DE2206368A1

DE2206368A1 - Electron beam remelting - with stable oxide slag

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Publication number: DE2206368A1
Application number: DE19722206368
Authority: DE
Inventors: Kim P Bikesin; Lew K Kosyrew; Jurij M Kriwoschlykow; Wladimir G Kusmenko; Michail M Lipow; Boris A Mowtschan; Boris E Paton; Wladimir W Podgaeckij; Alexandr A Pokrowskij; Igor S Prjanischnikow; Wasilij A Sologin; Tichon I Suew; Alexej L Tichonowskij; Walentin W Topilin; Alexandr A Tur; Ewgenij W Wojnowskij
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1972-02-10
Filing date: 1972-02-10
Publication date: 1973-08-30

Abstract

In the electron beam remelting of metal blanks to ingots a slag consisting of thermodynamically stable oxides of Al, Mg, Ca, Ba, and Zr is fed into the crucible, into which the metal is melted. The method is used for the prodn. of 0.01-0.02% C-Cr, Cr-Ni, and high alloy steels.

Description

Institut élektrosvarki imeni E.O. Patona Akademii Nauk Ukrainskoj SSR VERFAHREN ZUM UMSCHMELZEN VON METALLROHLINGEN IN EINEM ELEKTRONENSTRAHLOFEN Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Umschmelzen von Metallrohlingen in Elektronenstrahlöfen.Institut élektrosvarki imeni E.O. Patona Akademii Nauk Ukrainskoj SSR PROCESS FOR RESOLVING METAL BLANKS IN AN ELECTRON BLAST FURNACE The invention relates to methods for remelting metal blanks in Electron beam ovens.

Bekannt sind Verfahren zum Umschmelzen von Metallrohlingen in Elektronenstrahlöfen über einem gekühlten Gefäß mit nachfolgender Formung des flüssigen Metalls zu Blöcken. Methods for remelting metal blanks in electron beam furnaces are known over a chilled vessel with subsequent shaping of the liquid metal into blocks.

Hierbei werden die Rohlinge über einer Kokille oder einen gekühlten Tiegel mit einer Barierre an der Gießschnauze umgeschmolzen, wobei die Barierre verhindert, daß Stücke ungeschmolzenen Metalls, die von Rohling abbröckeln, in den Abfluß gelangea. Here, the blanks are cooled over a mold or a Crucibles with a barrier on the pouring spout are remelted, with the barrier prevents pieces of unmolten metal that crumbled off the blank from entering the Drain succeeded

In der modernen Industrie steigt der Bedarf an kohlenstoffarmen Werkstoffen, u. zw. an Chrom-, Chrom-Nickel- und nichtrostenden Stählen und hitzefesten Legierungen stark an. In modern industry, the need for low-carbon materials is increasing, and between chrome, chrome-nickel and stainless steels and heat-resistant alloys strong.

Zu gleicher Zeit erhöhen sich die Anforderungen an die Qualität von kohlenstoffarmen Metallen und Legierungen, da der Kohlenstoffgehalt in ihnen für recht hoch gehalten wird und eine Tendenz zur Qualitätssteigerung von Metall durch Erniedrigung des Kohlenstoff- und des Sauerstoffgehalts besteht.At the same time, the demands on the quality of low carbon metals and alloys as the carbon content in them is for is kept quite high and there is a tendency for the quality of metal to increase There is a decrease in the carbon and oxygen content.

Um Stahl mit einem niedrigen Yohlenstoffgehalt in der Größ enordnung von 0,01-0,02% zu erhalten, verwendet man eine 0,003-0,02% Kohlenstoff enthaltenden Einsatz, der in Vakuuminduktionsöfen umgeschmolzen wird. Der kohlenstoffarme Einsatz verteuert<beträchtlich>den auf diese Weise erzeugten Stahl<? Manchmal werden zur Senkung des Kohlenstoffgehaltes im Metall Oxide von geringer Festigkeit beigegeben oder das flüssige Metall mit Sauerstoffgas verblasen. To steel with a low carbon content in the order of magnitude of 0.01-0.02%, one uses one containing 0.003-0.02% carbon Insert that is remelted in vacuum induction furnaces. The low-carbon stake makes the steel produced in this way <considerably> more expensive? Sometimes will low-strength oxides were added to reduce the carbon content in the metal or blow the liquid metal with oxygen gas.

