DE19728098A1 - Funnel mold with funnel-shaped insert tube for electro-slag remelting and process for it - Google Patents
Funnel mold with funnel-shaped insert tube for electro-slag remelting and process for itInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Trichterkokille mit trichter förmigem Einsatzrohr für das Elektroschlackeumschmelzen we nigstens einer Abschmelzelektrode - insbesondere einer Stahlelektrode in der Sondermetallurgie - nach dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1. Zudem erfaßt die Erfindung ein Verfahren zum Elektroschlackeumschmelzen.The invention relates to a funnel mold with funnel shaped insert tube for electroslag remelting we at least one consumable electrode - especially one Steel electrode in special metallurgy - according to the Oberbe handle of claim 1. In addition, the invention covers Process for electroslag remelting.
Es sind mehrere Arten von sog. ESU-Kokillen mit wasserge kühltem rohrartigem Kupfereinsatz bekannt, der in einem Mantelrohr mit entsprechenden Anschlüssen für Kühlwasser untergebracht ist; im Mantelrohr oder im Kupfereinsatz sind Kühlkanäle vorgesehen, die dazu dienen, das Kühlwasser ent sprechend der Form der Kokille und der notwendigen Kühlwas sergeschwindigkeit über den Kokillenumfang zu verteilen. Der Kupfereinsatz kann verschiedene Formen aufweisen, so daß unterschiedliche Abschmelzelektroden zu Blockformaten verschiedenen Querschnitts umgeschmolzen zu werden vermö gen.There are several types of so-called ESU molds with water cooled tubular copper insert known in one Jacket pipe with corresponding connections for cooling water is housed; in the casing tube or in the copper insert Cooling channels are provided, which serve to ent the cooling water speaking of the shape of the mold and the necessary cooling water to distribute the speed over the circumference of the mold. The copper insert can have different shapes that different consumable electrodes form block formats different cross-section can be remelted gene.
Eine in der Praxis verbreitete Kokillenform ist die sog. Trichterkokille, die das Umschmelzen von Elektroden mit ei nem großen Durchmesser zu Blöcken mit einem kleineren Durchmesser ermöglicht. Eine solche Kokille zum Elektro schlackeumschmelzen mit einer Abschmelzelektrode zu einem im unteren rohrförmigen Kokillenbereich entstehenden sowie aus diesem nach unten abzuziehenden Block ist der DE-AS 23 28 804 zu entnehmen. Während des Blockaufbaus wird eine Relativbewegung zwischen Block und Kokille aufrechterhal ten. Dabei taucht die Abschmelzelektrode in ein Schlacken bad ein, das sich im oberen Bereich der von einem Tragorgan gehaltenen Trichterkokille befindet. A mold used in practice is the so-called. Funnel mold, which is the remelting of electrodes with egg a large diameter into blocks with a smaller one Diameter allows. Such a mold for the electric melting slag with a melting electrode into one arising in the lower tubular mold area as well from this block to be subtracted down is DE-AS 23 28 804 refer to. During block construction, a Maintain relative movement between block and mold The melting electrode is immersed in a slag bad one, which is in the upper area of a supporting organ held funnel mold is located.
