DE2116038C3 - Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Blöcken und Vorrichtungen zu dessen Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrometallurgie, insbesondere auf ein Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Blöcken und Vorrichtungen zu dessen Durchführung, bei dem nicht abschmelzende, gekühlte Metallelektroden verwendet werden. Dieses Verfahren kann beim Erzeugen von Stählen und Legierungen verwendet werden.

Es ist ein Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Blöcken mittels Gleich- und Wechselstrom unter Verwendung von nicht abschmelzenden Graphit- oder Silitelektroden bekannt. Praktisch unterliegen jedoch Graphit- und Silitelektroden einem Abbrand, da sie sich während des Elektroschlacke-Umschmelzprozesses unter dem Einfluß hoher Temperaturen und der chemischen Wirkung der Schlacke nach und nach auflösen, wobei sie die Schlackenschmelüe durch Fremdeinschlüsse, d.h. durch Losungsprodukte der Elektroden, verunreinigen. Dies hat zur Folge, daß beim Umschmelzen von Metallen letztere mit Kohlenstoff, Silizium und auch anderen schädlichen Beimengungen wie Schwefel- Phosphor u.a. angereichert werden, wodurch die Qualität des

Blockmetalls vermindert wird. _{A a} . ■

Versuchsergebnisse haben gezeigt, daß beim Durchführen des Elektroschlacke-Umschmelzprozesses zum Umschmelzen von Metallen mittels Gleichstrom bei negativer Polung gekühlte Metall-

elektroden als nicht abschmelzende Elektroden am effektvollsten verwendet werden. Dies verhindert, daß das umgeschmolzene Metall mit schädlichen Beimengungen angereichert wird.

Derartige Metallelektroden werden jedoch, msbe-

is sondere bei Verwendung von Wechselstrom- und von Gleichstrom positiver Polung, elektrochemisch zerstört was ebenfalls eine Verunreinigung der Schmelze durch Fremdbestandteile sowie auch einen vorzeitigen Abbrand der Elektrode selbst zur Folge hat

ao Derselbe Nachteil ist beim Gießen von hohlen Rohlingen vorhanden. In diesem Falle wird die gekühlte Metallelektrode, insbesondere der lochbildende Dorn, durch den der Rohlings-Innenraum geformt wird, ebenfalls elektrochemisch zerstört.

Bei der Schmelznußelektrolyse für die Herstellung von Aluminium ist es aus der deutschen Auslegeschrift 1 483 346 bekannt, den Abbrand von ungekuhlten Kohleelektroden durch den bei der Schmelzflußelektrolyse entstehenden Sauerstoff dadurch zu vermin-

dem daß poröse Elektroden verwendet werden, in die während der Elektrolyse ein inertes Gas mit einem solchen Druck eingeblasen wird, daß das Gas an der eingetauchten Oberfläche durch die Poren auszutreten beginnt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Blöcken zu entwickeln und Vorrichtungen zu dessen Durchführung zu schaffen, die es verhindern, daß nicht abschmelzende, gekühlte Me-

tallelektroden elektrochemisch zerstört werden, und die es dadurch ermöglichen, deren Standzeit zu verlängern sowie auch umgeschmolzenes Metall mit größerer Reinheit zu erhalten.

Dies wird dadurch gelöst, daß beim Elektro-

schlacke-Umschmelzen von Blöcken unter Verwendung nicht abschmelzender geküßter Metallelektroden erfindungsgemäß der in die Schmelze eingetauchte Teil der nicht abschmelzenden Metallelektrode von unter Druck stehenden Gasströmen

umspült wird, deren Druck über dem hydrostatischen Druck liegt, der der Eintauchtiefe der Elektrode in die Schmelze entspricht. Dies verhindert, daß die gekühlten Metallelektroden elektrochemisch zerstört

werden.

Bei der Vorrichtung zum Durchführen des erfin-

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dungsgemäßen Verfahrens, die eine nicht abschmelzende gekühlte Metallelektrode enthält, welche im in die Schmelze eingetauchten lilektrodenteil öffnungen besitzt, sind erfindungsgemäß auf der Stirnflüche

dieses Elektrodenteils Rillen ausgeführt, welche den Strom der Gasblasen, die aus den Elektrodenöffnungen austreten, über die ganze Oberfläche des eingetauchten Elektrodenteils leiten, wodurch dessen chemische Zerstörung verhindert wird.

Zweckmäßigerweise wird die Oberfläche des in die Schmelze eingetauchten, stirnseitigen Teils der nicht abschmelzenden Elektrode sphärisch ausgebildet. Hierdurch wird ein zügiges Umspülen durch Gas-

ströme, welche eine Schutzhüüe bilden, des ganzen in die Schmelze eingetauchten Teils der gekühlten Metallelektrode sichergestellt.

Zum Schmelzen von Hohlblöcken wird eine Vorrichtungsvariante vorgeschlagen, die einen gekühlten hohlraumbildenden Metalldorn zum Formen des Innenraums der Blöcke besitzt, welcher als nicht abschmelzende Elektrode verwendet wird, wobei erfindungsgemäß bei dieser Vorrichtung in den Wänden des hohlraumbildenden Doms in der Höhe der Metall- und Schlackenschmelze Kanäle mit öffnungen für dit Gaszuleitung ausgeführt sind.

Die Kanäle mit öffnungen in den Wänden des hohlraumbildenden Doms können tangential zu seiner Achse angeordnet sein. Dies begünstigt das Verlängern des Wegs, welchen die die Schutzhülle erzeugenden Gasblasen längs der Oberfläche des in die Schmelze eingetauchten Teils des nicht abschmelzenden, hohlraumbildenden Doms zurücklegen.

Nachstehend werden zum bessei in Verständnis des Wesens der Erfindung Beispiele von Vorrichtungen ium Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens untei Hinweis auf erläuternde Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die Gesamtansicht der Vorrichtung zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Blöcken,

F i g. 2 die Ansicht von unten auf die nicht abschmelzende, gekühlte Metallelektrode,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie IH-III der Fig. 2, F i g. 4 die Gesamtansicht der Vorrichtung zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Hchlblöcken, und

Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V dei Fig 4.

Es wird die Durchführung des erfindungsgemäßen

Verfahrens an Hand von konkreten Beispielen mit

Vorrichtungen zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Blöcken betrachtet.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. enthalt die Vorrichtung zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Blöcken eine gekühlte Kokille 1 und eine ebenfalls gekühlte Untersatzplatte 2, eine gekühlte nicht abschmelzende Metallelektrode 3 und Abschmelzelektroden 4. Der Teil der nicht abschmelzenden Metallelektrode 3, der in das Schlackenbad 5 eingetaucht ist, besitzt öffnungen 6 und Rillen 7 (Fig. 1, 2, 3 Die Vorrichtung wird von einer Stromquelle 8 au ν die zwischen der nicht abschmelzenden Metallelektrode 3 und Umersatzplatte 2 geschaltet ist, gespeist.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Vor Beginn des Elektroschlacke-Umschmelzprozesses wird die nicht abschmelzende Metallelektrode 3 in die Kokille 1 gesetzt sowi^ Kühlflüssigkeit 9 und Gas 10 (oder ein Gasgemisch) in die Elektrode 3 geleitet. In die Kokille 1 wird geschmolzene Schlacke gegossen, welche das Schlackenbad 5 bildet. Gas 10 tritt aus den öffnungen 6 in der rieht abschmelzenden Metallelektrode 3 aus und gelangt in Form von einzelnen Gasblasen 11 in die Zone des Schlackenbads 5, die direkt an die nicht abschmelzende Metallelektrode 3 angrenzt, wobei eine Gashülle gebildet wird, welche die nicht abschmelzende Metallelektrode 3 gegen elektrochemische Zerstörung schützt. Hierbei werden die Gasblasen 11 gleichmäßig mit Hilfe der Rillen 7 über die Oberfläche des Teils der Metallelektrode 3 verteilt, der ins Schlackenbad 5 eingetaucht ist. Dann wird Spannung ari die nicht abschmelzende Metallelektrode 3 und ap die Untersatzplatte 2gelegt, die von der Wechsel- oder Gleichsuomspeisequelle 8 erhalten wird. Danach werden die Abschmelzelektroden 4 in das Schlackenbad eingeführt. Es begüuu, sobald die unteren Stirnflächen der Abschmelzelektrode 4 das Schlackenbad 5 berühren, das Abschmelzen derselben. Flüssiges Metall, das beim Schmelzen der Abschmelzelektrode 4 entsteht, fließt in die Kokille 1 und formt den Block 12. Die Abschmelzelektroden 4 können als verschiedenartig geformte Stangen aus Stählen und Legierungen ausgeführt werden. Sie können auch aus Stangen bestehen, die durch Pressen oder Sintern von Pulvern und anderen stückigen Werkstoffen erhalten werden.

