DE3440820A1

DE3440820A1 - Verfahren zur energieeinsparung beim elektro-schlacke-umschmelzen und legieren von metallen

Info

Publication number: DE3440820A1
Application number: DE19843440820
Authority: DE
Inventors: Tarek El Prof. Dr.-Ing. 5100 Aachen Gammal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-11-08
Filing date: 1984-11-08
Publication date: 1986-05-15

Description

Verfahren zur Energieeinsparung beim Elektro-
Schlacke-Umschmelzen und Legieren von Metallen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dessen Hilfe die beim Elektroschlacke-Umschmelzverfahren erzeugte Wärme besser ausgenutzt werden kann und darüberhinaus das gleichzeitige Legieren der Metalle ermöglicht.
Beim Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren werden Metallblöcke höchster Qualität dadurch hergestellt, daß das vorbereitete Ausgangsmaterial als Elektrode in einem flüssigen Schlackenbad einge taucht und zum Einschmelzen gebracht wird. Je nach Typ der Anlage insbesondere zur Herstellung großer Blöcke, können 2, 3 oder mehrere Elektroden gleichzeitig eingesetzt werden. Die Schlacken phase wird durch einen elektrischen Strom erhitzt, der zwschen der Elektrode und einer Bodenplatte fließt. Die dadurch erzeugte Wärme bringt die Metallelektrode zum Abschmelzen, wobei die gebildeten Metalltropfen durch die Schlacke fallen und sich darunter in einem Metallsumpf sammeln. Dieser Vorgang findet in einer wassergekühiten Kokille statt. Durch die rasche Abkühlung erstarri das Metall in der Kokille und führt zur Bildung des gewünschten Blockes.
Um eine ideale Blockstruktur zu erreichen, muß das Erstarrungspro fil beim Prozeßverlauf flach gehalten werden. Ein zu hoher Energie einsatz führt zu einem tiefen, V-förmigen Metallsumpf, dessen Profil sich dem konventionellen Blockgußprofil nähert. Aus der Wärmebilanz des ESU-Verfahrens geht hervor, daß 60 - 70 % der eingesetzten Energie über den Metallsumpf und das Schlackenbad an die Kokillenwand bzw. an das Kühlwasser abgeführt wird. Nur ein kleiner Anteil der Energie wird zum Abschmelzen der Elektrode verbraucht. Dies hat zur Folge, daß: 1. die Schmelzrate und Leistung des ESU-Verfahrens relativ niedrig sind, 2. die Beibehaltung eines flachen Erstarrungsprofils bei Blöcken größeren Durchmessers bzw. beim Einsatz von mehr als einer Elektrode problematisch wird, da die lokale Erstarrung in der Mitte wesentlich langsamer ist, als an der Seite.
Die bekannte "centre-line"-Schwäche des größeren ESU-Blocks beruht auf dieser Tatsache.
3. Da die eingesetzten Elektroden die gleiche Zusammensetzung wie der fertige Block aufweisen müssen, wird das Legieren des Metalls in einer vorgeschalteten Arbeitsstufe durchgeführt, was mit erhöhten Kosten verbunden ist.
Diese Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die o.g. Nachteile, insbesondere bei Multi-Elektroden-Anlagen weitgehend zu eliminieren und die Betriebskosten zu senken bei gleichzeitiger Qualitätsverbesserung.
Erfindungsgemäß wird im zentralen Bereich des Schlackenbades Metall zugegeben, dessen Aufgabe es ist, die dort gestaute Wärme zu absorbieren, wodurch es schmilzt und sich zusammen mit den Metalltropfen in dem Sumpf sammelt. Anstatt die Wärme vom Kühlwasser aufnehmen zu lassen, wird sie auf diese Weise als zusätz lich nützliche Energie ausgenutzt.
Erfahrungsgemäß hat sich herausgestellt, daß die besten Ergebnisse erzielt werden können, wenn das additive Metall in Form von massivem Stabstahl im zentralen Bereich zwischen den Elektroden eingesetzt wird. Solche Stäbe können vor Ablauf des Prozesses in der gewünschten Position in der Kokille (Fig. 1) oder in der Absenkvorrichtung verankert werden.