Bei Trichterkokillen ist es erforderlich, den Schmelzstrom direkt aus der Schlacke zurück in das Netz zu führen, da der kleinere Blockdurchmesser nicht die ganze Schmelzstrom menge zurückleiten kann. Da aber die Schlacke, in welcher der Schmelzvorgang stattfindet, nur im flüssigen Zustand stromleitend ist, bleibt ein direkter Stromanschluß an der Kokillenwand unmöglich; durch die Wasserkühlung des Kupfereinsatzes bildet sich an der Innenseite der Kokil lenwand eine harte, nicht geschmolzene - und dadurch nicht stromleitende - Schlackenschicht. Aus diesem Grunde werden verschiedene zusätzliche Elektroden im Schlackenbad ver wendet, die während des Schmelzens heiß genug bleiben, um die Schlacke nicht erstarren zu lassen und dadurch die Stromrückführung von der flüssigen Schlacke in das Netz ge währleisten. Nicht verzehrbare Elektroden dieser Art zeigt US-A-4,145,563 beispielhaft als zur Abschmelzelektrode etwa achsparallele Stabelektroden oder als - ebenfalls das Schlackenbad überragende - hohle Zylinderelektroden, die ihre Abschmelzelektrode in Abstand umgeben. Werden für nicht verzehrbare Elektroden Graphitelemente oder Teile aus Graphit-Kupfer-Keramikmischungen eingesetzt, so ergibt sich das Problem, den richtigen elektrischen Kontakt zwischen der Elektrode und einem anzuschließenden Hochstromkabel zu gewährleisten, da bei den im Schmelzbereich herrschenden Temperaturen die mechanischen Eigenschaften solcher Elektroden stark beeinträchtigt sind und jede Art von lokaler mechanischer Verbindung - wie beispielsweise Schrauben od. dgl. - die Elektrode sehr schnell zerstören.In the case of funnel molds, the melt flow is required lead directly from the slag back into the network, because the smaller block diameter does not cover the entire melt flow quantity can return. But since the slag in which the melting process takes place only in the liquid state is conductive, a direct power connection remains on the Mold wall impossible; through the water cooling of the Copper insert forms on the inside of the Kokil lenwand a hard, not melted - and therefore not conductive - slag layer. For this reason various additional electrodes in the slag bath ver turns that remain hot enough during melting not to let the slag solidify and thereby the Current return from the liquid slag into the network guarantee. Shows non-edible electrodes of this type US-A-4,145,563, for example, as for the consumable electrode axis-parallel stick electrodes or as - also that Slag bath outstanding - hollow cylinder electrodes that surround their consumable electrode at a distance. Be for non-consumable electrodes made of graphite elements or parts Graphite-copper-ceramic mixtures used, results in the problem of proper electrical contact between the electrode and a high-current cable to be connected ensure that the prevailing in the melting range Temperatures the mechanical properties of such Electrodes are severely affected and any type of local mechanical connection - such as Screws or the like - destroy the electrode very quickly.
In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine ESU-Trichterkokille zu schaffen, bei der die oben erwähnten Probleme nicht auftreten; die zum sicheren elektrischen Kontakt zwischen der nicht ver zehrbaren Elektrode und den weiterleitenden Stromteilen notwendigen Kräfte sollen unabhängig von den sich ständig ändernden thermischen Bedingungen gute Arbeitsbedingungen für die Elektrode gewährleisten.The invention lies in knowledge of this prior art the task of creating an ESC funnel mold, in which the problems mentioned above do not occur; the for safe electrical contact between the not ver consumable electrode and the forwarding current parts necessary forces should be independent of the ones constantly changing thermal conditions good working conditions ensure for the electrode.
Diese Aufgabe wird durch die Lehre der unabhängigen Patent ansprüche gelöst; die Unteransprüche geben günstige Weiter bildungen an.This task is accomplished through the teaching of the independent patent claims solved; the subclaims give favorable further education.
Erfindungsgemäß ist im oberen Bereich des Einsatzrohres der Trichterkokille eine umlaufende Ausnehmung für eine etwa ringförmige Graphitelektrode vorgesehen und diese vom Ein satzrohr durch ein Isolationsorgan getrennt wobei sich die Graphitelektrode unter dem Schlackenbadniveau befindet und von einem Isolierelement übergriffen ist, das mit der Gra phitelektrode einen etwa ringförmigen Spalt begrenzt sowie mittels eines Hochstromkabels mit dem elektrischen Netz verbunden ist. Dazu hat es sich als günstig erwiesen, die Graphitelektrode zum Einsatzrohr hin einem keramischen Isolationsring aufzulegen, wobei sie von einem wassergekühlten Kontaktring als Isolierelement übergriffen wird.According to the invention is in the upper region of the insert tube Funnel mold a circumferential recess for approximately provided annular graphite electrode and this from the set tube separated by an insulation organ, the Graphite electrode is located below the slag bath level and is overlapped by an insulating element that with the Gra phite electrode limits an approximately annular gap as well by means of a high-current cable to the electrical network connected is. In addition, it has proven to be cheap Graphite electrode towards the insert tube towards a ceramic insulation ring hang up, being from a water-cooled Contact ring is gripped as an insulating element.
