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Strangankopplung für in Elektronenstrahlöfen und
Vakuumlichtbogenöfen hergestelltem Strang
Die Erfindung betrifft eine Strangankopplung für in Elektronenstrahlöfen und Vakuumlichtbogenöfen hergestellten Strang. Der Strang muss aus der gekühlten Kokille, die keinen Boden besitzt, entsprechend der Abschmelzgeschwindigkeit des zu schmelzenden Werkstoffes abgezogen werden. Die Ziehvorrichtung bildet damit zusammen mit einem Anfahrboden den Boden der Kokille, auf dem sich während des Schmelzprozesses der Strang aufbaut. Derartige Vorrichtungen benötigt man aus verfahrenstechnischen und ökonomischen Gründen bei Schmelz-und Giessprozessen in Elektronenstrahlöfen und Vakuumlichtbogenöfen.
Um den erstarrten Werkstoff aus einer beispielsweise wassergekühlten Kokille (in der Elektronenstrahltechnologie oft auch Kristallisator genannt) kontinuierlich oder diskontinuierlich abziehen zu können, sind ebenfalls Ziehvorrichtungen bekannt, die nach Beendigung des Schmelzprozesses vom Strang lösbar sind. Wird der Strang unmittelbar auf den Anfahrboden aufgebaut, unterliegt dieser einem hohen Verschleiss und wird beim Lösen des Schmelzstranges oft erheblich beschädigt. Insbesondere hochschmelzende Werkstoffe sintern oder schmelzen auch oft mit der Oberfläche des Anfahrbodens zusammen.
Deshalb ist es bekanntgeworden, zwischen dem Strang und dem Anfahrstück Zwischenstücke zu verwenden. Nach Möglichkeit sollen aber auch diese Zwischenstücke vom Strang lösbar und mehrfach verwendbar sein. Das ist dadurch erreichbar, dass sie mechanisch vom Strang getrennt werden.
Bei den Strangankopplungen werden hauptsächlich zwei Arten unterschieden : Es handelt sich dabei um die direkten und die indirekten Strangankopplungen. Der Unterschied zwischen beiden Arten besteht darin, dass der geschmolzene Werkstoff mit dem Anfahrboden direkt eine vorwiegend formschlüssige Verbindung eingeht oder dass über dem Anfahrboden oder Anfahrstück ein arteigenes Zwischenstück angeordnet ist, das mit dem Strang verschmolzen ist.
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formschlüssige Verbindung bildet. Das Lösen dieser Strangankopplung geschieht durch horizontales Herausschieben des Stranges. Dabei unterliegt der Anfahrboden einem sehr hohen Verschleiss, Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist es bekanntgeworden, ein entsprechendes, genau vorgearbeitetes arteigenes Zwischenstück einzusetzen, das mit dem Strang verschmilzt.
Die Herstellung solcher SchwalbenschwanzZwischenstücke ist sehr aufwendig und nicht immer möglich. Weiterhin ist die Ankopplung mittels Gewinde bekannt. Hiebei besitzt der Anfahrboden eine Gewindebohrung, in welche der flüssige Werkstoff einfliesst. Gelöstwird diese Verbindung durch Herausdrehen des Gewindeansatzes. Auch bei dieser Strangankopplung tritt ein hoher Werkstoffverschleiss auf, da die Gewindeoberfläche zum Teil aufschmilzt und ausserdem beim Lösen ein mechanischer Verschleiss auftritt.
Ausserdem haben die bekannten Strangankopplungen den Nachteil, dass der Strang möglichst manuell von dem Anfahrboden gelöst werden soll. Wird das Gewicht des Stranges dafür zu gross, und dies ist bei
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leistungsstarken Schmelzanlagen meist der Fall, muss der Strang mittels Hebewerkzeugen, wie Krane usw. in vertikaler Richtung abnehmbar sein. Das Lösen dieser schwalbenschwanzförmigen Verbindungen und Gewindeverbindungen ist mit Kränen schwer möglich. Dabei steigt der Verschleiss der beschriebenen Ankopplungsarten mit zunehmendem Stranggewicht stark an. Die Verbindung muss leicht lösbar sein, um bei grösseren Blöcken, die eine erhebliche Wärmestrahlung besitzen können, das Lösen aus einem entsprechenden Sicherheitsabstand zu ermöglichen.
Die Erfindung hat den Zweck, die Nachteile der bekannten Strangkopplung zu beseitigen und eine verschleissarme, leicht auswechselbare Strangankopplung zu schaffen, von welcher die Stränge in vertikaler Richtung entnehmbar sind und die mehrmals wieder verwendet werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kraftschlüssige Strangankopplung mit lösbaren Verbindungsteilen zu schaffen.
