DE19505743A1 - Verfahren und Anlage zum Herstellen von Blöcken aus Metallen - Google Patents
Verfahren und Anlage zum Herstellen von Blöcken aus MetallenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von
Blöcken aus Metallen - insbesondere aus Stählen sowie
Nickel- und Kobaltbasislegierungen - durch Umschmelzen
selbstverzehrbarer Elektroden unter elektrisch leitender
Schlacke in einer Atmosphäre kontrollierter Zusammenset
zung. Zudem erfaßt die Erfindung Anlagen für diesen
Einsatz.
Zur Erzeugung hochwertiger Blöcke guter Blockstruktur und
hohen Reinheitsgrades hat sich das sogenannte Elektro
schlacke-Umschmelzverfahren besonders bewährt. Zum Zeit
punkt der Einführung des Verfahrens wurden verhältnismäßig
einfache Anlagen verwendet, in welchen eine einzige
Abschmelzelektrode in einer wassergekühlten Standkokille an
Luft umgeschmolzen wurde. Die herstellbare Blocklänge war
hierbei durch die Erzeugungslänge der Elektrode begrenzt.
Derartige Anlagen wurden daher meist mit einem hohen
Füllfaktor, d. h. einem hohen Verhältnis der Querschnitts
fläche der Abschmelzelektrode zur Querschnittsfläche der
wassergekühlten Kokille, betrieben.
Der Vorteil dieser Verfahrensweise war eine einfache
Anordnung der Anlage, der aber eine Reihe von Nachteilen
gegenüberstand wie geringe Flexibilität, hohe Kosten der
langen Standtiegel und bei der Elektrodenherstellung sowie
große Bauhöhe für die Blöcke. Ein weiterer Nachteil war die
Notwendigkeit des Einsatzes hoher Umschmelzstromstärken
aufgrund des vergleichsweise großen Füllfaktors, entspre
chend einem Durchmesserverhältnis zwischen Elektrode und
Kokille von über 0,7.
Die hier geschilderten Nachteile führten bereits frühzeitig
zur Einführung einer Reihe unterschiedlicher Verfahrenswei
sen mit kurzen Kokillen und der Möglichkeit des Umschmel
zens mehrerer Elektroden nacheinander durch die Anwendung
der Elektrodenwechseltechnik. Damit wurde es möglich, auch
lange Blöcke mit Blocklängen bis über 6 m aus einer
größeren Zahl wesentlich kürzerer Abschmelzelektroden mit
Längen um etwa 2 m herzustellen, wobei sich auch eine freie
Wahl des Füllfaktors anbot.
Die Gegebenheit, das Durchmesserverhältnis zwischen
Elektrode und Kokille über den gesamten technisch möglichen
und sinnvollen Bereich von 0,4-0,8 frei wählen zu können,
führte zur Herstellbarkeit von Blöcken größeren Durchmes
sers mit einem günstigeren Verhältnis von Spannung zu
Stromstärke als dies bei den Standtiegelanlagen aufgrund
deren geometrischen Beschränkungen erreichbar gewesen wäre.
Durch den Einsatz kurzer Kokillen entweder als Hebekokillen
oder als feststehende Kokillen in Kombination mit absenkba
ren Bodenplatten wurden die Kokillenkosten erheblich
reduziert, und zusammen mit der Elektrodenwechseltechnik
wurde die Flexibilität der Anlagen erhöht.
Bekannt sind Anlagen mit Hebekokillen, die mit der mittle
ren Geschwindigkeit angehoben werden, in welche der auf der
Bodenplatte stehende Block anwächst, und zwei in horizontaler
Richtung schwenkbaren oder verfahrbaren, in vertikaler
Richtung zustellbaren Elektrodenwagen mit Hochstromklemmen,
durch welche die Abschmelzelektrode an den Stromkreis ange
klemmt wird und bei welchen abwechselnd einmal der eine,
einmal der andere Elektrodenwagen im Einsatz ist.
