DE2308639B2

DE2308639B2 - Consumption electrode for the electroslag remelting process

Info

Publication number: DE2308639B2
Application number: DE19732308639
Authority: DE
Inventors: Akira Kobe Hyogo Ujiie (Japan)
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1972-03-06
Filing date: 1973-02-21
Publication date: 1975-08-07
Also published as: AU5275673A; FR2174907B1; CH546108A; NL150029B; NO136137C; GB1427235A; NL7301919A; NO136137B; CA994984A; AU456454B2; IT982493B; DE2308639A1; JPS4890902A; FR2174907A1; BE795689A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Abschmelzelektrode für das ElektroEchlackeumschmelzverfahren, vorzugsweise zur Herstellung rohrartiger Gegenstände aus einem röhrenförmigen, mit Metallpulver gefüllten Hohlkörper. The invention relates to a consumable electrode for the electrophoresis remelting process, preferably for the production of tubular objects from a tubular hollow body filled with metal powder.

In neuerer Zeit hat sich das Elektroschlackeum- »chmelzverfahren zur Herstellung von rohrartigen metallischen Gegenständen in zunehmendem Umfange durchgesetzt. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß mit diesem Verfahren rohrartige Gegenstände mit beliebiger Querschnittsform kontinuierlich hergestellt werden können. Zu diesem Zwecke wird eine Gießkokille verwendet, deren Austrittsöffnung de" Form des herzustellenden Gegenstandes entspricht. Dieser Gießkokille werden stabförmige Abschmelzelektroden zugeführt, wobei diese Elektroden zwecktnäßigerweise dem Umfang des herzustellenden rohrartigen Gegenstandes entsprechend angeordnet sind.In more recent times, the electroslag remelting process for the production of tubular metallic Objects prevailed to an increasing extent. The advantage of this procedure is there in that tubular objects with any cross-sectional shape continuously produced with this process can be. For this purpose a casting mold is used, the outlet of which is de " Corresponds to the shape of the object to be manufactured. This casting mold becomes rod-shaped consumable electrodes supplied, these electrodes expediently the circumference of the tubular to be produced Subject are arranged accordingly.

Bei der bisher üblichen Art von Abschmelzelektroden. die aus einem massiven Metallstab bestehen, ergeben sich zahlreiche Schwierigkeiten. Es ist ein beträchtlicher Aufwand für die Herstellung dieser Elektrodenstäbe durch Schmelzen und Gießen erforderlich, insbesondere wenn die Legierungszusammensetzung dieser Abschmelzelektroden über ihre ganze Länge genau eingehalten werden muß. um Schwankungen in der Zusammensetzung des herzustellenden Metallgegenstandes zu vermeiden. Soll ein rohrartiger Gegenstand mit relativ geringer Wandstärke hei gestellt werden, so müssen die Elektrodenstäbe kleinen Querschnitt besitzen, was ihre Herstellung erschwert.With the previously common type of consumable electrodes. which consist of a solid metal rod faced numerous difficulties. It takes a considerable amount of effort to manufacture these electrode rods by melting and casting required, especially if the alloy composition of this Consumption electrodes must be strictly adhered to over their entire length. to fluctuations in the composition of the metal object to be produced. Should a pipe-like object with If the wall thickness is relatively small, the electrode rods must have a small cross-section, which makes it difficult to manufacture.

Diese Schwierigkeiten werden teilweise durch Abschmelzelektroden überwunden, wie sie aus der US-PS 23 80 238 bekannt sind. Diese bekannten Abschmelzelektroden bestehen aus einem röhrenförmigen Hohlkörper, der kontinuierlich der Gießkokille zugeführt wird. Durch diesen den Elektrodenstrom führenden Hohlkörper wird ein Metallpulver der gewünschten Zusammensetzung der Schmelze zugeführt. Das Metallpulver kann in einfacher Weise auf die gewünschte Legierungszusammensetzung eingestellt werden. Es sind aber komplizierte Zufuhrvorrichtungen für das Metallband, aus dem der Hohlkörper gebildet wird, und für das Metallpulver erforderlich, die dieses bekannte Verfahren sehr aufwendig machen.These difficulties are overcome, in part, by consumable electrodes such as those disclosed in US Pat 23 80 238 are known. These known consumable electrodes consist of a tubular hollow body, which is continuously fed to the casting mold. Through this leading the electrode current A metal powder of the desired composition is fed to the melt in the hollow body. The metal powder can easily be adjusted to the desired alloy composition. It but are complicated feed devices for the metal strip from which the hollow body is formed, and required for the metal powder, which make this known method very expensive.

