WO2022038238A1 - Kohlenstoffärmere und kohlenstofffreie elektroden für den einsatz in der stahlmetallurgie - Google Patents

Kohlenstoffärmere und kohlenstofffreie elektroden für den einsatz in der stahlmetallurgie Download PDF

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WO2022038238A1
WO2022038238A1 PCT/EP2021/073075 EP2021073075W WO2022038238A1 WO 2022038238 A1 WO2022038238 A1 WO 2022038238A1 EP 2021073075 W EP2021073075 W EP 2021073075W WO 2022038238 A1 WO2022038238 A1 WO 2022038238A1
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Christos Aneziris
Olena Volkova
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Technische Universität Bergakademie Freiberg
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/06—Electrodes

Definitions

  • inert anodes The concept of inert anodes is closely linked to aluminum metallurgy and in particular to the use of carbon-free anodes in aluminum electrolysis.
  • Aluminum electrolysis is one of the most energy-intensive metallurgical processes with high consumption of carbon anodes.
  • Inert anodes for aluminum smelting electrolysis have been intensively investigated in recent decades, and copper/nickel/iron alloys or their oxides are potential material candidates, e.g. because of their high electrical conductivity and their sufficient corrosion resistance in the aluminum smelting electrolysis bath.
  • Electrodes in particular for electric arc furnaces, with and without carbon are known from the prior art.
  • DE 2520200 A1 discloses graphite carbon electrodes and a method for producing graphitizing electrode coke.
  • DE 102008042499 A1 relates to a method for producing silicon carbide and its use as electrode material for arc reactors.
  • DE 2343504 A1 describes an electrode for electric arc furnaces consisting of a metal jacket filled with a carbonaceous compound containing metal and metal oxides.
  • DE 60209146 T2 discloses an electrode for steel arc furnaces, comprising a pillar body made of graphite or metal-conductive material, with metal pillar bodies being water-cooled.
  • DE 3424510 A1 shows a device for the metallurgical post-treatment of steel with electrodes for heating the melt via an arc, the electrodes being made of low-carbon steel.
  • AT 253900 B relates to an electrode arrangement for electric arc processes with a non-consumable electrode, e.g. made of W with additives such as ThCh, Y2O3, CaO and a liquid-cooled metal holder and an insert in the front end of the holder made of Th, Zr, Sr or La.
  • a non-consumable electrode e.g. made of W with additives such as ThCh, Y2O3, CaO and a liquid-cooled metal holder and an insert in the front end of the holder made of Th, Zr, Sr or La.
  • the disadvantage is that the materials of the electrode arrangement are very expensive.
  • the invention relates to carbon-free electrodes for steel metallurgy, e.g. in electric arc furnaces or ladle furnaces, based on, i.e. containing, a) metal or metals and oxide or oxides, or b) only metal, in which case they are used in combination with water cooling.
  • the invention also relates to low-carbon electrodes for steel metallurgy based on, ie containing, metal or metals and oxide or oxides with additions of carbon and/or SiC and/or B4C and/or TiB2.
  • steel or iron, iron and steel alloys, Cu, Ni, Ti, Mo, W, Ta, Nb and other refractory metals serve as the metal for the carbon-free electrodes.
  • the metal in case b) contains at least one alloying element.
  • the metal or metals is/are selected from steel or iron, iron and steel alloys, Cu, Ni, Ti, Mo, W, Ta, Nb and other refractory metals.
  • the oxides used are MgO, CaO, Al2O3, MgAhO4, ZrÜ2 and combinations thereof, e.g. calcium aluminates.
  • the oxide or oxides is selected from MgO, CaO, Al2O3, MgAhO4, ZrO2 and combinations thereof, e.g. calcium aluminates
  • oxide additives such as TiO2, SiO2 are used for the oxides.
  • the oxide or oxides contain other oxide additives such as TiO2, SiO2.
  • TiO2 advantageously serves as a spinel former and supports the formation of the passivation layer.
  • the lower carbon electrodes are based on metal or metals and oxide or oxides with additions of carbon and/or SiC and/or B4C and/or TiB2.
  • the composite or material composites are sintered in a reduced or protected (e.g. argon) atmosphere.
  • metal/metals and oxide/oxides are sintered in a reduced or protected (e.g., argon) atmosphere to form a composite.