Erfindungsgemäss wird bei einer Strangankopplung für in Elektronenstrahl- und Vakuumlichtbogenöfen hergestelltem Strang mit lösbaren Verbindungsteilen, bei welcher der Anfahrboden eine oder mehrere nutförmige oder rotationssymmetrische Ausnehmungen besitzt, in die in Bohrungen Bolzen eingesetzt werden, über die Büchsen oder andere Formteile gesteckt und durch diese gehalten sind, vorgeschlagen, dass die Büchsen oder die andern in die Ausnehmungen einsetzbaren Formteile aus demselben oder einem höher schmelzenden Metall wie der zu schmelzende Strang bestehen. Vorzugsweise ist eine in Richtung des Durchmessers am oberen Ende des Anfahrbodens verlaufende rechteckige Ausnehmung oder bei rechteckigem Anfahrboden an dessen Stirnseite wenigstens je eine einander gegenüberliegende Ausnehmung angeordnet.
In mindestens zwei gegenüberliegenden Ausnehmungen sind prismenförmig aus dem Metall des zu erschmelzenden Stranges bestehende Formteile eingesetzt, die durch Bolzen aus schwer schmelzbarem Metall am Anfahrboden gehalten sind.
Eine weitere Strangankopplung besteht erfindungsgemäss darin, dass in an sich bekannter Weise in einer zentralen, rotationssymmetrischen Ausnehmung ein aus dem Strangmetall bestehender Formteil angeordnet ist, und dass senkrecht zur Ausnehmung Bohrungen vorgesehen sind, die auch den einsetzbaren Formteil durchsetzen und dass durch die Bohrungen gesteckte Bolzen aus schwerem schmelzbarem Metall die Formteile am Anfahrboden festhalten. Die Trennung des Stranges erfolgt durch Herausschlagen der Bolzen und Abheben in vertikaler Richtung.
Die technischen und ökonomischen Auswirkungen der Erfindung bestehen darin, dass der Anfahrboden eine hohe Lebensdauer erhält und von dem erschmolzenen Strang in einfacher Weise lösbar ist, was für Stränge mit einem Gewicht von über 20 kp besonders vorteilhaft ist, da übliche Hebewerkzeuge verwendet werden können und eine Bedienung aus entsprechender Distanz bzw. eine Automatisierung dieses Arbeitsvorganges möglich ist.
An Hand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen soll der Gegenstand der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
In den Zeichnungen zeigen Fig. l eine Strangankopplung gemäss der Erfindung mit zentraler Ausnehmung in schematischer Darstellung, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Strangankopplung gemäss der Erfindung mit zwei seitlichen Ausnehmungen, Fig. 3 eine prinzipielle Darstellung einer Strangankopplung gemäss der Erfindung mit zwei seitlich angeordneten arteigenen Werkstoffstücken und Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Strangankopplung gemäss der Erfindung mit zentral angeordnetem arteigenem Werkstoffstück.
Der Anfahrboden 1 gemäss Fig. l ist zylinderförmig. Auf seiner Oberfläche 2 besitzt er in Richtung des Durchmessers eine rechteckige Ausnehmung 3 in Form einer Nut. Im rechten Winkel zur Mittelachse dieser Ausnehmung 3 befindet sich beiderseitig eine Bohrung 4, in die ein Bolzen 5 eingeführt werden kann. Innerhalb der Ausnehmung 3 ist auf dem Bolzen 5 eine Büchse 6 angeordnet. Die Strangankopplung mit dem Anfahrboden 1 befindet sich zu Beginn eines Schmelzvorganges in einer wassergekühlten Kokille, die keinen Boden besitzt. Der Boden wird durch den Anfahrboden 1 ersetzt. Dieser wird bei fortschreitendem Schmelzvorgang nach unten abgesenkt. Auf diese Weise wird der Strang gebildet, dessen oberer Teil mit dem schmelzflüssigen Bereich den Boden der Kokille bildet. Die Absenkgeschwindigkeit des erschmolzenen Stranges beträgt wenige Millimeter bis Zentimeter pro Sekunde.
Da zu Beginn des Sehmelzprozesses das flüssige Material unmittelbar auf den Anfahrboden l tropft und dort mehrere Minuten flüssig bleibt, ja sogar durch den Elektronenstrahl zwecks besserer Entgasung noch zusätzlich erhitztwird, könnte der Anfahrboden l leicht beschädigt werden und selbst schmelzen.
Um dies zu verhindern, ist er in seinem Inneren wassergekühlt. Eine solche Wasserkühlung ist keine Besonderheit und deshalb in den Zeichnungen der Übersicht halber fortgelassen.
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Die Schmelze füllt die Nut bzw. die Ausnehmung 3 bei Beginn des Schmelzvorganges. Schliess- lich ist die Ausnehmung 3 und die Oberfläche 2 des Anfahrbodens 1 mit flüssigem Werkstoff angefüllt bzw. bedeckt. Damit ist auch die Büchse 6 vom schmelzflüssigen Material umflossen. Es ist darauf zu achten, dass der Elektronenstrahl zu Beginn des Schmelzprozesses nicht direkt auf die Büchse 6 auftrifft und diese zerstört. Dies kann durch entsprechende Einstellung der Ablenkung des Elektronenstrahles erreicht werden.
Infolge der Abkühlung mit nachfolgender Erstarrung entsteht eine form- und kraftschlüssige Verbindung, mittels welcher der Strang mit dem Anfahrboden aus der Kokille herausgezogen werden kann. Nach Beendigung des Schmelzprozesses wird der Bolzen 5 herausgeschlagen und der Strang, z. B. mittels eines Kranes in vertikaler Richtung entnommen. Die Büchse 6 befindet sich im Strang und ist mit diesem verschmolzen bzw. versintert. Es ist deshalb vorteilhaft, sie aus dem gleichen Werkstoff herzustellen, aus dem auch der Strang besteht. Um ein sicheres Lösen des Bolzens 5 zu gewährleisten, muss für ihn ein Werkstoff verwendet werden, dessen Schmelzpunkt höher ist als der des Materials der Büchse 6 bzw. des Stranges.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben, bei der je eine Ausnehmung 3 an den Stirnseiten eines rechteckigen Anfahrbodens angeordnet ist. Bei einer solchen Form ist auch der Strang und die Kokille rechteckig.
Eine weitere Möglichkeit zur Ausführung der Erfindung ist in Fig. 3 wiedergegeben. An einem zylinderförmigen Anfahrboden sind ebenfalls wie bei dem rechteckigen Anfahrboden zwei gegenüberliegende Ausnehmungen 3 vorgesehen. In diese Ausnehmungen 3 sind arteigene, d. h. vom gleichen Material, das erschmolzen werden soll, der Form der Ausnehmungen 3 angepasste Werkstoffstücke 7 eingesetzt, die über die Oberfläche 2 des Anfahrbodens 1 hinausragen. Die Befestigung und weitere Ausgestaltung entspricht der vorbeschriebenen Art und Weise. Die Werkstoffstücke 7 verschmelzen oder verschweissen oberhalb der Oberfläche 2 des Anfahrbodens 1 mit dem Strang. Nach Beendigung des Schmelzvorganges erfolgt eine Lösung der Bolzen 5 in vorbeschriebener Art und Weise.
In Fig. 4 ist eine Ausgestaltung der Erfindung wiedergegeben, die wie gemäss Fig. 3 besonders für Werkstoffe mit sehr hohen Schmelztemperaturen geeignet ist. Hinzu kommt der Vorteil, dass diese Ausführung für Werkstoffe mit schlechter mechanischer Bearbeitbarkeit verwendet werden kann. In einem zylinderförmigen Anfahrboden ist eine zentrale Ausnehmung 3 angeordnet. Parallel zum Durchmesser sind zwei Bohrungen 4 vorgesehen, die je zur Hälfte auch durch ein in die zentrale Ausnehmung 3 eingesetztes, arteigenes, d. h. vom gleichen Werkstoff wie dem zu erschmelzenden Strang, Werkstoffstück 7 verlaufen.
In dem arteigenen Werkstoffstück 7 sind entsprechende Nuten 8 vorgesehen, so dass das Werkstoffstück 7 mittels der Bolzen 5 am Herausgleiten gehindert wird. Diese Art ist bei Wolfram be- sonders einfach realisierbar, da die Nut 8 bei Sinterung des Werkstoffstückes 7 vorgearbeitet werden kann. Gegebenenfalls können sie auch eingeschliffen oder nachgeschliffen werden.
Alle andern Vorgänge entsprechen dem vorbeschriebenen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Strangankopplung für in Elektronenstrahl- und Vakuumlichtbogenöfen hergestelltem Strang mit lösbaren Verbindungsteilen, bei welcher der Anfahrboden eine oder mehrere nutförmige oder rotationssymmetrische Ausnehmungen besitzt, in die in Bohrungen Bolzen eingesetzt werden, über die Büchsen oder andere Formteile gesteckt und durch diese gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchsen (6) oder die andern in die Ausnehmungen (3) einsetzbaren Formteile (7) aus demselben oder einem höher schmelzbaren Metall wie der zu erschmelzende Strang bestehen.