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Die Erfindung bezieht sich auf ein Duplex-Verfahren zur Herstellung von schwefelarmem Gusseisen, insbe- sondere als Vormaterial für die Herstellung von sphärolithischem Gusseisen, unter Verwendung eines Kupolofens und eines basischen Elektrolichtbogenofens.
Für die Herstellung von Sphäroguss wird ein Gusseisen verlangt, das vor der Behandlung mit Magnesium und
Impflegierungen einen sehr niedrigen Schwefelgehalt aufweist. Es sind zahlreiche Vorschläge zur Herstellung eines solchen Gusseisens bekanntgeworden, die wohl dieses Ziel erreichen, jedoch mit verfahrensmässigen und wirtschaftlichen Nachteilen behaftet sind. Man kann schwefelarmes Gusseisen beispielsweise aus einem festen
Einsatz im Elektrolichtbogenofen erzeugen, jedoch sind die Herstellkosten hoch, weil die Chargendauer sehr lang und der Stromverbrauch beträchtlich ist. Man hat auch versucht, einen basischen Heisswindkupolofen zur
Herstellung eines schwefelarmen Kupolofeneisens einzusetzen, doch kann dieses wegen der unvermeidlichen
Temperatur- und Analysenschwankungen nicht direkt mit Magnesium behandelt werden.
Daher wurde dem
Heisswindkupolofen ein Elektrolichtbogenofen nachgeschaltet, in dem chargenweise ein Temperaturausgleich und eine Korrektur der Analyse vorgenommen wurde. Die metallurgischen Vorteile der Vorbereitung des Einsat- zes für den Elektrolichtbogenofen im basischen Heisswindkupolofen sind daher nicht bedeutungsvoll, weil die
Investitions- und die Umwandlungskosten hoch liegen und somit letztlich keine wirtschaftlichen Vorteile zu erzielen sind.
Es ist auch vorgeschlagen worden, einen sauren Kupolofen mit einem Elektrolichtbogenofen in einem
Duplex-Verfahren zusammenarbeiten zu lassen, was jedoch den Nachteil hat, dass infolge des hohen Schwefel- gehaltes des aus dem Kupolofen kommenden Eisens der Prozess in unerwünschter Weise verlängert wird. Die Ent- schwefelungsgeschwindigkeit im Elektrolichtbogenofen ist zu gering, so dass es normalerweise nicht gelingt, in der Zeit, die für das Erreichen der gewünschten Abstichtemperatur von etwa 15000C aufgewendet wird, den Schwefelgehalt auf den für die Erzeugung von Sphäroguss geforderten Wert von unter 0, 015% zu senken. Daher ist es notwendig, die Entschwefelungsbehandlung über die erforderliche Aufheizdauer hinaus zu verlängern, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens verschlechtert.
Verfahren, die einen Teil der Entschwefelung des Kupolofeneisens vor dem Einleeren in den Lichtbogenofen durchführen, haben meistens den Nachteil eines hohen Temperaturverlustes und sind mit apparativem Aufwand, Zeitverlust und zusätzlichen Kosten verbunden.
Im Elektroofen wird dann hauptsächlich das Aufheizen des Eisens durchgeführt.
Die Erfindung bezweckt die Überwindung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und besteht darin, dass eine Schmelze, sobald sie im basischen Elektrolichtbogenofen fertiggestellt ist, d. h. auf den gewünschten niedrigen Schwefelgehalt und die gewünschte Abstichtemperatur gebracht ist, jeweils unter Zurücklassung der Schlacke nur zu etwa der Hälfte abgestochen und durch etwa eine gleiche Menge einer aus einem Kupolofen kommenden Schmelze ergänzt wird, worauf das Verfahren in Gegenwart der Schlacke aus der vorhergehenden Charge fortgesetzt wird, und dass während der Fortsetzung der Charge ein Teil der Schlacke abgezogen und neue Schlackenbildner zugegeben werden.
Zweckmässig wird im Elektrolichtbogenofen ständig eine Schlackentemperatur im Bereich von etwa 1500 bis 17000C aufrechterhalten.
Zweckmässig werden als Schlackenbildner etwa 50 bis 90% kleinstückigerKalk und etwa 50 bis 10% kalzinierte Soda, vorzugsweise 50% kleinstückiger Kalk und 50% kalzinierte Soda verwendet.
Die Schlacke soll etwa in einer Menge von 2 bis 5% der Eisenmenge gehalten werden.
Diese und andere Merkmale der Erfindung und ihre betrieblichen Vorteile werden an Hand eines Beispieles näher erläutert.
In einen basischen 3 t-Lichtbogenofen wurden zunächst 3000 kg flüssiges Kupolofeneisen folgender Zusammensetzung eingefüllt :
EMI1.1
<tb>
<tb> C <SEP> 3, <SEP> 80 <SEP> 0/0 <SEP>
<tb> Si <SEP> 1, <SEP> 90 <SEP> 0/0 <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 60 <SEP> 0/0 <SEP>
<tb> p <SEP> 0, <SEP> 060% <SEP>
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 070%. <SEP>
<tb>
Die Temperatur des Eisens nach dem Einfüllen betrug 12500C. Der Ofen wurde mit einer Spannung von 160 V und einer Leistung von 1300 KW betrieben.
