DE2118149B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Konstanthalten des Badspiegels in einer Stranggießkokille - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konstanthalten des Badspiegels in einer Stranggießkokille, die von einem Schmelzbehälter über einen Tauchausguß gespeist wird und bei der über dem Badspiegel ein nach außen hermetisch abgeschlossener Raum aufrechterhalten wird, in den Gas unter Druck eingeleitet und über ein Gegendruckventil abgelassen wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, die'Umschmelzung von Metallen in einer an beiden Enden offenen, gekühlten Stranggießkokille durchzuführen, in der das Metall erstarrt und von wo aus ein Strang, dessen Querschnitt gleich dem der Stranggießkokille ist, kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit nach unten abgezogen werden kann, die der Ümschmelzkapazität entspricht. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nicht für die Herstellung von Produkten mit dünnem Querschnitt, da die Produktionskapazität einer Vorrichtung mit einer Stranggießkokille mit entsprechend verringertem Querschnitt extrem beschränkt ist. Um eine große Ümschmelzkapazität zu ermöglichen, verwendet man deshalb abgewandelte Stranggießkokillen, deren oberer, das Schlackenbad enthaltender Abschnitt eine große Ausbuchtung hat. Der untere Abschnitt der Stranggießkokille, in der die Erstarrung stattfinden muß, hat dagegen einen verringerten Querschnitt, so daß es möglich ist, Profile mit relativ verringertem Querschnitt in beträchtlich größeren Mengen herzustellen,_Der mittlere Abschnitt der Stranggießkokille, der die Obergangszone zwischen den beiden Abschnitten mit den verschiedenen Querschnitten bildet, enthält das Bad des umgeschmolzenen, noch völlig flüssigen Metalls. Diese Vorrichtungen weisen jedoch, auch wenn das Umschmelzen von Produkten mit dünnem Querschnitt mit ihrer Hilfe rationeller ist, trotzdem bestimmte große Nachteile auf. Wenn nämlich die Stranggießkokillen für die Umschmelzung und die

ίο Erstarrung aus einem einzigen Werkstück bestehen, kann man mit ihnen jeweils nur die Herstellung eines ganz bestimmten Profils ermöglichen.

Aus dem »Handbuch des Stranggießens« von Herrmann, Bild 597, Seite 178, ist eine Stranggießvor- ι ichtung bekannt, bei der die Stranggießkokille von der Schmelzvorrichtung abtrennbar ist Doch kann sich dort in der Stranggießkokille kein Badspiegel ausbilden. Bei den Vorrichtungen nach den Abbildungen 604 und 605 auf Seite 180 des »Handbuchs des Stranggießens« bildet sich in der Stranggießkokille zwar eine Grenzfläche der Metallschmelze aus, doch befindet sich über diesem geschmolzene Schlacke, die bis zum oberen Badspiegel in der Umschmelzvorrichtung reicht Auch sind die Schmelze in der Schmelzvorrichtung und die Schmelze in der Stranggießkokille durch einen Oberfall voneinander getrennt, so daß jeweils nur soviel Metallschmelze in die Stranggießkokille gelangt, wie produziert wird bzw. über den Oberlauf fließen kann. Dies kann zu unerwünschten Schwankungen des Metallspiegels in der Stranggießkokille führen.

Aus der französischen Patentschrift 11 60 289 ist es beim Stranggießen bekannt, eine freie Oberfläche in der Stranggießkokille vorzusehen und diese mit einem Gasdruck zu beaufschlagen, um über der freien Oberfläche ein Gaspolster aufrechtzuerhalten. Bei dieser Stranggießeinrichtung ist ferner ein regelbares Oberdruckventil vorgesehen, mit dessen Hilfe Schwankungen des Badspiegels in der Stranggießkokille infolge von Schwankungen des Schmelzni>*:-aus im Aufnahme gefäß für die Schmelze ausgeglichen werden können. Diese Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß die mechanische Regelung des Überdruckventils mit zeitlicher Verzögerung anspricht und besondere Hilfsmittel erforderlich sind, um das Regelventil zu betätigen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konstanthalten des Badspiegels in einer ofenunabhängigen Stranggießkokille zu schaffen, die gegenüber der bekannten Regelung vereinfacht sind und eine vollauto matische Konstanthaltung des Badspiegels ermöglicht.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, daß der Gasdruck über dem Badspiegel gleich dem Druck der über dem Badspiegel stehenden Metallsäule dadurch gehalten wird, daß das Druckgas gegen den Druck der Metallsäule im Schmelzbehälter einer Umschmelzvorrichtung durch ein einen konstanten Gegendruck erzeugendes Ventil in diesen abgelassen wird. Dadurch daß das Druckgas in die Schmelze des

