LU86541A7 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln von metallschmelzen - Google Patents

Description

/- -f A 809 R h h fl 1 GRAND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG ; Brevet N* .............I* ! du .........Ob üiï. ........... ffÿito Monsieur le Ministre 1 .... de l’Économie et des Classes Moyennes

Titre délivré......................................... Service de la Propriété Intellectuelle

g- ^ LUXEMBOURG

Demande de Brevet d’invention

Certificat d’addition au brevet d'invention no 86.469 ; _ ______________________________________________________________________________________du 12 juin 1986 I. Requête

Monsi.eur.....Pn.ul....MEIZ................................................................................................................................................................................... (1) l.g,...„xue.....J.*.E.......Brasseur,......L.....r......125,8.....LUXEMBOURG................................................................................

reprê.£en.tâ....par.....Me.s.s.ie.ur5.....l!iEYJE]ii..„ile.n.é..,......ingénieur............................................................ (2) ......................................................................................................LEITZ Paul,......ingénieur.........................................................................

Jgs dépose(nt) ce ..ci.nq.-aQÛt~-19.Û.Û jq.ua.txe.-.ving t-..s.ia......................................................... (3) à ..............heures, au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, à Luxembourg : 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d’invention concernant :

Verfahren und Vorrichtungzum Behandeln von Metallschmelzen_____________ 2. la délégation de pouvoir, .....-requis-e................. le .........................................................

3. la description en langue ..al-leffiande..................................de l’invention en deux exemplaires; 4. ............6.................planches de dessin, en deux exemplaires; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, le.......jQ.S.....ao.û.t.....1.9..8.6................................................................................................................................................................................................

déclare(nt) en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeurs) est (sont) : _______________________________ (5)

Mons.iaur.-.E.aul....ME.TZ_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 18* rua- J ·, P· Brasseur·--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- L...--....1..2S-8-LUXEMBQU.RG......................λ____________________________________________________________________________________________________________% revendiquent) pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demande(s) de (6)___________________________________________________________________________déposée(s) en (7)___________________________________________________________________________ ie-------------------------------------------------------------------- m au nom de....................................................................... ________________________________________________________________________________________________________________________ <8) élit(élisent) pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg_________________ .A.RBED....S..A....J.....-A-.-G,-3......GasePosta.l.e.....1-802,......L-......-2930.....LUXEMBOURG----------------(10) solIicite(nt) la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les annexes sjKsmentionnée^^- avec ajournement de cette délivrance à............1S........................................mois. (11)

Le ..M£Ma±aix.a/^__________________ LEITZyPaul ^ II. Procès-verbal de Dépôt

La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, Service de la Propriété Intellectuelle à Luxembourg, en date du : À/'' /? ' Pr. lj| Ministre à /y g heures de l’Économie et ^s Classes Moyennes, » î . * - / A 809

Patentanmeldung

Zusatzanmeldung zur luxemburgischen Patentanmeldung No. 86.469

Anmelder: Herr Paul METZ

18, rue J. P. Brasseur L-1258 Luxembourg

Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Metallschmelzen j

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Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Metallschmelzen

Das Hauptpatent beschreibt ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Behandeln von Metallschmelzen durch Einbringen von Feststoffen bzw. 5 von Gasen, bei dem man die Schmelze in einem im wesentlichen horizontalen länglichen Gefäss mittels elektromagnetischer Kraft in eine Drehbewegung versetzt, derart, dass die Schmelze um die horizontale Gefässachse gehoben wird, wobei das Metall vorzugsweise nach Erreichen des Gefässscheitels durch die Schwerkraft in Richtung der 10 Gefässachse auf die Badoberfläche zurückfällt, auf welche man die besagten Feststoffe bzw. Gase aufgegeben hat.

Seit der Anmeldung des Hauptpatentes haben weitere Forschungen zu wesentlichen Verbesserungen des angemeldeten Gegenstandes geführt. 15 Vorerst wurde gefunden, dass das Verfahren nach der Erfindung ebenfalls zur Behandlung von Metallbädern mit Flüssigstoffen z.B. vorgeschmolzenen Schlacken bestens geeignet ist.

Desweiteren wurde festgestellt, dass dem Neigungswinkel des läng-20 liehen Gefässes eine bedeutende Rolle zuzuschreiben ist. Es sind mit einer solchen Anlage die verschiedensten Reaktionen durchzuführen, sei es im Gleichstrom oder im Gegenstrom, wobei eine Kombination beider Möglichkeiten ebenfalls gegeben ist.

25 Es ist bekannt, dass mit herkömmlichen elektromagnetischen Rinnen Gegenstromoperationen durchgeführt werden können. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei dieser Arbeitsweise meistens nur ein ungenügender Mischeffekt erzielt werden kann. Demgegenüber erlaubt das Verfahren bzw. die Vorrichtung nach der Erfindung die Durchführung i j. 1" * ^ - 2 - * sehr energischer Reaktionen unter gleichzeitiger Anwendung der Prin zipien der Gegenstrommetallurgie.

