DE1508202B1 - Elektroschlacke-Umschmelzverfahren fuer Metall und Anlage zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Elektroschlacke-Umschmelzverfahren für Metall in einer Kokille unter Verwendung von Abschmelzelektroden und auf eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens, bei der die Elektrodenhalter für die Abschmelzelektroden in der auf der Untersatzplatte aufgesetzten Kokille angeordnet sind und wobei in diese Kokille Schlacke geleitet wird.

Elektroschlacke-Umschmelzverfahren für Metall unter Verwendung von Abschmelzelektroden in einer gekühlten, auf eine Untersatzplatte aufgesetzten Kokille, in der zur Durchführung des Arbeitsvorgangs ein Schlackenbad erzeugt wird, sind bekannt.

Es ist bekannt, das Schlackenbad in der Kokille entweder durch Schmelzen eines festen Flußmittels oder eines Gemisches von Einsatzkomponenten beim Schmelzen der Abschmelzelektrode direkt in der Kokille zu erzeugen oder für denselben Zweck nicht abschmelzbare Elektroden, wie Kohle- oder Graphitelektroden zu verwenden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der USA.-Patentschrift 3 067 473 beschrieben.

Bei einem anderen bekannten Verfahren, wie es beispielsweise in der USA.-Patentschrift 3 072 982 bekannt ist, geschieht das Umschmelzen in einer Edelgasatmosphäre oder im Vakuum mittels eines Lichtbogens, und zwar ohne Verwendung eines Flußmittels.

Bei dem aus der USA.-Patentschrift 3 152 372 bekannten Verfahren wird wiederum das Flußmittel in der Kokille selbst geschmolzen; der hier gemachte Vorschlag bezieht sich darauf, daß die Elektrode exzentrisch zur Achse der Kokille sitzt und diese in Drehung versetzt wird.

Soweit die Schlacke direkt in der Kokille geschmolzen wird, ist es von besonderem Nachteil, daß sich die Gußblock-Schmelzdauer um 10 bis 20% erhöht. Entsprechend sinkt die Leistung der gesamten Anlage um 10 bis 20 %.

Es kommt hinzu, daß bei der Erzeugung des Schlackenbades unter Verwendung von Abschmelzelektroden das Flußmittel in der Randzone der Kokille nicht vollkommen geschmolzen wird. Hierdurch wird eine sofortige und starke Verschlechterung der Oberfläche des erschmolzenen Gußblocks und eine Vergrößerung des sich bei der nachfolgenden Gußblockverarbeitung ergebenden unteren Abfallendes bis zu 10 % hervorgerufen.

Es ist auch bekannt, das Flußmittel oder Gemisch der Einsatzkomponenten zuvor in einem besonderen Aggregat zu schmelzen, und dann die erhaltenen Schlacken von oben her in die Kokille einzugießen.

Ein Beispiel hierfür ist das in der USA.-Patentschrift 3 234 608 beschriebene Verfahren, bei dem ein besonderes trichterförmiges Rohrstück zur Einführung der Schlacke Verwendung findet.

Ein anderes derartiges Verfahren, das aus dem sowjetischen Erfinderschein 168 743 bekannt wurde, sieht vor, daß die Schlacke durch die hohle Abschmelzelektrode von oben her eingegossen wird.

Obwohl die Erzeugung eines Schlackenbades in der Kokille durch Eingießen von Schlacke von oben her ein recht brauchbares Verfahren ist, mit dem die Leistung der Anlage erhöht werden kann und eine gute Qualität des unteren Gußblockteils gewährleistet ist, ist auch dieses Verfahren nicht frei von Nachteilen.

Ein Nachteil besteht darin, daß bei Verwendung einer Abschmelzelektrode in der Kokille der Spalt zwischen der Elektrode und der Kokille schmal ist und es daher schwierig ist, die geschmolzene Schlacke in diesen einzubringen, da flüssige Schlacke hierbei leicht auf die Kokillenwände und auf die Abschmelzelektrode gerät, so daß sich Schlackenansätze bilden. Wenn diese während des Betriebs der Anlage in das Schlackenbad fallen, so können schroffe Schwankungen der elektrischen Schmelzführung hervorgerufen werden.