Diese ESU-Trichterkokille besteht im wesentlichen aus einem - in einem Wassermantel untergebrachten - trichterförmi gen Kupfereinsatzrohr, das im oberen Teil vorzugsweise zy lindrisch ausgeführt ist und dessen unterer blockformender Teil einen runden, quadratischen oder sogar mehreckigen Querschnitt aufweisen kann. Die schulterartig ausgebildete Ausnehmung im oberen zylindrischen Teil des Einsatzrohres oder Kupfereinsatzes nimmt die ringförmige Graphitelektrode auf, die zum Einsatzrohr hin einer keramischen Isolierung - bevorzugt einem keramischer Isolationsring - aufliegt sowie zur Abschmelzelektrode hin jenem wassergekühlten Kon taktring zugeordnet ist.This ESU funnel mold essentially consists of a - housed in a water jacket - funnel-shaped against copper insert tube, which is preferably zy in the upper part is made lindrisch and its lower block forming Part of a round, square or even polygonal May have cross-section. The shoulder-shaped Recess in the upper cylindrical part of the insert tube or copper insert takes the ring-shaped graphite electrode to the ceramic insulation tube - preferably a ceramic insulation ring - rests as well as to the melting electrode towards that water-cooled con clock ring is assigned.
Erfindungsgemäß ist ein zwischen dem Kupfereinsatz bzw. Einsatzrohr und einem Mantelrohr gebildeter Spaltraum für das Kühlwasser im oberen Teil der Kokille durch einen O-Ring abgedichtet, der bevorzugt in einer sich zum Einsatz rohr öffnenden Nut im oberen zylindrischen Teil des Man telrohres lagert. Im unteren Teil ist der Kühlwasserspalt durch einen anderen O-Ring wesentlich kürzeren Durchmessers abgedichtet, der sich - wie jener andere O-Ring im oberen Teil der Kokille - in einer zum Einsatzrohr offenen Nut befindet.According to the invention, a between the copper insert or Insert tube and a casing tube formed gap for the cooling water in the upper part of the mold through an O-ring sealed, which is preferably used in one tube-opening groove in the upper cylindrical part of the man telrohres stores. The cooling water gap is in the lower part by another O-ring with a much shorter diameter sealed, which - like that other O-ring in the upper Part of the mold - in a groove open to the insert tube located.
Der wassergekühlte Kontaktring ist vorteilhafterweise durch Stiftschrauben mit einer die Kokille haltenden Tragplatte so verbunden, daß er einerseits auf die Stiftschrauben um fassenden Isolationshülsen aufliegt, anderseits ein Ringspalt zwischen ihm und der ringförmigen Graphitelek trode in Ruhelage gewährleistet bleibt.The water-cooled contact ring is advantageously through Stud bolts with a support plate that holds the mold so connected that he on the one hand around the studs on the other hand Annular gap between it and the ring-shaped graphite electrode trode remains in the rest position.
