Skip to main content
SpringerLink
Log in

Effects of Low Frequency Alternating Currents on the Electro-Slag Remelting Process

Einfluss der Frequenz auf das Umschmelzverhalten beim ESU-Prozess

  • Originalarbeit
  • Published:
BHM Berg- und Hüttenmännische Monatshefte Aims and scope Submit manuscript

Abstract

In this paper the effects of a frequency variation between 1 and 4.5 Hz on the remelting behaviour and the distribution of non-metallic inclusion during electro-slag remelting of a hot-work tool steel in an open laboratory ESR plant are presented. The investigations include the determination of the energy consumption and of electrical effects such as polarisation and changes in the chemical compositions. Furthermore, the composition of the non-metallic inclusions was detected by automated SEM-EDS analysis. Frequency variations in this specific range have a tremendous effect on polarisation effects and the energy consumption. While there is a slight reduction of the oxygen content at 4.5 Hz, significant oxidation takes place at lower frequencies. As a consequence, the Si content of the steel is reduced and the amount of SiO2 in the slag increases. An almost complete removal of sulfides was detected in all experiments. The amounts of oxides and oxisulfides are significantly affected by the frequency. The oxides decrease strongly with rising frequency, which is in good correlation with the oxygen content. At the same time, the amount of oxisulfides is rising. The composition of the non-metallic inclusions depends also on the frequency applied. Starting with Al2O3-rich oxides at 1 Hz, the composition shifts towards a higher MgO content (spinel type) and CaO-rich oxides at higher frequency.

Zusammenfassung

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss der Frequenz im Bereich von 1 bis 4,5 Hz auf das Umschmelzverhalten und die Verteilung der Nichtmetallischen Einschlüsse (NME) beim ESU-Prozess. Die Arbeiten wurden mit einem Warmarbeitsstahl an einer offenen Versuchs-ESU-Anlage durchgeführt. Die Untersuchungen umfassen die Auswertung des Energieverbrauchs und von elektrischen Polarisationseffekte, wie die Veränderungen der chemischen Zusammensetzung von Block und Schlacke. Zusätzlich wurde mittels automatisierter Elektronenmikroskopie die Zusammensetzung der NME ermittelt. Änderungen der elektrischen Frequenz zeigen im untersuchten Bereich starke Auswirkungen auf Polarisationseffekte sowie den Energieverbrauch. Während bei 4,5 Hz der Sauerstoffgehalt leicht abnimmt, kommt es bei niedrigeren Frequenzen zu einer deutlichen Oxidation. Im Gegenzug reduziert sich bei niedrigen Frequenzen der Si-Gehalt im Stahl und es steigt der SiO2-Gehalt in der Schlacke. Während die Sulfide bei allen Frequenzen nahezu vollständig entfernt wurden zeigt sich ein deutlicher Effekt der Frequenz auf die Ausbildung von Oxiden und Oxisulfiden. Die Oxide werden mit steigender Frequenz deutlich verringert, im Gegenzug steigt die Menge an Oxisulfiden an. Die Zusammensetzung der NME ist ebenfalls von der Frequenz abhängig. Ausgehend von Al2O3-reichen Oxiden bei 1 Hz, kommt es mit steigender Frequenz zu einer deutliche MgO-Zunahme (v. a. Spinelle) und zu Einschlüssen mit höheren CaO-Gehalten.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
Fig. 6

Similar content being viewed by others

References

  1. Chouldhury, A; Jauch, R; Tince, F.: Elektro-Schlacke-Umschmelzen schwerer Schmiedeblöcke mit niedrigem Aluminiumgehalt unter Anwendung niedrigfrequenten Stromes, Stahl Eisen, 100 (1980), no. 17, pp 1012–1018

  2. Chang, L. Z.; Shi, W. F; Yang, H. S.; Li, Z. B.: Effect of Low-Frequency AC Power Supply During Electroslag Remelting on Qualities of Alloy Steel, J. Iron Steel Res. Int., 16 (2009), no. 4, pp 7–11

  3. Paar, A.; Schneider, R.: Zeller, P.; Reiter, G.; Paul, S.; Würzinger, P.: Effect of electrical parameters on type and content of non-metallic inclusions after Electro-Slag-Remelting, steel research int., 85 (2014), no. 4, pp 570–578

  4. Paar, A.; Schneider, R.; Zeller, P.; Reiter, G.; Paul, S.; Siller, I.; Würzinger, P.: Influence of the polarity on the cleanliness level and the inclusion types in the ESR process, Proc. Int. Symp. Liquid Metal Processing & Casting, 22.–25. 9. 2013, Austin, USA. Hoboken: Wiley, 2013, pp 29–36

    Google Scholar 

  5. Jäger, H.: Schmelzflußelektrolyse beim Elektroschlacke-Umschmelz-Verfahren, Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, BHM, 119 (1974), no. 11, pp 439–446

  6. Dewsnap, P.; Schlatter, R.: Process and Product Characteristics of DC Electroslag Remelting of Alloy Steels, Proc. 5th Int. Symp. on Electroslag and other Special Melting Technologies, 16.–18.10.1974, Pittsburgh, USA. 1974 pp 91–113

  7. Kojima, Y.; Kato, M.; Toyoda, T.; Inoue, M.: The Formation of Liquid Droplet and the Behavior of Oxygen in Direct Current Electroslag Remelting Process, Trans. ISIJ, 15 (1975), pp 397–406

    Google Scholar 

  8. Kawakami, M.; Takenaka, T.; Ishikawa, M.: Electrode reactions in dc electroslag remelting of steel rod, Ironmaking Steelmaking, 29 (2002), no. 4, pp 287–292

  9. Jäger, H.: Schmelzflußelektrolyse beim Elektroschlacke-Umschmelz-Verfahren, Leoben, Montanistische Hochschule, 1973

  10. Plöckinger, E.: Electroslag Remelting - A modern tool in Metallurgy, J Iron Steel Inst, 211 (1973), pp 533–541

    Google Scholar 

  11. Schneider, R.; Paar, A.; Zeller, P.; Reiter, G.; Schützenhöfer, W.; Würzinger, P.: Aufbau und Inbetriebnahme einer Versuchs-ESU-Anlage, BHM, 156 (2011), no. 3, pp 112–118

  12. Korp, J.; Schneider, R.; Presoly, P.; Krieger, W.: Experimentelle Bestimmung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit hoch CaF2-haltiger Schlacken—Teil II: Ergebnisse aus Labor und industrieller Praxis, BHM, 153 (2008), no. 5, pp 175–181

  13. Holzgruber, W.; Plöckinger, E.: Metallurgische und verfahrenstechnische Grundlagen des Elektroschlacke-Umschmelzens von Stahl, Stahl Eisen, 88 (1968), no. 12, pp 638–648

  14. Holzgruber, W.; Plöckinger, E.: Das Elektroschlacke-Umschmelzen - ein neues Verfahren zur Verbesserung der Qualität von Edelstählen, BHM, 113 (1968), no. 3, pp 83–93

  15. Mitchell, A.; Carmona, F. R.; Wei, C. H.: Deoxidation in the Electroslag Process, Ironmaking Steelmaking, 11 (1982), no. 3, pp 37–41

  16. Schneider, R.; Paar, A.; Zeller, P.; Reiter, G.; Schützenhöfer, W.; Würzinger, P.: Einfluss eines höheren SiO2-Gehaltes in der Schlacke beim Umschmelzen eines Warmarbeitsstahles auf den ESU-Prozess, BHM, 160 (2015), no. 3, pp 117–122

  17. Miska, H.; Wahlster, M.: Verhalten des Sauerstoffs beim Elektro-Schlacke-Umschmelzen, Arch. Eisenhüttenwes., 44 (1973), no. 1, pp 19–25

  18. Reiter, G.; Schuetzenhoefer, W.; Tazreiter, A.; Martinez, C.; Wuerzinger, P.; Loecker, C.: The Influence of different Melting and Remelting Routes on the Cleanliness of high Alloyed Steels, Proc. Int. Symp. Liquid Metal Processing & Casting, 22.–25. 9. 2013, Austin, USA. Hoboken: Wiley, 2013, pp 213–218

    Google Scholar 

  19. Liu, J. H.; Wang, G. X.; Bao, Y. P.; Yang, Y.; Yao, W.; Cui, X. N.: Inclusion Variations of Hot Working Die Steel H13 in Refining Process, J. Iron Steel Res. Int., 19 (2012), no. 11, pp 1–7

  20. Beiler, C; Schwarz, M.; Jung, H. P.; Ziegelmayer, O.: Einfluss- und Einstellgrößen auf den Reinheitsgrad bei hochlegierten Stahlwerkstoffen, Stahl Eisen, 132 (2012), no. 11, pp 83–89

  21. Mitchell, A.: Oxide inclusion behaviour during consumable electrode remelting, Ironmaking Steelmaking, 3 (1974), no. 3, pp 172–179

Download references

Acknowledgments

The authors wish to thank Böhler Edelstahl GmbH&CoKG for the financial, personnel, and intellectual support. Likewise, the financial support of the Austrian Research Promotion Agency (FFG) within the frame of COMET-program and the “Competence Center for Excellent Technologies in Advanced Metallurgical and Environmental Process Development” (K1-Met) is gratefully acknowledged.

Author information

Authors and Affiliations

  1. Univ. of Appl. Sciences Upper Austria, FH-OÖ-F&E-GmbH, Stelzhamerstraße 23, 4600, Wels, Austria

    Reinhold S. E. Schneider, M. Mülleder & P. Zeller

  2. Böhler Edelstahl GmbH & CoKG, Kapfenberg, Austria

    P. Würzinger, G. Reiter & S. Paul

Authors
  1. Reinhold S. E. Schneider
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. M. Mülleder
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. P. Zeller
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  4. P. Würzinger
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  5. G. Reiter
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  6. S. Paul
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Reinhold S. E. Schneider.

Ethics declarations

Conflict of Interest

The authors declare that there are no actual or potential conflicts of interest in relation to this article.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Schneider, R.S.E., Mülleder, M., Zeller, P. et al. Effects of Low Frequency Alternating Currents on the Electro-Slag Remelting Process. Berg Huettenmaenn Monatsh 161 (Suppl 1), 20–26 (2016). https://doi.org/10.1007/s00501-016-0462-x

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00501-016-0462-x

Keywords

Schlüsselwörter

Search

Navigation