DE2632863C2

DE2632863C2 - Einrichtung zur Herstellung von großtonnagigen Metallblöcken durch Elektroschlackenumschmelzen

Info

Publication number: DE2632863C2
Application number: DE19762632863
Authority: DE
Inventors: Jurij F. Alferov; Vitalij M. Baglaj; Oleg P. Bondarenko; Kim M. Chasin; Julij G. Emeljanenko; Jurij F. Frolov; Jurij V. Latasch; Vladimir I. Lugovskij; Vilen F. Marjuschtschenko; Boris I. Medovar; Boris E. Paton; Valerij V. Salmin; Fedor F. Schaburov; Jurij A. Schtschelkunov (Verstorben); Grigorij B. Schtschupak; Lev A. Schuruev; Leonid M. Stupak
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1976-07-21
Filing date: 1976-07-21
Publication date: 1978-05-24
Also published as: DE2632863B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum Elektroschlackenumschmelzen von groß-(onnagigen Metallblöcken, durch Abschmelzen selbstverzehrender Elektroden mit einer in der Höhe verstellbaren, unten offenen Kokille, deren Querschnitt im Bereich des Schlackenbades größer als derjenige im Bereich der Metallblockformung ist, und einem gekühlten Untersatz für die Kokille, die einen von unten in die Kokille hineingehenden und zu Beginn des Umschmelzens den Boden bildenden, gekühlten vertikalen Ansatz aufweist.

Bekannt sind Einrichtungen zum Elektroschlackenerschmelzen von großtonnagigen Metallblöcken, die Vertikalsäulen aufweisen, auf welchen mindestens ein Elektrodenhalter zur Aufnahme einer oder mehrerer Abschmelzelektroden und Zuführung von Strom zu denselben befestigt ist. An den genannten Säulen, unterhalb des Elektrodenhalters ist einn in der Höhe verstellbare, gekühlte, unten offene Kokille befestigt, die aiii einem Untersatz steht, welcher somit den Boden bildet.

Der Hohlraum der gekühlten Kokille weist im oberen Bereich einen größeren Querschnitt, als im unteren auf.

Der obere aufgeweiiele 'Teil des Hohlraums der Kokille ist für die Aufnahme des Schlackenbatlcs und Abschmelzung der selbstverzehrenden Elektroden, der untere für die Ansammlung des umgeschmolzenen Metalls und Erstarrung desselben zu einem Block hf"S(immt Πιο Oiierschpittscrnßp wird für Hen linieren Teil der Kokille nahezu gleich der Querschnittsgröße der abzuschmelzenden Elektrode bzw. dem Gesamtquerschnitt mehrerer gleichzeitig abzuschmelzender Elektroden gewählt

Während der Elektroschlackenumschmelzung des Metalls sind die Abschmelzelektroden und der Untersatz feststehend, während die Kokille sich mit fortschreitender Herstellung des Metallblocks nach oben bewegt

Bei der in der DE-PS 19 25 438 beschriebenen Einrichtung steht die gekühlte Kokille auf einem Untersatz mit einem Ansatz, der zu Beginn des Schmelzens in den Hohlraum dieser Kokille von unten völlig hineingeht. Die obere Stirnfläche dieses Ansatzes liegt weit unter dem den Block formenden Bereich der Wandung der Kokille.

Über dem Ansatz, im unteren Teil des Hohlraums der Kokille bleibt Raum übrig für die Formung des Bodenteils des herzustellenden Metallblocks. Während des Umschmelzens erstarrt das erste anfallende flüssige Metall oben auf der Stirnfläche des Ansatzes.

Mit sich vergrößernder Höhe des hergestellten Metallblocks bewegt man die Kokille entsprechend weiter nach oben.

Die Wachstumsgeschwindigkeit des Blocks und somit die Steiggeschwindigkeit der Kokille wählt man entsprechend der Forderung, die Herstellung eines metallischen Qualitätsblocks zu gewährleisten.

Man läßt nämlich die Kokille so weit aufsteigen, daß fast der ganze obere Teil des erstarrenden Blocks sich im unteren den Block formenden Bereich der Kokille befindet.

Nach erfolgter Abschmelzung der selbstverzehrenden Elektroden wird aus der Kokille die Schlacke abgelassen. Man entfernt ferner die Abschmelzelektrodenreste samt den wiederverwendbaren Kopfteilen der Elektroden, die sich an die Stirnflächen der Abschmelzelektroden anschließen an denen sie angeschweißt sind. Die Kokille verstellt man in der Höhe, bis der fertig geschmolzene Metallblock aus dem Unterteil der Kokille heraustritt, worauf der Wagen mit dem Untersatz und darauf stehenden Block unter der Einrichtung herausgefahren wird.

