DE2308149B2 - Vorrichtung zur Verflüssigung von pulverförmiger Schlacke mittels nicht abschmelzbarer Elektroden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verflüssigung von pulverförmiger Schlacke mittels nicht abschmelzbarer Elektroden für die Herstellung von Metallgegenständen großer Abmessung, insbesondere von Hohlkörpern, nach dem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren durch gleichzeitiges Umschmelzen mehrerer Metallelektroden.

Bei einem bekannten Verfahren (deutsche Auslegeschrift 1263 050) erfolgt das Schmelzen der Schlacke über eine nicht abschmelzbare Elektrode, weiche an einem speziellen Elektrodenhalter befestigt ist. Vor dem eigentlichen Schmelzen der Schlacke wird zwischen dieser Elektrode und einer Impfscheibe ein Lichtbogen erzeugt, mit welchem bei der nachfolgenden Zugabe von Flußmittel ein Schmelzbad aus diesem Flußmittel gebildet wird. Nach dem vollständigen Aufschmelzen des Schlackenbades ist es erforderlich, eine Überhitzung der Schlacke über deren Schmelzpunkt hinaus vorzunehmen, um danach den Ofen abschalten zu können, die Elektrode zurückzuziehen und an deren Stelle die Abschmelzelektrode einzusetzen, welche dann nach einem erneuten Einschalten des Ofens umgeschmolzen werden kann.

Mit einer bei diesem bekannten Verfahren verwendeten einzigen zentralen, vergleichsweise dicken nichtabschmelzbaren Elektrode kann jedoch nur ein Schlackenschmelzbad in Kokillen mit einer entsprechend geringen Querschnittsweite erzeugt werden, so daß dieses Verfahren beispielsweise beim Elektroschlacke-Umschmelzen von Rohrkörpern mit großem Durchmesser oder großen Wanddicken sowie auch bei kniestückförmigen oder sphärischen Produkten nicht verwendet werden kann. Auch besteht beim bekannten Verfahren auf Grund des Einbringens des Flußmittels erst nach dem erfolgten Zünden des Lichtbogens die erhöhte Gefahr, daß Lichtbogen zwischen der Elektrode und der Metallgießform selbst überspringen, wodurch diese Gießformen beschädigt werden können. Ferner ist dieses bekannte Verfahren entsprechendzeitaufwendig, vor allem deshalb, weil nach der Entfernung der nicht schmelzenden Elektrode erst ein Urntransport der Kokille vorgenommen werden muß, bevor die Umschmelzelektrode eingeführt werden kann.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs definierten Art derart auszubilden, daß in ihr eine günstigere Wärmeverteilung beim Aufschmelzen der Schlacke erzielt wird, mit weicher die Möglichkeit für eine gesteuerte Lichtbogenführung besteht und die einen wirtschaftlichen Beiriebsablauf gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die nicht abschmelzbaren Elektroden an den unteren Enden der Metallelektroden elektrisch leitend befestigt sind, so daß sie in die pulverförmige

is Schlackenschicht hineinragen, und an eine 3-Phasen-Wechselstromquelle angeschlossen sind, so daß zwischen jeweils zwei benachbarten Elektroden ein Lichtbogen erzeugt wird, der die pulverförmige Schlacke schmilzt.

Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Schlackenschmelzbades innerhalb des gesamten Umschmelzbereichs zu gewährleisten, sind vorteilhafterweise die nicht abschmelzbaren Elektroden insgesamt um das Zentrum dieses Umschmelzbereichs herum verdrehbar angeordnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich vorteilhaft für die Herstellung von Metallgegenständen großer Querschnittsabmessungen. Dabei ist die Anordnung einer speziellen, entsprechend großen Vor-

richtung zur Bildung geschmolzener Schlacke überflüssig, und der Umschmelzvorgang kann umgehend nach dem Erzeugen des Schlackenbades eingeleitet werden, auch wenn eine große Schmelzschlackenmenge benötigt wird. Außerdem ist es dabei vorteil-

haft, daß die durch das Auftreten von Lichtbogen hervorgerufenen Gefahren oder eine Beschädigung der Gießform ausgeräumt werden können, da der Lichtboger einerseits erst nach dem Einbetten in das pulverförmige Flußmittel gezündet wird und da dieser

4" 7udem nur zwischen den jeweils benachbarten Elektroden abbrennen kann.

