DE2507631C3 - Verfahren zum Erzeugen von rostfreiem Stahl sowie Lichtbogenofen zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von rostfreiem Stahl unter vermindertem Druck sowie einen Lichtbogenofen zur Durchführung dieses Herstellungsverfahrens.

Die bisher bekannten Lichtbogenofen sind so angelegt, daß unter Atmosphärendruck geschmolzen und raffiniert wird, so daß sie nicht hermetisch abgedichtet sind. Solche Öfen benötigen Staubsammler zum Schutz gegen Luftverunreinigungen. Außerdem wird eine große Menge an kalter Außenlufi durch die Ofenöffnungen in diese eingesaugt, was einen entsprechenden Wärmeverlust bedeutet und den Wärmeui'· kungsgrad des Lichtbogenofens herabsetzt. Darübe; hinaus verursacht bei den bekannten Lichtbogenöfen der zwischen Jen Elektroden und dem Rohmaterial erzeugte und letzteres scnmelzendc Lichtbogen einen erheblichen Lärm von mehr als 100 I-hon. was die Arbeitsbedingungen und den umgcbcndei. Lebensraum sehr schädlich beeinträchtigt. Außerdem ! roten durch die (M'enöffnii!,).' Warmekonvektioiien und -vah'lung aus. und der unter Atmospharendi in k unter dem Lichtbogen erhitzte LuftsuckMoll wird in Stickoxide (NO₁) umgewandelt. vsas ein erhebliches l.ul'uer schmui/ungsproblem darstellt.

Schließlich ist es bei den bekannten Lichtbogenofen unvermeidlich, daß die Oberilaehen der (iivnhiielektri 1 den durch Oxidation verschleißen. Die·· erhöht die r.lcktrodeiikosieii und somit due Kosten ttir das besäum¹ li'i-vir-lliiin'sv erlahren.

Die Anwendung der bisher bekannten Lichtbogenofen bringt also zahlreiche Nachteile mit sich.

In den letzten Jahren ist auf der ganzen Welt eine Schrottrohstoffverknappung zu beobachten. Außerdem unterliegt die Ansiedlung von Stahlwerken räumlichen Einschränkungen, sind die Investitionskosten enorm angestiegen und müssen Maßnahmen zur Vermeidung von Umweltverschmutzung getroffen werden. Um diese Bedingungen zu erfüllen, ist ein direktes Reduktionsverfahren entwickelt worden, das in der Fachwelt Aufsehen erregt hat. Aus dieser Entwicklung hat sich eine Kleinanlage auf der Basis einer Kombination einer Anhice zur Erzvorbehandlung, eines Schachtofens, eines elektrischen Ofens und eines kontinuiei Ik hen Gießverfahrens ergeben.

Bei der Weiterverarbeitung der durch Direktreduktion gewonnenen Einsatzstoffe ist es wünschenswert, die folgenden vier Probleme zu lösen:

Im FaIIe des Schmel/ens durch den Raffinierofen muß eine weitere Redukiionsreaktio;· in < 1,1:■-,· gesei/i

fco «erden.

2. Die Riii'koxidation von I.im. iischvv amm mit großer Aktivität mu J verhindert werden.

j. Beim kontinuierlichen Schmelzen muH der Lichtbogen stabilisiert werden.

(15 4. Beim Lichibogenschrnel/en muß die elektrische Stromleistung erhöht werden. ν

Aufgabe der l-'rfindiinji ist deshalb die Schaffung eines Verfahrens /um Ιτ/eugcn von rostfreiem Stahl, bei dem

Li.

alle im Zusammenhang mit den bekannten Verfahren genannten schwierigen Probleme ausgeschaltet werden können.

Ein weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines hermetisch abgeschlossenen Lichtbogenofens zur Durchführung des Herstellungsverfahrens.

Die erste der Erfindung gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erzeugung von rostfreiem Stahl gelöst, da^ erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß halbreduzierte Chrompellets und reduzierte Eisenpellets unter vermindertem Druck in einem hermetisch abgedichteten Lichtbogenofen, in dem der in seinem Inneren herrschende verminderte Druck eingestellt werden kann, geschmolzen, gefrischt; und raffiniert werden. ,

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Schaffung eines hermetisch abgedichteten Lichtbogenofen, indem der in seinem Inneren herrschende verminderte Druck eingestellt werden kann. Dieser Ofen zeichnet sich dadurch aus. daß das Verhältnis seines inneren Durchmessers zu seiner Innent.iefe 0,5 bis 2,0 beträgt, daß er vakuumdichte Verschlußmittel enthält, die zwischen dem Ofendeckel und dem Ofengefäß angeordnet sind, daß er teleskopartige Mittel zum Abdichten der zwischen dem Ofendeckel und der durch diese hindurchragenden Elektroden gebildeten Spalten ent hält sowie eine Austrittsöffnung, die mit einem druckreduzierenden Mittel lösbar verbunden ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung im einzelnen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Fließdiagramm der Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 eine Vorderansicht einer Ausführungsform des hermetisch abgedichteten Lichtbogenofens nach der Erfindung,

F i g. 3 einen teilweisen Senkrechtschnitt durch den in F i g. 2 dargestellten Ofen,

Fig. 4 eine vergrößerte fragmentarische Querschnittsansicht durch die Verbindung /wischen Ofengefäß und Ofendeckel,

Fig. 5 eine Vorderansicht der teleskopartigen. Dichtungsmittel für den Teil des Ofendeckels, durch den die Elektroden ragen,

F i g. b eine graphische Darstellung, die die wechselseitige Beziehung zwischen der Lichtbogenspa nung und dem Vakuum, das bei der praktischen Durchführung der Erfindung herrscht, zeigt,

Fig. 7 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform des hermetisch abgedichteten Lichtbogenofens nach der Erfindung, so

F i g. 8 eine teilweise Senkrechtansicht im Schnitt des in F i g. 7 dargestellten Ofens und

Fig. 9 eine Querschnittsansichi des hermetisch abgedichteten, mit dem Rohmaterialbehälter verbundenen Einfülltrichters.

