DE2057123B2 - Verfahren zum verbinden von elektroden fuer elektroschlacke schmelzverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von verbrauchbaren Elektroden für das Elektroschlackeschmelzen, damit die Elektrode kontinuierlich eingeführt werden kann.

In den Zeichnungen, d. h. in den Fig. 1, 2, 3 und 4, wird ein bekanntes Blockformverfahren durch Elektroschlackeschmelzen von Elektroden gezeigt.

Beim Elektroschlackeschmelzen wird die Elektrode so geschmolzen, daß sie in eine Schlacke eingetaucht wird und elektrisch in einer wassergekühlten Metallform durch Strom geschmolzen wird, wobei der Strom durch dig Schlacke von der Elektrode zu dem Block fließt. Das Prinzip des Schmelzens wird in Fig. 1 schematisch gezeigt, worin 1 eine verbrauchbare Elektrode bedeutet, 2 stellt die Energie liefernden Walzen dar, 3 sind Einfuhrungswalzen für die Elektrode, 4 bedeutet eine wassergekühlte Metallform, 4 a und 4 b sind Einlaß- und Auslaßöffnungen für das Kühlmittel, 5 bedeutet geschmolzene Schlacke, 6 bedeutet ein Schmelzbad des Blocks, 7 bedeutet der feste Block, 8 bedeutet eine Schlackendecke, und 9 ist ein einziehbarer bzw. ein bewegbarer Untersatz.

Der in F i g. 1 gezeigte Ofen zeichnet sich dadurch aus, daß die Elektrode kontinuierlich eingeführt wird und daß das Schmelzen unter Bildung eines Blocks 7 ebenfalls kontinuierlich durchgeführt wird. Wäre es nun möglich, eine Elektrode kontinuierlich in die Form 4 zu geben, könnte man leicht einen Block mit einem hohen Tonnengewicht oder mit großer Länge herstellen. In der Praxis ist es jedoch zu schwierig, Elektroden kontinuierlich einzuführen, zumindestens was die bekannten Verfahren des Elektroschlackeschmelzens betrifft. Aus diesen Gründen heraus treten beim Elektroschlackeschmelzverfahren Schwierigkeiten bei der Herstellung von Blöcken mit großem Tonnengewicht oder in langen Abschnitten auf. Der Grund, weshalb es schwierig ist, Elektroden kontinuierlich einzuführen, liegt darin, daß es zu schwierig ist, Elektroden herzustellen, die für die Herstellung solcher großer oder langer Blöcke verwendbar sind.

Es ist bei dem Elektroschlackeschmelzverfahren gut bekannt, daß das Querschnittsverhältnis der Elektrode zu dem des Blocks kleiner sein muß als mindestens die Hälfte. Insbesondere muß im Falle eines Blocks mit einem kleinen Durchmesser oder geringer Dicke das Verhältnis vermindert werden, um zu verhindern, daß Strom durch die Schlacke zu der Formwand fließt oder daß Kurzschluß auftritt. In diesem Fall bedeutet eine Verkleinerung des Querschnittverhältnisses, daß die Länge der Elektrode wesentlich langer gemacht werden muß. Daher ist es zur Herstellung von Blöcken mit kleinem Durchmesser oder von dünnen Platten erforderlich, eine extrem lange Elektrode zur Verfügung zu haben, wenn man das Schmelzen kontinuierlich mit einer einzigen Elektrode durchführt.

Andererseits ist es bei der Herstellung großer Blöcke erforderlich, das Gewicht der Elektrode zu erhöhen, wenn der Block durch Schmelzen der Elektrode und ohne Zuführung einer weiteren Elektrode hergestellt werden soll. Es ist jedoch nicht immer wünschenswert, die Länge oder das Gewicht der Elektrode zu stark zu erhöhen, da die Herstellung solcher Elektroden mit Schwierigkeiten verbunden ist. Je schwerer oder je langer eine Elektrode ist, um so schwieriger ist die Herstellung und das Handhaben der Elektrode. Es ist daher wünschenswert, daß die Elektrode, die beim Elektroschlackesehmelzen verwendet wird, eine geeignete Größe besitzt und daß die Elektrode nicht nur bequem herzustellen, sondern auch bequem handzuhaben ist.

Stellt man so eine Elektrode in einer Dimension mit geeigneter Länge oder mit einem geeigneten Gewicht her, so ist sie zur Herstellung von Blöcken einer gegebenen Dimension zu klein. Um den Block herzustellen, ist es daher erforderlich, eine Anzahl von

ίο Elektroden zu schmelzen, indem man sie kontinuierlich nacheinander einführt. Zu diesem Zweck wurden bei den bekannten Elektroschlackeschmelzverfahren Austauschverfahren zum Ersatz der Elektroden angewendet, bei denen der Ofen ein Paar Beschickungsvorrichtungen für die Elektrode enthält, was den Ersatz der Elektroden erlaubt. Dabei wird, wenn die erste Elektrode verschmolzen ist, ihre Beschickungseinrichtung aus der Form entnommen und, um das Schmelzen fortsetzen zu können, wird anschließend die zweite Elektrode eingeführt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß beim Ersatz der Elektrode unweigerlich ein Unterbrechen des Schmelzens auftritt. Dies bewirkt in der Kristallstruktur des Blocks das Auftreten von Unregelmäßigkeit.

Für Blöcke, die durch Elektroschlackeschmelzverfahren hergestellt wurden, sind Unregelmäßigkeiten in der Kristallstruktur nicht wünschenswert, da dies die Qualität des Materials negativ beeinflußt. Um solche Unregelmäßigkeiten auszuschließen, muß das Schmelzen während der gesamten Herstellung des Blocks ohne Unterbrechung durchgeführt werden.

Es wurden viele Versuche unternommen, um Elektroden miteinander zu verbinden, die für das Elektroschlackeschmelzverfahren verwendbar sind.

Mit Ausnahme einer dünnen Elektrode haben alle diese Versuche jedoch nur zu Mißerfolg geführt. Beispielsweise kann das Abschmelzschweißverfahren dazu verwendet werden, um dünnere Stäbe zu verbinden, aber es ist nicht dafür geeignet, größere Elektroden zu verbinden. Daher wurde bei den bekannten Verfahren das Bogenschweißen verwendet, um Elektroden zu verbinden, die einen größeren Durchmesser aufweisen. Für diesen Zweck werden zwei Elektroden an ihren ebenen Enden stumpf aneinandergefügt, und der äußere Teil der Verbindung wird, wie in F i g. 2 gezeigt wird, elektrisch verschweißt. In Fig. 2 bedeuten la und Ib Elektroden, 10 die Verbindung der Elektroden und 11 das Anbringen der Schweißstelle. Im Falle von Elektroden mit großem Durchmesser ist es schwierig, den ganzen Querschnitt der stumpf aneinandergefügten Elektroden mit einem Lichtbogen von der Oberfläche bis zu dem Zentrum zu schweißen, und daher ist die Schweißstelle auf den äußeren Bezirk der Verbindung beschränkt.

Die so nur teilweise verschweißte Elektrode hat den Nachteil, daß ein nicht geschmolzenes Stück der Elektrode abfallen kann, wenn der verbundene Teil der Elektrode dem Schmelzen unterworfen wird. Der Grund für das Herabfallen eines nicht geschmolzenen Stücks liegt darin, daß die Spitze der schmelzenden Elektrode keine flache, sondern eine konvexe Form besitzt. In Fi g. 3 wird die Form der Spitze einer schmelzenden Elektrode angegeben, wobei 1 die Elektrode, 5 die geschmolzene Schlacke und 6 das Schmelzbad des Blocks bedeuten. Fig. 4 zeigt das Verhalten einer schmelzenden Elektrode an der Verbindungsstelle 10, wenn die äußere Schicht schneller herabgeschmolzen ist als der innere Teil, wobei eine

konvexe Form entsteht, d. h., wenn die Schweißstelle

11 abgeschmolzen ist, verbleibt der gestrichelte Teil

12 ungeschmolzen. Wenn daher die Schweißstelle abgeschmolzen ist, fallt der gestrichelte Teil aus der Verbindung 10 und fällt in das Schmelzbad des Blocks 6. Ein solches abgefallenes Stück wird oft von einer festen Schicht eingeschlossen, wobei in dem Block eine Unregelmäßigkeit oder ein Fehler entsteht.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren, um Elektroden miteinander zu verbinden und um zu verhindern, daß ungeschmolzene Stücke von der Elektrode abgehen und in das geschmolzene Bad fallen.

In den Fig. 5, 6, 7 und 8 werden beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Elektroschlackeschmelzverfahrens gezeigt.

F i g. 5 ist eine Ansicht im Schnitt der Formen der oberen und unteren Enden der Elektrode;

F i g. 6 ist eine Ansicht im Schnitt der oberen und unteren Elektroden, die an ihren Enden aneinandergefügt und verschweißt sind;

F i g. 7 zeigt einen vertikalen Schnitt des Verhaltens der verbundenen Elektroden beim Abschmelzen;

F i g. 8 zeigt eine Ansicht im Schnitt der oberen und unteren Elektroden, die durch ein Außengewinde und eine Mutterschraube verbunden sind.

Das wesentlichste Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der Form der Enden jeder Elektrode, wie es in F i g. 5 gezeigt wird. Das bedeutet, an Stelle des flachen Endes, das die bekannten Elektroden aufweisen, wird das untere Ende 22 der oberen Elektrode 20 α so ausgebildet, daß es eine konvexe Form besitzt, und das obere Ende 22 der unteren Elektrode 20 b wird so ausgebildet, daß es eine konkave Form besitzt, die zu der konvexen Form paßt. Die zwei Elektroden werden durch Bogenverschweißen bzw. durch elektrisches Verschweißen, wie es in F i g. 6 gezeigt ist, verbunden, wobei die Schweißstelle durch 23 angezeigt ist. Obgleich in diesem Falle nur am äußeren Teil der Verbindungsstelle geschweißt wird, wird die Schweißstelle so ausgeführt, daß sie eine Tiefe besitzt, die ausreicht, um den elektrischen Strom zu leiten.

