處理金屬材料的設備和方法
【專利摘要】本發明涉及一種處理金屬材料的設備和方法。本發明尤其適于處理和/或制造鋼和金屬合金，尤其是非標準等級的鋼和特別高質量合金。本發明已被證明能夠特別成功地處理基鐵的金屬材料。
【專利說明】處理金屬材料的設備和方法
[0001]本發明涉及一種處理金屬材料的設備和方法，尤其是，本發明適于處理和/或生產鋼和金屬合金，尤其是高質量的非標準等級的鋼和合金。本發明已被證明對處理鐵基金屬材料是特別成功的。
[0002]很多等級的鋼生產需要多步驟熔化流程。現有技術中幾乎所有的熔化爐配置有固定熔化罐，通過傾轉料斗在不同處理站之間轉移液態熔體。根據現有技術，首先將液態熔體從熔化爐倒出到運輸料斗。通過吊車移動位置之后，熔體從運輸料斗翻轉倒出到進一步處理爐。大多數情況下要使用若干料斗。本發明使得這類作業不需要使用這種料斗。這具有經濟優勢。
[0003]此外，本發明具有下述優點:消除使用這種料斗系統(即由耐火材料制成的用于運輸液態熔體的多個料斗和它們的加熱設備等)時通常在熔體的運輸過程中發生的溫度問題和熱量流失，當使用這種料斗系統時，導致在熔化單元之間有相當長的運輸時間。使用的料斗是不被加熱的。部分地，熔體在料斗里通過附加的固定加熱單元處理。當為了調整某些氣態成分或純度等級不得不延長處理時間時，由于熔體的長時間的運輸和重復的轉移進入其它的容器，熔體快速地冷卻，甚至可能在倒出時凝固。根據本發明的設備的熱量損失大幅降低，尤其是由于非常短的運輸時間和只有一次轉移操作。所以，在液態熔體從熔化單元進入進一步處理爐的情況下，本發明的與溫度控制相關的問題熔體可以被有效地避免。
[0004]傳統方法可能發生交叉污染。當殘留的熔體留在傾轉料斗中時，這可能導致這種材料污染后續的熔體。本發明可以在很大程度上避免這種問題。
[0005]借助于本發明，可以實現新的工藝方法。料斗系統可以僅在大批量的情況下使用。最常用的熔體熱含量是足夠高的，所以熔體在非加熱料斗中不會凝固。但是，對于少量的熔體，熱含量低并且熔體很快凝固。由于在運輸過程中實質上更低的熱量損失和非常短的運輸時間，本發明也可以有效率的處理更少量的熔體。
[0006]根據本發明的設備和方法產生最大的靈活性。熔化罐可以在整個鋼廠中使用，用以接收進料和其他功能。通過快速運輸程序，可以提高工廠的產率。熔化爐和另外的處理爐可以被很好地測時。熔化罐可以在熔化位置之外裝載并且快速地用倒空的熔化罐替換以提高產量。
[0007]根據本發明的方法和設備提高了安全性。在現有技術文件中的料斗和罐大多數情況下是借助于吊車運輸。在運輸期間沒有對熔化用的容器的觀察。從安全方面，這種運輸需要被優化。本發明使得整個罐在軌道系統上安全運輸，并同時實時觀察熔化容器的狀況，并且它可以避免再分配并避免用吊車的方式運輸。
[0008]整罐的運輸成為可能。借助本發明，不便利的向加熱設備中插入熔化容器不再是必要的。可以避免由于不適當的插入而造成的部件損壞。所以，有力地提高了安全性。
[0009]在傳統的方法和裝置中，大多數情況下料斗包含一個更厚的耐火的外部石砌和支撐結構。所以，加熱設備大多數情況下局部地布置在比位于罐內的感應線圈更遠的位置。所以提尚了有效加熱系數。
[0010]與現有技術相關的一個顯著的不同點是根據本發明的熔化罐本身包括一個加熱設備，并且可以通過運輸裝置以可搭載的方式移動。現有技術EP O 212 072A2，例如，熔化罐也可以從蓋子上移除(設備維護的目的)并且還包括線圈，熔化罐可以放置在運輸車上，但是熔化罐不適合并且不是為運輸熔體的目的。因為熔體的加熱只有通過實現蓋子的法蘭連接才有可能。通過能量和冷卻水的快速接頭系統的連接不能提供熔體的加熱。所以，罐在運輸過程中不能被冷卻和/或罐的溫度不能保持。
[0011]WO 03/047792A1的教導與本發明的教導是相反的，因為它不推薦包括加熱設備和冷卻裝置的罐。取而代之的是，設置一個容器，其可以用作兩種用途，作為運輸容器和作為保溫、排氣和傾倒容器。但是，熔化的材料應用鏟斗移動，這是非常沒有效率的。在一些工藝步驟中，熔體留在容器中以避免頻繁的轉移。在處理鋁的情況下，這對于氧化物的形成是尤其重要的。但是，用以加熱熔體的磁力線圈布置在固定的加熱單元中，并且不在移動的熔化罐中。容器不包括加熱設備，但是其被放置在固定加熱單元上用以加熱。
[0012]DE 2 035 221 B教導一種維持金屬熔體溫度的裝置。但是，加熱設備也具有一個固定設計。一個傾轉料斗可以插入進加熱設備里。維持熔體的溫度需要一個不便的工作步驟，因為傾轉料斗須被移動到用以維持溫度的位置。傾轉料斗本身不包括任何加熱設備。
[0013]DE I 508 112 A涉及處理金屬熔體的方法和設備。可以將熔爐置于車輛上。然后，其可以在加熱和抽空裝置之間移動。但是，包括電極的加熱設備固定在蓋子上，并且因此其不是罐的一部分。事實上，熔爐也包括一個線圈用以攪拌熔體，但是，此線圈不適于加熱。并且，攪拌器實際上在某種程度上維持溫度，但是其功率不足以實現有效的加溫甚至加熱熔體。此外，沒有設置快速接頭系統以在處理站中加熱熔化罐。剛描述的裝置的重要缺點是熔爐不能僅在一個站中被真空處理和加熱。
[0014]所以，有提供處理金屬材料的設備和方法的需求，通過這種設備和方法若干工藝步驟可以在單一的容器中進行而不需要在加熱設備或真空倉中不便利地替換容器。本發明的目的是提供一種容器和方法，通過這種容器和方法，金屬處理的若干步驟可以在一個熔化罐中進行不需要在傾轉料斗中不方便的轉移。
[0015]其結果是，合金鋼和合金也可以使用親氧合金添加劑處理，以此為目的，在整個熔化、處理和倒出階段，需要熔體處于排除空氣(真空)條件下以避免親氧元素再氧化。
[0016]該目的通過本專利權利要求的主題來解決。
【發明內容】
[0017]本發明涉及用于金屬材料處理的裝置，包括一個或更多的可移動的熔化罐和至少一個處理站，其中:
[0018]-所述可移動的熔化罐包括熔爐、帶有感應線圈的感應加熱設備和外殼，
[0019]-所述處理站包括蓋子，其適于氣密封閉所述熔爐，和
[0020]-所述可移動的熔化罐(優選自動的)可以與處理站連接或分開，并且可以獨立于處理站以可搭載的方式移動，
[0021]其特征在于:
[0022]-所述設備包括優選的自動快速接頭系統使得(優選所有的)處理站的電流和介質供應接口可以連接到可移動的熔化罐以冷卻感應加熱設備和用于向其供電，
[0023]-提供一個運輸設施，其適于在處理站外部區域移動熔化罐，
[0024]-在運輸設備內部或者在運輸設施處和/或在可移動的熔化罐的內部或者在可移動熔化罐處，提供用于在熔化罐移動期間冷卻感應加熱設備和用于向其供電的工具。
[0025]所以，本發明的設備集合了一系列優點。熔化罐被設計為可移動的方式，其結果是為進行不同的處理步驟間不再需要轉移金屬材料。傾轉料斗的使用不再是必要的。此外，根據本發明的設施，在單一的處理站中結合了熔化和真空處理。熔化所必需的加熱設備位于熔化罐內，處理站則包括可氣密密封地封閉熔爐的蓋子。所以，在連接至處理站之后排空熔爐里的空氣是可能的。因此而不必在熔化站和真空處理站之間以可搭載的方式移動熔爐。此外，作為熔化罐一部分的加熱設備提供了在移動過程中加熱熔爐的內容物的可能性，使得熔爐內部的熔體不會凝固。如果提供若干處理站，那么處理站之間的距離有可能更長。
[0026]優選地，運輸設備和/或熔化罐包括冷卻單元，用以在運輸期間冷卻感應線圈。用于加熱的感應線圈須被冷卻。根據感應加熱設備的功率，需要或多或少的再次散熱。因此，優選地提供輔助冷卻單元，用于在運輸過程中冷卻線圈。輔助冷卻單元可以設置在熔化罐中。但是，優選地是將其設置在運輸設備上，使得在傾倒熔化罐過程中，不必抬起此輔助冷卻單元。
[0027]運輸設備可以是拖車。例如，拖車可以在導軌上移動。當熔化罐應該從處理站移開時，拖車與熔化罐連接。優選地提供確保熔化罐的電力供應和/或冷卻劑供應的所需連接。在這樣的實施例中，可移動熔化罐優選的包括輪子，使得能夠將其從拖車拉到導軌上。
[0028]感應加熱設備(至少在連接到處理站之后)優選地可以使置于熔爐中的金屬材料保持熔化狀態，或者將其熔化。熔化罐的加熱設備的功率很高，使得金屬材料可以在相應的供電下熔化。在連接狀態下，通過處理站實現供電。優選地，加熱設備的功率在至少I兆瓦至7兆瓦的范圍內，特別優選的是3兆瓦至6兆瓦。在不連接的狀態下，當供電不能通過處理站保證，加熱設備可以通過運輸設備或者熔化罐的供電來運行，熔化罐功率是100千瓦至小于I兆瓦，優選的是300千瓦至700千瓦。此功率足夠高，足以避免運輸期間熔體凝固。
[0029]優選地，處理站包括傾轉設備用于倒出金屬材料熔體。處理站用于處理金屬材料。在這個處理步驟中，可以納入不同的處理步驟。金屬材料可以在位于處理站的熔化罐內熔化。下面將更詳細地解釋進一步處理步驟。
[0030]熔化罐包括熔爐。優選地熔爐被以感應線圈為形式的加熱設備包圍。此外，熔化罐配置有優選的氣密外殼，該外殼優選的由金屬組成。熔化罐及其組成部分被設計為用于在真空下運行。如此使得感應加熱器能夠運行，優選地為感應線圈提供冷卻系統。冷卻系統特別地包括冷卻介質的管線。優選地，這些管線設置在熔化罐內靠近感應線圈的位置以確保有效的冷卻。在一個優選實施例中，熔化罐以可拆卸的方式與運輸設備連接。
[0031]優選地在可移動的爐模塊中處理的金屬材料包括金屬和金屬合金。特別優選的金屬材料是鋼，尤其是高合金鋼。優選地，金屬材料不是鋁、鎂或者以鋁或鎂作為主要成分(重量比大于50%)的合金，因為對于這種材料需要特別的裝置。根據本發明處理的金屬材料優選的包括:質量比至少為30%的銅、鐵、鈷、鉻和鎳中的至少一種，進一步優選的質量比至少為40%，特別優選的質量比至少為50%。根據優選地使用所述方法的本發明制造的高合金鋼必須在真空下處理。
[0032]感應線圈是加熱設備的一個組成部分，被設置在熔化罐內的熔爐的外部。當熔化罐中容納液體的時候，為了防止損壞，將感應線圈冷卻是非常重要的。關鍵點是熔爐中的熔體在運輸期間通過加熱設備保持加溫。為了這個目的，冷卻系統也優選的是熔化罐和/或運輸設備的組成部分。優選地，冷卻系統可以包括用于冷卻介質的管線、冷卻介質貯存器、至少一個栗、至少一個蒸發器和/或至少一個壓縮機。
[0033]由于熔化罐包括加熱設備和冷卻系統兩者的事實，使得保持熔體為液態以用于進一步的處理步驟成為可能。不再需要為熔體提供外部加熱設備。尤其是，不再需要將熔體從一個加熱的處理站移動至另外一個處理站進行后續處理。根據本發明的熔體可以在可移動熔化罐中加熱并且可以留在熔化罐中進行進一步的處理步驟。并且在進一步的處理步驟出現延時的情況下，不存在熔體凝固的風險。根據本發明的熔化罐可以優選地停留在處理站用于執行若干處理步驟。
[0034]在最簡單的并且所以是優選的實施例中，冷卻介質是水。優選地，冷卻系統包括冷卻介質貯存器。優選地，該貯存器以是運輸設備的組成部分來實施。其原因是熔化罐優選地設計為可以與運輸設備脫離。使熔化罐與運輸設備脫離的一個原因是熔體可以從熔化罐中倒出而不需要抬起運輸設備。當冷卻介質的貯存器由于其重量原因作為運輸設備的一部分來實施，這是有意義的。并且優選地，現有的栗、蒸發器和/或壓縮機優選地設置在運輸設備處或運輸設備內部。
[0035]優選地，運輸設備和/或熔化罐包括電源，其適于在熔化罐的移動期間為加熱設備和冷卻系統的運行供應所需能量。優選地，電源可以被實現為運輸設備的一部分。一般地，在運輸期間用于運行加熱設備和冷卻系統的電源功率比在連接狀態下供應加熱設備的電源功率低。運輸設備和/或熔化罐的電源可以是發電機，尤其是柴油發電機。但是借助于電池確保供電也是可能的。
[0036]如上所述，優選地熔化罐可以與運輸設備脫離。所以，熔化罐傾轉倒出熔體成為可能。明確的是，隨著熔化罐與運輸設備的分離，用于冷卻介質的管線連接必須被分開。這一點同樣適用于電源。
[0037]為了確保向熔化罐盡可能無中斷的供應其運行所必須的介質，在熔化罐和處理站之間提供用于各種介質管線(供電線、水、惰性氣體、數據傳輸電纜)的快速接頭。這些快速接頭允許熔化罐和處理站的快速、簡單和安全的連接和分離。快速接頭對于防止線圈因傳導熔體的熱量而產生的損壞是必須的。
[0038]優選地，快速接頭包括三個部件，尤其是接收的一側(在熔化罐處)的接收模塊，在供應的一側的供應模塊、以及接收和提升單元。供應模塊可以是處理站的組成部分。接收模塊優選地是熔化罐的組成部分。供應模塊與主電源和主冷卻劑供應相互連接。優選地，供應模塊和接收模塊可以快速地、自動地連接或分開，尤其是通過向接收模塊抬起供應模塊。
[0039]供應模塊可以自動地與接收和提升單元相連接和分開。在可移動熔化罐運輸期間，接收和提升單元用于安置供應單元，在供應側和接收側的連接程序中，用于為供應模塊定位(抬升或降低)。在熔化罐的運輸期間，供應模塊和接收和提升單元優選地相互連接并且優選地安置在處理站的平臺上。優選地，接收模塊固定在可移動熔化罐上。在連接狀態下，接收側和供應側互相連接，接收和提升單元安置在處理站附近。
[0040]接收模塊和供應模塊優選地被設計以使得其能夠實現安全連接，尤其是在適于接收其他模塊的連接元件的那些模塊中的一個上設置開口是可能的。然后，形成可以插入開口中的連接元件。開口可以被設置在接收模塊或供應模塊。然后，插頭連接成為可能，其可以通過抬升或降低接收模塊或供應模塊而自動地實現。在電源的情況下，連接元件可以實現為接觸針，冷卻介質和/或惰性氣體進入的情況下可以實現為管線端部。
[0041]每個熔化罐優選地包括一個接收模塊。所以，若干熔化罐可以自由地使用和互相交換。但是，僅需要一個供應模塊和一套柔性電纜在處理站是固定的。
[0042]供應側和接收側分離之后，所述可移動熔化罐自動連接到自帶驅動器和冷卻單元的運輸設備，并且之后可以柔性地移動。
[0043]優選地，通過在處理站傾轉熔化罐實現熔體從熔化罐的倒出。為此目的，熔化罐優選地包括出口，優選地是向外流出的形式(例如澆鑄管或噴嘴)。
[0044]由于在松開熔化罐和運輸設備的連接的情況下，介質管線(尤其是冷卻介質管線)和供電線是分開的，在此處理站提供處理站和熔化罐之間各種介質的連接。
[0045]熔化罐包括熔爐、感應加熱設備和外殼。所以，熔化罐不僅是可替換的熔爐，而是還包括感應熔爐的重要組成部分，例如感應線圈。
[0046]優選的熔化罐的特征在于開放式設計，但是在運輸期間其可以配備有臨時的蓋子以使熱量損失最小化。所以，熔化罐優選地包括位于其上部的開口。金屬材料可以通過開口注入到熔爐里。所以保護性氣體的排空和進入是可能的。為了加熱熔體，優選地僅在處理站，熔化罐用對于處理站是合適的蓋子封閉。為此目的，處理站優選地包括一個適合熔化罐的蓋子。蓋子可以包括接口，例如用于排空熔化罐里的空氣或者用于加入保護性氣體。
[0047]熔爐是熔化罐的一部分，金屬材料在其中被處理。所以，它優選地由耐火材料制成。耐火材料優選地從陶瓷和/或石墨中選擇。優選地，陶瓷包括氧化鋁和/或氧化鎂。這種熔爐可以通常使用10-80次。優選地，熔爐的容積至少是200立方分米。
[0048]優選地，熔化罐配置有流出口，用于在處理站完成處理后允許熔體的倒出。在一可替代的實施例中，熔化罐不包括流出口。取而代之的是處理站的蓋子可以設置有開口(尤其是流出口)用于倒出熔體。
[0049]優選地，熔化罐的外殼由金屬制造。優選的金屬是鋼。在常規操作的情況下熔體不與外殼接觸。
[0050]優選地在內部熔爐和外壁之間提供有容納線圈和冷卻系統零件(例如冷卻系統的管線)的空間。在空間中還設置熔化罐的另外組成部分，諸如樣本測量裝置，尤其是溫度和壓力的測量裝置。
[0051]在優選的實施例中，在熔爐內部和熔化罐的外壁之間設置感應線圈，尤其是其纏繞內部熔爐。
[0052]熔化罐優選地適合在第一站填充金屬材料，尤其是熔化的金屬材料，其中第一站被稱為裝填站。為此目的，熔化罐優選地在導軌上移動進入裝填站的區域，尤其是熔化罐由拖車牽引。裝填步驟之后，熔化罐被移動到處理站。在以可替代的實施例中，在處理站金屬材料被加入到熔爐里，尤其是通過一個材料進出閘，優選的從上方加入。當金屬材料必須在真空環境進行熔化的處理時，這特別有優勢。這種情況，例如，應用到不同的高合金鋼上。
[0053]優選地，在若干處理步驟過程中金屬材料保留在熔化罐中。與現有技術相反，SP，不需要將熔化的金屬材料從一個熔化熔爐轉移到另一個。不再需要使用傾轉料斗。這使得根據本發明的方法在生產必須在排除空氣的條件下制備的高合金鋼時非常有用。
[0054]優選地，熔化罐包括監控裝置，用以監控熔體的狀態。這種監控裝置例如是溫度測量儀器。
[0055]鑒于熔化罐包括加熱設備的這個事實，一個更簡單的處理站的設計是可能的。在現有技術中，通常，為了將熔爐插入加熱設備中需要大量的技術工作。根據本發明，不需要這種困難的程序。根據本發明的熔化罐中的熔爐在一系列熔化流程后(優選至少10個)，僅會出于維護和/或更換熔爐的目的，熔爐才會被移除。