Das Verfahren zum Erzeugen von rostfreiem Stahl nach der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1, die die Stufen veranschaulicht, im einzelnen erläutert.

Das erfindungsgemäße Verfahren wrd in zwei Prozesse A und B unterteilt

Bei dem Prozeß A wird da·· aus reduzierten Eisenpellets, halbredu/iertcn Chrompelleis, rostfreiem Stahlschrott und Flußmittel bestehende Rohmaieru' in den hermetisch abdichtbaren Lichtbogenofen I cmgegeben, in dem das Rohmaterial geschmolzen und raffiniert wird Die raffinierte Metallschmelze wird in eine Pfanne 2 abgezapft. Nach einer angemessenen Zeit

ff

wird die Metallschmelze aus der Pfanne 2 in eine kontinuierliche Gießvorrichtung 5 gegossen, wo die Metajlschmelze zu einer Vorbramme vergossen wird.

Bei dem Prozeß B wird das Rohmaterial, nachdem es im Lichtbogenofen geschmolzen oder halb raffiniert worden ist, in eine Entgasungspfanne 3 abgezapft, die in einem Vakuumentgasungsteil 4 angeordnet ist Das entgaste Metall wird in die kontinuierliche Gießvorrichtung 5 gegossen, wo die Metallschmelze zu einer Vorbramme vergossen wird.

Der Prozeß A wird nachstehend im einzelnen erläutert:

Die halbreduzierten Chrompellets und die reduzierten Eisenpellets, die als Chrom- bzw. Eisenlieferanten dienen, werden jeweils nach gut bekannten Methoden erzeugt.

Diese Pellets werden zusammen mit dem anderen erforderlichen rostfreien Stahlrohmaterial, wie beispielsweise rostfreiem Stahlschrott, und Flußmittel, wie Calciumoxid, in den hermetisch abgedichteten Lichtbogenofen eingebracht, der mit drei Elektroden vergehen ist, wo das Rohmaterial unter vermindertem Druck geschmolzen und auch gefrischt wird. Bei diesem Prozeß λ werden das Schmelzen sowie auch das Frischen des Rohmaterials ausschließlich in dem Lichtbogenofen bewirkt. Das Metalloxid in dem eingebrachten Rohmaterial, d. h. die nichtreduzierten Bestandteile in den reduzierten Pellets, z. B. CrjOj und FeO. die als Sauerstofflieferanten für das Frischen des Metalloxids dienen, müssen mit der Gesamtmenge an in dem Rohmaterial vorhandenem Kohlenstoff im Einklang sein. Wenn die Menge an in dem eingebrachten Rohmaterial vorhandenen und als Sauerstofflieferant dienenden Metalloxid nicht ausreichend für das Frischen ist. ist es möglich, zusätzlich Sauerstoffgas in den Lichtbogenofen einzublasen. Das Schmelzen des Rohmaterials in dem Lichtbogenofen wird anders als beim üblichen Schmelzen von Rohmaterial nicht unter Aimosphärendruek durchgeführt. In diesem Fall verursacht ein zum Schmelzen des Rohmaterials verwendeter Hochspai.nungslichtbogen eine Glimmentladung. Um eine solche Glimmentladung zu vermeiden, ist es notwendig, das Vakuum in der Größenordnung von 250 mm Hg zu halten.

Wie vorstehend erläutert, wird die Metallschmelze, nachdem das Rohmaterial in dem hermetisch abgedichteten Lichtbogenofen 1 geschmolzen, gefrischt und raffiniert worden ist, in die Pfanne 2 abgestochen. Nach angemessener Zeit wird die Metallschmelze aus der Pfanne 2 in die kontinuierliche Gießvorrichtung 5 gegossen, wo sie zu Vorbrammen vergossen wird.

Der Prozeß B wird nachstehend im einzelnen erläutert:

Es wird von Rohmaterialien ausgegangen, die dieselben sind wie bei dem Prozeß A. Die Gesamtmenge von in dem Rohmaterial vorhandenem Kohlenstoff wird mehr oder weniger größer gehalten als bei dem bei dem Prozeß A verwendeten Rohmaterial Das Rohmaterial wird in den mit drei Elektroden \ ersehenen hermetisch abgedichteten Lichtbogen"¹'·!! eingebracht, wo das Rohmaterial .tut dieselbe W c-e wie bei Pro/cß A geschmolzen wird. SoImIJ das Rohmaterial geschmolzen is;, reagiert das Metalloxid in di'H' Rohmaterial mit dem Kohlenstoff des Rohmaterials, was das Frischen in Gang setzt. Im Gegensat/ /u dem Prozeß A wird nicht bis zu dem Ausmaß gefrischt, daß tier Kohlenstoffgehalt den letztlich angestrebten Knhlensioffwert erreicht.

Das heißt, daß das Frischen gestoppt wird, wenn der

Kohlenstoffwert einen Wert erreicht, von dem ab in dem Vakuumentgasungsteil 4 weitergefrischt werden kann. Solche nocht nicht raffinierte Metallschmelze wird von dem Ofen I in eine Entgasungspfannc 3 übergeführt.