  • a reduced or protected atmosphere e.g., argon
  • the composite or material composites are sintered in a reduced or protected (e.g. argon) atmosphere and subsequently, preferably thermally, particularly preferably in a temperature range of 700 up to 1400 °C, oxidized in an oxygen-rich atmosphere or air.
  • a reduced or protected atmosphere e.g. argon
  • this oxidation leads to the formation of passivation layers, among other things, through the formation of spinels or mixed spinels from the oxides of the metals and their alloying elements with the oxides present in the mixture, e.g. based on MgO, CaO, Al2O3, MgAhO4, ZrÜ2 etc.
  • the electrodes therefore have passivation layers containing spinels or mixed spinels.
  • the spinels or mixed spinels are formed from the oxides of the metal(s) and their alloying elements and the oxides present.
  • a metallic lattice structure or a metallic wire or a metallic lattice fabric or a metallic paper or a metallic foil or a metallic sponge is coated or impregnated with a ceramic mass based on MgO, CaO, Al2O3, MgAhO4, ZrÜ2 and binds with the help of common binders from the refractory industry, such as. eg according to the invention cement, calcium aluminate cements, phosphates, phenolic resins (novolake or resols), aluminum or magnesium hydroxides, Alpha Bond etc.
  • the electrode/material composite made of metal or metals and oxide or oxides can be present as a solid or hollow component.
  • the electrode/material composite made of metal or metals and oxide or oxides can be in the form of a hollow cylinder component in order to supply gases or other solid additives during the metallurgical process.
  • the electrode material composite made of metal or metals and oxide or oxides can be present as a hollow cylinder component in order to supply and ignite gases during the metallurgical process in order to generate plasma.
  • the electrode material composite of metal or metals and oxide or oxides in embodiments also an electrode according to the invention, can advantageously react chemically in a targeted manner with the melt of slag and/or metal and the slag oxides when used in steel metallurgy, for example in the electric arc furnace or ladle furnace to control the chemistry of the slag.
  • the metal from the electrode can oxidize and supply slag-forming agents or necessary reagents in a targeted manner.
  • the subject matter of the invention is also a process for the production of carbon-free and/or low-carbon electrodes for steel metallurgy for applications in electric arc furnaces or treatment ladles, the electrodes being made of metal or metals and oxide or oxides, or only metal in combination with water cooling, comprising at least the Steps a) providing a metal base body, comprising at least one metal, the shape of the base body being selected from a metal wire, metal grid, metal mesh fabric, metal paper, a metal foil and/or a metal sponge, b) coating the metal base body with a ceramic mass containing metal oxides, the metal oxides being selected from MgO, CaO, AbOs, MgAhO4 and/or ZrÜ2 and/or mixtures of these, preferably with the addition of a binder to the ceramic mass, the binder being selected from cement, calcium aluminate -Cements, phosphates, phenolic resins (novolaks or resols), aluminum and/or magnesium hydroxides
  • the metal of the metallic base body is selected from steel, iron, iron alloys, steel alloys, Cu, Ni, Ti, Mo, W, Ta, Nb and/or other refractory metals.
  • the ceramic mass also contains oxide additives such as TiO 4 , SiO 2 .
  • the ceramic mass additionally contains carbon and/or SiC and/or B4C and/or TiB2 for the production of low-carbon electrodes.
  • the electrode material composite is a solid or hollow component.
  • the electrode material composite is a solid or hollow component that is designed to supply gases or other solid additives during the metallurgical process.
  • the electrode composite is a solid or hollow component configured to deliver and ignite gases during the metallurgical process to generate plasma.
  • the electrode material composite of metal or metals and oxide or oxides reacts chemically in a targeted manner with the melt of slag and/or metal and supplies the slag with oxides to control the chemistry of the slag or oxidizes the metal from the electrode and supplies slag-forming substances in a targeted manner or necessary reagent to.
  • the low-carbon or carbon-free electrodes are ecologically particularly advantageous, since their production and use do not require any carbon or release it in the form of gases that are harmful to the environment.
  • a densely wound steel grid is inserted in a castable of MgO, dolomite and 5% calcium aluminate cement. After setting, the composite material is fired at 1300 °C under an argon protective gas and then oxidized at above 750 °C in an air atmosphere.
  • the composite material can be used as an electrode material.
  • a tightly wound steel grid is coated with a fine-grain slip based on Fe/Ni, dried and then sintered between 800 and 950°C in an argon protective gas and then oxidized at above 750°C.
  • the coated steel grid is then introduced into a casting compound made from MgO, dolomite and 5% calcium aluminate cement. After setting, thermal heat treatment takes place in an air atmosphere above 800°C.

Abstract

Die Erfindung betrifft kohlenstofffreie Elektroden für die Stahlmetallurgie z.B. im Elektrolichtbogenofen oder Pfannenofen auf der Basis von Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden oder nur Metall in Kombination in diesem Fall mit Wasserkühlung offenbart. Weiterhin werden erfindungsgemäß kohlenstoffärmere Elektroden für die Stahlmetallurgie auf der Basis von Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden mit Zusätzen auf Kohlenstoff und/oder SiC und/oder B4C und/oder TiB2 offenbart.

Description

Kohlenstoffärmere und kohlenstofffreie Elektroden für den Einsatz in der Stahlmetallurgie
Der Begriff von inerten Anoden ist eng mit der Aluminiummetallurgie und insbesondere mit dem Einsatz von kohlenstofffreien Anoden bei der Aluminiumschmelzflusselektrolyse verbunden. Die Aluminiumschmelzflusselektrolyse ist einer der energieintensivsten, metallurgischen Prozesse mit hohem Verbrauch an Kohlenstoffanoden. Inerte Anoden für die Aluminiumschmelzflusselektrolyse werden u.a. in den letzten Jahrzenten intensiv untersucht und Kupfer/Nickel/Eisen-Legierungen bzw. ihre Oxide sind potenzielle Werkstoffkandidaten u.a. wegen der hohen elektrischen Leitfähigkeit als auch wegen ihrer ausreichenden Korrosionsbeständigkeit im Bad der Aluminiumschmelzflusselektrolyse.
Weltweit werden ca. 40 % des Rohstahls im Elektrolichtbogenofen hergestellt. Durch die größere Bedeutung der Eisenschwammmetallurgie als Ersatz der Hochofentechnologie wird der Elektrolichtbogenofen immer mehr im Fokus stehen. Diese Art Entwicklungen bei der Elektrostahlerzeugung sind und werden insbesondere von der Energiebereitschaft und Energieeffizienz sowie der Rohstoffverfügbarkeit und Produktivität getrieben. Die bisherigen Elektrodenmaterialien basieren auf dem Werkstoff Kohlenstoff mit allen seinen wirtschaftlichen und funktionstechnischen Vorteilen (elektrische Leitfähigkeit, chemische Energiebeiträge etc.), allerdings mit der Umweltproblematik der CCh-Generierung. Die Reduzierung von Kohlenstoff, aber insbesondere der Verzicht auf Kohlenstoff bei den Elektroden in der Stahlmetallurgie im Sinne einer neuen Generation von inerten Elektroden, steht im Vordergrund dieser Erfindung. Aus dem Stand der Technik sind Elektroden, insbesondere für Lichtbogenöfen, mit und ohne Kohlenstoff bekannt.
DE 2520200 A1 offenbart Kohleelektroden aus Graphit und ein Verfahren zur Herstellung von graphitbildenden Elektrodenkoks.
DE 102008042499 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Siliziumkarbid und dessen Verwendung als Elektrodenmaterial für Lichtbogenreaktoren.
DE 2343504 A1 beschreibt eine Elektrode für Lichtbogenöfen aus einem Blechmantel gefüllt mit einer kohlenstoffhaltigen Masse, die Metall und Metalloxide enthält. DE 60209146 T2 offenbart eine Elektrode für Stahl-Lichtbogenöfen, umfassend einen Säulenkörper aus Graphit oder metall-leitendem Material, wobei bei metallischen Säulenkörpern dieser wassergekühlt ist.
DE 3424510 A1 zeigt eine Vorrichtung zur metallurgischen Nachbehandlung von Stahl mit Elektroden zur Aufheizung der Schmelze über einen Lichtbogen, wobei die Elektroden aus kohlenstoffarmen Stahl bestehen.
AT 253900 B betrifft eine Elektrodenanordnung für elektrische Lichtbogenverfahren mit einer nicht verbrauchenden Elektrode, z.B. aus W mit Zusätzen wie ThCh, Y2O3, CaO und einem flüssigkeitsgekühlten Halter aus Metall und einem Einsatz im vorderen Ende des Halters aus Th, Zr, Sr oder La. Nachteilig sind die Materialien der Elektrodenanordnung sehr teuer.
Gegenstand der Erfindung sind kohlenstofffreie Elektroden für die Stahlmetallurgie z.B. im Elektrolichtbogenofen oder Pfannenofen auf der Basis von, also enthaltend, a) Metall oder Metalle und Oxid oder Oxide, oder b) nur Metall, wobei sie in diesem Fall in Kombination mit Wasserkühlung angewendet werden.
Gegenstand der Erfindung sind auch kohlenstoffärmere Elektroden für die Stahlmetallurgie auf der Basis von, also enthaltend Metall oder Metalle und Oxid oder Oxide mit Zusätzen aus Kohlenstoff und/oder SiC und/oder B4C und/oder TiB2.
Erfindungsgemäß dienen bei den kohlenstofffreien Elektroden als Metall Stahl oder Eisen, Eisen- und Stahllegierungen, Cu, Ni, Ti, Mo, W, Ta, Nb und weitere Refraktäre Metalle.
In Ausführungsformen enthält das Metall Im Fall b) mindestens ein Legierungselement.
In Ausführungsformen ist das Metall oder die Metalle ausgewählt aus Stahl oder Eisen, Eisen- und Stahllegierungen, Cu, Ni, Ti, Mo, W, Ta, Nb und weitere Refraktäre Metalle.
Erfindungsgemäß dienen als Oxide MgO, CaO, AI2O3, MgAhO4, ZrÜ2 und deren Kombinationen, z.B. Calciumaluminate.
In Ausführungsformen ist das Oxid oder die Oxide ausgewählt aus MgO, CaO, AI2O3, MgAhO4, ZrÜ2 und deren Kombinationen, z.B. Calciumaluminate
In Ausführungsformen dienen zu den Oxiden weitere Oxidzusätze wie z.B. TiÜ2, SiÜ2. In Ausführungsformen enthalten das Oxid oder die Oxide weitere Oxidzusätze wie z.B. TiÜ2, SiÜ2. Vorteilhaft dient TiO2 als Spinellbildner und unterstützt die Bildung der Passivierungsschicht.
In Ausführungsformen basieren die kohlenstoffärmeren Elektroden auf Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden mit Zusätzen aus Kohlenstoff und/oder SiC und/oder B4C und/oder TiB2.
Erfindungsgemäß bei den kohlenstofffeien Elektroden auf der Basis von Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden werden nach der Urformgebung, die Verbund- bzw. Werkstoffverbunde in reduzierter oder geschützter (z.B. Argon) Atmosphäre gesintert.
In Ausführungsformen sind Metall/Metalle und Oxid/Oxide ein in reduzierter oder geschützter (z.B. Argon) Atmosphäre gesintert zu einem Verbund bzw. Werkstoffverbund.
Erfindungsgemäß bei den kohlenstofffeien Elektroden auf der Basis von Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden werden nach der Urformgebung, die Verbund- bzw. Werkstoffverbunde in reduzierter oder geschützter (z.B. Argon) Atmosphäre gesintert und nachträglich, bevorzugt thermisch, besonders bevorzugt in einem Temperaturbereich von 700 bis 1400 °C, in sauerstoffreicher Atmosphäre oder Luft aufoxidiert.
Erfindungsgemäß führt diese Aufoxidation zur Bildung von Passivierungsschichten u.a. durch die Bildung von Spinellen oder Mischspinellen aus den Oxiden der Metalle und deren Legierungselementen mit den in der Mischung vorhandenen Oxiden, z.B. auf der Basis von MgO, CaO, AI2O3, MgAhO4, ZrÜ2 etc.
Erfindungsgemäß weisen die Elektroden deshalb Passivierungsschichten, enthaltend Spinelle oder Mischspinelle, auf.
In Ausführungsformen sind die Spinelle oder Mischspinelle aus den Oxiden des Metalls/der Metalle und deren Legierungselementen und den vorhandenen Oxiden gebildet.
Erfindungsgemäß wird eine metallische Gitterstruktur oder ein metallischer Draht oder ein metallisches Gittergewebe oder ein metallisches Papier oder eine metallische Folie oder ein metallischer Schwamm mit einer keramischen Masse auf der Basis von MgO, CaO, AI2O3, MgAhO4, ZrÜ2 beschichtet oder getränkt und bindet mit der Hilfe von gängigen Bindemitteln aus der Feuerfestindustrie, wie. z.B. erfindungsgemäß Zement, Calciumaluminat-Zemente, Phosphate, Phenolharze (Novolake oder Resole), Aluminium- oder Magnesiumhydroxide, Alpha- Bond etc. ab.
Erfindungsgemäß kann der Elektroden- Werkstoffverbund aus Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden als Voll- oder Hohlbauteil vorliegen.
Erfindungsgemäß kann der Elektroden- Werkstoffverbund aus Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden als Hohlzylinderbauteil vorliegen, um Gase oder weitere Feststoffzusätze während des metallurgischen Prozesses zuzuführen.
Erfindungsgemäß kann der Elektroden-Werkstoffverbund aus Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden als Hohlzylinderbauteil vorliegen, um Gase während des metallurgischen Prozesses zu zuführen und zu zünden, um Plasma zu generieren.
Vorteilhaft kann der Elektroden-Werkstoffverbund aus Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden, in Ausführungsformen auch eine erfindungsgemäße Elektrode, bei deren Verwendung in der Stahlmetallurgie z.B. im Elektrolichtbogenofen oder Pfannenofen, gezielt chemisch mit der Schmelze aus Schlacke und/oder Metall reagieren und der Schlacke Oxide zur Steuerung der Chemie der Schlacke zuzuführen. In Ausführungsformen kann das Metall aus der Elektrode aufoxidieren und gezielt Schlackenbildner oder notwendige Reagens zuführen.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung Kohlenstofffreier und/oder kohlenstoffarmer Elektroden für die Stahlmetallurgie für Anwendungen in Elektrolichtbogenofen oder Behandlungspfannen, wobei die Elektroden aus Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden, oder nur Metall in Kombination mit Wasserkühlung, bestehen, mindestens umfassend die Schritte a) Bereitstellen eines metallischen Grundkörpers, umfassend mindestens ein Metall, wobei die Form des Grundkörpers ausgewählt ist aus einem metallischen Draht, metallischen Gitter, metallischen Gittergewebe, metallischen Papier, einer metallischen Folie und/oder eines metallischen Schwamms, b) Beschichtung des metallischen Grundkörpers mit einer keramischen Masse, enthaltend Metalloxide, wobei die Metalloxide ausgewählt sind aus MgO, CaO, AbOs, MgAhO4, und/oder ZrÜ2 und/oder Mischungen dieser, bevorzugt unter Zusatz eines Bindemittels zur keramischen Masse, wobei das Bindemittel ausgewählt ist aus Zement, Calciumaluminat-Zemente, Phosphate, Phenolharze (Novolake oder Resole), Aluminium- und/oder Magnesiumhydroxide, Alpha-Bond und/oder Mischungen dieser, und Abbinden der keramischen Masse zum Erhalt eines beschichteten Grundkörpers> c) Sintern des beschichteten Grundkörpers unter Schutzatmosphäre, bevorzugt bei Temperaturen von 800 bis 1300 °C, d) Aufoxidation des gesinterten Elektroden-Werkstoffverbunds, bevorzugt bei 700 bis 1400 °C, in sauerstoffreicher Atmosphäre.
In Ausführungsformen ist das Metall des metallischen Grundkörpers ausgewählt ist aus Stahl, Eisen, Eisenlegierungen, Stahllegierungen, Cu, Ni, Ti, Mo, W, Ta, Nb und/oder weiteren Refraktären Metallen.
In Ausführungsformen enthält die keramische Masse zusätzlich Oxidzusätze wie z.B. TiO^, SiO2.
In Ausführungsformen ist für die Herstellung kohlenstoffarmer Elektroden zusätzlich Kohlenstoff und/oder SiC und/oder B4C und/oder TiB2 in der keramischen Masse enthalten.
In Ausführungsformen ist der Elektroden-Werkstoffverbund ein Voll- oder Hohlbauteil.
In Ausführungsformen ist der Elektroden-Werkstoffverbund ein Voll- oder Hohlbauteil, welches ausgestaltet wird, um Gase oder weitere Feststoffzusätze während des metallurgischen Prozesses zuzuführen.
In Ausführungsformen ist der Elektroden-Werkstoffverbund ein Voll- oder Hohlbauteil, welches ausgestaltet wird, um Gase während des metallurgischen Prozesses zuzuführen und zu zünden, um Plasma zu generieren.
Vorteilhaft reagiert der Elektroden-Werkstoffverbund aus Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden gezielt chemisch mit der Schmelze aus Schlacke und/oder Metall und führt der Schlacke Oxide zur Steuerung der Chemie der Schlacke zu bzw. oxidert das Metall aus der Elektrode auf und führt gezielt Schlackenbildner oder notwendiges Reagens zu.