Wie bereits im Hauptpatent dargelegt erreicht man schon mit horizon-5 talen Mischgefässen eine Rückwärtsbewegung der weniger leitfähigen Substanzen, wenn man den oder die Induktoren derart auslegt, dass sie eine helikoldale Misch- und Drehbewegung hervorrufen. In den meisten Fällen ist es jedoch angebracht, zwecks Beschleunigung der Gegenstromreaktion die Vorrichtung mit einer gewissen Neigung auszu-10 legen. Diese Neigung ist abhängig von der Reaktionsgeschwindigkeit und sollte zumindest bei Versuchsanlagen zwischen 0 und 20 0 regelbar sein. Bei verschiedenen Behandlungsstufen ist es angebracht einer und derselben Rinne mehrere Neigungen zu geben, wobei Teile einer derartigen Rinne unter Form von herkömmlichen elektromagneti-15 sehen Transportrinnen eingesetzt werden können.

Werden mehrere Verfahrensstufen hintereinander geschaltet, so ist es notwendig die Verfahrensstufen durch Syphonvorrichtungen von einander zu trennen um auf diese Weise eine möglichst vollständiges Zwi-20 schenabschlacken zu erreichen.

Fig. 1 zeigt das Schema einer Rinnenanlage welche gleichzeitig desi-liziert, entphosphort und entschwefelt. Sie begreift 3 Syphons Sl, S2 und S3, mit 3 Syphonwänden la, 2a und 3a, sowie 3 Mischstrecken 25 lb, 2b und 2c. Eine derartige Anlage kann in der Hochofenrinne zwischen Hochofen und Transportpfanne eingesetzt werden, sie kann jedoch auch als Zwischenpfannenorgan zwischen Torpedopfanne und Stahlwerkspfanne eingesetzt werden. Das Roheisen R wird bspw. aus einer Roheisenpfanne in die Syphonvorrichtung la gekippt von wo die 30 Schlacke durch die Oeffnung 4a abfliessen kann. Nach Ueberschreiten der Syphonwand Sl wird das Roheisen von einer elektromagnetischen Mischvorrichtung nach der Erfindung lb erfasst und auf Grund einer helikoldalen Anordung der Induktoren über eine Steigung OC = 5 ° in die Syphonvorrichtung S2 befördert. Vor Erreichen dieses Syphons 35 wird vorgewärmter Walzenzunder mit Flussmitteln W aufgegeben welcher im Gegenstrom in Richtung zum Syphon Sl zurückfliesst und das Roheisen weitgehend entsiliziert. Diese Strecke ist entweder sauer oder - 3 - mit einem hochtonerdehaltigen Futter ausgekleidet. Die hochkieselhaltige Schlacke wird durch die Oeffnung 4b abgeschieden. Das Roheisen fällt in das Syphon S2, wo siliziumhaltigen Schlackenreste durch die Oeffnung 4c abfliessen. Nach Passieren des Syphons findet 5 eine Entphosphorung in der elektromagnetischen Mischvorrichtung 2b statt, welche eine gekrümmte Form hat. Der untere Teil dieser Anlage in der Gegend des Syphons S2 hat eine Neigung |î> = 7 ° zur Horizontalen und flacht am oberen Ende auf 2 0 ab wo die helikoïdal angeordneten Mischinduktoren durch am Boden und/oder Uber der leicht ge-10 neigten Vorrichtung durch lineare Förderinduktoren abgelöst werden. Diese Anordnung wurde gewählt um der Soda S, die in diesem Beispiel als Entphosphorungsmittel beigegeben wurde, die Gelegenheit zu geben sich zu verflüssigen, ehe sie im Gegenstrom nach S2 befördert wird wo sie ausreagiert und durch die Oeffnung 4d abgelassen werden kann. 15 Die Entphosphorungsreaktion wird in der Mischvorrichtung durch Einleiten von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigenen Gasen unterstützt (nicht gezeigt). Nach weitgehender Entphosphorung fliesst das behandelte Roheisen in die Syphonvorrichtung S3, wo zurückgebliebene Schlackenspuren durch die Oeffnung 4e abfliessen können. Nach Pas-20 sieren des Syphons S3 tritt das Roheisen in die horizontale oder stromabwärts leicht nach unten geneigte (1 bis 3 °) elektromagnetische Mischanlage 2c ein, wo eine Zugabe von Kalziumkarbid K gleich hinter der Syphonwand 3a erfolgt. Nach Verlassen der Vorrichtung 2c fliesst das Roheisen mit seiner Entschwefelungsschlacke in die 25 Pfanne 6, wo eventuell noch eine Nachentschwefelung durch Spülgas 6a unterstützt, erfolgen kann. Hauptzweck dieser Operation ist allerdings, das Roheisen durch die Entschwefelungsschlackenschicht vor Strahlungsverlusten zu schützen. Im Falle wo man die Entschwefelungsschlacke ebenfalls automatisch abziehen möchte, würde man die 30 elektromagnetische Mischanlage 2c um etwa 7 ° neigen und das Kalziumkarbid kurz vor dem Austrittsende zugeben und die Schlacke in einem im Syphon S3 anzubringenden Ueberlauf ablaufen lassen. Die Entschwefelungswirkung kann in der Anlage 2c durch Eindüsen kleiner Mengen reduzierender Gase unterstützt werden.

