DE2116038C3

DE2116038C3 - Process for electroslag remelting of blocks and devices for its implementation

Info

Publication number: DE2116038C3
Application number: DE19712116038
Authority: DE
Inventors: Wiktor L. Artamonow; Ansor I. Botschorischwili; Wiktor M. Martyn; Boris I. Medowar; Boris E. Paton; Walerij G. Popow; Leonid M. Stupak; Anatolij P. Sysenko; Leontij W. Tschekotilo
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1970-04-20
Filing date: 1971-04-01
Publication date: 1975-07-17
Also published as: FR2086189B1; CA969587A; DE2116038B2; AT320175B; BE765933A; SE406598B; FR2086189A1; GB1352551A; DE2116038A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrometallurgie, insbesondere auf ein Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Blöcken und Vorrichtungen zu dessen Durchführung, bei dem nicht abschmelzende, gekühlte Metallelektroden verwendet werden. Dieses Verfahren kann beim Erzeugen von Stählen und Legierungen verwendet werden.The invention relates to the field of electrometallurgy, in particular to a method for electroslag remelting of blocks and devices for carrying it out, in which not consumable, cooled metal electrodes can be used. This process can be used when generating of steels and alloys.

Es ist ein Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Blöcken mittels Gleich- und Wechselstrom unter Verwendung von nicht abschmelzenden Graphit- oder Silitelektroden bekannt. Praktisch unterliegen jedoch Graphit- und Silitelektroden einem Abbrand, da sie sich während des Elektroschlacke-Umschmelzprozesses unter dem Einfluß hoher Temperaturen und der chemischen Wirkung der Schlacke nach und nach auflösen, wobei sie die Schlackenschmelüe durch Fremdeinschlüsse, d.h. durch Losungsprodukte der Elektroden, verunreinigen. Dies hat zur Folge, daß beim Umschmelzen von Metallen letztere mit Kohlenstoff, Silizium und auch anderen schädlichen Beimengungen wie Schwefel- Phosphor u.a. angereichert werden, wodurch die Qualität desIt is a process for electroslag remelting of ingots using direct and alternating current known using non-consumable graphite or silicon electrodes. Practically subject However, graphite and silicon electrodes burn up as they are removed during the electroslag remelting process under the influence of high temperatures and the chemical action of the slag gradually dissolve, whereby they dissolve the slag melt contaminated by foreign inclusions, i.e. by solution products from the electrodes. this As a result, when metals are remelted, the latter with carbon, silicon and others harmful admixtures such as sulfur, phosphorus and others are enriched, which reduces the quality of the

Blockmetalls vermindert wird. _{A a} . ■ Block metal is reduced. _{A a} . ■

Versuchsergebnisse haben gezeigt, daß beim Durchführen des Elektroschlacke-Umschmelzprozesses zum Umschmelzen von Metallen mittels Gleichstrom bei negativer Polung gekühlte Metall-Experimental results have shown that when performing the electroslag remelting process for remelting of metals by means of direct current with negative polarity cooled metal

elektroden als nicht abschmelzende Elektroden am effektvollsten verwendet werden. Dies verhindert, daß das umgeschmolzene Metall mit schädlichen Beimengungen angereichert wird.electrodes can be used most effectively as non-consumable electrodes. This prevents that the remelted metal is enriched with harmful additions.

Derartige Metallelektroden werden jedoch, msbe-Such metal electrodes are, however,

is sondere bei Verwendung von Wechselstrom- und von Gleichstrom positiver Polung, elektrochemisch zerstört was ebenfalls eine Verunreinigung der Schmelze durch Fremdbestandteile sowie auch einen vorzeitigen Abbrand der Elektrode selbst zur Folge hatis special when using AC and Direct current of positive polarity, electrochemically destroyed, which also contaminates the melt through foreign components as well as premature The electrode itself burns off

ao Derselbe Nachteil ist beim Gießen von hohlen Rohlingen vorhanden. In diesem Falle wird die gekühlte Metallelektrode, insbesondere der lochbildende Dorn, durch den der Rohlings-Innenraum geformt wird, ebenfalls elektrochemisch zerstört.Also, the same disadvantage exists when casting hollow blanks. In this case the cooled Metal electrode, in particular the hole-forming mandrel, through which the interior of the blank is formed is also destroyed electrochemically.