Um diese Nachteile zu vermeiden, müßte sich die Abschmelzelektrode während des Eingießens der Schlacke außerhalb der Kokille befinden. Die Anlage soll daher so angeordnet sein, daß die im Elektrodenhalter eingespannte Elektrode höher als die Kokille angehoben werden kann, damit diese unter der Elektrode hindurch zum Eingießen der Schlacke fortgeschoben werden kann.

Hierbei wird das kurze Stromnetz (auf der Niederspannungsseite des Transformators) verlängert, was ein Anwachsen der Verluste der im Netz wirksamen Leistung und eine Senkung des Nutzleistungsfaktors cos φ zur Folge hat. Nach dem Eingießen der Schlacke von oben her in die Kokille wird die Anlage unter Spannung gesetzt und die Abschmelzelektrode mit maximaler Geschwindigkeit in die Kokille bis zur Berührung mit der Schlacke herabgefahren. Während dieser Zeit kann sich an den Kokillenwänden und an der gekühlten Untersatzplatte oder am Impfkeim, wenn ein solcher auf die Untersatzplatte gelegt wird, eine Überzugsschicht (Garnissage) auf fester Schlacke bilden, die das Schlackenbad von der Kokille und der Untersatzplatte isoliert. Hierdurch wird der Stromkreis unterbrochen, so daß der Arbeitsablauf nicht beginnen kann.

Ein Nachteil der bekannten Anlagen zum Elektroschlacke-Umschmelzen, die zur Durchführung dieser bekannten Verfahren verwandt werden, ist in deren außerordentlichen großen baulichen Höhe zu sehen, da die Schlacke bei hochgefahrener Abschmelzelektrode eingegossen werden muß. Es ist auch nachteilig, daß der für die Nebenarbeiten erforderliche Zeitaufwand sehr groß ist und daß Impfkeime verwendet werden müssen, um ein Durchbrennen der Untersatzplatte zu verhüten.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, diese Nachteile der bekannten Verfahren und der Anlagen zu ihrer Durchführung zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektroschlacke-Umschmelzverfahren zu finden, bei dem flüssige Schlacke so in die Kokille eingegossen wird, daß der Stromkreis der Anlage, die für ein derartiges Schlackeeingießen hergerichtet ist, nicht unterbrochen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgaben ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, daß die flüssige Schlacke zum Anfahren dem Kokillenunterteil von unten aufsteigend zugeführt wird.

Die Abschmelzelektrode ist in der Kokille in einem gewissen Abstand von der Untersatzplatte angeordnet, und die Anlage wird gleichzeitig mit dem Eingießen der Schlacke in den unteren Kokillenteil unter Spannung gesetzt. Wenn der Schlackenspiegel in der Kokille die Elektrode erreicht, wird der Stromkreis der Anlage geschlossen, und das Abschmelzen der Abschmelzelektrode beginnt.

Durch das schnelle Ansteigen des Schlackenspiegels in der Kokille kann sich während dieser Zeit

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keine Überzugsschicht (Garnissage) aus fester leitung von flüssiger Schlacke in diese dienende

Schlacke an der Untersatzplatte (oder am Impfkeim) Siphoneinrichtung 14. Die Schlacke wird zuvor in

und an der Kokille bilden, und der Stromkreis der einem getrennt angeordneten Aggregat, beispielsweise

Anlage wird von Strom durchflossen, während das in einem Lichtbogenofen, geschmolzen.