[0056]由于熔化罐已經包括用于加熱熔體的加熱設備這一事實，能夠產生另外的優勢，即加熱設備可以設置得距離內部含有熔體的熔爐更近。根據本發明，優選的是，感應加熱器的感應線圈布置在外殼和熔化罐的熔爐之間。所以，關于外殼材料的某些需求也不再重要。例如，不需要外殼壁具有窄縫設計。
[0057]對于處理站，根據本發明的設備，符合EPO 212 072 A2中描述的感應熔爐。在某些方面，本發明的熔化罐對應于被引用的專利申請中的熔爐的下部。顯著的不同點是引用的專利申請沒有提供可移動的熔化罐。在所引用的專利申請中，為了進入熔化罐，非常有必要拆卸感應加熱爐。
[0058]優選地，用于處理金屬材料的設備包括用于向熔化罐中加入熔融的或態的金屬材料的設備(例如裝填站)。該設備可以包括位于熔化罐的開口處的材料閘口。在一優選實施例中，該材料閘口設置在處理站的蓋子上。則蓋子相應地具有可以關閉的開口。在這個實施例中，不需要裝填站，因為材料可以在處理站直接加入。
[0059]優選地，處理站被設計為使得所述熔化罐能夠從下方被提升至處理站。優選地，蓋子不會降低到熔化罐或者熔爐上，而是熔化罐與熔爐和加熱設備一起從下方被抬升至蓋子。可能的，蓋子和熔化罐通過法蘭相互固定。如上所述，向加熱設備供電和向冷卻系統供應冷卻介質可以優選地通過快速接頭實現。
[0060]優選地，根據本發明的設備包括一個用于在處理站提升和降低熔化罐的設備。提升設備適于將熔化罐從位于蓋子下方的第一個位置移動至處理站的第二個位置，其中這種移動優選地是向上的移動，其中尤其是處理站的蓋子不降低到熔化罐之上，而是熔化罐提升至蓋子。
[0061]在優選的實施例中，根據本發明的設備優選地包括確切地一個處理站，其尤其適于進行所有待進行的處理步驟。
[0062]根據本發明的設備包括(優選自動的)快速接頭，該快速接頭適于連接處理站的供應管線至熔化罐，使得可以向感應加熱設備供電和運行冷卻系統。在本文上下文中，“自動”的意思是在快速接頭上不需要人工手動操作。優選地，通過機控連接的供應和接收模塊實現連接。
[0063]優選地，處理站被設計為一種感應加熱爐，例如歐洲專利申請EPO 212 072 A2描述的。然后，根據本發明的熔化罐將或多或少的對應于所述加熱爐的下部。關于其它處理站的實施例，尤其是關于用于傾轉熔化罐的設備已參照這個專利申請。在本文上下文中，優選地，下列特征也包括在本發明中。處理站的蓋子優選地通過法蘭連接與熔化爐相連。根據本發明，優選地，熔化爐可以通過旋轉軸和驅動器繞傾轉軸傾轉。優選的，不言而喻的，熔化罐的外殼也以氣密的方式實現。優選地，傾轉的驅動器也接合在處理站的蓋子下面。優選地，處理站的蓋子固定在加熱爐齒條上并且當熔化罐脫離的時候，其保持在這個加熱爐支架上。同時，所述專利已作為參考并入到這個申請中。
[0064]根據本發明也是使用根據前述權利要求之一的設備處理金屬材料的方法，包括如下步驟(順序隨機):
[0065]連接可移動的熔化罐和處理站
[0066]將金屬材料裝填到熔爐里
[0067]排空熔化罐(熔爐)
[0068]在真空下加熱材料
[0069 ]可選地在保護性氣體下加熱液體材料
[0070]可選地在一個步驟中加熱液體材料并使其排氣[0071 ]可選地通過氣體吹洗件或電磁攪拌排氣
[0072]可選地在熔爐中進一步處理金屬材料
[0073]倒出金屬材料
[0074]可選地測量金屬材料的溫度
[0075]可選地提取金屬材料的樣品
[0076]其中
[0077]在裝填步驟期間的金屬材料是熔融的或者固態的，和
[0078]在裝填步驟期間熔爐是已經排空空氣或者在裝填步驟之后排空空氣
[0079]本領域的技術人員為了實現其目標能夠確定上述步驟的合適的順序。尤其是，他或她能夠評估向熔爐中加入固體金屬材料是否是有利的，或者這種材料是否應該在進入熔化單元之前被熔化。一般地，必須在真空下熔化的高合金鋼在固體狀態下進入熔爐是有利的。類似地，與處理站的連接或者在裝填之前進行(由于熔化罐可能在運輸車上冷卻)或者在裝填步驟之后進行。
[0080]優選地，金屬材料的處理可以在600攝氏度到1700攝氏度的溫度進行，特別優選地，在900攝氏度到1600攝氏度的溫度進行，和進一步優選地，在1100攝氏度到1550攝氏度的溫度進行，和尤其在1400攝氏度到1500攝氏度的溫度進行。當然，所選的溫度依賴于被處理的材料的種類。尤其優選的在熔化步驟之后的流程期間，金屬材料的溫度一直保持在至少是高于金屬材料熔點20攝氏度的溫度值，進一步優選地至少是高于金屬材料熔點100攝氏度的溫度值。借助于熔化罐中的加熱設備，也可以在運輸熔化罐的情況下實現保持溫度在期望水平的步驟。
[0081 ]在一優選實施例中，將金屬材料在裝填站裝填進熔爐，優選地，此時金屬材料已經熔化。然后，優選地，裝填步驟之后，將熔爐從裝填站移動到處理站，同時感應加熱設備保持熔爐內容物在高于金屬材料熔點的某個溫度值，優選地在至少600攝氏度。然后，熔化罐與加熱站連接，尤其通過提升熔化罐的方式。在處理站外部進行的熔爐裝載(裝填)，在處理站外部的倒出之前熔體的步驟之后，可以立即通過輔助冷卻單元進行裝填，由于熔化罐可以通過快速接頭移開并且可以進一步冷卻。
[0082]在一可選的實施例中，固體金屬材料被裝填進入熔化罐，并且在這個步驟期間，熔化罐與處理站連接。優選地使用材料閘口進行裝填，材料閘口可以特別地放置在處理站的蓋子上。在金屬材料在空氣影響下熔化和處理是不利的情況下，這個處理方式是尤其推薦的。
[0083]在處理站進行的處理步驟優選地在真空條件下進行。在這些步驟期間，熔化罐中的壓力，尤其是熔爐中的壓力，優選地，至少I毫巴(mbar)，進一步優選地，10—1毫巴，更優選地，10—2毫巴，最優選的10—3毫巴。優選地，通過真空栗系統實現排空，優選地真空栗系統是處理站的組成部分。優選地，真空栗系統通過一個或更多的管線與處理站的蓋子連接，使得熔化罐內部可以被排空。
[0084]根據本發明，優選地，在處理站進行若干處理步驟。優選地，在處理站，進行加熱、排氣、合金化、攪拌、氣體吹洗和倒出中的一個或更多的工藝步驟。根據本發明不需要使用單獨的加熱設備和單獨的排氣裝置。在一個處理站進行這些步驟不需要在熔爐內部消除真空是相當可能的。也不需要若干處理站之間的運輸。由于在若干工藝步驟的期間可以保持真空，可以有效地避免氫、氧、氮的進入。
[0085]根據本發明的方法，優選地包括加熱、排氣、合金化、攪拌、氣體吹洗和倒出步驟，特別優選地按上述的順序進行。優選地，所有這些步驟在單一的熔爐中進行。在所有這些步驟期間，優選地，處理站的蓋子沒有間斷地保持在熔化罐上。
[0086]進一步的優點是，在基本上無限的時間內真空處理熔體是可能的。如在現有技術中常見以可搭載的方式再將熔化罐移動到加熱設備的情況，不再是必要的。
[0087]在處理站，熔化罐可以用蓋子封閉，蓋子是處理站的組成部分。優選地，蓋子氣密密封熔化罐，使得真空處理金屬材料是可能的。所以，不需要大的真空室，如許多現有技術實施的情況。蓋子可以包括連接真空栗的接口，使得不需要將熔化罐置于真空室中。優選地，通過熔化罐連接到處理站，蓋子與熔化罐或熔爐連接。
[0088]優選地，所述方法包括真空處理或在真空條件下進行的處理步驟。熔化罐可以與運輸設備分離。這例如對于從熔化罐中倒出熔體是有用的。
[0089]優選地，根據本發明的方法包括將金屬材料(以固態被加入)預熱到至少600攝氏度和至多800攝氏度之間的溫度。優選地，將材料填入熔化罐后進行預熱。在優選實施例中，當材料填入的時候，熔爐的溫度已經是在這個范圍內。
[0090]在優選地實施例中，在處理站的第一熔化步驟之后，另外的金屬材料可以填入熔爐。優選地，裝填通過使用如上所述的相同的材料閘口進行。。
[0091 ]當運輸裝填有熔融材料的熔化罐時，則優選地根據本發明熔體在運輸期間不攪拌。這樣做的原因是，根據本發明的設備和方法意在用于制造高品質的鋼。只有盡可能限制空氣的影響，才能制造出具有這樣令人滿意的質量的鋼。然而，攪拌熔體將導致溫度損失增加并且將氫、氮、氧引入熔體。通常，熔化罐在運輸期間是不封閉的，因為蓋子是處理站的組成部分。但是熔化罐可以以臨時的方式蓋住以減少熱量損失。
[0092]優選地，在根據本發明的方法的實施期間，熔化罐的熔爐、線圈和外殼是彼此不分開的。所以，這些部件形成一個單元。
[0093]本發明的罐容納金屬的重量優選地是I至40噸，進一步優選地，5-30噸，特別是直至10噸。
[0094]此外，若干熔化罐可以在處理站逐個處理。這對于提高本方法的生產率是有利的。此處設想在處理站以交替的或者周期的方式處理熔化罐，同時其它熔化罐優選地在運輸設備處或者在運輸設備上，被裝載或移動到熔爐脫離站或者熔爐磚襯站。優選地，熔爐脫離站設置在熔爐行程的端部。優選地，熔爐磚襯站(提供熔爐的站)的目的是熔爐的使用準備。優選地，也提供熔爐干燥站。為這些目的熔化罐的移動可以通過一個或更多的運輸設備實現。
【附圖說明】
[0095]圖1示出根據本發明的可移動的熔化罐I。該熔化罐包括兩個輪子，熔化罐通過這兩個輪子在導軌上移動。熔化罐包括熔爐3和外殼4。該熔爐用于容納可在熔化罐中處理的金屬材料。外殼保護熔爐和設置在外殼和熔爐之間加熱設備的零件以及冷卻系統。加熱設備包括設置在空間中的線圈5。線圈通過冷卻系統冷卻。為此目的，冷卻劑的管線6設置在外殼和熔爐之間的空間里。噴嘴7設置在熔化罐的開口8的上部內，使得熔化的材料可以通過傾轉熔化罐而被倒出。
[0096]圖2示出通過蓋子12與處理站連接的熔化罐I。蓋子氣密密封熔化罐，使得被熔爐3限制的熔化罐的內部可以被排空空氣或者可以充滿保護性氣體。為此目的，蓋子優選地包括至少一個接口 13。該接口可以提供與真空栗的連接和/或與保護性氣體源的連接。加熱設備設置在熔化罐的內部在熔爐和外殼之間。加熱設備運行所需的介質(尤其是點和冷卻介質)由處于此操作狀態下的處理站提供。當蓋子和熔化罐連接時，優選地介質的接口同時連接，特別是通過快速接頭(未示出)連接。處理程序完成之后，熔體可以通過噴嘴7被倒出。有利的是，處理站包括傾轉設備，其適于通過傾轉軸14將熔化罐傾轉。
[0097]圖3示出例如上面描述的熔化罐和拖車形式的運輸設備15。拖車適于在導軌上牽引熔化罐。在運輸設備上優選地設置電源16通過線路17向熔化罐的加熱設備供電。此外，運輸設備上可以設置冷卻系統18的部件。特別地，在運輸設備上對熔化罐中的冷卻液體的管線供應可以通過管線19實現。
[0098]優選的工藝規程
[0099]下面描述使用根據本發明的設備的典型方法。
[0100]熔化前，優選地進行一個或更多的以下工藝步驟:
[0101]在大氣或真空環境中將材料裝填進熔爐。裝載固體或液體是可能的。
[0102]隨后，向熔爐中裝載待制造的合金的主要成分
[0103]隨后，排空熔爐和處理站中的其它部分(例如，熔化室、鑄造室、溝槽室、裝載室)的氣體
[0104]進行密封性試驗
[0105]當密封性試驗結果為正，打開加熱設備并開始熔融
[0106]連續地排空熔爐中的氣體，保持降低的壓力并抽出傳遞出的氣體。
[0107]熔化開始后，優選地，須進行下列工藝步驟:
[0108]熔化材料。大多數情況是在真空下，但是也可能部分的在惰性氣體氣氛下進行
[0109]對于非標準等級的鋼和超合金，必須確保排除空氣
[0110]對于具有常規質量的標準等級鋼和具有低要求的銅合金，可以在空氣條件下進行熔化
[0111]材料熔化后，優選地，須進行一個或更多的以下工藝步驟:
[0112]額外裝填材料、添加合金添加劑和/或真空處理(在真空條件下排氣和通過攪拌液態熔體)
[0113]凈化和均質化熔體
[0114]通過排氣(氮、氫、易揮發的痕量元素)或通過化學反應(氧、碳)去除元素或
[0115]材料熔化后和倒出步驟之前，優選地，須進行一個或更多的以下工藝步驟:
[0116]抽出樣品，溫度測量
[0117]在真空下進行:優選地經由裝載室從上面將取樣裝置或熱電偶加入熔化罐
[0118]重復進行額外裝載、真空處理、排氣、精煉、抽樣和/或測量溫度，直到獲得期望的純度和合金組分
[0119]可以幾乎不受任何時間限制地處理熔體
[0120]添加揮發性合金添加劑(揮發性合金(例如鎂)添加劑在真空中揮發，所以須在倒出步驟之前并在很短時間內添加)
[0121]最后的溫度測量和抽樣
[0122]將熔體倒出至模具
[0123]如果需要的話，凈化各室和熔爐，然后開始新的處理。
[0124]附圖標記列表
[0125](I)熔化罐
[0126](2)輪子
[0127](3)熔爐
[0128](4)外殼
[0129](5)線圈
[0130](6)管線
[0131](7)噴嘴
[0132](8)熔化罐開口
[0133](9)未使用
[0134](10)未使用
[0135](11)未使用
[0136](12)蓋子
[0137](13)接口
[0138](14)傾轉軸
[0139](15)運輸設備
[0140](16)電源
[0141](17)線路
[0142](18)冷卻系統
[0143](19)管線
【主權項】
1.一種用于處理金屬材料的設備，其包括可移動的熔化罐和至少一個處理站，其中， 所述可移動的熔化罐包括熔爐、帶有線圈的感應加熱設備和外殼， 所述處理站包括適于氣密封閉所述熔爐的蓋子，以及 所述可移動的熔化罐能夠與所述處理站分離，并能夠獨立于所述處理站以可搭載的方式移動， 其特征在于， 所述設備包括快速接頭系統，使得所述處理站的供應管線能夠連接到所述可移動的熔化罐，用于使所述感應加熱設備冷卻和/或向所述感應加熱設備供電， 配置有運輸設備，其適于在所述處理站的區域之外移動所述熔化罐， 在所述運輸設備和/或所述可移動的熔化罐處或其內部，配置有用于在所述熔化罐的移動期間，冷卻所述感應加熱設備并向所述感應加熱設備供電的裝置。2.根據權利要求1所述的設備，其中所述運輸設備和/或所述熔化罐包括冷卻單元和/或發電機，用于在所述運輸期間冷卻所述線圈和/或向所述線圈供電。3.根據權利要求1或2所述的設備，其中所述運輸設備是拖車。4.根據前述權利要求之一所述的設備，其中所述感應加熱設備，至少在其連接到所述處理站之后，適于將所述熔爐中的金屬材料保持在熔融狀態和/或使其熔化。5.根據前述權利要求中至少一項所述的設備，其中所述處理站包括傾轉設備，用于倒出所述金屬材料的熔體。6.根據前述權利要求中至少一項所述的設備，其中在脫離所述處理站的情況下，所述快速接頭自動地使所述熔化罐與主要供給脫開，且所述快速接頭自動地將所述熔化罐連接到所述運輸設備。7.根據前述權利要求中至少一項所述的設備，其中在脫離所述運輸設備的情況下，所述快速接頭自動地使所述熔化罐與輔助供給脫開，且所述快速接頭自動地將所述熔化罐連接到所述處理站。8.根據權利要求6和7所述的設備，其中在鎖定所述快速接頭的情況下，所述冷卻劑的供應自動開始，以及在松開所述快速接頭的情況下，所述冷卻劑的供應自動停止。9.一種使用根據前述權利要求之一所述的設備處理金屬材料的方法，且包括以下步驟，且以下步驟可以是任意的順序: 連接所述可移動的熔化罐和所述處理站 將所述金屬材料裝填到所述熔爐中 排空所述熔爐 在熱和真空條件的影響下，在所述熔爐中處理所述金屬材料，以及 倒出所述金屬材料， 其中， 在所述裝填的步驟期間，所述金屬材料是熔融的或是固態的，和 在所述裝填的步驟期間，所述熔爐已經被排空或者在所述裝填的步驟之后排空所述熔爐。10.根據權利要求9所述的方法，其中所述金屬材料的所述處理是在600攝氏度至1700攝氏度的溫度下進行的。11.根據權利要求9或10所述的方法，其中，所述熔爐在裝填站裝填所述金屬材料，并且僅在此裝填的步驟和連接到所述處理站的步驟之后，才排空所述熔爐。12.根據權利要求11所述的方法，其中，在所述裝填的步驟之后，所述熔爐從所述裝填站移動到所述處理站，其中在此步驟期間，所述感應加熱設備將所述熔爐的內容物的溫度保持為至少600攝氏度。13.根據權利要求11所述的方法，其中，裝填所述液態材料之后，所述熔爐從所述裝填站移動到所述處理站，其中在此步驟期間，所述熔體被保持在至少高于其熔點10攝氏度的溫度。14.根據前述權利要求9-13中至少一項所述的方法，其中，在所述處理站進行的所述處理步驟期間，所述感應線圈需用一定量的冷卻介質進行冷卻，所述一定量至少是在所述運輸期間在所述運輸設備上冷卻所述感應線圈所需冷卻介質的量的二倍。15.根據前述權利要求9-14中至少一項所述的方法，其中所述金屬材料包括重量比高于50%的鐵、鈷、鉻、銅和/或鎳。16.根據前述權利要求9-15中至少一項所述的方法，其中，在所述處理站中，所述材料在低于10—1毫巴的壓力下進行處理，并同時進行加熱。17.根據權利要求9-16中至少一項所述的方法，使用所述方法的設備包括一個或更多的所述熔化罐，其能夠在相同的所述處理站逐個地處理。18.根據權利要求17所述的方法，其中一個熔化罐進行裝填，同時另一個位于所述處理站。
【文檔編號】B22D41/12GK105848810SQ201480070521
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月16日
【發明人】漢斯·約翰·凱默, 克里斯汀·萊納特, 安德里亞·艾希, 哈拉爾德·舍爾茨, 皮特·佐茲
【申請人】Ald 真空技術股份有限公司