eo Schmelzbehälters abgelassen wird, erhält man eine unmittelbare sofortige Beeinflussung des Druckes im Gaspolster durch Schwankungen des Schmelzspiegels in der Umschmelzvorrichtung. Es sind somit keine besonderen Meßeinrichtungen und mechanische Steiles glieder erforderlich. Etwaige unerwünschte Schwankungen des Schmelzspiegels in der Umschmelzvorrichtung, z. B. infolge einer versehentlichen Verzögerung oder Beschleunigung der elektrischen Umschmelzung oder

einer Änderung in der Abzugsgeschwjndigkeit des Stranges, werden somit sofort und selbsttätig in dem Sinne ausgeglichen, daß der Badspiegel in der Stranggießkokille konstant bleibt

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggießkokille gegen die Umschmelzvorrichtung im Bereich des Ausgusses unter Bildung eines Raumes hermetisch abgeschlossen ΐ·Λ, daß der Raum mit einer Druckgasleitung verbunden ist, von der eine Zweigleitung abgeht, die durch einen in den Boden oder die Seitenwand der Umschmelzvorrichtung vorgesehenen porösen Stöpsel abgeschlossen ist, wobei der Stöpsel so ausgebildet ist, daß er den Druckunterschied zwischen Stöpselniveau und Badspiegel in der Stranggießkokille ausgleicht '

Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, die Umschmelzkapazität der Umschmelzeinrichtung maximal auszunutzen, wobei gleichzeitig mehrere Stränge mit beliebiger Profilform hergestellt werden können.

Die Erfindung ist insbesondere für die Umschmelzung von Metallen onter Elektroschlacken mit Hilfe von selbstverzehrenden Abschmelzelektroden cder nicht schmelzenden Elektroden geeignet Unter Schmelze wird in der vorliegenden Beschreibung sowohl die Metall- als auch die Schlackenschmelze verstanden.

Dabei wird die Dicke der unter der Elektroschlacke in flüssigem Zustand gehaltene Metallschicht so gewählt, daß das Absondern von Einschlüssen möglich ist Die Umschmelzvorrichtung hat vorzugsweise einen großen Querschnitt und steht in Verbindung mit einer entsprechenden Anzahl gekühlter, untereinander austauschbarer Stranggießkokillen, die im Profil und den Maßen den herzustellenden Produkten angepaßt sind. Vermittels des an der Oberseite der Stranggießkokillen durch das Gaspolster ausgeübten Gasdrucks kann man automatisch den Zufluß des flüssigen Metalls in die Stranggießkokille in Abhängigkeit von der angenommenen Abzugsgeschwindigkeit regeln und den flüssigen Metall- oder Schlackenspiegel in der Stranggießkokille auf einer vorher gewählten, relativ unveränderlichen *o Höhe halten. Dadurch, daß die Druckgasleitung eine Zweigleitung umfaßt die zur Umschmelzvorrichtung führt und so an dieser befestigt ist, daß der Gasabströmung durch das Metall in der Umschmelzvorrichtung ein Widerstand entgegenwirkt, der dem Druck in dem abgeschlossenen Raum entspricht kann die Konstanthaltung des Badspiegels nicht nur in einer sondern auch in mehreren Stranggießkokillen unabhängig voneinander erfolgen.