Die Entgasungspfanne 3 befindet sich in dem Vakuumentgasungsteil 4, wo die Metallschmelze einem abschließenden Frischen und Raffinieren unter Hochvakuum, vorzugsweise bei weniger als 50 mm Hg, unterzogen wird. Nach diesem abschließenden Frischen und Raffinieren der Metallschmelze in der Vakuumentgasungskammer 4 wird sie in Zusammensetzung und Temperatur eingestellt und dann in der kontinuierlichen Gießvorrichtung 5 vergossen.

Der hermetisch abgedichtete Lichtbogenofen nach der Erfindung wird nachstehend im einzelnen erläutert.

Der Ofenmantel ist ähnlich wie bei den üblichen elektrischen öfen ausgeführt, und der Ofen ist durch einen Zahnstangenmechanismus, einen Drehzapfen und andere Schwenkbauteile schwenkbar.

Im Falle, daß die reduzierten Eisenpellets usw. kontinuierlich geschmolzen werden, kann das Ofengefäß stationär oder drehbar auf dieselbe Weise gestallet sein wie ein Lichtbogenreduktionsofen. Die Metallschmelze kann kontinuierlich durch ein Zapfloch, wie einen am unteren Teil des Ofengefäßes vorgesehenen Schieber, abgezapft werden. Gemäß einer abgeänderten Ausführungsform kann die Metallschmelze auch durch ein an dem Teil des Ofengeiäßes vorgesehenes Abstichloch ausgeleert werden, das unterhalb des Schmelzbadniveaus liegt.

Das stationäre Ofengefäß kann auf dieselbe Weise wie das Pfannenraffiniersystem aufgehängt sein und auch als Gießpfanne dienen. Da¹- Ofengefäß kann durch einen halbkugelförmigen Deckel abgeschlossen sein. Der Deckel ist an seiner oberen Oberfläche mit drei Löchern versehen, durch die drei Elektroden ragen, und mit einer öffnung, durch welche die Haupt- und Hilfsrohmaterialien unter vermindertem Druck in das Ofengefäß eingebracht werden und die hermetisch gegen die äußere Atmosphäre abgeschlossen werden können.

Der Deckel ist mit einer Gasauslaüöffnung versehen, die lösbar mit den druckreduzierenden Mitteln, wie einer Vakuumpumpe oder einem Ejektor, verbunden ist. welche das Gas aus dem Ofen saugen kann, um den Druck in diesem zu senken. Außerdem kann ein Meßloch vorgesehen sein, durch welches von dem Schmelzbad während des Raffinierens eine Probe abgenommen wird, durch welches die Temperatur des Schmelzbades gemessen wird und durch welches

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Erfindungsgemäß sind Mittel zum hermetischen Abdichten des inneren des Ofens gegen die äußere Atmosphäre vorgesehen, die an der Verbindung zwischen dem lösbaren Deckel und dem Ofengefäß, an den Kontaktstellen zwischen den hochziehbaren und herabsenkbaren Elektroden und dem Deckel und an der Kontaktstelle zwischen dem Deckel und der Auslaßleitung vorgesehen sind.

Qto \i>ti£.j /tini hermetischer! Abdichten der Vcrbin dung zwischen dem Deckel und dem Ofengefäß bestehen aus gegenüberliegenden ringförmigen Vertiefungen, die in kühlwasscrdurchströmten ringförmigen Metallkanälen ausgebildet und, und einer ringförmigen Dichtung aus synthetischem Gummi, die bündig in die ringförmigen Vertiefungen eingepaßt ist. Wenn der Deckel auf das Ofengefäß aufgesetzt wird, dient die ringförmige Dichtung zum Abschließen von der Aüßenluft. Bei einer abgeänderten Ausführungsform kann das Stahlblech in ein fließfähiges Produkt, wie fließfähigen Sand u. dgl., eingebettet sein.
Die Teile des Deckels, durch welche die Auslaßleitung und die Elektroden ragen, können durch eine Lippendichtung aus Polytetrafluorethylen hermetisch abgedichtet werden. Diese Dichtung ist sandwichartig zwischen wassergekühlten Metallmanschetten zwischen

ίο dem Deckel und der Auslaßleitung einerseits und zwischen dem Deckel und den Elektroden andererseits angeordnet.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es angebracht, an dt:r Innenseite des Deckels einen Innendeckel aus feuerfestem Material vorzusehen. Es kann ein Zwischenraum zwischen der oberen Oberfläche des Innendeckels und der unteren Oberfläche des Deckels vorgesehen sein, um zu verhindern, daß das während des Betriebs gebildete Gas den kürzesten Weg nimmt und durch die Auslaßleitung fließt. Zu diesem Zweck kann der Innendeckel mit mehreren Löchern versehen sein, durch welche das während des Betriebs gebildete Gas in den Zwischenraum geführt und dann in die Auslaßleitung gesaugt wird.

Der Innendeckel ist weiterhin mit drei Löchern versehen, durch welche jeweils die drei Elektroden hindurchragen. Ein zwischen dem Innendeckel und den Elektroden gebildeter Spalt ist so klein wie möglich zu hüllen, um die Zerstörung der teleskopartigen Dichtung zwischen dem Deckel und den Elektroden zu vermeiden. Außerdem kann der Innendeckel mit einer Kette od.dgl. mit dem Deckel verbunden sein, damit der lmendeckel zusammen mit dem Deckel auf dem O iengefäß lösbar montiert ist.