Anstelle einer Hebekokille werden auch kurze, in eine Ar
beitsbühne fest eingebaute Kokillen in Kombination mit ab
senkbarer Bodenplatte eingesetzt, wobei die Bodenplatte im
Mittel mit einer Geschwindigkeit abgesenkt wird, die der
Blockaufbaugeschwindigkeit entspricht. Diese Anlagen werden
wieder entweder mit zwei in horizontaler Richtung schwenk- oder
verfahrbaren Elektrodenwagen mit Hochstromklemmen aus
gerüstet oder mit nur einmal ausschließlich vertikal
verfahrbaren Elektrodenwagen mit Stromklemme in Kombination
mit zwei schwenkbare Hilfsarmen zum Laden bzw. Entladen von
Elektrode und Elektrodenreststück.
Bei all diesen Anlagenvarianten erfolgt das Umschmelzen bei
Atmosphärendruck mehr oder minder an Luft, wobei vereinzelt
auch versucht worden sein mag, den Spalt zwischen Elektrode
und Kokille durch Deckel abzudichten und Schutzgas oder ge
trocknete Luft in den Spalt zwischen Elektrode und Kokille
einzuleiten. Diese Anstrengungen bleiben aufgrund der unre
gelmäßigen Oberfläche der gegossenen Elektroden naturgemäß
erfolglos, wobei die Anstrengungen im wesentlichen auf ein
Vermeiden einer Wasserstoffaufnahme gerichtet waren.
Außer den oben beschriebenen Anlagen- und Verfahrensvarian
ten gibt es auch ESU-Anlagen, bei welchen - in gleicher
Weise wie bei den Standtiegelanlagen - aus einer einzigen
langen Abschmelzelektrode oder einem Elektrodenbündel in
einer Standkokille ein Block hergestellt wird. Diese
Anlagen weisen naturgemäß alle oben geschilderten Nachteile
von Elektrodenanlagen mit Standkokillen auf, doch wurden
diese in Kauf genommen, da damit erstmals die großtechni
sche Herstellung von großen Blöcken mit über 10 t Gewicht
aus Stählen mit Stickstoffgehalten von weit über der
Löslichkeit bei Atmosphärendruck möglich wurde.
Die ständig steigenden Anforderungen an die Gebrauchseigen
schaften von Stählen und Legierungen führen zu Forderungen
nach immer niedrigeren Gehalten an Sauerstoff und nichtme
tallischen Einschlüssen insbesondere auch bei umgeschmolzenen
Stählen, so daß die Durchführung des Elektroschlacke-
Umschmelzens unter einwandfrei kontrollierbarer Atmosphäre
an Interesse gewinnt. Dabei soll jede metallurgische
Möglichkeit, die eine sauerstofffreie Gasphase im Spalt
zwischen Elektrode und Kokille bildet, ausgenutzt werden
können. Insbesondere soll dadurch die Zunderbildung an der
heißen Elektrodenoberfläche kurz vor Eintauchen der
Elektrode in das Schlackenbad vermieden werden, da hier
durch bei der offenen Erschmelzung ständig Sauerstoff in
das Schlackenbad - und damit in das umgeschmolzene Metall
- transportiert wird.
In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der
Erfinder das Ziel gesetzt, die erkannten Mängel zu beheben.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen
Patentanspruches, mit dem ein überraschend einfacher und
technisch gangbarer Weg aufgezeigt wird, ein Elektro
schlacke-Umschmelzen unter Anwendung kurzer Gleitkokillen
und Elektrodenwechseltechnik unter einer kontrollierbaren
Atmosphäre bei annähernd Atmosphärendruck zu ermöglichen.
Eine besondere Ausführungsform erlaubt sogar ein Elektro
schlacke-Umschmelzen mit kurzer Gleitkokille und Elektro
denwechsel unter gegenüber Atmosphärendruck erheblich er
höhten oder abgesenkten Drücken im Raum oberhalb des
Schlackenbades.
Günstige Weiterbildungen geben die Unteransprüche an.