Die Anlagen 2b und 2c sind vorzugsweise mit einer basischen Auskleidung zu versehen.

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Ausserdem wurde festgestellt, dass die Wirkung der elektromagnetischen Kraft, welche die Drehbewegung der Schmelze erwirkt wesentlich erhöht werden kann, indem man einen elektrischen Strom durch die Achse des zu bewegenden Metallbades leitet. Dieser Strom wird vor-5 teilhafterweise durch Elektroden (nicht gezeigt), welche sich vor und nach der zu bewegenden Stelle befinden, in das Metallbad eingeleitet. Der Strom kann Drehstrom oder Gleichstrom sein, wobei jedoch die höchste Effizienz mit Gleichstrom erreicht wird.

10 Zusätzlich wurde gefunden, dass eine Veränderung der Stromzufuhr der Induktoren durch eine Ueberlagerung der normalen Stromzufuhr mit Impulsströmen bzw. durch kurzzeitige Frequenzveränderungen den Mischeffekt wesentlich erhöht.

15 Wenn das Hauptpatent sich hauptsächlich auf längergestreckte Oefen bezieht, so beschreibt es auch die Möglichkeit (Seite 3, Zeilen 11-24) das Verfahren nach der Erfindung auf andere Oefen anzuwenden, wobei jeweils nur Teilmengen entnommen und in den Ofen zurückgegeben werden bzw. mehrere Oefen gemeinsam derart betrieben werden, dass 20 ein kontinuierliches Verfahren entsteht.

Eine weitere Aufgabe bestand somit darin auch diese Vorrichtungen bzw. Verfahren, welche einerseits die Behandlung von Teilmengen und andererseits die Benutzung mehrerer verbundener Oefen betreffen 25 näher zu beschreiben.

Betreffend eine mögliche Anlage zur Behandlung von Teilmengen verweisen wir auf die Fig. 2a, welche eine Draufsicht darstellt, auf die Fig» 2b, welche eine frontale Seitenansicht darstellt und die 30 Fig. 2c, welche einen Schnitt mit Seitenansicht kombiniert'.

In diesen drei Zeichnungen enthält die mit feuerfesten Stoffen ausgekleidete Pfanne oder Ofen 1 das Metall 2, welches die Pfanne bis zu dem Niveau N füllt. Auf dem Metallbad schwimmt normalerweise ein 35 Schlackenfilm bzw. eine Schlackenschicht S.

Will man das Metall 2 behandeln z.B. durch Zusatz von Entschwefe-

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- 5 - lungsmittein wie bei Stahl und Roheisen häufig angewandt, wird die Vorrichtung 3 in das Metallbad eingeführt, wobei in den meisten Fällen dafür Sorge getragen werden muss, dass die Schlacke nicht in die Vorrichtung eindringt. Nach dem Einfuhren des Ein- und eventuell 5 des Auslaufes der Vorrichtung in das Bad wird die Vorrichtung 3 mit Metall gefüllt. Dieses Füllen kann durch Einschalten des oder der Induktoren 5 bewirkt werden, welche derart ausgebildet sind, dass sie eine Pumpwirkung auf das Metallbad ausüben. Will man vermeiden, dass die Induktoren, welche meistens wassergekühlt sind, in das Me-10 tallbad eingeführt werden müssen, so können diese Induktoren, wie in Fig. 2c dargestellt, derart ausgebildet sein, dass der wassergekühlte Induktorteil 5 sich über der Badoberfläche befindet und die eventuell luftgekühlten Magnetkerne 5a bis unter das Metallniveau reichen und so das Metall in die mit den Behandlungsinduktoren 4 15 versehene Mischstrecke befördern.

Das Füllen der Behandlungsvorrichtung 3 könnte ebenfalls über das im luxemburgischen Patent Nr 83 763 beschriebenen Verfahren erfolgen.

20 Die Arbeitsweise der Induktoren 4 entspricht derjenigen welche bereits in dem Hauptpatent beschrieben wurde, wobei in diesem Falle die Induktoren bevorzugt derart ausgebildet sind, dass sie für eine Förderung des Metalls von rechts nach links Sorge tragen. Auch können sie derart ausgebildet sein, dass sie zusätzlich zu der 25 Misch- und Förderwirkung einen Aufheizeffekt bewirken. In dem Moment wo das Metall die Induktoren 4 erreicht und durch diese Induktoren in eine innige Mischbewegung versetzt wird, können die zur Behandlung benötigten Fest- oder Flüssigstoffe bzw. Gase durch die Oeff-nungen bzw. Düsen 9, 9a bis 9b dem Metallbad zugeführt werden und 30 mit diesem innig vermischt werden.

Will man die behandelte Menge von der unbehandelten trennen, so kann man die Pfanne mit einer unten geöffneten Trennwand T versehen.

35 Eine ähnliche Vorrichtung wie die eben beschriebene besteht darin, dass die mit den Induktoren versehene Mischstrecke direkt, d.h. ohne die mit dem Hebeinduktor 5 versehene Steigstrecke, mit zumindest > . '1* - 6 - einem oder 2 in der Pfanne angebrachten und mit Schieberverschlüssen versehenen Oeffnungen verbunden wäre, was zu einem ähnlichen Ergebnis wie vorher beschrieben führen würde. Eine derartige Vorrich-' tung führt bei Kipp-Pfannen und insbesondere bei Torpedopfannen zu 5 sehr günstigen Ergebnissen. In diesen Fällen ist das Füllen der Mischvorrichtung durch einfaches Kippen der Pfanne problemlos zu erreichen, wobei, bei einer genügenden Pump- und Hebewirkung der Induktoren 4, das Metall durch Ueberlaufen in die Pfannen durch eine normale Oeffnung erreicht werden könnte.

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Die soeben beschriebene Mischstrecke mit direktem Kontakt mit dem Metall, also ohne Hebeinduktor, könnte an die in der europäischen Patentanmeldung 83630074.9-2309 beschriebenen Vorrichtung zum Behandeln von Metallschmelzen vor dem Giessen angebracht werden, wobei 15 das in dieser Patentanmeldung beschriebene Aufheizen mit einer gleichzeitigen Behandlung des Metall nach beiliegender Erfindung behandelt werden kann.

In Fig. 2a, 2b, 2c wird eine Vorrichtung gezeigt, in welcher durch 20 einen magnetischen Pumpeffekt das zu behandelnde Metall aus einer Pfanne in die erfindungsgemässe Mischvorrichtung befördert wird.

Der magnetische Pumpeffekt kann durch andere bekannte Mittel unterstützt bzw. ersetzt werden. So kann, wie weiter an Hand eines Bei-25 Spieles für Torpedopfannen beschrieben, das zu behandelnde Roheisen durch einen Ueberdruck in der Pfanne, durch einen Gashebereffekt bzw. durch Vakuum unterstützt bzw. ersetzt werden, wobei die vier erwähnten Mittel d.h. Ueberdruck in der Pfanne, Gashebereffekt, Vakuum, elektroinduktives Pumpen allein oder in Kombination der 30 einzelnen oder verschiedener bzw. aller erwähnten Mittel eingesetzt werden können.

Fig. 3 beschreibt eine derartige Anlage im Zusammenhang mit Torpedopfannen in welcher die gewünschten Operationen wie Entsilizierung, 35 Entschwefelung, Entphosphorung, nacheinander durchgeführt werden können.

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Diese Torpedopfanne besitzt neben ihrem normalen Einguss eine zweite Oeffnung 2, wobei beide Oeffnungen vorzugsweise gasdicht abgeschlossen werden können. Falls dies nicht möglich ist, ist eine Trennwand 3, welche etwa bis zur Mitte der Torpedopfanne reicht vorgesehen.

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Die Vorrichtung begreift ein Steigrohr 5, welches bis kurz oberhalb des Bodens der Torpedopfanne hineinragt und vorzugsweise mit einer Gasheberanlage versehen ist. Der Oberteil des Steigrohres kann mit einer Ansaugleitung 6 versehen sein. Die bei Fig. 2 beschriebene 10 elektromagnetische Pumpe kann ebenfalls in dem Stutzen 5 eingebaut sein. Die Torpedopfanne selbst kann mit einem leichten Ueberdruck beaufschlagt werden, derart dass das Roheisen das Rohr 5 füllt und in die Mischstrecke 4, oder 4a und 4b gelangt. Falls die Torpedopfanne in ihrem Einlauf nicht leicht abzudichten ist, genügt es nach 15 Einbau der Zwischenwand 3, nur den rechten Teil der Torpedopfanne unter Ueberdruck zu setzen. In den normalen Einführstutzen der Torpedopfanne 1 wird die mit dem ganzen System verbundene Einfüllvorrichtung 9 eingeführt. Diese Vorrichtung besteht aus einem Sy-phongefäss mit einer Trennwand, einem Pfanneneinführstutzen 8, und 20 einem Schlackenüberlauf 7. Der Stutzen 8 kann mit einem Durchschmelzblech 9a bzw. mit einem Stopfen 9b am Anfang der Operation verschlossen sein.

Die elektromagnetische Mischstrecke 4 kann direkt von 5a nach 9 lei-25 ten, wie in der oberen Darstellung von Fig. 3 und in der unteren Darstellung von Fig. 3 gestrichelt angezeigt. Die Mischstrecke kann jedoch, auch um einen grösseren Mischweg zu erreichen, Uber den Umweg 4a und 4b, von 5 nach 9 gelangen. Die Arbeitsweise des als Ganzes mittels Hebe- und Senkvorrichtung in die Torpedopfanne 30 eingebrachten Systems ist aus Fig. 3 und aus der eben" erfolgten Beschreibung leicht ersichtlich:

Das zu behandelnde Roheisen wird über das Rohr 5 mit einem oder mehreren der oben beschriebenen vier Mittel nach 5a hochgehoben wo 35 es dann über die Mischstrecken 4, oder 4a und 4b unter Zugabe durch 10a der behandelnden bekannten Stoffe oder Gase kontinuierlich in den Syphonkörper 9 befördert wird, welcher nach Füllen und Durch- - 8 - schmelzen von 9a bzw. Heben von 9b das Roheisen nach Behandlung in die Torpedopfanne über 8 zurückfliessen lässt.

Die bei der Behandlung entstandene Schlacke fliesst automatisch über 5 7 ab, sodass ohne Probleme die Behandlungen wie Entschwefelung, Ent silizierung, und Entphosphorung nacheinander durchgeführt werden können.

Haben die Mischstrecken 4, oder 4a und 4b eine genügende Steigung 10 z.B. über 2 °, derart dass die Schlacke nicht mit dem Metallstrom mitgerissen wird, so kann im Gegenstrom gearbeitet werden, wobei die Aufgabe der Zusätze in 10 erfolgt und die Schlacke über 7a aus dem als Syphon ausgebildeten Stutzen 5a ausläuft.

15 Es ist möglich die auf der rechten Pfannenseite angebrachte Anlage symetrisch auf der linken Pfannenseite anzubringen, wobei beide Anlagen Zusammenarbeiten können unter Benutzung derselben Syphonvor-richtung 9.

20 Wie in der unteren Darstellung angedeutet, ist es bei einzelnen Torpedopfannen möglich, den Stutzen 2 derart anzubringen, dass er sich beim Rückwärtskippen der Torpedopfanne automatisch mit Metall füllt, wobei dieses Metall dann über 5a in die Mischvorrichtung geführt wird, und dann wie beschrieben weiterlaufen kann. In diesem Falle 25 können die vorerst vier beschriebenen Hebemittel umgangen werden.

Die soeben beschriebene Vorrichtung könnte ebenfalls angewandt werden in normalen, Roheisen, Stahl oder andere Metalle enthaltenden Pfannen.

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Es ist leicht ersichtlich, dass mit den soeben in Fig. 2a, 2b, 2c und Fig. 3 beschriebenen Vorrichtungen die vielfältigsten metallurgischen Operationen möglich werden.

35 So können bei Roheisen die gewünschten Operationen, wie Entsilizierung, Entphosphorung und Entschwefelung vorzugsweise nacheinander in derselben Pfanne wie z.B. Torpedopfannen mit derselben Vorrich- ' _ , * * * - 9 - tung mit an sich bekannten Mitteln durchgeführt werden. Die einzelnen Operationen werden durch das automatische Zwischenabschlacken begünstigt.

5 Auch Operationen wie die im Hauptpatent beschriebene Behandlung von Zink und Blei enthaltenden Abfallprodukten mit Roheisen können ebenfalls in den beschriebenen Anlagen verwirklicht werden.

Auch Stahlbäder können auf diese beschriebene Art im Erzeugungsofen 10 selbst oder in der Giesspfanne bzw. Zwischenpfanne mit der beschriebenen Vorrichtungen mit bekannten Mitteln behandelt werden. So können z.B. Stahlbäder mit pulverförmigen Legierungselementen leicht legiert werden, bzw. mit bekannten Behandlungsschlacken wie z.B. feste oder flüssige Perrin-Schlacken entschwefelt bzw. desoxidiert 15 werden.

Dieselben Vorrichtungen können zum Schneilaufheizen von Stahlschmelzen durch Aluminothermie eingesetzt werden. Dieses Verfahren welches ein Schneilaufheizen des Bades mit einem Behandlungseffekt der 20 gleichzeitig erzeugten Schlacke kombiniert wurde in dem luxemburgischen Patent Nr. 84 272 desselben Autors beschrieben.

Die in diesem Verfahren beschriebene Reaktion kann mit der soeben unter Fig. 2a, 2b oder 2c beschriebenen Vorrichtung nach der Erfin-25 düng kombiniert werden, wobei die Aluminiumzugabe z.B. durch die Düse 9 erfolgen kann, und der anschliessend benötigte Sauerstoff durch die Düsen 9a bzw. 9b eingeführt sind. Die durch die Vorrichtung nach der Erfindung erzielbare innige Durchmischung zwischen dem mit Aluminium behandelten Stahl und dem nachträglich eingebrachten 30 Sauerstoff führt zu einem sehr schnellen Aufheizeffekt,'verbunden mit einem gleichzeitigen Reinigungseffekt durch die bei der Reaktion erzeugten Schlacke.

Bei komplexen Reaktionen wie z.B. bei der Kohlenvergasung im Roh-35 eisenbad mit gleichzeitiger Entschwefelung, bei der Direktreduktion mit gleichzeitiger Roheisenerzeugung, oder bei den in der Nichteisenmetallurgie angewandten Verfahren ist es vorteilhaft das Ver-

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- 10 - fahren bzw. die Vorrichtung nach der Erfindung als Zwischenglied zwischen zwei oder mehreren im Verbund arbeitenden Oefen einzusetzen. Diese mit grossen Vorteilen verbundene Anwendungsart der Erfindung wird an folgenden zwei Beispielen näher beschrieben.

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Das erste Beispiel ist in Fig. 4 dargestellt und bezieht sich auf eine Kohlenvergasungsanlage von Kohlen mit relativ niedrigem Schwefelgehalt. Die. Anlage besteht im Prinzip aus zwei Behältern 1 und 2, welche im Oberteil mit der Mischstrecke 4 verbunden sind, ein Rohr 5 10 verbindet die zwei Gefässe in ihrem Unterteil. Die Anlage ist insgesamt mit einer feuerfesten Auskleidung 3 versehen. Die Anlage ist mit den Deckeln 6 geschlossen, derart, dass sie auch unter Druck arbeiten kann.

15 Das Gefäss 1 ist mit einer Lanze 15 ausgerüstet, welche Sauerstoff gegebenenfalls mit Kalkstaub auf das mit 9 bezeichnete Roheisenbad bläst. Der Sauerstoff, eventuell mit Kalkzusatz, kann auch durch die Bodendüsen 15a, welche Düsen als oel- bzw. gasgekühlte Ringspaltdüsen ausgebildet sind, dem Roheisenbad 9 zugeführt werden.

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Durch diese Sauerstoffzufuhr entsteht das Gas durch Verbrennen des im Roheisen enthaltenen Kohlenstoffs. Die dabei entstehende Wärme kann durch Zusatz von Wasserdampf zu dem eingeblasenen Sauerstoff geregelt werden. Die dabei auftretende Wärme kann auch dazu benutzt 25 werden, Schrott bzw. vorreduzierte Erze, welche durch die Oeffnung 16 in das Gefäss 1 eingebracht werden, einzuschmelzen. Die erzeugten Gase können übrigens ganz oder teilweise zur Vorreduktion von Erzen eingesetzt werden.

30 Das Kernstück der Anlage ist die obere Verbindungsrinne'4, welche als elektroinduktive Mischvorrichtung, wie im Hauptpatent näher beschrieben, ausgebildet ist. Diese Rinne, welche naturgemäss aus einem magnetisch permeablen Mantel, wie z.B. amagnetischer Stahl, oder vorteilhafterweise aus einem amagnetischen Verbundwerkstoff 35 bestehen sollte, ist innenseitig mit einem hochfeuerfesten und abriebfesten Stoff ausgekleidet. Diese Rinne sollte derart ausgelegt sein, dass das Metall 9 von 1 nach 2 gefördert wird; zu diesem Zweck * . * k » - 11 - sind der oder die Induktoren 11 derart ausgebildet, dass sie zusätzlich zu ihrem intensiven Mischeffekt eine Förderwirkung des Metalls von 1 nach 2 bewirken. Die Rinne verfügt über die Einfüllstutzen 12 durch welche der Kohlenstoff in das System eingeführt wird.

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Wie in Fig. 4 dargestellt kann die Rinne in dem Ofen 1 derart angebracht sein, dass die Schlacke, in diesem Falle eine Entschwefelungsschlacke, welche hauptsächlich aus Kalk mit eventuell einem Flussspathzusatz besteht, von 1 nach 2 gefördert wird. Auf diese 10 Weise wird die durch 12 eingeführte Kohle sofort mit der vorgeschmolzenen Entschwefelungsschlacke und dem Roheisen in Verbindung gebracht, derart, dass das Roheisen durch den Kohlenstoff nicht nur aufgekohlt wird, sondern gleichzeitig entschwefelt wird.

15 Die flüchtigen Bestandteile der Kohle können nach dieser Arbeitsweise getrennt über die Gasleitung 13 zusammen mit den wertvollen Teeren als Reichgas abgeführt werden, wobei das durch die Sauerstoff-Wasserdampfeindüsung in 1 entstehende Gas über 13a abgeführt werden kann. Will man eine scharfe Trennung der Gase haben, muss man 20 das Verbindungs- und Mischrohr 4 in dem Gefäss 1 unter dem Badspiegeln einführen. In diesem Falle muss man allerdings auf die Flüssigschlackenentschwefelungswirkung verzichten und die Entschwefelungsmittel mit der Kohle einführen.

25 Will man nur ein Mischgas gewinnen so wird die Abgasleitung 13 geschlossen und sämtliche Gase über 13a abgeführt. Die Teere werden dann in dem heissen Gasraum über dem Bad 9 im Gefäss 1 gekrackt.

Die Schlacken 10 verlassen das System über 7 eventuell zusammen mit 30 einem leichten Roheisenüberschuss. Wird mit Schrott bzw; mit vorreduziertem Erz gekühlt, so wird das aus diesen Stoffen entstehende Roheisen über die Stichlöcher 8 oder 14 abgestochen.

Da durch die Mischrinne 4 Roheisen kontinuierlich von 1 nach 2 35 gefördert wird und über das Verbindungsrohr 5 zum Gefäss 1 zurück-fliesst, arbeitet die Anlage kontinuierlich.

Die in Fig- 4 dargestellte Anlage kann für die verschiedensten metallurgischen Arbeiten eingesetzt werden.

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So kann diese Anlage für die Behandlung von Blei und Zink enthalten-5 den metallurgischen Abfällen wie bereits im Hauptpatent beschrieben, benutzt werden, wobei in dieser Anlage das elektrische Aufheizen durch KohlenstoffVerbrennung mittels Sauerstoff ersetzt wird. In diesem Falle wird der Verbindungstutzen der Misch- und Förderrinne 4 in das Gefäss 1 unter den Badspiegel N verlegt und die zu behandeln-10 den Stoffe werden, eventuell mit Kohlenstoffzusatz, durch 12 eingeführt. Die Blei und Zink enthaltenden Gase verlassen das System über den Stutzen 13. Die Temperatur wird durch Eindüsen von kleineren Sauerstoffmengen über die Lanze 15 und/oder über die Bodendüsen 15a geregelt. Die Schlacke verlässt, eventuell mit Roheisen, das Gefäss 15 2 über den Ueberlauf 7. Roheisen kann über den Ablauf 8 oder zusam men mit Blei über den Ablauf 14 abgeführt werden.

Fig. 5 stellt schematisch eine Anlage mit 3 Behältern und 2 Mischstrecken dar. Diese Anlage erlaubt bereits komplexere Behandlungen 20 wie z.B. Vergasung von Kohlen mit höherem Schwefelgehalt und gleichzeitiger Zementherstellung.

Im Gefäss 1 wird wie bei dem vorherigen Beispiel Kohle mit Sauerstoff und ggf· Wasserdampf vergast. In der Mischstrecke 4 wird der 25 Kohlenstoff mit Kalkstaub durch die Stutzen 12 eingeführt und durch die beschriebene Wirkung der Induktoren 11 intensiv mit dem Roheisen gemischt. Der Kalkzusatz ist derart berechnet, dass sich mit der Kohlenasche eine für die Zementherstellung geeignete Zusammensetzung ergibt. Die so entstandene Schlacke wird über die Rinne 7 abgeschie-30 den, wobei ggf. eine unten unterbrochene Siphonwand 6 das Mitreissen dieser Schlacke in die Mischstrecke 4a verhindert.

In dieser Mischstrecke 4a wird die Hauptentschwefelung vorgenommen, wobei durch die Stutzen 12a bekannte Entschwefelungsmittel wie z.B. 35 Soda oder Kalkflusspathgemische eingeführt werden und durch die Wirkung der Induktoren 11a innig mit dem Roheisen vermischt werden. Die entstandene Entschwefelungsschlacke wird über 7a abgeschieden, I w - 13 - wobei das Roheisen über 5 in das Gefäss 1 zurückfliesst. Die zurück-fliessende Menge kann über das Magnet- und Pumpventil 5a gesteuert werden.

5 Die erzeugten Gase bzw. das Roheisen werden wie in Fig. 3 beschrieben dem System entnommen.

Bei noch komplexeren Metallbehandlungen wie in der Nichteisenmetallurgie üblich kann die Zahl der Gefässe und der induktiven Misch-10 rinnen nach belieben gesteigert werden.

