<Desc/Clms Page number 1>
Elektrode aus kohlenstoffhaltigem Material und Verfahren zur Herstellung derselben
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode aus kohlenstoffhaltigem Material, vorzugsweise Gra- phit, mit einem aus einer oder mehreren Schichten bestehenden, oxydationswiderstandsfähigen oder oxydationsverhindernden, elektrisch leitfähigen Überzug und auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrode.
! Aus kohlenstoffhaltigem Material, vorzugsweise aus Graphithergestellte Elektroden, werdengewöhn- lich in elektrischen Lichtbogenöfen oder bei mit elektrischen Lichtbogen arbeitenden Elektrothermalver- fahren verwendet. Bei Anwendung derartiger Elektroden für diesen Zweck hat sich gezeigt, dass die Elek- troden infolge der Oxydation ihrer, der heissen Atmosphäre im Inneren des Schmelzofen ausgesetzten
Oberfläche schnell verbraucht werden. Dieser Verlust des Elektrodenmaterials ist sehr nachteilig, da die
Verwendungszeit der Elektroden hiedurch erheblich herabgesetzt wird.
Es ist nun recht schwierig, wenn nicht gar unmöglich, alle diese Forderungen zu erfüllen. Beispiels- weise sind zwei der geforderten Eigenschaften, nämlich die Oxydationsbeständigkeit und die Zerfallsbe- ständigkeit einander widersprechende Eigenschaften, da eine dichte Elektrode, insbesondere eine Elek- trode kleiner Abmessungen, zwar oxydationsbeständig, nicht aber zerfallsbestähdig ist und umgekehrt eine poröse Elektrode grosser Abmessungen zerfallsbeständig, nicht aber oxydationsbeständig ist. Dies hat zur Folge, dass jeder Versuch zur Herstellung einer Elektrode mit allen gewünschten Eigenschaften gleichzeitig erhöhte Herstellungskosten mit sich führt, da äusserst reines Ausgangsmaterial sowie ein ge- nauestens kontrolliertes Herstellungsverfahren vorausgesetzt werden müssen.
Zwecks Verhinderung einer Oxydation der Elektrode ist schon ein Überziehen der Oberfläche mit einem gegen Hitze widerstandsfähigen Material, wie etwa Aluminium, gegebenenfalls zusammen mit
Bor, Silicium, Titan, Zirkon, Chrom oder Molybdän, vorgeschlagen worden. Es hat sich jedoch ge- zeigt, dass die Aluminiumoberfläche leicht zu AlO oxydiert wird ; was insoferne von Nachteil ist, als ALO elektrisch nicht leitet und der Übergangswiderstand zwischen Elektrodenhalter und Elektrode so gross werden kann, dass die Aluminiumschicht thermisch beschädigt wird und die Schutzwirkung zu- mindest örtlich verloren geht. Infolgedessen haben sich die früheren Versuche auf diesem Gebiet nicht als erfolgreich erwiesen und sich auch nicht in der Industrie durchgesetzt.
Die Erfindung stellt sich nun zur Aufgabe, eine Elektrode zu schaffen, die bezüglich Oxydations- widerstandsfähigkeit, elektrischer Leitfähigkeit und hoher Zerfallsbeständigkeit zufriedenstellende Eigen- schaften besitzt. Dies gelingt bei einer Elektrode aus kohlenstoffhaltigem Material, vorzugsweise Gra- phit, zur Verwendung in elektrischen Lichtbogenöfen oder bei mit elektrischem Lichtbogen arbeitenden
Elektrothermalverfahren mit einem aus einer oder mehreren Schichten bestehenden, oxydationswider- standsfähigen oder oxydationsverhindernden, elektrisch leitenden Überzug, welcher gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Überzug, ausgedrückt in Gewichtsprozent, 15 bis 8050 Fe und 20 bis 850/0 zumindest eines der Elemente Si, Al und Cr, gegebenenfalls 0,
2 bis 101o zumindest eines der
<Desc/Clms Page number 2>
Elemente Ni, Mn, Mo, W, B, Ti, Zr, V, Nb, Hf, Y, Co, Cu und Be und gegebenenfalls wenigstens 0, 01% N, ; 0, 005% P und/oder 0, 010/0 C enthält, wobei die Stärke des allenfalls mehrschichtigen Über- zuges 0, 1 bis 1, 0 mm beträgt.
Der oxydationsbeständige, elektrisch leitende Überzug kann nun durch an sich bekanntes Aufsprit- zen von Metallpulver auf die aus Graphit oder einem andern kohlenstoffhaltigen Material bestehenden
Elektrode durch Flammspritzen hergestellt werden. Vorzugsweise wird jedoch bei einem Verfahren zur
Herstellung einer mit einem oxydationswiderstandsfähigen oder oxydationsverhindernden, elektrisch lei- tenden Überzug versehenen Elektrode durch Aufspritzen von Metall auf den Grundkörper aus kohlenstoff- haltigem Material gemäss der Erfindung so vorgegangen, dass das Metall in Form eines an sich bekann- ten Verbunddrahtes verwendet wird, welcher aus einer äusseren Mantelung aus Eisen, einer Eisenlegie- rung oder Aluminium und einem inneren Pulverkern aus Metallen mit niedriger Verformbarkeit besteht, wobei der Pulverkern das erforderliche Eisen enthält,
falls die äussere Mantelung aus Aluminium besteht.
Auf diese Weise lassen sich wesentlich dichtere Überzüge erreichen als wenn Metallpulver der erforder- lichen Zusammensetzung aufgespritzt werden würden.
Das Arbeiten mit einem Verbunddraht ist bei Herstellung der Überzüge erfindungsgemässer Elektro- den deshalb von besonderem Vorteil, weil in den meisten Fällen die Analyse des Überzuges eine solche ist, dass sich ein kaum mehr zu Draht verarbeitbares Material ergibt und praktisch nur Drähte nach Elektroschmelzverfahren aufgesprüht werden können, welches gegenüber Flammspritzverfahren den Vor- teil hat, dass, abgesehen von geringen Metallverluste beim Aufspritzen, im hergestellten Überzug praktisch keine Gase gelöst werden und daher beim Erstarren des Überzuges keine Poren im Überzug entstehen. Darüber hinaus wäre ein Draht der für die Erfindung erforderlichen Zusammensetzung für das Flammspritzverfahren weniger geeignet, da die Schmelze ein hohes Lösungsvermögen für Gase, insbesondere Stickstoff, besitzt.
Verbunddrähte aus einem mechanisch leicht verarbeiteten Aussenmantel aus Aluminium oder aus Eisen oder einer Eisenlegierung und einem Pulverkern der erforderlichen restlichen Elemente können nun in einfacher Weise hergestellt werden und sind bestens geeignet für das Aufsprühen nach dem Elektroschmelzverfahren. Solche Verbunddrähte sind aber auch einigermassen gut geeignet für das Flammspritzverfahren, da während des Aufspritzens des Verbunddrahtes der Pulverkern zumindest anfänglich weitgehend durch den Aussenmantel gegen Gasaufnahme geschützt ist.
Es ist von besonderem Vorteil im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens, Chrom enthaltende Überzüge auf dem kohlenstoffhaltigen Material der Elektrode herzustellen, da sich dann besonders oxy- dationsbeständige Elektroden ergeben. Bereits bei einem Gehalt des Überzuges von bloss 4 Gel.-% Chrom ergibt sich eine deutliche Verbesserung der Oxydationsbeständigkeit. Bei einem Chromgehalt des Überzuges von mehr als 20% ergibt sich bei relativ geringer Schichtstärke des Überzuges bereits eine Oxyda- tionsbestandigkeit, die wesentlich höher ist als im Hinblick auf den natürlichen Abbrand der Elektrode erforderlich wäre.
