SE414318B - Sett vid framstellning av stora metallgot genom smeltning under elektriskt ledande slagg - Google Patents

Description

7316-1434-5 ler även en produkt som är särskilt fysikaliskt och kemiskt homogen, åtminstone teoretiskt.

De aktuella naékdelarna beror på storleken av anordningen för _ att forma bandet till ett rör, vilket ej medger samtidig utnyttjning av mer än två eller tre elektroder så att tillverkningen av stora göt på tider som är acceptabla för industrin förhindras, på den gans- ka ofta förekomande igensättningen av elektrodens inre av pulvren till följd av rörets förhållandevis klena diameter och på förfaran- dets långsamhet. Dessa nackdelar medför slutligen att det är praktiskt taget omöjligt att reglera götets sammansättning och om elektrodrö- ret igensättes av pulvret är det omöjligt att kontinuerligt justera det framställda götets sammansättning och dessutom beroende på den plötsliga ändringen av det valda förhållandet mellan metallen tillförd ' genom pulvret, förorsakad av igensättningen och den metall som till- föres av elektroden, uppvisar sammansättningen ej längre den önskade konstanta samansättningen och homogeniteten. Beroende på förfaran- dets lângsamhet är det omöjligt att undvika omedelbara igensättnings- bildningar, eftersom deras verkan ej omedelbart upptäckes med den följden att zonen visar en skild analys från den önskade, vilken med- för att verkan av sådana igensättningar är anmärkningsvärt större.

Dessutom bör man lägga märke till att vid sättet enligt det kända förfarandet,det så kallade elektroslaggraffineringsförfarandet, har det hittills varit omöjligt att erhålla göt, som väger mera än några få ton om man använder metallpulver och som väger några tiotal ton om ett göt användes som elektrod. Inom vissa sektorer inom indust- rin, t.ex. vid tillverkning av rotorer för stora växelströmsgenerato- rer eller turbiner, är emellertid behovet för att ha särskilt tunga göt tillgängliga stort, där götens vikt uppgår till några hundra ton med utomordentligt reglerad sammansättning och fria från hål, inne- slutningar, segringar etc. Ett sådant göt vad beträffar egenskaperna i fysikalisk och kemisk homogenitet kan knappast erhållas genom kon- ventionella metoder för smältning i ugn och tappning i kokill. Emel- lertid kan detta resultat uppnås med en elektroslaggraffineringspro- cess, om de tekniska begränsningarna beträffande de på detta sätt er- hållna götens vikt skulle förefinnas. " Ett första försök att lösa detta problem och att uppfylla ett mycket uttalat behov har gjorts genom att föreslå ett sätt som efter varandra innefattar operationsföljden såväl enligt vanlig götframställ- ning som elektroslaggraffineringsprocessen. Detta sätt består i att J 731643h-5 på vanligt sätt gjuta ett göt med önskad vikt, avlägsna hela den in- re delen utmed dess längdaxel, som i allmänhet är den del som uppvi- sar de flesta fysikaliska och kemiska defekterna och där man fyller ' det så erhållna utrymmet genom ett sätt enligt tekniken för elektro- Slaggraffinering. Detta förslag synes ej ha accepterats eftersom det erhållna götet enligt denna metod har en yttre zon, som ej är fri från någon av de utmärkande defekterna hos de stora gjuten, näm- ligen skiktning i sammansättningen och fysikaliska defekter, en inre zon med optimala kemiska och fysikaliska egenskaper och en mellanlig- gande zon mellan de andra två zonerna som har mellanliggande fysika- liska och kemiska egenskaper. Dessa skillnader i sammansättning och I fysikaliska egenskaper utmed götets radiella riktning och närvaron i det yttersta skiktet, det mest påkända vad beträffar bristen på fy- sikalisk och kemisk homogenitet har lett till överväganden att ett sådant göt är olämpligt för tillverkning av större stycken (rotorer för turbiner etc.). Ändamålet med föreliggande uppfinning är att försöka elimine- ra de angivna nackdelarna, som vidlâder den kända elektroslaggraffi- neringsmetoden, där man använder metallpulver och kunna övervinna problemet vad beträffar viktbegränsningen för de framställda göten, så att man skall kunna framställa göt med enhetlig och reglerad sam- mansättning, fria från de angivna fysikaliska nackdelarna och som vä- ger några hundra ton.