Ein besonderer Nachteil dieser Abschmelzelektrode besteht ferner darin, daß nur ein Metallpulverkern sehr geringen Querschnitts hergestellt werden kann, wobei als obere Grenze angegeben ist, daß der Metallpulverkern etwa ein Drittel des Gesamtvolumens der Elektrode ausmacht. Dadurch werden die Vorteile einer mit Metallpulver gefüllten Hohlelektrode, die vor allem in der einfachen und genauen Festlegung der Legierungszusammensetzung bestehen, weitgehend zunichte gemacht Ein größerer Querschnitt des Metallpulverkerns steht einer ausreichenden Verdichtung und Verfestigung entgegen.A particular disadvantage of this consumable electrode is that there is only one metal powder core small cross-section can be produced, the upper limit being indicated that the metal powder core makes up about a third of the total volume of the electrode. This will take advantage of having Metal powder-filled hollow electrodes, which mainly consist in the simple and precise definition of the alloy composition, largely destroyed A larger cross-section of the metal powder core stands for sufficient compression and solidification opposite.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist in der DT-AS 14 33 629 vorgeschlagen worden, das Metallpulver kontinuierlich an der Außenseite der Elektrode zu verfestigen. To avoid these disadvantages, it has been proposed in DT-AS 14 33 629 that the metal powder be continuous to solidify on the outside of the electrode.

Elektroden der genannten Art sind, insbesondere wegen der Herstellungsschwierigkeiten, ungeeignet für eine Verwendung bei der Erzeugung von Metallgegenständen mit dünnwandigem Querschnitt, wobei mehrere Elektroden über den Umfang des herzustellenden Gegenstandes verteilt sind.Electrodes of the type mentioned are, in particular because of the manufacturing difficulties, unsuitable for a use in the production of metal objects with thin-walled cross-section, with several Electrodes are distributed over the circumference of the object to be manufactured.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abschmelzelektrode für das Elektroschlackeumschmelzverfahren zu schaffen, die die Vorteile eines Metallpulverkerns aufweist, die eine genaue Einhaltung der Legierungszusammei^etzung der Abschmelzelektrode ermöglicht, die keiner Beschränkung im Verhältnis von Metallpulverkern zu Elektrodenmantel unterworfen ist und die vorzugsweise für das Erschmelzen dünnwandiger Querschnitte geeignet ist. Außerdem soll die Abschmelzelektrode kontinuierlich ohne zusätzliche aufwendige Vorrichtungen zugeführt werden können.The invention is based on the object of providing a consumable electrode for the electroslag remelting process to create, which has the advantages of a metal powder core, an exact compliance with the alloy composition the consumable electrode, which is not subject to any restriction in the ratio of metal powder core to electrode casing and which is preferably suitable for melting thin-walled cross-sections. In addition, the consumable electrode should can be fed continuously without additional complex devices.

Diese Aufgabe wird bei einer Abschmelzelektrode der eingangs genannten Art erfindun^sgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrode aus mehreren geschlossenen, mit dem zusammengepreßten Metallpulver gefüllten Hohlkörpereinheiten durch Stumpfschweißen oder Kehlnahtschweißen zusammengesetzt ist.This object is achieved according to the invention in a consumable electrode of the type mentioned at the outset solved that the electrode from several closed, filled with the compressed metal powder Hollow body units is assembled by butt welding or fillet welding.

In den geschlossenen Hohlkörpereinheiten kann das eingefüllte Metallpulver unabhängig von der lichten Weite des Hohlkörpers zusammengepreßt werden. Das Querschnittsverhältnis von Metallpulverkern zu Elektrodenmantel kann daher ohne Einschränkungen frei gewählt werden. Das verdichtete Metallpulver verschmilzt beim Eindringen in die Schlacke und die Metallschmelze sofort oberflächlich zu einer geschlossenen Schicht, so daß das dahinter befindliche Metallpulver nicht herausfallen kann und die gesamte Elektrode in gleicher Weise wie eine massive Metallelektrode tief in die Schlacke eingetaucht werden kann. Die einzelnen Hohlkörpereinheiten können unabhängig von der Umschmelzanlage vorgefertigt und gefüllt werclon, so daß keine zusätzlichen aufwendigen Einrichtungen zum Einfüllen und Verdichten des Metallpulvers an der Umschmelzanlage vorgesehen werden müssen.In the closed hollow body units, the filled metal powder can be used independently of the clear Width of the hollow body are compressed. The aspect ratio of the metal powder core to the electrode jacket can therefore be freely selected without restrictions. The compacted metal powder melts on penetration into the slag and the molten metal immediately superficially to a closed one Layer so that the metal powder behind it cannot fall out and the entire electrode in the same way as a solid metal electrode can be dipped deep into the slag. The single ones Hollow body units can be prefabricated and filled independently of the remelting plant, so that no additional complex devices for filling and compressing the metal powder in the remelting plant must be provided.

