DE2340525A1

DE2340525A1 - Electroslag melting of consumable electrodes - with one pole of power supply connected to both the ingot and the mould

Info

Publication number: DE2340525A1
Application number: DE19732340525
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Ing Ellebrecht; Karl-Georg Redel
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1973-08-10
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1975-02-20

Abstract

A melting plant for the continuous melting of electrodes by the electro-slag process in a funnel-shaped mould to form ingots of the same or a smaller dia. than the electrodes, has one poly of an electric power supply connected to the electrode and the other pole is connected to the ingot. The novelty is that the pole of the power supply connected to the ingot is also connected to the mould. The advantage is that arcing between the ingot surface and the mould, which causes damage to both, is eliminated.

Description

Nioderdorfelden, d. 8.8.1973 73508Nioderdorfelden, d. 8/8/1973 73508

LEYBOLD-HERAEUS-GmbH & Co. KG. 5ooo KÖLN 51 Bonner Straße 5o4 LEYBOLD-HERAEUS-GmbH & Co. KG. 5ooo COLOGNE 51 Bonner Strasse 5o4

¹¹ Anordnung zur Durchführung von Elektroschlacke-Umschmelzprozessen in trichterförmigen Kokillen " ¹¹ arrangement for the implementation of electro-slag remelting processes in funnel-shaped molds "

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Durchführung von Elektrosehlacke-Umschmelzprozessen, bei denen Abschmelzelektroden kontinuierlich in einer unten offenen, trichterförmigen Kokille zu Ingots von gleichem oder kleinerem Durchmesser umgeschmolzen werden _f wobei eine Stromversorgungseinrichtung mittels elektrischer Zuleitungen den Abschmelzelektroden einerseits und den Ingots andererseits aufgeschaltet ist. The invention relates to an arrangement for carrying out Elektrosehlacke-remelting, wherein consumable electrodes are continuously melted down in a downwardly open, funnel-shaped mold into ingots of equal or smaller diameter _f wherein a power supply device by means of electrical leads to the consumable one hand and the ingots on the other hand switched .

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Eine Anordnung der vorstehend beschriebenen Art ist beispielsweise durch die DT-AS 1 932 763 vorbekannt. Bei einer derartigen Anordnung wurde jedoch festgestellt, daß sich beim Betrieb zwischen dem engeren Teil der Kokille und dem bereits darin aufgebauten Ingot Lichtbogen bilden, die zu Beschädigungen der Ingotoberflache und Kokille führen. Als Entstehungsursache für diese Lichtbögen können Potentialdifferenzen angenommen werden, die sich aufgrund der in trichterförmigen Kokillen ausbildenden Strompfade einstellen. So ist z.B. der Strompfad zwischen der Umlaufkante der Elektrodenunterseite und dem konischen Teil der Kokille wesentlich kürzer als der Strompfad zwischen der Elektrodenunterseite und dem Schmelzsee auf der Ingotoberf lache. Da der Spannungsabfall; - etwa gleiche Schlackentemperatur vorausgesetzt - der Länge der Strompfade proportional ist, bildet sich eine Potentialdifferenz aus, aufgrund welcher die trichterförmige Kokille ein Zwischenpotential zwischen Elektrode und Ingot annimmt. Dieses Zwischenpotential ist die Ursache für die im Schmelzbetrieb auftretenden Lichtbogen.An arrangement of the type described above is for example previously known from DT-AS 1 932 763. With such an arrangement, however, it has been found that during operation, an arc is formed between the narrower part of the mold and the ingot already built up in it, which lead to damage to the ingot surface and mold to lead. As the cause of these arcs, potential differences can be assumed, which are due to the current paths forming in funnel-shaped molds. For example, the current path is between the circumferential edge of the electrode underside and the conical part of the mold is much shorter than the current path between the bottom of the electrode and the melting lake on the ingot surface. Because the voltage drop; - about the same Assuming the slag temperature is proportional to the length of the current paths, a potential difference is formed from, due to which the funnel-shaped The mold assumes an intermediate potential between the electrode and the ingot. This intermediate potential is the cause for the arcs that occur in the melting shop.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Auftreten von Lichtbogen zwischen der trichterförmigen Kokille und dem Ingot auszuschalten, bzw. zu unterdrücken und dadurch Beschädigungen der Ingotoberflache und der Kokille zu vermeiden.The invention is based on the object of preventing arcs from occurring between the funnel-shaped mold and to switch off or suppress the ingot and thereby damage the ingot surface and the mold to avoid.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine zusätzliche elektrische Verbindung der Kokille mit demjenigen Pol der Stromversorgungseinrichtung, an den der Ingot angeschlossen ist. Durch eine derax*tige elektrische Verbindung, die so ausgelegt sein muß, daß sie den gesamten Schmelzstrom führen kann, werden definierte elektrische Verhältnisse zwischen den Potentialen von Elektrode, Kokille und Ingot geschaffen. Durch die er-The object set is achieved with the arrangement according to the present invention described at the outset by an additional electrical connection of the mold with that pole of the power supply device, to which the ingot is connected. By a derax electrical connection, which must be designed so that it can carry the entire melt current, there are defined electrical relationships between the potentials of Electrode, mold and ingot created. Through the

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findungsgemäße elektrische Verbindung wird aber nicht nur das Auftreten von Lichtbogen unterdrückt, sondern auch der Verlauf der Strompfade, der ohne die elektrische Verbindung gewissen Zufälligkeiten ausgesetzt ist, wird stabilisiert, so daß definierte Stromanteile zwischen Elektrode und Kokille einerseits und Elektrode und Ingot andererseits eingehalten werden können. Hierdurch wird die Temperaturverteilung in der Schlacke konstant gehalten, so daß sich ein wesentlich gleichförmigerer Kristallisationsvorgang vollziehen kann. Erfahrungsgemäß fliessen bei der erf indungsge"mäßen Anordnung etwa 80% des gesamten Schmelzstroms über den Kokillenanschluß und nur etwa 2o% über den Ingot. Unter dem Ausdruck "Anschluß des Ingots" sollen alle elektrischen Maßnahmen verstanden werden, durch die der Ingot mit dem betreffenden Pol der Stromversorgungseinrichtung verbunden ist. In der Regel dient zum Anschluß des Ingots diejenige Plattform bzw. Auflagefläche, auf der der Ingot aufgebaut wird und auf der er während des Umschmelzvorganges aufliegt.inventive electrical connection is not only suppresses the occurrence of arcing, but also the course of the current paths without the electrical Connection is exposed to certain randomness, is stabilized, so that defined current components between Electrode and mold on the one hand and electrode and ingot on the other hand can be adhered to. This will make the Temperature distribution in the slag kept constant, so that a much more uniform crystallization process can accomplish. Experience has shown that about 80% of the total flow with the arrangement according to the invention Melt flow over the mold connection and only about 20% over the ingot. Under the term "connection of the ingot "should be understood to mean all electrical measures by which the ingot is connected to the relevant Pole of the power supply device is connected. As a rule, that platform is used to connect the ingot or support surface on which the ingot is built and on which it rests during the remelting process.

Zweckmäßigerweise wird dabei die zusätzliche elektrische Verbindung so ausgeführt, daß zunächst vom entsprechenden· Pol der Stromversorgungseinrichtung eine erste direkte Zuleitung zur Kokille und von hier aus ein zweiter elektrischer Anschluß zur Auflagefläche des Ingots gelegt wird. Hierbei ist die zusätzliche elektrische Verbindung zweckmäßig als Anschlußklemme von Zuleitung (zur Kokille) und Anschlußleitung (zum Ingot) ausgeführt und mit der Kokille elektrisch leitend verbunden.The additional electrical connection is expediently carried out in such a way that the corresponding Pole of the power supply device a first direct feed line to the mold and from here a second electrical connection to the contact surface of the ingot is placed. Here, the additional electrical connection is useful as a connection terminal for the supply line (to the mold) and connecting line (to the ingot) and electrically conductively connected to the mold.

Als Alternative kommt auch eine Lösung infrage, bei der von dem gleichen Pol der Stromversorgungseinrichtung parallele Leitungen zur Kokille und zum Ingot bzw. dessen Auflagefläche geführt sind.As an alternative, there is also a solution in which from the same pole of the power supply device parallel lines to the mold and to the ingot or its Support surface are performed.

Bei den angegebenen Leitungsführungen stellt sich zwangsläufig der zusätzliche Vorteil ein, daß zu Beginn desIn the case of the specified cable routing, there is inevitably the additional advantage that at the beginning of the

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Schmelzprozesses, d.h. in der Startphase_; der Spannungsunterschied Elektrode - Kokille etwas größer ist als der Spannungsunterschied Elektrode - Ingot. So wird erreicht, daß der Stromübergang zur Kokille sofort eingeleitet wird, wenn flüssige Schlacke die Wand der Kokille berührt. Der geringe Spannungsabfall, der in den elektrischen Verbindungsleitungen bei Stromfluß auftritt, reicht bereits mit Sicherheit aus, den Stromfluß zur Kokille während des Anschmelzens einzuleiten, sofern die elektrischen Verbindungen wie zuvor beschrieben angeordnet sind.Melting process, ie in the starting phase _; the voltage difference between the electrode and the mold is slightly greater than the voltage difference between the electrode and the ingot. This ensures that the current transfer to the mold is initiated immediately when liquid slag touches the wall of the mold. The small voltage drop that occurs in the electrical connection lines when current flows, is already sufficient with certainty to initiate the flow of current to the mold during melting, provided the electrical connections are arranged as described above.

Je nachdem ob nun die Kokille nach oben bewegt wird oder aber ein Abzug des Blockes nach unten vorgesehen ist, werden die elektrischen Verbindungsleitungen von der Stromversorgungseinrichtung zu dem betreffenden beweglichen Teil·vorteilhafterweise als Schleppkabel ausgeführt.Depending on whether the mold is moved upwards or whether the block is withdrawn downwards is, the electrical connection lines from the power supply device to the relevant movable part · advantageously designed as a trailing cable.

Bei feststehender Kokille kann die elektrische Verbindung in besonders einfacher Weise dadurch hergestellt werden, daß man eine feste Verbindung Stromversorgung - Kokille anbringt und ein Schleppkabel von der Kokille zur absenkbaren Auflagefläche des Ingots führt.When the mold is stationary, the electrical connection can be established in a particularly simple manner by that one attaches a permanent connection between the power supply and the mold and a trailing cable from the mold to the lowerable one Leads to the contact surface of the ingot.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung sei nachfolgend anhand der Figur näher beschrieben, die eine Seitenansicht mit teilweisem Schnitt durch eine stark vereinfachte Elektroschlacke-Umschmelzvorrichtung zeigt.An embodiment of the subject matter of the invention will be described in more detail below with reference to the figure, which shows a side view with a partial section through a strong Figure 10 shows simplified electroslag remelting apparatus.

In der Figur ist mit Io eine vertikale Führungssäule bezeichnet, die mittels einer Fundamentplatte 11 auf einan Fundament 12 befestigt ist. An der Führungssäule Io ist eine Führungshülse 13 in senkrechter Richtung verfahrbar und außerdem in horizontaler Richtung schwenkbar angeordnet, an der ein Elektrodentragarm 14 befestigt ist.In the figure, Io denotes a vertical guide column, which is attached to a foundation 12 by means of a foundation plate 11. At the guide pillar Io is a guide sleeve 13 can be moved in the vertical direction and is also arranged to be pivotable in the horizontal direction, to which an electrode support arm 14 is attached.

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Der Elektrodentragarm trägt an seinem freien Ende einen Einspannkopf 15, mit dem ein Einspannende 16 (Stüb) einer Abschmelzelektrode 17 in der Weise befestigt ist, daß außer einer mechanischen Halterung auch eine zuverlässige Stromübertragung erfolgt. Die Bewegung der Führungshülse 13 wird durch einen in der Figur nicht dargestellten, regelbaren Antrieb herbeigeführt. The electrode support arm carries at its free end a clamping head 15 with which a clamping end 16 (Stüb) of a consumable electrode 17 is fastened in such a way that, in addition to a mechanical holder, there is also a reliable power transmission. The movement of the guide sleeve 13 is brought about by a controllable drive, not shown in the figure.

An der Führungssäule Io befindet sich außerdem eine weitere Führungshülse 18, die ebenfalls in senkrechter Richtung verfahrbar und in horizontaler Richtung schwenkbar ausgebildet ist. An der Führungshülse 18 befindet sich ein Kokillentragarm 19, an dessen freiem Ende eine trichterförmige Kokille 2o angeordnet ist. Die Kokille 2o besteht aus einem oberen zylindrischen Teil 21 und einem engeren, unteren zylindrischen Teil 22, zwischen welchen.sich ein konisches Übergangsstück 23 befindet. Die Teile 21 bis 23 stellen eine Einheit dar, die einen gemeinsamen, von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Hohlraum einschließt.On the guide column Io there is also another guide sleeve 18, which is also in a vertical position Direction is movable and is designed to be pivotable in the horizontal direction. Located on the guide sleeve 18 a mold support arm 19, at the free end a funnel-shaped mold 2o is arranged. The mold 2o consists of an upper cylindrical part 21 and a narrower, lower cylindrical part 22, between which there is a conical transition piece 23 is located. The parts 21 to 23 represent a unit through which a common coolant flows Includes cavity.

Die Vorrichtung ist in einem Stadium dargestellt, in dem ein Teil der Abschmelzelektrode 17 bereits zu einem im Aufbau befindlichen Ingot 24 umgeschmolzen ist. Der Ingot 24 ruht auf einer heb- und senkbaren Plattform 25, die über eine Hubsäule 26 mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden ist. Die Bewegungsgeschwindigkeiten der Führungshülse 13, der Führungshülse 18 und der Hubsäule 26 sind in der Weise aufeinander abgestimmt, daß die in der Figur dargestellte Konstellation der Einzelteile zueinander erhalten bleibt. Es ist aber selbstverständlich möglich, die Plattform 15 ortsfest auszubilden und die Kokille 2o anzuheben. Andererseits ist es auch möglich-, die Kokille 2o ortsfest anzuordnen und die Plattform 25 abzusenken. Die jeweilige Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit der Abschmelzelektrode 17 ergibt sich dann aufgrund der zahlenmäßigen Beziehungen zwischen den Querschnitten der Abschmelzelektrode 17 und des Ingots 24.The device is shown in a stage in which part of the consumable electrode 17 has already become an im Structure located ingot 24 is remelted. The ingot 24 rests on a platform 25 that can be raised and lowered, which is connected via a lifting column 26 to a drive (not shown). The speeds of movement the guide sleeve 13, the guide sleeve 18 and the lifting column 26 are coordinated in such a way that the constellation of the individual parts shown in the figure is retained. But it goes without saying possible to make the platform 15 stationary and to raise the mold 2o. On the other hand, it is also possible- to arrange the mold 2o stationary and lower the platform 25. The respective direction of movement and speed of movement of the consumable electrode 17 then results due to the numerical relationships between the cross sections of the consumable electrode 17 and the ingot 24.

