DE2321447B2 - Anlage zum elektroschlacke-umschmelzen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum ektroschlacke-Umschmelzen mit zwei gleichen Elekadengruppen, von denen jede zumindest aus zwei ektroden besteht und an eines der Enden der :kundärwicklung eines Einphasentransformators an- !schlössen ist, wobei die Mittelanzapfung dieser 'icklung mit dem Untersatz und der gekühlten Kokille ektrisch verbunden ist.

Beim Elektroschlacke-Umschmelzen in den bekannten Anlagen dieser Art, wie sie beispielsweise aus der GB-PS 12 76 459 bekannt sind, wird der Wechselstrom auf die Oberfläche der Elektroden verdrängt, welche den Elektroden mit entgegengesetzter Polung zugekehrt ist, d. h. die inneren Oberflächen der Elektroden, die den' Elektroden mit entgegengesetzter Polung zugewandt sind, werden in einem größeren Maß erwärmt als die Außenfläche. Beispielsweise kann beim Umschmelzen von Elektroden mit 200 mm Dicke aus Magnetstahl der Temperaturunterschied über dem Querschnitt der Elektroden 200° erreichen. Bei einer derart großen Temperaturdifferenz im Querschnitt krümmen sich die Elektroden und es entsteht die Gefahr, daß die Elektroden die Wand der Kokille berühren und somit diese Wand durchbrennen. Um die Berührung der Wände durch die Elektroden auszuschließen, vergrößert man deshalb bei diesen Anlagen den Querschnitt der Kokille oder vermindert den Querschnitt der Elektroden bei gleichzeitiger Vergrößerung ihrer Länge und folglich auch der Höhe der Anlage. In diesen Fällen nehmen die Wärmeverluste zu und es vergrößert sich der Elektroenergieverbrauch je Tonne umgeschmolzenen Metalls. Auch wird wegen der bedeutenden Erhitzung der Oberflächen der Elektroden das Elektrodenmetall auf diesen Oberflächen oxidiert, so daß Oxidationsprodukte in die Schlacke gelangen und den Reinigungsgrad des Metalls verschlechtern. Beim Umschmelzen von Elektroden, die vor der Unischmelzung eine Krümmung aufwiesen, was in der Praxis immer möglich ist, können die Abstände zwischen den Elektroden unterschiedlicher Polung verschieden sein. In diesem Fall schmelzen die Elektroden, deren Abr'and voneinander kleiner ist, mit geringem Eintauchen in das Schlackenbad und die Elektroden zwischen denen der Abstand größer ist, schmelzen mit einem tieferen Eintauchen in das Schlackenbad. Dies führt zur Bildung von Fehlern auf der Blockoberflächc und zur Verschlechterung der Metallqualität.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zum Elektroschlacke-Umschmelzen von zwei Elektrodengruppen zu schaffen, die im Vergleich zu den bekannten Anlagen eine gleichmäßigere und verminderte Erwärmung der Elektroden über deren Querschnitt sicherstellt und bei welcher die Gefahr einer Krümmung der Elektroden ihrer Länge nach und die Möglickeit einer Oxidation des Elektrodenmetalls verringert sind. Dies wird bei einer Anlage der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß je zwei der jeweils am nächsten benachbarter Elektroden entgegengesetzte Polung aufweisen und daß die jeweiligen Abstände zwischen den am nächsten benachbarten Elektroden gleich sind und in der Grenzen zwischen dem 0,1- bis 2,0fachen der Elektro dendicke liegen.

Eine solche Anlage ermöglicht ein gleichmäßigeres Abschmelzen der Elektroden, wodurch hochwertigere Blöcke verschiedendster Querschnitte und Gewicht« erschmolzen werden können. Bei einem das 0,1 fache dei Elektrodendicke unterschreitenden Abstand sind näm lieh ein Schmelzen der Elektrode auf der Schlackenba doberfläche und deren intensive Oxidation möglich. Be einem Abstand zwischen den Elektroden dagegen dei zwei Elektrodendicken überschreitet, sind die Bildung von Oberflächenfehlern am Block, in den Zwischenräu men zwischen den äußeren Elektroden und die Bildunj von Fehlern im Blockmakrogefüge möglich.

