DE2228280A1

DE2228280A1 - Verfahren zum Elektroschlacke Gießen von Blocken

Info

Publication number: DE2228280A1
Application number: DE19722228280
Authority: DE
Original assignee: Institut elektroswarki lmem E O Patona Akademn Nauk Ukrainskoj SSR, Kiew (Sowjetunion)
Priority date: 1971-06-11
Filing date: 1972-06-09
Publication date: 1972-12-28
Also published as: SU341323A1; IT965820B; AT329784B; JPS5112284B2; FR2140688A1; DE2228280B2; GB1358776A; FR2140688B1; JPS4923719A; SE413676B; ATA470872A

Description

Institut Elekstrosvarki imeni E.Ö. Patona P 42 405/2 Akademii Nauk Ukrainskoj SSR q Juni 1972

Kiew/UdSSR L/Br

VERFAHREN ZUM ELEKTROSCHIA CKE-GIESSEN VON BLÖCKEN

Die vorliegende Erfindung "bezieht sich auf die Elektrometallurgie, insbesondere auf Verfahren zum Elektroschlacke- -Gießen von Blöcken großer Abmessungen.

Allgemein bekannt sind Verfahren zur Erzeugung von Metall — blöcken durch Gießen des flüssigen Metalls in Blockformen.

Zum Schutz der Oberfläche des flüssigen Metalls vor Oxydation wird die Blockform zuvor mit Schlacke oder mit einem Schlackengemisch gefüllt und dann in dieses das flüssige Metall geleitet, wobei der Metallblock unter der Schlackenschicht geformt wird.

Es wurde portionsweise Zuführung des flüssigen Metalls in die zuvor mit einem Schlackengemisch gefüllte Blockform vorgeschlagen, wobei jede nach der ersten Portion folgende Teilmenge des flüssigen Metalls zugeführt wurde, nachdem sich auf der waagerechten Oberfläche der vorhergehenden Portion eine

209853/0753

Kruste festen Metalls gebildet hat, deren Temperatur die .-Schmelztemperatur des Schlackengemisches überschreitet, die

ErstarrungS/te^pe^a^ur des auf diese Kruste gegossenen Metalls aber unterschreitet.

Bei der portionsweisen Zuführung des flüssigen Metalls in die Blockform nach dem vorgeschlagenen Verfahren wird jede nachfolgende Teilmenge des flüssigen Metalls erst zugeführt, nachdem sich auf den Seitenflächen des Blocks Krusten festen Metalls gebildet haben, die ausreichend widerstandsfähig sind, um die beim Herausziehen des Blocks aus der Kokille entstehenden Spannungen auszuhalten. Jedoch werden bei diesem Verfahren die einzelnen Portionen des eingegossenen Metalls einer und derselben chemischen Zusammensetzung nicht fest miteinander verschweißt. Besonders stark tritt dieser Fehler an den Wänden der Blockform in Erscheinung. Außerdem gewährleistet dieses Verfahren kein dichtes Gefüge des zentralen Teils eines großen Blocks.

Es wurde ein Verfahren zum Elektroschlacke-Gießen von Metallblöcken vorgeschlagen, nach welchem in der Blockform ein Schlackenbad (durch Eingießen der flüssigen Schlacke oder Ein-

abschmelzender

schmelzen der festen Schlacke) mittels nicht Elektroden (Graphitelektroden) angemacht wird.

Im weiteren wird durch den diesen Elektroden zugeführten Strom die erforderliche Temperatur des Schlackenbades aufrechterhalten. Hierbei wird das flüssige Metall in einem ununterbrochenen Strom zugeleitet» Während des Niveauanstiegs von

209853/0 7 53

c_ 3 —

Metall und Schlacke werden die Elektroden gehoben, die den Kopf des zu formenden Blocks erwärmen (siehe den Urheberschein der UdSSR Nr. 168743).

In diesem Fall schützt die Schlacke nicht nur die Oberfläche des flüssigen Metalls, sondern sorgt auch für dessen Raffination von Schwefel und nichtmetallischen Oxydeinschlüssen, wobei sich auch die Oberfläche des Blocks verbessert.

Jedoch ist es nicht möglich, der Blockform das flüssige Metall kontinuierlich mit sehr kleinen Geschwindigkeiten zuzuführen, die mit dessen ' Erstarrungs -geschwindigkeiten vergleichbar sind, welche beim Umschmelzen von ~ Abschmelz-Elektroden sichergestellt werden. Deshalb wird das flüssige Metall der Blockform mit Geschwindigkeiten zugeleitet, die beim herkömmlichen Stahlguß üblich sind.

Gemäß den bekannten Verfahren des Elektroschlacke-Giessens von Blöcken beginnt und verläuft die Erstarrung der Hauptmasse des in die Blockform eingegossenen Metalls nach dem Ausfüllen der Blockform mit Metall, weshalb im Block auf Seigerung und Schwindung zurückzuführende Fehler (axiale Porosität u.a.) auftreten, während der durch die Elektroschlacke-

eine

Erwärmung des Sch.lackenbades erzielbare Effekt nur Verdichtung des Blockkopfes ergibt.

Auf diese V/eise ist es bei den bekannten Verfahren zur Erzeugung von Metallblöcken durch portionsweise Zuführung des flüssigen Metalls in eine Schlackengemisch enthaltende

209853/0753

Blockform auf die Kruste der vorhergehenden erstarrten Portion sowie bei den Verfahren zum Elektroschlacke-Gießen durch Annachen der flüssigen Schlacke mit Hilfe von Elektroden und

einen

Eingießen des Metalls über diese nicht möglich, hochwertigen

einen
Block, besonders aber großen Block, wie er für Läufer von Turbinen mit über einerMillion Megawatt Leistung notwendig ist, in einem Aggregat zu erhalten.

Die bekannten Verfahren zum Gießen von großen Blöcken

erforderliche

gewährleisten nicht die physikalische und chemische Gleichartigkeit des Blocks im ganzen und verbürgen nicht das nach oben gerichtete Kristallwachstum in diesem.

Zweck der Erfindung ist die Beseitigung der vorerwähnten Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Elektroschlacke-Gießen von Blöcken mit einer solchen Erwärmung der nach der Größe gewählten Portionen des in die Blockform zugeführten Metalls zu schaffen, bei dem auf der Oberfläche des zu formenden Blocks das Vorhandensein eines flüssigen Metallbades und das nach oben gerichtete Kristallwachstum, welches dem Block eine hohe physikalische und chemische Gleichartigkeit verleiht, sichergestellt werden.

Diese Aufgabe ist durch Schaffung eines Verfahrens zum Elektroschlacke-Gießen von Blöcken durch portionsweise Zuführung des Metalls in die Blockform gelöst, in welcher zuvor das Schlackenbad angemacht und mittels des Stroms von Elektroden

209853/0753

erwärmt wird, in dem erfindungsgemäß Jede der ersten Portion nachfolgende Teilmenge des flüssigen Metalls auf die Oberfläche des flüssigen Metalls der vorhergehenden Portion geleitet wird, wobei diese Portionen 5 bis 25% des Blockgewichts ausmachen und aufeinanderfolgende mindestens in einem Ofen erhaltene Schmelzen darstellen.

Bei dieser Größe der Portionen des einzugießenden Metalls und bei deren Erwärmung auf der Seite des Metallzuflusses findet eine nach oben gerichtete Erstarrung des flüssigen Metalls statt· Beim Eingießen neuer Metallportionen erfolgt deren Vermischung mit noch nicht erstarrtem Metall, angereichert mit Seigerungsbeimengungen, sowie der Ausgleich

Aufrecht-

der chemischen Zusammensetzung. Die Erhaltung des flüssigen Metallbades auf der Oberfläche des zu formenden Blocks trägt zu einer guten Speisung der zentralen Blockabschnitte bei. All das begünstigt die Ausbildung einer gleichartigeren Blockzusammensetzung.

Wenn die Portionen einen Teil der Schmelze eines und desselben Ofens darstellen, so soll während des Abgießens der Schmelze aus dem Ofen die erforderliche Temperatur des im Ofen zurückbleibenden Metalls aufrechterhalten werden, wobei eventuell ^ein4correktur seiner chemischen Zusammensetzung im Zusammenhang mit einem möglichen Abbrand von Legierungselementen vorgenommen wird.

Wenn die Metallportionen ganze Schmelzen darstellen, so soll zur Gewährleistung einer homogenen Zusammensetzung des

209853/0753

zu gießenden Blocks ein minimaler Unterschied in der chemischen Zusammensetzung der Schmelzen sichergestellt werden, die nacheinander in einem oder mehreren öfen durch Normung der Beschickung und der Technologie ihrer Erschmelzung erhalten werden.

Es ist der zweiten Variante der Vorzug zu geben. Diese erlaubt es, bei einem Ofen (oder bei öfen) mit verhältnismäßig geringem Fassungsvermögen Blöcke von einem beliebigen vorgegebenen Gewicht zu erzeugen.

Das Intervall zwischen der Zuführung der Metallportionen wird durch das gewählte Passungsvermögen des Ofens oder mehrerer öfen bestimmt. Durch Änderung desselben sowie der dem Schlackenbad über die Elektroden mittels Stromleitung zugeführten Wärmeleistung wird die Bildung!auf dem Metallbadspiegel feiner festen Metallkruste/verhindert.

Zweckmäßig wird die eingegossene Metallportion an den Blockformwänden über die Schlacke mittels am Blockformumfang angeordneten Elektroden erwärmt.

Die Erwärmung des Peripherieteils des Metallbades verhindert die Bildung einer Schlacken-und Metallkruste an den Kokillenwänden, welche die Ausbildung der Blockoberfläche !beeinträchtigen. Nach dem Eingießen der letzten Metallportion in die Blockform kann man die Elektroden an den zentralen Teil der waagerechten Metallbadoberfläche des Blocks annähern.

20985 37 0753

— ι —

Diese Erwärmung trägt zur Verminderung der Metallbadtiefc i-i axialen Teil des Blocks bei und gewährleistet dessen vertikal gerichtete ' Erstarrung.

Vorteilhaft werden die die eingegossene Metallportion über die Schlacke'erwärmenden Elektroden in einer Zahl, die durch drei teilbar ist, gewählt und von einer Dreiphasenwechselstronupelle gespeist.

Eine solche Wahl der Elektroden erlaubt es, deren Verteilung am Blockumfang und folglich auch die Wärme zuführung über die Schlacke zum an der Blockformwand befindlichen Metall zu verbessern, wodurch zur besseren Formung des Blocks beigetragen wird.

Man kann die Blockform mit dem in ihr zu gießenden Block um ihre Längsachse um einen Winkel umkehrbar drehen, der 30 bis 120° beträgt.

• Diese Drehung der Blockform gewährleistet eine gleichmässigere Wärmeverteilung am Blockumfang und trägt somit zur besseren Ausbildung der Blockoberfläche bei.

Zur Erläuterung der Erfindung wird nachstehend ein Durchführung sbeispiel für das Verfahren nach der Erfindung beschrieben*

Bei der Erzeugung von großen Schmiedeblöcken von z.B. 190 t Gewicht wird eine wassergekühlte Blockform von etw· 2500 mm Durchmesser und 5000 mm Höhe verwendet¹, die auf einen wassergekühlten Untersatz aufgestellt wird, auf welchen im voraus

209853/0753

eine Impf scheibe aus Stahl aufgelegt ist, deren chemische Zusammensetzung der des zu gießenden Blocks nahekommt. In die Blockform werden beispielsweise sechs Graphitelektroden bis zur Berührung ihrer unteren Enden mit der Impferscheibe eingeführt. Der Durchmesser jeder Elektrode beträgt 200-400 mm.

Die Zahl der Elektroden wird zweckmäßig teilbar] durch drei gewählt und von einer Dreiphasenwechselstromquelle gespeist.

Die Elektroden werden gleichmäßig am Umfang des Blockformquerschnitts in Abständen von etwa 100-300 mm von den Blockformwänden angeordnet. In die Blockform wird eine Schlacke, die eine hohe Raffinationsfähigkeit besitzt, oder ein Gemisch aus den Gattierungsbestandteilen einer solchen Schlacke eingeschüttet. Jedem Elektrodenpaar wird Spannung in der Größenordnung von 50-90 Y von einem DrepHiasentransfonaator oder von drei Einphasentransformatoren zugeführt und die Schlacke geschmolzen* Hierbei bildet sich in der Blockform eine Schicht flüssiger Schlacke - das Schlackenbad, und es beginnt der Elektroschlaclcs·- Prozeß der Erwärmung dieses Bades. Man kann in die Blockform auch eine speziell erschmolzene flüssige Schlacke eingießen. Des weiteren wird in die Blockform die erste Stahlport: er: \:n 10 Ό Gewicht eingegossen, die im voraus in einem Lichtbogen-Stahlschmelzofen erschmolzen wurde. Hierbei bildet sich in der Blockform eine Metallschicht von etv;a 250 vhl Eicka (0.1 des Blockdurchmessers).

209853/0753

Jede der ersten Portion nachfolgende Teilmenge des flüssigen Metalls wird auf die flüssige Oberfläche der vorhergehenden Portion geleitet, die mehr als (um die Hälfte erstarrt

■ ist. Diese Portionen "betragen von 5 "bis 25 Gew. % des Blockgewichtes. Sie stellen aufeinanderfolgende Schmelzen mindestens eines Ofens dar und das Gewicht jeder Schmelze ist kleiner als das· Blockgewicht.

Beim Füllen der Blockform mit Stahl werden die Elektroden nach oben verschoben, wobei die Stromgröße in einem Bereich von 10-20 Tsd. Ampere in jeder der Elektroden aufrechterhalten wird.

Nach 4 bis 5 Stunden (die Zeit, die zum Gewinnen einer nüchstfolgenden Schmelze im Lichtbogenofen erforderlich ist) wird in die Blockform über die Schlacke auf die flüssige Oberfläche der vorhergehenden Portion, die mehr alsi um die Hälfte

erstarrt ist, die zweite Metallportion von etwa 10 t Gewicht gegossen· Portionen dieser Größe werden 19-20 Mal bis zur Erzielung des vorgegebenen Blockgewichts von 190 t wiederholt (eingegossen).

Beim Halten der Metallportionen in der Blockform zwischen den einzelnen Eingießvorgängen wird ein elektrischer Betriebszustand aufrechterhalten, der für den flüssigen Zustand des Metalls an den Blockformwänden sorgt. Dies wird durch Anordnung der Elektroden an den Blockformwänden,'durch Vergrösserung ihrer Anzahl und durch Drehung der Blockform um ihre Längsachse um

209853/0753

- ίο -

einen Winkel von 30 bis 120° erreicht. Nach, dem Eingießen der letzten Metallportion wird die dem Schlackenbad zugeführte elektrische Leistung allmählich herabgesetzt, wobei die Elektroden zur Blockformachse zur Gewährleistung der Metallbad, erstarrung

eines
. ohne Bildung . . Schwindlunkers verschoben werden.

Das hier beschriebene Verfahren zum Elektroschlacke-Gießen von Blöcken ist am aussichtsreichsten für die Herstellung /in einem Aggregation großen hochwertigen Schiniedeblöcken mit einem Gewicht über 40 t und bis zu 200-300 tywie sie besonderes für den Bau von Läufern von Turbinen mit einer Leistung über eine Million Megawatt erforderlich sind»

Die hohe Qualität des nach diesem Verfahren erhaltenen großen Blocks v.'ird nicht nur durch die E ie Ice ro Schlacke-Behandlung des Stahls in der Blockform und durch dessen gerichtete Erstarrung erzielt₈ sondern auch dadurch, daß dieser Block aus dem Stahl Lichtbogenofens erzeugt werden kann, d.h. aus einem (nach dem Gehalt ^am Schwefel, Sauerstoff und nichtmetallischen Einschlüssen) reineren Stahl als dies der Siemens-Martin-Stahl ist, aus welchem zur Zeit große Schmiedeblöcke gegossen werden* Das LTetall kann vor dem Eingießen in die Blockform einer Behandlung durch synthetische Schlacken unterworfen und mit inerten Gasen durch ^blasen werden.

Nach einem anderen Durchführungsbeispiel des Verfahrens kann der Elektrodenhalter um die Längsachse der Blockform umkerbar gedreht werden, wobei die letztere unbeweglich bleibt.

209853/0753

Claims

P 42 9. Juni 1972 PATENTANSPRÜCHE L/Br

1. Verfahren zum Elektroschlacke-Gießen von Blöcken durch portionsweise Zuführung des flüssigen Metalls in eine Blockform, in der zuvor ein Schlackenbad angemacht und mittels

Elektroden zugeführten Stroms erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet , daß jede der ersten Portion nachfolgende Teilmenge des flüssigen Metalls auf die Oberfläche des flüssigen Metalls der vorhergehenden Portion geleitet wird, und daß diese Portionen von 5 "bis 25 Gew. % des Blockgewichts ausmachen und aufeinanderfolgende, mindestens in einem Ofen erhaltene Schmelzen darstellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die eingegossene Metallportion an den Blockformwänden über die Schlacke mittels am Blockformumfang angeordneten Elektroden erwärmt wird.

3- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß nach dem Eingießen der letzten L-'etallportion in die Blockform die Elektroden an den zentralen Teil der waagerechten Metallbadoberfläche des Blocks angenähert werden.

4. Verfahren nach Ansprüchen 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet , daß die die eingegossene Metallportion über die Schlacke erwärmenden Elektroden, in einer Zahl, die durch drei teilbar ist, gewählt und von einer Dreiphasenwechselstromcuelle gespeist werden.

209853/0753

5. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1r4, dadurch, gekennzeichnet , daß die Blockform mit dem in ihr zu gießenden Block um ihre Längsachse um einen Y/inkel umkehrbar gedreht wird, der 30 bis 120 beträgt.

209853/0753