DE3232551C2

DE3232551C2 - Vorrichtung zum Behandeln und Raffinieren von flüssigen Metallegierungen

Info

Publication number: DE3232551C2
Application number: DE3232551A
Authority: DE
Inventors: Stefan Todorov Bagarov; Nikolaj Georgiev Bakalov; Boris Jordanov Drakaliiski; Assen Bojanov Pernik Ivanov; Koljo Geortschev Sofija Karakolev; Jordan Ivanov Krestenjakov; Russi Zvetkov Sofija Milenkov; Vassil Georgiev Peev; Peter Hristov Savov; Malin Rajtschev Stoilov; Alexander Jordanov Valtschev
Original assignee: ISO "METALURGKOMPLEKT" SOFIJA BG; Iso "metalurgkomplekt" Sofija
Current assignee: Kometech Sofia/sofija Bg GmbH
Priority date: 1981-12-01
Filing date: 1982-09-01
Publication date: 1986-10-23
Also published as: FR2517328A1; GB2112022B; SE459122B; US4462878A; BG35678A1; CA1213849A; DE3232551A1; FR2517328B1; GB2112022A; ES8404422A1; SE8206682L; ES517815A0; SE8206682D0

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Behandlung und Raffinierung von flüssigen Metallegierungen mittels Gleichstrom-Lichtbogen erhitzung vorgeschlagen, bei dem wenigstens an einem Teil der Oberfläche der Schmelze die Elektrolyse durchgeführt wird, und die Schmelze durch eine Schicht aus flüssiger Elektrolyt-Schlacke als Anode (Kathode) angeschlossen ist, während die Verbindung mit dem anderen Pol, der Kathode oder Anode, mittels eines oder mehrerer Gleichstrom-Lichtbögen realisiert wird, wobei in Abhängigkeit von der gewünschten Richtung der Elektrolyseprozesse eine Änderung der Polarität der Metallschmelze oder der Elektrolyt-Schlacke erfolgt. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der die Zentren der positiven und negativen beweglichen Elektroden (10 bzw. 9) symmetrisch zueinander auf einer geraden Linie angebracht sind, wobei die Gleichrichter (15 und 16) unabhängig voneinander sind und die Stromkreise durch einen gemeinsamen Pol (9), einen der Pole der Gleichrichter (15 und 16), angeschlossen sind.

Description

dadurch gekennzeichnet,

— daß mindestens zwei symmetrisch bezüglich der negativen Elektrode (9) angeordnete positive Elektroden (10; 10) vorgesehen sind, die mit vier Elektrolyt-Schlacke (12) in Verbindung stehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß jede positive Elektrode (10; 10) mit einer Anschlußklemme einer separaten Gleichstromquelle (15; 16) verbunden ist und

daß die anderen Anschlußklemmen der Gleichstromquellen (IS; 16) gemeinsam mit der negativen Elektrode (9) in Kontakt stehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die positiven Elektroden (10, 10) jeweils mit einer Einrichtung (14) zum Messen des Spannungsgefälles der Elektroden in der Elektrolyt-Schlacke (12) verbunden sind.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln und Raffinieren von flüssigen Metallegierungen der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen, aus der DE-OS 28 28 634 bekannten Art.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung und Raffinierung von flüssigen Metallegierungen außerhalb des Ofens und vorzugsweise von Eisenschmelzen durch Erhitzung des Metalls während der Behandlung mit einem Wechselstrom-Lichtbogen unter gleichzeitigem kontinuierlichem Umrühren der Schmelze durch Einblasen von Inertgas oder mit Hilfe eines elektromagnetischen Rührers bekannt (»Ironmaking and Steelmaking«, 1977,4, Nr. 4).

Ein wesentlicher Vorteil des bekannten Verfahrens ist die Durchführung der Operation der Erhitzung und Raffinierung einschließlich der Entgasung in einer bestimmten Reihenfolge von verschiedenen Behandlungsstationen und Deckeln u. a. zur Erwärmung und Evakuierung.

Bei dem aus der US-PS 35 01 289 bekannten Verfahren ist es infolge der Durchführung der Lichtbogenerhitzung unter Vakuum möglich, die verschiedenen technologischen Operationen zum Teil gleichzeitig durchzuführen, jedoch mit erhöhten Verfahrenskosten, die mit der Anwendung des Vakuums in Verbindung stehen.

