DE3424510A1 - Vorrichtung und verfahren zur metallurgischen nachbehandlung von vorgeschmolzenen metallen - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zur metallurgischen nachbehandlung von vorgeschmolzenen metallenInfo
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/10—Supplying or treating molten metal
- B22D11/11—Treating the molten metal
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
- C21C7/0075—Treating in a ladle furnace, e.g. up-/reheating of molten steel within the ladle
Description
Krupp Stahl Aktiengesellschaft, 4630 Bochum
Vorrichtung und Verfahren zur metallurgischen Nachbehandlung von vorgeschmolzenen Metallen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur metallurgischen Nachbehandlung von vorgeschmolzenen
Metallen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Patentanspruch
6.
Vorrichtungen dieser Art gehören seit langem zum Stand der Technik (so z.B. GB-Z Steel Times, Febr. 1978, Seiten
205 - 211).
Sie sind aus dem Wunsch heraus entwickelt worden, weitgehend beim Schmelzen von Metallen alle metallurgische
Arbeit aus dem eigentlichen Schmelzaggregat in ein nachgeschaltetes
Behandlungsverfahren zu verlagern. Im Schmelzaggregat soll nur noch eingeschmolzen werden.
Dadurch erzielt man insbesondere bei Elektrostahlwerken
zum Schmelzen von Stahl beträchtliche Ofenzeitverkürzungen
und damit eine erhöhte Leistung.
Dies führt zu der sog. Pfannenmetallurgie, im angelsächsischen
Schrifttum als secondary steelmaking bezeichnet, bei der das Metall aus dem Vorschmelzaggregat in
eine Pfanne abgestochen und in dieser nachbehandelt wird.
Bei der Erzeugung von Stahl sind Hauptaufgaben der Nachbehandlung
" 4 " 3424b 1
- Auflegieren des Stahles
- Einstellung exakter Analysen
Analysen- und Temperaturhomogenität in der Pfanne.
Um die während der Behandlung unvermeidlichen Temperaturverluste in der Pfanne - inbesondere bedingt durch
die Zugabe fester Legierungsmetalle und das Spülen der
Stahlschmelze mittels über Bodenblassteine eingeleiteter Inertgase - zu kompensieren, ist die Nachbehandlungspfanne
mit einer Pfannenaufheizeinrichtung versehen, meistens in Form einer Lichtbogenheizung.
Bei einer derartigen Heizung befindet sich über der Pfanne ein Deckel ähnlich dem eines Lichtbogenofens.
über ein oder mehrere an Tragarmen aufgehängte und in Elektrodenführungen durch den Deckel geführte Elektroden
(meist wechselstrombetrieben) kann die Stahlschmelze über den entstehenden elektrischen Lichtbogen aufgeheizt
werden. Das elektrische Lichtbogenheizen kann sowohl unter Atmosphärendruck - wobei eine Abdichtung
der Pfanne gegen den Deckel nicht erforderlich ist als auch unter Vakuum stattfinden, wobei die Pfanne
gegenüber der Atmosphäre vakuumdicht verschlossen ist und die Elektroden über Vakuumdichtungen durch den
Deckel geführt sind.
Als Elektroden nach dem Stand der Technik werden runde Grafitelektroden verwendet, die mit hohen Stromstärken
belastet werden können und einen gut regelbaren Lichtbogen erzeugen. Je nach Pfannengröße und gewünschter
Heizleistung weisen sie einen Durchmesser von 300 bis 500 mm auf.
Die Elektroden verbrauchen sich jedoch während des Betriebes durch Oxydation mit der Atmosphäre. So liegt
bei einer mit drei wechselstrombetriebenen 450 mm-Elektroden bestückten Pfannenheizanlage der Elektrodenverbrauch
bei ca. o,5 kg/to behandelten Stahles. Dies entspricht bei einem Preis von ca. 6,— DM/kg Elektrode
Kosten von ca. 150.000,— DM bei einer monatlichen Nachbehandlung von ca. 50.000 to Stahl.
Abgesehen von diesen Kosten ist der Einsatz von Grafitelektroden bei der Nachbehandlung von Stählen mit niedrigsten
Kohlenstoffgehalten (-C ofo2 % C) bzw. von
Stählen mit einem engen, den Kohlenstoffgehalt betreffenden Analysenbereich nicht möglich.
Das zur Homogenisierung der Stahlschmelze - insbesondere
nach einer Legierungszugabe - durch Bodenblasste ine
in die Schmelze eingeleitete inerte Spülgas bringt die Schmelze derart in Wallung, daß die normalerweise
dicht über der Schmelzoberfläche "brennenden" Elektroden
mit der Schmelze in Berührung kommen und aus dem Grafitmaterial der Elektroden derartig viel Kohlenstoff
in die Schmelze gelangt, daß die vorgeschriebenen niedrigen bzw. eng bestimmten Kohlenstoffgehalte überschritten
werden und der Stahl somit für den vorgesehenen Verwendungszweck nicht mehr brauchbar ist.
Zur Vermeidung der oben angeführten Nachteile schlägt die vorliegende Erfindung daher vor, eine Vorrichtung
zur metallurgischen Nachbehandlung der eingangs genannten Art mit Elektroden aus Metallsträngen zu versehen.