Sättet enligt uppfinningen vid framställning av metallegerin- gar i form av stora göt genom smältning under elektriskt ledande slagg, varvid krossat metalliskt material införes i en rörformig avsmältande elektrod, som står i beröring med slaggen och där mate- rialet sintras i elektroden, utmärkes av att temperaturen vid ned- Ksmältningen väljes så, att det krossade materialet i ett upptill av en matarplatta tillslutet, vid elektrodänden liggande röravsnitt, som står under en, genom gascirkulation alstrad reglerad atmosfär, sintras till ett fortskridande skikt, vars tjocklek är tillräcklig att bära den däröver liggande pelaren av genom en öppning i matarplat- tan suclessivt tillfört krossat material och att som krossat material man använder a) pulver med en kornstorlek av upp till 4 mm, varvid i den utsträckning som kornstorleken går upp till 4 mm för att uppnå en skrymvikt på blandningen av minst 2,7 g/cm3 inblandar fint pulver med en andel av minst 20 vikt-%, eller bl granulat eller pellets som minst till 20 vikt-% är försat- -7316434-s f ta med en pulverblandning, vars kornstorlek uppgår till mellan 0,01 och 4 mm, varvid den färdiga blandningens skrymvikt ligger vid minst 2,6 g/cmß. -- ~- - Den utrustning som användes enligt uppfinningen för att genom- föra uppfinningens sätt innefattar en konsumerbar elektrodenhet och utmärkes av att elektrodenheten innefattar minst ett cylindriskt me- tallrör för tillförsel av metall, där röret har en diameter av 20-90% av diametern på det göt som skall framställas, varvid det avsmälta metallröret är förlängbart genom påsvetsning av ytterligare rörstyc- ken under processens gång och av att metallröret i sin nedre del är tillslutet av en metallisk bottenvägg, utgörande botten för ett rör- avsnitt för uppsamling av krossat metalliskt material, varvid detta -röravsnitt, som är genomströmbart av en inert gas i sin övre ände är begränsat av en matarplatta, som uppvisar öppningar för tillförsel av metalliskt krossat material och inert gas.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas med särskild hänvisning till den bifogade ritningen, som som ett exempel utan begränsning vi- sar en föredragen utföringsform av utrustningen enligt uppfinningen, där en enda elektrod användes. ' Figuren på ritningen visar en sektion i vertikal led av en an- ordning för att framställa göt genom sättet enligt föreliggande upp- finning.

Pâ ritningen visas en kokill l av vanligt slag för elektro- slaggraffinering, inuti vilken den flytande metallsumpen visas med ovanförliggande skikt 6 av smält slagg, ned i vilket den nedre änden av en rörformad metallelektrod 2 sticker ned, uppburen och styrd av tekniskt lämpliga anordningar av i huvudsak vanligt slag.

I sin nedre del är den rörformiga elektroden 2 försedd med en zon 5 som är begränsad nedåt vid omsmältningens start medelst en bot- tenvägg 3, åtminstone 35 mm tjock, som tillsluter elektrodens nedre ände och i zonens överdel medelst en matarplatta 4, som kommer att beskrivas närmare nedan. Inuti röret 5 visas skiktet 7 av redan sint- rat metallpulver under ovanförliggande metallpulverpelare 10, som kom- mer ned uppifrån in i zonen 5, där metallpulvret passerar genom led- 'ningen 8 och hålet eller hålen ll i plattan 4.

Den nedre änden av elektroden 2, som nedsänkes i slaggen, till- slutes av en metallbottenvägg 3 fäst till elektrodens 2 väggar inuti vilken metallpulvret införes genom en matarplatta 4. Denna platta och bottenväggen 3 begränsar ett utrymme 5 som således är delvis fyllt med.metal1pulvret. Inuti utrymet upprättas en reglerad atmosfäf ge- 7316l|34~5 nom gascirkulation, t.ex. med användning av en inert gas såsom argon.

Därefter bringas en växelström eller likström (20 till 100 V och 5000 till 60000 A) att passera genom varje elektrod genom den elekt- riska kretsen, i vilken elektroderna, metallrören och kokillen in- går. Strömmen utvecklar på grund av Joule-effekten en stor mängd vär- me i slaggen 6 under elektroden 2, varigenom den gradvisa smältningen av bottenväggen 3 och samtidigt den gradvisa sintringen av ett ökan- de skikt 7 av metallpulver inuti utrymmet 5 åstadkommas. Då bottenväg- gen är helt smält, har det sintrade skiktet 7 fortfarande en tjocklek, som är tillräcklig för att uppbära ovanförliggande pulverpelare 10, som fortfarande ej är samanhängande. Skiktet 7 tjänar nu som botten- vägg och smältprocessen av det sintrade skiktet och den samtidiga sintringen av ett skikt av metallpulver intar fortfarighetstillstånd.

Metallröret 2, som tjänar som elektrod, röres nedåt med en has- tighet liggande mellan l och 10 cm per minut och metallpulvret inma- tas sâ att dess volym hâlles nästan konstant inom utrymmet 5.

