DE2121217A1

DE2121217A1 - Verfahren zur direkten und kontinuierlichen Herstellung von Legierungen in Block- oder Stangenform

Info

Publication number: DE2121217A1
Application number: DE19712121217
Authority: DE
Inventors: Roger P. Luxemburg; Kraljic Peter Fontainebleau Theisen (Frankreich). C22b 1-04
Original assignee: CONTINENTALE NUCLEAIRE SA
Current assignee: CONTINENTALE NUCLEAIRE SA
Priority date: 1970-04-29
Filing date: 1971-04-29
Publication date: 1971-11-11
Also published as: NL7105673A; ZA712681B; AU2822571A; FR2086471A1; BE766450A; LU60818A1

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. F. Weickmann, ·
Dipl. Ing. H. Weickmsnn, Dipl. Piiys. Dr. K. Fincke
Dipl. Ing. F. Λ. Weiefonann, Dip!. Cham. B. Huber
6 München 27, MBiilstr. 22

LA CONTINMTALE NUCLEAIRE S.A. - Luxemburg

3 Place Winston Churchill,

Verfahren zur direkten und kontinuierlichen Herstellung von Legierungen in Block— oder Stangenform

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Legierungen, insbesondere ein direktes und kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Legierungen, insbesondere Eisenlegierungen in Block— oder Stangenform.

Dem Fachmann sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Legierungen bekannt. Normalerweise werden Legierungen durch Reduktionsprozesse nach klassischen Methoden hergestellt, wobei man Tiegel oder Elektroöfen verwendet. Diesen Verfahren aber sind durch die Verfahren selbst Grenzen gesetzt; auch weisen sie verschiedene Nachteile auf. Durch die geringe Lebensdauer der gewöhnlich verwendeten feuerfesten Oxyd-Ausmauerung wird die Herstellung öfters unterbrochen und die Produktion entsprechend

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vermindert. Auch wird durch, die Verwendung von feuerfesten Materialien ein Einbringen von Verunreinigungen in die Legierung verursacht. Relativ hohe Reaktionstemperaturen sind gewöhnlich erforderlich, und solch hohe Temperaturen führen zu Verlusten und zu Verflüchtigungen und erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit mit den feuerfesten Materialien.

Weiterhin ist der Weg bis zur Legierung in Block— oder Stangenform rslativ lang. Auch bereitet das Giessen der flüssigen Legierung in die Kokillen zur Erzielung-ron strukturmässig guten und abfallarmen Blöcken relativ grosse Schwierigkeiten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren anzugeben, welches die obengenannten Nachteile nicht aufweist und wobei die Herstellung direkt und ,kontinuierlich durchgeführt wird.

Auch gibt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens an.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der oder die Grundstoffe der zu bildenden Legierung in vorreduzierter Form in eine vorzugsweise runde mit feuerfestem Material ausgemauerte Kammer eingebracht wird bzw. werden in welcher sich ein flüssiges Elektroschlackebad befindet in welchem durch Widerstandserheizen der Schlacke mittels drei oder ein Mehrfaches davon, nichtabschmelzender symmetrisch angeordneter und mit dem unteren Ende in die Schlacke eintauchender Elektroden der oder die Grundwerkstoffe schmelzen, dass kontinuierlich flüssiges Metall aus dem Bad abgezogen wird und in eine wassergekühlte Kokille fliesst in welcher sich ein flüssiges Elektroschlackebad befindet in das wenigstens eine abschmelzende Elektrode bestehend aus dem oder den Grundstoffen der zu bildenden Legierung und/oder den Legierungs element en, eintaucht, und dass die Legierung in der Kokille aus dem von der Kammer herrührenden Metall und dem von der abschmelzenden Elektrode herrührenden Metall gebildet wird.

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Vorzugsweise bestehen die nichtabschmelzenden Elektroden aus zwei wassergekühlten, konzentrischen Kupferrohren mit vorzugsweise Graphitoder Titandiboridendstutζen, welche von einem Mehrphasendrehstromtransformator gespeist werden. Der oder die Grundstoffe der zu bildenden Legierung werden vorzugsweise mittels einer geeigneten Vorrichtung durch die Kammerdecke senkrecht zwischen den Elektroden in die Kammer eingebracht.

Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der oder die Grundwerkstoffe durch eine geeignete Vorrichtung zwischen drei symmetrisch angeordneten (gleichseitiges Dreieck) Elektroden in die Kammer und in die Elektroschlacke eingeführt wird bzw. werden, dass das flüssige Metall mittels eines Metallsyphons kontinuierlich aus dem Bad durch die Seitenwand der Kammer in eine wassergekühlte Kokille mit offenen Enden hineinfliesst in der sich ein flüssiges Elektroschlackenbad befindet in welches wenigstens eine abschmelzende Elektrode bestehend aus dem oder den Grundstoffen der zu bildenden Legierung und/oder der Legierungselemente, eintaucht, dass die flüssige Legierung erstarrt und kontinuierlich in Stangenform abgezogen und in gewünschte Längen abgeschnitten wird.

Es sei bemerkt, dass zum Erzielen der gewünschten Legierungszusammensetzung das Abziehen des flüssigen Metalls aus der Schmelzkammer und die Abschmelzrate der abschmelzenden Elektrode aufeinander abgestimmt werden müssen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass anstelle des kontinuierlichen Abziehens der gebildeten Legierung, diese Legierung in einer auf einer vorzugsweise wassergekühlten Platte ruhenden wassergekühlten Kokille erstarrt wird. Vorzugsweise werden dazu Kokillen mit verengtem inneren Querschnitt im oberen letzten Viertel der Kokille verwendet. Durch die Verengung der Kokille wird die Höhe des Schlackenbades automatisch vergrössert, wodurch ein "hot topping" erzielt wird. Das aus dem Elektroschlackeschmelz— bzw. umschmelzverfahren bekannte "hot topping" wird bekannterweise zur

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Erzielung von lunkerfreien Blöcken angewandt. Durch die Verengung der Kokille werden die scharfen Kanten an dem Blockkopf vermieden. Somit werden durch die Verwendung der genannten Kokillen Blöcke mit einer für das Schmieden optimalen konvexen Ausbildung, ohne scharfe Uebergänge, des Blockkopfes mit optimaler lunkerfreier Struktur erzielt. Auf diese Art und Weise werden die Abfälle beim Schmieden auf ein Minimum reduziert.

Zur Erzielung eines wärmetechnisch besseren Schmelzprozesses in der Kammer kann das Schlackenbad ein zweischichtiges Schlackenbad sein wobei die untere Schicht die eigentliche Elektroschlacke darstellt und die obere Schicht, welche mit der unteren Schicht nicht mischbar ist, eine Abdeckschlacke ist. Diese Abdeckschlacke soll eine nicht elektrisch leitende oder wesentlich schlechter elektrisch als die Elektroschlacke leitende Schlacke sein, mit geringem spezifischem Gewicht. Durch diese Abdeckschlacke wird der Wärmeverlust durch Abstrahlung wesentlich vermindert und die erzeugte Wärme kann ohne wesentliche Verluste zum Schmelzen und Aufrechterhalten des flüssigen Metallbades verwendet werden.

Auch kann eine Gaszugabe, Schutzgas oder Reaktionsgas, in die Kokille erfolgen, wobei im Falle von Reaktionsgas, Dispersionslegierungen durch Reaktion in flüssiger Phase erzeugt werden können. Vorzugsweise wird das Gas, sei es Schutzgas oder Reaktionsgas durch eine oder mehrere an dem Elektrodenhalter geeignet befestigte und an der Elektrode vorbeiführende Zuleitung eingeführt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sei anhand der beiliegenden schematischen Zeichnung näher erklärt, wobei:

Fig. 1 eine Vorrichtung im Schnitt zeigt,

Fig. 2 ein senkrechter Schnitt durch eine Vorrichtung ist und Fig. 3 ein senkrechter Teilschnitt der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung ist.

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Die Vorrichtung besteht allgemein aus einer vorzugsweise runden Kammer 1, einer wassergekühlten Kokille 2 und einem A"bzug 3, vorzugsweise Metallsyphon, zum Abziehen des flüssigen Metalls 4 aus der Kammer 1 und zum Ueberleiten desselben in die Kokille 2» In die sich in der Kammer 1 befindenden Elektroschlacke 5 tauchen drei symmetrisch angeordnete nichtabschmelzende Elektroden 6 ein. (in Figur 2 ist die dritte Elektrode nicht dargestellt worden um die Zeichnung nicht zu überlasten). Es sei bemerkt, dass aus Gründen der Badhöhe und Einhaltung einer konstanten Leistung die Elektroden senkrecht beweglich sind, Damit die Möglichkeit besteht kälteren Zonen mehr Wärme zuzuführen und somit eine einheitliche Wärmeverteilung zu gestalten sind die Elektroden auch seitlich verschiebbar. Die Grundstoffe der zu bildenden Legierung werden mittels einer geeigneten Vorrichtung 7 vorzugsweise senkrecht zwischen den Elektroden 6 in die Kammer 1 eingebracht. Zur Verminderung des Wärmeverlustes kann die Elektroschlacke 5 mit einer nichtleitenden oder wesentlich schlechter als die Elektroschlacke leitenden Schlackenschicht 8 überdeckt sein. Das flüssige Metall 4 wird mittels eines Metallsyphons 3 aus der Kammer 1 abgezogen und in die wassergekühlte Kokille 2 eingeleitet in der sich ein flüssiges Elektroschiackenbad 9 befindet in welches eine abschmelzende Elektrode bestehend aus dem oder den Grundstoffen der zu bildenden Legierung und/oder Legierungselementen, eintaucht.. Die gebildete flüssige Legierung 11 wird in der wassergekühlten Kokille erstarrt und wie in Fig. 2 dargestellt, kontinuierlich in Stangenform 12 abgezogen.

Anderseits kann die flüssige Legierung 11 aber auch in einer wassergekühlten Kokille 2 welche auf einer wassergekühlten Platte 13 ruht erstarrt werden. Durch die Verwendung der vorher beschriebenen Kokillen können somit Blöcke mit einer für das Schmieden optimalen konvexen Ausbildung des Blockkopfes mit optimaler lunkerfreier Struktur erzielt werden.

Es sei noch bemerkt, dass die Kammer 1 mit feuerfestem Material 14 ausgemauert ist.

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Auch können entsprechende Schlackenabzüge sum Abzug der überschüseigen und/oder verbrauchten Schlacke vorgesehen werden.

Das erfindur.gsgeraässe Verfahren sowie die Vorrichtung eignen sich besonders gut für die direkte und kontinuierliche Herstellung von Eisenlegierungen. Als Grundstoff werden vorreduzierte Eisenpellets, Eisenschwamm, mit oder ohne Schrottzusatz, in die Kammer eingeführt und als abschmelzende Elektrode wird vorzugsweise eine Ferrolegierungselektrode verwendet«

Es sei noch darauf hingewiesen, dass die hergestellten Blöcke .jede Querschnittsform und Grosse durch Verwendung einer geeigneten Kokille annehmen können.

Auch kann bei der Zuführung von Schutzgas oder Reaktionsgas in die Kokille, diese auf geeignete Weise abgedeckt werden damit; der Gasverbrauch und der Gasdruck entsprechend geregelt werden können:.

Me in der Beschreibung dargelegten Ausfüimingsformeri sind nur beispielhaft. Weitere Ausführungsformen und Aenderungen liegen im Ermessen der Fachleute»

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Claims

Pa* piilansnrüche

1. Verfahren our direkten und kontinuierlichen Herstellung von Le,-i-rr m.-:o"i iüofces-nJore Eisenlegierungen unter Verwendung von El ■ ~k■ r ^λ i'"!i, iiiDbes-'Midero Ferrole/rierunrseloktr-^den, dadurch ,-ok^!in.:^i>'li!!o' , dar-s der oder die Grundstoffe der zu bildenden Lo.~i oruii.-- in vorred-i::i'-rter Farm in eine vorzugsweise runde mit Vo ;·τ:'^ρ' .·>π; Kn iorial a ^:.ie.--ornauert e Kammer eingebracht wird bzw. w-">r ·\·~·ιι in welcher pich ein flüssiges Elektroschlackenbad befindet iü w^iohom durch Wi ierstandserhei::en der Schlacke mittels drei, odor ''in Mohrfu "iiec d-iivcn, nich*.abschme-l_:onder, s;.^rmrr:e"trisch angeordneter uv. i -,L^- .iom ur.'oren Ende in die Schlacke eintauchender Elektroden ier λ del'· Ji ο ir:mdv;erkstoffe schmelzen, dass kontinuierlich flüssiges Mot-ill aus den: :^;ad abrorCi-c-n v:ird und in eine v:asser.;;ekühlte Kokille i'iiess' in v.v-Io::er sich ein !"lüssires Elektrrschiackenbad befindet in das ivoni^rst ens eine absehrneljende Elektrode, bestehend aus deir. cder den Grundstoffen der .:u bildenden Le^ierun;: und./^ler den Legierun^sol omen ton, oin'auclit, und dass die Legierung in der Kokille aus dem von der Kammer herrührenden Metall un.i ier. vor. .ier abschmelzenden Elektrode herrimrenden Metall gebildet v;ird.