Die Oberfläche des Stiruteils der nicht abschmelzenden Metallelektrode 3, der in das Schlackenbad 5 eingetaucht ist, hat sphärische oder eine beliebige andere krummlinige Form, wodurch erreicht wird, daß ao die Gasblasen 11 den ganzen in die Schmelze eingetauchten Teil der nicht abschmelzenden Metallelektrode 3 zügig umspülen.

Eine andere Vorrichtungsvariante, die zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Hohlblöcken bestimmt ist, enthält ebenfalls eine gekühlte Kokille 13 (Fig. 4) und eine gekühlte Untersatzplatte 14 mit einer öffnung, eine Abschmelzelektrode 15 und einen gekühlten hohlraumbildenden Dorn 16, der zum For men des Innenraums des Ftlocks 17 dient und der als nicht abschmelzende Elektrode verwendet wird.

In den Wänden des hohlraumbildenden Doms 16 sind in Höhe des Metallbads 18 und des Schlackenbads 19 Kanäle 20 mit öffnungen 21 vorgesehen, über die Gas aus dem Gasverieiler 22 zugeführt wird. Die Kanäle 20 mit den öffnungen 21 sind in den Wänden des hohlraumbildenden Dorns 16 (Fig. 5) tangential zu seiner Achse angeordnet

Außerdem ist aus Fig 4 die Stromquelle 23 ersichtlich, die zwischen Abschmelzelektrode 15 und hohlraumbildendem Dorn 16 geschaltet ist. Eine solche Vorrichtung arbeitet analog der oben beschriebenen Vorrichtung. Der einzige Unterschied besteht darin, daß während des ganzen Schmelzens des Hohlblocks 17 der hohlraumbildende Dorn 16 relativ zur Kokille 13 und dem Untersatz 14 mit auf ihm aufliegendem, aufgeschmelzenem Block 17 eine Bewegung ausführt, deren Geschwindigkeit ungefähr gleich der Aufsteiggeschwindigkeit des Schlackenbads 19 ist.

Bei den beschriebenen Durchführungsbeispielen des erfindungsgemaßen Verfahrens befinden sich die Gasströme, welche den in die Schmelze eingeiauchten Elektrodenteil umspulen, unter einem Druck, der nicht geringer als der hydrostatische Druck ist, welcher durch die Schmelzensäule erzeugt wird, deren Höhe gleich der Länge des in die Schmelze eingetauchten Teils der nicht abschmelzenden Metallelektrode ist. Als Gasstrom können inerte Gase. z. B. Helium. Argon sowie auch andere Gase. Reaktionsmittel und Gas-Pulver-Gemische, verwendet werden. Sind aber in der Schmelze Konvektionsströme vorhanden, so wird der in die Schmelze eingetauchte Teil der nicht abschmelzenden Elektrode von Gasströmen umspült, deren Druck den hydrostatischen Druck unterschreiten kann, welcher durch die Schmelzensäule «5 erzeugt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Elektroschlacke-Uinschmelien von Blöcken unter Verwendung nicht abschmelzender, gekühlter Metallelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Schmelze eingetauchte Teil der nicht abschmelzenden Metallelektrode von einen Gasstrom umspült wird, dessen Druck nicht geringer als der hydrostatische Druck ist, welcher durch die Schmelzensäule erzeugt wird, deren Höhe gleich der Länge des in die Schmelze eingetauchten Elektrodenteils ist.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, die eine nicht abschmelzende gekühlte Metallelektrode enthält, welche im in die Schmelze eingetauchten Elektrodenteil öffnungen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Stirnfläche des in die Schmelze eingetauchten Teil:» der nicht abschmelzenden Metallelektrode (3) Rillen (7) ausgeführt sind, welche den Strom der Gasblasen (11), die aus den öffnungen (6) der Metallelektrode (3) austreten, über die ganze Oberfläche des in die Schmelze eingetauchten Teil!» der Metallelektrode (3) leiten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des in die Schmelze eingetauchten, stirnseitigen Teils der Metallelektrode (3) sphärisch ausgebildet ist.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, die einen gekühlten hohlraunnbildenden Dorn zum Formen eines Innenraurns in den Blöcken besitzt, welcher als nicht abschmelzende Metallelektrode verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wänden des hohlraumbildenden Doms (16) in der Höhe der Metallschmelze (18) und der Schlackenschmelze (19) Kanäle (20) mit öffnungen (21) *ür die Gaszuleitung ausgeführt sind.

5 Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (20) mit öffnungen (21) in den Wänden des hohlraumbildenden Dorns (16) tangential zu seiner Achse angeordnet sind.