Auf jeden Fall bleibt dieser Stab von dem elektrischen Kreis isoliert, d.h. es läuft kein elektrischer Strom über diesen Stab.
In dem Fall, daß der zusätzliche Metallstab in der Kokille befestigt werden sollte, wird er von dem steigenden Schlackenbad durch die überflüssige Wärme erhitzt und analog zu den Arbeitselektroden geschmolzen und tropfenweise in den Metallsumpf übergehen. In dem Fall, daß der zusätzliche Stab mit den Arbeitselektroden isoliert befestigt werden sollte, wird er in das Schlackenbad progressiv eingetaucht, wo er - wie oben beschrieben ist - umgeschmolzen wird.
Als Voraussetzung für eine optimale Sumpftiefe ist das Gleichgewichtsverhältnis zwischen den Arbeitselektroden und dem Zusatz metall. Testversuche ergaben, daß Energieeinsparungen von ca. 30 % und optimale Blockeigenschaften erzielt werden könnten, wenn das Verhältnis 3 : 1 beträgt.
Es hat sich auch herausgestellt, daß mit dieser Arbeitsmethode das Legieren vom Ausgangsmaterial durchführbar ist. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden zerkleinerte Legierungsstoffe in einem Metallrohr zusammengepreßt und als Zusatzstab verwendet. Um die Verschlackung der Legierungsstoffe zu unterdrücken, wurden die zerkleinerten Oxide dieser Stoffe zusammen mit den Stoffen vermischt und mit oder ohne Bindemittel in dem Rohr zusammengepreßt. Das Verhältnis zwischen den Oxiden und deren Stoffen hängt von der Zusammensetzung der Schlacke und des Metalls ab und läßt sich für die verschiedenen Systeme rechnerisch ermittell.
Es hat sich herausgestellt, daß sich aus der Füllung des Rohres Dämpfe entwickeln, deren Druck die Füllung aus dem Rohr stoßartig in die Schlacke bzw. den Metallsumpf schleudern.
Um diesen plötzlichen Ausstoß der Füllung aus dem Rohr zu verhindern, war es erforderlich, Entgasungsöffnungen im Rohr anzubringen.
Unter gewissen Umständen könnte eine elektromagnetische Rührvorrichtung zahlreiche Vorteile mit sich bringen, insbesondere bei den folgenden Vorgängen: 1. Wenn der Schmelzpunkt einiger Legierungsstoffe relativ hoch ist und die Verweilzeit deren Partikel in der Schlackenphase nicht ausreicht, um deren Uberführung in die flüssige Phase zu gewährleisten.
2. Die Badbewegung im Sumpf könnte schwach sein, wodurch ein intensives Rühren der verschiedenen Stoffe und der Homogenisierung des Metallbades insbesondere beim Legieren nicht erreicht werden könnte.
Das elektromagnetische Rühren bringt bei solchen Fällen große Vorteile mit sich und sorgt für die Beseitigung der o.g. Problem - Leerseite -

Claims

PATENTANSPRÜCHE Verfahren zur Energieeinsparung beim Elektro-Schlacke-Umschmelzen und Legieren von Metallen 1. Verfahren zum Elektro-Schlacke-Umschmelzen von Metallen, insbesondere Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch stromloser Stab im Zentrum der Schlacken eingeführt wird und mit dessen Hilfe die dort gestaute Wärme zu Schmelzenergie ausgenutzt werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstab aus vollem Material aus der gleichen oder anderen Zusammensetzung als die Arbeitelektroden besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstab a-us einem perforierten oder nicht perforierten Mantel bzw. Rohr und innen Füllung besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, da-ß die Füllung des Mantels aus Legierungsstoffen mit oder ohne deren Oxide bzw. anderen schlackenbildenden Komponenten besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der flüssigen und/oder metallischen Partikel in der Schlackenphase sowie die Durchmischung des Metall sumpfes durch eine elektromagnetische Rührvorrichtung erzielt werden kann.