Matarplattan 4 består av en skiva tillverkad antingen av metall eller av något annat lämpligt material med en diameter som är något mindre än elektrodens 2 inre diameter. Plattan är försedd med ett el- ler flera hål ll försedda med doseringsventiler, i vilka matarlednin- gar för metallpulvret insatts. Plattan är även försedd med en eller flera hål 12, i vilka ledningar 9 finnes insatta för att inmata gasen för att upprätta den reglerade atmosfären. Denna platta uppbäres av anordningar skilda från de som uppbär matarledningarna för pulvret och för gasen och plattan är placerad i ett fixerat läge i förhållan- de till kokillens l övre öppning eller inuti själva kokillen och i detta fall kommer den att långsamt röras uppåt för att bibehålla ett konstant avstånd från den smälta metallsumpen. Matarledningarna för pulvret och för gasen är oberoende av elektroden, varvid ledningarna kan frånkopplas plattan och avlägsnas från elektroden för att kunna tillföra driftelektroden ytterligare rörlängder.

Den metalldel, som tillföras inuti det cylindriska röret 2 och som fyller utrymmet 5, kan tillföras som förut nämnts i form av pul- ver, granuler eller pelletts.

Om endast pulver användes är de mest lämpliga kornstorlekarna de finaste som är tillgängliga på marknaden och den undre storleksgrän- sen bestämes endast av pulverkostnaden.

Det är emellertid möjligt att använda grövre pulver med en ma- ximikornstorlek av 4 mm och i dessa fall är det nödvändigt att använ- da de grovkornigare pulvren med finare pulver i en procentull andel 7316434-5 6 av åtminstone 20 viktprocent för att för blandningen erhålla en sken- bar skrymdensitet av åtminstone 2,7 g/cm3. Å andra sidan'óm granuler eller pelletts skall användas är det nödvändigt att iblanda åtminstone 20 viktprocent av en blandning av pulver och små granuler med en storlek liggande mellan 0,01 och 4 mm, så att man erhåller en slutblandning med en skenbar skrymdensitet av åtminstone 2,6 g/cm3. ' Mot bakgrund av de praktiska och teoretiska informationerna som var tillgängliga före de experiment som ledde till föreliggande upp- finning, syntes den lösning som här föreslagits för de tekniska prob- lem för framställning av stora göt med elektroslaggraffineringstekni- ken vara tveksamma beträffande tillämpningen. En serie överväganden beträffande sintringshastigheter för ej komprimerade metallprodukter, smälthastigheten, som måste vara ganska hög för att kunna tillverka stora göt på för industrin acceptabla tider, mekaniska motståndsför- mâgan hos de sintrade metallprodukterna vid höga temperaturer och be- träffande den termiska och elektriska ledningsförmågan hos den osam- manhängande massan metallpulver, syntes innebära att det föreslagna ovan beskrivna sättet knappast skulle gå att genomföra.

De efterföljande proven visade tvärtom helt oväntat att andra teoretiska effektivare lösningar ej kunde genomföras antingen av eko- nomiska eller tekniska skäl under det att lösningen enligt föreliggan- de uppfinning överraskande fragângsrikt kunde tillämpas såsom det klart framgår av följande exempel för belysande och icke begränsande ändamål.

Exempel I en vattenkyld metallkokill med en diameter pâ 800 mm place- _rades 350 kg slagg med följande viktsammansättning: CaF2 40%; Al2O3 30%; Ca0 24%; MgO 6%.

I denna slagg stack man ned en ihålig metallcylinder 15-20 mm, svars yttre diameter var 500 mm och med en väggtjocklek av 15 mm.

Den nedsänkta änden på cylindern tillslöts med en bottenplatta 100 mm tjock. Cvanför bottenplattan samlades under argoncirkulation ett skikt metallpulver med en maximal kornstorlek svarande mot 0,2 mm och med en höjd varierande från 400 till 500 mm. Analysen för det stål som användes i röret, botten och pulvret, var den följande: C 0,25; Mn 0,50; P 0,01; S 0,009; Si 0,25; Ni 3; Cr 0,30; 02 60 pga,- där resten bestod av Fe och mindre föroreningar.

Den använda 50-periodiska växelströmen hade en spänningJav 50 V 73161134-5 och en strömstyrka av 20 000 A.

Vid fortfarighetstillstånd uppgick slaggens temperatur till 1650-l700°C; elektrodens nedmatningshastighet var omkring 3,3 cm/min. och tillförselhastigheten på pulvret var 500 kg/timme.

I Efter 24 timmar hade man erhållit ett göt som vägde 15 ton och hade följande sammansättning: C 0,27; Mn 0,46; P 0,008; Si 0,13; Ni 3,0; Cr 0,30; S 0,008; 02 50 ppm, där resten bestod av Fe och mindre föroreningar. _ Denna sammansättning syntes vara i huvudsak konstant i längd och tvärsektioner av götet och syntes även vara konstant vad avser de mekaniska egenskaperna hos det framställda stålet.