Erfindungsgemäß wird beim Elektroschlacke-Umschmelzen unter
kontrollierter Schutzgasatmosphäre bei annähernd atmosphä
rischem Druck in Gleittiegeln unter Anwendung des Elektro
denwechsels das Abschmelzen der selbstverzehrbaren Elek
trode in einem gasdicht abgeschlossenen Raum durchgeführt,
der durch die Schlackenoberfläche, die Wand der wasserge
kühlten Kokille und die Wand einer auf der wassergekühlten
Kokille - gasdicht - aufsitzenden Haube begrenzt wird und
in den eine Gasleitung zum Einstellen der Atmosphäre
mündet; die Haube enthält eine Durchführung, in welcher für
die Stromzufuhr eine glatte Elektrodenstange mit Klemmecha
nismus durch geeignete Dichtelemente verschiebbar ist. Die
ser abgeschlossene Raum für die Durchführung des Elektro
denwechsels wird dadurch geöffnet, daß die gasdichte
Verbindung zwischen unterem Haubenflansch und Kokillen
flansch getrennt und die Haube - in Abhängigkeit von der
Konzeption der Anlage - soweit angehoben wird, daß das
Elektrodenreststück aus dem Schmelzbereich entfernt und
eine neue Elektrode in die Schmelzposition gebracht werden
kann. Nach Austauschen der Elektrode wird einerseits der
Umschmelzvorgang unverzüglich fortgesetzt und anderseits
die Haube sofort wieder auf den Kokillenflansch aufgesetzt
und gasdicht verschlossen, unmittelbar anschließend wird
durch geeignete Maßnahmen im abgeschlossenen Raum wieder
die gewünschte Schutzgasatmosphäre eingestellt.
Auch liegt eine Ausführung im Rahmen der Erfindung, bei der
das Umschmelzen der selbstverzehrenden Elektrode im
gasdicht abgeschlossenen Raum unter einem Druck stattfin
det, der erheblich geringer ist als der Atmosphärendruck,
beispielsweise unter 500 mbar liegt; der Block wird in
einer Kammer aufgebaut wird, in welcher der gleiche Druck
wie im Raum oberhalb des Schlackenbades herrscht und bei
welchem der Druck in den Kammern vor dem Elektrodenwechsel
zunächst auf Atmosphärendruck gebracht wird, bevor die gas
dichte Verbindung zwischen Hauben- und Kokillenflansch für
die Durchführung des Elektrodenwechsel geöffnet wird.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Variante des Verfah
rens erfolgt das Umschmelzen der selbstverzehrenden
Elektrode im gasdicht verschlossenen Raum unter einem über
Atmosphärendruck liegenden Druck, beispielsweise über 2,0
bar; der Block wird auch hier in einer Kammer aufgebaut, in
welcher der gleiche Druck wie im Raum oberhalb des
Schlackenbades herrscht und bei welchem während des
Elektrodenwechsels der Druck über dem Schlackenbad dadurch
aufrecht erhalten wird, daß nach dem Zurückziehen des Elek
trodenreststückes in die Haube zunächst der Raum oberhalb
des Schlackenbades in Höhe des Kokillenflansches durch
einen zwischen Kokille und Haube eingebauten gasdichten
Schieber abgeschlossen, anschließend der Druck in der Haube
auf Atmosphärendruck abgesenkt und erst dann die gasdichte
Verbindung zwischen Hauben- und Schieberflansch zum Zweck
der Durchführung des Elektrodenwechsels geöffnet wird. Nach
Entfernen des Elektrodenreststücks und Einbringen einer
neuen Elektrode in die Schmelzposition wird zunächst die
Haube auf den Dichtflansch aufgesetzt und mit diesem gas- und
druckdicht verschlossen, der Druck in der Haube wird
auf den gleichen Wert wie der Druck oberhalb des Schlacken
bades eingestellt, der gasdichte Schieber oberhalb des
Schlackenbades geöffnet und anschließend die neue Elektrode
zur Fortsetzung des Umschmelzvorganges in das Schlackenbad
abgesenkt.
Hilfreich für die Erfindung ist die Tatsache, daß beim
Elektroschlacke-Umschmelzen der flüssige Metallsumpf durch
ein Schlackenbad abgedeckt ist, welches den direkten
Kontakt der Atmosphäre mit der Oberfläche des flüssigen
Sumpfes verhindert. Wie bereits erwähnt, wird beim Um
schmelzen an Luft Sauerstoff insbesondere deshalb in das
Schlackenbad und weiter in den Metallsumpf eingebracht,
weil die in das überhitzte Schlackenbad eintauchende
Abschmelzelektrode unmittelbar oberhalb des Schlackenbades
auf hohe Temperaturen über 1000° bis 1200°C aufgeheizt
wird, so daß dieser Teil der Elektrode im Kontakt mit dem
Sauerstoff der Luft Zunder bildet, der dann im weiteren
Verlauf des Abschmelzens der Elektrode in das Schlackenbad
eingetragen wird.
