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Verfahren und Vorrichtungen zum Kühlen von durch Elektrosohlackenumsohmelzen
gebildeten Metallschmelzen, insbesondere von Stahisohmelzen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Kühlen von durch Elektroachlackenumschmelsen einer oder mehrerer
sich selbst verzehrender Elektroden gebildeten Metalischmelzen, insbesondere von
Stahlachmelzenw bei welchem das in einer Kokille le befindliche abeeschmolzene Metall
durch die Gießformwand der Kokille hipdurch vorzugsweise mittels Wasser gekühlt
und zum Erstarren gebracht wird sowie Vorrichtungen zur Durchführung desselben Es
ist bekannt, beim Elektroschlackenumschmelzen von Metall len Kokillen zu verwenden,
deren vorzugsweise mittels Wasser gekühlte Gießformwand in ihrem gesaniten Höhenbereich
aus dem gleichen Material , zOB. aus Kupfer besteht und eine im wesentlichen konstante
Wandstärke auSweis t. Wie von der Anmelderin durchgeführte Versuche zeigten, treten
durch den oberhalb des umgeschmolzenen, bereits erstarrten Ketallblockes liegenden
Teil der Gießformwand beträchtliche Wärmemengen aus, welche vor ihrem Austritt keineswegs
für den Abschmelzvorgng benützt wurden und somit Wärmeverluste darstellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde diesen Nachteil zu vermeiden
und ein Verfahren zu achaffen, bei dem die voratehend angeführten Wärmeverluste
im wesentlichen vermieden werden. Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren
der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die relative
Lage
des Spiegelt des abgesohmolzenen Metalls gegenüber der Kokille so gesteuert wird,
daß ich die auf dem abgeschmolze nen Metall schwimmende Schlackenschichte zur Gänze
im oberen, wärmeisolierten oder nur wenig wärmeleitenden Höhenbereich der Gießformwand
der Kokille befindet. Hiebei erfolet die Steuerung der relativen Lage des Spiegels
des abgeschmolzenen Metalls gegenüber der Kokille in an sich bekannter Weise durch
entsprechende Wahl der Geschwindigkeiten,mit denen sich die Kokille und die abzuschmelsenden
Elektroden bewegen.
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Bei einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden
Vorrichtung ist die Kokille in horizontaler Richtung unterteilt, wobei ihr oberer
Teil zumindest auf seiner die Gießformwand bildenden Innenseite aus einem wärmeisolierenden,
vorzugsweise keramischen Material besteht.
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Bei einer anderen zur Durchführung des gegenständlichen Verfahrens
dienenden Vorrichtung ist im oberen Höhenbereich der Kokille ein aus einem wärmeisolierenden,
vorzugsweise keramischen Material bestehender Teil eingesetzt.
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Die Gießformwand kann jedoch auch zur Gänze aus Metall bestehen, wenn
sie zumindest in ihrem oberen Höhenbereich aus einem einen höheren Schmelzpunkt
als das umzuschmelzende Metall aufweisenden Metall besteht und dort von einer wärmeisolierenden
oder nur wenig wärmeleitenden Schichte umgeben ist. Beim Elektroschlackenumschmelzen
von Stählen kommen hiebei z. B. Wolfram und Molybdän als Material für den oberen
Teil der Gießformwand in Frage. Ferner ist es auch möglich, bei der eben beschriebenen
Kokille anstelle eines Metalles ein anderes einen höheren Schmelzpunkt als das umzuschmelzende
Metall aufweisendes Material , z.B. Graphit, zur Herstellung des oberen Teiles der
GieBSormwand zu verwenden.
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Als wärmeisolierende oder nur wenig wärmeleitende Schichte kommt bei
dieser Kokille nicht nur eine aus einem featen Isolierstoff wie z.B. Aabest gebildete
Schichte, sondern auch eine Gas- bzw. Luft.ohichte in Betracht.
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Weitere erweist es sich als zweckmäßig, wenn bei der zur DurohiUhrung
des gegenständlichen Verfahrens benützten Vorrichtung die Obereeite der mit einem
Pol der benlltzten 8tromtue11e elektrisch leitend verbundene, vorzugsweise aus Kupfer
bestehende Bodenplatte , auf welcher der durch den Umschmelzvorgang gebildete Metallblock
aufliegt, zumindest bis zu der Trennfläche zwischen dem stark kühlbaren unteren
Höhenbereich und dem wärmeisolierten oder nur wenig wärmeleitenden oberen Höhenbereich
der Gießformwand in die gokille einbringbar ist. Hiedurch wird erreicht, daß auch
unmittelbar bei Beginn der Bildung eines neuen Stahlblockes nach dem erfindungsgenäßen
Verfahren gearbeitet werden kann.
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In der Zeichnung sind die eben angeführten verschiedenen, zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden Vorrichtungen in schematischer Darstellung
veranschaulicht.
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Hiebei zeigen die Fig. 1 bis 4 Je eine Kokille im Längaschnitt.
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Die in Fig. 1 darge£telte, ii wesentlichen zylindrische Kokille 1
ist in horizontaler Richtung unterteilt, wobei ihr oberer, aus einem keramischen
Material , z.B. aus Porzellan, bestehender Teil 2, welcher den oberen Abschnitt
der Gießformwand 1 bildet, wärmeisolierend ist. Hingegen ist die Gießformwand 12
im unteren Teil 3 der Kokille 1 aus einem gut wärmeleitenden Material, z.B. aus
Kupfer, angefertigt und von einem zylindrischen Außenmuntel 4 umgeben. Durch den
unteren der beiden am Außenmantel 4 befeotigten Rohrstutzen 5 wird Kühlwasser in
den zwischen Außenmantel 4 und Gießformwand 1' vorhundenen Hohlraum 6 geleitet,
welches diesen von
unten nach oben durchströmt und sodann durch
den oberen Rohrstutzen 5 verläßt. Hiebei wird in der Zeiteinheit eo viel Kühlwasser
in den Hohlraum 6 geleitet, daß dort das Kühlwasser eine Strömungsgeschwindigkeit
aufweist, welche zur Erzielung eines starken Wärmedurchganges im unteren Höhenbereich
der Gießformwand 1' ausreicht. Zur Erhöhung des Wärmedurchganges kann in den Hohlraum
6 eine schraubenförmig gewundene ( nicht dargestellte )Pührungswand ( Leitblech)
vorgesehen sein, welche bewirkt, daß das Kühlwasser im gesamten unteren Höhenberbich
der Gießformwand 1t mit einer verhältnismäßig großen Strömung geschwindigkeit um
diese rotiert. Das Kühlwasser entzieht der in der Kokille 1 infolge des Abschmelzvorganges
gebildeten Metallschmelze im unteren Höhenbereich der Gießformwand 1' 86 viel Wärme,
daß einerseits bei der mit verhältnismäßig kleiner Geschwindigkeit erfolgenden Aufwärtsbewegung
der Kokille 1 nur erstarrter Stahl bei deren unteren oeffnung austritt und andererseits
am Kokillenrand der Stahl im wesentlichen an der Trennungefläche zwischen wärmeisolierten
und Stark gekühltem Höhenbereich der Gießformwand 1' zu erstarren beginnt. Sowohl
die Elektrode 7 als auch die Kokille 1 sind an ( nicht dargestellten) Hubwagen befeetigt,
die sich mit Hilfe von Seilzügen auf einer Säule in vertikaler Richtung verschieben
lassen. Infolgedessen ist es nährend des Ab¢hmelzvorgangea stets möglich , die Höhenlagen
der absohmelzenden, sich selbst verzehrenden Elektrode 7 und der Kokille 1 so zu
verstellen, daß einerseits die Elektrode 7 in die auf der letallschmelze 8 schwimmende
( zur Reinigung und Abschirmung des abgeschmolzenen Stahls dienende ) Sohlackenschichte
lo eintaucht und hiebei ihr Ende den gewünschten Abstand vom Spiegel 8 der Metallschmelze
aufweist un~d daß andererseits die Lage die see Spiegels 8r relativ zur Kokille
1 unverändert bleibt. Von dem einen Pol der benützten ( nicht dargestellten) Stromquelle
( z.B. Sekundärwicklung eines Transformators ) fUhtt eine elektrische Leitung 11
zu der Elektrode 7, wogegen der andere Pol der Stromquelle mit der horizontal liegenden,
aus Zetall,
vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Bodenplatte 13 -auf
weloher der aus der Kokille 1 austretende, erstarrte Stahlblook 9 mit seiner Unterseite
aufliegt - ebenfalls mit einer elektrisohen Leitung 12 verbunden ist. Unterhalb
der Bodenplatte 13 ist eine elektrisch isolierende Zwischenplatte 14 vorgesehen,
welche auf dem Sockel 5 aufliegt.
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Da einerseits die Außendurchmesser der Bodenplatte 13, der Zwiicheaplatte
14 sowie des Sookels 15 etwas kleiner sind als der Innendurohmesser der Kokille
1 und andererseits der Abstand der Oberseite der Bodenplatte 13 vom Boden 16 größer
ist als die Böhe des unteren Teiles 3 der Kokille 1 ist es möglich, bei Beginn der
Herstellung eines neuen Blockes 9 die Bodenplatte 13 bis zu der Trennungsfläohe
zwischen isoliertem und stark gekühltem IIöhenbereich der Gießformwand 1 in die
Kokille 1 einzubringen. Die Bodenplatte 13 ist ebenso wie die Kokille 1 vorzugsweise
mittels Wasser kühlbar, damit gleich bei Beginn der Herstellung eines neuen Blockes
9 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gearbeitet werden kann.
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Das Kühlwasser strömt durch die Leitung 17 in den in der Bodenplatte
13 vorhandenen Hohlraum 13t und verläßt diesen durch die Leitung 18.
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Die in Fig. 2 dargestellte Kokille 1 unterscheidet sioh von der eben
beschriebenen, in Fig. 1 abgebildeten Kokille 1 nur dadurch, daß der aus einem keramischen
material, z.B. aus Porzellan bestehende Teil 2 von einem Doppelmantel 19 umgeben
iät, durch welchen Kühlwasser geleitet wird. Das Eühlwasser gelangt durch den unteren
der beiden Rohrstutzen 20 in den Doppelmantel 19, durchströmt diesen von unten nach
oben und tritt sodann durch den oberen Rohrstutzen 20 aus.
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Infolgedessen ist die Gießformwand l'in ihrem unteren Höhenbereich
stark und in ihrem oberen Höhenbereich nur wenig wärmeleitend.
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Fig. 3 zeigt eine Kokille, die in ihrem oberen Höhenbereich einen
aus einem wärmeisolierenden, vorzugsweise keramischen Material bestehenden, eingesetzten
Ring 2' aufweist. In dieu
ser Kokille 1 ist nur ein von Kühlwasser
durohströmter Hohlraum 6 vorgesehen, welcher jedoch bis zum oberen Ende dersel ben
reicht. Infolgedessen ist auch die eießformwand 1' dieser Kokille 1 in ihrem unteren
Höhenbexioh stark und in ihrem oberen Höhenbereich nur wenig wärmeleitend.
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Weiters ist in Pig. 4 eine Kokille 1 dargestellt, deren Gießformwand
12 aus einem einen höheren Schmelzpunkt als der umzusohmelzende Stahl bestehenden
metall, wie s.B. Wolfram oder Molybdän besteht und in ihrem oberen Höhenbereich
von einer wärmeisolierenden, aus Asbest bestehenden Sohichte 2" umgeben ist. In
ihrem unteren Höhenbereich wird die Gießformwand 1' wie bei der in Fig. 1 abgebildeten
Kokille mit Wasser gekühlt.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß außer dem Inhalt der Patentansprüche
auch sämtliche der in den usfilhrungabeispielen enthaltenen Details erfindungswesentlich
sind.
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Das erfindungagemäße Verfahren ermöglicht es, die in dem oberhalb
des erstarrten Metallblockes liegenden Höhenbereich der Kokille auftretenden, sowohl
durch Wärmestrahlung als auch durch Konvektion verursachten Wärmeverluste im wesentlichen
zu vermeiden und infolgedessen den auf die Gewichteeinheit des umgeschmolsenen Metalls
bezogenen spezifischen Verbrauch an elektrischer Energie beträchtlich herabzusetzen,
ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei seiner
Anwendung für die gleiche Umschmelzleistung der Anlage der als Stromquelle benützte
Transormator wesentlich schwächer ausgelegt werden kann als bei Benützung der bisher
verwendeten K-killen.