Jedoch gewährleistet auch dies nicht die Senkung des Kohlenes stoff- und des Sauerstoffgehaltes im Metall oder hat eine erhebliche Verteuerung des Fertigprodukts zur Folge.However, this does not guarantee the lowering of the carbon and the oxygen content in the metal or has a considerable increase in the cost of the finished product result.

Zweck der Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Schwierigkeiten. The purpose of the invention is to eliminate the difficulties mentioned.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Umschmelzen von Metallrohlingen in Elektronenstrahlöfen zu entwickeln, welches gleichzeitiges Entfernen von Kohlenstoff und Sauerstoff aus dem flüssigen Metall vor, seht und welches eine wirtschaftlichere Erzeugung von Blöcken mit vermindertem Sauerstoffgehalt gegenüber den bekannten ähnlichen Verfahren sicherstellt. The invention is based on the object of a method for remelting of metal blanks in electron beam furnaces to develop which simultaneous removal of carbon and oxygen from the liquid metal before, see and which a more economical production of blocks with reduced Oxygen content ensures compared to the known similar processes.

Diese Aufgabe ist durch Entwickeln eines Verfahrens zum Umschmelzen von Metallrohlingen in einem Elektronenstrahlofen über einem gekühlten Gefäß mit nachfolgender Formung des flüssigen Metalls zu einem Block gelöst, wobei erfindungsgemdß dem gekühlten Gefäß, in welches der Rohling umgeschmolzen wird, Schlacke zugeführt wird, die thermodynamisch feste Oxide von Metallen und zwar von Aluminium, Magnesium, Kalzium, Barium und Zirkonium enthält. This task is by developing a method of remelting of metal blanks in an electron beam furnace over a cooled vessel subsequent shaping of the liquid metal into a block, whereby according to the invention slag is fed to the cooled vessel in which the blank is remelted the thermodynamically solid oxides of metals, namely aluminum, magnesium, Contains calcium, barium and zirconium.

Ein solches Umschmelzverfahren für Rohlinge, bei welchem diese Schlacke verwendet wird, erlaubt eine Verbesserung der Qualität des gewonnenen Stahls. Such a remelting process for blanks, in which this slag is used allows the quality of the steel obtained to be improved.

Es ist vorteilhaft, als gekühltes Gefäß beim Umschmelzen des Rohlings eine Kokille einzusetzen, in der die Formung des flüssigen Metalls zu einem Block erfolgt In diesem Fall ist zur Durchführung des Verfahrens keine zusätzliche Ausrüstung erforderlich0 Es ist auch wünschenswert, als gekühltes Gefäß beim Umschmelzen des Rohlings einen gekühlten Tiegel einzusetzen, wobei die Formung des flüssigen Metalls zu einem Block in einer gekühlten Kokille Hierbei wird verhindert, daß Stücke ungeschmolzenen Ketalls, die von dem umzuschmelzenden Rohling abbröckeln, in den zu formenden Block geraten.It is advantageous to use a mold as a cooled vessel when remelting the blank, in which the liquid metal is formed into a block.In this case, no additional equipment is required to carry out the process0 It is also desirable as a cooled vessel when remelting the blank To use a cooled crucible, the forming of the liquid metal into a block in a cooled mold This prevents pieces of unmelted ketal, which crumble off the blank to be remelted, from getting into the block to be formed.

Zur Erläuterung der Erfindung werden nachstehend Durchfurrungsbeispiele des Verfahrens zum Umschmelzen von Metallrohlingen vnter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; es zeigen Fig.1 das Umschmelzen eines Rohlings übereiner gekühlten Kokille unter Schlackenschicht; Fig.2 das Umschmelzen eines Rohlings über einem gekühlten Tiegel unter Schlackenschicht. To explain the invention, examples are given below of the method for remelting metal blanks with reference to the drawings described; FIG. 1 shows the remelting of a blank over a cooled one Permanent mold under the slag layer; 2 shows the remelting of a blank over a cooled crucible under layer of slag.

Beispiel 1. Example 1.

Zur Erzeugung von Blöcken kohlenstoffreier Stähle und Legierungen in einem Elektronenstrahlofen wird ein Metallrohling 1 (Fig.1) über einem gekuhlten Gefäß umgeschmolzen, der wozu eine Kokille 2 zur gleichzeitiger Formung flüssigen Metalls 3 zu einem Block 4 dient. Auf der Oberfläche des flüssigen Metalls 3 wird eine Schlackenschicht 5 unterhalten, wobei die Schlacke thermodynamisch feste Oxide von Metallen und zwar von Aluminium, Magnesium, Kalzium und Zirkonium enthält. Die Schlacke 5 wird aus einem Dosierapparat 6 zudas geführt. Das Schmelzen des Rohlings 1 und Aufrechterhalten der Schlacke 5 im flüssigen Zustand erfolgen unter der Wirkung von Elektronenstrahlen 7. For the production of ingots of carbon-free steels and alloys In an electron beam furnace, a metal blank 1 (Fig.1) is cooled over a The vessel is remelted, which includes a mold 2 for simultaneous shaping of the liquid Metal 3 to a block 4 is used. On the surface of the liquid metal 3 is maintain a slag layer 5, the slag being thermodynamically solid oxides of metals, namely aluminum, magnesium, calcium and zirconium. the Slag 5 is supplied from a metering device 6. Melting the blank 1 and maintaining the slag 5 in the liquid state take place under the effect of electron beams 7.

Tropfen des flüssigen Metalls 3> e Schmelzen des Metallrohlings 1 bilden , fallen in und die Kokille 2 herab, wo sie sich ansammeln ein Metallbad bilden, welches sich bei Abkühlung in den Block 4 verwandelt.3> e. Liquid metal drop Melts of the metal blank 1 form, fall into and the mold 2, where they accumulate to form a metal bath, which turns into the block 4 when it cools.

An der Trennungsfläche des flüssigen Metqllbades und der Schicht der flüssigen Schlacke 5 wirkt der im Metall enthaltene Kohlenstoff intensiv mit den Oxiden der Schlacke 5 unter Bildung eines gasförmigen Reaktionsprodukts - des Sohlenstoffmonoxyds - zusammen. Infolgedessen senkt sich im Metall zugleich der Kohlenstoff- und der Sauerstoffgehalt. At the interface between the liquid metal bath and the layer the carbon contained in the metal has an intensive effect on the liquid slag 5 the oxides of the slag 5 with the formation of a gaseous reaction product - des Carbon monoxides - together. As a result, the sinks in the metal at the same time Carbon and oxygen content.

Ein Teil der Schlacke 5 verdampft von der Oberfläche des flüssigen Metalls 3 ein weiteres wird bei der Wechselwirkung mit dem Kohlenstoff des Metalls verbraucht. Diese Verluste werden durch die aus dem Dosierapparat 6 kommende Schlacke 5 ersetzt.Part of the slag 5 evaporates from the surface of the liquid metal 3 another is consumed in the interaction with the carbon of the metal. These losses are replaced by the slag 5 coming from the metering device 6.

Der Prozeß wird bis zum vollständigen Abschmelzen des Rohlings geführt.The process continues until the Blank led.

Zur wirksamen Entkohlung des flüssigen Metalls und gleichzeitigen Erzielung eines niedrigen Sauerstoffgehalts im Metall führt man in die Zusammensetzung der Schlacke 5 als Entkohlungsmittel verhältnismäßig feste, jedoch durch Kohlenstoff leicht reduzierbare Oxide von Magnesium, Kalzium und Barium ein, während zum Zwecke der Senkung der Schmelztemperatur der Schlacke feste und durch Kohlenstoff schwer reduzierbare Oxide von Aluminium, Zirkonium, Titan sowie auch Alkalifluoride beigegeben werden, Beispiel 2. For effective decarburization of the liquid metal and simultaneous Achieving a low oxygen content in the metal leads into the composition the slag 5 as a decarburizing agent is relatively solid, but due to carbon easily reducible oxides of magnesium, Calcium and barium, while for the purpose of lowering the melting temperature of the slag solid and through Carbon difficult to reducible oxides of aluminum, zirconium, titanium as well as well Alkali fluorides are added, Example 2.

Das Verfahren zum Umschmelzen von Metallrohlingen 1 (Fig.2) in einem Elektronenstrahlofen kann unter der Schlacke 5 in einem gekühlten Tiegel 8 (Fig.2) mit einer Barierre'9 an der Gießschnauze 10 durchgeführt werden. The method for remelting metal blanks 1 (Fig.2) in one Electron beam furnace can be placed under the slag 5 in a cooled crucible 8 (Fig.2) be carried out with a Barierre'9 on the pouring spout 10.

Hierbei ist es zweckmäßig, die Barierre 9 mit einem gekühlten Schirm 11 zu versehen. Zur Formung des flüssigen Metalls 3 zu einem Block ist in diesem Fall eine Kokille 12 ohne Schlacke auf der Oberfläche des flüssigen Metalls erforderlich. Diese Kokille 12 wird unter der Gießschnauze 10 des Tiegels 8 angeordnet~. Die Barierre 9 verhindert <gelangt> des Schlacke 5 aus dem Tiegel 8 in die Kokille 12 < ) . Der Schirm 11 der Barierre 9 dient als Abschirmung, welche die Barierre 9 vor Erhitzung durch Elektronenstrahlen 7 schützt, die das flüssige Metall auf der Gießschnauze 10 anwärmen. Für die Zuführung der Schlacke 5 in den Tiegel 8 ist der Dosierapparat 6 vorhanden.Here it is useful to have the barrier 9 with a cooled screen 11 to be provided. To shape the liquid metal 3 into a block is in this Case requires a mold 12 with no slag on the surface of the liquid metal. This mold 12 is arranged under the pouring spout 10 of the crucible 8. The barrier 9 prevents the slag 5 from <access> from the crucible 8 into the mold 12 < ). The screen 11 of the barrier 9 serves as a shield, which the barrier 9 in front of Heating by electron beams 7 protects the liquid metal on the pouring spout 10 warm up. The dosing device is used to feed the slag 5 into the crucible 8 6 available.

In diesem Fall geht im Tiegel 8 durch Wechselwirkung der Schlacke 5 mit dem Metall eine Entkohlung des Metalls vor sich, während in der Kokille 12 das flüssige Metall 3 ohne Schlackenüberzug evakuiert wird. In this case, the slag is in the crucible 8 by interaction 5 a decarburization of the metal with the metal in front of you while in the mold 12, the liquid metal 3 is evacuated without a slag coating.

Das Verfahren ter Verwendung des gekühlten Tiegels 8 wird folgendermaßen durchgeführt. The method of using the cooled crucible 8 becomes as follows carried out.

Der umzuschmelzende Metallrohling 1 wird in die Vakuumkammer eines Elektronenstrahlofens eingebracht. Aus dem auf Dosierapparat wird den Boden des gekühlten Tiegels 8 die Schlacke 5 zugeführt und durch Elektronenstrahlen 7 bis zur Bildung eines flüssigen Schlackenbads geschmolzen. In den Wirkungsbereich der Elektronenstrahlen 7 führt man den umzuschmelzenden Rohling 1 ein. Der letztere schmilzt, wodurch sich im gekühlten Tiegel 8 das flüssige Metallbad 3 bildet, welches mit einer Schicht der Schlacke 5 bedeckt ist. Während sich das Metall 3 im gekühlten Tiegel 8 ansammelt, steigt dessen Niveau bis zur Höhenlage der Gießschnauze 10 an, wodurch die flüssige Schicht der Schlacke 5 über den unteren Teil der Barierre 9 steigt und stehenbleibt Cnicht abfließt). Hierbei bildet sich im gekühlten Tiegel 8 eine feste Schlackengarnissage. Die primäre Schlacke5 welche sich in der Gießschnauze 10 befand, läuft in einen Schlackensammler 13 ab. Nach vollständigem Ablauf der primären Schlacke wird der Schlackensammler 13 fortgeschafft und des flüssige Metall strömt in die gekuhlte Kokille 12 über, wo sich der Block 4 bildet. Zur Intensivierung des Raffinationsprozesses wird das flüssige Metallbad 3 in der Gießschnauze 10 und in der Kokille 12 durch Elektronenstrahlen 7 angewärmt. The metal blank 1 to be remelted is placed in the vacuum chamber of a Electron beam furnace introduced. From the dosing device, the bottom of the cooled crucible 8, the slag 5 and fed by electron beams 7 to melted to form a liquid slag pool. Within the scope of the Electron beams 7 are introduced into blank 1 to be remelted. The latter melts, as a result of which the liquid metal bath 3 is formed in the cooled crucible 8, which is covered with a layer of the slag 5. While the metal 3 is in the cooled Crucible 8 accumulates, its level rises to the level of the pouring spout 10, whereby the liquid layer of slag 5 over the lower part of the barrier 9 rises and stops C does not flow). This forms in the cooled crucible 8 a solid slag garnish. The primary slag5 which is in the pouring spout 10, runs into a slag collector 13. After the Primary slag is removed from the slag collector 13 and the liquid metal flows over into the cooled mold 12, where the block 4 is formed. To intensify of the refining process becomes the liquid Metal bath 3 in the pouring spout 10 and heated in the mold 12 by electron beams 7.

