DE1758746C - Startertablette fur das Elektro schlackenumschmelz verfahren - Google Patents
Startertablette fur das Elektro schlackenumschmelz verfahrenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Startertabletten für das Elektroschlackenumschmelzverfahren sowie ein
Verfahren zu ihrer Herstellung.
Bei dem Eiektroschlackcnumschmclzverfahren wird
das zu feinende oder zu vergütende Metall als Elektrode verwendet, die Elektrode wird an ihrem Ende
in ein Bad von geschmolzener Feinungsschlacke, die in einer wassergekühlten Fonn enthalten ist, eingetaucht, und elektrischer Strom wird durch das
System geleitet. Die Form besteht gewöhnlich aus einem hohlen Stahlzylinder mit einer Kupferbodenplatte, wobei die beiden Teile durch eine isolierende
feuerfeste Dichtung (z. B. aus Asbest) gelrennt sind. Infolge des sich im wesentlichen auf Grund der
Schlacke ergebenden elektrischen Widerstandes des Systems wird-Wärme in einer Menge erzeugt, die ausreicht, um ein Schmelzer der Spitze der Elektrode
herbeizuführen. Das geschmolzene Metal! fällt durch die geschmolzene Schlackenschicht in Form von
Tropfen und erfährt dabei eine Reinigung, die unter anderem den Gehalt an Schwefel und Einschlüssen in
dem !We'all herabsetzt. Das gefeinte Metall sammelt
sich in der wassergekühlten Form und wird fortschreitend mit einer überlegenen kristallinen MikroStruktur verfestigt, wobei ein Block gebildet wird, der
verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist und zum nachfolgenden Walzen, Ziehen, Schmieden oder
anderen Bearbeitungsvorgängen sehr geeignet ist.
Die für 'den Zweck verwendete Schlacke kann irgendeine Zusammensetzung haben, die für die erforderliche Feinungswirkung geeignet ist, wobei die
hauptsächliche Beschränkung darin besteht, daß sie im richtigen Grad elektrisch leitend sein muß, so daß
ihr Widerstand gegenüber dem elektrischen Strom für die Erzeugung der erforderlichen Hitze ausreichend ist.
Gewöhnlich wird eine Zusammensetzung der Schlacken auf der Basis von Flußspat, Flußspat/Aluminiumoxyd, Flußspat/Kalk, Flußspat/Magnesiumoxyd,
Flußspat/Kalk/Aluminiumoxyd oder Flußspat-Magnesiumoxyd-Aluminiunioxyd-Systemen gewählt,
wobei gegebenenfalls geringere Zusätze von Stoffen.
die dazu bestimmt sind, spezielle Legierungs- oder
\ ergütungsmodinkationen des Metalls herbeizuführen.
vorgesehen sein können. Wenn das umgeschmolzene Metall sich in der form sammelt und sein Spiegel
steigt, bleibt eine dünne Schicht der Schlacke zwischen
dem Metali und der Formwand, die /u einer sehr
glatten Oberfläche des erzeugten Blocks beiträgt.
Hinsichtlich der Art und Qualität des erzeugten
lu Stahls kann das lilekimsehlackenu hmelzverfahren
mit dem Stahihersteilungsverfahren mit Verbrauchslichtbogen
oder Vakuumlichtbogen verglichen werden. Das ETektroschlackenumschmel.rverfahren bietet jedoch
beträchtliche Vorteile gegenüber dem letzt-
ij genannten Verfahren sowohl in wirtschaftlicher H1:,-sicht.
da es wenigei Kapital und niedrig·' e Betriebskosten
erfordert, als auch in technischer Hinsicht. weil die erzeugten Blöcke eine überlegene Oberflächen -qualität, einen niedrigeren Schwefelgehall, eine gleich-
förmigere und feinere Kornstruktur und eine stark verbesserte Warmformgebungsduktilität aufweisen.