Um die Zunderbildung auf der oberhalb der Schlacke aufge
heizten Elektrodenoberfläche - als Ursache für eine
mögliche Sauerstoffaufnahme - zu verhindern, ist es
erforderlich, das Abschmelzen der Elektrode in einer
sauerstofffreien Atmosphäre stattfinden zu lassen.
Anderseits erfolgt bei unterbrochenem Abschmelzvorgang der
Elektrode kein Sauerstoffübergang in den Metallsumpf, da
dieser - wie bereits ausgeführt - durch das Schlackenbad
von der Atmosphäre abgeschirmt ist und ein direkter
Übergang von Sauerstoff über die Schlacke in einer hochba
sischen, praktisch schwermetallionenfreien Schlacke nicht
stattfinden kann. Die Schlacke kann nämlich nur dann
Sauerstoff transportieren, wenn sie Schwermetallionen wech
selnder Valenz enthält, wie beispielsweise Ionen des
Eisens, Mangans, Chroms oder dgl.
Nur diese Ionen können, wie am Beispiel des Eisens zu er
kennen ist, an der Phasengrenze Schlacke-Gasphase - wenn
die Gasphase Sauerstoff enthält - oxidiert werden gemäß
der Reaktion:
2(FE2+) + 1/202Gas ⇔ 2(FE3+) + (O2-),
womit gleichzeitig auch ein zusätzliches Sauerstoffion in
die Schlacke aufgenommen wird. An der Phasengrenze Metall
sumpf - Schlacke wird das dreiwertige Eisen wieder zum
zweiwertigen Eisen reduziert, wobei gleichzeitig Sauerstoff
an das flüssige Metall abgegeben wird gemäß der Reaktion:
2(Fe3+) + (O2-) ⇔ 2 (Fe2+) + [O]Metall.
Enthält die Schlacke Schwermetallionen mit wechselnder Va
lenz, kann demnach laufend Sauerstoff von der Gasphase über
das Schlackenbad in das Metallbad transportiert werden.
ESU-Schlacken sind jedoch, so wie sie vom Handel angeboten
werden, äußerst schwermetalloxidarm. Erst während des Um
schmelzens durch den ständigen Eintrag von Zunder steigt -
trotz laufender Schlackendesoxidation - der Schwerme
talloxidgehalt der Schlacken an, womit auch der direkte
Sauerstoffübergang von der Gasphase über die Schlacke in
den Metallsumpf in Gang kommt.
Wenn es also durch geeignete Maßnahmen gelingt, eine
Zunderbildung an der Elektrodenoberfläche und damit ein
Einbringen von Sauerstoffionen in das Schlackenbad zu ver
hindern, so kann während der kurzen Zeit des Elektroden
wechsels eine sauerstoffhaltige Atmosphäre oberhalb des
Schlackenbades toleriert werden.
Desweiteren ist festzuhalten, daß beim Elektroschlacke-Um
schmelzen in Gleittiegeln (Hebekokille oder kurze Kokille
und absenkbare Bodenplatte) die umgebende Atmosphäre zwar
in den Spalt zwischen Blockoberfläche und Kokillenwand ein
dringt, dort aber nicht mit dem flüssigen Metall in Kontakt
kommt; dieses erstarrt beim Kontakt mit der wassergekühlten
Kokillenwand unverzüglich und ist damit - auch wenn es
oberflächlich oxidiert - nicht mehr in der Lage, den
Sauerstoff in den flüssigen Metallsumpf zu transportieren.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier -
insbesondere auch im Hinblick auf die Durchführung des Ver
fahrensablaufs erörterter - bevorzugter Ausführungsbei
spiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt jeweils in
einem skizzenhaften Vertikalschnitt eine Schutzgas-ESU-An
lage in
Fig. 1 bis 3: mit Hebekokille sowie zwei schwenk
baren Säulen bei unterschiedlichen
Verfahrensschritten;
Fig. 4, 5: eine andere Ausführung mit absenk
barer Bodenplatte und fester Säule
in zwei verschiedenen Betriebszu
ständen.