Föreliggande uppfinning har beskrivits med särskild hänvisning till vissa utföringsformer av densamma men det inses att modifikatio- ner kan införas utan att därför frångå uppfinningens tanke och omfatt- ning.

Claims (12)

7316431445 Patentkrav

1. Sätt vid framställning av metallegeringar i form av stora göt genom smältning under elektriskt ledande slagg, varvid krossat metalliskt material införes iden rörformig avsmältande elektrod, som står i beröring med slaggen och där materialet sintras i elektroden, k ä n n e t eåc k n a t av att temperaturen vid nedsmältningen väl- jes så, att det krossade materialet i ett upptill av en matarplatta tillslutet, vid elektrodänden liggande röravsnitt, som står under 'en, genom gascirkulation alstrad reglerad atmosfär, sintras till ett fortskridande skikt, vars tjocklek är tillräcklig att bära den däröver liggande pelaren av genom en öppning i matarplattan successivt till- fört krossat material och att som krossat material man använder a) pulver med en kornstorlek av upp till 4 m, varvid i den ut- sträckning som kornstorleken går upp till 4 mm för att.uppnå en skrym- vikt på blandningen av minst 2,7 g/cmê, inblandar fint pulver med en andel av*minst 20 vikt-%, eller b) granulat eller pelletts som till minst 20 vikt-% är försat- ta med en pulverblandning, vars kornstorlek uppgår till mellan 0,01 och 4 mm, varvid den färdiga blandningens skrymvikt ligger vid minst 2,6 g/cm3.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att elekt- roden från början i sin nedre del tillslutes med en metallisk botten- vägg, som uppbär ovanförliggande pelare av krossat material, vilken bottenvägg vid processens början avsmältes.

3. Sätt enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att elektroden sänkes med en hastighet av mellan 1 och 10 cm/minut.

4. Sätt enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a t av att elektroden genom påsvetsning av ytterligare elektrod hela ti- den förlängas under processens gång.

5. Sätt enligt något av kraven l - 4, k ä n n edt e c k n a t av att en fortskridande avsmältning och en fortskridande samtidig sint- ring av det krossade materialet uppnås genom uppvärmning av den under elektroden befintliga slaggen och detta genom värmeeffekten på grund av genomgång av växelström eller likström (20 - 100 V; 5 000 - 60 000 A) genom en elektrisk krets, i vilka elektroden och en form som andra elektroder ingår.

6. Sätt enligt något av kraven 1 - 5, k ä n n e t e c k n a t av att matarplattan i den rörformiga elektrodens övre del hålles på konstant avstånd från metallbadets övre yta. J 7316434-5

7. Sätt enligt något av kraven 1 - 5, k ä n n e t e c k n a t av att matarplattan hålles på konstant avstånd från öppningen i formen, i vilken smältförloppet sker. _

8. Sätt enligt något av kraven 1 - 7, k ä n n e t e c k n a t av att mängden krossat material hålles konstant inom röravsnittet ge- nom inställning av materialets tillförselhastighet räknat på elektro- dens sänkhastighet. '

9. Avsmältande rörformig elektrod för framställning av metall- legeringar i form av stora göt under elektriskt ledande slagg enligt sättet i något av kraven l - 8, k ä n n e t e c k n a d av minst ett cylindriskt metallrör (2) för tillförsel av metall där röret har en diameter av 20-90% av diametern på det göt som skall framställas, varvid det avsmälta metallröret är förlängbart genom pâsvetsning av ytterligare rörstycken under processens gång,och av att metallröret (2) i sin nedre del är tillslutet av en metallisk bottenvägg, utgöran- de botten för ett röravsnitt (5) för uppsamling av krossat metalliskt material, varvid detta röravsnitt, som är genomströmbart av en inert gas i sin övre ände, är begränsat av en matarplatta som uppvisar öpp- ningar (ll, 12) för tillförsel av metalliskt krossat material och inert gas.

10. l0. Elektrod enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att antalet metallrör (2) uppgår till ett antal av 1 - 4. 1

11. ll. Elektrod enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att matarplattan (4) består av en skiva, vars diameter är obetydligt mind- re än metallrörets (2) innerdiameter och att matarplattan uppvisar öpp- ningar (ll, 12) med matarventiler, i vilka matarledningar (8, 9) är insatta för det krossade materialet och gasen.

12. Elektrod enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a d av att matarplattan (4) medelst anordningar, som är oberoende av matarled- ningarnas fästanordningar hålles i ett läge, som är stationärt i för- hållande till formens inmatningsöppning resp. ligger inom formen. ÅNFORDÅ PUBLIKATIONER: Sverige potentunsökon 1 947/73,351 764 (H05b 7/06) Storbritannien 1 251 660 US 3 370 119 (13-18)