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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Elektroschlacken-Umschmelzen von verzehrbaren
Elektroden zu Hohlblöcken, mit einem Elektrodenhalter für eine verzehrbare Elektrode, mit einer kühlbaren, auf eine kühlbare, mit einer mittigen Öffnung versehene Bodenplatte aufsetzbaren Kokille und mit einem in den
Kokillenhohlraum einführbaren Dorn, der oben von einer freitragenden, insbesondere ausgewölbten Deckwand und seitlich von einer Mantelwandung begrenzt ist und von dem ein Zufuhrkanal sowie ein Abfuhrkanal für
Kühlflüssigkeit ausgehen.
Während des Betriebes solcher Vorrichtungen grenzt die Deckwand des Dornes an ein Schlackenbad, in dem die zum Schmelzen der verzehrbaren Elektroden erforderliche Wärme erzeugt wird, wogegen eine an die
Deckwand angrenzende Ringzone der Mantelwand des Dornes und ein Abschnitt der Kokilleninnenwand die formgebenden Wände für die Innen- bzw. Aussenfläche des herzustellenden Hohlblockes bilden. Die formgebenden Wände werden von dem Metallbad berührt, das aus dem abgeschmolzenen Elektrodenmetall entsteht, und im Bereich dieser und vorwiegend durch diese Wände muss dem schmelzflüssigen Metall soviel
Wärme entzogen werden, als zum Erstarren des Blockes notwendig ist. Ein wesentlicher Teil der Wärme muss durch die formgebende Ringzone abfliessen, die zu den thermisch am höchsten beanspruchten Vorrichtungsteilen gehört.
Bisher hat man es für notwendig gehalten, die Mantel- und die Deckwand des Dornes aus Kupfer herzustellen, das ein ausgezeichnetes Wärmeleitvermögen aufweist, und hat dessen niedrigen, mehrere hundert
Grad unterhalb der Temperaturen des Schlacken- und des Metallbades liegenden Schmelzpunkt in Kauf nehmen müssen. Die Verwendung von Kupfer bringt aber Nachteile mit sich, die unabwendbar sind. Verständlicherweise müssten die Deck- und die Mantelwand des Dornes so intensiv gekühlt werden, dass die Temperatur der
Dornwände unterhalb ihrer Schmelztemperatur verblieb. Dabei wird aber auch der Quelle der für den
Umschmelzvorgang notwendigen Wärme, dem Schlackenbad, Wärme entzogen, die demnach nutzlos erzeugt werden musste. Das Schlackenbad ist bei den hohen Betriebstemperaturen eine aggressive Schmelze, deren
Wirkung auch vor dem Kupfer der Deckwand nicht Halt macht.
Es ist deshalb unvermeidbar, dass Kupfer in die
Schlacke und aus dieser in den herzustellenden Hohlblock gelangt. Nach dem Elektroschlacken-Umschmelz. verfahren werden häufig Hohlblöcke erzeugt, die als Ausgangswerkstücke zur Herstellung von Reaktionsgefässen od. dgl. bestimmt sind und deshalb aus hitzebeständigen und schwer angreifbaren Legierungen bestehen müssen.
Viele dieser Legierungen sind gegen Verunreinigungen durch Kupfer sehr empfindlich, so dass sie auf andere Weise zu Hohlblöcken geformt werden mussten.
Ziel der Erfindung ist die Behebung dieser Mängel bzw. der Beschränkungen. Dieses Ziel ist mit einer
Vorrichtung des eingangs erwähnten Aufbaues erreichbar, bei welcher erfindungsgemäss die Deckwand sowie eine an diese angrenzende, formgebende Ringzone der Mantelwandung aus einem oberhalb 20000C schmelzenden Metall mit einer bei Betriebstemperatur mindestens 50 W/m. grad betragenden Wärmeleitfähigkeit, z. B. aus Tantal, Niob, Wolfram, vorzugsweise aus Molybdän, gefertigt sind.
Grundlage der Erfindung ist die Erkenntnis, dass der Wärmeleitfähigkeit des Metalls, aus dem die Deckwand sowie die Ringzone der Mantelwand des Dornes hergestellt sind, wohl eine unbestreitbare Bedeutung zukommt, dass diese Bedeutung aber bisher überschätzt worden ist und dass es daher nicht notwendig ist, die mit der Verwendung von Kupfer verbundenen Nachteile in Kauf zu nehmen. Zufolge der hohen Schmelztemperaturen der als Werkstoffe für den Dorn vorgeschlagenen Metalle braucht dem schmelzflüssigen Metallbad örtlich nicht mehr Wärme entzogen zu werden, als das Erstarren des Blockes bedingt, so dass der Wärmehaushalt des Umschmelzvorganges viel günstiger ausfällt.
Das Eintreten von Kupfer in das geschmolzene Metall ist mit Sicherheit ausgeschlossen, so dass der Anwendungsbereich des für die Fabrikation von Hohlblöcken zur Herstellung von Geräten aus hochlegierten Stählen oder aus Legierungen mit den jeweils gewünschten Eigenschaften aus vielen Gründen sehr vorteilhaften Elektroschlacke-Umschmelz- verfahrens wesentlich erweitert ist. Hiezu tritt die bessere mechanische Festigkeit der in Betracht kommenden Metalle, die, wie z. B. Wolfram, zur Auskleidung von Spritzgussformen für Leichtmetall bereits verwendet worden sind (deutsche Offenlegungsschrift 1608400).