Nach dem Einfüllen wurden auf das Eisenbad 60 kg einer Mischung aus etwa 90% Kalk und 10% kalzinierter Soda schaufelweise aufgegeben. Der Kalk hatte Gehalte von 93% CaO, 0, 18% MgO, 0, 09% SiC , 0, 41% SOg und 3, 58% Glühverlust und wurde in feinkörniger bzw. kleinstückiger Form mit etwa folgender Siebanalyse bereitgestellt :
EMI1.2
<tb>
<tb> 0-4mm <SEP> 9% <SEP>
<tb> 4-8 <SEP> mm <SEP> 38% <SEP>
<tb> 8-10 <SEP> mm <SEP> 18% <SEP>
<tb> 10-20 <SEP> mm <SEP> 35%. <SEP>
<tb>
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47 min nach dem Einschalten des Ofens betrug die Eisentemperatur 15200C ; das Eisen wurde im Elektrolicht bogenofen also mit einer Geschwindigkeit von 5, 750C/min aufgeheizt. Die Temperatur der Kalk-Soda-Schlacke war zum gleichen Zeitpunkt 16700C.
Der Schwefelgehalt wurde durch die heisse, trotz ihrer krümeligen Struktur sehr reaktionsfähige Schlacke von 0, 070 auf 0, 014% gesenkt ; daraus ergibt sich eine Geschwindigkeit der Entschwefelung von 0. 001190/0 S/min.
Der Stromverbrauch betrug 340 kWh/t.
Unter Berücksichtigung einer Abstichdauer von 2min würde sich bei herkömmlicher Arbeitsweise, d. h. beim Abstich der gesamten Eisenmenge, eine Leistung von
EMI2.1
ergeben.
Erfindungsgemäss wurden aber von den 3000 kg Eisen nur 1500 kg abgestochen, mit Magnesium in üblicher Weise behandelt und vergossen, während 1500 kg Eisen im Ofen verblieben. Die gesamte Schlacke wurde im Ofen für die nächste Schmelze zurückgehalten.
Nach dem Abstich wurde der Elektrolichtbogenofen eingeschaltet und zur im Ofen verbliebenen Schmelze
EMI2.2
EMI2.3
<tb>
<tb> ;C <SEP> 3, <SEP> 88 <SEP> lu <SEP>
<tb> Si <SEP> 1, <SEP> 84%
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 63 <SEP> % <SEP>
<tb> p <SEP> 0. <SEP> 0560/0 <SEP>
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 066%. <SEP>
<tb>
EMI2.4
EinleerenderimOfen verbliebenen ändern Teilmenge ergibt sich beim Einschalten des Ofens für die gesamte im Ofen enthaltene Eisenmenge eine mittlere Anfangstemperatur von 13900C. Die von der vorangegangenen Schmelze zurückgebliebene Schlacke hatte zum gleichen Zeitpunkt eine Temperatur von 15800C.
Der Ofen wurde-ebenso wie bei der vorangegangenen Schmelze - wieder mit gleicher elektrischer Spannung und Leistung betrieben. 5 min nach dem Einschalten des Stroms wurde etwa 1/3 der Schlackenmenge abgezogen und durch schaufelweise, breitflächige Aufgabe eines Gemisches von 90% kleinstückigem Kalk und 10% kleinstückiger Soda in den Bereich der Elektroden bzw. des Lichtbogens ergänzt.
Nach einer Heizzeit von 20 min war der Schwefelgehalt der Schmelze von 0, 040% auf 0, 009% abgefallen, während die Temperatur von 1390 auf 15300C angestiegen war ; daraus ergibt sich eine Geschwindigkeit der Entschwefelung von 0, 00155% S/min sowie eine Aufheizgeschwindigkeit von 70C/min. Diese, gegenüber dem herkömmlichen Verfahren, wie es zur Herstellung der ersten in vorliegendem Beispiel angeführten Gusseisenschmelze verwendet wurde, wesentlich besseren Ergebnisse ergaben sich durch die erfindungsgemässe Arbeitsweise. Dabei weisen das Eisen und insbesondere die Schlacke im Elektrolichtbogenofen wesentlich höhere Ausgangstemperaturen auf, wodurch die Reaktionsfähigkeit erhöht und auch der Wärmeübergang Lichtbogen-Bad verbessert wird. Dies drückt sich auch im Stromverbrauch aus, der nur 290 kWh/t betrug.
Für die dritte und weitere Schmelze wurden dann ebenfalls jeweils etwa 1500 kg Eisen beim Abstich zusammen mit der gesamten Schlacke im Elektrolichtbogenofen zurückgehalten, dazu etwa 1500 kg neues Kupolofeneisen eingeleert, ein Teil der Schlackenmenge - etwa 1/3 bis die Hälfte - abgezogen und durch neue Schlackenbildner ergänzt.