Da die vom oberen O-Ring umfaßte Fläche erheblich größer ist als die entsprechende Fläche des unteren O-Ringes kür zeren Durchmessers, entsteht dank des Kühlwasserdruckes eine Kraft, die das Einsatzrohr zur Graphitelektrode hin drückt und letztere - unter Minderung jenes Ringspaltes - an den Kontaktring preßt. Der elektrische Stromfluß ist ge währleistet; denn nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist der Kontaktring mittels eines Hochstromkabels mit dem elektrischen Netz verbunden.Because the area covered by the upper O-ring is considerably larger is shorter than the corresponding area of the lower O-ring diameter, arises thanks to the cooling water pressure a force that pushes the insert tube towards the graphite electrode presses and the latter - while reducing that annular gap - presses on the contact ring. The electrical current flow is ge ensures; because according to another feature of the invention is the contact ring with a high current cable electrical network connected.
Die Vorteile der Erfindung sind
The advantages of the invention are
- - eine konstante und gleichmäßig verteilte Kontakt kraft zwischen Graphitelektrode und Kontaktring, dadurch einwandfreie Stromrückführung von der flüs sigen Schlacke zurück in das elektrische Netz;- a constant and evenly distributed contact force between graphite electrode and contact ring, thereby flawless current feedback from the river some slag back into the electrical network;
- - eine verlängerte Lebensdauer der Graphitelektrode, die auf die konstanten und gleichmäßig über den Um fang der Elektrode verteilten Kraft- und Tempera turbeanspruchungen zurückzuführen ist; - an extended service life of the graphite electrode, which on the constant and even over the order distributed force and tempera is due to turbo stresses;
- - die Vermeidung des negativen Einflusses aller me chanischen Ausdehnungserscheinungen infolge ther mischer Beanspruchung, da sich der Kupfereinsatz und alle anderen thermisch beanspruchten Teile aus dehnen können.- avoiding the negative influence of all me signs of expansion due to ther mixer stress, since the copper insert and all other thermally stressed parts can stretch.
Dank der beschriebenen Maßgaben werden alle unerwünschten und nicht kalkulierbaren mechanischen Spannungen - die an erster Stelle zur Zerstörung der Graphitelektrode führen könnten - minimiert oder sogar vollkommen vermieden. Thanks to the described measures, all undesirable and incalculable mechanical stresses - the on lead to destruction of the graphite electrode could - minimized or even avoided entirely.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines be vorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt jeweils schematisch inFurther advantages, features and details of the invention result from the following description of a be preferred embodiment and with reference to the drawing; this shows schematically in
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine trichterförmige Ko kille für das Elektroschlackeumschmelzen; Figure 1 shows a longitudinal section through a funnel-shaped Ko kille for the electroslag remelting.
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 etwa nach deren Pfeil II. Fig. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1 include the arrow II.
Eine Trichterkokille 10 für das sog. Elektroschlackeum schmelzen (ESU) weist nach Fig. 1 ein aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung einstückig geformtes Einsatzrohr 12 auf, das aus einem zylindrischen Formrohr 14 - eines Innen durchmessers d und eines Außendurchmessers d1 -, einem sich von diesem aufwärts konisch erweiternden Trichterab schnitt 15 und einem an dessen größten Durchmesser e an schließenden zylindrischen Firstring 16 besteht. Das Ein satzrohr 12 ist von einem Mantelrohr 18 umgeben, das ei nerseits einen unteren Rohrabschnitt 19 und einen nach oben angeformten Trichterabschnitt 20 anbietet.A funnel mold 10 for the so-called electroslag melting (ESR) has, according to FIG. 1, an insert tube 12 formed in one piece from copper or a copper alloy, which consists of a cylindrical molded tube 14 - an inside diameter d and an outside diameter d 1 - one of this upwards conically expanding Trichterab section 15 and one at its largest diameter e at closing cylindrical ring ring 16 . The A set tube 12 is surrounded by a casing tube 18 , the egg ni offers a lower tube section 19 and an upwardly shaped funnel section 20 .
Die einander gegenüberstehenden Paarungen der zylindrischen Rohrabschnitte 14, 19 sowie der Trichterabschnitte 15, 20 verlaufen in einem Spaltabstand a voneinander; der so ge bildete Spaltraum 22 dient der Kühlwasserführung und ist nach oben hin durch einen O-Ring 24 abgedichtet. Dieser ruht in einer Nut 25, die sich zwischen zwei einwärts wei senden Radialrippen 26 eines Kragenringes 28 erstreckt. Letzterer setzt - in Spaltabstand a zum Firstring 16 des Einsatzrohres 12 stehend - das Mantelrohr 18, damit den Spaltraum 22, fort und ist an eine Tragplatte 30 angefügt, welche Zu- und Rückleitungen 31, 32 für das Kühlwasser ent hält.The mutually opposing pairings of the cylindrical tube sections 14 , 19 and the funnel sections 15 , 20 run at a gap distance a from one another; the gap space 22 thus formed serves the cooling water flow and is sealed at the top by an O-ring 24 . This rests in a groove 25 which extends between two inward-sending radial ribs 26 of a collar ring 28 . The latter continues - standing in the gap distance a to the fir ring 16 of the insert tube 12 - the casing tube 18 , thus the gap space 22 , and is attached to a support plate 30 which contains supply and return lines 31 , 32 for the cooling water.
Am unteren Ende ist der Spaltraum oder Kühlwasserspalt 22 durch einen - gegenüber dem oberen O-Ring 24 - wesentlich kleineren O-Ring 24 t abgedichtet, der in einer Innennut 25 i eines - an das Mantelrohr 18 angeflanschten und das Ein satzrohr 12 umfangenden - Verschlußringes 34 sitzt.At the lower end of the gap or cooling water gap 22 is sealed by a - compared to the upper O-ring 24 - significantly smaller O-ring 24 t , which in an inner groove 25 i one - flanged to the casing tube 18 and the insert tube 12 comprehensive - locking ring 34 sits.
In einer Schulterausnehmung 36, die durch einen - aus je nem Firstring 16 herausgeformten - Winkelrand 17 angeboten wird, lagert auf einem keramischen Isolationsring 38 eine ringförmige Graphitelektrode 40. Diese wird von einem jenen Winkelrand 17 in Abstand übergreifenden Kontaktring 42 überdeckt, der als Hohlprofil mit wasserführendem Kühl kanal 44 ausgebildet ist. Der Kontaktring 42 wird durch bei 46 angedeutete Stiftschrauben mit der Tragplatte 30 so ver bunden, daß er einerseits auf die Stiftschrauben 46 umfas senden Isolationshülsen 48 aufliegt, anderseits mit der ringförmigen Graphitelektrode 40 einen Ringspalt 50 bildet. Zudem ist der Kontaktring 42 durch ein Hochstromkabel 52 mit einem elektrischen Netz 54 verbunden.An annular graphite electrode 40 is supported on a ceramic insulation ring 38 in a shoulder recess 36 , which is provided by an angular edge 17 formed from a fir ring 16 . This is covered by an angular edge 17 at a distance overlapping contact ring 42 , which is designed as a hollow profile with water-carrying cooling channel 44 . The contact ring 42 is ver by 46 indicated studs with the support plate 30 so that it rests on the one hand on the studs 46 comprising comprehensive insulation sleeves 48 , on the other hand forms an annular gap 50 with the annular graphite electrode 40 . In addition, the contact ring 42 is connected to an electrical network 54 by a high-current cable 52 .
Nach entsprechender Vorbereitung der ESU-Trichterkokille 10 rum Anfahren eines Schmelzvorganges - d. h. nach dem Ein lassen des Kühlwassers in den Kühlwasserspalt 22, Befüllen der Trichterkokille 10 mit Schlacke 56 und Eintauchen einer in der Kokillenachse A aufgehängten Abschmelzelektrode 58 unter Strom - beginnt der Umschmelzvorgang.After appropriate preparation of the ESU funnel mold 10, starting a melting process - ie after leaving the cooling water in the cooling water gap 22 , filling the funnel mold 10 with slag 56 and immersing a melting electrode 58 suspended in the mold axis A under current - the remelting process begins.