Die Erfindung ist an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind. In den Zeichnungen zeigen in schematisierter Darstellung die Fig. 1 und 2 je einen Schnitt durch eine erfindungsgemäss ausgebildete Vorrichtung.
Jede dieser Vorrichtungen weist eine kühlbare Kokille--l--sowie eine kühlbare Bodenplatte--7-mit einer Öffnung --8-- auf. In den Kokillenhohlraum --2-- ragt von oben eine verzehrbare Elektrode --4--, die an einem nicht gezeigten Elektrodenhalter befestigt ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ruht die Kokille dauernd auf der Bodenplatte auf, deren Öffnung von einem heb- und senkbaren Dorn mit verbreitertem Oberteil durchsetzt ist. Dieser Dornoberteil ist hohl, oben von einer freitragenden, ausgewölbten Deckwand--10--, seitlich von einer sich nach unten verjüngenden Mantelwand --9-- begrenzt und sitzt auf einem hohlen Schaft.
In dem Inneren des Dornoberteiles sind Leitflächen für eine Kühlflüssigkeit untergebracht, die über je einen innerhalb des Schaftes befindlichen Zufuhr- bzw. Abfuhrkanal zu- bzw. abgeleitet wird. Sowohl die Deckwand--10--als auch eine an diese angrenzende Ringzone der Mantelwand--9--sind im Einklang mit der Erfindung aus einem Metall gefertigt, dessen Schmelztemperatur oberhalb 2000 C liegt und dessen Wärmeleitfähigkeit mindestens 50 W/m. grad beträgt.
Während eines Umschmelzvorganges befindet sich in dem Kokillenhohlraum --2-- ein Schlackenbad
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- -6--, in das die verzehrbare Elektrode --4-- eintaucht, und der Dorn sowie die Bodenplatte --7 -- sind mit der einen Klemme einer Stromquelle verbunden, deren andere Klemme an die Elektrode angeschlossen ist. In
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ab und das abgeschmolzene Metall bildet ein von dem Schlackenbad überschichtetes ringförmiges Metallbad --5--. Aussen grenzt das Metallbad --5-- an die Kokilleninnenwand und innen an die für die Gestaltung der Innenwandung des herzustellenden Blockes --3-- massgebliche, formgebende Ringzone der Mantelwand - des Dornes.
Hingegen steht die Deckwand --10-- des Dornes mit dem Schlackenbad in Berührung, braucht aber, soferne die Badtemperatur nicht auf 2000 C ansteigt, nicht oder nur unerheblich und jedenfalls nicht stärker gekühlt zu werden, als ihre mechanische Festigkeit es erfordert. Die Kühlung der formgebenden Ringzone muss ausreichen, um dort die Erstarrung des flüssigen Badmetalls zu gewährleisten. Mit der dem Blockwachstum entsprechenden Geschwindigkeit wird der Dorn aufwärts bewegt.
Dieselben Gesichtspunkte gelten für die Ausführungsform nach Fig. 2. Bei der dort wiedergegebenen Vorrichtung besteht der Dorn aus einem Mantel --11-- sowie einer Deckwand --10-- und ist an der Kokille--l--mittels der radial verlaufenden Zu-und Ableitung--12--befestigt. Die Kokille ist von der Bodenplatte --7-- abhebbar und nimmt den Dorn mit. Das Anheben der Kokille erfolgt mit einer dem Blockwachstum entsprechenden Geschwindigkeit, so dass die formgebende Ringzone des Dornmantels
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Aus diesen Metallen bestehen dann auch die Zu- und die Ableitung --12---, welche Leitungen die Kokille ---1-- im Bereich des Schlackenbades in Radialrichtungen durchsetzen.
Die beispielsweise angeführten Metalle, nämlich Tantal, Niob, Wolfram, insbesondere aber Molybdän sind ohne weiteres soweit form-bzw. bearbeitbar, dass die Deckwand--10--und die Ringzone der Mantelwand des Dornes aus ihnen ohne besondere Schwierigkeiten hergestellt werden können. Sie widerstehen der meist J 600 bis 18000C betragenden Temperatur des Schlackenbades und dem Angriff der Schlacke sowie korrodierenden Einwirkung der auffallenden Tröpfchen des von der Elektrode abgeschmolzenen Metalls sehr gut.
Es versteht sich, dass auch der Dorn und die Kokille unbeweglich sein können und die Bodenplatte samt dem Hohlblock abgesenkt werden kann. Ebenso möglich ist es, den Dorn unbewegt zu halten, und die Kokille, die Bodenplatte und den Hohlblock entsprechend seiner Aufschmelzgeschwindigkeit abwärts zu bewegen.
Der Abstand zwischen der Deckwand --10-- des Dornes und der Elektrode --4-- wird auf einen vorgegebenen Wert eingestellt und auf diesem erhalten. Bei Hohlblöcken mit Durchmessern von etwa 200 mm soll dieser Abstand 100 bis 120 mm betragen.
Versuche mit einer Vorrichtung, deren Dorn eine aus Molybdän gefertigte Deckwand bzw. Ringzone der Mantelwand hatte, haben das zufriedenstellende Arbeiten der Vorrichtung nachgewiesen. Die Lebensdauer des Dornes übertraf beträchtlich die mögliche Verwendungsdauer von aus Kupfer bestehenden Dornen.