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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf Vorrichtungen zum Herstellen von Hohlblöcken nach dem Elektroschlackenumschmelzverfahren. Bei diesem Verfahren, nach dem Hohl- oder Rohrblöcke aus Stählen, insbesondere aus hochlegierten Stählen, wie Walzlagerstahl, warmfester Stahl, korrosionsbeständiger Stahl, hochfester Baustahl, schwer verformbare Stähle und Legierungen erschmolzen werden können, wird eine verzehrbare Elektrode in einem Schlackenbad abgeschmolzen, wobei das abgeschmolzene Metall in einem
Ringraum erstarrt, der aussen von einem kühlbaren Kokillenmantel und innen von einem kühlbaren Dorn begrenzt ist, und der verfestigte Block mittels eines Untersatzes abgestützt wird.
Bei einem bekanntgewordenen Umschmelzverfahren dieser Art wird die verzehrbare Elektrode in dem
Ringraum zwischen der Kokille und dem Dorn umgeschmolzen. Das Schlackenbad weist während des ganzen
Schmelzprozesses des jeweiligen Hohlblockes eine Ringform auf und sein Querschnitt entspricht annähernd dem
Querschnitt des zu schmelzenden Hohblockes.
Als nachteilig bei diesem Verfahren erweist sich zunächst die Tatsache, dass man zum Schmelzen von
Hohlblöcken schon von kostspieligen hohlen, d. h. rohrförmigen, verzehrbaren Elektrode ausgehen muss.
Der aufzuschmelzende Hohlblock verformt ferner bei seiner Schrumpfung den Dorn, wodurch Blockrisse entstehen können, und überdies muss der Dorn aus dem Block mit Hilfe einer Presse herausgepresst werden.
Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und die Herstellung von hochwertigen
Hohlblöcken ohne Oberflächenfehler zu ermöglichen, wobei sich die Verwendung kostspieliger und arbeitsaufwendiger, durch Hohlwalzen oder Aufbohren vorgeformter Elektroden erübrigt, was besonders bei schwer verformbaren Metallen und Legierungen ausschlaggebend ist.
Erreichbar ist dieses Ziel mit einem Verfahren der eingangs umrissenen Art, bei dem erfindungsgemäss über dem Dorn und dem Ringraum ein Schlackenbad hergestellt wird, in welchem die verzehrbare Elektrode abgeschmolzen wird, wobei trotz Relativbewegungen einzelner bzw. mehrerer Anlageteile zueinander der ringförmige Metallspiegel immer im unmittelbaren Bereich unterhalb der Stirnfläche des Dornes aufrecht erhalten wird.
Die gegenseitig abgestimmte Verschiebung der Kokille, des Dornes und des Untersatzes kann entweder durch die Verstellung des gekühlten Dornes nach oben gegenüber der unbeweglichen Kokille und dem Untersatz, oder durch die Verstellung des Untersatzes mit dem auf ihm abgestützten Block nach unten gegenüber dem Dorn und der feststehenden Kokille oder endlich durch die Verstellung der Kokille zusammen mit dem Untersatz und dem auf ihm befestigten aufzuschmelzenden Block nach unten gegenüber dem Dorn vorgenommen werden.
Vorteilhafterweise wird dem Dorn zwecks Erzielung einer besseren Innenwand des Gussblockes während des Schmelzvorganges eine axiale Längsschwingung oder eine Drehschwingung um seine Achse, oder beides zugleich erteilt.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens, die sämtlich einen kühlbaren Kokillenmantel, einen innerhalb desselben angeordneten kühlbaren Dorn und einen kühlbaren Untersatz zum Abstützen der Kokille und des Hohlblockes sowie eine verzehrbare Elektrode aufweisen, deren Querschnitt annähernd dem des Ringraumes entspricht. Im Einklang mit der Erfindung sind die mantelförmige
Kokille und der Untersatz feststehend angeordnet und der den Untersatz durchsetzende Dorn ist mittels einer Antriebsvorrichtung heb- und senkbar. Nach einer andern Ausführungsform sind die Kokille sowie der Dorn feststehend, die obere Stirnfläche des Dornes ist im Bereich des unteren Kokillenendes angeordnet und der Untersatz ist mittels einer üblichen Hebevorrichtung heb- und senkbar.