Verfai.rer. naoh Anspruch i, dadurch gekeruizeichnet, dass die nichtabsch:;:el-:onden Elektroden von einem Mehrphasendrehstrom— traiisforrrsat or xrosreist v;erdeii und dass sie einer. Eiilstut^en aus Graphit odor ritaiidiborid aufweisen.

3· Verfahre:: r.aoh Anspruch 1 und 2, ialtirch gekennzeichnet, lass der oder die Grundstoffe der zu bildender. Legierung senkrecht zvrischer. den Elektroden in die Kammer eingeführt werden.

4· Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass als wassergekühlte Kokillen eine Kupferkokille verwendet wird.

}. Verfahren nach einem .ier Ansprüche 1--1, dadurch gekennzeichnet, dass die gebildete und erstarrte Legierung· kontinuierlich durch das offene untere Ende der Kokille abgezogen wird.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4» dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille auf einer wassergekühlten Platte ruht und dass die gebildete Legierung in Blockform in der Kokille erstarrt.

7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gaszugabe, Schutzgas oder Reaktionsgas, in die Kokille erfolgt, wobei mit Reaktionsgas eine Dispersionslegierung durch Reaktion in flüssiger Phase erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zufliessen des Metalls aus der Schmelzkammer in die Kokille und die Abschmelzrate der abschmelzenden Elektrode zur Erzielung der gewünschten Endlegierungszusammensetzung geregelt werden.

9· Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass als Einsatz in die Kammer vorreduzierte Eisenpellets und/oder Eisenschwamm mit oder ohne Zugabe von Eisenschrott verwendet wird, und als abschmelzende Elektrode eine Ferrolegierungselektrode verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene abschmelzende Elektroden mit verschiedenen Legierungselementen allein oder ebenfalls mit den Grundstoffen zusammen verwendet werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass über der Elektroschlacke zur Verminderung der Wärmeabstrahlung eine Abdeckschlacke verwendet wird welche leichter, mit der Elektroschlacke nicht mischbar und elektrisch nicht oder wesentlich geringer als die Elektroschlacke leitend ist. ,

12. Vorrichtung zur direkten Herstellung von Legierungen, insbesondere Eisenlegierungen unter Verwendung von Elektroden, insbesondere

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Ferrolegierungselektroden, gekennzeichnet durch eine mit feuerfestem Material ausgemauerte vorzugsweise runde Kammer, zum Elektroschlackeschmelzen des Einsatzes, in der drei oder ein Mehrfaches davon, nichtabschmelzende Elektroden symmetrisch angeordnet sind, durch eine senkrecht zwischen den Elektroden angebrachte Vorrichtung zur Einführung des Einsatzes, durch eine sich ausserhalb der Kammer befindende wassergekühlte Kokille in die wenigstens eine abschmelzende Elektrode eintaucht und durch eine Vorrichtung zum Abziehen und zum Zuführen des flüssigen Metalls aus der Kammer in die Kokille.

1% Vorrichtung nach Anspruch Ii¹, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Abziehen des flüssigen Metalls aus der Kammer ein Metallsyphon ist.

14· Vorrichtung nach Ansprüchen 12 und 15 dadurch gekennzeichnet, ^f3ans die Kokille auf einer was sergekühl ten Platte ruht.

Iy. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille eine Verjüngung bzw. Abnahme des inneren Querschnitts im oberen letzten Viertel aufweist.

1^. Vorrichtung nach Ansprüchen 12-1^, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur ^riaszuführung in die Kokille vorgesehen ist.

17* Vorrichtung nach Ansprüchen 12-16, dadurch gekennzeichnet, 'Jans ein Schlackenabzug zum Abzug der überschüssigen und verbrauchten Schlacke vorhersehen ist.

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