Ein weilerer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß dann, wenn der Umschmelzvorgang aus irgendeinem Grund - z. B. wegen Stromausfalls - unterbrochen worden ist, seine Wiederaufnahme einfach ist und, da die Temperatur des Schmelzschlackebads bei Wiederaufnahme des Betriebs auf einen gewünschten Wert erhöht werden kann, der Teil der Gießform, an welchem das Wiederaufschmelzen des vorher erstarrten Metalls eingeleitet wird, ausreichend vorgewärmt werden kann, so daß keine Gefahr besteht, daß die auf diese Weise wieder geschmolzene Metallschmelze und die nach der Wiederaufnahme des Betriebs gebildete Metallschmelze sich unzureichend miteinander vereinigen. Auf diese Weise kann ein Produkt hoher und gleichförmiger Qualität erzeugt werden.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fi g. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Vorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt zur Veranschaulichung der Art und Weise, auf welche eine nicht-abschmelzbare Elektrode mit einer Metallelektrode verbunden ist, und

Fig. 3 eine Darstellung der Anordnung der Me-

tall-Elektroden und der nicht-abschmelzbaren Elektroden relativ zur Metall-Gießform, der elektrischen Verbindungen zwischen den Metall-Elektroden und den nicht-abschmelzbaren Elektroden sowie dem Anfangsstück und einer Stromquelle.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist in einem Hallenboden 1 eine vergleichsweise flache Grube 2 vorgesehen, auf deren Boden praktisch in der Mitte der Grube 2 ein Sockelblock 3 angeordnet ist. Ein an seiner Innenfläche mit Innengewinde und an seiner Außenfläche mit Zahnrad-Zähnen versehenes Ringzahnrad 5 ist mittels eines Lagers 4 drehbar auf dem Sockelblock 3 gelagert. In der Grube 2 befindet sich außerdem ein Antriebs-Motor 7, an dessen Antriebswelle ein Zahnrad 6 befestigt ist, das mit den Zähnen des Ringrads 5 kämmt. Das Ringrad 5 wird somit durch den Motor 7 um seine Achse herum in die eine oder die andere Richtung in Drehung versetzt, während es lagenfest gehalten wird. Eine an der Außenfläche mit Außengewinde versehene Spindel 8 durchsetzt das Ringrad 5, so daß ihr Außengewinde mit dem Innengewinde des Ringrads 5 zusammengreift. Das obere Ende der Spindel 8 ist in der Mitte einer Bodenplatte einer ringförmigen Halterung 9a befestigt, die durch einen in einer Bodenplatte ία ausgebildeten Ringspalt 16 hindurch über den Hallenboden 1 hinausragt. An der Oberkante der ringförmigen Halterung 9a ist ein scheibenförmiger Tisch 9 mit einer Zentral-Bohrung 9b in waagerechter Lage befestigt, so daß die Bohrung9/> mit der Spindel 8 fluchtet. Ein aus einem kurzen Rohrstück bestehendes Bodenoder Anfangsstück 10 ist am Tisch 9 konzentrisch zu ihm befestigt, und die Querschnittsform des Anfangsstücks 10 entspricht derjenigen eines herzustellenden Rohrkörpers. Die Anordnung der Vorrichtung ist so getroffen, daß dann, wenn sich eine noch zu beschreibende Metall-Gießkanne M am unteren Ende ihres Hubs befindet, das obere Ende des Anfangsstücks 10 von einem zentralen, parallelvandigen Abschnitt des Formraums der Gießform M aufgenommen wird, so daß die Oberseite des Anfangsstücks 10 den Formraum am Übergang zwischen dem zentralen parallelwandigen Abschnitt und einem sich darüber befindenden, sich aufwärts öffnenden, erweiterten Abschnitt des Formraums verschließt. Da das Anfangsstück 10, wie erwähnt, über den Tisch 9 und die ringförmige Halterung 9a mit der Spindel 8 verbunden ist, wird es bei der Drehung des Motors 7 in die eine oder die andere Richtung in lotrechter Richtung innerhalb der Strecke des Effektivhubs der Spindel 8 aufwärts oder abwärts bewegt, während es sich zusammen mit der Spindel 8 in die eine oder die andere Richtung dreht. Am Hallenboden 1 ist eine Dreiphasen-Wechselstromquelle 11 angeordnet, deren N-PoI über den Tisch 9 mit dem Anfangsstück 10 verbunden ist, während ihre U-, V- und W-Pole über eine Scheibe 15 mit noch zu beschreibenden Nichtabbrand- bzw. Dauer-Elektroden 35 verbunden sind, die jeweils an einer Metall-Elektrode 18 angeordnet sind. Eine parallel über der Bodenplatte la angeordnete Deckenplatte 12 wird von einer lotrechten Gewindespindel 24 durchsetzt, die sich zwischen den Mittelpunkten von Deckenplatte 12 und Bodenplatte la in axialer Ausrichtung auf die Spindel 8 erstreckt und mit Hilfe von Lagern 24a bzw. 24b an diesen Platten drehbar gelagert ist. Das obere Ende der Spindel 24 erstreckt sich aufwärts durch die Deckenplatte 12 und ist mit der Antriebswelle eines Motors 30 verbunden, der auf einer an der Oberseite der Deckenplatte 12 vorgesehenen Halterung 12a montiert ist. Eine ringförmige Scheibe 15 ist an ihrem Außenumfang mit Zähnen versehen und mittels eines Lagers 14 an einer Halterung 13 gelagert, die von der Unterseite der Deckenplatte 12 nach unten ragt. Diese Scheibe 15 bildet ein Tragglied zur Halterung einer Anzahl von Metall-Elektroden 18 in ihren voreingestellten Positionen und ist an ihrer Unterseite mit einer Anzahl von - bei der dargestellten Ausführungsform sechs - auf gleiche Umfangsabstände voneinander verteilten Befestigungsmitteln versehen, die auf einem Kreis vorbestimmten Durchmessers angeordnet sind und an denen die Elektroden 18 mit ihren Enden befestigt