Vorteilhaft sind die kohlenstoffarmen oder kohlenstofffreien Elektroden ökologisch besonders vorteilhaft, da durch ihre Herstellung und Verwendung kein Kohlenstoff gebraucht oder in Form klimaschädlicher Gase freigesetzt wird.
Für die Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche zu kombinieren. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleich wirkenden Ausführungsformen. Ferner ist die Erfindung auch nicht auf die speziell beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein, sofern sich die Einzelmerkmale nicht gegenseitig ausschließen, oder eine spezifische Kombination von Einzelmerkmalen nicht explizit ausgeschlossen ist.
Erfindungsgemäßes Beispiel 1
Ein dicht gewickeltes Stahlgitter wird in einer Gießmasse aus MgO, Dolomit und mit 5 % Calciumaluminat-Zement eingeführt. Nach der Abbindung wird der Werkstoffverbund bei 1300 °C unter Schutzgas Argon gebrannt und anschließend oberhalb 750 °C in Luftatmosphäre aufoxidiert. Der Werkstoffverbund kann als Elektrodenmaterial eingesetzt werden.
Erfindungsgemäßes Beispiel 2
Ein dicht gewickeltes Stahlgitter wird mit einem feinkörnigen Schlicker auf Basis von Fe/Ni beschichtet, getrocknet und anschließend zwischen 800 bis 950°C in Schutzgas Argon gesintert und dann oberhalb 750 °C aufoxidiert. Anschließend wird das beschichtete Stahlgitter in einer Gießmasse aus MgO, Dolomit und mit 5 % Calciumaluminat-Zement eingeführt. Nach der Abbindung erfolgt eine thermische Wärmebehandlung in Luftatmosphäre oberhalb 800°C.

Claims

7 Patentansprüche
1. Kohlenstofffreie und/oder kohlenstoffärmere Elektroden für die Stahlmetallurgie für Anwendungen in Elektrolichtbogenofen oder Behandlungspfannen, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden auf a) Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden, oder b) nur Metall basieren, wobei sie in Fall b) in Kombination mit Wasserkühlung angewendet werden, wobei die Elektroden Passivierungsschichten, enthaltend Spinelle oder Mischspinelle aufweisen.
2. Elektroden für die Stahlmetallurgie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoffärmeren Elektroden für die Stahlmetallurgie auf Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden mit Zusätzen aus Kohlenstoff und/oder SiC und/oder B4C und/oder TiB2 basieren.
3. Elektroden für die Stahlmetallurgie nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Metall oder die Metalle ausgewählt sind aus Stahl oder Eisen, Eisen- und Stahllegierungen, Cu, Ni, Ti, Mo, W, Ta, Nb und weiteren Refraktären Metallen.
4. Elektroden für die Stahlmetallurgie nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxid oder die Oxide ausgewählt sind aus MgO, CaO, AI2O3, MgAhO4, ZrÜ2 und deren Kombinationen.
5. Elektroden für die Stahlmetallurgie nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Oxiden weitere Oxidzusätze wie z.B. TiÜ2, SiÜ2 zugegeben sind.
6. Elektroden für die Stahlmetallurgie nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Urformgebung, die Verbund- bzw. Werkstoffverbunde in reduzierter oder geschützter (z.B. Argon) Atmosphäre gesintert werden.
7. Elektroden für die Stahlmetallurgie nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Urformgebung, die Verbund- bzw. Werkstoffverbunde in reduzierter oder geschützter (z.B. Argon) Atmosphäre gesintert und nachträglich in einem 8
Temperaturbereich von bevorzugt 700 bis 1400 °C in sauerstoffreicher Atmosphäre oder Luft aufoxidiert werden. Elektroden für die Stahlmetallurgie nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufoxidation zur Bildung von Passivierungsschichten führt, u.a. durch die Bildung von Spinellen oder Mischspinellen aus den Oxiden der Metalle und deren Legierungselementen mit den vorhandenen Oxiden in der Mischung, z.B. auf der Basis von MgO, CaO, AI2O3, MgAhO4, ZrÜ2. Elektroden für die Stahlmetallurgie nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine metallische Gitterstruktur oder ein metallischer Draht oder ein metallisches Gittergewebe oder ein metallisches Papier oder ein metallische Folie oder Kombinationen von den vorhandenen Strukturen mit einer keramischen Masse auf der Basis von MgO, CaO, AI2O3, MgAhO4, ZrÜ2 beschichtet oder getränkt werden und mit Hilfe von gängigen Bindemitteln aus der Feuerfestindustrie in der keramischen Masse abgebunden werden. Elektroden für die Stahlmetallurgie nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel Zement, Calciumaluminat-Zemente, Phosphate, Phenolharze (Novolake oder Resole), Aluminium- oder Magnesiumhydroxide, Alpha-Bond dienen. Elektroden für die Stahlmetallurgie nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroden-Werkstoffverbund aus Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden als Voll- oder Hohlbauteil vorliegt. Elektroden für die Stahlmetallurgie nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroden-Werkstoffverbund aus Metall oder Metalle und Oxid oder Oxide als Hohlzylinderbauteil vorliegt, um Gase oder weitere Feststoffzusätze während des metallurgischen Prozesses zuzuführen. Elektroden für die Stahlmetallurgie nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroden-Werkstoffverbund aus Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden als Hohlzylinderbauteil vorliegt, um Gase während des metallurgischen Prozesses zu zuführen und zu zünden, um Plasma zu generieren. Verwendung von Elektroden für die Stahlmetallurgie nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroden-Werkstoffverbund aus Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden gezielt chemisch mit der Schmelze aus Schlacke und/oder Metall 9 reagiert und der Schlacke Oxide zur Steuerung der Chemie der Schlacke zuführt bzw. das Metall aus der Elektrode aufoxidiert und gezielt Schlackenbildner oder notwendige Reagens zuführt. Verfahren zur Herstellung Kohlenstofffreier und/oder kohlenstoffarmer Elektroden für die Stahlmetallurgie für Anwendungen in Elektrolichtbogenofen oder Behandlungspfannen, wobei die Elektroden aus Metall oder Metallen und Oxid oder Oxiden, oder nur Metall in Kombination mit Wasserkühlung, bestehen, mindestens umfassend die Schritte a) Bereitstellen eines metallischen Grundkörpers, umfassend mindestens ein Metall, wobei die Form des Grundkörpers bevorzugt ausgewählt ist aus einem metallischen Draht, metallischen Gitter, metallischen Gittergewebe, metallischen Papier, einer metallischen Folie und/oder eines metallischen Schwamms, b) Beschichtung des metallischen Grundkörpers mit einer keramischen Masse, enthaltend Metalloxide, wobei die Metalloxide bevorzugt ausgewählt sind aus MgO, CaO, AbOs, MgAhO4, und/oder ZrÜ2 und/oder Mischungen dieser, bevorzugt unter Zusatz eines Bindemittels zur keramischen Masse, wobei das Bindemittel bevorzugt ausgewählt ist aus Zement, Calciumaluminat-Zemente, Phosphate, Phenolharze (Novolake oder Resole), Aluminium- und/oder Magnesiumhydroxide, Alpha-Bond und/oder Mischungen dieser, und Abbinden der keramischen Masse zum Erhalt eines beschichteten Grundkörpers, c) Sintern des beschichteten Grundkörpers unter Schutzatmosphäre, d) Aufoxidation des gesinterten Elektroden-Werkstoffverbunds in sauerstoffreicher Atmosphäre. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall des metallischen Grundkörpers ausgewählt ist aus Stahl, Eisen, Eisenlegierungen, Stahllegierungen, Cu, Ni, Ti, Mo, W, Ta, Nb und/oder weiteren Refraktären Metallen. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die keramische Masse zusätzlich Oxidzusätze wie z.B. TiÜ2, SiÜ2 enthält. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung kohlenstoffarmer Elektroden zusätzlich Kohlenstoff und/oder SiC und/oder B4C und/oder TiB2 in der keramischen Masse enthalten ist. 10 Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroden-Werkstoffverbund ein Voll- oder Hohlbauteil ist, welches vorzugsweise ausgestaltet wird, um Gase oder weitere Feststoffzusätze während des metallurgischen Prozesses zuzuführen und/oder welches ausgestaltet wird, um Gase während des metallurgischen Prozesses zuzuführen und zu zünden, um Plasma zu generieren.
PCT/EP2021/073075 2020-08-21 2021-08-19 Kohlenstoffärmere und kohlenstofffreie elektroden für den einsatz in der stahlmetallurgie WO2022038238A1 (de)

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