Beim Umschmelzen in einer Anlage nach der Erfindung wird der Strom über den Querschnitt der Elektrode gleichmäßiger verteilt und die Erwärmung dieser Elektrode an den Oberflächen, die benachbarten Elektroden zugekehrt sind, ist geringer, weil die maximale Stromdichte auf diesen Oberflächen gegenüber der Stromdichte bei den bekannten Anlagen geringer ist.

Zum Erschmelzen von Blöcken mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt ist es vorteilhaft, die Elektroden in der Kokille am Umfang ihres Querschnitts anzuordnen.

Zum Erschmelzen von Blöcken mit rundem Vollquerschnitt sind die Elektroden bevorzugt in der zentralen Zone des Querschnitts in der Kokille anzuordnen.

Zur weiteren Vergleichmäßigung der Temperatur an den Elektroden und zum Umschmelzen mit flachem Metallbad werden die Kokille und der Untersatz vorteilhaft um einen Abstand waagerecht hin- und herverschiebbar angeordnet, der gleich oder größer als die Hafte des Abstandes zwischen den Querschnittsmittelpunkten zweier benachbarter Elektroden ist. Es kann jedoch auch der Elektrodenhalter entsprechend hin- und herverschieblich angeordnet werden.

Zum Erschmelzen von runden Blöcken mit Vollquerschnitt und runden Hohlblöcken ist es vorteilhaft, Elektrodenhalter, Kokille und/oder Untersatz in der Horizontalebene drehbar anzuordnen.

In der erfindungsgemäßen Anlage werden die Elektroden vorteilhaft so angeordnet, daß mindestens 20% der Gesamtfläche ihrer Querschnitte sich über dem den Block formenden Hohlraum der Kokille befinden.

Zur Vergrößerung der Umschmelzleistung werden in der erfindungsgemäßen Anlage vorteilhaft zwischen den stromdurchflossenen Elektroden unterschiedlicher Polung stromlos gehalterte Rohlinge verwendet, die von den stromführenden Teilen der Anlage isoliert sind. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Gesamtgewicht der stromlos gehaltenen Rohlinge 10 bis 50% vom Gewicht des zu bildenden Blockes beträgt, wobei, je größer das Blockgewicht und der Elektrodenquerschnitt, umso größere Prozentsätze vom Blockgewicht an stromlos gehalterten Rohlingen möglich sind. Der Abstand zwischen den stromlos gehalterten Rohlingen und den Elektroden wird in diesem Fall entsprechend der Dicke der Rohlinge bestimmt und beträgt das 0,1- bis l.Ofache der Rohlingsaicke.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Gesamtansicht einer Anlage nach der Erfindung während der Erschmelzung eines Hohlblocks mit Vertikalschnitt durch die Kokille,

F i g. 2 die Anordnung von Elektroden in der Kokille beim Erschmelzen eines Hohlblocks und deren Anschaltung an die Transformatorwicklung,

F i g. 3 die Anordnung von Elektroden in der Kokille beim Erschmelzen eines rechteckigen Blocks mit Vollquerschnitt und deren Anschaltung an die Transformatorsekundärwicklung,

F i g. 4 die Anordnung von vier Elektroden runden Querschnitts in einer Kokille mit rundem Querschnitt,

F i g. 5 die Anordnung von Elektroden in einer Reihe beim Erschmelzen eines schmalen rechteckigen Blocks und die Schaltung der Elektroden an die Transformatorwicklung,

F i g. 6 eine Kokille zum Erschmelzen von Hohlblökken im Längsschnitt,

F i g. 7 die Anordnung von stromlos gehalterten Rohlingen in der Kokille zum Erschmelzen von Hohlblöcken,