Trotzdem leidet das Verfahrer an gewissen Be schränkungen, die, v/ie gefunden wurde, schwierig zu
überwinden sind. Der Hauptnachteil besteht in den Schwierigkeiten bei dem Ingangsetzen bzw. Anfahren.
Es genügt nicht, eine Menge von pulverförmiger Schlacke in die Form einzubringen, die Elektrode zu
senken und abzuwarten, daß ein Strom hindurchfließt; es tritt dabei eine beträchtliche Lichtbogen- bildung ein, weiche die Kupferbodenplatte der Form beschädigen kann und sicherlich ernste Strombelastungsschwankungen herbeiführt.
Eine Arbeitsweise, um dieser Schwierigkeit zu begegnen, besteht darin, in die Form eine geringe
Menge, z. B. eiwa 28 bis 57 g eines Gemisches von Natrium- oder Kaliumnitrat—Aluminium—Eisenoxyd
oder Natrium- oder Kaliumnilrat—Aluminium—
Magnesium einzubringen und die Elektrode darauf abzusenken. Pulverförmige Schlacke wird dann in den
Raum zwischen der Elektrode und der Form wand geschüttet, der eJektrische Strom wird eingeschaltet, um
eine Reaktion zwischen dem Aluminium—Magnesium
und dem Nitrat und/oder Eisenoxyd auszulösen. Die exotherme Reaktion unterstützt das Schmelzen einer
geringen Menge der Schlacke, die dann leitend wird, und der Rest wird allmählich geschmolzen. Dieses
Verfahren benötigt jedoch einen hohen Strom zum Anfahren (Startstrom), der viel höher ist als der Strom
für den normalen Betrieb des Verfahrens, und das
elektrische System muß in einer Weise ausgebildet
werden, daß es hohen Strombelastungsschwankungen standhält, ohne geschädigt zu werden. Da nur eine
geringe Menge Schlacke zu Anfang geschmolzen wird, kann sie nicht rasch die erforderliche Arbeitstempe
ratur erreichen, während nicht geschmolzenes pulver
förmiges Material die Schlackenschmelze fortgesetzt kühlt. Zu BegiDn ist daher die Schlacke ziemlich
viskos und kann Klumpen von ungeschmolzenem Material enthalten, die wahrscheinlich in das erzeugte
geschmolzene Metall eingeschlossen werden. Es ist daher allgemein üblich, 5% vom Unterende des
erzeugten Blocks wegen seiner geringen Qualität und seines hohen Gehalts von Schlackeneinschlüssen
abzuschneiden und zu verwerfen.
Außerdem wird die Stellung der Elektrode in der schlacke gewöhnlich automatisch so geregelt, daß sie
die gewünschte Stromdichte erzeugt, d. h., wenn der Widerstand des Systems sich ändert, wird das Ausmaß,
in welchem die Elektrode in die Schlacke eingetaucht wird, automatisch zum Ausgleich geändert, so daß
eine stetige Stromdichle aufrechterhalten wird. Bei den heftigen Stromschwankungen, die sich aus dem ungleichmäßigen
Schmelzen der Schlacke ergeben, besteh; die Neigung- daß die Elektrode sich nach oben
und nach unten in rascher Schwingung bewegt, um zu versuchen, die Stromdichte zu stabiiisieren. Dies kann
cazu führen, daß die Elektrode den Formboden berührt
und an diesen angeschweißt wird. Ferner ist gefunden worden, daß die pulverförmige Schlacke oft
oberhalb des flüssigen Spiegels suspendiert bleibt und den Ring zwischen der Elektrode und der Formwand
überbrückt. Wenn das Umschmelzverfahren weiter fortschreitet, steigt der Spiegel von Metall und
Schlacke in der Form, und schließlich werden die »Biücken« teilweise aufgebraucht. Dies verursacht eine
intermittierende Abkühlung des Schlackenbades mit einem demeritjprechendeii Anstieg der Viskosität.