Zur Durchführung der bekannten Verfahren werden entsprechende Einrichtungen, sogenannte Gießpfannen, angewendet Während bei der Vorrichtung nach der erstgenannten Druckschrift der wesentliche Nachteil in der Notwendigkeit von zwei abgesonderten Behandlungsstationen mit Deckeln liegt, gilt als Hauptnachteil bei Anlagen gemäß der US-PS die komplizierte Konstruktion des Deckels mit der Notwendigkeit einer Vakuumdichtung der Elektroden. Neben erhöhten Kapitalanlagen zur Herstellung beider Vorrichtungstypen gilt als weiterer Nachteil die durch die Anwendung von Wechselstrom-Lichtbogenerhitzung bedingte Unmöglichkeit zur Anwendung der Vorrichtungen bei Gießpfannen mit einem Fassungsvermögen unter 15 t

Aus der BG-PS 25 563 ist weiter ein Verfahren zur Raffinierung von flüssigen Legierungen bekannt, bei dem ein Gleichstrom-Lichtbogen in der Pfanne angewendet wird, was wegen der Schwierigkeiten der Stromableitung (wassergekühlte Elektroden, elektromagnetischer Wind) keine praktische Verwendung finden kann.

Aus der eingangs erwähnten DE-OS 28 28 634 ist ferner eine Vorrichtung für das Raffinieren von Schmelzen bekannt, die eine Reaktionspfanne mit Deckel aufweist. In den Deckel ist eine Kathode sowie seitlich von dieser eine Anode eingeführt. Ferner sind in Höhe der Schmelze von der Seite der Reaktionspfanne her Anoden 4 eingeführt, die der Zuführung des Pluspols der Stromversorgung zur Metallschmelze dienen. Infolge der asymmetrischen Anordnung der Anoden in bezug auf die Kathode, kommt es zu einer Ablenkung des Lichtbogens vom Zentrum des Metallspiegels und somit zu einer Erosion der Wände der Pfanne.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die vorstehend erläuterte Vorrichtung für das Raffinieren von Schmelzen derart weiterzubilden, daß ein gegenüber dem Metallspiegel der Gießpfanne exakt zentrierter Gleichstrom-

I ' Ia^l. 'L. A II* — J — I — —

l^iwnii/irgvii aiwiiwig^atciit vrctucii i\.aiui.

P Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch das im Kennzeichen des

if-; Patentanspruches 1 wiedergegebene Merkmal gelöst.

• ■ Mit Hilfe der Erfindung können somit die Wände der Gießpfanne von der Erosionswirkung der Lichtbogen, die durch den sogenannten elektromagnetischen Wind vom Zentrum zur Peripherie abgelenkt werden, ge-

'{·, schützt werden.

; Gleichzeitig weist die Vorrichtung eine vereinfachte Konstruktion auf und kann ohne Vakuum betrieben

t' werden.

Durch die Ausführung der Vorrichtung gemäß Anspruch 2 kann ein unabhängiges Arbeiten der positiven Elektroden sichergestellt werden, wodurch keine Regeleinrichtung zur gleichmäßigen Verteilung des elektrischen Stromes notwendig ist Außerdem ermöglicht diese Anschlußweise der Elektroden bei Bedarf auch eine Ausrichtung des Kathoden-Lichtbogens.

ι Durch die Ausführung der Vorrichtung gemäß Anspruch 3 kann eine kontinuierliche Messung des Spannungs-

gefälles der Anoden in der Schlacke vorgenommen werden, wodurch eine Kontrolle der chemischen Zusammensetzung und der Eigenschaften der elektrolytischen Schlacke möglich ist

Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß Stoffe in Kontakt mit der Metallschmelze zugeführt werden, die bei

der Temperatur der Wanne bei Lichtbogenerhitzung eine Schicht aus flüssiger Elektrolytschlacke bilden, welche mittels nicht weniger als zweier beweglicher, sich verzehrender Elektroden, die individuell von den positiven

', Polen zweier oder mehrerer Gleichstromquellen (Gleichrichter) gespeist werden, als Anode angeschlossen ist so

T₁ daß die Schmelze auch als Anode wirkt während ihre Verbindung mit der Kathode oder den Kathoden mittels

eines oder mehrerer Lichtbogen realisiert wird. Der Kathodenbogen bewirkt eine Verringerung des in der als

_t Anode angeschlossenen Schmelze gelösten Wasserstoffs (H), wobei es durch Einblasen einer passenden Menge