Fig. 8 die Kokille mit Block am Ende des Umschmelzens mit einer Einrichtung zum Schlackenabzug im Längsschnitt

Die in F i g. 1 dargestellte Anlage enthält eine hohle Metallsäule 1 in welcher nicht abgebildete Gegengewichte untergebracht sind. Die Säule kann mit quadratischem, rechteckigem und rundem Querschnitt ausgeführt sein. An der Säule 1 sind Führungen 2 vorhanden und eine Zahnstange 3 befestigt. An der Säule 1 ist ein Wagen 4 zur Befestigung einer Kokille 5 und ein Wagen 6 für Elektroden 7 montiert. Der Wagen 4 wird längs der Säule 1 mittels eines Antriebs 8 und der Wagen 6 mittels eines Antriebs 9 bewegt. Die beiden Wagen bewegen sich längs den Führungen 2 mit Hilfe der Zahnstange 3, mit welcher die Zahnräder der Antriebe 8 und 9 in Eingriff kommen. Neben der Säule der Anlage ist ein Gleis 10 vorhanden, auf dem sich ein Fahrwerk 11 mit Antrieb 12 bewegt. Auf diesem Fahrwerk 11 befindet sich ein Untersatz 13, weicher für die Befestigung einer Eingußeinrichtung 14 zum Eingießen der Schlacke in den Bodenteil der Kokille 5 vorgerichtet ist, die in der Anfangsperiode des Umschmelzens auf dem Untersatz 13 aufgestellt ist, wie dies in F i g. 1 strichliert gezeigt ist. Auf der oberen Fläche des Untersatzes 13 ist eine Aushöhlung 15 vorgesehen, die beim Eingießen der Schlacke durch die Eingußeinrichtung 14 den Hohlraum dieser Einrichtung mit dem Hohlraum der Kokille 5 verbindet. Die Eingußeinrichtung 14 ist so ausgeführt, daß sie von dem Untersatz 13 abgehoben werden kann. Der Untersatz 13 wird mittels Wasser gekühlt (in der Zeichnung ist die Zuführung des den Untersatz und die Kokille kühlenden Wassers nicht gezeigt).

Die Aushöhlung 15 liegt im Untersatz 13 gegenüber dem Zwischenraum zwischen den Elektroden 7. In der Wand der Kokille 5 ist ein Geber 16 für den Spiegelstand des flüssigen Metalls 17 angebracht. Oberhalb des Gebers Ib ist in der gegenüberliegenden Wand der Kokille eine öffnung 18 ausgeführt, die beim Umschmelzen durch einen nicht gekühlten Kupfer- oder Graphitstopfen 19 abgeschlossen ist. Neben der öffnung 18 geht von der Kokillenwand eine Rinnne 20 aus, die zum Schlackenabfluß in ein Gefäß 21 vorgerichtet ist, wobei dieser Abfluß nach dem Herauszieher des Stopfens 19 aus der öffnung 18 am Ende der Schmelze erfolgt (das Gefäß 21 ist durch eine unterbrochene Linie angedeutet). Die Abschmelzelektroden 7 sind in einem Elektrodenhalter 22 befestigt, voneinander isoliert und in zwei gleiche Gruppen a und b aufgeteilt.

Gemäß der Erfindung sind die Elektroden 7ai, 7a2,7a₃ (F i g. 2) der Gruppe a in bezug auf die Elektroden 7i>i, 7/>2, 7f>3,... der Gruppe b so angeordnet, daß zwei am nächsten befindliche Nachbarelektroden eine entgegengesetzte Polung haben.

Der elektrische Strom wird dem Elektrodenhalter 22 (Fig. 1) mittels an dem Wagen 6 befestigen gekühlten Kupferrohren 23 zugeführt. An die Enden dieser Rohre sind wassergekühlte biegsame Kabel 24 angeschlossen, die ihrerseits an Schienen 25a und 25b angeschlossen sind. Jede von diesen Schienen ist an eines der Enden der Sekundärwicklung eines Einphasen-Wechselstromtransformators 26 angeschaltet. Eine Schiene 25a ist einerseits an die herausgeführte Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des genannten Transformators und

andererseits an den Untersatz 13 vermittels eines biegsamen Kabels (Drahts) 27 (Fig. 1) angeschaltet. Der Untersatz 13 ist wiederum mit der Kokille 5 über ein biegsames Kabel (einen biegsamen Draht) 28 verbunden. Auf diese Weise hat die Mittelanzapfung (der Nullpunkt) der Sekundärwicklung des Transformators eine elektrische Verbindung sowohl mit dem Untersatz als auch mit der Kokille.

Die Abstände zwischen den Elektroden in dem Elektrodenhalter sind einander gleich und betragen je nach Gewicht und Stahlsorte das 0,1- bis 2,0fache der Elektrodendicke.

Die Abstände zwischen den Elektroden können nicht genau einander gleich sein, weil die in der Industrie zur Anwendung gelangenden Abschmelzelektroden praktisch immer eine Krümmung aufweisen.

Beim Erschmelzen eines Blocks mit rechteckigem Querschnitt durch Umschmelzung von rechteckigen Elektroden 7 werden die letzteren gemäß Fig.3 angeordnet, und zwar paarweise mit einander zugekehrten breiten Flächen.

Ist es erforderlich, einen Block mit rundem Querschnitt (wie dies F i g. 4 zeigt) oder mit quadratischem Querschnitt zu erschmelzen, so ist es zweckmäßig, vier Elektroden 7 runden oder quadratischen Querschnitts zu verwenden und die Transformatorwicklung 26 gemäß F i g. 1 anzuschalten.

Beim Erschmelzen eines Blocks mit rechteckigem Querschnitt durch Umschmelzung der Elektroden 7 runden oder quadratischen Querschnitts werden diese in einer Reihe angeordnet, und der Transformator wird gemäß F i g. 5 angeschaltet

Wenn der Durchmesser der Elektrode gleich oder größer ist als die Wanddicke des Hohlblocks, so wird die an der Außenkokille befestigte innere Kokille 29 (Fig.6) in ihrem oberen Teil verengt ausgeführt. Zweckmäßig wird die Oberfläche 30, die den oberen Teil mit dem unteren verbindet, mit einer kreisförmigen Vertiefung 31 versehen, die beim Umschmelzen mit flüssigem Metall 32 gefüllt wird.

Auf dem Untersatz Ϊ3 wird ein gekühlter Ring 33 befestigt, der am Beginn der Schmelze in den Spalt zwischen der Außenkokille 5 und dem unteren Teil der Innenkokille 29 hineinragt Die Höhe des Rings 33 wird so gewählt, daß vor Beginn der Aufwärtsbewegung der Kokille 5 auf ein Signal des Gebers 16 hin auf dem Ring 33 im Hohlraum 34, welcher dem Block 5 formt, eine 20 bis 60 mm dicke Metallschicht erstarrt.

Auf dem Ring 33 können Anfahrstücke 36 zum Halten des Blocks und zur Stromzuführung aufgesetzt und auf eine geeignete Weise befestigt sein. Bei der in F i g. 7 dargestellten Anlage können in den Zwischenräumen zwischen den Elektroden 7 unterschiedlicher Polung (a und b) in bezug auf die Elektroden unbewegliche und von diesen isolierte stromlos gehalterte Rohlinge 37 befestigt werden, deren Gewicht 10 bis 50% vom Gewicht des zu bildenden Blocks erreichen kann.

Anstatt der in bezug auf den Untersatz 13 beweglichen drehbaren Kokille 5 kann in der Anlage eine Kokille 38 (F i g. 8) eingesetzt werden, welche auf dem Untersatz 13 befestigt wird. Zum Abheben einer solchen Kokille vom Block kann der Wagen 4 benutzt werden, wenn er mit entsprechenden Kragarmen (in den Zeichnungen nicht abgebildet) versehen wird.

In der Kokille 38 werden am zweckmäßigsten kurze Blöcke mit großem Querschnitt hergestellt Beim Erschmelzen solcher Blöcke kann zur Verminderung der Metallbadtiefe der Untersatz 13 zusammen mit der Kokille 38 durch das Fahrwerk 11 mit Hilfe des Antriebs

12 hin- und herbewegt werden.

Zum Abfluß der Schlacke aus der Kokille 38 wird auch bei der Kokille 5 eine Schlackenabflußeinrichtung verwendet, welche ein Rohr 39 zum Schlackenabzug besitzt, das in die Schlacke im Zwischenraum zwischen zwei Elektroden bis auf 20 bis 200 mm Abstand vom flüssigen Metall eingeführt wird.

ίο Beispielsweise reicht eine 80 bis 100 mm dicke Schlackenschicht bei einem Block von 1500 mm Durchmesser für das Warmhalten des Blockoberteils und des Metallbades und für den Schutz des Metalls vor Oxydation aus. Diese Schlackensicht erstarrt praktisch gleichzeitig mit der Erstarrung der letzten Metallportionen und ruft keine Verzögerung beim Herausziehen des Blocks hervor.

Nach dem Einführen des Rohrs 39 schaltet man eine Einrichtung ein, die die Luft aus einer Kammer 40 absaugt, welche zu einem Rohrstutzen 41 hin durch eine leichtschmelzende Blindscheibe 42 vom Typ einer Membran verschlossen ist.

Die flüssige Schlacke wird in die Kammer 40 eingesaugt, schmilzt die Blindscheibe 42 durch und gelangt nach unten in das Gefäß 21. Das weitere Ausfließen der flüssigen Schlacke geht selbständig vonstatten, da der Kanal 43 zur Luftabsaugung durch feste Schlacke verstopft wird.

In der in F i g. 1 dargestellten Anlage kann man auch die Erschmelzung von Blöcken mit Schlackenbildung in der Kokille durch abschmelzende oder nichtabschmelzende Elektroden durchführen, welche nach der Schlackenbereitung von dem Elektrodenhalter abgenommen werden, wobei man an ihre Stelle Abschmelzelektroden einsetzt und in das Schlackenbad einführt.

Im folgenden wird die Arbeit der Anlage am Beispiel der Erschmelzung eine Hohlblocks unter Anwendung des Schlackeneingusses betrachtet Auf dem Untersatz

13 werden gleichmäßig am Blockumfang verteilte Anfahrstücke 36 oder ein einziges ringförmiges Anfahrstück zum Halten des Blocks auf dem Untersatz und Gewährleisten eines Kontaktes zwischen Block und Untersatz auf beliebige bekannte Weise befestigt.
Hiernach werden der Wagen 4 mit Kokille 5 und dem an dieser angebrachten Geber 16 so mit dem Stopfen 19 nach unten abgesenkt, daß die Kokille mit ihrer unteren Fläche mit der Oberfläche des Untersatzes 13 in Berührung kommt Im Elektrodenhalter 22 werden die Elektroden 7 so angeordnet, daß deren untere Ender sich in einem Abstand vom Untersatz 13 befinden, der ungefähr der geforderten Schlackenbadtiefe entspricht Dann wird auf dem Untersatz 13 die Eingußeinrichtunf zum Eingießen der Schlacke in den Bodenteil dei Kokille 5 in Höhe der Aushöhlung 15 montiert Dei

Transformator 26 wird eingeschaltet und die erforderli ehe Menge an Schlacke in die Kokille 5 eingegossen.

Die Eingußbeendigung kann aus dem Stromeinsatz zi den Elektroden 7 bestimmt werden. Nach den Anwachsen des Blocks bis zum Geber 16 für der Spiegelstand beginnt man auf dessen Signale hin di« Kokiüe nach oben mit der Geschwindigkeit de: Blockwachstums zu verschieben. Die Elektroden i werden nach dem Eingießen der Schlacke je nach ihren Abschmelzen nach unten verschoben.

6s Die Aufwärtsbewegung der Kokille kann sowoh stetig als auch diskontinuierlich sein. Die Stromgrößi und die Spannung werden dermaßen aufrechterhalter daß die notwendige Geschwindigkeit des Blockanwach

sens eingehalten wird.

Nach dem Erschmelzen eines Blocks bestimmter gewünschter Höhe wird ein Schwinden desselben durch Änderung des Stroms und der Spannung des Transformators 26 hervorgerufen, worauf man den Transformator abschaltet und den Stopfen 19 auf eine beliebige dazu geeignete Weise aus der öffnung 18 herausschlägt. Die Schlacke fließt durch die öffnung 18 in das Gefäß 21 ab. Hierbei wird die Kokille 5 nach oben gehoben, damit der Block infolge der Schwindung die Innenkokille 44 nicht erfaßt.

Nach dem Schlackenabfluß wird die Kokille 5 über den erstarrten Block gehoben und mit Hilfe des

Antriebs 12 der Untersatz 13 samt dem Block unter dem Elektrodenhalter 22 herausgefahren.

Sodann wird das Anfahrstück 44 freigegeben und der Block von dem Untersatz 13 abgenommen. Auch werden von dem Elektrodenhalter 22 Elektrodenreste oder mehrfach verwendbare Halterungsteile falls solche eingesetzt werden, abgenommen. Die Aushöhlung 15 und wenn erforderlich auch die Eingußeinrichtung 14 werden von der festen Schlacke gereinigt. Man befestigi hiernach ein neues Anfahrstück und wiederholt in der oben beschriebenen Reihenfolge das Erschmelzen eines nächstfolgenden Hohlblocks.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

709 518/:

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Anlage zum Elektroschlacke-Umschmelzen mit zwei gleichen Elektrodengruppen, von denen jede zumindest aus zwei Elektroden besteht und an eines der Enden der Sekundärwicklung eines Einphasentransformators angeschlossen ist, wobei die Mittelanzapfung dieser Wicklung mit dem Untersatz und der gekühlten Kokille elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei der jeweils am nächsten benachbarten Elektroden (7) entgegengesetzte Polung aufweisen und daß die jeweüligen Abstände zwischen den am nächsten benachbarten Elektroden (7) gleich sind und in den Grenzen zwischen dem 0,1- bis 2,0fachen der Elektrodendicke liegen.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7) in der Kokille (5) am Umfang ihres Querschnitts angeordnet sind.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7ai, ai, ai, 7b\, D₂, 63) in der zentralen Zone des Querschnitts der Kokille angeordnet sind.

4. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille (5) mit dem Untersatz um einen Abstand waagerecht hin- und herverschiebbar angeordnet isi, der gleich oder größer als die Hafte des Abstandes zwischen den Querschnittsmittelpunkten von zwei benachbarten Elektroden ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (22) um einen Abstand waagerecht hin- und herverschiebbar angeordnet ist. der gleich oder größer als der Abstand zwischen den Querschnittsmittelpunkten von zwei benachbarten Elektroden (7) ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (22) und die Kokille (5) und/oder Untersatz (13) in der Horizon'alebene drehbar sind.

7. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7) so angeordnet sind, daß mindestens 20% der Gesamtfläche ihrer Querschnitte sich über dem den Block formenden Hohlraum (34) der Kokille befinden.

8. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden (7) unterschiedlicher Polung (a, b) Rohlinge (37) angeordnet sind, welche gegen die stromzuführenden Elemente der Anlage isoliert sind.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der zwischen der. stromführenden Elektroden angeordneten Rohlinge (37) 10 bis 50% vom Gewicht des zu bildenden Blocks beträgt.