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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umschmelzen von Metallen nach dem Elektroschlackeumschmelzverfahren.
Beim ESU-Verfahren wird in einer Kokille unter Schlacke eine selbstverzehrende Elektrode zu einem Block umgeschmolzen.
Zum Umschmelzen von Metallen nach diesem Verfahren sind bereits zahlreiche Anlagen bekannt, die dem Mindestaufwand der technologischen Seiten Rechnung tragen und aus einer am Boden stehenden Kokille und einem geführten Arm bestehen, an dessen Ende eine Stahlelektrode eingespannt wird. Das Absenken des Armes und damit der Elektrode erfolgt mit der Geschwindigkeit, wie es der Schmelzprozess erfordert. Die Spannbacken zur Halterung der Elektrode werden meist zugleich für die Stromübertragung verwendet. Die Zuleitung zur Bodenplatte ist bei ortsveränderlichen Kokillen als flexibles Kabel ausgebildet.
Neuere Anlagen verringern die Bauhöhe dadurch, dass zwei absenkbare Arme an einem Führungssäulensystem angeordnet sind und jeweils ein Arm die Vorschubbewegung ausführt, während der andere Arm mit geöffneten Backen über den ersten Arm hinwegfährt und in der unteren Endstellung die Backen des ersten Armes öffnen, während die Backen des andern Armes die Führung und den Vorschub der Elektrode übernehmen. Zum Einführen einer neuen Elektrode muss diese jedoch über die Armhöhe hinaus angehoben werden oder bei ausgefahrener Kokille von unten zugeführt werden. Beide Arten der Zuführung erfordern eine Anzahl Bewegungen der Spannarme oder der Kokille und der Elektrode, wobei im ersten Falle noch eine beträchtliche Hubhöhe des Hebezeuges hinzukommt.
Ausserdem wird das Hebezeug zu ganz bestimmten Zeitpunkten benötigt, was im Produktionsbetrieb nicht immer gewährleistet ist und zu Wartezeiten führen kann. Ein weiterer Nachteil dieser Anlagen besteht darin, dass vom festgelegten Querschnitt abweichende Elektrodenformen, insbesondere Spiesskante, und in ihrer Längsachse verzogene, gegossene oder gewalzte Elektroden nicht verarbeitet werden können, da bei einem spiesskantigen Querschnitt die Backenflächen nur zu einem geringen Teil die Elektrodenoberfläche berühren und damit die Stromübertragung ungünstig beeinflusst wird. Gleichfalls können in sich verdrehte und vom runden Querschnitt abweichende Elektrodenformen bei diesen Arten der Führung für Elektroden nicht verwendet werden.
Des weiteren sind Vorrichtungen bekannt, die mit mehreren Kokillen bestückt sind. Das ist beispielsweise eine Vorrichtung, die einen Dreiphasenstrom dazu ausnutzt, drei Blöcke gleichzeitig zu erzeugen. Diese Vorrichtungen ermöglichen jedoch keinen höheren Zeitgrad und greifen in der Wahl der mechanischen Mittel auf die geschilderten bekannten Lösungen zurück. Weitere Nachteile treten dadurch auf, dass das Einführen der Elektroden kompliziert ist, da entweder das Haltern der Elektrode durch Schrauben bzw. Druckbacken oder durch Klemmbacken erfolgt. Im zweiten Falle ist es erforderlich, dass die Elektrode mit ihrem unteren Ende bis über das obere Spannbackenpaar gehoben wird und danach zwischen die geöffneten Spannbacken gesenkt wird.
Ein sorgfältiges Ausrichten der Elektrode mit dem Ziel, die Achse der Kokille und der Elektrode in angenäherte Übereinstimmung zu bringen, ist bei einer solchen Art der Elektrodenhalterung unbedingt erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Umschmelzen von Metallen nach dem Elektroschlackeumschmelzverfahren zu schaffen, mit der es möglich ist, Vormaterial beliebiger geometrischer Formen im ungerichteten Walz- oder Giesszustand umzuschmelzen und die Elektroden bis auf das Einspannende abzuschmelzen.
Des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, die bei der Durchführung des Verfahrens bedingten Verlustzeiten möglichst gering zu halten.
Erfindungsgemäss wird dies durch eine Vorrichtung mit der Kombination folgender Anlagenteile erreicht :
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<tb>
<tb> a) <SEP> Zwei <SEP> oder <SEP> mehrere <SEP> übliche <SEP> Kokillen <SEP> sind <SEP> auf <SEP> je <SEP> einer <SEP> an <SEP> sich <SEP> bekannten <SEP> Grundplatte <SEP> befestigt, <SEP> die
<tb> auf <SEP> einer <SEP> Drehscheibe <SEP> angeordnet <SEP> ist <SEP> ; <SEP>
<tb> b) <SEP> an <SEP> einer <SEP> Seite <SEP> jeder <SEP> Grundplatte <SEP> für <SEP> jede <SEP> Kokille <SEP> ist <SEP> eine <SEP> Kontaktleiste <SEP> vorgesehen, <SEP> die <SEP> in
<tb> Schmelzstellung <SEP> der <SEP> Kokille <SEP> durch <SEP> ein <SEP> Klemmbackenpaar <SEP> an <SEP> den <SEP> elektrischen <SEP> Stromkreis
<tb> anschliessbar <SEP> ist <SEP> ;
<SEP>
<tb> c) <SEP> auf <SEP> der <SEP> Drehscheibe <SEP> ist <SEP> mindestens <SEP> ein <SEP> Elektrodenständer <SEP> für <SEP> je <SEP> eine <SEP> Elektrode <SEP> angeordnet <SEP> ; <SEP>
<tb> d) <SEP> die <SEP> Elektrodeneinspannvorrichtung <SEP> besteht <SEP> aus <SEP> zwei <SEP> Spannbackenpaaren, <SEP> deren <SEP> Einzelspannbacken
<tb> kardanisch <SEP> gelagert <SEP> sind, <SEP> wobei <SEP> das <SEP> eine <SEP> Spannbackenpaar <SEP> gemeinsam <SEP> mit <SEP> dem <SEP> Steg <SEP> verschiebbar,
<tb> das <SEP> andere <SEP> Spannbackenpaar <SEP> am <SEP> Steg <SEP> befestigt <SEP> ist, <SEP> und <SEP> der <SEP> Steg <SEP> um <SEP> seine <SEP> vertikale <SEP> Achse
<tb> schwenkbar <SEP> ist <SEP> ;
<SEP>
<tb> e) <SEP> die <SEP> Elektrodeneinspannvorrichtung <SEP> ist <SEP> auf <SEP> einem <SEP> höhenverstellbaren <SEP> Spannarm <SEP> angeordnet, <SEP> dessen
<tb> Eigengewicht <SEP> und <SEP> vorzugsweise <SEP> das <SEP> halbe <SEP> Elektrodengewicht <SEP> durch <SEP> ein <SEP> Gegengewicht <SEP> ausgleichbar
<tb> ist, <SEP> das <SEP> gleichzeitig <SEP> die <SEP> Elektrodeneinspannvorrichtung <SEP> betätigt, <SEP> derart, <SEP> dass <SEP> das <SEP> Gegengewicht <SEP> über
<tb> ein <SEP> Seil <SEP> am <SEP> freien <SEP> Ende <SEP> des <SEP> Winkelhebels <SEP> angreift, <SEP> dessen <SEP> anderes <SEP> Ende <SEP> mit <SEP> der
<tb> Elektrodeneinspannvorrichtung <SEP> verbunden <SEP> ist.
