DE1096560B - Verfahren zum Schmelzen und Giessen von Metallen unmittelbar in Kokillen beliebiger Querschnittsform im Lichtbogen-Vakuumofen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es ist bekannt, beim Betrieb eines Lichtbogen-Vakuumofens mit selbstverzehrenden Elektroden zu arbeiten und diese im elektrischen Lichtbogen unmittelbar in die Kokille abzuschmelzen. Auf diese Weise wird ein nachträgliches Abgießen der Schmelze eripart. Zur Regelung der elektrischen Spannung des Lichtbogens ist bei den bekannten Vorrichtungen normalerweise eine automatisch wirkende Regeleinrichtung vorhanden, die durch Variation des Abstandes zwischen Schmelzbadoberfläche und der Elektrode dafür sorgt, daß eine einmal eingestellte Lichtbogenspannung in gewissen Grenzen konstant gehalten wird. Hierdurch wird erreicht, daß der Lichtbogen während des gesamten Schmelzvorganges unter erwünschten, vorher eingestellten Bedingungen brennt. In der Praxis wird meist so verfahren, daß der Bogen so kurz wie möglich gehalten wird, um eine Berührung desselben mit der Kokillenwand zu vermeiden.

Als Speiseenergie zum Betrieb eines derartigen Lichtbogen-Vakuumofens dient üblicherweise Gleichstrom. Hierbei wird eine einzige Abschmelzelektrode in den Ofen eingeführt, und die Kokille bzw. das bereits vorhandene Schmelzbad dient als Gegenelektrode. Sollen Kokillen verwendet werden, deren Querschnitt von der Kreisform abweicht, so muß der Elektrodenquerschnitt dem Kokillenquerschnitt angepaßt werden, um eine gleichmäßige Füllung der Kokille und eine einwandfreie Blockoberfläche zu erhalten. In der Praxis finden für die Zwecke der Blecherzeugung mit vorzugsweise Kokillen mit rechteckigem oder elliptischem Querschnitt Verwendung, da auf diese Weise unmittelbar Walzbrammen erschmolzen werden können. Die Maximalgröße dieser Brammen, die in einer gegebenen Ofeneinrichtung erschmolzen werden kann, ist bei den bekannten Schmelzverfahren abhängig von der zur Verfügung stehenden Maximalstromstärke. Es ist bekannt, daß zwischen dem Durchmesser eines durch Abschmelzen einer Elektrode erzeugten Schmelzbades und der Lichtbogenstromstärke ein eindeutiger Zusammenhang besteht. Weiter ist es bekannt, daß auch die Mindeststromstärke, die erforderlich ist, um einen Lichtbogen brennen zu lassen, von dessen geometrischen Abmessungen abhängig ist.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, ein Verfahren anzugeben, welches auf der einen Seite gestattet, Kokillen beliebiger Querschnittsform auf wirtschaftliche Weise auszuschmelzen, und auf der anderen Seite mit einem gegebenen Lichtbogen-Vakuumofen ohne Vergrößerung der elektrischen Leistung Kokillen größerer Abmessungen auszuschmelzen, als dies bisher möglich war. Diese beiden Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine einzige im folgenden beschriebene Maßnahme gelöst.

von Metallen unmittelbar in Kokillen

beliebiger Querschnittsform

im Lichtbogen-Vakuumofen

Anmelder:
Deutsche Edelstahlwerke

Aktiengesellschaft,
Krefeld, Oberschlesienstr. 16

Dipl.-Ing. Helmut Vollmer, Hüls,
ist als Erfinder genannt worden

Diese Maßnahme besteht darin, die beim Lichtbogen-Vakuumschmelzen unter Verwendung von Gleichstrom sonst erforderliche Einzelelektrode in eine Vielzahl von kleineren Elektroden aufzulösen und diese gemeinsam mittels einer einzigen Regeleinrichtung auf eine konstante Lichtbogengesamtspannung zu regeln. Daß dies möglich ist, ist an sich überraschend, da die Fachwelt bislang stets der Auffassung war, daß für jede Abschmelzelektrode eine besondere Regeleinrichtung vorhanden sein müsse. Wie die Versuche des Erfinders gezeigt haben, ist es jedoch möglich, eine nahezu beliebige Anzahl von Elektroden am oberen, also vom Schmelzbad abgewandten Ende, beispielsweise an eine Metallplatte oder Metallschiene anzuschweißen, anzuschrauben od. dgl. und die so gewonnene Einheit mit einer an sich bekannten Regeleinrichtung zu verbinden, die dann diese Einheit durch Variation des Abstandes derselben von der Schmelzbadoberfläche auf eine vorher eingestellte konstante Lichtbogengesamtspannung regelt. Die Zündung bereitet keine Schwierigkeiten, wenn diese mittels eines der an sich bekannten von Hand zu betätigenden Regelgetriebe gesteuert wird. Sie erfolgt in der gleichen Weise, wie dies auch bei den bekannten Einzelelektroden üblich ist, wobei jedoch im Falle der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mehrfachelektrode häufig nur eine der vorhandenen Teilelektrode zündet.

Ist dies geschehen, so wird die gesamte Elektrodeneinheit um ein geringes Stück angehoben, so daß der Lichtbogen an dieser Elektrode sicher brennt. Infolge der durch den Bogen auftretenden Erwärmung der Elektrode schmilzt diese ab, was dazu führt, daß die Elektrodeneinheit von Hand, nachgeregelt

gesamte

009 697/436

Claims (7)

1. werden muß. Auf diese Weise stößt bald eine weitere troden dargestellt, welche auf einem Kreis 4 ange-Einzelelektrode mit der geringen Einsatzmetallmenge ordnet sind. Die Anordnung ist hierbei so gewählt, auf dem Boden des Tiegels zusammen, so daß auch daß der gestrichelt angedeutete Kreis 5, der um die diese zündet. Hierbei tritt häufig infolge des Ab- gesamte Einzelelektrodenanordnung gezogen ist, in schmelzens wieder ein Löschen der zuerst gezündeten 5 seinem Durchmesser dem äußeren Durchmesser der in Elektrode ein. Dieser Vorgang wiederholt sich meh- Fig. 1 a dargestellten Einzelelektrode 2 entspricht, rere Male, bis schließlich alle Elektroden gezündet Unterhalb der einzelnen Elektroden 6 bildet sich jesind und gleichmäßig brennen. Dies ist der Fall, wenn weils ein von oben gesehen ungefähr kreisförmiges sich bereits auf dem Boden der Kokille ein Schmelz- Schmelzbad 7 aus, wobei sich die kreisförmigen bad gebildet hat. Ist dieser Zustand erreicht, so kann io Schmelzbäder derart gegenseitig überlappen, daß die Regelung der gesamten Elektrodeneinheit von der schließlich der gesamte Kokilleninnenraum mit obenerwähnten, an sich bekannten Regeleinrichtung Schmelze ausgefüllt wird.
   übernommen werden. Selbstverständlcih ist es bei der Durchführung des

   Durch die erfindungsgemäße Aufteilung der sonst erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich, die erforderlichen Abschmelzelektrode in eine Vielzahl 15 Einzelelektroden stets kreisförmig anzuordnen, vielvon Einzelelektroden geringeren Durchmessers ist es mehr ist es gerade einer der Vorzüge des erfindungsjedoch nicht nur möglich, Kokillen beliebiger Quer- gemäßen Verfahrens, daß auf diese Weise jede beschnittsform gleichmäßig mit Metall auszuschmelzen, liebige Kokillenform ausgeschmolzen werden kann,
   sondern auch Kokillen von einer solchen Querschnitts- Da der Gesamtquerschnitt aller Einzelelektroden,

   größe, wie dies sonst, nämlich unter Verwendung 20 die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Vereiner einzigen Elektrode, nur bei erheblicher Ver- fahrens erforderlich sind, kleiner ist als der Quergrößerung des Schmelzstromes möglich wäre. Dieser schnitt der bei vorbekannten Verfahren verwendeten zuletzt genannte Vorteil wird erreicht, indem die ein- Einzelelektrode, ist es erforderlich, um die gleiche zelnen stangenförmigen Abschmelzelektroden der Ko- Gesamtmetallmenge in den Ofen einzubringen, die killenform entsprechend gleichmäßig verteilt werden, 25 Länge der Einzelelektroden größer zu machen. Hierund zwar so, daß diese eine dem Kokillenquerschnitt bei ist es, um die Stabilität einer derartigen Elekentsprechende Figur bilden, deren äußere Abmessung trodeneinheit zu vergrößern, vorteilhaft, die Elekvon solcher Form und Größe ist, wie dies einer sonst troden selbst gegenseitig noch einmal abzustützen, erforderlichen Einzelelektrode entsprechen würde. Dies kann beispielsweise mittels einer durchbohrten, Unterhalb jeder einzelnen dieser Abschmelzelektroden 30 die einzelnen Elektroden der Gesamtanordnung stütbildet sich nun eine von oben gesehen etwa kreis- zende Metallplatte geschehen oder auch dadurch, daß förmige Zone, der die Schmelzwärme von dem im die Einzelelektroden an geeigneten Stellen durch anMittelpunkt befindlichen Lichtbogen zugeführt wird. geschweißte Stege, eine Bandage od. dgl. zusammen-Die Stromstärke zum Betrieb jedes einzelnen dieser gehalten werden.

   Lichtbogen ist bedeutend geringer als die Strom- 35 In Fig, 2 ist eine Elektrodeneinheit, wie sie zur stärke zum Betrieb desjenigen Lichtbogens, der an Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ereiner sonst erforderlichen Einzelelektrode brennt. forderlich ist, in einer Seitenansicht dargestellt. Diese Hinzu kommt aber, daß auch die Summe dieser Elektrodenanordnung kann beispielsweise zum AusStromstärken, mit der die erfindungsgemäße Elek- schmelzen einer Brammenform dienen. Es sind wieder trodenanordnung beaufschlagt wird, kleiner ist als die 4° wie in Fig. 1 b fünf Einzelelektroden angenommen, Stromstärke, die zum Betrieb einer der Gesamt- welche bei 8 dargestellt sind. Diese Einzelelektroden elektrodenanordnung im Umfang entsprechenden sind bei 9 jeweils an eine gemeinsame Platte 10 an-Einzelelektrode erforderlich wäre. Insgesamt ergibt geschweißt, angeschraubt oder an dieser Platte sonstsich dadurch, daß entweder der gleiche Kokillen- wie leitend befestigt. Bei 11 ist die Platte 10 mit durchmesser mit wesentlich geringerer Stromstärke 45 einem Stutzen versehen, welcher zum Anschluß an die (dafür natürlich langsamer) ausgeschmolzen werden Regeleinrichtung dient. Um die Stabilität der Gesamtkann oder aber unter Ausnutzung der Maximalstrom- elektrodeneinrichtung zu vergrößern, sind die Einzelstärke des zur Verfügung stehenden Ofens ein grö- elektroden bei 12 gegenseitig abgestützt,
   ßerer Kokillenquerschnitt ausgeschmolzen werden In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorkann, als dies sonst möglich wäre. Um diese Verhält- 5° geschlagen, Einzelelektroden verschiedener chemischer nisse näher zu erläutern, sei auf die Figuren ver- Zusammensetzung zu einer Vielfachelektrode zuwiesen, in denen sowohl die vorbekannte Anordnung sammenzubauen, wobei die Einzelelektroden so auswie auch die zur Durchführung des erfindungs- gesucht sind, daß die aus diesen hergestellte Schmelze gemäßen Verfahrens erforderliche Elektrodenanord- eine bestimmte gewünschte Endzusammensetzung nung schematisch dargestellt ist. 55 aufweist. Hierbei ist es möglich, eine oder mehrere

   In Fig. la ist bei 1 die aus Metall, vorzugsweise Elektroden mit einzuschmelzen, die ganz oder teil-Kupfer, bestehende wassergekühlte Kokille ange- weise aus Metallen — unter Umständen auch Nichtdeutet. Wie zu erkennen, ist im dargestellten Beispiel metallen, wie Oxyden, Nitriden, Bonden u. dgl. — eine Rundkokille angenommen. Bei 2, also in der bestehen und die im Schmelzbad bestimmte metall-Mitte dieser Rundkokille, befindet sich eine einzige 60 urgische Wirkungen hervorrufen. Gedacht ist in die-Abschmelzelektrode von großem Durchmesser. Unter- sem Zusammenhang beispielsweise an die Desoxyhalb dieser Abschmelzelektrode bildet sich im Laufe dation oder Denitrierung der Schmelze sowie an die des Schmelzvorganges eine Schmelzzone aus, welche Keimwirkung der Zusätze oder eine Getterung des in Fig. 1 a mit 3 bezeichnet ist. Ofens.

   In Fig. 1 b, welche eine Vorrichtung zur Ausfüh- 6g

   rung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, ist Patentansprüche:

   ebenfalls bei 1 eine runde, wassergekühlte Kupfer- 1. Verfahren zum Schmelzen und Gießen von

   kokille angedeutet. An Stelle der in Fig. 1 a vorge- Metallen unmittelbar in Kokillen beliebiger Quer-

   sehenen Einzelelektrode 2 ist hier eine Vielzahl ■— ge- schnittst orm unter Verwendung selbstverzehren-

   zeichnet sind fünf — von kleineren Abschmelzelek- 70 der Elektroden im Lichtbogen-Vakuumofen, da-

   durch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr stangenförmige Abschmelzelektroden der Kokillenform entsprechend gleichmäßig verteilt von einer gemeinsamen Halterung gefaßt und von einer Regeleinrichtung gemeinsam auf konstante Lichtbogengesamtspannung geregelt werden.
2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegebenem Kokillenquerschnitt die Abschmelzelektroden so angeordnet werden, daß diese eine dem Kokillenquerschnitt entsprechende Figur bilden, deren äußere Abmessungen von solcher Form und Größe sind, wie dies einer sonst erforderlichen Einzelelektrode entspricht.
3. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Regeln der miteinander verbundenen Elektroden während des Zündvorganges in an sich bekannter Weise von Hand und nach Bildung eines Schmelzbades durch eine an sich ebenfalls bekannte Regeleinrichtung erfolgt.
4. 4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Abschmelzelektroden verschiedener chemischer Zusammensetzung gemeinsam eingeschmolzen werden.
5. 5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschmelzelektroden hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung derart zusammengestellt werden, daß eine Schmelze gewünschter chemischer Zusammensetzung entsteht.
6. 6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß außer den aus Legierungsmetallen bzw. deren Vorlegierungen bestehenden Elektroden eine oder mehrere Elektroden mit eingeschmolzen werden, die ganz oder teilweise aus Metallen mit spezifischer metallurgischer Wirkung, beispielsweise Desoxydationswirkung, Ankeimwirkung od. dgl., bestehen.
7. 7. Elektrodeneinheit zur Ausübung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Einzelelektroden, gegebenenfalls unterschiedlicher Zusammensetzung, mit einer festen Platte, Schiene od. dgl. durch Schweißen, Schrauben od. dgl. elektrisch leitend und mechanisch fest verbunden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © O09 697/436 12.60