Der Betrieb des Lichtbogenofens nach der Erfindung w,rd nachstehend im einzelnen erläutert. Zunächst wird der Deckel zusammen mit dem Innendeckei und den Elektroden vom oberen Teil des Ofengefäßes abgenommen. Dann werden die Rohstoffe, wie Stahlschrott.

F errolegierung usw. in das Ofengefäß eingebracht, und diinach wird der Deckel in der Weise auf das Ofengefäß aufgebracht, daß die durch den Deckel hindurchragenden Elektroden aufgehängt sind. Dann wird mittels der druckreduzierenden Mittel der Druck in dem Ofen gesenkt, und an die Elektroden wird ein elektrischer Si rom angelegt, wenn das Vakuum im Inneren des Ofens den vorgegebenen Wen erreicht hat. Nachdem die Rohmaterialien vollständig geschmolzen sind, wird die elektrische Stromzuführung erforderlichenfalls unterbrochen, und eine Sauerstofflanze wird von der Ofenoberseite her in den Ofen eingeführt, damit durch 1.11IUIIIiLIi vuii JdUCiSiUIi rammen weraen Kiinn Anschließend wird ein geeignetes Flußmittel, wie Kalkstein. Flußspat usw_ in den Ofen eingebracht, und

eier elektrische Strom wird erneut angelegt. Nach beendeter Raffinierung wird das bis dahin mit Ton od. dgl. verstopfte Abstichloch mit einer Sauerstofflanze oder einer Stange geöffnet. Dann wird das OfengefäC gekippt, um das Schmelzbad in eine Pfanne auszuleeren Mach angemessener Zeit wird die Metallschmelze aus eier Pfanne zu Brammen vergossen. Die Metallschmelze k;inn auch aus der Pfanne in eine kontinuierliche Gießvorrichtung gegossen werden, wo sie zu Vorbram n; en vergossen wird.

Das beim Betrieb des Lichtbogenofens nach dei Erfindung angelegte Vakuum muß so bemessen «ein daß während der Zuführung von elektrischem Strom zi o;n Elektroden keine Glimmentladung stattfinden kann

F i g. 6 zeigt die wechselseitige Beziehung /wischen dem Vakuum und der Lichtbogenspannung. Der Glimmentladungsbereich ist durch schraffierte Linien dargestellt. Bei Beginr, des Schmelzens der reduzierten Rohmaterialpellets, welche schwierig elektrisch leitliähig zu machen sind, ist es notwendig, das Vakuum in der Nähe des Glimmentladungsbereiches, der durch die schraffierten Linien in F i g. b dargestellt ist, zu halten, um den Bogenentladungseffekt zu verbessern.

Beim Schmelzen des üblichen Rohmaterials ist es ι ο möglich, den elektrischen Strom bei einem verminder tem Druck von 300 his 500 mm Hg anzulegen, um die Bildung von Stickstoffoxid NO, herabzusetzen. Die Anwendung einer solchen Maßnahme bringt den wichtigen Vorteil mit sich, daß die Stickstoffoxidbildung herabgesetzt und Lärm gleichzeitig ausgeschaltet werden kann.

In Fig. 2 und 3 ist eine Ausführungsform eines hermetisch abgedichteten Lichtbogenofens dargestellt, wie sie vorzugsweise bei dem Verfahren der Erfindung verwendet wird. Der in Fi g. 2 und 3 dargestellte Ofen ist birnenförmig, wobei das Verhältnis seines inneren Durchmessers zu seiner Höhe von der oberen Innenwand des Ofengefäßes 1 bis /u dem inneren feuerfesten Boden, d. h. zu der Ofeninnentiefe. 0.5 bis 2,0 beträgt. Das Ofengelaß 1 ist an seiner Innenseite mit einem Futter aus feuerfestem Material ausgestattet. Die zu innerst liegende Schicht des feuerfesten Futters besteht aus einem basischen feuerfesten Material, wie Magnesia. Der Mantel 2 des Ofens aus dickem Stahlblech ist an seinem obersten Teil mit einer abwärts gerichteten Vertiefung 3 versehen, die einen halbkreisförmigen Querschnitt; hat und in einem ringkanalförmigen Wasserkühlkasten 4 ausgebildet ist.

Die offene Oberseite des Ofengefäßes 1 wird durch den halbkugelförmijien Deckel 5 verschlossen Der Deckel 5 besteht aus, einem Stahlblechmantel, weicher mit teuerfestem Material ausgefüttert ist. Der Teil des Deckels 5. welcher gegen die Oberseite des Ofengefäßes 1 anliegt, ist mit einer auf«, arts gerichteten Vertiefung 6 4c versehen, welche einen halbkreisförmigen Querschnitt hat und in einem entsprechenden VVasserkühlkasten 7 ausgebildet ist. Die aufwärts gerichtete \e-iiefung 6 liegt der abwärts gerichteten Vertiefung 4 gegenüber, um eine hohle ringförmige Vertiefung zu bilden, in welche bündig eine ringförmige synthetische Gummidichtung 8 mit hoher Wärmcbestandigkeii eingepaßt ist. um die Atmosphäre in dem Ofen hermetisch gegen die Außenatmosphäre abzudichten.

Als System zum Abschließen der Innenseite des Ofens von der süßeren Atmosphäre kann eine gut bekannte Sandabdichtungstasse verwendet werden, die mit Hilte von extrem feinkörnigem Sand nermetisch abdichten kann.