F i g. 7 zeigt das Verhalten des Abschmelzens der so verbundenen Elektrode. ImFaIIe, wie es in der Figur gezeigt ist, hat die Verbindungsstelle eine konvexekonkave Form, und ein nicht geschmolzenes Stück wird von der Spitze der Elektrode niemals abgegeben, selbst wenn das Zusammenschweißen nur auf die äußere Schicht der Verbindungsstelle beschränkt ist. Das heißt, bevor die Schweißstelle 23, die sich an der unteren Elektrode 20 b befindet, abgeschmolzen ist, ist die untere Elektrode 20 b vollkommen abgeschmolzen, und die Spitze der Elektrode wurde von der oberen Elektrode 20 a ersetzt.

Das Verbinden der Elektroden geschieht vorzugsweise durch Verschweißen, jedoch können auch mechanische Verfahren zum Verbinden der Elektroden einer zylindrischen Form, wie es in F i g. S gezeigt ist, verwendet werden, auf solche Weise, daß ein Außengewinde 24 an die obere Elektrode 20a angebracht ist und in der unteren Elektrode 206 ein dazu passendes Gegenstück mit einem Innenücwebe vorhanden ist. Γ i g. S zeigt somit eine Ausführungsform, wo die Verbindung der Elektroden durch Vergeh rauhen ueschielu.

Beispielsweise wurde ein Stahlblock mit einem Durchmesser von 400 mm in einem Eiektroschlackeschmelzofen hergestellt, indem man eine Elektrode mit einem Durchmesser von 200 mm verwendete. Die Schlacke enthielt 70»,;, CaF., und 30% ΑΙ.,Ο.,, und der Strom betrug 15 000 Ampere bei 50 Volt'. Die Länge jeder Elektrode betrug 1500 mm. Das obere Ende der Elektrode war so ausgebildet, daß es eine konkave Form eines Kegels enthielt, und das untere Ende enthielt eine konvexe Form eines Kegels. Zum Verbinden wurde eine neue Elektrode auf die ursprüngliche Elektrode gegeben und elektrisch, ohne daß das Schmelzen unterbrochen wurde, verschweißt. Im vorliegenden Fall wurde so vorgegangen, daß der Winkel des konischen Endes 120° betrug, und die Tiefe der Schweißstelle war ungefähr 20 mm.

Zweitens wurde ein Stahlblock hergestellt, der eine rechteckige Form von 800 X 200 mm hatte, indem man Elektroden von 200 X 50 X 2000 mm in einem Elektroschlackeofen schmolz. Die Enden jeder Elektrode haben eine dreieckige Form entlang den breiten Richtungen. Die Schweißstelle wurde an beiden breiten Seiten mit einer Tiefe von ungefähr 15 mm ausgeführt. Der Winkel des Dreiecks war 45°. Die verwendete Energie war 20 000 Ampere bei 50 Volt, und ein Verbinden wurde ähnlich während des Schmelzens durchgeführt.

Die Qualität des so hergestellten Stahls war sehr gut, und nachdem er zu den fertigen Produkten ausgewalzt war, konnten keine Fehler gefunden werden. Dies zeigt, daß keine Fehler auftraten, die durch das Abfallen von nicht geschmolzenen Stücken während des Elektroschmelzverfahrens verursacht waren, und daß die Ergebnisse sehr erfolgreich waren.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden von Elektroden für das Elektroschlackeschmelzverfahren hat den Vorteil, daß man die Elektroden kontinuierlich einführen kann, ohne daß man das Schmelzen unterbrechen muß. Weiterhin besteht keine Gefahr, daß ein nicht geschmolzenes Stück abfällt. Daher erlaubt es die Herstellung von Blöcken hoher Qualität in irgendeiner Form durch kontinuierliches Schmelzen und Gießen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden von Elektroden für Elektroschlackeschmelzverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß man eine obere Elektrode mit einer konvexen Form am unteren Ende und eine untere Elektrode mit einer konkaven Form am oberen Ende schafft und die oberen und die unteren Elektroden zusammenfügt, wobei eine lange Elektrode geschaffen wird.

2. Verfahren zum Verbinden von Elektroden für Elektroschlackeschmelzverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren Elektroden aneinander durch Schweißen der äußeren Kanten der Stoßverbindung bzw. Stoßnaht befestigt werden.

3. Verfahren zum Verbinden von Elektroden gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden durch Verschrauben bzw. durch Festklammern verbunden werden, wobei die obere Elektrode an ihrem unteren Ende eine Außenhülle bzw. ein Außengewinde enthalt und die untere Elektrode an ihrem oberen Ende einen Kern bzw. ein Innengwinde enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen BAD ORIGINAL