•5 sind, so daß die Elektroden 18 in lotrechter Lage gehalten werden. Jede Metall-Elektrode 18 besitzt solche Länge, daß sich ihr unteres Ende dann, wenn die noch zu erläuternde, wassergekühlte Metall-Gießform M am unteren Ende ihres Hubs steht, ungefähr in der Mitte des erweiterten, sich aufwärts öffnenden Abschnitts des Formraums der Gießform befindet.

Die Anordnung dieser Metall-Elektroden 18 in einer waagerechten Ebene ist in Fig. 3 dargestellt.

An der Deckenplatte 12 ist ein Motor 16 mittels

^a5 ein^r Halterung 12b angebaut. Ein an der Antriebswelle des Motors befestigtes Zahnrad 17 kämmt mit den Zähnen am AuP^nnifang der ringförmigen Scheibe 15. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß sich die Metall-Elektroden 18 bei sich drehendem Motor 16 als Ganzes periodisch mit beliebiger Drehzahl einstückig mit der Scheibe 15 in die eine oder die andere Richtung um die Achse der Scheibe 15 herumbewegen, ohne sich in lotrechter Richtung zu verschieben. Jede Metall-Elektrode 18 ist mittels eines Kontaktschuhs 19 und der Scheibe 15 elektrisch mit der genannten Wechselstromquelle 11 verbunden und wird durch diese mit Strom gespeist.

Die Metall-Gießform M besteht aus einem wassergekühlten Formkern 20 und einer wassergekühlten Außenform 21. Der Formkern 20 und die Außenform 21 bilden zsischen sich einen Formraum, der im lotrechten Querschnitt einen erweiterten, sich aufwärts öffnenden Abschnitt in Form eines Fülltrichters, einen zentralen zylindrischen, parallelwandigen Abschnitt und einen sich in Abwärtsrichtung erweiterenden konischen Abschnitt aufweist (vgl. Fig. 1). Die Querschnittsform des zentralen parallelwandigen Abschnitts entspricht derjenigen des herzustellenden Metallprodukts. Der Formkern 20 weist an seinem

so Mittelabschnitt Arme 22 auf, an denen jeweils Gewindesegmente 23 befestigt sind, welche von einer lotrechten Gewindespindel 24 auf- oder abwärts verlagert werden können. Zwischen der Bodenplatte la und der Deckenplatte 12 erstrecken sich Gewindestangen 25 und 25', die gemäß Fig. 1 mit Hilfe von Lagern 26, 27 bzw. 26', 27' an der Boden- und dei Deckenplatte gelagert sind. Die oberen Enden dieser Gewindestangen 25 und 25' durchsetzen die Deckenplatten 12 in Aufwärtsrichtung und tragen an ihren

über die Deckenplatte hinausragenden Enden jeweils Riemenscheiben 28 bzw. 28'. Am oberen Ende der Spindel 24 sind Riemenscheiben 29 und 29' befestigt, und um die Riemenscheiben 28, 29 und 28', 29' sind Riemen herumgelegt. Auf diese Weise werden die

Gewindestangen 25 und 25' über diese Riemenscheiben und Riemen durch einen Motor 30 gleichzeitig in die eine oder die andere Richtung in Drehung versetzt, und zwar in die gleiche Richtung und mit der

gleichen Drehzahl wie die Spindel 24. Die ringförmige Außenform 21 ist mit Tragarmen 31 und 31' versehen, an deren Außenenden Gewindestücke bzw. Muttern 32 bzw. 32' befestigt sind, die mit den Gewindestangen 25 bzw. 25' in Schraubeingriff stehen. Infolgedessen bewegt sich die Außenform 21 bei der durch den Motor 30 bewirkten Drehung der Gewindestangen 25 und 25' in die eine oder die andere Richtung im Gleichlauf mit der Bewegung des Formkerns 20 aufwärts oder abwärts. Die lotrechte Gewindespinde! 24. die langgestreckten Gewindestangen 25, 25' und der Motor 30 zum Antreiben der Spindel und der Gewindestangen bilden zusammen eine Hubeinrichtung, um die Metall-Gießform M mit vorbestimmter Geschwindigkeit lotrecht aufwärts oder abwärts zu bewegen. An zugeordneten Tragarmen sind Flußmittel-Zufuhrtrichter 33 und 33' gehaltert, deren unten. Öffnungen sich über dem sich aufwärts öffnenden Abschnitt des Formraums der Metall-Gießform M befinden. Die Tragarme sind mit Muttern 34 und 34' versehen, die auf die Gewindestangen 25 bzw. 25' in die eine oder die andere Richtung im Gleichlauf mit der Bewegung der Gießform M aufwärts oder abwärts.

Die nicht abschmelzenden Elektroden 35 sind gemäß Fig. 2 jeweils mittels Flügelmuttern 37 und einer Schelle 36 mit dem unteren Ende einer Metall-HIektrode 18 verbunden. Bei diesen Elektroden handelt es sich beispielsweise um Kohlenstoffelektroden, die gemäß Fig. 3 jeweils elektrisch mit den Polen IJ, V und W der Dreiphasenstromquelle 11 verbunden sind. Außerdem sind diese Kohlenstoff-Elektroden 35 so angeordnet, daß zwischen jeweils benachbarten Elektroden bei der durch die Stromquelle 11 gelieferten Spannung ein Lichtbogen erzeugt werden kann.

Hei 38 ist das in den sich aufwärts öffnenden Abschnitt der Gießform M eingefüllte pulverige Flußmittel angedeutet. Im Betrieb wird der genannte Abschnitt der Gießform M mit dem puiverförmigcn Flußmittel 38 gefüllt, während die Gießform M in eine Stellung hochgefahren wird, in welcher die Dauer-Elektroden 35 in das Flußmittel eingetaucht sind. Anschließend wird ein Strom durch die Elektroden 35 hindurchgeleitet, wodurch zwischen den benachbarten Elektroden durch das pulverförmige Flußmittel 38 hindurch ein Lichtbogen erzeugt und daß Flußmittel durch die Lichtbogenhitze geschmolzen wird, so daß sich in der Metall-Gießform M ein Schmelzschlackenbad bildet.

Bei der Bildung des Schmelzschlackenbads in der Gießform Af werden die nicht-abschmelzbaren Elektroden 35 zunächst jeweils mit dem unteren Ende je einer Metall-Elektrode 18 verbunden und letztere werden nach dem Herabfahren der Gießform M zum unteren Ende ihres Hubs in der Weise in der Vorrichtung montiert, daß sich die Kohlenstoff-Elektroden 35 in dem sich aufwärts öffnenden Abschnitt des Formraums der Gießform M befinden. Sodann wird das pulverförmige Flußmittel 38 in den sich aufwärts öffnenden Abschnitt der Gießform M bis zu einer Höhe eingeschüttet, bei welcher die Kohlenstoff-Elektroden 35 in das Flußmittel eingebettet sind. Wenn der Stromkreis der Wechselstromquelle 11 geschlossen wird und die einander benachbarten Kohlenstoff-Elektroden 35 mittels eines nicht dargestellten Kohlenstoffstücks angekratzt werden, wird zwischen diesen Elektroden durch das Flußmittel 38 hindurch ein Lichtbogen erzeugt. Da hierbei das pulverförmige Flußmittel 38CaFe und andere Stoffe mit vergleichsweise hoher elektrischer Leitfähigkeit enthält und die Kohlenstoff-Elektroden 35 im Hinblick auf die an sie angelegte Spannung ausreichend dicht

ίο nebeneinanderliegen, bleiben die Lichtbogen erhalten, so daß das Flußmittel 38 unter der durch sie erzeugten Hitze allmählich geschmolzen wird. Auf diese Weise wird in dem sich aufwärts öffnenden Abschnitt der Metall-Gießform M ein Schmelzschlackebad ge-

'5 bildet. Sodann wird der Motor 16 in Betrieb gesetzt, so daß er die Scheibe 15 langsam in die eine oder die 'rindere Richtung in Drehung versetzt und dabei die Kohlenstoff-Elektroden 35 als Ganzes in der entsprechenden Richtung um das Zentrum der Metall-Gießform M herum dreht. Hierdurch wird das Abschmelzen des Flußmittels 38 weiter begünstigt, so daß das Schmel/schlackcbad schneller gebildet werden kann.

Nachdem das Schmclzschlackcbad auf diese Weise

»5 in der Gießform M gebildet worden ist, wird der Stromkreis der Stromquelle 11 geöffnet und die Kohlenstoff-Elektroden 35 werden sofort von den Metall-Elektroden 18 abgenommen, worauf die Gießform M und da·- Anfangsstück 10 etwas in eine Position angehoben werden, in welcher die unteren Enden der Elektroden 18 in das Schmclzschlackebacl eintauchen Daraufhin wird der Stromkreis der Stromquelle 11 wieder geschlossen und wird das Elektroschlacke-Umschmelzen der Mctall-Elektroden 18 durchgeführt, wobei die Elektroden 18 insgesamt wieder durch den Motor 16 um die Gießform herum in Drehung versetzt werden, um in der Gießform eine optimal verteilte Schmelzmctallache zu bilden. Das angeschmolzene Metall wird durch die Gießform M kontinuierlich abgekühlt und liefert wie bei den bekannten Verfahren das gewünschte Metallprodukt.

In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß bei Verwendung einer in Sternschaltung angeordneten

Dreiphasen-Wcchselstromquelle 11, die auf die in Fig. 3 dargestellte Weise an eine einem Vielfachen von 3 entsprechenden Zahl von Metall-Elektroden 18 an den Kohlenstoff-Elektroden 35 und an das Anfangsstück 10 angeschlossen ist, die Lichtbogenbil-

dung zwischen benachbarten Kohlenstoff-Elektroden leicht auftritt und nur pulverförmiges Flußmittel in Form von geschmolzener Schlacke zwischen den benachbarten Kohlenstoff-Elektroden 35 vorhanden ist. wodurch der Strom nicht nur über die Lichtbogen.

sondern auch über den Widerstand in der Schmelzschlacke auf einen gewünschten Wert erhöht werden kann. Dies ist nicht nur bei der Bildung der Schmelzschlacke, sondern auch beim Abschmelzen der Metall-Elektroden 18 der Fall, so daß bei gleicher Lei-

stung der Stromquelle auf vorteilhafte Weise dei Schmelzwirkungsgrad der Metall-Elektroden 18 erhöht wird, speziell wenn das herzustellende Produkt einen großen Querschnitt besitzt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Verflüssigung von pulverförmiger Schlacke mittels nicht abschmelzbarer Elektroden für die Herstellung von Metallgegenständen großer Abmessung, insbesondere von Hohlkörpern, nach dem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren durch gleichzeitiges Umschmelzen mehrerer Metallelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht abschmelzbaren Elektroden an den unteren Enden der Metallelektroden elektrisch leitend befestigt sind, so daß sie in die pulverförmige Schlackenschicht hineinragen, und an eine 3-Phasen-Wechselstromquelle angeschlossen sind, so daß zwischen jeweils zwei benachbarten Elektroden ein Lichtbogen erzeugt wird, der die pulverförmige Schlacke schmilzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht abschmeizbaren Elek troden insgesamt um das Zentrum des Umschmelzbereichs herum verdrehbar angeordnet sind.