Der Deckel 5 ist an den Teilen, an denen die Elektroden 9 durch sie hindurchragen, mit teleskopartigen, hermetisch abdichtenden Mitteln versehen. Die teleskopanigen hermetischer: Abdichtungen bestehen aus einer äußeren, wassergekühlten, doppelwandigen Manschette 10 aus rostfreiem Stahl.die an dem Deckel 5 befestigt ist. einer inneren wassergekühlten, doppeiwandigen Manschette 12 aus rostfreiem Stahl, die an einer Elektrode 9 befestig', ist. und einer dazwischen liegenden wassergekühlten, doppelwandigen Manschet
te 11 aus rostfreiem Stahl, eic gleitbar sandwichartig zwischen der äußeren Manschette 10 und der inneren Manschette 12 angeordnet <s\. wie d>c f 1:'. 3 und 5 i Mindestens eine lippenförmijze Dichiu ■£ 13 aus l'olytetrafluoräthylen ist sandwichartig zwischen der äußeren Manschette 10 und der Zwischenmanschette 11 einerseits und zwischen der Zwischenmanschette 11 und der lnnenmanscheiie 12 andererseits angeordnet. Folglich kann während des Ofenbetriebs, wenn die Elektroden 9 hochgezogen und herabgesenkt werden, die innere, an einer Elektrode 9 befestigte Manschette 12 sich gleitend entlang der Zwischenmanschette 11 bewegen, welche sich ebenfalls gleitend an der äußeren Manschette 10 bewegen kann, die an dem Deckel 5 befestigt ist. Das heißt, daß die aus der äußeren Manschette 10, der Zwischenmanschette 11 und der Innenmanschette 12 bestehende hermetische Dichtung eine teleskopartige Gleitbewegung gewährleistet und eine teleskopartige hermetische Abdichtung schafft, die den zwischen dem Deckel 5 und den Elektroden 9 gebildeten Spalt zuverlässig abdichtet, ohne daß das Hochziehen und Herabsenken der Elektroden 9 beeinträchtigt wird.

Bei der in F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform ist eine Trägersäule 14 vorgesehen, die nicht nur hochgezogen und herabgesenkt werden, sondern auch seitlich ausschwingen kann. An der Trägersäule 14 sind Klammern 15 befestigt, die die jeweiligen oberen Teile der Elektroden 9 festhalten. Die Trägersäule 14 ist an ihrem oberen Ende mit einem horizontal verlaufenden Rahmen 16 verbunden, der seinerseits durch die Ketten 16' mit dem Deckel 5 verbunden ist. Wenn folglich die Trägersäule 14 hochgezogen und herabgesenkt wird oder wenn sie seitlich ausschwingt, werden die Klammern 15 und der Rühmen 16 und damit auch die Elektroden 9 und der Deckel 5 gleichzeitig In ichgezogen oder herabgesenkt oder schwingen seitlich aus.

Gemäß einer abgeänderten Ausführungsform können die Klammern 15 und der Rahmen 16 jeweils unabhängig voneinander hochgezogen oder herabgesenkt weiden oder icit'lch ausschwingen.

Der Deckel 5 ist an seiner einen Seite mit einer Auslaßöffnung 17 verschen, die mit einer wassergekühlten Auslaßleitung 18 verbunden ist. Das in dem Ofen gebildete Gas entweicht durch die Auslaßöffnung 17 und die \\ assergekühlte Auslaßleitung 18 nach außen.

Der Deckel 5 ist mit einem Rohmaterialzuführungsbehälter 19 versehen, aus dem die Ferrolegierung oder das Flußmittel nach und nach in den Ofen eingebracht werden. Die Ferrolegierung und das Flußmittel werden durch Öffnungen des Innendeckels in das Schmelzbad eingetragen.

Der Rohmaterialzuführungsbehalter 19 kann über einen Drehhahn 21 od. dgl mit einem stationärer Einfülltrichter 22 verbunden sein, der durch ein Inertgas wie Stickstoff u. dgi.. neinieuaen d'ügvuichtCI ist. wie c in F1 g. 9 gezeigt wird, damit eine große Menge ar Rohmaterial kontinuierlich eingegeben werden kann welches leicht oxidierbar ist. wie die reduzierter Eisenpellets. Der Rohmaterialzuführungsbehälier l^c kann durch eine Muffenverbindung, eine Flanschverbin dung od. dgl. an dem Deckel 5 befestigt sein.

Das raffinierte Metall 23 w,rd zusammen mit de Schlacke 24. wie in F 1 g. 8 dargestellt, in eine geeignen pfanne abgezapfi. uucndcin die Stromzufuhr unterbro chen. der verminderte Druck yuf Atmosphärendrucl yrcesuegen und der Ofen mittels einer gut bekannte) Vorrichtung gekippt worden ist.

Das Verhältnis des Ofeninnendurchmessers ."■ de Ofeninnenuefe ist aus fnlcenden Gründen auf 0.5 bis 2J begrenzt: Wenn dieses Verhältnis kleiner ist als 0.5. win der Ofen zu hoch, und die Elektroden haben wahrer.·

der Schmelzperiocle eine zu geringe Festigkeit. Wenn dagegen dieses Verhältnis größer ist als 2,0, wird die Ofenkapazität zur Aufnahme der reduzierten Metallpcl lets zu klein und es bestehi die Gefahr, daß Metallschmelze herausspritzt und an dem Deekel haften bleibt.

Bei der in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform ist das Ofengefäß 1 durch einen Drehzapfen 20 kippbar gelagert.

Bei einer anderen, in Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsform ist das Ofengefäß 1 stationär. Bei einem solchen Ofen kann der Boden mit einem Abstichloch versehen sein. Außerdem kann das Ofengefäß 1 pfannenartig ausgebildet sein und mit einem Kran od. dgl. hochgezogen und zum Ausleeren von Metallschmelze gekippt werden.

Tabelle I

Reduzierte Eisen pel lets

Das Verfahren der Erfindung wird nachstehend anhand des folgenden praktischen Ausführungsbeispiels ! im ein/ehen erläutert.

Beispiel 1

Als Eisen- und ChiOinlieferanion wurden reduzierte Eisenpellets sowie halbreduzieric Chrompellets eingesetzt, die jeweils nach an sich bekannten Methoden hergestellt worden waren. In diesem Beispiel wurden diese reduzierten Eisenpellcts und halbreduzierten Chrompellets in kaltem Zustand eingesetzt, jedoch empfiehlt es sich, sie zur Einsparung von Wärmeenergie vorher zu erhitzen.

Die Zusammensetzungen der reduzierten Eisenpellets und der halbreduzierten Chrompellets sind in den folgenden Tabellen 1 und 2 zusammengestellt:

I-,

I ^;e O

SiO.

■\I,O,

C'.ii)

u f)

Resi

(icamt-Kc

0.20 0.03(1 0.0 r> K9.00 6.0 2.S

Tabelle 2

Halbreduzierte Chrompellets

CPS Cr (.1.O₁ I-L-

0,10 0.05 0.30 93.7

FcO

SiO, ΛΙ,Ο, CjO

M !!θ Rest

0,010 0,120 25.00 11.70 19.(H) 1.30 6.0

16.0

0.50

4.87

Es wurde ein hermetisch abged chteter Lichtbogenofen mit den folgenden Dimensionen verwendet:

Zu schmelzende Nominalmenge
Kapazität des Transformators
Innerer Ofendurchmesser
Elektrodendurchmesser

150 kg 250 kV a 950 mm 76 mm

1. Zusammensetzung des Rohmaterials

Es wurden ein Spezialstahlschrctt (SUS 430-Schrott gemäß lapanese Industrial Standard), die reduzierten Eisenpellets und die halbreduzienen Chrompellets in den in der folgenden Tabelle 3 angegebenen Verhaltnissen eingesetzt:

Tabelle 3	Kingebr.iehte	Meiallmengc
	Menge (kg)	(kg)
	30	30
SUS 430-Schrott
Reduzierte	102	96
Eisenpellets
Halbreduzierte	74	39
Chrompellets	206	176
Gesamt	2. Betrieb

führt, und eine Vakuumpumpe wurde zum Vermindern des Druckes in dem hermetisch abgedichteten Ofen in Gang gesetzt. Wenn das Vakuum im Inneren des Lichnbogenofens übermäßig hoch ist, tritt Glimmentladung auf, wie es durch die schraffierten Linien in Fig.6

veranschaulicht wird, und folglich wurde das Vakuum in der Größenordnung von 250 mm Hg gehalten, um solche Glimmentladung zu vermeiden. Die elektrische Energie wurde so eingestellt, daß die Sekundärspannung des Transformators 150 V betrug und die

Sekundärstromstärke in der Größenordnung von 1000 A lag.

Die Stromzuführung dauerte etwa 5 Minuten, bis das Vakuum den Wert von 250 mm Hg erreicht hatte. Danach wurde die Vakuumpumpe so eingestellt, daß das

Vakuum den Wert von 230 bis 280 mm Hg erreichte. Nachdem 120 Minuten lang elektrischer Strom zugeführt worden war. betrug die Leistung etwa 380 kW/h, und es wurde gestoppt. Dann wurde das Vakuum aufgehoben, die Temperatur der Metallschmelze wurde

gemessen und Proben davon wurden entnommen.

Die Ergebnisse der Temperaturmessung und der Probenuntersuchung waren wie folgt:

Das Rohmaterial mit der vorstehend angegebeneil Zusammensetzung wurde von der Oberseite des hermetisch abdichtbaren Lichtbogenofens in diesen eingebracht. Danach wurde der Deckel zum herrneiischen Abdichten des Ofengefäßes geschlossen.

Danach wurde dem Ofen elektrischer Strom zuge-Temperatur: 1550 C
Chemische Zusammensetzung:
Tabelle 4

Si

Mn

o.os

C r

"-Ο26 0.012 1661

Entsprechend dem Analvscergebnis wurden 1.2 kg FeiTosilicmm. 0.3 kg Feiiomangan mit niedrigem Kohlensiiiügehali und r. kg I errochrem niit niedrigem Kohlcnstollgehalt als FerrolegieruriL'en sow ie i kg CaO und 1 kg CaI; als Flußmittel /ugi.■ .Mzi. Nach diesem Zusatz wurde der Lichtbogenofen wiederum hei metis».!: abgedichtet, und elektrischer Snom wurde dem Okn zugeführt, in dem verminderter Druck herrschte Der elektrische Strom wurde so eingestellt, daß die Sekundärspunnung 130 V und die Sekundärstromstärke 1050 A betrug. Das Vakuum war hierbei ebenso hoch wie bei der Schnieizstufe.

Es wurde 35 Minuten lang raffiniert. Dann wurde die Stromzufuhr gestoppt und das Vakuum wurde aufgehoben. Die Temperatur der Metallschmelze betn^ Ib30 C.

Die so erhaltene Metallschmelze wurde aus dem Ofen in eine Pfanne ausgeleert, aus der die Stahlschmelze in eine Form gegossen wurde.

Die chemische Zusammensetzung, die Menge an nichtmetallischen Einschlüssen usw. waren vergleichbar mit den bei anderen Stah!erzeugungvverfah^ren erhaltenen Werten.

Wie dieses praktische Beispiel zeigt, können mit dem hermetisch abgedichteten Lichtbogenofen nach der Erfindung die billigen halbreduzierten Chrompellets als Chromiieferanten und die billigen reduzierten Eisenpellets als Elsenlieferanten verw endet, unter vermindertem Druck gefrischt und raffiniert und die Erzeugung \on Staub und Lärm und die Bildung \on Stickstoffoxid NO, ebenso wie die oberflächliche Oxidation der Elektroden verhindert werden. Außerdem wird dadurch, daß ein einziger hermetisch abgedichteter Ofen unter vermindertem Druck sowohl für das Schmelzen als auch für das Raffinieren verwendet werden kann, ein betrachtlich hoher Wärmewirkungsgrad gewährleistet und es ergeben sich die folgenden wichtigen Vorteile, die die Erfindung gegenüber den mit einem Schmelzolen und einem Raffinierofen arbeitenden Verfahren des Standes der Technik weit überlegen machen:

1. Die Verwendung von großen Mengen an halbreduzierten Chrompellets und an reduzierten Eisenpellets als Rohmaterialien senkt die Kosten beträchtlich.

2. Die Herstellungsstufen von den Erzen zu den Vorbrammen sind vereinfacht, und die Instaliationskosten werden niedrig.

3. Beim Frischen wird weitgehend kein Sauerstoff eingesetzt, so daß das Chrom weitgehend nicht oxidiert wird. Folglich ist es nicht erforderlich, das Chromoxid uiii einem Reduktionsmittel, wie Fei lusiliLiüin u. dgL zurückzuverwandeln, so daß das feuerfeste Material geschont wird.

4. Die Verwendung eines hermetisch abgedichteten Ofens gewährleistet, daß

a) auf einen Staubsammler verzichtet werden kann.

b) keine kalte Außenluft in den Ofen gesaugt und damit sein Wärmewirkungsgrad verbessert wird.

c) nur geringer Lärm auftritt.

d) die Bildung von Stickstoffoxid ausgeschaltet wird und

e) der Elektrodenverschleiß durch Oxidation gering ist.

Der erfindungsgemäße Lichtbogenofen w ird nachstehend anhand des folgenden Beispiels erlauten.

U e ι s ρ ι e i

Zu Μ. hmelzende Nominalmenge

I ranslormatorkapazii.it

Äußerer Durchmesser des

Olengefaßes

Inr. rer Durchmesser ties

Oieiigefäßes

Äußere Tiefe des Ofengefäßes

Innere Tiefe des Oieiigefäßes

Elek trod end u rch messer

I 50 kg 250 k\ Λ

I 250 mm

11'")0 mm

1450 mm

1050 mm

76 mm

Die drei verwendeten Elektroden bestanden aus Graphit und waren entlang eines Teilkreises von 500 mm Durchmesser angeordnet. In Jem Ofen wurden die folgenden Verfahrensschritte durcngeführt:

1)42.0 kg Eerrochrom mit hohem Kohlenstolfgehaii, 90.0 kg Stahlschrott und 31.0 kg SUS 430-Schrott wurden in das Ofengefäß eingebracht, und der Decke!

w iirde auf das Ofengefäß aufgesetzt. Der Druck in dem Ofer.gefäU wurde auf 2(X) mm Hg herabgesetzt, wonach den Elektroden zum Schmelzen des Rohmaterials 80 Minuten lang elektrischer Strom (150 V, 1000 A) zugefuh.H wurde.

2) Aus dem Rohmater;alzulührunj:sbehalter. der an dem Deckel vorgesehen war. wurden nach und nach 1 3,5 kg Eisenerz zugesetzt. Dadurch isank der Kohlenstoffgehalt des Schmelzbades von 1.8'Vb auf 0.05"'". und der Chromgehalt des Schmelzbades |wurde von 17.5^λ!<ι

jo auf 16.5% herabgesetzt.

3) Dann wurden aus dem an dem Dev-kci vorgesehenen Rohmaierialzuiührungsbehälter nach und nach 1.0 kg Kalkstein und 0.4 kg Flußspat ζ !gesetzt. Es wurde 15 Minuten lang raffiniert. Dadurch sank der Schwefelgehi'lt von 0.025%. wie er vor den Kalksteinzusatz vorlag, auf 0,008^0/Ό. Vor dem Abstechen aus dem Ofen enthielt der Stahl 60 ppm Sauerstoff.

4) Die Stromzuführung wurde abgebrochen, und da' Vakuum wurde aufgehoben. Ms Atmosphärendruck herrschte, wurde das bis dahin verstopfte Abstichloch geöffnet, und der Ofen wurde zekippt, um da; Schmelzbad in eine Pfanne auszuleeren, aus der es ir Formen vergossen wurde.

5) Die chemische Zusammensetzung der Gußblöcke der Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen sowie dei Sauerstoffgehalt waren weitaus besser als bei Gußblök ken. die durch andere Stahlerzeugungsverfahren erhal ten worden waren.