Wie man aus diesem Beispiel sieht, wird durch das erfindungsgemässe Duplex-Verfahren die Entschwefelung verbessert, die Aufheizgeschwindigkeit erhöht und der Stromverbrauch gesenkt. Auch die Ofenleistung wird erhöht ; sie beträgt bei 20 min Heizzeit und 2 min Abstichzeit
EMI2.5
Bei einer Reihe von Schmelzen, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt worden sind, lag die Einfülltemperatur der aus dem Kupolofen kommenden Schmelze im Bereich zwischen 1250 und 1300 C, die Anfangstemperatur der Eisenschmelze im Elektrolichtbogenofen zwischen 1375 und 1400 C, die Abstichtemperatur des entschwefelten Eisens zwischen 1500 und 1550 C und die Schlackentemperatur zwischen 1500 und 1700oC, überwiegend jedoch bei etwa 1650 C. Bei einem mittleren Schwefelgehalt des im Kupolofen hergestellten Eisens von 0, 06 bis 0,
07% ist in 20 bis 30, maximal 60 min, ein End-Schwefelgehalt von etwa 0, 01%
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erreichbar, ohne dass eine Zwischenbehandlung des aus dem Kupolofen kommenden Eisens mit Soda oder andern Entschwefelungsmitteln ausserhalb des Ofens notwendig wäre.
Beim Betrieb des Elektrolichtbogenofens mit hoher Spannung ergibt sich durch den langen Lichtbogen eine starke Oberhitze, die die Schlacke sehr rasch und stark aufheizt ; gleichzeitig wird auch das Bad schnell aufgeheizt. Es können auch Öfen mit relativ kleiner Transformatorleistung eingesetzt werden, wie sie normalerweise in Giessereien vorhanden sind.
Der Schlacke kann gegebenenfalls auch Aluminiumpulver zur Verbesserung der Entschwefelung und zur Desoxydation des Gusseisens beigefügt werden, wodurch die Qualität der Gussstücke günstig beeinflusst wird.
DieErfindung ermöglicht es, die Vorteile zweier metallurgischer Schmelzaggregate optimal zu nutzen. Bei
EMI3.1
reichen der vorgeschriebenen Endtemperatur bei gleichzeitiger rascher Entschwefelung, so dass durch die über- hitzte Schlacke und die relativ hohe Temperatur des Eisens, Endschwefelgehalte von etwa 0, 010/0 ohne Schwie- rigkeiten erreicht werden können. Ansonsten tritt keine Änderung in bezug auf die Analyse des hergestellten
Gusseisens ein. Durch die kurze Chargendauer von etwa 20 bis 30 min ist der Anteil der durch den Elektrolichtbogenofen verursachten Kosten an den Gesamtkosten des Verfahrens wesentlich geringer als bei der bisherigen Arbeitsweise. Es fallen keine zusätzlichen Kosten für die Entschwefelung an.
Das erfindungsgemässe Duplex-Ver- fahren führt im Betrieb zu keinen Schwierigkeiten, weil die einzelnen Verfahrensschritte leicht beherrschbar und durchführbar sind.
Für die Herstellung sphärolithischen Gusseisens wird dem als Vormaterial dienenden schwefelarmen Gusseisen üblicherweise Magnesium zugesetzt. Das Magnesium wird vorteilhaft kurz vor dem Vergiessen des sphärolithischen Gusseisens zugegeben, da die Wirkung des Magnesiums für die Ausbildung der angestrebten kugeligen Graphitform verhältnismässig rasch abklingt. Man ist daher bestrebt, die Giesszeit unter etwa 20 min zu halten, weshalb die in einem zu vergiessende Eisenmenge begrenzt ist. Insbesondere wenn eine grosse Anzahl kleiner Gussstücke abzugiessen ist, ist es daher zweckmässig, jeweils kleinen Mengen von als Vormaterial dienendem Gusseisen Magnesium zuzusetzen.
Da der Elektrolichtbogenofen nach dem erfindungsgemässen Verfahren jeweils kleine Mengen Gusseisens in kurzen zeitlichen Abständen zur Verfügung stellt, ist dieses Verfahren für die Herstellung einer grossen Anzahl kleiner Sphärogussstücke besonders vorteilhaft anwendbar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Duplex-Verfahren zur Herstellung von schwefelarmem Gusseisen, insbesondere als Vormaterial für die Herstellung von sphärolithischem Gusseisen, unter Verwendung eines Kupolofens und eines basischen Elektrolichtbogenofens, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmelze, sobald sie im basischen Elektrolicht- bogenofen fertiggestellt ist, d.
h. auf den gewünschten niedrigen Schwefelgehalt und die gewünschte Abstichtemperatur gebracht ist, jeweils unter Zurücklassung der Schlacke nur zu etwa der Hälfte abgestochen und durch etwa eine gleiche Menge einer aus einem Kupolofen kommenden Schmelze ergänzt wird, worauf das Verfahren in Gegenwart der Schlacke aus der vorhergehenden Charge fortgesetzt wird, und dass während der Fortsetzung der Charge ein Teil der Schlacke abgezogen und neue Schlackenbildner zugegeben werden.