Vorteilhafterweise bestehen die Elektroden dabei aus
im Strang gegossenen Knüppeln, die eine der Analyse der zur Nachbehandlung vorgesehenen Metallschmelze entsprechende
Zusammensetzung aufweisen. Das Gußgefüge dieser Stranggußknüppel - insbesondere von Knüppeln
aus Stahl mit im Kern dendritischen Erstarrungsgefüge - erlaubt hohe Strombelastungen einer solchen Metallelektrode
bei hoher Stromdichte, ohne daß jedoch die Elektroden schnell abschmelzen.
So beträgt der Abbrand bei einer Elektrode aus einem Stranggußknüppel der Stahlqualität 42 Cr Mo 4 mit
einem quadratischen Querschnitt von 17 5 χ 17 5 mm
bei einer Belastung von 40 000 Amp und 250 Volt während einer Zeit von 10 Min. nur ca. 0,5 m, entsprechend
einem Abschmelzgewicht von 12o kg. Bei drei Elektroden, angeschlossen an 3-Phasen-Wechselstrom, somit
insgesamt 360 kg, die als zusätzliches Metall in das Gewicht der nachzubehandelnden Stahlschmelze eingehen.
Das abgeschmolzene Material der Stranggußknüppel-Elektrode ist somit nicht verloren, sondern erhöht das Ausbringen
der nachbehandelten Stahlschmelze. Wegen des im Verhältnis zum Gesamtgewicht der Stahlschmelze nur
sehr geringen Elektrodenabbrandes braucht im allgemeinen auf eine unterschiedliche Stahlqualität Elektrode/
Schmelze keine Rücksicht genommen werden, da die Möglichkeiten von Analysenabweichungen verschwindend gering
sind.
Bei Qualitäten mit höchster Analysengenauigkeit empfiehlt
es sich jedoch, für die Elektroden eine Stahlzusammensetzung zu wählen, die der 'Analyse des nachbehandelten
Metalls entspricht.
Als Metallelektroden werden vorzugsweise Reste von Stranggußknüppeln bzw. Reste von Stranggußrund eingesetzt.
Sofern diese Reststücke eine für die Einspannung als Elektrode nicht ausreichende Länge aufweisen,
können sie vor Einsatz als Elektrode leicht zu einem
längeren Stück zusammengeschweißt werden.
Die Erfindung eignet sich besonders zur Herstellung kohlenstoffarmer Stähle bzw. zur Herstellung von Stahlqualitäten
mit eng definiertem Kohlenstoffgehalt.
Das erfindungsgemäße Verfahren nach Patentanspruch 6
wird vorteilhaft mit Elektroden aus stranggegossenen
Stahlknüppeln durchgeführt.
Es ist nicht in jedem Fall erforderlich, auf niedrige Kohlenstoffgehalte in den Elektroden zu achten, sie
sollten aber unter 0,5 % Kohlenstoff, vorzugsweise
unter 0,2 % Kohlenstoff liegen. Die Abschmelzrate ist
nämlich überraschend gering, wie Versuche gezeigt haben. 5 In Fig. 1 ist schematisch eine Pfannennachbehandlungsanlage
dargestellt.
Sie besteht aus einer zylindrischen Pfanne 1, die flüssiges
Metall 2 enthält, über einen Bodenblasstein wird die Metallschmelze umgerührt. Die Pfanne 1 ist mit
einem Deckel 4 verschlossen, durch den drei Elektroden 51, 52, und 53, hindurchgeführt sind. Die Elektrodenspitzen reichen bis nahe an die Oberfläche der Metallschmelze
und heizen dort über den elektrischen Lichtbogen die Metallschmelze auf.
Die Elektroden bestehen erfindungsgemäß aus Metallsträngen,
vorzugsweise aus Stranggußknüppeln bzw. Stranggußrundmaterial,
die eine der Analyse der Metallschmelze entsprechende Zusammensetzung aufweisen.
- Leerseite
Claims (6)
1. Vorrichtung zur metallurgischen Nachbehandlung von vorgeschmolzenen Metallen, insbesondere Stahl,
bestehend aus einer die Schmelze aufnehmenden zylindrischen, mit einem Deckel verschlossenen Pfanne und ein
oder mehreren den Deckel durchdringenden Elektroden zur Aufheizung der Schmelze über Lichtbogen,
dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden (51, 52, 53) aus Metallsträngen bestehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden (51, 52, 53) aus Stranggußknüppeln
bestehen.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet ,
daß Elektroden eingesetzt werden, die eine der Analyse der Metallschmelze entsprechende Zusammensetzung aufweisen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet ,
daß die Elektroden (51, 52, 53) einen quadratischen Querschnitt von 120 bis 200 mm Seitenlänge aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet ,
84/409
W/Ka
W/Ka
ο 4 ζ μ· c .. ■J
daß die Elektroden (51, 52, 53) einen kreisrunden Querschnitt
mit Durchmessern von 120 bis 200 mm aufweisen.
6. Verfahren zum Herstellen von Stählen mit Kohlenstoffgehalten
unter 0,02 % oder von Stählen mit engen Kohlenstofftoleranzen, wobei der Stahl in einem Schmelzaggregat vorgeschmolzen und anschließend in einem Nachbehandlung
saggregat legiert, gerührt und homogenisiert wird, wobei die Schmelze über Lichtbögen zwischen der
Schmelze und Elektroden aufgeheizt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der vorgegebene Kohlenstoffgehalt im Schmelzaggregregat
eingestellt und im Nachbehandlungsaggregat dadurch gehalten wird, daß zur Erzeugung der Lichtbögen
Elektroden aus kohlenstoffarmen Stahl eingesetzt werden.
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