Beidseits der Vertikalachse A einer Schutzgas-ESU-Anlage 10
sind außerhalb zweier schwenkbarer Säulen 12, 12 a in deren
Stellbühne 14 zwei Elektrodengruben 16, 16 a für Elektroden
18, 18 a vorgesehen. In der Vertikalachse A ist zwischen den
durch ein Joch 13 verbundenen Säulen 12, 12 a eine Kokille
20 der Höhe a zu erkennen, die in Fig. 1 auf der Stellbühne
14 ruht.
An jeder Säule 12 bzw. 12 a sind übereinander zwei daran
verfahrbare Wagen angeordnet, deren oberer als Elektroden
wagen 22 und deren unterer als Haubenwagen 23 bezeichnet
sei. An letzterem ist eine Haube 24, 24 a festgelegt, welche
koaxial zu einer an einer Elektrodenstange 26 hängenden
Elektrode 18, 18 a verläuft. Die Elektrodenstange 26 ist
einenends am Elektrodenwagen 22 durch einen Klemmechanismus
befestigt, mit Hilfe dessen der Anschluß eines Schmelz
stroms an die Elektrode 18, 18 a hergestellt wird, wobei die
Elektrodenstange 26 durch eine gasdichte axiale Durchfüh
rung 28 in den Innenraum 25 der Haube 24, 24 a geführt sowie
mit dem Elektrodenwagen 22 relativ zur Säule 12, 12 a
verfahrbar ist.
Die Elektrodenstange 26 kann die Elektrode 18, 18 a relativ
zur Haube 24, 24 a verfahren. So ruht die Elektrode 18 a der
in Fig. 1 rechten Säule 12 a beispielsweise in der Elektro
dengrube 16 a also unterhalb ihrer Haube 24 a in Abstand b
zu ihr.
Nach dem Vorbereiten der Kokille 20 für das Anfahren wird
die erste Elektrode 18 im Klemmechanismus ihrer Elektroden
stange 26 festgelegt und durch Hochfahren des Elektroden
wagens 22 in die Haube 24 eingebracht. Letztere wird nun
über die Kokille 20 geschwenkt und auf deren Kokillen
flansch 21 unter Bildung einer gasdichten Verbindung auf
gesetzt. Nach Einstellen einer geeigneten Schutzgasat
mosphäre wird die Elektrode 18 durch Niederfahren des Elek
trodenwagens 22 soweit abgesenkt, bis sie auf einer
Bodenplatte 30 bzw. einer dort angeordneten Zündplatte oder
Zündbüchse aufsitzt. Die Bodenplatte 30 kann sich auf einem
nicht erkennbaren Blockwagen befinden, mit dem ein fertig
gestellter ESU-Block 32 aus dem Anlagenbereich gefahren
werden kann.
Nun wird der Schmelzstrom eingeschaltet und nach Aufschmel
zen der entweder in der Kokille 20 befindlichen oder
langsam über eine nicht eingezeichnete Dosiereinrichtung
zugegebenen Schlacke der Umschmelzprozeß eingeleitet. Die
Elektrode 18 wird dabei in einem der Differenz aus Elektro
denabschmelzgeschwindigkeit und Blockaufbaugeschwindigkeit
entsprechenden Maß in ein entstehendes Schlackenbad 34
nachgefahren.
Bevor die erste Elektrode 18 vollständig verzehrt ist, wird
die zweite Elektrode 18 a in der Ladeposition an die zweite
Elektrodenstange 26 angeklemmt und in die zweite Haube 24 a
eingefahren, wobei letztere bereits in eine Position
gebracht wird, die ein gefahrloses Einschwenken in die
Schmelzposition ermöglicht.
Ist die erste Elektrode 18 gemäß Fig. 2 nahezu abgeschmolzen,
wird gleichzeitig der Schmelzstrom abgeschaltet, das
Reststück der Elektrode 18 in die Haube 24 zurückgefahren,
die Verbindung Haube/Kokille geöffnet, die Haube 24
leicht angehoben und anschließend durch Schwenken der Säule
12 aus der Schmelzposition in die Lade-/Entlade-Position
ausgeschwenkt, in der das Elektrodenreststück entfernt
wird.
Sobald die Schmelzposition frei ist, wird die zweite Säule
12 a geschwenkt und so die Haube 24 a mit der zweiten
Elektrode 18 a über die Schmelzposition gebracht. Nunmehr
wird gleichzeitig einerseits die Haube 24 a niedergefahren
und auf den Kokillenflansch 21 aufgesetzt sowie anderseits
der Schmelzstrom eingeschaltet; die Elektrode 18 a wird nie
dergefahren, bis sie die Schlackenbadoberfläche berührt und
damit der Umschmelzvorgang fortsetzt. Nach dem Aufsetzen
der Haube 24 a auf den Kokillenflansch 21 wird unverzüglich
die Atmosphäre im nun wieder geschlossenen Schmelzraum aus
getauscht (Fig. 3).
Nach dem Abschmelzen der zweiten Elektrode 18 a wird der
oben geschilderte Vorgang wiederholt und eine dritte
Elektrode 18 b umgeschmolzen - diese Wiederholung erfolgt
mehrfach mit weiteren Elektroden, bis die gewünschte
Blocklänge erreicht ist.
Bei Durchführung des Verfahrens in der oben beschriebenen
Anlage 10 mit hebbarer Kokille 20 eröffnet sich die
Möglichkeit der Herstellung langer ESU-Blöcke 32 aus
mehreren vergleichsweise kurzen Abschmelzelektroden 18,
18 a, 18b in Gleittiegeln unter einer kontrollierbaren
Schutzgasatmosphäre.
Bei einer anderen Ausführungsform einer zur Durchführung
des Verfahrens geeigneten Anlage 10 k nach Fig. 4, 5 wird
eine kurze Kokille 20 k fest in eine Arbeitsplattform 36
eingebaut und der in der Kokille 20 k entstehende ESU-Block
32 durch eine absenkbare Bodenplatte 30 k mit der gleichen
Geschwindigkeit nach unten abgezogen, wie es der Blockauf
baugeschwindigkeit entspricht. Diese Schutzgas-ESU-Anlage
10 k ist mit einer festen Säule 38 ausgestattet, an der ent
lang ein Haubenwagen 23 und ein Elektrodenwagen 22 in ver
tikaler Richtung verfahrbar sind.
Der Elektrodenwagen 23 hält die Elektrodenstange 26 mit
einem Klemmzylinder 40, dank dessen der Anschluß des
Schmelzstroms an die Elektrode 18 hergestellt wird; die
Elektrodenstange 26 ist auch hier durch eine gasdichte
Durchführung 28 in den Innenraum der Haube 24 geführt.
Zum Entfernen des Elektrodenreststücks aus der Schmelzposi
tion und den Zutransport einer neuen Elektrode 18 a in die
Schmelzposition sind zwei - in der Zeichnung vernachläs
sigte - schwenkbare Hilfsarme als Lade- und Entladearm
vorgesehen.
Nach Vorbereitung der Kokille 20 k für das Anfahren wird die
erste Elektrode 18 in Schmelzposition geschwenkt, diese von
der Elektrodenklemme angenommen und geklemmt sowie Haube 24
und Elektrode 18 soweit niedergefahren, bis einerseits
letztere auf der absenkbaren Bodenplatte 30 k bzw. der Zünd
platte oder anderseits die Haube 24 auf dem Kokillenflansch
21 gasdicht aufsitzt.
Nach dem Einstellen der gewünschten Atmosphäre wird der
Strom eingeschaltet und nach Aufschmelzen der Schlacke mit
dem eigentlichen Umschmelzen begonnen. Während des Um
schmelzens der ersten Elektrode 18 wird die zweite Elek
trode 18 a vorbereitet und in den erwähnten Ladearm einge
hängt. Wenn die erste Elektrode 18 bis auf eine kleine
Scheibe abgeschmolzen ist, wird der Schmelzstrom abge
schaltet, die Verbindung Haube/Kokille geöffnet, Haube 24
und Elektrodenstange 26 werden in Wechselposition gefahren.
Dort nimmt der Entladearm das Elektrodenreststück auf und
schwenkt es aus der Schmelzposition. Ist diese frei, wird
in sie mittels des Ladearms die neue Elektrode 18 a ge
schwenkt und durch die Elektrodenstangenklemme geklemmt.
