DE1812032C - Verfahren zum Schmelzen von Metallen in einem mit Drehstrom versorgten Elektro schlacke Umschmelzofen mit drei Abschmelz elektroden - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von Metallen in einem mit Drehstrom versorgten Elektroschlacke-Umschmelzofen mit drei Abschmelzelektroden. Das Umschmelzen von selbstverzehrenden oder Abschmelzelektroden nach dem Elektroschlacke-Verfahren findet eine immer breitere Anwendung in der Qualitätsmetallurgie. Dieses metallurgische Verfahren gewährleistet die Herstellung von SpezialStählen und Legierungen, die qualitätsmäßig die Metalle herkömmlicher Herstellung übertreffen.

In der Industrie werden für das Umschmelzen nach dem Elektroschlacke-Verfahren sowohl einphasige Öfen verwendet, bei denen in einem Tiegel eine selbstverzehrende Elektrode umgeschmolzen wird, als auch dreiphasige öfen, in deren Tiegel gleichzeitig drei selbstverzehrende Elektroden umgeschmolzen werden. Bei dreiphasigen Anlagen der bekannten Bauweise sind die Elektroden an den Eckpunkten eines Dreiecks angeordnet und werden zum Zwecke einer gleichmäßigen Belastung des Stromversorgungsnetzes mir Drehstrom betrieben.

Die motorische Kraft des Drehfeldes bringt hierbei bevorzugt die leichtere Schlacke zur Rotation, wobei sich das Metallbad zunehmend mitdreht. Während fine Rotation der Schlacke allein infolge des hierdurch bedingten Durchmischungseffekts durchaus positive Auswirkungen haben kann, ist eine Rotation lies Metallbades unerwünscht, da sie leicht zu Segregalionen im Ingot führt. Beispielsweise werden bei einer motorischen Schmelzbadbewegung die Verunreinigungen, da sie spezifisch leichter als das geschmolzene Metall sind, in Richtung Schmelztiegelachse nach innen wandern Pie mit Verunreinigungen durchsetzten Schmelzblocke müssen in den meisten Fällen verworfen oder ein zweites ' IaI ohne Bewegung des Schmelzbades erschmolzen werden.

In der österreichischen Patentschrift 264 149 wird tier Rat erteilt, dem im Kristallisator geschmolzenen Metall und der geschmolzenen Schlacke eine im wesentlichen gleichförmige Drehbewegung mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit um eine Achse des Kristallisators zu erteilen. Durch diese Maßnahmen sollen sich Barren mit verhältnismäßig ebener Stirnfläche mit einem günstigeren Kristallwachstum in Achsrichtung gewinnen lassen. Es konnte jedoch bei der praktischen Erprobung von Umschmelzvorgängen mit gleichförmiger Badrotation festgestellt werden, daß der angegebene Vorteil durch auftretende Nachteile überkompensiert wird. Bei diesen Nachteilen handelt es sich insbesondere um das Auftreten von Seigerungen im Kern des Blockes, die sich als erhebliche Materialschädigungen auswirken. Es handelt sich dabei vornehmlich um sogenannte Flcckenseigerungeii, die auch mit dem englischen Fachausdruck »freckles« belegt werden.

Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese von außen nicht sichtbaren Materialschädigungen, die erst nach liner kostspieligen Weiterbearbeitung des Blockes zutage treten, durch die Lehre der Erfindung in gewünschtem Maße vermeiden lassen, und daß die Summe aller Qualitätsmerkmale eines derart er· schtnol/.cnen Blockes zu einer höheren Blockqualitüt führt, als dies bei dem vorbekannten Verfahren mit Hadrotalion möglich war.

Im Gegensatz zur Lehre der österreichischen Pa- «j tcntschrift 2fi4 149 war es von Lichtbogenöfen her schon bekannt, daß eine Schmelzbadbewegung, insbesondere eine rotorische, unbedingt vermieden wer den muß, damit keine Verunreinigungen m das Innere des Schmelzblockes gelangen. So ist beispielsweise durch die deutsche Patentschrift I 093 926 ein Vakuumlichtbogen-Ofen mit nur einer einzigen Abschmelzelektrode bekannt, bei dem der Lichtbogen durch die Anordnung von Magnetspulen bewegt wird. Gerade diese Magnetspulen aber sind es, die neben dec Lichtbogenbewegung auch eine Badrotation begünstigen. Bei der bekannten Lösung, die außerdem nur bei Gleichstrom angewandt werden kann, wird die Badbewegung durch eine bt sondere Anordnung und Steuerung der Magnetspulen verhin dert bzw. unterdrückt. Außerdem herrschen bei Elek troschlacke-Umschmelzöfen schon allein deswegen grundsätzlich andere Verhältnisse, weil — wie bereits ausgeführt wurde — die Schlacke als wesentlicher Initiator der Schmelzbadrotation anzusehen ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Elektroschlacke-Umschmelzofen der eingangs beschriebenen Art eine Badrotation zu verhindern, ohne daß hierdurch andere Nachteile in Kau! genommen werden müssen. Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, duU der Drehsinn des durch die 3 Elektroden erzeugten magnetischen Drehfeldes geändert wird. Es ist dabei besonders vorteilhaft, den Drehsinn des Drehfeldes periodisch zu ändern, und die Dauer einer Periode so zu wählen, daß eine Rotation des Metallbades noch nicht erfolgt ist, eine Rotation der Schlacke mit leichterem spezifischen Gewicht aber nicht verhin dert wird. Hierdurch wird der vorteilhafte Mischeffekt innerhalb der Schlackeschicht nicht unterbunden. Von ganz besonderem Vorteil ist es, die Dauer einer Periode durch eine Steuervorrichtung veränder lieh zu machen, so daß der metallurgische Prozeß optimal gesteuert werden kann.

Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sei an Hand der nachfolgenden F i g. 1 und 2 näher beschrieben.

Es zeigt

F i g. I ein Schaltschema der Stromversorgung und einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Elektroschlacke-Umschmelzofen, und

F i g. 2 eine Draufsicht auf den Ofen mit seinen drei Abschmelzelektroden.

In F i g. 1 ist mit 1 ein Elektroschlacke-Umschmelzofen bezeichnet, dargestellt durch seine wesentlichen Bauteile, den Tiegel 2 und die drei Abschmelzelektroden S, 4 und 5. Wie F i g. 2 zeigt, hat der Tiegel einen kreisförmigen Querschnitt, und die Abschmelzelektroden sind an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet. In dem Tiegel befindet sich das Schmelzbad 6 und darüber die geschmolzene Schlackeschicht 7. Der Elektroschlacke-Umschmelzofen wird über einen dreiphasigen Stelltransformator 8 mit Niederspannung versorgt. Eine Leistungsregelung kann beispielsweise über Anzapfungen 9, 10 und 11 auf der Hochspannungsscite erfolgen.

Zwischen der Hochspannungsseite des Transformators 8 und dem Stromversorgungsnetz ist ein Phasenumschalter 12 angeordnet, der in Aufbau und Wirkungsweise durchaus bekannt ist, und daher nicht näher beschrieben werden muß. Ahnliche Phasenumschalter findet man beispielsweise bei polumschaltbaren Elektromotoren. Die Schaltkontakte 13 und 14 sind Über ein Gestänge 15 miteinander verbunden, das zu einem Steuergerät 16 führt. Dieses Steuergerät

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bewegt die Stange 15 periodisch hin und her, so daß die Schalterkontakte R', S' und T sowie R", S" und T" abwechselnd geschlossen bzw. geöffnet sind. Infolge dieser dauernden Umschaltung kehrt sich der Drehsinn des Netzes an den Transformatoreingangsklemmen 17 periodisch um.

Die Wirkungsweise einer Anordnung gemäß Fig. 1 sei an Hand von Fig. 2 näher beschrieben:

Bei Beginn der Phasenumschaltung sind an die Abschmelzelektroden 3, 4 und 5 in gleicher Reihen- xo folge die Phasen R, S, T angeschlossen. Das elektromagnetische Feld versucht infolge seines Drehsinns Schlacke und Schmelzbad im Sinne der gestrichtelten Pfeile in Rotation zu versetzen. Bliebe das Drehfeld in gleicher Richtung über einen längeren Ze.iraum bestehen, so wurden die Schlacke und, von ihr zusätzlich beeinflußt, auch das Schmelzbad eine merkliche Rotation im Sinne dieser Pfeile ausführen. Wird nun rechtzeitig der Drehsinn des elektromagnetischen Feldes in Richtung der ausgezogenen Pfeile geändert, ao in dem man beispielsweise an die Abschmeizelektro-(den 3, 4 und 5 in gleicher Reihenfolge die Phasen S, R und T (in eckiger Klammer) legt, so wird eine begonnene, geringfügige Rotation du- Schlacke oder der Schlacke und der Schmelze sofort wieder abge- a₅ bremst. Die optimale Frequenz der Phasenumschaltung ist eine Sache einfachen Ausprobierens und hängt unter anderem von den metallurgischen Bedingungen sowie von der erforderlichen Reinheit des zu erschmelzenden Metalls ab.

Beispiel

In einem Tiegel mit einem Innendurchmesser von 80 cm und einem Fassungsvermögen von 12 t waren <frei Abschmelzelektroden von 4 t Gewicht gleichmäßig verteilt auf einen Radius von 18 cm angeordnet, Nach Beendigung des Startvorgangs und dem Einsetzen des eigentlichen Elektroschlacke-Umschrnelzeffekles wurde der Drehsinn des elektromagnetischen Feldes alle 240 see umgekehrt. Der so geschmolzene Block zeigte keinerlei Segregationen. Es ist natürlich möglich, an Stelle des mechanischen Phasenumschalters 12 eine an sich bekannte Anordnung von Thyristoren zu verwenden, die auf der Niederspannungsseite des Transformators 8 vorgesehen werden kann, Mit diesen Thyristoren ist gleichzeitig eine elegante Leistungssteuerung möglich. Der zweckmäßigste und auch wirtschaftlich vorteilhafteste Einsatz der Thyristoren oder Ignitrons erfolgt jedoch im Mitielspannungsbereich zwischen zwei Transformatoren, von denen der erste die Hochspannung von beispielsweise 15.000 Volt auf 750 Volt herabsetzt und der zweite die 750 Volt auf 100 Volt heruntertransformiert. Zwischen beiden Transformatoren wird eine Gruppe von Ignitrons angeordnet. Die Schaltung von Thyristoren und Ignitrons ist hinreichend bekannt und nicht Gegenstand dieser Erfindung, so daß auf eine zeichnerische Darstellung verzichtet werden kann.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schmelzen von Metallen in einem mit Drehstrom versorgten Elektroschlacke-Umschmelzofen mit drei Abschmelzelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehsinn des durch die drei Elektroden (5. 6, 7) erzeugten magnetischen Drehfeldes geändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Drehsinns periodisch erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen