf herausgezogen werden kann und nicht die Spule 5 bedeckt.

Der Ofen ist ferner mit einem vertikalen Zuführungsrohr 9 für Kohlenstaub und mit einem vertikalen Zuführungsrohr 10 für Eisenerzschlick und schlackenbildendes Material versehen.

Während des Betriebs enthält der Ofen eine verhältnismäßig dünne Schicht 11 geschmolzenen, kohlenstoffhaltigen Roheisens. Wenn die Spule 5 mit niedrigfrequentem Wechselstrom gespeist wird, wird das geschmolzene Roheisen auf induktivem Weg erwärmt, Die dabei erzeugten kräftigen Bewegungen im Roheisen sind der Anlaß für einen ringförmigen Hügel 12 auf der Metalloberfläche. Kohlenstoff v/ird durch das Rohr 9 an der Außenseite des Hügels zugeführt, während Schlick und Schlackenbildner durch das Rohr 10 an der Innenseite des Hügels zugeführt werden. Dadurch, daß der Hügel eine rein metallische Fläche hat, geschieht das Aufkohlen der Schmelze und die Reduktion des Schlicks schnell und wirksam. Der Schlackenbildner bildet eine Schlackenschicht 13 auf dem Teil der Oberfläche der Schmelze, der innerhalb des ringförmigen Hügels 12 liegt.

Wenn man Schlacke abzulassen wünscht, schiebt man die Kupferplatte 6 in die in Fig. 2 gezeigte Lage. Die resultierende Abschirmung des elektromagnetischen Feldes hat zur Folge, daß

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der Teil des Hügels, der dem Ablaßloch 3 am nächsten liegt, eine geringere Höhe bekommt oder ganz -verschwindet. Die Schlacke 13 fließt zum Ablaßloch 3 und kann abgelassen werden, Wird die Kupferplatte 6 danach herausgezogen, nimmt der Hügel wieder die Form eines geschlossenen Ringes an.

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Claims

- 8 Patentansprüche :

1. Verfahren zum induktiven Erwärmen von Metallschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erwärmung der Schmelze mit einem niedrigfrequenten Wechselfeld Niveauunterschiede in der Oberfläche der Schmelze örtlich dadurch unterdrückt werden, daß das V/echselfeld durch eine Platte lokal abgeschirmt wird, die eine niedrigere Resistivität als die Schmelze hat und im Wechselfeld zwischen der Schmelze und der das Wechselfeld erzeugenden Wicklung an dem Platz angeordnet ist, an dem Niveauunterschiede unterdrückt werden sollen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Niveauunterschiede in einer Metallschmelze, die eine niedrige Badhöhe hat und von einer unter derselben angeordneten flachen Spule erwärmt wird, lokal durch eine zwischen dem Bad und der Schmelze angeordnete Platte mit niedriger Resistivität als die Schmelze unterdrückt werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselfeld mit einer wassergekühlten Metallplatte ausreichender Dicke, vorzugsweise aus Kupfer, abgeschirmt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdrückung der Niveauunterschiede in der Oberfläche der Schmelze zum Ableiten der zwischen den Niveauunterschieden eingeschlossenen Schlacke benutzt

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5. Ofen zur Herstellung von Metall durch Reduktion von Metalloxyd mit einer kohlenstoffhaltigen Metallschmelze unter induktiver Erwärmung der Metallschmelze für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Ofenbehälter mit einem Boden und einer Wand, aus einer unter dem Ofenboden angeordneten ringförmigen Spule, aus Zuführungsanordnungen für ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel zur Oberfläche der Metallschmelze, aus Zuführungsanordnungen für Metalloxyd und Schlackenbildner zur Oberfläche der Metallschmelze sowie aus einem Ablaßloch in der Wand des Ofens, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte (6) aus einem Material niedriger Resistivität zwischen der Spule (5) und Boden (2) des Ofens unter der Stelle der Ofenwand (1) angeordnet ist, an der das Ablaßloch (3) liegt.

6. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (6) auf einer Führungsleiste (8) montiert ist.

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