DE2250710B2 - Device for block head heating - Google Patents
Device for block head heatingInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Blockkopfbeheizung von unter Vakuum fallend vergopsenen Stahlblöcken mit einer den flüssigen Stahl enthaltenden und in ('nem Gehäuse mit vakuumdicht aufsetzbarem Deckel angeordneten Kokille und mit einem Dichtflansch am oberen Er.je des Deckels zum Aufsetzen einer Gießpfanne ode· eines Elektrodenhaltergehäuses. Eine solche Vorrichtung ist der Gegenstand der Patentanmeldung P 21 38 662.-24.The invention relates to a device for heating the block head of pots that fall under vacuum Steel blocks with a housing containing the liquid steel and in a vacuum-tight housing attachable cover arranged mold and with a sealing flange on the upper Er.je of the cover for placing a pouring ladle or an electrode holder housing. Such a device is the subject of patent application P 21 38 662.-24.
Beim Gießen von Stahlblöckcn in Kokillen können während des Gießens und beim anschließenden Erkalten der Stahlblöcke Schwindungshohlrüume und Lunker auftreten. Zum Vermeiden dieser Schwindungshohlräume und Lunker setzt man die sögenannte Blockkopfbeheizung ein. Hierbei wird eine an Spannung liegende Abschmelzelektrode auf die Kokille abgesenkt. Zwischen dem in der Ffokille befindlichen Stahl und der Elektrode geht ein Lichtbogen über. Die Elektrode schmilzt ab und das abschmelzende Elektrodenmetall füllt Schwindungshohlräume aus oder vermeidet deren Entstehung. Gleichzeitig wird die Abkühlung des oberen Endes des Stahlblocks verzögert und damit ein Einfließen von noch schmelzflüssigem Stahl in Hohlräume ermöglicht. Diese elektrische Blockkopfbeheizung ist vielfach beschrieben, z.B. in »Stahl und Eisen« (1955), Ausgabe Nr. 26 vom 29. Dezember, S. 1755 bh 1774. Bei dem dort beschriebenen Verfahren sind die Kokillen nach oben offen und der in der Kokille befindliehe Stahlblock ist gegenüber der Atmosphäre offen und den in dieser enthaltenen Gasen ausgesetzt.When casting steel blocks in molds, during the casting and during the subsequent cooling Shrinkage cavities and blowholes occur in the steel blocks. To avoid these shrinkage cavities and blowholes, so-called block head heating is used. Here is a Voltage-lying consumable electrode lowered onto the mold. Between the one in the Ffokille Steel and the electrode an arc is passed. The electrode melts and the one that melts Electrode metal fills shrinkage cavities or prevents their formation. Simultaneously the cooling of the upper end of the steel block is delayed and thus an inflow of still Allows molten steel into cavities. This electrical block head heating has been described many times, e.g. in »Stahl und Eisen« (1955), issue No. 26 of December 29, p. 1755 bh 1774. In the process described there, the molds are open at the top and the mold is located in the mold Steel block is open to the atmosphere and exposed to the gases it contains.
Bekannt ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Stahlblöcken, bei denen diese vollständig aus einer Elektrode unter Vakuum mit einem Lichtbogen abgeschmolzen werden. Die Vorrichtung ist derart ausgebildet, daß die Abschmelzelektrode vakuumdicht in Richtung auf das in der Kokille befindliche Schmelzbad abgesenkt werden kann (USA.-Patentschrift 3 341 321). Das völlige Abschmelzen des gesamten Blocks aus der Abschmelzelektrode ist aufwendig und nur für hochwertige Legierungen brauchbar. Für die kostengünstige Massenfertigung üblicherA device for producing steel blocks is known, in which these completely from a Electrode can be melted off with an electric arc under vacuum. The device is designed in such a way that that the consumable electrode is vacuum-tight in the direction of that located in the mold Molten bath can be lowered (U.S. Patent 3,341,321). The complete melting of the whole Blocks from the consumable electrode is complex and can only be used for high-quality alloys. More common for inexpensive mass production
Stahlblöcke eignet sich dieses HcrstellimgspriiizipThis manufacturing principle is suitable for steel blocks
nicht.not.
Zur Blockkopfbeheizung von unier vakuum füllend vergossenen Stahlblocken unter Vakuum und unmittelbar anschließend an den Guß ohne irgendwelche Zusatzeinrichtungen oder Zwischentransport wird gemäß der oben erwähnten älteien Patentanmeldung vorgeschlagen, daß die Kokille in einem vakuumdichten Gehäuse mit einem aufsetzbaren Dekkel anaeordnet ist, welcher an seinem oberen Ende einen Dichtflansch besitzt und auf den nacheinander eine Gießpfanne und ein Elektrodenhaltergehäuse vakuumdicht aufsetzbar ?:nd.For block head heating of unier vacuum-filling cast steel blocks under vacuum and immediately following the casting without any additional devices or intermediate transport, it is proposed according to the above-mentioned earlier patent application that the mold be arranged in a vacuum-tight housing with a cover that can be placed on top of which a Has a sealing flange and on which a pouring ladle and an electrode holder housing can be placed in a vacuum-tight manner one after the other? : nd.
Vorliegender Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Vorrichtung insoweit zu verbessern, daß es nicht langer erforderlich ist, die Elektrode selbst an eine hohe Stromstärken liefernde Spannungsquelle anzuschließen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß im Deckel der Kokille auf das untere Ende der Elektrode ausgerichtete Abschmelzeinrichtungen angeordnet sind. Die Elektrode wird damit nicht mehr elektrisch, sondern nur noch thermisch beeinflußt und damit zum Abschmelzen gebracht. Eine Stromzufuhr in einem Stromkreis, in dem unter anderem das Elektrodenhaltergehäuse und die Elektrode liegen, ist daher nicht mehr erforderlich. In diesem Stromkreis können Übergangswiderstände auftreten, die zu einer Erwärmung an unerwünschten Stellen und schließlich auch zu Verlusten führen. Abgesehen davon muß bei der Vorrichtung gemäß dem älteren Vorschlag beim Einsetzen einer neuen Elektrode in das Elektrodenhaltergehäuse nicht nur auf mechanisch festen Halt, sondern auch auf möglichst gute elektrische Verbindung zwischen Elektrode und deren Gehäuse geachtet werden. Diese Mühen fallen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung weg. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Abschmelzeinrichtungen sind konstant und ortsfest an eine Spannungsquelle angeschlossen. Ihre einmal eingesidlten mechanischen und elektrischen Werte halten sie unabhängig vom Auswechseln der Elektroden bei.The present invention is based on the object to improve this device so far that it is no longer necessary to use the electrode even to be connected to a voltage source delivering high currents. To solve this problem is provided according to the present invention that in the lid of the mold on the lower end the electrode aligned melting devices are arranged. The electrode will not do this more electrically, but only thermally influenced and thus caused to melt. One Power supply in a circuit in which, among other things, the electrode holder housing and the electrode is therefore no longer necessary. In this circuit there can be contact resistances occur, which lead to heating in undesired places and ultimately also to losses. Apart from that, in the device according to the older proposal when inserting a new one Electrode in the electrode holder housing not only on a mechanically firm hold, but also as possible good electrical connection between the electrode and its housing must be ensured. These Troubles are eliminated with the device according to the invention. The melting devices provided according to the invention are constantly and stationary connected to a voltage source. Your once settled mechanical and electrical values keep them independent of changing the electrodes at.
Eine zweckmäßige Weiterbildung sieht vor, daß die Abschmelzeinrichtungen Plasmabrenner sind. Eine weitere Ausgestaltung ist noch dadurch gekennzeichnet, daß die Abschmelzeinrichtungen Elektronenstrahlkanonen sind.An expedient further development provides that the melting devices are plasma torches. Another embodiment is characterized in that the melting devices are electron beam guns are.
Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführnngsformen wird die Erfindung nun weiter beschrieben. Dabei zeigen nur die Fig.6 und7 den Gegenstand der Erfindung, während sich die Fig. 1 bis 5 allgemein auf Vorrichtungen für die Blockkopfbeheizung beziehen. In der Zeichnung istUsing the example of the embodiments shown in the drawing the invention will now be further described. Only FIGS. 6 and 7 show the Subject of the invention, while Figs. 1 to 5 relate generally to devices for block head heating relate. In the drawing is
Fig.l ein Schnitt durch eine Vorrichtung zur Blockkopfbeheizung mit aufgesetzter Gießpfanne beim Guß,Fig.l is a section through a device for block head heating with attached pouring ladle during casting,
Fig.2 ein Schnitt durch die gleiche Vorrichtung mit aufgesetztem Elektrodenhaltergehäuse bei der Blockkopfbeheizung,2 shows a section through the same device with attached electrode holder housing for block head heating,
F i g. 3 ein Schnitt ähnlich F i g. 2 bei einer Anordnung, bei der eine elektrisch leitende Schlacke auf dem schmelzflüssigen Metall aufschwimmt,F i g. 3 shows a section similar to FIG. 2 in an arrangement in which an electrically conductive slag the molten metal floats,
F i g. 4 ein Schnitt ähnlich F i g. 3 mit der zusätzlichen Anordnung eines Kühlmantels am oberen Ende der Kokille,F i g. 4 shows a section similar to FIG. 3 with the additional arrangement of a cooling jacket at the upper end the mold,
Fig. 5 ein Schnitt ähnlich Fig. 4 bei anderer Anordnung des Kühlmantels,FIG. 5 shows a section similar to FIG. 4 with a different arrangement of the cooling jacket,
2 250 7Ϊ02 250 7-0
F i g. fi ein Schnitt durch die erste erfindungsgeniiiße Ausführungsform der im Deckel angeordneten Abschmelzeinrichtungen undF i g. fi a section through the first genius of the invention Embodiment of the melting devices arranged in the cover and
F i g. 7 ein Schnitt durch die zweite erfindungsgeniüÜe Ausführungsform.F i g. 7 is a section through the second invention Embodiment.
Die Kokille 9 steht auf einer Bodenplatte 10 auf. Dabei befindet sich die Kokille 9 in einem Gehäuse 11, dessen Mantel in seinem unteren Bereich eine Luftabsiijgeöffnung 12 aufweist und das durch einen Deckel 13 vakuumverschlossen ist. An seinem oberen Ende weist dieser Deckel 13 einen Dichtflansch 14 auf. Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsi'orm steht die Gießpfanne 15 auf dem Dichtflansch 14 auf. Man erkennt, wie der schmelzflüssige Stahl in einem Strahl 16 aus der Gießpfanne 15 in die Kokille 9 einströmt.The mold 9 rests on a base plate 10. The mold 9 is located in a housing 11, whose coat has a Having Luftabsiijgeöffnung 12 and through a Lid 13 is vacuum-sealed. At its upper At the end of this cover 13 has a sealing flange 14. In the case of the in FIG. 1 shown embodiment the ladle 15 stands on the sealing flange 14. You can see how the molten steel in a jet 16 flows from the ladle 15 into the mold 9.
Bei der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform sitzt das Elektrodenhaltergehäuse 17 auf dem Dichiflansch 14 auf. Vakuumdicht ist ein Schubstempel 18 im Elektrodenhaltergehäuse 17 verschiebbar. Dieser Stempel trägt einen Elektrodenhalter 19, der die Abschmelzelektrode 20 trägt. Fig. 2 zeijt den zwischen der Abschmelzelektrode 20 und dem bereits gegossenen Stahlblock 22 stehenden Lichtbogen. Die im Deckel 13 vorhandene Sichtöffnung 23 gestattet das Beobachten des Stahlblocks.In the case of the in FIG. 2, the electrode holder housing 17 sits on the dichroic flange 14 on. A thrust ram 18 can be displaced in the electrode holder housing 17 in a vacuum-tight manner. This The stamp carries an electrode holder 19 which carries the consumable electrode 20. Fig. 2 shows the between the consumable electrode 20 and the already cast steel block 22 standing arc. The in Lid 13 provided viewing opening 23 allows observation of the steel block.
Mit der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform wird der Stahlblock 22 auf bekannte Weise unter Vakuum fallend gegossen. Nach dem Guß wird die Gießpfanne 15 abgenommen und das Elektrodenha'tergehäuse 17 auf den Deckel 13 aufgesetzt. Der Dichtflansch 14 sorgt sofort für einen vakuumdichten Anschluß. Die Abschmelzelektrode 20 wird an Spannung gelegt und entsprechend dem Maß ihres Abschmelzens nachgeführt. Die Elektrode 20 hat einen Durchmesser im Bereich von 60 bis 90 mm. Sie wird an eine Gleichspannung im Bereich von 25 bis 50 Vo't gelegt und mit Strömen zwischen 15 und 25 kA betrieben. Nach dem völligen Erkalten und Erstarren des Stahlblocks 22, welcher Zeitpunkt mit dem Abschmelzen der Abschmelzelektrode 20 zusammenfällt, werden das Elektrodenhaltergehäuse 17 und der Deckel 13 abgenommen und der fertige Stahlblock 22 herausgehoben.With the in F i g. 1, the steel block 22 is placed under vacuum in a known manner falling poured. After the casting, the pouring ladle 15 is removed and the electrode holder housing 17 placed on the cover 13. The sealing flange 14 immediately ensures a vacuum-tight connection. The consumable electrode 20 is connected to voltage and in accordance with the extent to which it is consumed tracked. The electrode 20 has a diameter in the range from 60 to 90 mm. she will applied to a DC voltage in the range of 25 to 50 Vo't and with currents between 15 and 25 kA operated. After the complete cooling and solidification of the steel block 22, which point in time with When the consumable electrode 20 is melted, the electrode holder case 17 becomes and the cover 13 removed and the finished steel block 22 lifted out.
Die in F i g. 3 gezeigte Ausführungsform ähnelt der nach F i g. 2 mit dem einzigen Unterschied, daß eine Schiackenschicht 34 auf dem schmelzflüssigen Metall bzw. dem sich bildenden Stahlblock 22 aufschwimmt. Diese Schlacke kann aus Calciu.niluorid (CaF.,), Calciumoxid (CaO) und/oder Siliciumdioxid (SiO.,) und'oder Aluminiumoxid (AUO.,) und oder anderen Materialien zusammengesetzt sein.The in F i g. The embodiment shown in FIG. 3 is similar to that of FIG. 2 with the only difference that one Schiackenschicht 34 floats on the molten metal or the steel block 22 being formed. This slag can consist of calcium nitride (CaF,), calcium oxide (CaO) and / or silicon dioxide (SiO.,) And 'or aluminum oxide (AUO.,) And or be composed of other materials.
Die in F i g. 4 gezeigte Ausrührungsform ähnelt wieder der nach F i g. 3 mit dem einzigen Unterschied, daß ein wassergekühlter Kupfermantel 35 auf die obere Stirnseite der Kokille 9 aufgesetzt ist. Die in F i α. 5 gezeigte Ausführungsform ist wiederum der nach F i g. 4 ähnlich mit den einzigen Unterschied, daß dieser Kupfermantel 35 nicht auf, sondern an der Innenseite der oberen Stirnwand der Kokille 9 angeordnet ist.The in F i g. The embodiment shown in FIG. 4 is again similar to that according to FIG. 3 with the only difference that a water-cooled copper jacket 35 is placed on the upper face of the mold 9. the in F i α. The embodiment shown in FIG. 5 is again that according to FIG. 4 similar with the only difference that this copper jacket 35 is not on, but on the inside of the upper end wall of the mold 9 is arranged.
Bei der nun in F i g. 6 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Elektrode 20 nicht durch Widerstandserhitzung infolge von Stromdurchfluß erwärmt und abgeschmolzen, sondern durch Plasmabrenner 36, die im und innerhalb des Deckels 13 angeordnet und befestigt sind. Von dieseii Plasmabrennern 36 erstrecken s;oh Plasmalichtbögen 37 auf die Elektrode 20. Durcn die dabei entstehende Hitze wird die Elektrode 20 aufgeheizt und ihr unteres Ende schmilzt ab. Gleichzeitig wild der sich bildende Stahlblock 22 an den Auftreffstellen der Plasi.ialichtbögen 37 erwärmt und auf erhöhter schmelzflüssiger Temperatur gehalten. Der Schnitt nach F i g. 6 zeigt lediglich zwei Plasmabrenner 36. Über den Umfang des Deckels 13 verteilt können jedoch eine Reihe solcher Plasmabrenner 36 angeordnet sein.In the case of the now shown in FIG. In the embodiment according to the invention shown in FIG. 6, the electrode 20 is not heated and melted by resistance heating as a result of the flow of current, but rather by plasma torches 36 which are arranged and fastened in and within the cover 13. From these plasma torches 36 extend ; oh plasma arcs 37 on the electrode 20. The electrode 20 is heated by the resulting heat and its lower end melts. At the same time, the steel block 22 which is forming is heated wildly at the points of impact of the plasma light arcs 37 and kept at an elevated molten temperature. The section according to FIG. 6 shows only two plasma torches 36. However, distributed over the circumference of the cover 13, a number of such plasma torches 36 can be arranged.
F i g. 7 zeigt diejenige Ausführungsform, bei der die Abschmelzeinrichtungen durch eine Anzahl von Elektronenstrahlkanonen 3S gebildet werden. Diese Elektronenstrahlkanonen 38 richten je einen Elektronenstrahl 39 auf die Elektrode 20, um diese abzuschmelzen, und auf das obere Ende des Stahlblocks 22, um diesen oder mindestens sein oberes Ende während des Erstarrungsvorganges im schmelzflüssigen Zustand zu halten.F i g. 7 shows that embodiment in which the melting devices by a number of Electron beam guns 3S are formed. These electron beam guns 38 each direct an electron beam 39 on the electrode 20 to melt it off and on the top of the steel block 22 to this or at least its upper end during the solidification process in the molten liquid To keep state.
Sowohl beim Plasmalichtbogenabschmelzverfahren als auch beim Elektronenstrahlabschmelzverfahren wird der Druck im Gehäuse 11 verringert entsprechend den bekannten Verfahren zur Betätigung dieser Abschmelzsysteme. Beim Elektronenstrahlabschmelzen kann dieser Druck sehr niedrig sein (weniger als 1 mrn Quecksilbersäule) und Aufmerksamkeit muß auf die Vermeidung von Verlusten an Mangan und anderen Elementen gerichtet werden.Both in the plasma arc melting process and in the electron beam melting process the pressure in the housing 11 is reduced in accordance with the known methods of actuating this Melting systems. With electron beam melting, this pressure can be very low (less than 1 mrn of mercury) and attention must be paid to avoiding losses of manganese and other elements.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (3)
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Legal Events
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