Inertgas in die Atmosphäre über der Oberfläche der Wanne oder durch entsprechende Evakuierung möglich ist den in dem Bogen entwickelten Wasserstoff abzuleiten. Gleichzeitig wird eine wirksame Erhitzung des Metalls, ein kontinuierliches Rühren und Inkontaktsetzung mit der Schlacke mittels eines oder mehrerer an den Kathoden brennender Gleichstrom-Lichtbögen vorgenommen. Die nach dem Gesetz des chemischen Gleichgewichts , aus dem Metall in die Schlacke abgeschiedenen anionischen Verunreinigungen wie S^2- und O^2- entladen sich an

den Anoden und scheiden hauptsächlich als flüchtige Verbindungen SO2, CO durch sekundäre elektrochemische Reaktionen ab. Es wird auch die Möglichkeit für eine Änderung der Polarität der Metallschmelze durch ; Anschalten der Gleichstromquellen oder Änderung der Lage der beweglichen Elektroden sowie Betrieb mit |. _v anodischen Bögen für eine bestimmte Zeitspanne vorgesehen. ¹ Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt und ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

j F i g. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung der F i g. 1 und

ί F i g. 3 bis 10 Querschnitte weiterer Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

|_; Die Vorrichtung nach der Erfindung ist im Querschnitt in F i g. 1 und in Draufsicht in F i g. 2 dargestellt Die

|| Vorrichtung besteht aus einer Gießpfanne 1, die mit feuerfestem Material ausgekleidet ist einem Mechanismus 2 |; zum direkten Gießen des Stahls, einem porösen Pfropfen 3 zum Einblasen von Inertgas oder einem Induktionsj| rührer 4, einem mit feuerfesten Steinen ausgekleideten Deckel 5, der mit wassergekühlten öffnungen 6 für die Ü Elektroden versehen ist die symmetrisch auf einer geraden Linie angeordnet sind, sowie öffnungen 7 zum If Einsatz von legierungs- und schlackenbildenden Zusätzen und eine öffnung 8 für die Abgase aufweist bewegli- \r chen Graphitelektroden, nämlich Kathode 9, Anoden 10, Gleichstromquellen 15 und 16, die nach dem gezeigten I Schema mit den Elektroden 9 und 10 verbunden sind, wobei der Lichtbogen 11 an der Kathode 9 brennt und die {§; Anoden 10 in die Schlacke 12 eingetaucht sind, die die Metallschmelze 13 abdeckt, welche durch die Schlacke als Ef' Anode angeschlossen ist Durch kontinuierliche Messung des Spannungsgefälles der Anoden 10 in der Schlacke || mit Hilfe eines Schreibgeräts 14 werden die chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften der elektrolytik; sehen Schlacke 12 kontrolliert.

l_y Fig.3 und 4 veranschaulichen schematisch eine Anordnung der Anoden 10 (A\ und Aj) gegenüber der

p Kathode 9, wobei mittels Anheben der Anoden A\ und A2 über die Schlacke 12 eine maximale Abweichung des %r Bogens bzw. des anodischen Flecks vom Zentrum zum Rand der Gießpfanne 1 erfolgt.

ί F i g. 5 und 6 zeigen, wie durch Änderung der Stromaufladung der Anoden 10 für l_A\ > 1a2 bzw. 1αϊ>Ια\ eine

s \ Abweichung des Bogens in Richtung nach A2 (F i g. 5) bzw. A\ (F i g. 6) erfolgt

[ F i g. 7 und 8 veranschaulichen eine exzentrische lineare Anordnung der Anoden 10, die eine Kreiszirkulation

1,; der Oberschichten der Metallschmelze 13 und der Schlacke 12 ermöglicht, wobei ein intensives Umrühren durch ■'■J Einblasen von Inertgas durch den porösen Pfropfen 3, der diametral entgegengesetzt gegenüber der Kathode 9 [' angebracht ist, im halben Abstand von der Kathode, erfolgt

?/· Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach der Erfindung ist wie folgt: In die Gießpfanne 1 wird ohne Vorhan-

r. densein von Schlacke aus dem Ofen eine bestimmte Menge einer Metallschmelze 13 gegossen und die Pfanne I'.'.' wird unter dem beweglichen Deckel 5 abtransportiert Durch öffnungen 7 werden schlackebildende Zusätze !>·*; (Kalk, CaF2) zugegeben, dann schaltet man das Einblasen von Inertgas zum Umrühren durch den Pfropfen 3 an ■>■ '.'■- und beginnt mit dem Herabsetzen der Elektroden, die als Anode angeschlossen sind, bis zur Kontaktierung mit [1 der Schlacke 12, was durch den gemessenen Wert des Anodengefälles am Schreibgerät 14 festgestellt wird. [·>. Nachher wird die Kathode 9 bis zum Zünden des Lichtbogens 11 herabgesetzt, wobei der Bogen im Zentrum des ί Spiegels brennt In diesem Fall ist die Metallschmelze 13 durch die Schlacke 12 als Anode angeschlossen. Wenn