Im weiteren gelangen die Tropfen des flüssigen Metalls vom Rohling 1 in das flüssige Metallbad 3 des Tiegels 8 durch die Schicht der Schlacke 5. Aus dem flüssigen Metallbad unter der Stirnfläche der Barierre 9 strömt das Metall der Gießschnauze 10 zu und fließt von dort in die gekiiblte Kokille 12 , in welcher sich der Block 4 bildet. Then the drops of liquid metal come from the blank 1 into the liquid metal bath 3 of the crucible 8 through the layer of slag 5. From The metal flows through the liquid metal bath under the face of the barrier 9 The pouring spout 10 closes and flows from there into the cooled mold 12, in which the block 4 is formed.

De Verluste der Schlacke 5 im Tiegel 8 infolge der e der Wchselwirkung mit dem Kohlenstoff des Metalls und Verdampfung werden durch kontinuierliche oder periodische Schlacke zuführung aus dem Dosierapparat 6 6 ersetzt. The losses of the slag 5 in the crucible 8 as a result of the alternating effect with the carbon of the metal and evaporation are continuous or Periodic slag feed from the metering device 6 6 replaced.

Bei völligem Ab schmelzen des Rohlings 1 wird der gekühlte Tiegel 8 gedreht und das ganze in ihm befindliche flüssige Metall in die Kokille 12 umgegossen. Hiernach wird<> auf die Oberfläche des flüssigen Metallbades oder in den Schlackensammler 13<die Schlacke 5>abgegossen und der Schmelzvorgang eingestellt. When the blank 1 is completely melted, the crucible is cooled 8 rotated and all the liquid metal in it poured into the mold 12. Then <> is placed on the surface of the liquid metal bath or in the slag collector 13 <the slag 5> poured off and the melting process stopped.

Wie rauch im ersten Beispiel wirkt der im Metall enthaltene Kohlenstoff an der Trennungsfläche des flüssigen lRetallbads und der Schicht der flüssigen Schlacke 5 aktiv mit den Oxiden der Schlacke unter Bildung eines gasförmigen Reaktionsprodukts - des Kohlenstoffmonoxyds - zusammen. The carbon contained in the metal acts like smoke in the first example at the interface of the liquid metal bath and the layer of liquid slag 5 active with the oxides of the slag to form a gaseous reaction product - of carbon monoxide - together.

Infolgedessen sinkt in dem umzuschmelzenden Metall der Kohlenstoffgehalt. In der gekühlten Kokille 12 wird das flüssige Metall zusätzlich von Gasen, Kohlenstoff und flüchtigen Beimengungen der NE-Metalle raffiniert. Zur ein Intensivierung des Entkohlungaprozesses kann elektromagnetisches Durchmischen des flüssigen Metallbades im gekühlten Tiegel 8 vorgenommen werden.As a result, decreases in the metal to be remelted Carbon content. In the cooled mold 12, the liquid metal is additionally made up of gases, carbon and volatile additions of non-ferrous metals. To intensify the The decarburization process can involve electromagnetic mixing of the liquid metal bath be made in the cooled crucible 8.

Wie Versuche zeigten, wird als Resultat der Elektronenstrahl-Umschmelzung eines Rohlings aus nichtrostendem Chrom-Nickel-Stahl ein Metall gewonnen, das 0,002S Kohlenstoff und 0,002% Sauerstoff enthält. Gleichzeitig ist im Stahl der. Gehalt an Stickstoff, Silizium, Kohlenstoff und nichtmetallischen Einschlüssan gesunken. As experiments have shown, the electron beam remelting occurs as a result A metal obtained from a blank made of stainless chromium-nickel steel is 0.002S Contains carbon and 0.002% oxygen. At the same time there is the in steel. salary decreased in nitrogen, silicon, carbon and non-metallic inclusions.

Claims

PATENT CLAIMS

1. Process for remelting metal blanks in electron beam furnaces over a chilled vessel with subsequent shaping of the liquid metal into one Block, ci a d u r c h g e k e n n z o i c h n e t that the cooled vessel (2 or 8), into which the blank (1) is remelted, slag (5) is fed, the thermodynamically solid oxides of metals, namely aluminum, magnesium, Contains calcium, barium and zirconium.

2. The method according to claim 1, dadurchge -kennzeic hnet that a mold (2) is used as a cooled vessel when remelting the blank (1) in which the liquid metal (3) is formed into a block (4).

3. The method according to claim 1, ci a ci urchgekennzeic hnet that as a cooled vessel when remelting the blank (1) a cooled crucible (8) that is used, and the shaping of the liquid metal (3) to a block (4) in a cooled mold (12)