Da die vom oberen O-Ring 24 umfaßte Fläche wesentlich grö ßer ist als die entsprechende Fläche am unteren O-Ring 24 t, entsteht - angesichts eines im Kühlwasserspalt 22 herr schenden Drucks des Kühlwassers - eine Kraft, die auf das Einsatzrohr 12 in Richtung F zur Graphitelektrode 40 wirkt und das Einsatzrohr 12 soweit zur Graphitelektrode 40 aus stößt, bis jener Ringspalt 50 geschlossen sowie ein siche rer elektrischer Kontakt zwischen Graphitelektrode 40 und Kontaktring 42 erreicht wird. Da der Kühlwasserdruck wäh rend des Schmelzvorganges konstant bleibt, wirkt die Kraft F ununterbrochen auf den Kupfereinsatz bzw. das Einsatzrohr 12. Aus diesem Grunde wird ein sicherer sowie gleichmäßiger mechanischer und gleichzeitig elektrischer Kontakt zwischen Graphitelektrode 40 und Kontaktring 42 gewährleistet.Since the area covered by the upper O-ring 24 is substantially larger than the corresponding area on the lower O-ring 24 t , a force arises - in view of a pressure of the cooling water in the cooling water gap 22 - a force acting on the insert tube 12 in the direction of F acts to graphite electrode 40 and the insertion tube 12 as far joins the graphite electrode 40, until that annular gap 50 is closed and a Siche rer electrical contact between the graphite electrode 40 and contact ring is achieved 42nd Since the cooling water pressure remains constant during the melting process, the force F acts continuously on the copper insert or the insert tube 12 . For this reason, a safe and uniform mechanical and at the same time electrical contact between graphite electrode 40 and contact ring 42 is ensured.
Besteht der wassergekühlte Kontaktring 42 aus einer kupfer haltigen Legierung, ist es kein Problem, den sicheren elektrischen Kontakt zwischen ihm und dem Hochstromkabel 52 mittels jeder beliebigen mechanischen Verbindungsart - wie Schrauben od. dgl. - zu realisieren. Da die Graphit elektrode 40 immer unterhalb des Schlackenpegels 51 bleibt und da sie ununterbrochen auf die Temperatur der geschmol zenen Schlacke 56 aufgeheizt ist, wird der elektrische Kon takt einerseits zwischen Schlacke 56 und Graphitelektrode 40 sowie anderseits zwischen letzterer und dem Kontaktring 42 ständig erhalten. Durch Absenken der axialen Abschmelze elektrode 58 in die Schlacke 56 schmilzt die Abschmelzelek trode 58 ab und tropft durch die Schlacke 56 abwärts.If the water-cooled contact ring 42 is made of a copper-containing alloy, it is no problem to implement the secure electrical contact between it and the high-current cable 52 by means of any mechanical connection type, such as screws or the like. Since the graphite electrode 40 always remains below the slag level 51 and since it is continuously heated to the temperature of the molten slag 56 , the electrical contact between the slag 56 and the graphite electrode 40 as well as between the latter and the contact ring 42 is constantly maintained. By lowering the axial Abschmelze electrode 58 into the slag 56 melts the Abschmelzelek trode 58 and added dropwise through the slag 56 down.
Ein sich während des Schmelzvorgangs im unteren Teil der Trichterkokille 10 bildender Ingot oder Block 60 wird beim Absenken einer die Trichterkokille 10 nach unten begrenzen den Plattform oder Bodenplatte 62 aus dem unteren blockfor menden Rohrabschnitt - dem Formrohr 14 - der Trichterko kille 10 ausgezogen.A during melting in the lower portion of the funnel chill mold 10 forming ingot or block 60 is used when lowering a the funnel mold 10 downward limit the platform or base plate 62 from the lower blockfor Menden pipe section - the forming tube 14 - the Trichterko kille 10 extended.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |