DE2126993C3

DE2126993C3 - Process for the production of consumable electrodes for electrometallurgical processes and casting mold for carrying out the process

Info

Publication number: DE2126993C3
Application number: DE19712126993
Authority: DE
Inventors: Guenter Walter 5810 Witten Vielstich
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1971-06-01
Filing date: 1971-06-01
Publication date: 1974-01-24
Also published as: DE2126993B2; DE2126993A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Abschmelzelektroden für elektrometallurgische Prozesse aus schmelzflüssigem Metall durch Biockguß in einer Form, wobei die Abschmelzelektroden mit mindestens einem Ansatz zur formschlüssigen Halterung in einer Elektrodeneinspannvoi richtung ausgestattet sind.The invention relates to a method for producing consumable electrodes for electrometallurgical Processes from molten metal by ingot casting in a mold with consumable electrodes with at least one approach to the form-fitting holder in an electrode clamping device are equipped.

Es ist bekannt, Abschmelzelektroden dadurch mit einem Ansatz für die kraft- und/oder formschlüssige Halterung in einer Elektrodeneinspannvorrichtung zu versehen, daß man einen vorgeformten Ansatz, auch als »Stub« bezeichnet, an der fertigen Elektrode durch einen Schweißvorgang befestigt. Eine solche Maßnahme ist sehr aufwendig, da sichergestellt sein muß, daß die Schweißverbindung unter allen Umständen den mechanischen Beanspruchungen durch die große Elektrodenmasse standhält. Dabei ist zu berücksichtigen, daß ein Teil der für den Elektroschlacke-Umschmelzprozeß in Frage kommenden Legierungen sich durch eine schwere Schweißbarkeit auszeichnen. Diese ist bedingt durch einen höheren Kohlenstoffgehalt und/oder einen Gehalt an Legierungselementen wie Chrom, Molybdän und Wolfram (Karbidbildner). Bei derartigen Legierungen besteht eine Neigung zur Rißbildung in der Schweißnaht und der Schweißübergangszone, so daß eine für die erforderliche Sicherheit ausreichende Festigkeit nicht garantiert werden kann. Man muß sich dabei vor Augen halten, daß Elektrodengewichte von 20 und mehr Tonnen keine Seltenheit sind. Obwohl der angeschweißte Stub bei rechtzeitiger Beendigung des Abschmelzens der betreffenden Elektrode unter Umständen mehrfach verwendet werden kann, stellt er dennoch ein relativ teures Bauteil dar, weil es durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt werden muß. Sowohl bei ein- als auch bei mehrfacher Verwendung des gleichen Stubs besteht jedoch immer die Gefahr, daß die Achse des Stubs nicht mehr mit der Elektrodenachse identisch ist und inbesondere zu ihr unter einem Winkel verläuft. An dieser Stelle liegt eine weitere Unzulänglichkeit dieser Maßnahme.It is known to use consumable electrodes with an attachment for the non-positive and / or form-fitting Bracket in an electrode jig to provide that one has a preformed approach, too referred to as a "stub", attached to the finished electrode by a welding process. Such Measure is very expensive, since it must be ensured that the welded connection under all circumstances withstands the mechanical stresses caused by the large electrode mass. It is to take into account that part of the for the electroslag remelting process The alloys in question are distinguished by their difficult weldability. This is due to a higher one Carbon content and / or a content of alloy elements such as chromium, molybdenum and tungsten (Carbide former). With such alloys there is a tendency for cracks to form in the weld seam and the weld transition zone, so that a strength sufficient for the required safety is not sufficient can be guaranteed. One must keep in mind that electrode weights of 20 and more tons are not uncommon. Although the welded stub, if the Melting the electrode in question can be used several times under certain circumstances, he notes nevertheless a relatively expensive component because it has to be produced by machining. However, if the same stub is used one or more times, there is always the risk of that the axis of the stub is no longer identical with the electrode axis and in particular below it runs at an angle. At this point there is another shortcoming of this measure.

Durch die deutsche Auslegeschrift 2 021 491 ist es weiterhin vorbekannt, einen als Zwischenstück bezeichneten, vorgefertigten Stub dadurch mit der in Bildung befindlichen Elektrode zu vereinen, daß erBy the German Auslegeschrift 2 021 491 it is also previously known, a prefabricated stub referred to as an intermediate piece thereby with the in Formation located electrode to unite that he

ίο am oberen Ende der Elektrode in die noch flüssige Schmelze eingetaucht und beim Erstarren der Schmelze kraft- oder formschlüssig eingebettet wird. Das Zwischenstück ist hinsichtlich der mit ihm verbundenen Herstellkosten äußerst unvorteilhaft, so daß die Lehre erteilt wird, das Zwischenstück wiederholt zu verwenden. Die Befreiung des Zwi schenstücks aus dem Elektrodenrest ist aber keineswegs eine einfach vorzunehmende Maßnahme. Bei Verwendung von Umfangsrillen ist beim Erstarrenίο at the top of the electrode in the still liquid The melt is immersed and embedded in a force-fitting or form-fitting manner when the melt solidifies. The intermediate piece is extremely disadvantageous in terms of the manufacturing costs associated with it, see above that the teaching is given to use the spacer repeatedly. The liberation of the Zwi The piece from the electrode residue is by no means an easy measure to take. at Use of circumferential grooves is when solidifying

eine Verzahnung von Elektrode und Zwischenstück erfolgt, die nur durch spanabhebende Bearbeitung wieder zu beseitigen ist. Ein thermischer Vorgang, beispielsweise durch Brennschneiden, entfällt, weil hierdurch das Zwischenstück unvermeidbar beschadigt würde. In der Praxis wird man auf eine Wiedergewinnung des Zwischenstücks verzichten und dieses zusammen mit dem Elektrodenrest verwerfen. Die Verluste können dabei ohne weiteres mehrere hundert Kilogramm pro Elektrode betragen, was in-the electrode and the spacer are interlocked, which can only be achieved by machining is to be eliminated again. There is no thermal process, for example by flame cutting, because this would inevitably damage the intermediate piece. In practice, one is looking at a recovery dispense with the spacer and discard this together with the electrode residue. The losses can easily amount to several hundred kilograms per electrode, which

sofern nachteilig ist. als es sich bei den verwendeter Werkstoffen meist um höherwertige Legierungen handeltif is disadvantageous. than is the case with the used Materials are mostly higher quality alloys

Es gehört ebenfalls zum Stand der Technik, am Ende eines Gußblocks, der als Abschmelzelektrode Verwendung finden soll, selbst durch einen spanabhebenden Vorgang eine Einspannmöglichkeit zu erzeugen. Naturgemäß wiederholt sich dieser Vorgang bei jeder Elektrode, und zwar durch Bearbeitung in einer Werkzeugmaschine. Es ist auch schon versuchtIt is also part of the state of the art, at the end of an ingot, which is used as a consumable electrode Is to be used to generate a clamping option even by a machining process. Naturally, this process is repeated for each electrode, namely by machining in a machine tool. It has already been tried

worden, auf die spanabhebende Bearbeitung des Elektrodenendes zu verzichten und die prismatische oder zylindrische Elektrode in einer rein kraftschlüssigen Klemmvorrichtung aufzunehmen. Dies bedingt jedoch außerordentlich große und schwere Klemmvorrichtungen. An die Genauigkeit der Einspannung können hierbei schon deswegen keine großen Anforderungen gestellt werden, weil die Elektrodenoberfläche durch den Gießvorgang nicht ausreichend glatt und eben ist. Es ist auch schon versucht wor-been to dispense with the machining of the electrode end and the prismatic or to accommodate the cylindrical electrode in a purely frictional clamping device. This requires however, extremely large and heavy clamping devices. For this reason alone, no great demands can be placed on the accuracy of the clamping because the electrode surface is not sufficient due to the casting process is smooth and even. It has already been tried

den, an das Elektrodenende ein Gewinde, insbesondere ein Kegelgewinde, anzudrehen. Auch hierbei ergeben sich erhebliche Probleme, schon allein wegen der Schwierigkeiten bei dem Transport und der Handhabung der schweren Elektrode.to screw a thread, in particular a conical thread, to the electrode end. Even here surrender significant problems, if only because of the difficulties in transport and the Handling the heavy electrode.

Schließlich ist es auch schon bekannt, ein vorgefertigtes Einspannende durch den Blockaufbau selbst mit dem Block zu vereinen. Zu diesem Zwecke wird das vorgefertigte Einspannende in einer zentralen Öffnung der Bodenplatte einer Kokille so befestigt, daß das Einspannende um ein geringes Maß in den Kokilleninnenraum hineinragt. In der Kokille wird nun unter Verwendung einer bereits vorhandenen Abschmelzelektrode ein Umschmelzvorgang durchgeführt, bei dessen Beginn die Oberfläche des Einspannendes unter der Wirkung der zugeführten Schrnelzenergie aufschmilzt und so mit dem in Bildung begriffenen Block vereint wird. Es handelt sich hierbei jedoch um keinen Gieß-, sondern um einenAfter all, it is already known to use a prefabricated clamping end through the block structure itself to unite with the block. For this purpose, the prefabricated clamping end is in a central Opening the bottom plate of a mold attached so that the clamping end to a small extent in the Mold interior protrudes. The mold is now made using an existing one Melting electrode carried out a remelting process, at the beginning of which the surface of the clamping end melts under the effect of the supplied shrinkage energy and so with the in formation conceived block is united. However, this is not a casting, but a

Sclimelzvorgang, der allein für die sichere Verbindung von Einspannende und Restblock sichere Gewähr bietet.Climate process that is solely responsible for the secure connection of the clamping end and residual block offers a secure guarantee.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch welches eine Abschmelzelektrode mit einem zuverlässig befestigten Einspannende versehen wird, ohne daß es hierzu eines vorgefertigten Einspannendes mit nachfolgenden Schweißarbeiten oder komplizierten mechanischen Bearbeitungsvorgängen bedarf.The invention is based on the object of specifying a method by which a consumable electrode is provided with a reliably attached clamping end, without there being a prefabricated one for this purpose Clamping with subsequent welding work or complicated mechanical processing operations requirement.

Die gestellte Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ansatz bzw. das Einspannende zusammen mit dem Block durch Ausgießen eines Hohlraumes in der Form hergestellt wird. Dies bedeutet, daß der Ansatz durch den gleichen Gießvorgang wie der Block selbst hergestellt wird. Die Verbindung ist außerordentlich homogen und besitzt infolgedessen eine nicht zu übertreffende mechanische Festigkeit, zusätzliche Arbeitsgänge sind nicht erforderlich, und man hat es in der Hand, dem Ansatz jede beliebige Form zu geben, die gießtechnisch denkbar ist. Es hängt dabei lediglich von der Genauigkeit der Form ab, inwieweit die Achsen von Ansatz und Block miteinander übereinstimmen. Diese Notwendigkeit ist bei Elektroschlacke-Umschmelz-Verfahren deswegen gegeben, weil die Abschmelzelektrode in vielen Fällen nahezu den gesamten Querschnitt der Kokille ausfüllen muß, so daß nur ein sehr enger Ringraum zwischen Elektrode und Kokille verbleibt. Schon geringe Exzentrizitäten haben schädliche Auswirkungen auf das Endprodukt.In the method described at the outset, the object is achieved according to the invention in that that the approach or the clamping end together with the block by pouring a cavity is made in the mold. This means that the approach by the same casting process as the Block is made by yourself. The connection is extremely homogeneous and consequently possesses an unsurpassed mechanical strength, additional operations are not required, and it is up to you to give the approach any shape that is conceivable in terms of casting technology. It depends only on the accuracy of the shape, to what extent the axes of the attachment and the block with each other to match. This necessity is therefore in electroslag remelting processes given because the consumable electrode in many cases has almost the entire cross-section of the mold must fill in, so that only a very narrow annular space remains between the electrode and the mold. Already minor Eccentricities have detrimental effects on the end product.

Zum Zwecke der Herstellung eines Ansatzes für den Eingriff einer formschlüssigen Einspannvorrichtung wird gemäß der weiteren Erfindung vorgeschlagen, daß die Gießform eine im Bereich des Bodens angeordnete, mit dem Forminnenraum in Verbindung stehende, nach unten erweiterte Ausnehmung besilzt. Der Ansatz der Abschmelzelektrode kann dabei einen prismatischen oder zylindrischen Querschnitt erhalten, so daß eine kraftschlüssige Einsp.mnung möglich ist. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Abschmelzelektrode mit einem solchen Ansatz, welcher mindestens eine Ausnehmung für den Eingriff einer Elektrodeneinspannvorrichtung besitzt. Insbesondere ist daran gedacht, daß der Ansatz einen T-förmigen Querschnitt besitzt, wobei das qiierliegende Profil mit zwei hakenförmigen Einspannelementen zusammenwirken kann.For the purpose of producing an approach for the engagement of a positive clamping device it is proposed according to the further invention that the mold is one in the area of the bottom arranged, with the mold interior in connection, downward widened recess felted. The attachment of the consumable electrode can be prismatic or cylindrical Preserved cross-section, so that a force-locking Einsp.mnung is possible. However, it is particularly advantageous a consumable electrode with such an approach, which has at least one recess for has the engagement of an electrode chuck. In particular, it is intended that the approach has a T-shaped cross-section, the horizontal profile with two hook-shaped clamping elements can work together.

Diese Ausnehmung kann durch zwei- oder mehrteilige, flüssigkeitsgekühlte Formteile gebildet werden, die einzeln in radialer Richtung von der Elektrodenachse abziehbar sind. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, die nach unten erweiterte Ausnehmung aus einem hitzebeständigen, mechanisch leicht zerstörbaren Material herzustellen, welches einen Einsatz für die Gießform bildet. Ein solcher Einsatz ist billig herzustellen und belastet die Herstellkosten der Elektrode weniger als die Verwendung einer mehrteiligen Dauerform mit beweglichen wassergekühlten Formteilen.This recess can be formed by two-part or multi-part, liquid-cooled molded parts, which can be withdrawn individually in the radial direction from the electrode axis. However, it is special advantageous, the downward widened recess from a heat-resistant, mechanically easily destructible Produce material which forms an insert for the casting mold. One such use is cheap to manufacture and burdens the manufacturing costs of the electrode less than the use of a multi-part Permanent form with movable, water-cooled molded parts.

Ein Ausfiihrungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens uhd der zugehörigen Gießform sowie Varianten der hierdurch hergestellten Abschmelzelektroderi und sine Einspannvorrichtung hierfür seien nachfolgend an Hand der F i g. 1 bis 4 näher beschrieben. Es zeigtAn exemplary embodiment of the method according to the invention and the associated casting mold and variants of the consumable electrodes produced in this way and its clamping device for this purpose below with reference to FIG. 1 to 4 described in more detail. It shows

F i g. 1 eintn Längsschnitt durch eine wassergekühlte Gießform während des Gieß- und Hrstarrungsvorgangs der Elektrode,F i g. 1 a longitudinal section through a water-cooled casting mold during the casting and hardening process the electrode,

Fig. 2 eine zylindrische Abschmelzelektrode mit prismatischem Ansatz,2 shows a cylindrical consumable electrode with a prismatic attachment,

Fig.3 eine prismatische Abschmelzelektrode mit T-förmigem Ansatz und3 shows a prismatic consumable electrode with T-shaped neck and

Fig.4 eine schematisch dargestellte Einspannvorrichtung für eine Elektrode gemäß F i g. 3.4 shows a clamping device shown schematically for an electrode according to FIG. 3.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Gießform bezeichnet, bestehend aus einem wassergekühlten, hohlzylindrischen Mantelteil 2 und einer ebenfalls wassergekühlten Bodenplatte 3. Auf der Bodenplatte ruht ein Einsatz 4 aus einem hitzebeständigen, mechanisch leicht zerstörbaren Material, beispielsweise aus einem geformten Schamottstein. Der Einsatz 4 ist gegen Aufschwimmen unter dem Einfluß der unterschiedlichen spezifischen Gewichte des Forminhalis gesichert. Mittels einer Gießpfanne S --vird schmelzflüssiges Metall 6, beispielsweise ein Vverkzeugstahl mit folgenderIn Fig. 1, 1 denotes a mold, consisting from a water-cooled, hollow cylindrical shell part 2 and a likewise water-cooled Base plate 3. An insert 4 made of a heat-resistant, mechanically light weight rests on the base plate destructible material, for example from a molded firebrick. The insert 4 is against floating secured under the influence of the different specific gravity of the Forminhalis. Molten metal is created using a ladle S - 6, for example a Vverkzeugstahl with the following

»ο Bezeichnung (nach DIN)»Ο designation (according to DIN)

S 6 — 5 — ?S 6 - 5 -?

(6°/oW — 5% Mo — 2«<. V)(6 ° / oW - 5% Mo - 2 «<. V)

in die Gießform eingefüllt. Das schmelzflüssige Me-filled into the mold. The molten metal

»5 tall 6 füllt zunächst die Ausnehmung? des Einsatzes 4 aus und erstarrt dann rasch unter dem Einfluß des Wärmeentzugs durch die angrenzenden Formteile. Während der Erstarrung wandert die Kristallisationsfront 19 in der Gießform 1 nach oben, wie dies vom Blockguß her bekannt ist. Der Inhalt der Ausnehmung? bildet nach Erstarrung den Ansatz» des Blockes 9, die zusammen die Abschmelzelektrode bilden»5 tall 6 first fills the recess? of use 4 and then solidifies rapidly under the influence of the extraction of heat through the adjacent molded parts. During the solidification, the crystallization front 19 migrates upwards in the casting mold 1, like this is known from ingot casting. The contents of the recess? forms the base after solidification » of the block 9, which together form the consumable electrode

F i g. 2 zeigt eine fertige Elektrode von kreisförmi-F i g. 2 shows a finished electrode of circular

gern Querschnitt mit angegossenem Ansatz 8 von prismatischem Querschnitt. Der An atz besitzt eine querliegende Ausnehmung 10, die beispielsweise durch Einlegen eines entsprechenden Kernes in die Gießform hergestellt werden kann. Diese Ausneh-like cross-section with molded approach 8 of prismatic cross-section. The atz has a transverse recess 10, for example can be produced by inserting a corresponding core into the mold. This exceptional

mung bildet dann später den Angriffspunkt für eine Elektrodeneinspannvorrichtung. F i g. 3 zeigt eine ganz analoge Ausbildung des Einspannendes der Abschmelzelektrode, jedoch mit dem Unterschied, daß der Ansatz 8 einen T-förmigen Querschnitt besitzt.tion then later forms the point of application for an electrode clamping device. F i g. 3 shows a very analogous design of the clamping end of the consumable electrode, but with the difference that the approach 8 has a T-shaped cross section.

Das Zusammenwirken des T-förmigen Ansatzes 8 gemäß Fig. 3 mit einer Elektrodeneinspaninorrichtung 11 ist in Fig. 4 dargestellt. Die Elektrodeneinspannvorrichtung 11 ist Teil eines Umschmelzofens, der jedoch nicht Gegenstand der Erfindung und da-The interaction of the T-shaped extension 8 according to FIG. 3 with an electrode clamping device 11 is shown in FIG. The electrode clamping device 11 is part of a remelting furnace, which, however, is not the subject of the invention and

her an dieser Stelle nicht näher erläutert ist. Sie besteht aus einem Querträger 12, welcher über eine Zugstrebe 13 mit einem Elektroden-Antrieb des Umschmelzofens in Verbindung steht. An den beiden Enden des Querträgers 12 sind über Gelenkverbindunge.i 14 zwei Haken IS befestigt, welche den Ansatz 8 auf beiden Seiten unterfangen. Die Zuführung des Schmelzstroms zur Abschmelzelektrode erfolg; über einen Druckkontakt 16 und einen Kugelabschnitt 17 unter der Wirkung eines hydraulischen Antriebszylinders 18. Der Druckkontakt 16 ist in der Form dem Kugelabschnitt 17 angepaßt. Die entsprechende Anordnung ist imstande, den hohen Schmelzstrom über einen großen Querschnitt auch dann einwandfrei zu übertragen, wenn gewisse Winkelabweichungen des Ansatzes 8 aufgetreten sein sollten. Durch die Anpressung des Druckkontaktes 16 wird gleichzeitig die Einspannvorrichtung mechanisch verriegelt.is not explained in more detail at this point. It consists of a cross member 12, which has a Tension strut 13 is connected to an electrode drive of the remelting furnace. On both of them Ends of the cross member 12 are via joint connections.i 14 two hooks IS attached, which underpin the approach 8 on both sides. The feed the melt flow to the consumable electrode is successful; via a pressure contact 16 and a spherical section 17 under the action of a hydraulic drive cylinder 18. The pressure contact 16 is in the The shape of the spherical section 17 is adapted. The appropriate arrangement is able to handle the high melt flow Can be transmitted correctly over a large cross-section even if there are certain angular deviations of approach 8 should have occurred. By pressing the pressure contact 16 is at the same time the clamping device is mechanically locked.

hierzu 1 BIaH Zeichnungen1 BIaH drawings

Claims

Patent claims:

1. Process for the manufacture of consumable electrodes for electrometallurgical processes from molten metal by ingot casting in one Shape, the consumable electrodes with at least one attachment to the form-fitting holder are equipped in an electrode clamping device, characterized in that that the approach (8) together with the block (9) by pouring a cavity in the shape (1) is produced.

2. Casting mold for performing the method according to claim 1, characterized by a arranged in the area of the base (3) and connected to the interior of the mold enlarged recess below (7).

3. Casting mold according to claim 2, characterized in that the downwardly widened recess (7) has a T-shaped cross section.

4. Casting mold according to claim 3, characterized by a heat-resistant, mechanical easily destructible material existing insert (4), which has a downward widened recess (7) has the shape of the approach (8).