DE2717665A1

DE2717665A1 - Verfahren zur herstellung wasserstoff- und schwefelarmer stahlbloecke nach dem elektroschlacke-umschmelzverfahren sowie einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2717665A1
Application number: DE19772717665
Authority: DE
Inventors: Heimo Dr Jaeger; Otmar Ing Kleinhagauer; Gert Dr Kuehnelt
Original assignee: Vereinigte Edelstahlwerke AG
Current assignee: Vereinigte Edelstahlwerke AG
Priority date: 1976-04-29
Filing date: 1977-04-21
Publication date: 1977-11-10
Also published as: ZA772333B; IT1075319B; SE7704019L; PL106574B1; FR2349656A1; CA1091934A; JPS6114909B2; BE854067A; AT360062B; GB1577416A; ATA312776A; SE421013B; BR7702725A; FR2349656B1; IN147529B; JPS52133031A

Description

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Vereinigte Edelstahlwtrke Aktiengesellschaft (VEW) Wien

Verfahren zur Herstellung wasserstoff-und eohwefelarmer Stahlblöcke nach dem Elektroeohlaoke-Umachmelzverfahren sowie Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wasserstoff- und schwefelarmer Stahlblöcke nach dem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren, bei welchem die Umschmelzelektrode durch eine Öffnung eines die Kokille verschließenden Deckels geführt und ein Spülgas in den Kokilleninnenraum und in den Ringspalt zwischen Deckelöffnung und Elektrode geleitet wird, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Gemäß der OE-PS 314 107 ist es bekannt, bei Durchführung eines Elektroschlacke-Umschmelzverfahrens Agentien in die Schlacke und in die Schmelze einzublasen, um unerwünschte Bestandteile zu entfernen. Solche Agentien sind z.B. CaF₂ zusammen mit Inertgas, wie Argon, Helium, Stickstoff.

Weiters ist es nach der DT-OS 2 308 321 bekannt, Inertgas während des Umschmelzens durch einen ringförmigen, die Elektrode umgebenden Kasten in den Kokilleninnenraum zu leiten und gleichzeitig durch einen an die Elektrode herangeführten Luftstrom eine vorhangartige Abdichtung des Kokilleninnenraumes zu bewirken.

Mit diesen Maßnahmen gelingt es jedoch nicht, Blöcke herzustellen, die sowohl wasserstoffarm als auch schwefelarm sind; auch ist es nach diesen bekannten Verfahren nicht möglich, den Nachteil zu vermeiden, daß der Bodenteil des Blockes einen höheren Grad an unerwünschten Verunreinigungen, insbesondere Wasserstoff, aufweist, als der mittlere und obere Teil des Blockes. Dies hängt damit zusammen, daß bei der bisherigen Arbeitsweise, bei welcher das Umschmelzen sofort nach Einbringen der vorgeschmolzenen Schlacke, in die Kokille begonnen wurde, die Schlacke während des Einkippens Feuchtigkeit aus der Umgebung aufnimmt, der durch Zerfall entstehende Wasserstoff durch Diffusion in die Stahlphase übergeht und dann nicht mehr abgegeben wird. Dieser Wasserstoffgehalt im Boden- bzw. Fußteil des Blockes bestimmt im wesentlichen den Aufwand für die weitere Verarbeitung des Blockes, insbesondere für seine Glühzeit, ungeachtet der Zusammensetzung in den übrigen Teilen des Blockes.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein verbessertes Elektroschlacke-Umschmelzverfahren zu schaffen, mit dem es gelingt, durch Verhinderung des Zutrittes von Feuchtigkeit

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aus der Umgebungsluft und durch Schaffung optimaler Bedingungen für die Entschwefelung wasserstoffarme und schwefelarme Blöcke herzustellen, deren Zusammensetzung über ihre Höhe vom Fuß bis zum Schopf sehr gleichmäßig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

a) daß vor Beginn des Umschmelzens der Wasserstoffgehalt der Schlacke erniedrigt wird;

b) daß während des Umschmelzens trockene Luft in den Kokilleninnenraum oberhalb der Schlacke geleitet wird; und

c) daß gleichzeitig ein Gasvorhang aus trockener Luft im Ringspalt zwischen Deckelöffnung und Elektrode erzeugt wird, der den Eintritt wasserdampfhältiger Luft in den Kokilleninrienraum verhindert.