Falls der Überzug der Elektrode noch Aluminium und/oder Silicium enthält, kann der mit Chrom allein erzielbare Effekt bereits mit wesentlich geringeren Chromgehalten des Überzuges erzielt werden.
Die Erfindung wird im folgenden durch Ausführungsbeispiele näher erläutert : Beispiel l : Metallpulver (Cr = 62, 7ja, Si = 6, 7le, Rest Fe) mit einer Partikelgrösse von weniger als 297 um, in einer Kugelmühle hergestellt, wurde in ein 15 mm breites und 0, 20 mm dickes Stahlblech (0, 1% C, 0, 04% Si) eingerollt, wobei ein Verbunddraht mit einem Durchmesser von 3, 2 mm erhalten wurde. Dieser Verbunddraht wurde auf die Oberfläche einer Graphitelektrode mittels einer Spritzpistole (Arcos S. A... Typspraypmassc) in folgender Weise aufgebracht :
Die Oberfläche eines Graphitkörpers wird zunächst gesäubert, wobei jeglicher Schmutz, Öl, Farbe usw. entfernt wurde.
Der Graphitkörper wurde danach, beispielsweise in eine Drehbank, rotierend eingespannt und unter Verwendung des Verbunddrahtes und einer im Abstand von etwa 250 mm vom Graphitkörper angeordneten Spritzpistole etwa 0. 3 mm beschichtet. Die auf diese Weise hergestellte Elektrode wurde in einem Schmelzofen mit einer Kapazität von 30 t verwendet, wobei ein Elektrodenverschleiss von 2, 9 kg/t Gussblock,, d. h. ein sehr niedriger Wert, verglichen mit 5, 4 kg/t Gussblock bei nicht überzogenen Elektroden, festgestellt werden konnte.
Beispiel 2 : Chrompulver (99%) wurde in ein Blech (15mm breit, 0, 2mm stark) aus rostfreiem Stahl (18je Cr, 8% Ni) eingerollt, um einen Verbunddraht mit einem Durchmesser von 3, 2 mm herzustellen. Der erhaltene Verbunddraht wurde auf die Oberfläche eines einen Durchmesser von 450 mm besitzenden Graphitkörpers in einer Stärke von etwa 0,3 mm in der in Beispiel 1 angegebenen Weise aufgespritzt. Der Elektrodenverschleiss beträgt 2, 6 kg/t Gussblock.
Beispiel 3: Metallpulver (62, 7% Cr, 6, 7% Si, Rest Fe) wurde in ein Blech (15 mm breit,
<Desc/Clms Page number 3>
0, 2mm stark) aus rostfreiem Stahl (18% Cr, 8% Ni) eingerollt, um einen 3,2 mm starken Verbunddraht herzustellen. Mit dem Verbunddraht wurde dann in der in Beispiel 1 angegebenen Weise eine etwa 0,25 mm starke Schicht hergestellt, auf welche sodann unter Verwendung eines Aluminiumdrahtes
EMI3.1
wurde. Der Verschleiss der in der angegebenen Weise mit einem Überzug ausgestatteten Elektroden betrug 2, 4 kg/t Gussblock.
Beispiel 4 : Auf die gereinigte Oberfläche eines Graphitkörpers mit einem Durchmesser von 350 mm wurde vorerst mittels eines Chromstahldrahtes (13% Cr) von 3,2 mm Durchmesser eine etwa 0, 2mm starke Schicht aufgespritzt. Auf diese Schicht wurde dann entsprechend Beispiel 3 mittels eines Aluminiumdrahtes eine weitere Schicht aus Aluminium bis zu einer Gesamtstärke des Überzuges von etwa 1 mm aufgespritzt.
Der Elektrodenverschleiss in einem Stahlschmelzofen mit 25 t Kapazität betrug 3, 2 kg/t Gussblock.