Bei der Schmelznußelektrolyse für die Herstellung von Aluminium ist es aus der deutschen Auslegeschrift 1 483 346 bekannt, den Abbrand von ungekuhlten Kohleelektroden durch den bei der Schmelzflußelektrolyse entstehenden Sauerstoff dadurch zu vermin-At the fused-walnut electrolysis for manufacturing of aluminum it is known from the German Auslegeschrift 1 483 346, the burn-up of uncooled To reduce carbon electrodes through the oxygen produced during fused-salt electrolysis

dem daß poröse Elektroden verwendet werden, in die während der Elektrolyse ein inertes Gas mit einem solchen Druck eingeblasen wird, daß das Gas an der eingetauchten Oberfläche durch die Poren auszutreten beginnt.that porous electrodes are used, in which an inert gas with a during the electrolysis such a pressure is injected that the gas emerges at the immersed surface through the pores begins.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Blöcken zu entwickeln und Vorrichtungen zu dessen Durchführung zu schaffen, die es verhindern, daß nicht abschmelzende, gekühlte Me-The invention is on the other hand, the task to develop a method for electroslag remelting of ingots and devices to create for its implementation, which prevent that non-melting, cooled materials

tallelektroden elektrochemisch zerstört werden, und die es dadurch ermöglichen, deren Standzeit zu verlängern sowie auch umgeschmolzenes Metall mit größerer Reinheit zu erhalten.are electrochemically destroyed, and thereby make it possible to extend their service life as well as to obtain remelted metal with greater purity.

Dies wird dadurch gelöst, daß beim Elektro-This is solved by the fact that the electrical

schlacke-Umschmelzen von Blöcken unter Verwendung nicht abschmelzender geküßter Metallelektroden erfindungsgemäß der in die Schmelze eingetauchte Teil der nicht abschmelzenden Metallelektrode von unter Druck stehenden Gasströmenslag remelting of ingots using non-consumable kissed metal electrodes according to the invention, the part of the non-melting metal electrode immersed in the melt of pressurized gas streams

umspült wird, deren Druck über dem hydrostatischen Druck liegt, der der Eintauchtiefe der Elektrode in die Schmelze entspricht. Dies verhindert, daß die gekühlten Metallelektroden elektrochemisch zerstörtis washed around, the pressure of which is above the hydrostatic pressure that corresponds to the immersion depth of the electrode in the melt corresponds. This prevents the cooled metal electrodes from being electrochemically destroyed

werden.will.

Bei der Vorrichtung zum Durchführen des erfin-In the device for performing the inven-

~... „_. „~ ... "_. "

dungsgemäßen Verfahrens, die eine nicht abschmelzende gekühlte Metallelektrode enthält, welche im in die Schmelze eingetauchten lilektrodenteil öffnungen besitzt, sind erfindungsgemäß auf der Stirnflücheaccording to the method, which contains a non-consumable cooled metal electrode, which in in the melt immersed electrode part openings owns are, according to the invention, on the front faces

dieses Elektrodenteils Rillen ausgeführt, welche den Strom der Gasblasen, die aus den Elektrodenöffnungen austreten, über die ganze Oberfläche des eingetauchten Elektrodenteils leiten, wodurch dessen chemische Zerstörung verhindert wird.This electrode part has grooves that allow the gas bubbles to flow out of the electrode openings emerge, conduct over the entire surface of the immersed electrode part, whereby its chemical Destruction is prevented.

Zweckmäßigerweise wird die Oberfläche des in die Schmelze eingetauchten, stirnseitigen Teils der nicht abschmelzenden Elektrode sphärisch ausgebildet. Hierdurch wird ein zügiges Umspülen durch Gas-Expediently, the surface of the end-face part immersed in the melt is not consumable electrode formed spherically. This enables rapid rinsing by gas

ströme, welche eine Schutzhüüe bilden, des ganzen in die Schmelze eingetauchten Teils der gekühlten Metallelektrode sichergestellt.currents, which form a protective cover, of the whole part of the cooled part immersed in the melt Metal electrode ensured.

Zum Schmelzen von Hohlblöcken wird eine Vorrichtungsvariante vorgeschlagen, die einen gekühlten hohlraumbildenden Metalldorn zum Formen des Innenraums der Blöcke besitzt, welcher als nicht abschmelzende Elektrode verwendet wird, wobei erfindungsgemäß bei dieser Vorrichtung in den Wänden des hohlraumbildenden Doms in der Höhe der Metall- und Schlackenschmelze Kanäle mit öffnungen für dit Gaszuleitung ausgeführt sind.A device variant is used for melting hollow blocks proposed that a cooled cavity-forming metal mandrel for shaping the interior the block which is used as a non-consumable electrode, according to the invention in this device in the walls of the cavity-forming dome at the level of the metal and slag melt channels are designed with openings for the gas supply line.

Die Kanäle mit öffnungen in den Wänden des hohlraumbildenden Doms können tangential zu seiner Achse angeordnet sein. Dies begünstigt das Verlängern des Wegs, welchen die die Schutzhülle erzeugenden Gasblasen längs der Oberfläche des in die Schmelze eingetauchten Teils des nicht abschmelzenden, hohlraumbildenden Doms zurücklegen.The channels with openings in the walls of the cavity-forming dome can be tangential to his Be arranged axis. This favors the lengthening of the path which those producing the protective cover Gas bubbles along the surface of the part of the non-melting part that is immersed in the melt, Put back the cavity-forming dome.

Nachstehend werden zum bessei in Verständnis des Wesens der Erfindung Beispiele von Vorrichtungen ium Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens untei Hinweis auf erläuternde Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es zeigt Below are for the better in understanding the NATURE OF THE INVENTION Examples of devices for carrying out the method according to the invention under reference to explanatory drawings described in detail. It shows

Fig. 1 die Gesamtansicht der Vorrichtung zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Blöcken,1 shows the overall view of the device for electroslag remelting of blocks,

F i g. 2 die Ansicht von unten auf die nicht abschmelzende, gekühlte Metallelektrode,F i g. 2 the view from below of the non-melting, cooled metal electrode,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie IH-III der Fig. 2, F i g. 4 die Gesamtansicht der Vorrichtung zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Hchlblöcken, undFig. 3 is a section along line IH-III of Fig. 2, F i g. 4 shows the overall view of the device for electroslag remelting of high-quality blocks, and

Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V dei Fig 4.FIG. 5 shows a section along line V-V of FIG. 4.

Es wird die Durchführung des erfindungsgemäßenIt is the implementation of the invention

Verfahrens an Hand von konkreten Beispielen mitProcedure based on specific examples

Vorrichtungen zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Blöcken betrachtet.Devices for electroslag remelting of ingots considered.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. enthalt die Vorrichtung zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Blöcken eine gekühlte Kokille 1 und eine ebenfalls gekühlte Untersatzplatte 2, eine gekühlte nicht abschmelzende Metallelektrode 3 und Abschmelzelektroden 4. Der Teil der nicht abschmelzenden Metallelektrode 3, der in das Schlackenbad 5 eingetaucht ist, besitzt öffnungen 6 und Rillen 7 (Fig. 1, 2, 3 Die Vorrichtung wird von einer Stromquelle 8 au ν die zwischen der nicht abschmelzenden Metallelektrode 3 und Umersatzplatte 2 geschaltet ist, gespeist.As can be seen from FIG. 1. contains the device a cooled mold 1 and a likewise cooled one for electroslag remelting of blocks Base plate 2, a cooled non-consumable metal electrode 3 and consumable electrodes 4. The Part of the non-melting metal electrode 3, which is immersed in the slag bath 5, has openings 6 and grooves 7 (Fig. 1, 2, 3 The device is from a power source 8 au ν between the non-melting metal electrode 3 and replacement plate 2 is connected, fed.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Vor Beginn des Elektroschlacke-Umschmelzprozesses wird die nicht abschmelzende Metallelektrode 3 in die Kokille 1 gesetzt sowi^ Kühlflüssigkeit 9 und Gas 10 (oder ein Gasgemisch) in die Elektrode 3 geleitet. In die Kokille 1 wird geschmolzene Schlacke gegossen, welche das Schlackenbad 5 bildet. Gas 10 tritt aus den öffnungen 6 in der rieht abschmelzenden Metallelektrode 3 aus und gelangt in Form von einzelnen Gasblasen 11 in die Zone des Schlackenbads 5, die direkt an die nicht abschmelzende Metallelektrode 3 angrenzt, wobei eine Gashülle gebildet wird, welche die nicht abschmelzende Metallelektrode 3 gegen elektrochemische Zerstörung schützt. Hierbei werden die Gasblasen 11 gleichmäßig mit Hilfe der Rillen 7 über die Oberfläche des Teils der Metallelektrode 3 verteilt, der ins Schlackenbad 5 eingetaucht ist. Dann wird Spannung ari die nicht abschmelzende Metallelektrode 3 und ap die Untersatzplatte 2gelegt, die von der Wechsel- oder Gleichsuomspeisequelle 8 erhalten wird. Danach werden die Abschmelzelektroden 4 in das Schlackenbad eingeführt. Es begüuu, sobald die unteren Stirnflächen der Abschmelzelektrode 4 das Schlackenbad 5 berühren, das Abschmelzen derselben. Flüssiges Metall, das beim Schmelzen der Abschmelzelektrode 4 entsteht, fließt in die Kokille 1 und formt den Block 12. Die Abschmelzelektroden 4 können als verschiedenartig geformte Stangen aus Stählen und Legierungen ausgeführt werden. Sie können auch aus Stangen bestehen, die durch Pressen oder Sintern von Pulvern und anderen stückigen Werkstoffen erhalten werden.The device works as follows: Before the start of the electroslag remelting process the non-melting metal electrode 3 is placed in the mold 1 and the cooling liquid 9 and gas 10 (or a gas mixture) is passed into the electrode 3. Melted slag is poured into the mold 1 poured, which forms the slag bath 5. Gas 10 emerges from the openings 6 in the melting point Metal electrode 3 and arrives in the form of individual gas bubbles 11 in the zone of the slag bath 5, which is directly adjacent to the non-melting metal electrode 3, whereby a gas envelope is formed, which protects the non-melting metal electrode 3 against electrochemical destruction. Here the gas bubbles 11 become evenly with the help of the grooves 7 over the surface of the part of the metal electrode 3 distributed, which is immersed in the slag bath 5. Then tension ari becomes the one that does not melt away Metal electrode 3 and ap the base plate 2 placed, which is obtained from the AC or DC power source 8. After that, the consumable electrodes 4 introduced into the slag bath. It'll be fine as soon as possible the lower end faces of the consumable electrode 4 touch the slag bath 5, the melting the same. Liquid metal, which is produced when the consumable electrode 4 melts, flows into the mold 1 and forms the block 12. The consumable electrodes 4 can take the form of rods of various shapes made of steels and alloys. They can also consist of rods that go through Pressing or sintering powders and other lumpy materials can be obtained.

Die Oberfläche des Stiruteils der nicht abschmelzenden Metallelektrode 3, der in das Schlackenbad 5 eingetaucht ist, hat sphärische oder eine beliebige andere krummlinige Form, wodurch erreicht wird, daß ao die Gasblasen 11 den ganzen in die Schmelze eingetauchten Teil der nicht abschmelzenden Metallelektrode 3 zügig umspülen.The surface of the stir portion of the non-melting Metal electrode 3 immersed in slag bath 5 is spherical or any other curvilinear shape, as a result of which it is achieved that ao the gas bubbles 11 are completely immersed in the melt Rinse quickly around part of the non-melting metal electrode 3.

Eine andere Vorrichtungsvariante, die zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Hohlblöcken bestimmt ist, enthält ebenfalls eine gekühlte Kokille 13 (Fig. 4) und eine gekühlte Untersatzplatte 14 mit einer öffnung, eine Abschmelzelektrode 15 und einen gekühlten hohlraumbildenden Dorn 16, der zum For men des Innenraums des Ftlocks 17 dient und der als nicht abschmelzende Elektrode verwendet wird.Another device variant the electroslag remelting of hollow blocks BE is true also a cooled mold containing 13 (Fig. 4) and a cooled pedestal plate 14 with an opening, a consumable electrode 15 and a cooled cavity forming mandrel 16, the men on For the Serves interior of the Ftlocks 17 and which is used as a non-consumable electrode.

In den Wänden des hohlraumbildenden Doms 16 sind in Höhe des Metallbads 18 und des Schlackenbads 19 Kanäle 20 mit öffnungen 21 vorgesehen, über die Gas aus dem Gasverieiler 22 zugeführt wird. Die Kanäle 20 mit den öffnungen 21 sind in den Wänden des hohlraumbildenden Dorns 16 (Fig. 5) tangential zu seiner Achse angeordnetIn the walls of the cavity-forming dome 16 channels 20 with openings 21 are provided at the level of the metal bath 18 and the slag bath 19, above the gas from the gas distributor 22 is supplied. The channels 20 with the openings 21 are in the Walls of the cavity-forming mandrel 16 (Fig. 5) arranged tangentially to its axis

Außerdem ist aus Fig 4 die Stromquelle 23 ersichtlich, die zwischen Abschmelzelektrode 15 und hohlraumbildendem Dorn 16 geschaltet ist. Eine solche Vorrichtung arbeitet analog der oben beschriebenen Vorrichtung. Der einzige Unterschied besteht darin, daß während des ganzen Schmelzens des Hohlblocks 17 der hohlraumbildende Dorn 16 relativ zur Kokille 13 und dem Untersatz 14 mit auf ihm aufliegendem, aufgeschmelzenem Block 17 eine Bewegung ausführt, deren Geschwindigkeit ungefähr gleich der Aufsteiggeschwindigkeit des Schlackenbads 19 ist.In addition, the power source 23 can be seen from FIG. which is connected between consumable electrode 15 and cavity-forming mandrel 16. Such The device works analogously to the device described above. The only difference is in that during the entire melting of the hollow block 17, the cavity-forming mandrel 16 relative to The mold 13 and the base 14 with the melted block 17 resting on it move carries out, the speed of which is approximately equal to the ascent speed of the slag bath 19.

Bei den beschriebenen Durchführungsbeispielen des erfindungsgemaßen Verfahrens befinden sich die Gasströme, welche den in die Schmelze eingeiauchten Elektrodenteil umspulen, unter einem Druck, der nicht geringer als der hydrostatische Druck ist, welcher durch die Schmelzensäule erzeugt wird, deren Höhe gleich der Länge des in die Schmelze eingetauchten Teils der nicht abschmelzenden Metallelektrode ist. Als Gasstrom können inerte Gase. z. B. Helium. Argon sowie auch andere Gase. Reaktionsmittel und Gas-Pulver-Gemische, verwendet werden. Sind aber in der Schmelze Konvektionsströme vorhanden, so wird der in die Schmelze eingetauchte Teil der nicht abschmelzenden Elektrode von Gasströmen umspült, deren Druck den hydrostatischen Druck unterschreiten kann, welcher durch die Schmelzensäule «5 erzeugt wird.In the described implementation examples of the method according to the invention are the Gas flows, which coil around the electrode part immersed in the melt, under a pressure that is not less than the hydrostatic pressure generated by the melt column whose Height is equal to the length of the part of the non-consumable metal electrode immersed in the melt is. Inert gases can be used as the gas stream. z. B. helium. Argon as well as other gases. Reactants and gas-powder mixtures can be used. However, if there are convection currents in the melt, so the part of the non-melting electrode that is immersed in the melt is exposed to gas flows the pressure of which can fall below the hydrostatic pressure caused by the melt column «5 is generated.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Electro-slag melting method of blocks using non-consumable, cooled metal electrodes, thereby characterized in that the part which is immersed in the melt does not melt Metal electrode is washed around by a gas stream, the pressure of which is not lower than the hydrostatic pressure The pressure generated by the melt column is the height of which is equal to the length of the electrode part immersed in the melt is.

2. Apparatus for performing the method according to claim 1, which is a non-melting Contains cooled metal electrode, which openings in the electrode part immersed in the melt possesses, characterized in that on the end face of the immersed in the melt Part: »the non-melting metal electrode (3) grooves (7) are made, which the current of the gas bubbles (11) emerging from the openings (6) of the metal electrode (3) over the whole Surface of the part immersed in the melt! » the metal electrode (3).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the surface of the in the Melt immersed, the end face part of the metal electrode (3) is spherical.

4. Apparatus for performing the method according to claim 1, which has a cooled hohlraunnbildenden Has mandrel for forming an interior space in the blocks, which as not consumable metal electrode is used, characterized in that in the walls of the cavity-forming dome (16) at the level of the molten metal (18) and the molten slag (19) Channels (20) with openings (21) * for the gas supply line are executed.

5 Device according to claim 4, characterized in that that the channels (20) with openings (21) in the walls of the cavity-forming Mandrel (16) are arranged tangentially to its axis.