Schliesslich kann auch die Kokille mit dem Untersatz vorzugsweise mittels Klammern fix verbunden sein und beide Teile können gemeinsam mittels eines Antriebes gegenüber dem feststehenden Dorn gehoben und gesenkt werden. Es hängt von den jeweiligen Bedingungen, wie dem Gewicht der herzustellenden Blöcke und etwa vorhandenen Einrichtungen usw. ab, welcher der drei Ausführungsformen in einem bestimmten Fall der Vorzug zu geben ist. Die Elektrodenbefestigung kann sehr einfach sein, denn es genügt, nach einem Merkmal der Erfindung, auf der Oberseite der Kokille ein gegen diese isoliertes Elektrodenlager anzuordnen, das zur Befestigung der verzehrbaren Elektrode dient. Bei allen Vorrichtungen ist, wie an sich bekannt, die verzehrbare Elektrode mit einem Pol einer Stromquelle verbunden.
Es erweist sich jedoch als empfehlenswert, die Kokille, den Untersatz sowie den Dorn einzeln an den andern Pol der Stromquelle anzuschliessen, um Stromübergänge an Berührungsstellen dieser Vorrichtungsbestandteile auszuschliessen, die sich während des Betriebes ergeben können.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind. In den Zeichnungen zeigt im Vertikalschnitt Fig. l eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit einem Antrieb zur Verstellung des Dornes gegenüber der feststehenden Kokille und dem Untersatz, Fig. 2 eine ähnliche Vorrichtung mit einem Antrieb zur Verstellung des Untersatzes samt dem Block gegenüber dem Dorn und der ortsfesten Kokille und Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung mit einem Antrieb zur Verstellung der Kokille samt dem Untersatz und der aufzuschmelzenden Elektrode nach unten in bezug auf den Dorn.
Das Umschmelzen der verzehrbaren Elektrode--l-- (Fig. l, 2 und 3) erfolgt in einer gekühlten Kokille - -2--. Am unteren Teil derselben ist ein gekühlter Untersatz --3-- mit einem Durchgang für den Dorn --4-- und mit Anschlüssen für die Zu- bzw. Abfuhr eines Kühlmittels angebracht.
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Zum Formen der inneren Oberfläche des zu erschmelzenden Hohlblockes dient ein gekühlter Dorn - -4--, der die Durchgangsöffnung des Untersatzes durchsetzt. Die Zuführung der schmelzflüssigen Schlacke in die Kokille erfolgt durch einen Eingusstrichter--5--und einen Eingusskanal --6--, kann aber auch von oben vorgenommen werden. Die verzehrbare Elektrode--l--wird während des Umschmelzprozesses in das Schlackenbad abgesenkt.
Bei der Vorrichtung nach Fig. l ist die verzehrbare Elektrode-l-gegen die Kokille-2-abgestützt und weist einen Querschnitt auf, dessen Fläche annähernd der Querschnittsfläche des herzustellenden Blockes entspricht, so dass der Metallspiegel in demselben Mass steigt, in dem die Elektrode abschmilzt. Demnach braucht die Elektrode gegenüber der Kokille nicht verschiebbar zu sein. Sie stützt sich mit einer Schulter an einem Ring und dieser an einem ringförmigen, isolierenden Elektrodenlager-7-ab, das auf dem oberen Rand der Kokille --2-- ruht. Diese Elektrodenhalterung erlaubt ein einfaches Auswechseln der Elektroden, von denen beispielsweise zwei oder mehrere zu einem grossen und schweren Hohlblock umgeschmolzen werden.
Aus diesem Grunde sind die gewichtigen Anlagebestandteile, nämlich die verzehrbare Elektrode, die Kokille, der Untersatz und der bereits erstarrte oder im Erstarren befindliche Block fest und nur der verhältnismässig leichte Dorn ist mit Hilfe einer Antriebsvorrichtung --10-- verschiebbar.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Kokille --2-- und der Dorn --4-- feststehend, jedoch der Untersatz--3--mit einer üblichen Hebevorrichtung--12--verbunden (z. B. aufgeschraubt) ist und mittels dieser angehoben oder abgesenkt werden kann. Die verzehrbare Elektrode--l--ist gesondert gehalten und in die Kokille absenkbar.
Nach Fig. 3 ist die Kokille--2--an einem Ausleger--15--befestigt, der mittels einer
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auch während des Betriebes gegenüber dem fest abgestützten Dorn--4--verschiebbar. Die verzehrbare Elektrode--l--ist an einem zweiten Ausleger befestigt und kann mit diesem gegen die Kokille abgesenkt werden.
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Innenwandbeschaffenheit des erschmolzenen Hohlblockes beiträgt.
Vor dem Einfüllen von Schlacke werden der Dorn--4--, der Untersatz --3-- und die Kokille-2- montiert, worauf darauf geachtet wird, dass die Dornstirnseite --8-- über den Untersatz vorragt und gegen die Durchgangsöffnung im Untersatz nur einen engen Ringspalt offen lässt. Dieser Spalt zwischen Dorn und Öffnung soll so geringfügig wie möglich sein, damit ein Durchfliessen von Schlacke beim Einfüllen möglichst unterbunden ist. Die schmelzflüssige Schlacke wird hierauf in die Kokille eingegossen, und bildet das Schlackenbad. Trotz der Kokillen- und Untersatzkühlung werden während des Betriebes der Dorn, der Untersatz und die Kokille heiss, so dass sie sich ausdehnen und relativ zueinander verstellen können.
Es ist auch bei sorgfältiger Zentrierung nicht mit Sicherheit vermeidbar, dass wegen der Geringfügigkeit des Spaltes zwischen Dorn und Untersatz sich diese Teile berühren. Es empfiehlt sich daher, sowohl die Kokille als auch den Untersatz und den Dorn mit eigenen Leitungen an die eine Klemme einer Stromquelle --9-- anzuschliessen und hiedurch an eventuell auftretenden Berührungsstellen einen Stromübergang auszuschliessen, der zu unerwünschten Verschweissungen führen könnte. Mit dem Anschalten der Stromquelle--9--, die eine Wechselstrom- oder eine Gleichstromquelle sein kann, an die Elektrode den Untersatz--3--und den Dorn--4--beginnt der Umschmelzprozess.
Das beim Schmelzen der in das Schlackenbad eintauchenden Elektrode entstehende flüssige Metall gelangt in den Ringraum zwischen Kokille und Dorn, dessen Stirnseite das Schlackenbad umspült. Dadurch entsteht das flüssige metallische Ringbad, aus dem sich der jeweilige Hohlblock bildet. Beim Umschmelzvorgang ist es erforderlich, die obere Stirnseite des abzukühlenden Dornes im Schlackenbad zu halten, um die Bildung einer erstarrenden Metallkruste auszuschliessen, welche den weiteren Verlauf des Vorganges behindern kann.
Um die obere Stirnseite --8-- des Dornes während des Entstehens des Hohlblockes ständig innerhalb des Schlackenbades zu halten, wird die Relativverstellung zwischen Dorn und Kokille bzw. Untersatz mit der Geschwindigkeit abgestimmt, mit der das Metallbad bzw. das auf diesem schwimmende Schlackenbad ansteigt. Die Lage der oberen Stirnseite --8-- des Dornes --4-- im Schlackenbad wird von Gebern (in den Zeichnungen nicht gezeigt) kontrolliert.
Sobald der Hohlblock die gewünschte Höhe erreicht hat, wird der Strom abgeschaltet und die Elektrode entfernt. Danach wird bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen, die gegenseitige Verstellung zwischen dem Dorn und der Kokille mit dem Block vorgenommen bzw. fortgeführt, so lange, bis der Dorn aus dem Hohlraum des Blockes ausgefahren ist und bei dessen weiterer Abkühlung nicht festgeklemmt wird.
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