Der Ladearm wird ausgeschwenkt, der Schmelzstrom einge
schaltet, und Elektrode 18 a sowie Haube 24 werden gleich
zeitig abgesenkt, bis einerseits die Elektrode 18 a die
Oberfläche des Schlackenbades 34 berührt bzw. anderseits
die Haube 24 auf dem Kokillenflansch 21 gasdicht aufsitzt.
Im Anschluß daran wird im geschlossenen Raum oberhalb der
Schlacke die Schutzgasatmosphäre wieder eingestellt. Nun
wird der Umschmelzvorgang fortgesetzt bis auch die zweite
Elektrode 18 a verzehrt ist. Diese kann nun in oben be
schriebener Weise abermals gewechselt werden. So werden
hintereinander mehrere Elektroden umgeschmolzen, bis die
gewünschte Blocklänge erreicht ist.
Die in Fig. 4, 5 gezeigte Anlage 10 k mit absenkbarer
Bodenplatte 30 k kann alternativ auch mit zwei schwenkbaren
Säulen mit je einem Elektroden- und Haubenwagen ausgestat
tet werden. In diesem Fall können die schwenkbaren Lade- und
Entladearme entfallen.
Auch mag diese Anlage 10 k der Fig. 4, 5 mit ihrer absenkba
ren Bodenplatte 30 k, feststehenden Säule 38 und Schutzgas
haube in relativ einfacher Weise als Unter- und/oder Über
druckanlage ausgebildet werden. In diesem Fall wird die Bo
denplatte 30 k mit dem darauf aufgebauten Block 32 in ein
mit dem unteren Kokillenflansch gas- und druckdicht
verbundenes Untergefäß abgesenkt, wobei über eine Druck
ausgleichleitung die Drücke zwischen Haube 24 und Unterge
fäß gleichgeschaltet werden. Um während der Durchführung
des Elektrodenwechsels insbesondere einen Überdruck
oberhalb des Schlackenbades 34 beibehalten zu können, wird
bevorzugt zwischen oberem Kokillenflansch 21 und Hauben
flansch ein Absperrschieber eingebaut, der vor Druckent
lastung der Haube 24 geschlossen wird. Der Absperrschieber
wird erst geöffnet, wenn die Haube 24 nach Aufnahme der
neuen Elektrode 18 a gas- und druckdicht aufgesetzt und in
der Haube 24 der gleich hohe Druck eingestellt wurde, wie
im Raum oberhalb des Schlackenbades 34.
Claims (19)
1. Verfahren zum Herstellen von Blöcken aus Metallen,
insbesondere aus Stählen sowie Nickel- und Kobaltba
sislegierungen, durch Umschmelzen selbstverzehrbarer
Elektroden unter elektrisch leitender Schlacke in
einer Atmosphäre kontrollierter Zusammensetzung, bei
dem das Abschmelzen der selbstverzehrenden Elektrode
in einem von der Schlackenbadoberfläche, der Wand
einer Kokille und einer auf der Kokille aufsitzenden
Haube gasdicht begrenzten Raum durchgeführt wird, wo
bei zum Öffnen des abgeschlossenen Raumes für die
Durchführung des Elektrodenwechsels die gasdichte Ver
bindung zwischen Haube und Kokille getrennt, bei ange
hobener Haube das Elektrodenreststück aus dem
Schmelzbereich entfernt und eine neue Elektrode in
Schmelzposition gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
nach dem Austauschen der Elektrode die Haube auf die
Kokille aufgesetzt und gasdicht angeschlossen sowie
daraufhin im geschlossenen Raum die vorgegebene
Schutzgasatmosphäre erneut eingestellt und der Um
schmelzvorgang fortgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß das Umschmelzen der selbstverzehrenden Elek
trode im gasdicht abgeschlossenen Raum unter einem
Druck durchgeführt wird, der weit geringer ist als der
Atmosphärendruck, daß der Block in einem Raum auf
gebaut wird, in dem der gleiche Druck wie im Raum
oberhalb des Schlackenbades gehalten wird, wobei der
Druck in den Räumen auf Atmosphärendruck gebracht
wird, bevor die gasdichte Verbindung zwischen Haube
und Kokille für den Elektrodenwechsel geöffnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Umschmelzen im gasdicht abgeschlossenen Raum bei
einem Druck unter 500 mbar durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen
Druck beim Umschmelzen unter 200 mbar.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß das Umschmelzen der selbstverzehrenden Elek
trode im gasdicht abgeschlossenen Raum unter einem