Vorteilhaft wird vor Beginn des Umschmelzens in die in die Kokille eingebrachte Schlacke trockene Luft eingeleitet, wodurch der Partialdruck des Wasserstoffes herabgesetzt und der Wasserstoff ausgespült wird.

Es ist zweckmäßig, während der Schlackehspülung die Schlacke durch eine Graphitelektrode zu beheizen und die Schlackentemperatur auf einem Wert knapp oberhalb der Liquidustemperatur zu halten.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Umschmelzschlacke mit einem zur Bildung von CaO-SiO^-Komplexen geeigneten CaO-Gehalt verwendet, u.zw. einem CaO-Gehalt von etwa 3 bis 40 Gew.-% und einem SiO₂-Gehalt von etwa 3 bis 25 Gew.-%; dies hat sich ebenfalls für eine Verminderung des Wasserstoffgehaltes als günstig erwiesen.

Die erfindungsgemäße Kombination von Maßnahmen wirkt dahin, daß die Umschmelzschlacke sehr wasserstoffarm ist; daß durch die Erzeugung des Gasvorhanges aus trockener Luft kein Wasserdampf eingeschleppt werden kann, aus dem wieder Wasserstoff entstehen würde; und daß durch die Zuführung von trockener Luft in den Kokilleninnenraum eine gute Entschwefelungswirkung der Schlacke sichergestellt ist. Unter der Einwirkung des Luftsauerstoffes bildet sich SO₂, welches gasförmig abgeführt wird.

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Die Erfindung umfaßt auch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Elektroschlacke-Umschmelzkokille, die in der Umschmelzphase durch einen Deckel abschließbar ist, wobei die Elektrode durch eine Öffnung des Deckels in den Kokilleninnenraum geführt ist und Einrichtungen zur Zuführung von Spülgas in den Innenraum der Kokille und in den Ringspalt zwischen Deckelöffnung und Elektrode vorgesehen sind.

Erfindungsgemäß ist der Deckel geteilt ausgeführt und sind die Deckelteile schwenkbar; dadurch wird es ermöglicht, eine Mehrzahl von Umschmelzelektroden hintereinander zu einem einzigen Block abzuschmelzen und dabei eine hohe Betriebs- und Treffsicherheit in bezug auf die erwünschten niedrigen Wasserstoff- und Schwefelgehalte zu erzielen.

Vorteilhaft sind auf jedem schwenkbaren Deckelteil Leitungssegmente mit eigenen Zuführungen für trockene Luft vorgesehen, die sich bei geschlossenem Deckel zu einer Ringleitung ergänzen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind auf jedem schwenkbaren Deckelteil Ausströmöffnungen aufweisende Leitungssegmente übereinander angeordnet.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist weiters dadurch gekennzeichnet, daß in der Schlackenspulphase eine wassergekühlte oder aus Graphit bestehende Blaslanze in die Schlacke eintauchbar ist, wobei gleichzeitig eine Graphitelektrode oberhalb der Schlacke in Stellung bringbar ist.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung näher erläutert, wobei Fig. 1 einen Aufriß der Einrichtung in der Schlackenspulphase und die Fig. 2 und 3 einen Aufriß und einen Grundriß in der Umschmelzphase darstellen.

In den Figuren sind mit 1 die gekühlte Bodenplatte und mit 2 die hebbare Kokille bezeichnet. Schlacke 3, die außerhalb der Einrichtung vorgeschmolzen wurde, wird in die Kokille eingebracht und mit einer Graphitelektrode 4 beheizt, indem ein Lichtbogen 5 zwischen der Oberfläche der Schlacke und der Elektrode erzeugt wird. Eine wassergekühlte Blaslanze 6, die mit einer Leitung 7 an eine Quelle für trockene Luft angeschlossen ist, wird in die Schlacke eingetaucht und Luft eingeleitet, bis der gewünschte

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Reinigungseffekt erreicht ist. In Fig. 2 ist die Umschmelzphase erläutert, wobei die Kokille 2 mit einem Deckel 8 abgedeckt ist, der eine zentrale öffnung aufweist, durch die die Umschmelzelektrode 9 unter Freilassung eines Ringspaltes 10 geführt ist. Der Deckel 8 ist geteilt ausgeführt, wobei die Teile 8¹, 8" in die Schließstellung um die Bolzen 11, 11' einschwenkbar sind. Zwischen der Deckel- und der Kokillenöffnung ist eine hochfeuerfeste Isolierung 12, vorteilhaft aus einer Fasermatte bestehend, eingelegt. Die Deckelteile sind mit Kühlleitungen 13 ausgestattet. Oberhalb des Ringspaltes 10 ist an jedem Deckelteil mindestens ein trockene Luft führendes Leitungssegment 16 vorgesehen; jedes Segment besitzt eine Zuleitung 15. In eingeschwenkter Lage ergänzen sich die Segmente der Deckelteile zu einer Ringleitung Die Segmente bzw. die Ringleitung sind mit gegen den Mantel der Elektrode 9 gerichteten Ausströmöffnungen 17 versehen. Vorteilhaft sind diese öffnungen schlitzförmig ausgebildet und liegen zwei- oder mehrlagig übereinander, so daß beim Austritt der trokkenen Luft aus diesen Schlitzöffnungen eine Art Labyrinthdichtung gebildet wird, die die wasserdampfhältige Luft vom Eintritt in den Ringspalt zuverlässig abhält. An den Leitungen 15 sind Abzweigleitungen 18 vorgesehen, die den Deckel durchsetzen und in den Innenraum der Kokille führen. Durch Einleiten von trockener Luft mit überdruck in den Kokilleninnenraum werden günstige Bedingungen für die Entschwefelung geschaffen; außerdem wird die Dichtungswirkung des im Ringspalt erzeugten Vorhanges aus trockener Luft weiter verbessert. Die jrfindungsgemäße Einrichtung gewährleistet die Aufrechterhaltung einer wasserdampffreien Atmosphäre auch beim Einsatz von leicht konischen Elektroden und beim Elektrodenwechsel.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch das folgende Beispiel veranschaulicht:

Es wurde ein Elektroschlacke-Umschmelzblock mit einem Durchmesser von 1000 mm und einer Länge von 4 m aus Vergütungsstahl 28 NiCrMoV 8 5 (nach DIN) aus mehreren., einen Durchmesser von 500 mm aufweisenden Elektroden hergestellt. Der Wasserstoffgehalt der entgasten Umschmelzelektroden betrug 2,1 ppm; der Schwefelgehalt 200' ppm; die Luftfeuchtigkeit bei der Umschmelzanlage betrug 12 g Wasserdampf je Nm . In einem Schlackenschmelzofen vorgeschmol-

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zene Schlacke mit einer Zusammensetzung von 20 % SiO₃, 20 % CaO, 30 %CaF₂ und 30 % Al₂O₃ hatte einen Wasserstoffgehalt von 32 ppm. Diese Schlacke wurde bei ausgeschwenktem Deckel in die Kokille gegossen und eine Graphitelektrode, wie in Fig. 1 dargestellt, oberhalb der Schlacke in Stellung gebracht. Nach Zündung des Lichtbogens wurde die Schlacke auf einer Temperatur von etwa 50 bis 100° über der Liquidustemperatur, d.i. bei 1500° C gehalten; getrocknete Luft wurde während einer Zeitdauer von 15 min mittels der wassergekühlten Lanze unter die Schlackenoberfläche geblasen, wodurch der Wasserstoffgehalt der Schlacke auf 13 ppm gesenkt wurde. Danach wurden die Graphitelektrode und die Blaslanze entfernt und die Deckelteile samt Isolierung und Zuleitungen in die Schließstellung eingeschwenkt, die Umschmelzelektrode in den Kokilleninnenraum eingeführt und nach Einblasen von getrockneter Luft mit einem Überdruck von etwa 1,5 atü in den Kokilleninnenraum durch die Leitung 13 und Herstellung des Luftvorhanges im Ringspalt zwischen der Elektrode und dem Deckel das Umschmelzen begonnen. Eine Stunde nach Beginn des Umschmelzens wurde eine Probe aus dem Stahlsumpf, der dem Fußbereich des herzustellenden Elektroschlacke-Umschmelzblockes entspricht, genommen, wobei ein Wasserstoffgehalt von 2,2 ppm festgestellt wurde. Es trat also keine merkliche Zunahme des Wasserstoffgehaltes gegenüber dem Ausgangswasserstoffgehalt der Umschmelzelektrode auf. Nach zwei weiteren Umschmelzstunden und nach Beendigung des Umschmelzens wurden weitere Proben genommen, die einen Wasserstoffgehalt von 2,1 und von 2,0 ppm aufwiesen. Letzterer entspricht dem Wasserstoffgehalt im Schopfbereich des hergestellten Umschmelzblockes. Der Schwefelgehalt des Blockes war 60 ppm, gleichmäßig über die gesamte Länge des Blockes. Eine Nachglühung zum Zweck der Herabsetzung des Wasserstoffgehaltes des geschmiedeten Blockes war nicht erforderlich.

Vergleichsschmelzungen hatten folgende Ergebnisse: Werden die gleichen Umschmelzelektroden zur Herstellung eines Blockes verwendet, ohne daß die Schlacke gespült wird und ohne daß trok- kene Luft in den Innenraum und in den Ringspalt eingeleitet wird/ so ergibt sich eine Stunde nach Beginn des Umschmelzens ein Was serstoff gehalt von 5,8 ppm im Fußbereich und von 3,5 ppm in der Mitte und im Schopf des Blockes. Ein so hoher Wasserstoffgehalt und eine solche Ungleichmäßigkeit zwischen Fuß- und Schopfbereich

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erfordert eine Glühung des verschmiedeten Stahlblockes von mehr als 100 Stunden, um den Wasserstoffgehalt auf einen annehmbaren Wert zu senken.

Wird die Schlacke nicht gespült, sondern so verwendet, wie sie aus dem Schlackenvorschmelzofen anfällt, so beträgt trotz eines Gasvorhanges aus trockener Luft im Ringspalt der Wasserstoffgehalt des Stahlsumpfes eine Stunde nach Beginn des Umschmelzens 4,7 ppm und sinkt dann allmählich auf 2,8 ppm. Der Schwefelgehalt des Blokkes ist in einem solchen Fall 120 ppm.

Verwendet man eine Schlacke aus gleichen Teilen Tonerde, Kalk und Flußspat unter sonst gleichen Bedingungen, wie im Beispiel beschrieben, so erhält man einen Block mit einem Wasserstoffgehalt von 2,6 ppm im Fußbereich und von 2,4 ppm im Schopfbereich.

Arbeitet man mit basischer Schlacke ohne Schlackenspülung und erzeugt man einen Gasvorhang aus Inertgas, wie Stickstoff oder Argon, im Ringspalt zwischen Deckelöffnung und Elektrode, so beträgt der Wasserstoffgehalt des Stahlsumpfes eine Stunde nach Beginn des Umschmelzens - was dem Gehalt des Blockes im Fußbereich entspricht - 4,5 ppm und sinkt dann auf 3,0 ppm. Der Schwefelgehalt im Fußbereich des hergestellten Blockes beträgt 120 ppm und im Schopfbereich 200 ppm. Dies bedeutet, daß die Schlacke zu Beginn des Umschmelzens eine geringe Lösungsfähigkeit für Schwefel hatte, die bei Fortschreiten des Prozesses durch Sättigung verschwand.

Auch bei Verwendung von neutraler Schlacke unter sonst gleichen Bedingungen sind die Wasserstoff- und Schwefelgehalte unbefriedigend; der Wasserstoffgehalt ist zwar geringfügig niedriger, etwa 4,0 bis 3,0 ppm; der Schwefelgehalt jedoch sogar höher, nämlich 150 ppm im Fußbereich und 200 ppm im Schopfbereich des Blokkes.

Aus den Vergleichsschmelzen ist zu ersehen, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen des Schlackenspülens, der Erzeugung des Gasvorhanges im Ringspalt, des Einleitens von trockener Luft in den Kokilleninnenraum und der Zusammensetzung der Schlacke in optimaler Weise zusammenwirken, mit dem Effekt, daß die erfindungsgemäß hergestellten Blöcke einen niedrigen Gehalt sowohl an Wasserstoff als auch an Schwefel aufweisen und eine sehr gleichmäßige Zusammensetzung über die Blocklänge besitzen. Sie brauchen deshalb nicht oder nur kurz zeitig geglüht zu werden^g 994 5/Q872

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung wasserstoff- und schwefelarmer Stahlblöcke nach dem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren, bei welchem die Umschmelzelektrode durch eine Öffnung eines die Kokille verschließenden Deckels geführt und ein Spülgas in den Kokilleninnenraum und in den Ringspalt zwischen Deckelöffnung und Elektrode geleitet wird, gekennzeichnet durch die Kombination:

c) daß gleichzeitig ein Gasvorhang aus trockener Luft im Ringspalt zwischen Deckelöffnung und Elektrode erzeugt wird, der den Eintritt wasserdampfhältiger Luft in den Kokilleninnenraum verhindert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn des Umschmelzens die in die Kokille eingebrachte Schlacke durch Einleiten von trockener Luft gespült wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Schlackenspülung die Schlacke durch eine Graphitelektrode beheizt und die Schlackentemperatur auf einen Wert knapp über der Liquidustemperatur gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schlacke mit einem zur Bildung von CaO-SiO₂-Komplexen geeigneten CaO-Gehalt von 3 bis 40 Gew.-% und einem SiO^-Gehalt von 3 bis 2 5 Gew.-% verwendet wird.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den An sprüchen 1 bis 4, mit einer Elektroschlacke-Umschmelzkokille, die in der Umschmelzphase durch einen Deckel abgeschlossen ist, wobei die Elektrode durch eine öffnung des Deckels in den

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Kokilleninnenraum geführt ist und Einrichtungen zur Zuführung von Spülgas in den Innenraum der Kokille und in den Ringspalt zwischen Deckelöffnung und Elektrode vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (3) geteilt ausgeführt ist und die Deckelteile (3', 3") schwenkbar sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem schwenkbaren Deckelteil (3¹, 3") Leitungssegmente (11) mit eigenen Zuführungen (10) für trockene Luft vorgesehen sind, die sich bei geschlossenem Deckel zu einer Ringleitung (9) ergänzen.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem schwenkbaren Deckelteil (3', 3") Ausströmöffnungen (12) aufweisende Leitungssegmente (11) übereinander angeordnet sind.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schlackenspülphase eine wassergekühlte oder aus Graphit bestehende Blaslanze (18) in die Schlacke eintauchbar ist, wobei gleichzeitig eine Graphitelektrode (16)
oberhalb der Schlacke in Stellung bringbar ist.

VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE
AKTIENGESELLSCHAFT (VEW)

Patentabteilung

I I. . ~ JL 7 (DlpXTlng.Bernhart) (Dipl.Ing.Branowitzer)

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