es notwendig ist, die Polaritäten zu ändern, wird durch Aufheben der Anoden 10 (41 und A2) über die Wamie und ε;·. Eintauchen der Kathode 9 in die Schlacke die Metallschmelze als Kathode angeschlossen, während an den '! j Anoden Lichtbogen gezündet werden. Eine solche Anordnung der Elektroden ist in F i g. 9 im Querschnitt und in ivi F i g. 10 in Draufsicht dargestellt

^ Die Vorrichtung wird anhand des folgenden Beispiels näher erläutert:

In eine 6-t-Pfanne mit einer freien Raumhöhe von 300 mm, die auf einem beweglichen Wagen angebracht ist, werden mittels einer Zwischentransportpfanne bei Abschneiden der Ofenschlacke 5,5 t flüssiger unberuhigter Stahl gegossen, der in einem Lichtbogenofen hergestellt wurde. Beim Vergießen beträgt die Temperatur des Metalls 1620° C, wobei die chemische Zusammensetzung wie folgt ist (Angaben in °/o):

Mn Si S P Cr

0,18 0,23 0,06 0,0417 0,024 0,12 7,73

Nach dem Übergang des Stahles von der Transportpfanne in die Arbeitspfanne wird Argon zum Umrühren mit einem Durchsatz von 40—50 l/min eingeblasen und die Pfanne auf dem Wagen wird unter einem beweglichen Deckel mit zwei Anoden (0 150 mm) und einer Kathode (0 200 mm) und öffnungen zur Probenahme und zum Einsatz von Zusätzen gefahren. Dann wird unter kontinuierlichem Umrühren durch den Boden mit Argon > ₁₀ (30 l/min) und Einblasen von Argon (60 l/min) unter den Deckel eine Gleichstrom-Lichtbogenerhitzung mit

kathodischem Bogen vorgenommen. Die Parameter der Erwärmung sind folgende: \

% Arbeitsspannung 75 V '

Arbeitsstrom 5000 A. \

Während der Lichtbogenerhitzung werden folgende Stoffe zugegeben: ~

Schlackenbildner: Kalk 15 kg/t;

Flußspat 2 kg/t;

J₀ Schamott 1 kg/t.

Reduktionsmittel und Legierungszusäize: FeMn 7,8 kg/t;

FeNi 5,6 kg/t; FeCr 7,8 kg/t; FeMo 3,1 kg/t; ₂₅ Al 0,9 kg/t.

Die Dauer der Behandlung durch Gleichstrom-Lichtbogenerhitzung beträgt 93 min. Die Temperatur der Metallschmelze in der Pfanne vor der Behandlung beträgt 1545° C und nach der Behandlung 1590° C. Nach Erreichen des thermischen Gleichgewichts in der Pfanne ist eine Geschwindigkeit der Lichtbogenerhitzung von J₀ 2,1 °C/min erzielt

Als Ergebnis der Behandlung wird ein Stahl Typ 35XM mit folgender Zusammensetzung erhalten (Angaben in )

C Mn Si P S Cr Mo As

35

035 0,74 036 0,03 0,0053 0,92 0,17 0.03

(O) 25 ppt; (H) 5,0 ppt
⁴⁰ Folgende Ergebnisse sind erzielt worden:

Entschwefelung 87,3%

Entgasen 35,0%

Aufnahme von Legierungszüsätzen und Eisenlegierungen 95,0%

⁴⁵ Verbrauch an Elektroenergie 99 AVh/t

Verbrauch an Elektroden 1,09 kg/t · h

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Behandeln und Raffinieren von flüssigen Metallegierungen mit

— einer Gießpfanne,

— einem beweglichen Deckel, der Öffnungen für bewegliche, sich verzehrende, mit Gleichstrom gespeiste Elektroden, eine Öffnung zum Zuführen von Zusätzen und zur Entnahme von Proben und eine öffnung zum Ableiten von Abgasen aufweist,

— einem Mechanismus zum direkten Abgießen der Schmelze und

— einem porösen Pfropfen zum Einblasen von Inertgas durch den Boden,

— wobei die Zentren der positiven und negativen Elektroden auf einer geraden Linie liegen und die negative Elektrode in bezug auf die Elektrolyt-Schlacke einen Gleichstrom-Lichtbogen ausbildet