Wie vorstehend erläutert wurde, kann mit derr erfindungsgemäßen Lichtbogenofen ein billiges Rohma

vermindertem Druck in zufriedenstellendem Maß< gefrischt und die Bildung von Stau >, Lichtbogenlärn und Stickstoffoxid verhindert werden. Es besteht kein« Gefahr, daß die Elektrodenoberilachen oxidieren Außerdem macht es die Verwendung eines einzigei Lichtbogenofens unter Vakuum möglich, die lnstalla tionskosten niedrig zu halten, den Wtrmewirkungsgrac zu verbessern und den Mctailverlust beträchtlicl

ίο herabzusetzen. Der Lichtbogenofen usch der Erfindun* schafft die folgenden Vorteile:

1. Der Lichtbogenofen ist hermetr.ch abgedichtet, si daß Betrieb und Arbeitsbedingungen aus den folgendei Gründen verbessert werden können:

a) Die Bildung von Schmutz und Staub kan verhindert werden, so daß die Verwendung eine Staubsammlers überflüssig w ir,!.

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b) Die Lärmerzeugung kann unterdrückt werden.

c) Stickstoffoxid NO, A'ird nicht gebildet.

d) Der thermische Betrieb kann leicht durchgeführt werden.

2. Der Lichtbogenofen ist hermetisch abgedichtet und •beitet unter vermindertem Druck, so daß die esamtkosten aus den folgenden Gründen geringer erden:

a) Die Elektroden unterliegen geringerem Verschleiß durch Oxidation. ι ο

b) Das Frischen kann leicht durchgeführt werden, so daß es möglich ist, billiges Rohmaterial, wie solches mit hohem Kohlenstoffgehalt, reduzierte Pellets u. dgl., zu verwenden.

c) Die Verwendung eines einzigen Ofens zum Schmelzen. Frischen und Raffinieren bewirkt eine

Verbesserung des Wärmewirkungsgrades, einen geringeren Metallverlust und niedrige Installationskosten.

d) Das erhaltene Produkt hat eine weitaus bessere Qualität.

e) Der Lichtbogenofen nach der Erfindung ist in der Lage, unter einer reduzierenden Kohlenmonoxidatmosphäre bei vermindertem Druck zu schmelzen so daß keine Verbrennung infolge von Oxidation auftritt, eine rasche Lichtbogenaufheizurig untei hohen Stromleistungsbedingungen bewirkt wird und die Ofenausbeute verbessert wird. Dageger unterlagen die bekannten Lichtbogenöfen einei raschen Verbrennung durch Oxidation, wenr reduzierte Pellets durch die Lichtbo.genhitzc kontinuierlich geschmolzen wurden.

Hier/u ft Blatt Zeichnungen

Claims (7)

<t Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen von rostfreiem Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß als Hauptrohmaterialien halbreduzierte Chromerzpellets und reduzierte Eisenerzpellets eingesetzt werden, daß das Schmelzen, das Frischen und das abschließende Raffinieren unter vermindertem Druck in einem hermetisch abgedichteten Lichtbogenofen durchgeführt werden, in dem der in seinem Inneren herrschende verminderte Druck eingestellt werden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Frischen und das Raffinieren als vorbereitende und abschließende Stufen nacheinander durchgeführt werden, wobei das vorbereitende Frischen und Raffinieren unter vermindertem Druck in dem Lichtbogenofen und das abschließende Frischen und Raffinieren unter vermindertem Druck in einer an sich bekannten Entgasungsvorrichtung vorgenommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der verminderte Druck beim Schmelzen und Raffinieren im Ofen in der Größenordnung 2s von 250 mm Hg liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Frischen und Raffinieren in einer Vakuumentgasungsanlage bei einem verminderten Druck von weniger als 50 mm Hg durchgeführt wird.

5. Hermetisch abdicntbarer Lichtbogenofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des inneren Ofendurchmessers zu der Ofeninnentiefe 0.?

bis 2.0 beträgt und daß der Ofen (1) hermetisch abdichtende Mittel (3, ft. 8) zwischen dem Ofendekke! (5) und dem Ofengefäß (2), eine teleskopartige Dichtung (10, 11, 12, 13) zwischen dem Ofendeckel (5) und den durch diese hindurchragenden Elektroden (9) sowie eine Auslaßöffnung (17) enthäli. die mit den druckreduzierenden Mitteln lösbar verbunden ist.

6. Lichtbogenofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hermetisch abdichtenden Mittel aus halbkreisförmigen Vertiefungen (3,6). die auf aneinander anliegenden Seiten des Ofendeckels (5) und des Ofengefäßes (2) zur Bildung einer hohlen, kreisförmigen Vertiefung ausgebildet sind, die jeweils in erinem ringkanalförmigen Wasserkühlkasten (4,7) ausgebildet sind, sowie einer ringförmigen synthetischen Gummidichtung (8) bestehen, die bündig in die hohle, ringförmige Vertiefung eingepaßt ist.

7. Lichtbogenofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die teleskopartige Dichtung aus eirer äußeren, wassergekühlten, doppelwandigen Manschette (10). die an dem Ofendeckel (5) befestigt ist, einer inneren wassergekühlten, doppelwandigen Manschette (12), die an den Elektroden (9) befestigt ist, und einer dazwischen liegenden wassergekühlten, doppelwandigen Manschette (11) besteht, die sandwichariig gleitend zwischen der äußeren und der inneren Manschette (10 bzw. 12) angeordnet ist. wobei mindestens eine lippenförmige Polytetrafluoräthylen-Dichtung (13) sandwichartig zwischen der äußeren (10) und der /wischenmanschette (11) einerseits und zwischen der Zwischen- (11) und der inneren Manschette (12) andererseits angeordnet ist.