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In der Kokille 2o befindet sich eine geschmolzene Schlackeschicht 27, die bis in den oberen zylindrischen Teil 21 der Kokille reicht und mit der Abschmelzelektrode 17 zwecks Ausbildung von Strompfaden in elektrisch leitender Verbindung steht. Unterhalb der Schlackenschicht 27 befindet sich ein Schmelzsee 28, aus dem durch fortschreitende Kristallisation der Ingot 24 gebildet wird.In the mold 2o there is a molten slag layer 27 that extends into the upper cylindrical part 21 the mold is enough and with the consumable electrode 17 for the purpose of forming current paths in electrically conductive Connection. Below the slag layer 27 there is a melt pool 28 from which advancing Crystallization of the ingot 24 is formed.

Mit 29 ist eine Stromversorgungseinrichtung bezeichnet, deren eine Phase über ein Schleppkabel 3o und eine Anschlußklemme 31 mit dem Einspannkopf 15 elektrisch verbunden ist. Die andere Phase ist über eine Zuleitung 32a mit einer Anschlußklemme 33 verbunden, die mit der trichter förmigen Kokille 2o elektrisch leitend verbunden ist, ülid zwar über eine zusätzliche elektrische Verbindung 34, die die Verlängerung der Anschlußklemme 33 zur Kokille hin darstellt und gleichzeitig auch die mechanische Aufhängung übernimmt.29 with a power supply device is designated, one phase of a tow cable 3o and one Terminal 31 is electrically connected to the clamping head 15. The other phase is via a lead 32a connected to a terminal 33 which is electrically conductively connected to the funnel-shaped mold 2o, ülid via an additional electrical connection 34, which represents the extension of the terminal 33 to the mold and at the same time also the mechanical suspension takes over.

In die Anschlußklemme 33 ist schließlich noch eine weitere elektrische Anschlußleitung 32b eingespannt, die ebenfalls als Schleppkabel ausgebildet ist und mit der Plattform verbunden ist. Die Oberseite der Plattform 25 dient als Auflagefläche 35 für den Ingot 24. Es ist naturgemäß auch möglich, die Zuleitung 32a bis zur Plattform 25 zu führen und an diese anzuschliessen, wobei dann jedoch die zusätzliche elektrische Verbindung 34 als Schleppkabel ausgeführt und unmittelbar an den gleichen Pol der Stromversorgungseinrichtung 29 gelegt wird. Diese elektrische Verbindung ist der wesentlichste Teil der vorliegenden Erfindung. Zu Beginn des Schmelzprozesses, wenn der Strom noch über die Auflagefläche fließt, liegt die Kokille 2o gegenüber der Elektrode 17 auf einem Potential, das um den Spannungsabfall zu der Anschlußleitung 32b höher ist als das Potential der Auflagefläche 35.Finally, another electrical connection line 32b is clamped into the connection terminal 33, which also is designed as a tow cable and is connected to the platform. The top of the platform 25 serves as a Support surface 35 for the ingot 24. It is naturally also possible to lead the supply line 32a up to the platform 25 and connect to it, but then the additional electrical connection 34 designed as a trailing cable and directly to the same pole of the power supply device 29 is laid. This electrical connection is the most essential part of the present invention. At the beginning of the melting process, when the current is still flowing over the contact surface, the mold is 2o with respect to the electrode 17 at a potential which is higher by the voltage drop to the connecting line 32b than the potential of the support surface 35.

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Claims

PATENT CLAIMS;

1. Arrangement for carrying out electroslag remelting processes in which consumable electrodes are continuously remelted in a funnel-shaped mold open at the bottom to form ingots of the same or smaller diameter, with a power supply device connected to the consumable electrodes on the one hand and the ingots on the other by means of electrical leads, characterized by an additional electrical connection (34) of the mold (2o) to that pole of the power supply device (29) to which the ingot (24) is connected.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the additional electrical connection (34) is designed as a terminal (33) of the supply line (32a) and connection (32b) and is electrically conductively connected to the mold (2o).

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