Der Verschleiss einer nicht überzogenen Graphitelektrode betrug 4,9 kg/t, der Verschleiss einer nur mit Chromstahl (13% Cr) beschichteten Elektrode 3,8 kg/t Gussblock.
Bei Verwendung von gemäss den Beispielen 3 und 4 hergestellten Elektroden mit einer Aussenschicht aus Aluminium traten die früher beschriebenen Nachteile (wie Bildung von AOg usw.) auf. Es empfiehlt sich deshalb, vor Verwendung derartiger doppelschichtiger Überzüge die Aussenschicht mit der Innenschicht zu verschmelzen. Das einen zusätzlichen Arbeitsgang darstellende Verschmelzen kann vermieden werden, wenn die in Frage kommenden Metalle mittels mehrerer Spritzpistolen gleichzeitig auf den Graphitkörper aufgespritzt werden.
Beispielsweise kann man eine Legierung aus 300/0 Aluminium und 70% Stahl, im wesentlichen Fe, die wie bekannt, als hitzebeständiger als nur eines der beiden Metalle allein angesehen wird, auf die Elektrodenoberfläche pulverförmig aufspritzen, da Draht aus Al-Fe-Legierung auf Grund seiner schlechten Bearbeitbarkeit nicht verwendet werden kann. Jedoch erweist sich das Aufspritzen mittels Spritzpulver als weniger wirksam als ein Drahtspritzverfahren, und ausserdem würde eine Pulverisierung der Metall-Legierungen erhebliche Kosten verursachen.
Werden dagegen zweckmässige Durchmesser und Sprühgeschwindigkeiten bei der Anwendung von Aluminium- und Stahldrähten bemessen, kann man ohne weiteres eine Zwei-Komponenten-Legierung aus 3Clo Aluminium und 70% Stahl durch gleichzeitiges Verspritzen jedes Metalls aus separaten Spritzpistolen auf dieselbe Stelle des Graphitkörpers erhalten.
EMI3.2
pers mit einem Durchmesser von 400 mm mittels zwei Spritzpistolen bespritzt, wobei eine Pistole mit einem Stahldraht (0, 100/0 c, 0, 50% Mn) mit einem Durchmesser von 3 mm, bei einer Spritzgeschwindigkeit von 5, 4kg/h, und die andere Pistole mit einem 99% igen Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von 2, 3 mm bei einer Spritzgeschwindigkeit von 2,08 kg/h gespeist wurde.
Eine Analyse des Überzuges ergab einen Aluminiumgehalt von 27, 15% sowie einen Eisengehalt von 72, 08%. Der Überzug hatte eine Stärke von etwa 0,2 mm.
Die auf diese Weise hergestellte Elektrode wurde in einem Schmelzofen von 30 t Kapazität verwen- det, wobei eine 33% igue Verlängerung der Lebensdauer, verglichen mit einer nicht überzogenen Elek- trode, erhalten wurde. Trotz der geringeren Wirksamkeit und der höheren Kosten der Pulveraufspritzung muss sie in manchen Fäller, doch angewandt werden.
EMI3.3
<tb>
<tb>
Beispiele <SEP> : <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> Chromeisen <SEP> (Cr <SEP> 62,7%, <SEP> Si <SEP> 6,7%, <SEP> Rest <SEP> Fe) <SEP> 85%
<tb> Aluminium <SEP> (AI <SEP> 99, <SEP> 8%) <SEP> 10%
<tb> Siliciumeisen <SEP> (Si <SEP> 75, <SEP> 2%) <SEP> 5% <SEP>
<tb>
Die obige Metallmischung wurde zunächst im Schmelzofen geschmolzen, danach abgekühlt und anschliessend in einer Kugelmühle zu Pulver zermahlen. Das erhaltene Pulver wurde dann auf die Oberfläche eines Graphitkörpers mittels einer Spritzpistole (Typ Metco 2P) in folgender Weise aufgespritzt :
Nach Reinigung der Oberfläche des Graphitkörpers (Durchmesser 400 mm) wurde dieser auf einer Rotationsvorrichtung, beispielsweise einer Drehbank, befestigt.
Das obige Metallpulver wurde auf die Oberfläche der rotierenden Elektrode mittels einer im Abstand von etwa 150 mm von der Oberfläche des Graphitkörpers angeordneten Spritzpistole aufgespritzt, wodurch ein 0,25 mm starker Überzug erhalten wurde. Die so hergestellte Elektrode wurde in einen Schmelzofen mit einer Kapazität von 30 t verwendet, wobei festgestellt werden konnte, dass der Elektrodenverschleiss etwa 2, 6 kg/t Gussblock betrug.
<Desc/Clms Page number 4>
Im Falle einer nicht überzogenen Elektrode konnte ein Verschleiss von 5,4 kg/t Gussblock festgestellt werden.
EMI4.1
<tb>
<tb> Beispiel <SEP> ? <SEP> : <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> Metallisches <SEP> Chrompulver <SEP> (99, <SEP> 10/0) <SEP> 40%
<tb> Aluminiumpulver <SEP> (99, <SEP> 3%) <SEP> 10%
<tb> Siliciumpulver <SEP> (99, <SEP> 30/0) <SEP> 5%
<tb> Eisenpulver <SEP> (99, <SEP> 00/0) <SEP> 45%
<tb>
Die obigen Metallpulver wurden nach innigem Mischen in gleicher Weise wie in Beispiel 6 auf die Oberfläche eines Graphitkörpers aufgespritzt. In diesem Falle betrug die Stärke des auf der Oberfläche entstandenen Überzuges ebenfalls etwa 0,25 mm. Die derart hergestellte Elektrode wurde in einem Schmelzofen mit einer Kapazität von 30 tverwendet, wobei ein Elektrodenverschleiss von 2, 4 kg/t Gussblock festgestellt werden konnte.
EMI4.2
<tb>
<tb>
Beispiels <SEP> : <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> Chromeisen <SEP> (Cr <SEP> 62, <SEP> 7%, <SEP> Si <SEP> 6, <SEP> 7%, <SEP> Rest <SEP> Fe) <SEP> 10ou <SEP> ; <SEP> o <SEP>
<tb>
Obiges Metall wurde nach dem Pulverisieren in einer Kugelmühle auf einen Graphitkörper in einer Stärke von etwa 0, 2 mm aufgespritzt. Ausserdem wurde mittels eines Aluminiumdrahtes (Al 99go, Durchmesser 3,2 mm) unter Verwendung einer Spritzpistole eine 0,2 mm starke Al-Schicht erzeugt. Die somit doppelt beschichtete Elektrode mit einer Innenschicht aus Chromeisen und einer Aussenschicht aus Aluminium wurde in einem Schmelzofen mit einer Kapazität von 30 t verwendet, wobei ein Elektrodenverschleiss von 2,9 kg/t Gussblock festgestellt werden konnte.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrode aus kohlenstoffhaltigem Material, vorzugsweise Graphit, zur Verwendung in elektrischen Lichtbogenöfen oder bei mit elektrischem Lichtbogen arbeitenden Elektrothermalverfahren mit einem aus einer oder mehreren Schichten bestehenden, oxydationswiderstandsfähigen oder oxydationsverhindernden, elektrisch leitenden Überzug, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug, ausgedrückt in Gewichtsprozent 15 bis 801o Fe und 20 bis 85% zumindest eines der Elemente Si, Al und Cr, gegebenenfalls 0,2 bis 10% zumindest eines der Elemente Ni, Mn, Mo, W, B, Ti, Zr, V, Nb, Hf, Y, Co, Cu und Be und gegebenenfalls wenigstens 0, 010/0 N2;
0,005% P und/oder 0, 010/0 C enthält, wobei die Stärke des allenfalls mehrschichtigen Überzuges 0, 1 bis 1, 0 mm beträgt.