Eingießen der Schlacke unter Strom fortgesetzt und 5 Die Siphoneinrichtung 14 ist mit der Kokille 10

erst dann beendet wird, wenn das Schlackenbad die mittels eines Kanals 15 (F i g. 3 und 4) verbunden,

vorgegebene Höhe erreicht hat. der durch Zusammensetzen der Untersatzplatte 11

Bei der Anlage zur Durchführung des Verfahrens, und der Kokille 10 gebildet wird,

die einen Elektrodenhalter für die in der auf der In dem aus F i g. 3 und 4 ersichtlichen Ausfüh-

Untersatzplatte aufgesetzten Kokille angeordneten io rungsbeispiel ist der Kanal durch eine äußere Nut in

Abschmelzelektroden aufweist, ist erfindungsgemäß der Untersatzplatte 11 gebildet und wird auf seiner

für die Zuleitung von Schlacke in den Unterteil der offenen Oberseite durch die unteren Stirnflächen der

Kokille eine in der Metallurgie an sich bekannte Kokille 10 und der Siphoneinrichtung 14 abgedeckt.

Siphoneinrichtung vorgesehen, die mit der Kokille Es ist wünschenswert, daß die in der Untersatzplatte

durch einen durch Zusammensetzen der Untersatz- 15 11 befindliche Nut zum leichteren Beseitigen der

platte und der Kokille gebildeten Kanal verbun- Schlacke nach dem Schmelzen einen trapez- oder

den ist. segmentförmigen Querschnitt aufweist.

Bei einer Ausführungsform wird der die Siphon- Der Kanal kann auch durch eine (aus der Zeicheinrichtung mit der Kokille verbindende Kanal durch nung nicht ersichtliche) in der unteren stirnseitigen eine in der Untersatzplatte befindliche äußere Nut ao Fläche der Kokille 10 angeordneten Radialnut gebilgebildet, deren offene Oberseite durch die Stirn- det werden, deren offene Unterseite durch den Unterflächen der Kokille und der Siphoneinrichtung ab- satz 11 abgedeckt wird.
! gedeckt ist. Der Kanal kann auch durch zwei (aus der Zeich-

Bei einer anderen Ausführungsform wird der nung nicht ersichtliche) einander zugewandte Nuten Kanal für die Schlackezuleitung durch eine in der 25 gebildet werden, deren eine sich in der unteren Stirnunteren stirnseitigen Fläche der Kokille befindliche fläche der Kokille 10 und deren andere sich in der Radialnut gebildet, deren offene Unterseite durch Untersatzplatte 11 befindet. Bei allen diesen Ausdie Untersatzplatte abgedeckt ist. führungsformen ist der Kanal 15 zur Beseitigung der

Der Kanal für die Schlackezuleitung kann auch Schlacke nach dem Schmelzen leicht zugänglich,

durch zwei einander zugewandte Nuten gebildet wer- 30 Die Siphoneinrichtung 14 weist im Oberteil einen

den, deren eine sich in der unteren Stirnseite der mit der Einrichtung aus einem Stück bestehenden

Kokille und deren andere sich in der Oberfläche der oder abnehmbar gestalteten Aufnahmetrichter 16 auf.

Untersatzplatte befinden. Zweckmäßigerweise wird die Siphoneinrichtung 14 in

Zweckmäßigerweise wird die Siphoneinrichtung in der Ebene ihres Kanals auseinandernehmbar ausgeder Längsebene ihres Kanals auseinandernehmbar 35 führt, falls dieser sofort nach dem Eingießen der gestaltet. Schlacke in die Kokille 10 gereinigt wird. Die Siphon-Erfindungsgemäß ergibt sich der Vorteil, daß die einrichtung kann nicht zerlegbar gestaltet sein, falls Anlage zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Me- die Schlacke nach Beendigung des Schmelzvorgangs tall im Betrieb einfach und baulich unkompliziert ist. aus dem Kanal 17 entfernt wird. In diesem Falle soll

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des 40 jedoch der Kanal 17 eine geringe, beispielsweise

Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt 1... 3 % konisch gestaltet und in Richtung zur

F i g. 1 die Gesamtansicht der erfindungsgemäßen unteren Stirnfläche breiter sein.