Durch die Unterteilung in einzelne abgeschlossene Hohlkörpereinneiten wird es erfindungsgemäß möglich, die Vorteile einer Hohlkörperelektrode mit verdichtetem Metallpulverkern unabhängig vom Elektrodenquerschnitt zu erhalten. Eine solche Unterteilung wurde nach dem Stand der Technik für nicht anwendbar gehalten, da ein kontinuierlicher Elektrodenmantel für die Zuführung der hohen Stromstärke unerläßlich schien, weil das Metallpulver selbst wegen seiner geringen Leitfähigkeit zu der Stromzuführung praktisch nicht beiträgt. Erfindungsgemäß wird jedoch durch das Vei schweißen der einzelnen Mohlkörpereinheiten eine Verbindung zwischen den Mantelteilen der einzelnen Elektrodeneinheiten geschaffen, die die Stromzuführung nicht beeinträchtig'.. Dieses zunächst aufwendig erscheinende Verfahren, das zusätzlich eine Schweißeinrichtung zum Verbinden der einzelnen Einheiten an der Umschmelzanlage erforderlich macht, erweist sich überraschenderweise jedoch gegenüber dem Stand derThe subdivision into individual closed hollow body units makes it possible according to the invention to the advantages of a hollow body electrode with a compacted metal powder core regardless of the electrode cross-section to obtain. Such a subdivision was deemed not to be applicable in the prior art because a continuous electrode sheath is indispensable for the supply of the high amperage seemed practical because the metal powder itself because of its low conductivity to the power supply does not contribute. According to the invention, however, by the Vei weld the individual Mohlkkörperseinheit a Connection between the shell parts of the individual electrode units created, which the power supply not impaired '.. This initially appearing process, which also requires a welding device makes it necessary to connect the individual units to the remelting plant, turns out to be Surprisingly, however, compared to the state of

Technik als vorteilhaft, da die insgesamt aufwendigeren Einrichtungen zum Zuführen des kontinuierlichen Elektrodenhohlkörpers und zum Einfüllen und kontinuierlichen Verdichten des Metallpulvers wegfallen können. Insbesondere erweist sich das Wegfallen dieser Einrichtungen als vorteilhaft, wenn mehrere Abschmelzelektroden, die entlang dem Umfang des herzustellenden Metallgegenstandes angeordnet sind, gleichzeitig der Gießkokille zugeführt werden müssen, um Metallgegenstände mit Hohlquerschnitt, wie z. B. Rohre und Behälter, zu erzeugen.Technology as advantageous because it is more complex overall Means for feeding the continuous hollow electrode body and for filling and continuous Compaction of the metal powder can be omitted. In particular, the elimination of these facilities is evident as advantageous if several consumable electrodes, which are arranged along the circumference of the metal object to be produced, at the same time the casting mold must be fed to metal objects with a hollow cross-section, such. B. pipes and Container to produce.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigenIn the following the invention is based on exemplary embodiments explained in more detail with reference to the drawing It shows

F i g. la und b vertikale Schnitte durch eine Hohlkörpereinheit gemäß der Erfindung,F i g. la and b vertical sections through a hollow body unit according to the invention,

Fig.2a bis 2d Querschnitte längs der Linie H-H in Fig. la zur Veranschaulichung verschiedener Querschnittsformen der HohlkörpereinheitFig. 2a to 2d cross-sections along the line H-H in Fig. La to illustrate various cross-sectional shapes of the hollow body unit

F i g. 3a bis 3c Teilschnittansichten zur Darstellung verschiedener Arten von mit den Hohlkörpern verbunüenen Kappen,F i g. 3a to 3c partial sectional views to show different types of trunks with the hollow bodies Caps,

Fig.4 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung, wie das Metallpulver im Hohlkörper verdichtet wird,4 is a sectional view for illustration, how the metal powder is compacted in the hollow body,

F i g. 5a bis 5d Teilschnitte zur Veranschaulichung verschiedener Arten der Verbindung zwischen den Hohlkörpereinheiten undF i g. 5a to 5d partial sections to illustrate different types of connection between the Hollow body units and

F i g. 6 einen Querschnitt zur Darstellung der Anordnung der Hohlkörper.F i g. 6 shows a cross section to illustrate the arrangement of the hollow bodies.

In Fig. la ist eine metallische Hohlkörpereinheit 1 dargestellt, die gemäß den F i g. 2a bis 2d kreisförmigen, quadratischen, rechteckigen, kreissegmentförmigen oder jeden beliebigen anderen Querschnitt besitzen kann. In das Innere des Hohlkörpers t ist ein Metallpulver 2 durch Verdichtung eingepackt. Das Metallpulver besitzt die gleiche Zusammensetzung wie der herzustellende Metallgegenstand oder besteht aus einem Gemisch aus pulverisiertem Metall umd solchen Mengenanteilen an pulverisierten Metallelementen, welche den Mengen dieser Elemente entsprechen, deren Verbraucn beim Elektroschlackeschmelzen zu erwarten ist. Falls ein Gemisch verwendet wird, werden die Pulver nach einem zweckmäßigen Verfahren gleichmäßig verteilt. Beim Verdichten des Metallpulvers 2 im Hohlkörper 1 wird auf in F i g. 3a bis 3c gezeigter Weise eine Dichtung oder eine Kappe 3 durch Schweißen oder Aufschrumpfen mit dem unteren Ende des Hohlkörpers 1 verbunden; nachdem eine vorbestimmie Menge des Metallpulvers 2 in uen Hohlkörper 1 eingefüllt worden ist, wird das Metallpulver d>irch Stoßen mittels eines Kolbens 4 auf die in F i g. 4 gezeig-Weise verdichtet, d. h. zusammengepreßt. DieserA metallic hollow body unit 1 is shown in FIG shown, which according to the F i g. 2a to 2d circular, square, rectangular, circular segment-shaped or any other cross-section. In the interior of the hollow body t is a metal powder 2 packed by compression. The metal powder has the same composition as that metal object to be manufactured or consists of a mixture of powdered metal and such Amounts of powdered metal elements corresponding to the amounts of these elements, their Consumption is to be expected during electroslag melting. If a mixture is used, will the powders are evenly distributed according to an expedient method. When compacting the metal powder 2 in the hollow body 1 is shown in FIG. 3a to 3c shown manner a seal or a cap 3 by Welding or shrinking connected to the lower end of the hollow body 1; after a predetermined Amount of the metal powder 2 has been filled into uen hollow body 1, the metal powder is d> irch Pushing by means of a piston 4 on the in F i g. 4 shown-way compressed, i. H. compressed. This

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Vorgang wird so lange wiederholt, bis das Metallpulver 2 über die Gesamtlänge der Hohlkörpereinheit 1 hinweg in deren Axialhohlraum eingepreßt ist. Anschließend wird durch Schweißen eine weitere DichtungThe process is repeated until the metal powder 2 extends over the entire length of the hollow body unit 1 is pressed into the axial cavity. Then another seal is made by welding

55 oder Kappe 3 am oberen Ende der Hohlkörpereinheit 1 angebracht, so daß ein in Fi g. la dargestellter Elektrodenkörper A gebildet wird. Die Mantelfläche des Hohlkörpers 1 kann ähnlich wie eine beschichtete Schweißelektrode mit einem CO2-Cas od. dgl. freigebenden Flußmittel la überzogen werden, wie dies durch die gestrichelten Linien in Fig. Ib angedeutc isL Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise eine Oxydaäon oder Nitrierung der Oberfläche eines noch zu beschreibenden Schmelzschlackebads 5 an der Luft verhindert, wenn der Elektrodenkörper in diesem Schmelzschlackebad abge.schmoU.en wird; auf diese Weise wird die Qualität des Schmelzmetallsumpfes verbessert Der Hohlkörper 1 braucht nicht notwendigerweise aus dem gleichen Werkstoff zu bestehen wie das Metallpulver 2. Es ist jedoch wesentlich, daß die chemische Gesamtzusammensetzung des Hohlkörpers 1 und des Metallpulver ? pro Längeneinheit des Elektrodenkörpers A die gleiche ist wie in dem herzustellenden Metallgegenstand bzw. der chemischen Zusammensetzung des Metallgegenstandes zuzüglich von Mengenanteilen an metallischen Elementen entspricht, die zum Ausgleich von während des Abschmelzens des Elektrodenkörpers auftretenden Verlusten dienen, da der Elektrodenkörper A während der Herstellung des Metallgegenstands in lotrechter Lage gehalten und kontinuierlich und gleichmäßig vom unteren Ende her in einem Elektroschlackeschmelzvorgarig abgeschmolzen wird. Eine beliebige Länge der Abschmelzelektrode läßt sich durch längsweise Vereinigung mehrerer ί-af vorstehend beschriebene Weise hergestellter Elektrodenkörper A erzielen. Gemäß den F i g. 5a bis 5d kann die Verbindung der einzelnen Elektrodenkörper z. B. durch Stumpfschweißung oder Kehlnahtschweißung direkt oder mit einem zwischen die aneinanderstoßenden Elektrodenkörper A eingefügten ring- oder rohrförmigen Stück y erfolgen. 55 or cap 3 attached to the upper end of the hollow body unit 1, so that a in Fi g. la illustrated electrode body A is formed. The outer surface of the hollow body 1 can be coated in a similar way to a coated welding electrode with a CO2-Cas or the like releasing flux la, as indicated by the dashed lines in FIG prevented from still to be described molten slag bath 5 in the air when the electrode body is ab.schmoU.en in this molten slag bath; in this way the quality of the molten metal sump is improved. The hollow body 1 does not necessarily have to consist of the same material as the metal powder 2. However, it is essential that the overall chemical composition of the hollow body 1 and the metal powder? per unit length of the electrode body A is the same as in the metal object to be produced or the chemical composition of the metal object plus proportions of metallic elements that serve to compensate for losses occurring during the melting of the electrode body, since the electrode body A during the production of the metal object held in a vertical position and is continuously and evenly melted down from the lower end in an electroslag smelter. Any length of the consumable electrode can be achieved by longitudinally uniting a plurality of electrode bodies A produced in the manner described above. According to FIGS. 5a to 5d, the connection of the individual electrode body z. B. by butt welding or fillet welding directly or with an annular or tubular piece y inserted between the abutting electrode bodies A.

In F i g. 6 ist im Querschnitt die Anordnung der Abschmelzelektroden in einer ringförmigen Gießkokille zur Herstellung eines röhrenförmigen Gegenstandes dargestellt. Die Gießkokille besteht aus einem inneren wassergekühlten Formkern 8 und einer wassergekühlten Außenform 9. Zur vertikalen Verschiebung und Einstellung dieser Formteile sind diese auf Gewindespindeln U bzw. 13, 13' angeordnet. In den zwischen diesen beiden Formteilen gebildeten ringförmigen Trichterraum, in dem sich die Metallschmelze und die Schlacke befinden, ragen von oben mehrere in der angegebenen Weise hergestellte Abschmelzeiektroden A. Diese Elektroden sind auf einer Kreislinie angeordnet und haben einen Querschnitt in der Form von Kreissektorabschnitten. Die Abschmelzelektroden bilden auf diese Weise im Querschnitt einen nahezu geschlossenen Kreisring, dessen radiale Abmessung im wesentlichen der Wandstärke des herzustellenden rohrförmigen Gegenstandes entspricht.In Fig. 6 shows in cross section the arrangement of the consumable electrodes in an annular casting mold for the production of a tubular object. The casting mold consists of an inner water-cooled mold core 8 and a water-cooled outer mold 9. For vertical displacement and adjustment of these mold parts, they are arranged on threaded spindles U or 13, 13 '. In the ring-shaped funnel space formed between these two molded parts, in which the molten metal and the slag are located, protrude from above several melting electrodes A. These electrodes are arranged on a circular line and have a cross section in the form of circular sector segments. In this way, the consumable electrodes form an almost closed circular ring in cross section, the radial dimension of which corresponds essentially to the wall thickness of the tubular object to be produced.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Claim:

A fusible electrode for the Eiektroschlackeumschmelzverfahren, preferably for the production of tubular articles, of a tubular filled with metal powder hollow body, characterized in that the electrode is made several-en closed, filled with asm compressed metal powder Hohlkörpereinhe "- th is assembled by butt welding or fillet welding