DE2343504A1

DE2343504A1 - Elektrode fuer lichtbogenoefen

Info

Publication number: DE2343504A1
Application number: DE19732343504
Authority: DE
Inventors: Wilhelm-Anton Prof Dr Fischer; Paul-Friedrich Dr Ing Scholz
Original assignee: Max Planck Institut fuer Eisenforschung
Current assignee: Max Planck Institut fuer Eisenforschung
Priority date: 1973-08-29
Filing date: 1973-08-29
Publication date: 1975-03-27

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland Or.-ing. R. König ■ Dipl.-Ing. K. Bergen

Patentanwalts ^iooci Düsseldorf πα · Cecilienallee 7G · Telefon 432732

28, August 1973 28 517 K

Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH, 4000 Düsseldorf

Max-Planck-Straße 1

"Elektrode für Lichtbogenöfen"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abschmelzelektrode für Lichtbogenofen, insbesondere zum Erschmelzen von Stahl und besteht aus einem mit einer kohlenstoffhaltigen Masse gefüllten Blechmantel.

Elektroden für Lichtbogenofen bestehen üblicherweise aus Graphit oder Kohle, wenngleich Kohle-Elektroden nur mit einem Bruchteil des Stromwertes von Graphit-Elektroden belastet werden können. Bekannt sind auch Dauerbrand-Elektroden, die aus einem mit einer Mischung aus Anthrazit, Koks und Teer gefüllten Blechmantel bestehen und deren Füllmasse unter dem Einfluß des Lichtbogens versintert.

Die Elektroden unterliegen einer starken mechanischen Belastung durch den von der Ofencharge ausgehende Kräfte und durch den Lichtbogen verursachte Schwingungen. Des weiteren unterliegen die Elektroden einer hohen thermischen Belastung infolge des Temperaturgradienten über die Länge und des häufigen Herausziehens der heiifen Elektrode beim Chargieren und Abstechen sowie Nachsetzen. Ein Elektrodenwerk-

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stoff muß daher neben einer hohen mechanischen Festigkeit "bei Raum- und Lichtbogen-Temperatur vor allem eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit besitzen.

Da Graphit verhältnismäßig temperaturempfindlich ist, bestehen Elektroden für Lichtbogenofen üblicherweise aus Graphit. Hierbei handelt es sich jedoch um einen hochwertigen und demzufolge teuren Elektrowerkstoff, weswegen das Bestreben seit langem dahingeht, andere Elektrodenwerkstoffe zu finden. Dabei sind beispielsweise Versuche mit Elektroden aus Stahl, beispielsweise aus Restblöcken der Edelstahlerzeugung, gemacht worden. Diese Elektroden haben sich jedoch in der Praxis wegen ihres schlechten Brennverhaltens im Wechselstrom-Lichtbogenofen nicht bewährt.

Der Erfindung Hegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode zu schaffen, die bei gutem Brennverhalten, · verhältnismäßig kurzem Lichtbogen und guter ausreichender Leitfähigkeit ein wirksames Abschmelzen einerseits gewährleistet sowie mit einem günstigeren Energieverbrauch andererseits verbunden ist. Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken der Verwendung einer Masse aus Kohlenstoff und reduzierbaren Metalloxyden. Im einzelnen besteht die Erfindung darin, daß bei einer Elektrode der eingangs erwähnten Art die Masse neben Kohlenstoff Metall und Metalloxyd enthält. Auf diese Weise ist es möglich, Metalloxyde direkt, zu reduzieren und gleichzeitig den metallischen Anteil einzuschmelzen.

Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Elektrode 15 bis 25 Vol.-9i Kohlenstoff, 25 bis 45 Vol.-96 Metall und 30 bis 60 Vol.-96 Me tall oxy d. Als Metall eignen sich beispielsweise Schrott, Eisen, Ferrochrom und Ferromangan,

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während als Metalloxyd Eisenoxyd,-Eisenerz, Chromoxyd und Chromerz infrage kommen. Dabei können als metallische und oxidische Komponente auch reduzierte Erze, beispielsweise mit einem Reduktionsgrad von 6596 verwendet werden. Bei ausreichender Grünfestigkeit kann der Blechmantel unter Umständen auch entfallen.

Da es bei der erfindungsgemäßen Elektrode wesentlich auf die Bildung von Kohlenmonoxyd ankommt, enthält die Masse vorzugsweise Kohlenstoff im stöchiometrischen Verhältnis zum Sauerstoff der Oxyde, so daß die Oxyde durch den Kohlenstoff völlig reduziert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert.

Beispiel 1

Eine Füllmasse aus

45 Gew.-?6 Roheisengranalien mit einer Teilchengröße unter 2 mm

40 Gew.-96 Schwedenerz mit einer Teilchengröße unter 2 mm (Kiruna D)

8,5 Gew.-96 Kohlerohrbruch mit einer Teilchengröße unter 125yttm, Rest Zement und Wasserglas als Bindemittel

wurde erdfeucht in einen Zylinder aus einem 1 mm dicken Eisenblech mit einem Durchmesser von 50 mm eingestampft und etwa 14 Tage an Luft sowie anschließend mehrere Stunden bei 150⁰C getrocknet. Die Abschmelzelektroden wurden

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anschließend in einem Lichtbogen-Widerstandofen eingebaut und selbstverzehrend abgeschmolzen. Dabei wurde der Strom- und Spannungsverlauf mit dem aus Bild 1 ersichtlichen Ergebnis gemessen. Das Diagramm zeigt den im wesentlichen übereinstimmenden sinusförmigen Verlauf von Strom und Spannung als Kennzeichen für eine optimale Leistung bzw. einen optimalen Wirkungsgrad.

Beispiel 2

Entsprechend Beispiel 1 wurde eine Abschmelzelektrode mit einer Füllmasse aus

84 Gew.-96 vorreduziertem Erz (Kiruna D) mit einer Teilchengröße unter 2 mm und einem Metallisierungsgrad von 40,596 und

8,0 Gew.-% Kohlerohrbruch mit einer Teilchengröße unter 125 LL τα

Rest Zement und Wasserglas als Bindemittel hergestellt und unter denselben Bedingungen im Lichtbogen-Widerstandofen eingesetzt. Dabei wurde der Strom- und Spannungsverlauf der Elektroden während des Schmelzens mit dem ais dem Diagramm des Bildes 2 ersichtlichen Verlauf aufgenommen. Das Diagramm zeigt, daß die beiden Kurven nahezu deckungsgleich sind.

Mit der vorerwähnten Elektrode konnte ein Stahl mit 0,02% Kohlenstoff, 0,004% Silizium, 0,27% Phosphor, 0,07% Schwefel, 0,17% Sauerstoff und 0,006% Stickstoff erschmolzen

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werden, der anschließend in üblicher Weise gefeint und/oder im Vakuum behandelt werden kann. Diese Analyse zeigt, daß der Kohlenstoff der Elektrode nicht in die Schmelze übergegangen, sondern bei der Reduktion des Eisenoxyds der Füllmasse verbraucht worden ist.

Beispiel 3

Im Rahmen eines Vergleichsversuchs wurde zerkleinertes, vorreduziertes Eisenerz (Kiruna D) stranggepresst und bei 1200⁰C reduzierend gesintert. Diese Sintermetall-Elektrode enthielt 82% Eisen, 6% Kieselsäure, 7% Kalziumoxyd, Λ% Tonerde, 3% Phosphorsäure und 0,3% Kohlenstoff.

Die Elektrode wurde unter denselben Bedingungen eingesetzt wie die Elektrode der vorhergehenden Beispiele. Dabei nahmen die Strom- und Spannungskurven den aus Bild 3 ersichtlichen Verlauf. Das Diagramm gemäß Bild 3 zeigt deutlich, daß der Strom der Spannung vorauseilt, was ein sicheres Anzeichen für ein kapazitives Verhalten ist. Des weiteren zeigt der Verlauf der Stromkurve, daß nur während etwa eines Viertels der Schwingungsperxode ein Strom geflossen ist.

Aufgrund weiterer Versuche konnte das im Diagramm des Bildes 3 zum Ausdruck kommende Verhalten auf das Fehlen des Kohlenstoffs einerseits und reduzierbarer Oxyde andererseits in der Füllmasse zurückgeführt werden. Versuche haben nämlich ergeben, daß die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Abschmelzelektrode durch das Entstehen eines Reduktionsgases aus dem Kohlenstoff und dem Sauerstoff der Oxyde bedingt sind. Dieses Gas tritt durch die flüssige Eisenschicht an der Elektrodenspitze

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aus lind in den Lichtbogen ein, wie beispielsweise die Aufnahme eines Längsschnittes durch eine EDäctrodenspitze gemäß Bild 4 aufgrund der deutlich erkennbaren Gaseinschlüsse beweist.

Von besonderem Vorteil ist bei der erfindungsgemäßen Abschmelzelektrode die Tatsache, daß der Metallanteil sowohl aus Schrott, regulinischem Metall oder vorreduziertem Erz bestehen kann. Somit ergibt sich die Möglichkeit, das jeweils preisgünstigste Material auszuwählen, um auf wirtschaftliche Weise Stahl aus Schrott und Erz zu erschmelzen. Des weiteren ergibt die erfindungsgemäße Elektrode einen um mindestens 15# geringeren Energieverbrauch bei außerordentlich günstigem Brennverhalten über die gesamte Schmelzperiode. Schließlich ist auch der Aufwand im elektrischen Teil des Ofens geringer und führt die im Vergleich zu herkömmlichen Graphitelektroden geringere Lichtbogenlänge zu einem wesentlich geringeren Verschleiß des hochwertigen Ofenfutters. Die Leitfähigkeit der erfindungsgemäßen Ab-

—1 —1 schmelzelektrode beträgt 2 bis 10 Ohm . cm .

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Claims

Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH, 4000 Düsseldorf Max-Planck-Straße 1 Patentansprüche ;

1.!Elektrode für Lichtbogenofen, bestehend aus einem mit einer kohlenstoffhaltigen Masse gefüllten Blechmantel, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse Metall und Metalloxyde enthält.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse 15 bis 25 Vo.-% Kohlenstoff, 25 bis 45 Vol.-% Metall und 30 bis 50 Vol.-Ji Metalloxyd enthält.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Masse Eisen und Eieenoxyd enthält.

4. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse Erz mit einem Reduktionsgrad von 55 bis 70% enthält.

5. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse hochgekohltes Ferrochrom, Chromerz,Chromoxyd, Perromangan und Mangan einzeln oder nebeneinander enthält,

5 0 a B 1 3 / U /* b Ü

6. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurchgekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt der Masse im stöchiometrischen Verhältnis zum Sauerstoffgehalt der Oxyde steht,

7. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurchgekennzeichnet, daß der Blechmantel durchlöchert ist.

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