Anlage zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Es ist wünschenswert, daß die Seitenfläche der

Metall, Siphoneinrichtung 14 dieselbe Form aufweist wie die

F i g. 2 die Anlage gemäß F i g. 1 in Vorder- 45 Seitenfläche des unteren Flansches 18 der Kokille 10.

ansicht, Die Siphoneinrichtung 14 kann am Unterteil der

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie A-A gemäß Kokille 10 und an der Untersatzplatte 11 befestigt

F i g. 2 und werden. Sie kann nur aus Metall bestehen oder ihr

F i g. 4 einen Schnitt nach Linie B-B gemäß Innenkanal 17 und ihr Aufnahmetrichter 16 können

F i g. 1. 50 ausgekleidet sein.

Die erfindungsgemäße Anlage zum Elektroschlacke- Außer den beschriebenen Elementen kann die An-

Umschmelzen von Metall weist eine Stützsäule 1 lage noch folgende Vorrichtungen aufweisen: eine

(F i g. 1) und (F i g. 2) mit an dieser angebrachten Zuführung von Kühlwasser zur Kokille 10 und zur

Schlitten 2 und 3 auf, die durch ihre Antriebe 5 und 6 Untersatzplatte 11, Stromzuleitungen (Transformator,

in Führungen 4 fortschreitend in bezug auf die Säule 1 55 Leitungsschienen, biegsame Kabel); eine Abzugsvor-

verschoben werden. richtung für aus der Kokille beim Schmelzen ausge-

Am Schlitten 2 ist ein mit Greifklauen und mit schiedene Gase und eine Steuer- und Kontrolleineinem Antrieb 8 ausgestatteter Elektrodenhalter 7 be- richtung für den Ablauf des Arbeitsvorgangs. Alle festigt, der zum Einspannen der Abschmelzelektrode 9 diese Vorrichtungen werden hier nicht näher bedient, die bei fortschreitender Bewegung des Schiit- 60 schrieben, da sie nicht Gegenstand der Schutztens 2 in bezug auf die Kokille verschoben wird. ansprüche sind.

Die auf der Untersatzplatte 11 aufgesetzte Kokille Die erfindungsgemäße Anlage arbeitet folgender-

10 ist durch einen Kragarm 12 mit dem Schlitten 3 maßen:

verbunden. Bei einer Verschiebung dieses Schlittens Die Abschmelzelektrode 9 wird in den Elektroden-

kann die Kokille von der auf einem Wagen 13 liegen- 65 halter 7 eingesetzt und in diesem mittels durch einen

den Untersatzplatte 11 abgehoben werden. Antrieb 8 betätigter Greifklauen eingespannt. Dann

Im unteren Teil der Anlage befindet sich eine mit wird die Abschmelzelektrode 9 durch Verschieben

der Kokille 10 in Verbindung stehende und zur Zu- des Schlittens 2 so in der Kokille 10 aufgestellt, daß

der Abstand zwischen ihrem unteren Ende und der Untersatzplatte 11 etwas geringer ist als die Dicke der flüssigen, in die Kokille 10 eingegossenen Schlakkenschicht. So soll das untere Ende der Abschmelzelektrode beispielsweise bei 200 mm Schlackenschicht in der Kokille sich 190 mm über der Untersatzplatte 11 befinden.

Durch Einschalten des Transformators wird die Anlage unter Spannung gesetzt.

Die aus der Verteilerpfanne in den Aufnahme- xo trichter 16 der Siphoneinrichtung 14 gegossene geschmolzene Schlacke fließt durch die Kanäle 15 und 17 in die Kokille. Das Eingießen der Schlacke wird in dem Augenblick beendet, in dem der Schlackenspiegel in der Kokille 10 das untere Ende der Abschmelzelektrode 9 erreicht, was am im Stromkreis der Anlage auftretenden Strom zu erkennen ist.

Hiernach wird mit Hilfe entsprechender Einrichtungen die erforderliche elektrische Schmelzführung eingestellt, die während der Gußblockerzeugung ao durch Abschmelzen der Abschmelzelektrode konstant gehalten oder nach einem vorgegebenen Programm geändert wird. Eine Änderung der Schmelzführung wird durch Änderung der Zufuhrgeschwindigkeit der Elektrode erreicht. Zu diesem Zweck wird die Drehzahl des Antriebs 5 und die Spannung der Sekundärwicklung des die Anlage speisenden Transformators geändert.

Nachdem in der Kokille 10 ein Gußblock von erforderlicher Höhe erzeugt ist, wird der Arbeits-Vorgang beendet. Zu diesem Zweck wird die Elektrode angehalten, der Transformator abgeschaltet, der Schlitten 2 in die oberste Lage hochgefahren und der zurückgebliebene Elektrodenrest aus dem Elektrodenhalter entfernt. Dann wird die Kokille mittels des Schlittens 3 so weit angehoben, daß der erschmolzene Gußblock aus dieser vollkommen heraustritt. Daraufhin wird der Wagen 13 zusammen mit dem auf der Untersatzplatte 11 befindlichen Gußblock seitlich unter der Kokille 10 ausgefahren, der Gußblock abgehoben und die Kanäle 15 und 17 von erstarrter Schlacke befreit. Manchmal wird zur Zeitersparnis die Siphoneinrichtung 14 bereits während des Schmelzens gereinigt.

Hiernach wird der Wagen 13 mit der Untersatzplatte 11 unter der Kokille zurückgefahren, die Kokille wieder auf die Untersatzplatte aufgesetzt und die Siphoneinrichtung 14 angeschlossen, worauf der Arbeitszyklus erneut wiederholt werden kann.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anlage können 5» Gußblöcke mit rundem, ovalem, quadratischem, rechteckigem oder beliebigem anderem nur von der Kokillenform abhängigen Querschnitt erzeugt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage bieten den Vorteil, daß ein höchstmöglicher Ausnutzungsfaktor der Arbeitszeit, eine Erzeugung von Gußblöcken mit hoher Qualität des unteren Blockteils (wodurch ein Abschneiden eines unteren Abfallendstücks praktisch überflüssig wird), ein bequemes und schnelles Eingießen der Schlacke in die Kokille und ebensolches Vorbereiten der Anlage für das nächstfolgende Arbeitsspiel gewährleistet wird.

Die erfindungsgemäße Anlage ist baulich verhältnismäßig nicht hoch.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäße Anlage es ermöglicht, beim Elektroschlacke-Umschmelzen auf die Verwendung metallischer Impfkeime zu verzichten, die bei den bekannten Anlagen auf die Untcrsatzplatte gelegt werden, um eine Beschädigung derselben zu Beginn des Schmelzvorgangs zu verhüten.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Anlage ist um so wirtschaftlicher, je höher das Gewicht der in ihr erschmolzenen Gußblöcke ist. Es können hierbei eine oder mehrere Abschmelzelektroden zur Gußblockerzeugung verwandt werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektroschlacke-Umschmelzverfahren für Metall unter Verwendung von Abschmelzelektroden in einer Kokille, wobei zum Anfahren flüssige Schlacke in diese eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke dem Kakillenunterteil von unten aufsteigend zugeführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer auf eine Untersatzplatte aufsetzbaren Kokille, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuleitung der Schlacke in den Unterteil eine an sich bekannte Siphoneinrichtung (14) vorgesehen ist, die mit der Kokille (10) durch einen durch Zusammensetzung der Untersatzplatte (11) und der Kokille (10) gebildeten Kanal (15) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Siphoneinrichtung (14) mit der Kokille (10) verbindende Kanal (15) durch eine in der Untersatzplatte befindliche äußere Nut gebildet ist, deren offene Oberseite durch die Stirnflächen der Kokille (10) und der Siphoneinrichtung (14) abgedeckt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- M kennzeichnet, daß der Kanal (15) durch eine in ™ der unteren stirnseitigen Fläche der Kokille (10) befindliche Radialnut gebildet ist, deren offene Unterseite durch die Untersatzplatte (11) abgedeckt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (15) durch zwei zueinander zugewandten Nuten gebildet ist, deren eine sich in der unteren Stirnseite der Kokille (10) und deren andere sich in der Oberfläche der Untersatzplatte (11) befinden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Siphoneinrichtung (14) in Längsebene ihres Kanals (17) auseinandernehmbar ausgeführt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen