DE2314206A1 - Vorrichtung zum elektroschlackefeinen von metallen - Google Patents

Description

Patentanwalt

Karl A. Brose 231A206

D-3023 Mj:.-λ;» - Puihch
Wieners!r.2,U<!a;n.793O570,7931782

1/sta - P 7359 München-Pullach, den 21. März 1973

THE BRITISH IRON AND STEEL RESEARGH ASSOCIATION, 24 Buckingham Gate, London S.W. 1, England

Vorrichtung zum Elektroschlackefeinen von Metallen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Elektroachlackefeinen von Metallen und insbesondere eine Vorrichtung zum Elektroachlackefeinen von Metallen, bei der Einrichtungen vorgesehen sind, um den Gasstrom aus einer Gießform, in die eine Elektrode hineinhängt, zu begrenzen.

3eim Elektroschlackefeinen von Metallen wird eine elektrisch leitende Schlacke in ainer Gießform in geschmolzenem Zustand und bei einer Temperatur bei oder oberhalb des Schmelzpunktes des zu feinenden Metalles gehalten. Ungefeintes Metall wird in die Gießform eingeführt und gefeint, während es in Tropfenform durch ein aus geschmolzener Schlacke bestehendes Bad hindurchgelangt, wobei sich die gefeinten Tropfen sammeln, um ein Schmelzbad unterhalb des 3chlackenbade3 zu bilden. Die Gießformwandungen und die Grundplatte sind durch den Kreislauf einer* Kühlmittel, normalerweise Wasser, gekühlt, und ein erstarrter Block wird unterhalb des Schmelzbades aus geschmolzene TTe tall aufgebaut. Da3 zu feinende Metall kann in die Gießform in 'Vnn ^iner selbetverzehrenden Elektrode eingebracht werden, welche sich in das offene Ende der Gießform erstreckt, und dif Schlacke kann dadurch im geschmolzenen Zustand gehalten wer rinn, daß ein elektrischer Strom von der Elektrode zu der Grundplatte der Gießform hindurchgeleitet wird.

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Zur Herstellung bestimmter Blöcke ist es bevorzugt, daß das Schmelzen in einer gesteuerten Atmosphäre durchgeführt wird, insbesondere in einer sauerstoffreien Atmosphäre. Bisher wurden sauerstoffreie Atmosphären dadurch erzielt, daß im oberen Teil der Grießform ein Vakuum erzeugt wurde. Bei Verfahren, wie beispielsweise dem Elektroschlackefeinen, bei denen eine selbgtverzehrende Elektrode während des "Srsohmelzens in Bezug auf die Gießform nach unten bewegt wird, hat sich die Abdichtung des Raumes, in dem das Vakuum erzeugt wird, als schwierig und mit hohen Kosten belastet erwiesen.

Diese dem Stand der Technik, anhaftenden TTachteile sollen durch die vorliegende Erfindung vermieden werden,

"Bei einer Vorrichtung zum Elektroschlackefeinen mit einer G-ieS-form, die ein offenes Oberende aufweist, in das das 'Jnterenda einer Elektrode hineinragt, wird dies erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß Einrichtungen vorgesehen und betätigbar sind, um gasförmige Medien in Verbindung mit der Gießform zu fördern, Einrichtungen, um die Strömung der gasförmigen Medien zu begrenzen, auf dem Oberende dar Gießform, von diesem jedoch isoliert, montiert sind, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um eine Relativbewegung zwischen der Elektrode und j den die Strömung begrenzender Einrichtungen hervorzurufen, wo- ! bei die Einrichtungen zur Begrenzung der Strömung einen rohr- ι förmigen in Längsrichtung gewellt ausgebildeten flexiblen Bauteil aus hitzefestem Material aufweisen, 'lev die Elektrode umgibt, der gewellte rohrförmige Ba 'teil derart angeordnet und bemessen ist, daß die Spitzen der v~ell\-nger. die Berührung zu der Oberfläche der Elektrode über rau:.!esters einen Teil von leren Länge herstellen, um zusamme·: id.t der Zlektrodencberflache getrennte Ketale zu bilden, wel?"he ier< Luftstrom von der Atmosphäre zu dem oberen Abschnitt der Gießform behindern, und wobei die Anordnung derart getroffen ist;, daii Änderungen der Elektrodenabmessungen und Ausrichtung in Bezug auf die Gießform durch das Auslenken des gewellten rohrförmigen Bauteiles aufgenommen werden.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert . Es zeigt:

Figur 1 eine Seitenansicht im Schnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Elektroschlackefeinen;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht der in Figur 1 veranschaulichten Einrichtung zur Begrenzung der Strömung;

Figur 3 eine Schnittansicht längs der Linie III - III von Figur 2;

Figur 4 eine Einzelheit einer bezüglich der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten abgewandelten Ausführungsform der Einrichtung zur Strömungsbegrenzung; und

Figur 5 eine Draufsicht von oben auf eine weitere Vorrichtung zum Elektroschlackefeinen nach der vorliegenden Erfindung .

Die in Figur 1 veranschaulichte Vorrichtung weist eine offenendige Gießform 1 auf, die auf einer gekühlten Grundplatte 2, von dieser jedoch isoliert, montiert ist. In den Seitenwandungen der Gießform 1 sind Öffnungen 3 und 4 ausgebildet und stehen mit Leitungen 5 in Verbindung, die zum Fördern eines gasförmigen Mediums, beispielsweise Argon, von einer Quelle 10 in die und aus der Gießform dienen. Eine selbstverzehrende Elektrode 6, die beispielsweise aus Stahl besteht, hängt in das obere offene Ende der Gießform 1, und ein rohrförmiger flexibler Haubenteil 7 zur Strömungsbegrenzung sitzt auf dem oberen Rand der Gießform. Die Haube 7 ist gegenüber der Gießform 1 elektrisch isoliert, und eine Dichtung 8 ist zwischen den zusammenwirkender Flächen der Haube 7 und der Gießform 1 vorgesehen. Die Haube 7, welche in näheren Einzelheiten in den Figuren 2 und 3 veranschaulicht ist, weist einer, unteren ringförmigen Baiteil 9 (vorzugsweise aus Kupfer oder Stahl) auf, welcher auf dem

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oberen Rand der Gießform 1 aufsitzt, und ferner einen in Längsrichtung gewellten rohrförmigen Bauteil 11, der aus einem Material hergestellt ist, welches der während des Betriebes der Vorrichtung erzeugten Kitze widersteht und welches nicht die verwendete Schlacke oder den erzeugten Block verunreinigt. las Material kann beispielsweise Metall sein, wie zum Beispiel Kupfer oder Federstahl, oder ein Kunststoff oder keramisches Material. Der Bauteil 11 ist, beispielsweise durch Schweißen oder Anklemmen, an seinem aufgeweiteten Unterende an dem Bauteil 9 befestigt. Das offene Oberende des Bauteiles 11 ist ebenfalls aufgeweitet, um den Eintritt des Unterendes der Elektrode 6 in den Baiteil 11 zu erleichtern. In seiner nicht ausgelenkten ¹⁷Qi¹Di ist der Innendurchmesser des Bauteiles 11 kleiner als der Durchmesser der' Elektrode 6. Wie am besten aus Figur 3 ersichtlich, liegen die Spitzen der in Längsrichtung verlaufenden Wellen des rohrförmigen Bauteils 11 an der benachbarten Oberfläche der Elektrode 6 an, um getrennte Kanäle zu. bilden, welche den oberen Bereich der Gießform mit der Atmosphäre verbinden. Die Abmessungen der Wellungen sind derart, daß die Luftströmung aus der Atmosphäre in den oberen Bereich der Gießform behindert oder verhindert wird, und daß voraussehbare Änderungen des Elektrodendurchmesserts und Fluchtungsfehler der Elektrode 6 in Bezug auf die Gießform 1 aufgenommen werden. Die j

Wellungen können entweder senkrecht verlaufen oder gegenüber der Senkrechten geneigt angeordnet sein. Eine oder mehrere Schraubenfedern können die Außenfläche des gewellten Bauteiles 11 umgebend angeordnet sein, um die Spitzen der Teilungen in Berührung mit der Oberfläche der Elektrode 6 zu drücken. Zwei derartige Federn sind in gestrichelten Linien in Figur 2 angedeutet und mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet.

Die Elektrode 6 ibt in einem Wagen oder Schlitten 13 gelagert, der längs eines Mastes 14 mittels eines Motors 15 in senkrechter Richtung bewegbar ist. Die Elektrode 6 und die Grundplatte 2 sind in den Sekundärkreis eines Transformators 16 eingeschaltet, dessen Primärkreis an eine Stromquelle angeschlossen ist.

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Im Betrieb wird elektrischer Strom zu der Elektrode 6 geleitet, um ein Bad aus elektrisch leitender Schlacke 18 zum Feinen bei einer Temperatur zu halten, die bei oder oberhalb des Schmelzpunktes des Metalles liegt, aus dem die Elektrode 6 besteht, und Tropfen von ungefeintem Metall gelangen von der Elektrode 6 durch die Schlacke und sammeln sich in einem Schmelzbad 19 unterhalb des Schlackenbadeβ 18. Diese Tropfen erstarren, um einen Block 20 zu bilden. Während die selbstverzehrende Elektrode 6 schmilzt, und ein Block unterhalb des aus Metall bestehenden Schmelzbades 19 aufgebaut wird, wird die Elektrode 6 durch den Schlitten 13 in einer gesteuerten Geschwindigkeit abgesenkt, um einen vorher festgelegten Spalt zwischen der Elektrodenspitze und der Oberfläche der Metallschmelze 19 aufrechtzuerhalten.

Beim Schmelzen von bestimmten Metallen ist es wünschenswert, das Strömen von Luft aus der Atmosphäre in das obere offene Ende der Gießform zu verhindern, um einen Betrieb unter einer gesteuerten Atmosphäre zu ermöglichen, insbesondere einer sauerstoffreien Atmosphäre. FUr einen derartigen Betrieb wird ein inertes Gas, beispielsweise Argon oder Stickstoff, in den und auβ dem Gießformraum oberhalb der Schlacke 18 durch die Leitungen 5 und die öffnungen 3 und 4 gefördert.

Das Einströmen von aus der Atmosphäre stammender Luft wird dadurch verhindert, daß die Spitzen der Wellungen des Bauteiles 11 aufgrund ihrer Flexibilität gegen die gegenüberliegende Oberfläche der Elektrode 6 drücken· Die Strömungsmenge an durch die öffnung 3 eintretendem inertem Gas und die Druckdifferenz Über die getrennten zwischen dem Bauteil 11 und der Elektrode 6 gebildeten Kanäle werden bei Werten gehalten, die derart sind, daß der Eintritt von Luft aus der Atmosphäre in den Gieflformraum verhindert wird, und daß gleichzeitig übergroße Leckverluste an inertem Gas zur Atmosphäre verhindert werden. Änderungen der Elektrodendicke und Flüchtlings fehler der Elektrode 6 in Bezug auf die Gießform 1 werden durch Auslenken des gewellten Bauteiles 11 a-if genommen.

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Wenn zusätzliche chemische Reaktionen erforderlich sind, kann das über die Leitung 5 zugeführte inerte Gas durch ein reaktionsfähiges Gas ersetzt werden. Beispielsweise kann ein schwefelhaltiges Gas zugeführt werden, um den Schwefelgehalt des fertigen Blockes 20 zu steuern.

Figur 4 zeigt eine abgewandelte Bauweise, bei der die Öffnungen 3 und 4 der Figuren 1 bis 3 zum Fördern gasförmiger Medien zu und aus der Gießform durch Kanäle 21 ersetzt sind, die in einem Flanschteil 22 ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsforni ist das Unterende des gewellten Bauteiles 11 gegen einen aufrechtstehenden Flansch 23 mittels einer Klammer 24 gedruckt.

In Figur 5 ist eine Anordnung veranschaulicht, bei der drei selbstverzehrende Elektroden 6 a, 6 b, 6 c mit rechteckigem Querschnitt gleichzeitig in einer Gießform gefeint werden, die im Querschnitt gleichfalls rechteckig ausgebildet ist. Die Elektroden 6 a, 6 b, 6 c sind in einer Linie längs der Längsachse der Gießform 1 angeordnet. Wie bei der zuvor beschriebenen Aueführungeform ist jede Elektrode durch einen flexiblen in Längsrichtung gewellten Haubenteil 7 a, 7 b, 7 c umschlossen, wobei die Spitzen der Wellen gegen die benachbarte Oberfläche der entsprechenden Elektrode anliegen. Vorzugsweise sind die Ecken jeder Elektrode abgerundet, und die Wellungen sind im Vergleich mit dem Wölbungaradius der abgerundeten Ecken klein. Die Elektroden 6 erstrecken sich durch in einer Platte 25 ausgebildete öffnungen, die auf dem oberen offenen Ende der Gießform 1, dieser gegenüber jedoch isoliert, montiert ist, und die Haubenteile eitzen auf der Platte 25. Die Elektroden können je an einer Phase einer Drei-Phasen-Stromquelle angeschlossen sein.

Im folgenden wird eine al.s Beispiel durchgeführte Schmelze, die unter Verwendung der erfindung3gemäßen Vorrichtung durchgeführt wurde, beschrieben.

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Beispiel

Eine aua Stahl bestehende Elektrode von einem mittleren Durchmesser von 127 mm wurde mit ihrem Unterende in eine Gießform hineinhängend gelagert, deren Innendurchmesser 200 mm betrug. Die Zusammensetzung der Elektrode betrug C * 0,39 i°, 3 = 0,034 £, Si = 0,20 fo, Mn = 0,80 <£, Al = 0,016 #, Ti < 0,005 #, O₂ = 32,30 ppm, Rest Fe.

Es wurde ein ans Kupfer bestehender gewellter rohrförmiger Hau-• benteil verwendet, der in seinem unausgelenkten Zustand einen ! Durchmesser von 120 mm aufwies. Die Höhe des Haubenteiles betrug ungefähr 70 mm, und die Länge eines jeden zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen des Haubenteiles und der Elektrode gebildeten Kanals betrug ungefähr 50 mm, wobei jeder Kanal etwa

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eine Querschnitts fläche von 3»5 mm aufwies.

Eine Schlacke mit der Zusammensetzung CaF₂ wurde verwendet.

j Argon wurde dem Gießforinraum oberhalb dem Schlackenbad mit j einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 Litern pro Minute zuge-' führt, was ausreichte, um den minimalen Sauerstoffdruck zu ergeben, der durch einen Säuerstoffme3ser ermittelt wurde, und diese Strömung wurde während des Wiedererschmelzens aufrechterhalten.

j Beim Abschluß der Schmelze wurde die Argonzufuhr beendet, die

Haube entfernt und der Block ans der Gießform herausgezogen. ι

: in Prozent

, Die Zusammensetzung de3 Blockes/war folgendermaßen: am Oberen-

de des Blockes: C 0,38; S 0,019; Si 0,18; Mn 0,74; Al < 0,005; Ti< 0,005; O₂ 18,17 ppm;

am Unterende des Blockes: C 0,38; S 0,029; Si 0,18; Mn 0,77; j Al < 0,005; Ti ·< 0,005; O₂ 25,26 ppm, Rest Fe.

' Durch die Verwendung der Haube wurde eine verbesserte

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Aufrechterhaltung des Schwefelgehaltes und Siliziumgehaltes und

■ eine markierende Verringerung des oa^erstoffgelialtes erzielt.

ι Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme a^f Elektroden von kreisförmigen und zylindrischem Querschnitt beschrieben wurde, ist offensichtlich, daß der erfindungsgemäß vorgesehene gewellte I Bauteil zur Strömungsbegrenzung bei Se faßen verwendet werden ! kann, in welche Elektroden anderer Querschnittsformen, bei-

■ spielsweise quadratisch oder elliptisch, hineinhängen, wobei

ι der Bauteil zur Strömungsbegrenzung derart geformt ist, daß die j Spitzen der Wellungen gegen die gegenüberliegende Oberfläche der Elektrode anliegen.

Sämtliche der in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung,

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Claims (12)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Elektroschlackefeinen von Metallen mit einer Gießform, die ein oberes offenes Ende aufweist, in welches das Unterende einer Elektrode (6) hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (5) vorgesehen sind, um gasförmige Medien zur Verbindung mit der Gießform (1) zu fördern, daß Einrichtungen (7) zur Begrenzung der Strömung gasförmiger Medien auf dem Oberende der Gießform, diesem gegenüber jedoch isoliert, montiert sind, und daß Einrichtungen (15) vorgesehen sind, um eine Relativbewegung zwischen der Elektrode (6) und der Einrichtung (7) zur Strömungsbegrenzung zu bewirken, wobei die Einrichtungen (7) zur Strömungsbegrenzung einen rohrförmigen in Längsrichtung gewellten flexiblen Bauteil (11) aus hitzefestem Material aufweisen, welcher die Elektrode (6) umgibt, der gewellte rohrförinige Bauteil derart angeordnet und bemessen ist, daß die Spitzen der Wellungen die Berührung mit der Oberfläche der Elektrode über mindestens einen Teil von deren Länge herstellen, um mit der Elektrodenoberfläche voneinander getrennte Kanäle zu bilden, die die Strömung von Luft aus der Atmosphäre in den oberen Bereich der Gießform behindern, und wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß Änderungen der Elektrodenabmessungen und der Ausrichtung in Bezug auf die Gießform durch das Auslenken des gewellten rohrförmigen Bauteils aufgenommen werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Fördern gasförmiger Medien eine Leitung (5) aufweist, welche den oberen Bereich der Gießform (1) mit einer Quelle (10) inerten Gases verbindet.

3. Von Lon Lung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Gas Argon ist.

4. Vorriehti3ng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Fördern gasförmiger Medien betätigbare Einrichtung

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eine Leitung (5) aufweist, welche den oberen Bereich der Gießform mit einer Quelle eines Gases verbindet, das mit dem zu feinenden Material reagiert.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in Längsrichtung gewellte Bauteil an seinem Unterende an einem Flansch (22) befestigt ist, der auf dem !arm des oberen offenen Endes der Gießform, sitzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Quelle der gasförmigen LTedien entfernt liegende Ende der Leitung (5) mit dem Inneren der Gießform durch einen in dem Flansch (22) ausgebildeten Kanal (15) in Verbindung steht.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennueich.net, daß Einrichtungen (12) vorgesehen sind, um die Spitzer: der Teilungen in Berührung mit der Oberfläche der Elektrode zu drücken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die'Einrichtung (12) mindestens eine Spiralfeder (12) aufweist, die den gewellten rohrförmigen Bauteil (11) umgibt.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine L"e irr zahl von Elektroden gleichzeitig in das obere offene Ende der Gießform hineinragend vorgesehen sind, und daß jede Elektrode durch einen in Längsrichtung geweliten flexiblen Bauteil umgeben ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch '-■, dadurch gekennzeichnet, daß drei in das obere offene Ende der Gießform, hineinragende Elektroden vorgesehen sind, und daß die Elektroden je an eine Phase einer Drei-Phasen-Stroraquelle angeschlossen sind.

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11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede der Elektroden in ihrem Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede der Elektroden im Querschnitt rechteckig ist.

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