Gewöhnlich fühi'. dies zur Erzeugung eines Blocks mit einer gewellten Oberfläche infolge der Bildung einer
ungleichmäßigen Dicke von verfestigter Schlacke auf den Formwänden.
Aus »Neue Hütte«, 6 (1961), S. 567, ist eine Arbeitsweise für das Elektroschlackenumschmelzen zur Herstellung von Stahlblöcken beschrieben, bei der pulverförmige Flußmittel verschiedener Zusammensetzung
eingesetzt werden, die als Hauplkomponente Calciumfluorid enthalte. Als Anfahr- oder Zündpulver ist
unter anderem ein Flußmittel ,-»"gegeben worden, das
6 bis9%SiO2,12 bis 15%CaO, 2 bis4% MgO, 33 bis
40% CaF2, >0,10% S und 30 b>"~ 40% TiO2 enthält,
das auch in festem Zustand eine genügende elektrische Leitfähigkeit aufweisen soll. Die Leitfähigkeit dieses
Anfahrpulvers ist jedoch vergleichsweise gering. Bei Verwendung des Anfahrpulvers erfolgt ein ungleichmäßiges Anfahren. Außerdem ist in dem Anfahrpulvei
ein großer Anteil von CaF2 (33 bis 40%) vorhanden,
der in dieser Menge unerwünscht ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Startertablette zum Anfahren des Prozesses beim
Elektroumschmelzverfahren, die auch im festen Zustand eine genügend elektrische Leitfähigkeit aufweist,
so daß Schwierigkeiten beim Anfahren des Prozesses vermieden werden.
Die Startertablette gemäß der Erfindung für das Elektroschlackenumschmelzverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 40 bis 99 Gewichtsprozent
sauerstoffarmen Titanoxyds und im übrigen aus Schlafkenbildnern und/oder Bindemitteln zusammengesetzt ist.
Wenn TiO2 entweder im Vakuum oder in einer
Wasserstoffatmosphäre oder in einer Wasserstoff- oder anderen nichtoxydierenden Atmosphäre bei 950 bis
14000C erhitzt wird, findet eine gewisse Reduktion des Materials statt, und das zuvor weiße Material
ändert seine Farbe in Schwarz oder Blauschwarz. Durch die Behandlung ist es möglich, eine Zusammensetzung
einer empirischen Formel zwischen TiOI>e5
und TiliM zu erzeugen. Diese Oxyde werden in dem
vorliegenden Zusammenhang als »sauerstoffarme Titanoxyde« bezeichnet.
Der normafe spezifische Widerstand von Titandioxyd liegt in der Größenordnung von 1012 Ohm cm;
der spezifische Widerstand von sauerstoffarmem Titanoxyd liegt im allgemeinen im Bereich von 0,05 bis
10 Ohm cm.
Die Startertablette gemäß der Erfindung kann bis zu 20 Gewichtsprozent Erdalkalifluoridc enthalten
und als weitere Bestandteile Eisenpulver und/oder Glaspulver aufweisen.
Das gegebenenfalls verwendete Bindemittel kann aus irgendeinem Binder bestehen, der den Preßling
oder Formling oder die Tablette in zusammenhängender Form hält und keine nachteilige Wirkung
auf deren Eigenschaften hat. Anorganische Bindemittel, wie modifizierte Tone, werden aus wirtschaftliehen
Gründen bevorzugt. Ein besonders bevorzugter
Binder besteh! aus Bentonit. Die Stanertabletten gemäß
der Erfindung können dadurch hergestellt werden, daß man eine Mischung aus gewöhnlichem Tiiandioxyd.
TiO,. einem geeigneten Bindemittel, ι. B. 1 bis 4 Gewichtsprozent Gummi arabicum, bereitet und die
Mischung z. B. durch Befeuchten und Pressen in die erforderliche Gestalt in eine Tablette oder einen Formling
überführt. Der Formling wird dann in Luft bei etwa 800 C gesintert, wobei das Gummi arabicum
wegbrennt. Der so gebildete zusammenhängende Formling wird in einer geeigneten reduzierenden
Atmosphäre erhitzt, bis das Titanoxyd die erforderliche Sauerstoffarmut und elektrische Leitfähigkeit hat.
Gemäß einem bevorzugten Verfahren zur Herstel lung einer StarUTtablette für das Elektroschlacken-
verfahren wird ein Formling aus einer Mischung von Titandioxyd und Schlackenbildnern wie wenigstens
einem Material bestehend aus Glaspulver, Eisenpulver oder Erdalkalifluorid und gegebenenfalls Binde-
mitteln hergestellt und einer Reduktion bei einer Temperatur von 950 bis 1400 C unterworfen. Die Bestandteile des Formlings können mit einem organischen
Gummi oder Harz, z. B. Gummi arabicum, als Bindemittel gebunden werden.
Bei einer besonderen Ausfnrungsform kann normales Titandioxyd mit Gum ni arabicum und Glaspulver gemischt werden, zu einem Preßling verdichtet,
bei 140°C getrocknet und dann in einer geeigneten reduzierenden Atmosphäre erhitzt werden.
Der beim Elektroschlackenumschmelzen erhaltene Stahlblock hat bei Anwendung der Startertabletten
gemäß der Erfindung eine glatte, nicht gewellte Oberfläche und weist nur unbedeutende Schlackeneinschlüsse auf.
Aus der USA.-Patentschrift 2 504 630 sind sclbstanfahrende Schweißelektroden für das Berührungs-Bogenschweißen bekannt, die einen Mantel aus 20
bis 50% Eisenpulver und 5 bis 80% eines halbleitenden Titanoxyds der Formel TiOj-, in der χ größer
als 1 und kleiner als 2 ist, enthalten. Die Vorgänge beim elektrischen Bogenschweißen und beim Elektroschlackenumschmelzverfahren sind grundsätzlich verschieden. Beim Bogenschweißverfahren kommt es
darauf an, daß ein Lichtbogen schnell erzeugt wird,
daß dieser nicht einseitig mit Bezug auf die Schweißelektrode brennt und daß kein Einfrieren durch Kurzschluß durch das erzeugte geschmolzene Metall
erfolgt, so daß der Bogen ausgelöscht und das Metall verfestigt wird. Beim Elektroschlackenumschmelzen
hängt der Erfolg des Verfahrens davon ab, daß Tröpfchen von Metall durch eine Schicht von geschmolzenem Flußmittel fallen, wobei die Erhitzung
durch elektrische Widerstandserhitzung erfolgt. Es darf kein elektrischer Lichtbogen auftreten. Aus dem
Vorschlag, beim Lichtbogenschweißen Mantelelektroden zu verwenden, die im Mantel unter anderem
halbleitendes Titanoxyd neben einer großen Menge Eisenpulver enthalten, kann daher kein Hinweis auf
den Gegenstand der vorliegenden Anmeldung entnommen werden.
Die Frtindung wird nachstehend an Hand von Beispielen
näher erläutert, in denen Zusammensetzungen von Startertableuen mit verschiedenen Gehalten in
sauerstoffarmem Titandioxyd angegeben werden.
Beim Ingangsetzen des Elektroschlackenumschmelzverfahrens
mittels Hindurchführen des elektrischen Stroms heizt sich die Tablette auf. weil das sauerstoffarme
Titanoxyd als Widerstandsheizelement wirkt. Sie ;,chmilzt und bildet ein flaches Bad \on geschmolzenem
Titanoxyd, in dem die übrigen Bestandteile der Masse sich auflösen, um die erforderliche Feinungsschlacke
zu bilden.
TiCM* = 1,65 bis 1,98) 98%
Glaspulver 2 %
Der spezifische Widerstand der vorgenannten Masse beträgt annähernd 0,5 Ohm cm.
(jc = 1,65 bis 1,98) 49°/0
Der spezifische Widerstand der vorgenannten Masse beträgt 0,1 bis 1,5 Ohm cm.