<tb>
Die Kokillen und die Elektrodenständer sind auf der Drehscheibe so angeordnet, dass ihre senkrechten Mittelachsen beim Drehen der Drehscheibe unter die senkrechte Mittelachse der Elektrodeneinspannvorrichtung gelangen. Bei der Anordnung von zwei Kokillen ist auf der Drehscheibe nur ein Elektrodenständer vorhanden, wobei der Antrieb der Drehscheibe vorzugsweise umkehrbar ausgebildet ist. Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass bei einer Anordnung von zwei oder mehreren Kokillen auf
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der Drehscheibe jeder Kokille ein Elektrodenständer zugeordnet ist. Im Mittelpunkt der Drehscheibe ist eine zentrale Kühlmittelzuleitung für die Kokillen und Bodenplatten angeordnet. Der Kühlmittelabfluss erfolgt über eine unter der Drehscheibe zentrisch angeordnete Rinne.
Im Elektrodenständer befinden sich zur Aufnahme der senkrecht stehenden Elektroden ein beweglicher Zentriertrichter und Prismenrollen. Der Zentriertrichter wird durch die Elektrode abwärts belastet und greift über Koppeln an den Enden von Winkelhebeln an, wodurch wieder die Prismenrollen beiderseits an die Elektrode gedrückt werden. Zum öffnen der Elektrodeneinspannvorrichtung ist ein Seil über eine am Ende des einen Winkelhebels angeordnete Umlenkrolle geführt. Ein Ende des Seiles ist am Gestell und das andere an einer Seilwinde befestigt.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen : Fig. 1 eine Gesamtansicht der Anlage, Fig. 2 eine Seitenansicht eines Elektrodenhalters, Fig. 3 ein System zum Absenken eines Spannarmes, Fig. 4 ein System zum Absenken eines Spannarmes, Fig. 5 ein System zum Spannen der Elektroden, Fig. 6 eine Seitenansicht einer Führungssäule, Fig. 7 die Draufsicht nach Fig. 6.
Ein Gestell das portalartig ausgebildet ist, führt an Führungsschienen --2-- einen Spannarm - -3--. Der Spannarm --3-- besitzt eine Elektrodeneinspannvorrichtung--4--, die sich vorteilhaft in der Mitte des Spannarmes --3-- befindet. Unter dem Spannarm --3-- ist eine Drehscheibe --5-- so angeordnet, dass sich das Spannzentrum der Elektrodeneinspannvorrichtung--4--über einem gedachten Kreis der Drehscheibe --5-- befindet, auf dem in abwechselnder Folge Kokillen --6-- und Elektrodenständer --7-- befestigt sind. Im Beispiel sind jeweils zwei Kokillen --6-- und zwei Elektrodenständer--7-- dargestellt, die wechselweise auf der Drehscheibe --5-- angeordnet sind.
Der Elektrodenständer--7-- besteht aus einem Rahmen--8--, an dessen oberen Teil ein Winkelhebelpaar, bestehend aus den Winkelhebeln --9 ; 10--, gelagert ist. Am Ende der kürzeren Schenkel der Winkelhebel--9 ; 10--sind Prismenrollen
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Querschnittsform der Elektrode --71-- prismatisch oder rund ausgebildet ist. Die Koppel --14-- ist durch ein Gelenk mit dem Zentriertrichter --15-- verbunden. Seitlich am Rahmen --8-- des Elektrodenständers - ist ein Zahnsegment--16--gelagert, das durch eine Koppel --17-- mit dem Zentriertrichter - gelenkig verbunden ist. Das Zahnsegment --16-- ist mittels eines Handrades --19-- über eine
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eine Kühlmittelzuleitung--21--angeschlossen ist.
Auf der Drehscheibe --5-- ist ein Verteilerstück - installiert, von dem Leitungen-23 ; 24- zu den Kokillen --6-- führen. In den Leitungen --23; 24-- sind Absperrventile --25-- angeordnet. Die Leitungen --23; 24-- münden in den Fussteil der Kokillen-6-. Vom Kopfteil der Kokillen-6-führen Kühlmittelabflussleitungen-26 ; 27-durch die Drehscheibe --5-- in eine zentrisch zum Führungszapfen--20--der Drehscheibe--5--angeordnete Rinne--28--
Die Kokillen --6-- bestehen aus einer Grundplatte--29--, die mittig einen Einschnitt besitzt, aus einer Bodenplatte --30-- und Kokillenwänden --31; 32--, zwischen denen ein Kühlmittel fliesst.