über Atmosphärendruck liegenden Druck durchgeführt so
wie der Block in einem Raum aufgebaut wird, in dem der
gleiche Druck wie im Raum oberhalb des Schlackenbades
gehalten wird, wobei der Druck über dem Schlackenbad
während des Elektrodenwechsels dadurch aufrecht erhal
ten wird, daß nach dem Zurückziehen des Elektroden
reststückes in die Haube zunächst der Raum oberhalb
des Schlackenbades in Höhe des an die Haube an
schließenden Kokillenbereiches durch ein zwischen Ko
kille und Haube vorgesehenes gasdichtes Schließorgan
abgeschlossen, anschließend der Druck in der Haube auf
Atmosphärendruck abgesenkt und dann die gasdichte Ver
bindung zwischen Haube und Schließorgan für den Elek
trodenwechsel geöffnet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Umschmelzen im gasdichten Raum bei einem Druck
über 2,0 bar durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich
net, daß nach dem Entfernen des Elektrodenstücks und
Einbringen einer neuen Elektrode in die Schmelzpositi
on die Haube auf das Schließorgan aufgesetzt und mit
diesem gas- und druckdicht verschlossen wird, daß der
Druck in der Haube auf den Wert des Druckes oberhalb
des Schlackenbades eingestellt wird, daß das gasdichte
Schließorgan oberhalb des Schlackenbades geöffnet und
anschließend die neue Elektrode zur Fortsetzung des
Umschmelzvorganges in das Schlackenbad abgesenkt wird.
9. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Kokille (20, 20 k) im Bereich eines Kokillenflan
sches (21) mit einer relativ zu ihr bewegbaren Haube
(24, 24 a) lösbar gasdicht zur Bildung eines gasdichten
Raumes zu verbinden ist, wobei in diesem wenigstens
eine Gasleitung mündet sowie in ihm eine Elektrode
(18, 18 a) anzuordnen ist, wozu die Haube im Bereich
einer Durchführung (28) von einer zu/in der Haube heb- und
senkbaren Elektrodenstange (26) gasdicht durch
setzbar ist.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gasleitung in die Haube (24, 24 a) mündet.
11. Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich
net, daß die Elektrodenstange (26) einenends in einer
zur Haube (24, 24 a) koaxialen Klemmeinrichtung (40)
eines zumindest vertikal verstellbaren Elektrodenwa
gens (22) stromführend lagert.
12. Anlage nach Anspruch 8 oder 10, gekennzeichnet durch
wenigstens zwei Elektrodenstangen (26) mit jeweils
einer zugeordneten Haube (24, 24 a), die an einem Hau
benwagen (23) höhenverstellbar lagert.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß Haubenwagen (23) und/oder Elektro
denwagen (22) um eine Achse (12, 12 a) schwenkbar
sind/ist.
14. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die wassergekühlte Kokille
(20) geringer Höhe (a) gegenüber einer Bodenplatte
(30) hebbar angeordnet ist.
15. Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich
net, daß die wassergekühlte Kokille (20 k) geringer Hö
he (a) in einer Ebene (36) festgelegt und ihr eine ab
senkbare Bodenplatte (30 k) zugeordnet ist.
16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kokille (30 k) ein Elektrodenwagen (22) und ein
Haubenwagen (23) zum Höhenverstellen einer von der
Elektrodenstange (26) durchsetzten Haube (24) zugeord
net sind.
17. Anlage nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch
schwenkbare Hilfsarme zum Transport der Elektrode (18)
in die Schmelzposition und des Elektrodenrestes aus
dieser.
18. Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch ge
kennzeichnet, daß unterhalb der absenkbaren Bodenplat
te (30 k) ein mit der Kokille (20 k) druckdicht verbun
denes Gefäß zur Aufnahme der Bodenplatte mit dem
darauf aufgebauten Block (32) angeordnet ist, das mit
der Haube (24) durch eine Druckausgleichseinrichtung
verbunden ist.
19. Anlage nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch einen
Absperrschieber zwischen oberem Kokillenflansch (21)
und Haube (24).
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