TiOx (jc = 1,65 bis 1,98) 44%
Flußspat 10%
Der spezifische Widerstand der vorgenannten Masse beträgt 0,25 bis 0,5 Ohm cm.
TiOr(A" - 1.65 bis 1.98) 80%
Nickelcarbonylpulver 18%
Giaspulv er - %
Der spezitische Widerstand der vorgenannten .'.lasse
beträgt 0.1 bis 0.5 Ohm cm.
Bei jedem der obengenannten Beispiele beziehen
ίο sich die Rezepte auf den fertigen, gesinterten Formling.
Diese Formlinge wurden dadurch erhalten, daß man 93 Teile der entsprechenden Mischung mit !Teilen
Gummi arabicum und 5 Teilen Wasser mischte. Die Masse wurde dann ζί Preßlingen oder Tabletten unter
Verwendung eines Drucks von etwa 500 bis 750 kg/cm2 zusammengedrückt und bei 800 C gezündet, um das
organische Material wegzubrenncn und den Preßling zu sintern. Hierauf folgte ein Erhitzen bei 1000 bis
1400 'C in einer Wasserstoffatmosphäre während 2 bis
ao 3 Stunden. Diese Arbeitsweise lieferte Formlinge
einer Dichte zwischen etwa 4 g/cm3 (für Beispiel 1) und etwa 6 g/cm3 für diejenigen Massen, die einen
hohen Anteil von Eisen enthielten. Gemäß Beispiel 3 wurde z. B. ein Formling von etwa 50 mm Durchmesser
und 25 mm Höhe aus 120 g der Mischung hergestellt. Dieser war geeignet zur Verwendung als Starterblock in einer Form von etwa 150 mm Durchmesser.
Die Verwendung von Gummi arabicum gewährleistet einen Zusammenhalt im grünen Zustand. Sie
ist jedoch nicht wesentlich, wenn angemessene Sorgfalt beim Handhaben der Tabletten vor dem Zünden
angewendet wird.
Die Zusammensetzung der Startertablette gemäß der
Erfindung kann derjenigen des Metalls der Verfeinungs-
oder Schweißelektrode angepaßt werden. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform def Erfindung können zusammengebundene Formlinge, die ?.O bis 60 Gewichtsprozent Eisenpulver und 80 bis 40 Gewichtsprozent sauerstoffarmes Titanoxyd enthalten, ver-
wendet werden, um das Elektroschlackenumschmelz- oder -sch weiß verfahren rasch und leicht in Gang zu
setzen.
Claims (5)
1. Startertabletic für das F.lektroschlackenumschmelzverfahren.
dadurch «ckennze
ich net. daß sie aus 40 bis 99 Gewichtsprozent sauerstoffarmen Titanoxyds und im übrigen
aus Schiackenbiidnern ur.d/oder Bindemitteln
zusammengesetzt ist.
2. Starterti'blette nach Anspruch !. dadurch gekennzeichnet,
daß sie bis zi: 20 Gewichtsprozent F.rdalkalifluoride enthält.
3. Starlertablette nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß sie F.isenpulver enthüll.
4. Siartertablette nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Glaspulver enthält.
5. Verfahren zur Herstellung einer Startertablette für das Elektroschlackenumschmelzverfahren. dadurch gekennzeichnet, daß ein Formling
aus einer Mischung von Titandioxyd, Schlackebildnern und/oder Bindemitteln bei einer Temperatur von 950 bis 1400cC reduziert wird.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB3545167 | 1967-08-02 | ||
| GB44510/67A GB1219580A (en) | 1967-08-02 | 1967-08-02 | Titanium oxides in electroslag processes |
| GB3545167 | 1967-08-02 | ||
| GB4451067 | 1967-09-29 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1758746A1 DE1758746A1 (de) | 1972-03-16 |
| DE1758746B2 DE1758746B2 (de) | 1973-01-25 |
| DE1758746C true DE1758746C (de) | 1973-08-16 |
Family
ID=
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