Die Umschmelzvorricirtung kann Einrichtungen zur Messung der Füllhöhe umfassen, und Einrichtungen, die abhängig von den registrierten Niveauschwankungen und automatisch den Gasdruck im Raum regeln. In die Stranggießkokille kann ein Niveau-Meßfühler zur Fernsteuerung eines Verschlusses eingebaut sein, der das Abzugsrohr absperrt wenn die Oberfläche des Metalls eine bestimmte Sicherheitsgrenze in dem geschlossenen Raum überschreitet

Weitere Vorteile und Möglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung.

Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch einen Umschmelztiegel 1, der einen schmelzflüssigen Metallsumpf 3 geringer Tiefe unter einer elektrisch leitenden Schlackenschicht 2 enthält, wobei das Metall in seiner *>■> Ganzheit flüssig ist. Es sind drei Umschmelzelektroden 4 gezeigt, die in das Bad aus Elektroschlacke 2 eintauchen.

Der Umschmelztiegel 1 umfaßt mindestens einen Ausguß am Boden, der zu der oder den öffnungen hin abschüssig ist Dieser ist durch ein Ausgußrohr 7 verlängert, das durch einen Schieberverschluß 5 verschließbar ist Dieser Verschluß hat manuell oder automatisch bedienbare Steuereinrichtungen 6 und dient zum öffnen und Verschließen des Ausgußrohrs 7 am Anfang und Ende des Gießens.

Die Stranggießkokillen 8 sind von bekannter Art mit Wasserkühlung, wie sie zum Stranggießen von Produkten mii rundem, viereckigem oder halbflachem Querschnitt verwendet werden.

Die verwendeten Ausgußrohre 7 haben eine solche Länge, daß sie bei Eingußstellung nach der hermetischen Kupplung der Stranggießkokillen 8 an den Umschmelztiegel 1 ins Innere der Stranggießkokillen 8 hineinragen. Ihre öffnung kann sich ein wenig oberhalb des flüssigen Mediums befinden oder auch einige Millimeter in dieses eingetaucht sein. Um den Wärmeverlust wegen der relativ geringen Fließgeschwindigkeit im oberen Abschnitt aer Stranggießkokille 8 im Bereich des Badspiegels einzuschränken, besteht der Abschnitt 9 aus einem Isoliermaterial oder aus feuerfestem Material mit Heizelementen. Um die Mittel zur Steuerung der Metalltemperatur und gegebenenfalls der Temperatur der flüssigen Schlacke am Eingang der Kokille zu vervollständigen, können elektrische Heizwiderstände in das Ausgußrohr 7 eingebaut werden.

Der Durchgangsquerschnitt des Ausgußrohres 7, das mit dem Umschmelztiegel 1 verbunden ist, kann, unabhängig von der Abzugsgeschwindigkeit, sehr groß gewählt werden, vorausgesetzt daß das Rohr einzig dazu dient die Verbindung zwischen dem Umschmelztiegel 1 und der unabhängigen Stranggießkokille 8 herzustellen, und nicht zur Regelung des Volumens des Metalls vor seinem Einfließen in die Kokille. Der Metallfluß in die Stranggießkokille 8 (oder die Stranggießkokillen) reguliert sich automatisch mit der Abzugsgeschwindigkeit die ihrerseits in Abhängigkeit von der günstigsten Umschmelzkapazität und Erstarrurjsgeschwindigkeit gewählt ist. Da die Umschmelzgeschwindigkeit ziemlich leicht kontrolliert werden kann, hält man die vorher gewählte Abzugsgeschwindigkeit konstant und überwacht die Umschmelzgeschwindigkeit

Da die Stranggießkokille 8 an ihren beiden Enden offen ist und das Ausgußrohr 7 mit großem Querschnitt frei in die Kokille hineinragt ohne mit ihr verbunden zu sein, hält man in dem Raum 10, der hermetisch gegen das Äußere abgeschlossen und durch den oberen Abschnitt der Innenwand der Stranggießkokille 8, durch den Badspiegel in der Stranggießkokille 8 und eventuell durch die Außenseite des herausragenden Teils des Ausgußrohres 7 begrenzt ist, einen Druck aufrecht der dem Druck der flossigen Metall- oder Schlackenlauf oberhalb des vorher bestimmten Niveau; des Spiegels in der Stranggießkokille 8 entspricht. In diesem Fall wird der Metallzufluß in die Stranggießkokille 8 automatisch abhängig von dcv Abzugsgeschwindigkeit geregelt, wobei der Zufluß ohne wesentliche Turbulenz stattfindet, selbst wenn das Ausgußrohr 7 sich mehrere Millimeter oberhalb des Spiegels befindet.

Eine Leitung 11 für die Zufuhr von Gas unter steuerbarem Druck führt in den geschlossenen Raum 10. Das in den Raum ^brachte Gas ist ein inertes oder reduzierendes Gas. Anstelle eines rein statischen Druckes kann man auch eine Gasströmung in den abgeschlossenen Raum aufrechterhalten, was nicht

gezeigt ist. Diesen wesentlichen hermetischen Abschluß der Stranggießkokille und die Aufrechterhaltung eines Gasdrucks im Raum 10, ermöglichen gleichzeitig und ohne weitere besondere Maßnahme, daß jeglicher Kontakt zwischen dem fließenden Metall und der atmosphärischen Luft unterbleibt und damit alle die allgemein bekannten, sich daraus ergebenden Nachteile vermieden werden.

Solange der Gasdruck und der von dem Metall und der Schlacke oberhalb des vorher gewählten Niveaus ausgeübte Druck gleich sind, bleibt das Niveau des Spiegels in der Stranggießkokille 8 unverändert und die ohne jeglichen Eingriff in die Stranggießkokille einfließende Metallmenge entspricht genau der Menge, die wegen der Progression des Blocks oder der Stange 1 ■-. durch die Stranggießkokille benötigt wird, wobei die Progression durch die Schwerkraft und die Wirkung eines Abzugssystems gewährleistet wird.

Da die Abzugsgeschwindigkeit durch eine gleichmäßige Erstarrung des Metalls konstant gehalten wird und die Umschmelzgeschwindigkeit leicht kontrolliert werden kann, bietet die Beibehaltung eines konstanten Niveaus im Umschmelztiegel 1 überhaupt kein größeres Problem, so daß der oberhalb des vorher bestimmten Niveaus in der Stranggießkokille 8 ausgeübte Druck ebenfalls praktisch unverändert bleibt. Im Prinzip reicht es also aus, den Gasdruck im Raum 10 strikt konstant zu halten und das Schlackenvolumen und die Umschmelzgeschwindigkeit zu kontrollieren.

Es ist jedoch ebenfalls möglich, jedes merkliche jo Ansteigen oder Absinken des Niveaus im Umschmelztiegel 1 und das, was zu einem Anstieg oder einer Senkung des Niveaus in der Stranggießkokille führen würde, durch eine entsprechende Änderung des Gasdrucks im oberen Abschnitt 10 der Stranggießkokil-Ie 8 auszugleichen. Es ist ebenfalls möglich, das Niveau des Spiegels anzupassen oder zu korrigieren, indem man zeitweilig einen Über- oder Unterdruck im Raum 10 erzeugt.

In der Stranggießkokille 8 kann /ur Messung des Niveaus ein Meßfühler vorgesehen sein, der zur Fernsteuerung des Verschlusses 5 dient, der das Ausgußrohr 7 automatisch verschließen und den Metallstrom stoppen soll, falls aus irgendeinem Grund der Gasdruck sinken und das Metallniveau eine bestimmte Sicherheitsgrenze im Raum 10 überschreiten sollte.

Die Regulierung des Gasdrucks im Raum 10 wird dadurch vorgenommen, daß man einen Zweig 12 der Gasleitung 11 zum Umschmelztiegel 1 abzweigt und geeignete Maßnahmen ergreift, damit der Widerstand gegen den Gasstrom durch die Leitung 12 jederzeit gleich dem Druck ist, der im Raum 10 herrschen muß. um den Metallspiegel unverändert zu halten. 7\\ diesem Zweck ist der Zweig 12 in den Boden oder die Seitenwand des Umschmelztiegels geführt oder er taucht ins Innere des Bads ein, wobei geeignete Maßnahmen ergriffen sind, um den Wiedereintritt des flüssigen Metalls in die Gasleitung zu verhindern und die Druckdifferenz zwischen den beiden Mündungen der Gasleitung auszugleichen. Gemäß F i g. I ist ein poröser Stöpsel 13 vorgesehen, der einen Druckverlust erzeugt, der dem Druckunterschied entspricht, der sich aus dem unterschiedlichen Niveau der beiden Mündungen ergibt.

Indem man ständig einen leichten Gasüberdruck aufrechterhält, wodurch eine geringe Gasabströmung durch die öffnung des Zweigs 12 der Gasleitung bewirkt wird, kann man leicht jede Tendenz eines Anstiegs des Niveaus des Spiegels, die sich aus einem Anstieg des Niveaus im Umschmelztiegel 1 ergibt, neutralisieren und den automatischen Verschluß des Kohres 7 betätigen, wenn ein vorherbestimmtes kritisches Niveau in der Stranggießkokille 8 erreicht ist. Jede Verminderung des Druckes, der durch das Metall und die Schlacke ausgeübt wird, führt zu einer stärkeren Abströmung durch die öffnung der Leitung 12. So wird der Druck im Raum 10 automatisch und ständig genau gleich dem durch das Metall und die Schlacke ausgeübten Druck gehalten, so daß die Niveauschwankungen des Metallspiegel in der Kokille praktisch unbedeutend bleiben und gegebenenfalls leicht neutralisiert werden können.

Die Erfindung wurde in Verbindung mit dem ESU-Verfahren zum Umschmelzen von schmelzenden Elektroden unter elektrisch leitender Schlacke beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß sie genauso vorteilhaft zum Umschmelzen von Pulver oder Eisenschwamm unter elektrisch leitender Schlacke angewendet werden kann. Sie kann ebenfalls leicht an jedes andere Umschmelzverfahren angepaßt werden, das kontinuierlich oder diskontinuierlich, mit oder ohne geschmolzener Schlacke, mit selbstverzehrender Abschmelzelektrode oder mit nicht schmelzender Elektrode arbeitet.

Der mit der Erfindung erzielte Hauptvorteil besteht in der Möglichkeit, die maximale Umschmelzkapazität beim ESU- und bei anderen Verfahren zur Herstellung vieler verschiedener Produkte mit im wesentlichen dünnem Querschnitt, gleichgültig ob viereckig, rechtekkig oder rund, völlig auszunutzen und dabei eine verlangsamte fortschreitende Erstarrung zu ermöglichen, die in den gekühlten, vom Umschmelztiegel unabhängigen Stranggießkokillen gesteuert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Konstanthalten des Badspiegels in einer Stranggießkokille, die von einem Schmelzbehälter über einen Tauchausguß gespeist wird und bei der über dem Badspiegel ein nach außen hermetisch abgeschlossener Raum aufrechterhalten wird, in den Gas unter Druck eingeleitet und über ein Gegendruckventil abgelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck über dem Badspiegel gleich dem Druck der über dem Badspiegel stehenden Metallsäule dadurch gehalten wird, daß das Druckgas gegen den Druck der Metallsäule im Schmelzbehälter einer Umschmelzvorrichtung durch ein einen konstanten Gegendruck erzeugendes Ventil in diesen abgelassen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit wenigstens einem Ausguß und nachgeschalteter ofenunabhängiger Stranggießkokille, in dif. der Ausguß der Umschmelzvorrichtung frei hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggießkokille (8) gegen die Umschmelzvorrichtung (1) im Bereich des Ausgusses (7) unter Bildung eines Raumes (10) hermetisch abgeschlossen ist, daß der Raum mit einer Druckgasleitung (11) verbunden ist, von der eine Zweigleitung jfl2) abgeht, die durch einen in den Boden oder die Seitenwand der Umschmelzvorrichtung (1) vorgesehenen porösen Stöpsel (13) abgeschlossen ist, wobei der Stöpsel so ausgebildet ist, daß er den Druckunterschied zwischen Styjsselniveau und Badspiegel in der Stranggießkokille (8) ausgleicht

3. Umschmelzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stranggießkokille (8) ein Niveau-Meßfühler /ur Fernsteuerung eines Sicherheitsverschlusses (5) im Tauchausguß (7) eingebaut ist