Die Bodenplatte--30--besteht meist aus Kupfer und ist so ausgebildet, dass sie in radialer Richtung der Drehscheibe --5-- eine Kontaktleiste --33-- aufweist, die sich über den Rand der Drehscheibe--5-erstreckt. Neben der Drehscheibe--5--, unter dem Gestell befindet sich eine Säule--34--. In ihr sind die Hebel--35 ; 36--gelagert, die an einem Ende Klemmbacken--37 ; 38--haltern. Am andern Ende der Hebel--35 ; 36-- ist die Kolbenstange bzw. der Boden eines Zylinders--39--befestigt. Stromschienen --40 ; 41--führen zu den Klemmbacken --37; 38--. Führungsarme --42; 43-- sind an der Säule--34-- gelagert und durch eine Zahnstange --44-- und Zahnsegmente --45;46-- auseinanderschwenkbar.
Die Führungsarme --42 ; 43-- sind so ausgebildet, dass sie die Öffnung der Kokille-6--, die sich in Schmelzstellung befindet, d. h. der Kokille--6--, die sich unter der Elektrodeneinspannvorrichtung--4-befindet, umschliessen. Der Querschnitt der freien Enden der Absaugarme --42;43-- erweitert sich; an ihrem
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--71-- angeordnet- verbunden, sondern am langen Schenkel eines Winkelhebels--77--. Der andere Schenkel des Winkelhebels --77-- ist über eine Druckstange --76-- mit der Elektrodeneinspannvorrichtung--4-verbunden. Zum Heben oder Senken des Spannarmes--3--ist eine der Rollen --52; 53 oder 54-angetrieben.
Soll die erforderliche Antriebsleistung gesenkt oder zur besseren Regulierung der Seilweg verlängert werden, so sind am Spannarm--3--Rollen--59 ; 60--vorgesehen, um die das Seil --51-- geführt und am Gestell--l--befestigt wird. Die Elektrodeneinspannvorrichtung--4--besteht im einzelnen aus
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; 62 ; 63 ; 64--,Druckstange --76-- befestigt und somit die Spannbacken--61 ; 62--in der Ebene des Spannarmes--3-verschiebbar.
Im folgenden wird die Wirkungsweise der Anlage erläutert : Durch ein Hebezeug wird eine Elektrode --71- in senkrechter Lage in den Elektrodenständer --7-- eingeführt. Die Prismenrollen--11 ; 12--
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kann der Zentriertrichter--15--mittels des Handrades --19-- in horizontaler Richtung verschoben werden.
Durch Verschieben der zahnstange --44-- werden die Führungsarme --42; 43-- auseinandergeschwenkt und der Spannarm --3-- durch Bewegen des Seiles --51-- angehoben. Zum öffnen der Elektrodeneinspannvorrichtung --4-- dient ein Seil--75--, welches über die Umlenkrollen--73 ; 74-und eine Rolle-72-am Ende des Winkelhebels-77-geführt ist und das Seilende am Gestell --1-befestigt ist.
Das freie Ende des Seiles --75-- ist an einer Seilwinde --78-- befestigt. Zum Zwecke des öffnens der Elektrodeneinspannvorrichtung --4-- wird auf das Seil --75-- eine Zugkraft übertragen, die die am Seil --55-- wirkende Kraft des Gegengewichts --56-- überwindet und den Winkelhebel --77-- um
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sich das erforderliche Einspannende der Elektrode --71-- in der Elektrodeneinspannvorrichtung--4-befindet. Durch Entlasten des Seiles --75-- wird über den Winkelhebel --77-- durch das Gegengewicht --56-- über das Seil-55-und die Druckstange --76-- die erforderliche Kraft auf die Spannbacken --61 ; 62-- übertragen.
Insbesondere beim Einsatz von Walzknüppeln als Elektroden--71--ist durch das Schopfen das Stabende meist deformiert. Um trotzdem die Elektrode --71-- am Ende spannen zu können, sind die Spannbacken --61; 62; 63; 64-- durch Kreuzgelenke --55; 66; 67; 68-- kardanisch gelagert und zusätzlich die Spannbacken-63 ; 64-- mit einem drehbar gelagerten Steg--70--verbunden. Durch diese Art der Anordnung der Spannbacken--61 ; 62 ; 63 ; 64--sind Querschnittsabweichungen und Längsverzug ohne Einfluss auf das einwandfreie Anliegen der Backenflächen an der Elektrode--71--. Durch Anheben des Spannarmes --3-- in bereits geschilderter Weise wird die Elektrode --71-- aus dem Elektrodenständer --7-- herausgehoben.
Daraufhin wird die Drehscheibe--5--weitergeschwenkt, bis die zum Schmelzen vorbereitete Kokille --6-- mit ihrer Öffnung unter dem Ende der Elektrode--71--steht. Danach wird der Spannarm --3-- abgesenkt und die Führungsarme --42 ; 43-- an die Elektrode --71-- geschwenkt, bis die Rollen--47--an der Oberfläche der Elektrode--71--anliegen. Damit wird zugleich eine Korrektur
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Kontakt zur Bodenplatte --30-- über die Kontaktleiste --33-- hergestellt. Durch öffnen des Absperrventils - wird die Kühlung der Bodenplatte --30-- und der Kokillenwände --31; 32-- bewirkt. Das Kühlmittel fliesst vom Kopfteil der Kokille --6-- über eine Kühlmittelabflussleitung --26-- in die Rinne --28--.
Vor dem Zünden der Elektrode --71-- in der Kokille --6-- wird der Lüfter--50-- eingeschaltet, der durch die hohl ausgebildeten Absaugarme--42 ; 43-- die sich beim Zünden und Schmelzen
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Seite geschwenkt und die Elektrode --71-- bis auf das Einspannende abgeschmolzen. Mit der Beendigung des Schmelzvorganges wird der Spannarm--3--etwas angehoben, die Klemmbacken--37 ; 38--gelöst und die Kokille --6-- aus ihrer Schmelzstellung durch Drehen der Drehscheibe --5-- geschwenkt. Durch öffnen der Elektrodeneinspannvorrichtung --4-- wird das Einspannende der Elektrode--71--entfernt und der Spannarm--3--angehoben. Während des Schmelzprozesses werden durch ein Hebezeug neue Elektroden in die Elektrodenständer --7-- auf der Drehscheibe--5--eingesetzt.
Nach dem Entfernen des umgeschmolzenen Blockes aus der Kokille --6-- wird diese von anhaftenden Schlackenresten gesäubert und für den nächsten Umschmelvorgang vorbereitet. Durch weiteres Schwenken der Drehscheibe --5-- wird der Elektrodenständer --7-- mit der neuen Elektrode --71-- unter den Spannarm --3-- geschwenkt und der beschriebene Zyklus beginnt von Neuem.
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Durch die vorstehend beschriebene Vorrichtung wird erreicht, dass Elektroden umgeschmolzen werden können, ohne grössere Forderungen bezüglich ihrer Toleranzen hinsichtlich Querschnitts- und Längsabweichungen zu stellen. Die technologisch bedingten Stillstandszeiten werden auf ein Minimum reduziert, da die gesamte Dauer eines Schmelzprozesses zur Verfügung steht, um den nächsten vorzubereiten. Durch die vorgeschlagene Vorrichtung wird eine weitgehende Unabhängigkeit von nichtanlagegebundenen Hebezeugen erreicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Umschmelzen von Metallen nach dem Elektroschlackeumschmelzverfahren, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Anlagenteile :
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<tb>
<tb> a) <SEP> Zwei <SEP> oder <SEP> mehrere <SEP> übliche <SEP> Kokillen <SEP> (6) <SEP> sind <SEP> auf <SEP> je <SEP> einer <SEP> an <SEP> sich <SEP> bekannten <SEP> Grundplatte <SEP> (29)
<tb> befestigt, <SEP> die <SEP> auf <SEP> einer <SEP> Drehscheibe <SEP> (5) <SEP> angeordnet <SEP> ist <SEP> ;
<SEP>
<tb> b) <SEP> an <SEP> einer <SEP> Seite <SEP> jeder <SEP> Grundplatte <SEP> (29) <SEP> für <SEP> jede <SEP> Kokille <SEP> (6) <SEP> ist <SEP> eine <SEP> Kontaktleiste <SEP> (33) <SEP> vorgesehen, <SEP> die
<tb> in <SEP> Schmelzstellung <SEP> der <SEP> Kokille <SEP> (6) <SEP> durch <SEP> ein <SEP> Klemmbackenpaar <SEP> (37,38) <SEP> an <SEP> den <SEP> elektrischen
<tb> Stromkreis <SEP> anschliessbar <SEP> ist <SEP> ; <SEP>
<tb> c) <SEP> auf <SEP> der <SEP> Drehscheibe <SEP> (5) <SEP> ist <SEP> mindestens <SEP> ein <SEP> Elektrodenständer <SEP> (7) <SEP> für <SEP> je <SEP> eine <SEP> Elektrode <SEP> (71)
<tb> angeordnet <SEP> ; <SEP>
<tb> d) <SEP> die <SEP> Elektrodeneinspannvorrichtung <SEP> (4) <SEP> besteht <SEP> aus <SEP> zwei <SEP> Spannbackenpaaren, <SEP> deren <SEP> Einzelspannbacken <SEP> (61 <SEP> ; <SEP> 62 <SEP> ; <SEP> 63 <SEP> ;
<SEP> 64) <SEP> kardanisch <SEP> gelagert <SEP> sind, <SEP> wobei <SEP> das <SEP> eine <SEP> Spannbackenpaar <SEP> (61 <SEP> ; <SEP> 62)
<tb> gemeinsam <SEP> mit <SEP> dem <SEP> Steg <SEP> (69) <SEP> verschiebbar, <SEP> das <SEP> andere <SEP> Spannbackenpaar <SEP> (63 <SEP> ; <SEP> 64) <SEP> am <SEP> Steg <SEP> (70)
<tb> befestigt <SEP> ist, <SEP> und <SEP> der <SEP> Steg <SEP> (70) <SEP> um <SEP> seine <SEP> vertikale <SEP> Achse <SEP> schwenkbar <SEP> ist <SEP> ;
<SEP>
<tb> e) <SEP> die <SEP> Elektrodeneinspannvorrichtung <SEP> (4) <SEP> ist <SEP> auf <SEP> einem <SEP> höhenverstellbaren <SEP> Spannarm <SEP> (3) <SEP> angeordnet,
<tb> dessen <SEP> Eigengewicht <SEP> und <SEP> vorzugsweise <SEP> das <SEP> halbe <SEP> Elektrodengewicht <SEP> durch <SEP> ein <SEP> Gegengewicht <SEP> (56)
<tb> ausgleichbar <SEP> ist, <SEP> das <SEP> gleichzeitig <SEP> die <SEP> Elektrodeneinspannvorrichtung <SEP> (4) <SEP> betätigt, <SEP> derart, <SEP> dass <SEP> das
<tb> Gegengewicht <SEP> (56) <SEP> über <SEP> ein <SEP> Seil <SEP> (55) <SEP> am <SEP> freien <SEP> Ende <SEP> des <SEP> Winkelhebels <SEP> (77) <SEP> angreift, <SEP> dessen <SEP> anderes
<tb> Ende <SEP> mit <SEP> der <SEP> Elektrodeneinspannvorrichtung <SEP> (4) <SEP> verbunden <SEP> ist.
<tb>
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