Wie in Fig. 5 dargestellt, sind diese Rinnen als geradlinige Rohre ausgebildet, was im Gegensatz zu der Ausführung von Fig. 4 die Ausmauerung dieser Rinnen wesentlich erleichtert. Die in Fig. 4 dar-15 gestellte kreisbogenförmige Rinne könnte mit gutem Erfolg durch eine geradlinige Rinne ersetzt werden.

Es fällt nicht aus dem Rahmen dieser Erfindung ggf. z.B. bei aschenreicher Kohle dem System zusätzlich Energie z.B. in Form von elek-20 trischer Energie mittels Induktionsspulen oder Lichtbögen zuzuführen.

Claims (17)

1. Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen durch Einbringen von festen, flüssigen bwz. gasförmigen Stoffen, bei dem man laut

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Mischstrecke durch Neigen des Gefässes bzw. des Durchflussorgans in Stromrichtung steigend ausbildet und dass man durch

20 Aufbringen der Stoffe am Mischstreckenende eine Gegenströmung zwischen der steigenden Metallschmelze und dem fallenden Stoffzusatz hervorruft.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, 25 dass man' im Bereich der Mischstrecke elektrischen Strom, vorzugsweise Gleichstrom, durch die Schmelze leitet.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet dass, man einem metallurgischen Gefäss eine Teilmenge entnimmt, diese 30 in zumindest einer Mischstrecke behandelt und in das gleiche Gefäss zurückbefördert.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichent, dass man einem metallurgischen Gefäss eine Teilmenge entnimmt, diese 35 in der Mischstrecke behandelt und in ein zweites Gefäss befördert. » . - 2 -

5 Hauptpatent die Schmelze in einem geeigneten im wesentlichen horizontalen Gefäss bzw. Durchflussorgan mittels elektromagnetischer Kraft in eine Drehbewegung versetzt, derart dass die Schmelze um die Gefäss- bzw. Durchflussachse gehoben wird, wobei das Metall vorzugsweise nach Erreichen des Gefäss- bzw. Durch- 10 flussorganscheitels durch die Schwerkraft in Richtung der Achse auf die Badoberfläche zurückfällt auf welche man die besagten Stoffe bzw. Gase aufgegeben hat, dadurch gekennzeichnet, dass man unter Zuhilfenahme elektromagnetischer Mittel zusätzlich eine Bewegung der Schmelze in Achsenrichtung hervorruft und auf diese

6. Verfahren nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man im Hinblick auf eine Metallumwälzung die Unterteile der beiden metallurgischen Gefässe durch ein Rohr miteinander verbindet.

7. Verfahren den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass man mehrere metallurgische Gefässe mittels mehrerer Mischstrecken untereinander verbindet, wobei in den einzelnen Gefässen und Mischstrecken verschiedenartige metallurgische Reaktionen durchgeführt werden. 10

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass man mehrere Mischstrecken hintereinander anordnet und in jeder Mischstrecke eine spezifische metallurgische Behandlung durchführt, wobei man zwischen die einzelnen Mischstrecken Syphon- 15 système mit Abführungsstutzen zum Entfernen von Reaktionsschlacken bzw. Abgasen anordnet.

9. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallurgisches Gefäss 20 bzw. Durchflussorgan mit zumindest einem elektromagnetischen Induktor versehen ist, der im metallischen Inhalt Kräfte induziert, die einerseits quer zur Längsachse und andererseits in Achsenrichtung wirken.

10. Vorrichtung nach dem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss bzw. das Durchflussorgan mindestens einen Induktor begreift, der entlang der Längsachse angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach dem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das

30 Gefäss bzw. das Durchflussorgan mehrere Induktoren begreift, die helikoïdal um die Längsachse angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung der Induktoren Mittel begreift zum

35 Ueberlagern der normalen Stromzufuhr mit Impulsströmen bzw. zum kurzzeitigen Verändern der Stromfrequenz. » . . ’ f - 3 -

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9-12, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussorgan in Verbindung mit einem Metalleinlauf und einem Metallauslauf geneigt angeordnet ist, wobei der Metallauslauf sich auf der höheren Ebene befindet. 5

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9-13, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussorgan geradlinig ausgeführt ist.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9-13, dadurch gekennzeichnet, 10 dass das Durchflussorgan gekrümmt ausgeführt ist.

15 Weise eine Mischstrecke bildet.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9-15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss bzw. das Durchflussorgan kippbar ausgeführt ist. 15

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9-15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss bzw. das Durchflussorgan mit kooperierenden metallurgischen Gefässen die selbst kippbar ausgeführt sind, verbunden ist ·