Bei der bekannten Einrichtung für die Herstellung von metallischen Blöcken mit 150 bis 200 t und mehr Gewicht verwendet man in der Regel kurze Abschmelzelektroden, deren Länge gleich der Höhe des herzustellenden Blocks ist. Dabei sind die Abschmelzelektroden in einem Elektrodenhalter befestigt, der von einer relativ einfachen Stahlkonstruktion, z. B. von Säulen mit Führungen für die längs den Säulen höhenverstellbare Kokille getragen werden.

So wird mit der bekannten Einrichtung das Problem der Herstellung von großtonnagigen Metallblöcken gelöst.

Jedoch muß man bei der bekannten Einrichtung verhältnismäßig lange Aufhängungen mit Kopfteilen für de angeschweißten Abschmelzelektroden verwenden. Bei Herstellung von Blöcken mit einem Gewicht bis zu 200 t erreicht die Länge der Kopfteile 4 bis 5 m. Dies ist dadurch bedingt, daß die Kokille nach erfolgter Schmelzung bis zum gänzlichen Heraustreten der Oberkante des Blocks aus dem Hohlraum der Kokille gehören werden muß. Da aber die Abschmelzelek'roden an den Kopfteilen starr befestigt sind, kann der Freiratim für das Heraufsteigen der Kokille auf den Säulen nur durch Vergrößerung der Länge der Konfteile mindestens um die Höhe der Wandune im

dem den Metallblock formenden Bereich der Kokille erhalten werden. Bei einem 200 t schweren Block ist dies eine Höhe von 1,6 bis 2,0 Meter.

Die Vergrößerung der Länge der Kopueile für den Elektrodenhalter bringt eine Vergrößerung des Wirk- und des induktiven Widerstandes mit sich, was eine leistungsfähigere Stromquelle für die Einrichtung voraussetzt

Die Folge der Anwendung langer Kopfteile ist eine verhältnismäßig große Höhe der bekannten Einrichtung und ein entsprechend hoher Materialaufwand.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist das Beheben der aufgeführten Nachteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektroschlackenumschmelzeinrichtung zur Herstellung von großtonnagigen Metallblöcken mit einem Untersatz für die gekühlte Kokille der Einrichtung zu entwickeln, der es ermöglicht, die Umschmelzeinrichtung gegenüber den bekannten mit gering:r Höhe und Gewicht und in Zusammenhang damit kleinerem Platzbedarf auszubilden und ein Umschmelzen mit geringerer Leistung der Stromquelle wirtschaftlich günstiger durchzuführen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Elektroschlackenumschmelzeinrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung der Ansatz des Untersatzes sich zu Beginn der Schmelzung in den Hohlraum der Kokille nur zum Teil hinein erstreckt, eine Höhe besitzt, die diejenige des den Block formenden Bereichs der Kokille übertrifft, und einen Querschnitt hat, der es der Kokille ermöglicht, sich bis auf eine Höhe absenken, bei welcher der den Block formende Bereich der Kokille unter der oberen Stirnfläche des Ansatzes liegt.

Bei dieser Ausführung des Untersatzes mit entsprechend bemessenen Ansatz wird es möglich, die Kokille in eine Stellung zu senken, bei welcher die untere Stirnfläche des Metallblocks außerhalb des den Block formenden Bereichs ist, wodurch der Block sich leichter mittels Kran aus der Kokille herausheben läßt.

Dies erlaubt wiederum die Anwendung kürzerer (halb so kurzer) Kopfteile zur Festhaltung der Abschmelzelektroden und somit kürzerer Säulen, was mit der Schaffung einer gedrungeren Elektroschlackenumschmelzeinrichtung, als es früher erforderlich war, gleichbedeutend ist.

Die Höhe des Ansatzes des Untersatzes sollte das 1,5-bis l,2fache demjenigen des den Block formenden Bereichs der Kokille betragen.

Die genannte Höhe schafft die Voraussetzung für die erfolgreiche Lösung der gestellten Aufgabe. Sie ist groß genug, um den Block mit dem Kran aufzunehmen und vom Ansatz des Untersatzes abzuheben, ohne daß bei die Wandung in dem den Block formenden Bereich der Kokille, in der unteren Endstellung, beschädigt wird.

Der Hohlraum der Kokille sollte im Bereich des Schlackenbades nach oben hin aufgeweitet ausgeführt sein, derart, daß die diesen oberen Bereich der Kokille begrenzende Wandung unter einem Winkel von 2" bis 10° zur Vertikalen verläuft.

Ein Neigungswinkel für die Wandung der Kokille im genannten Bereich gestattet es, jene nach erfolgter Schmelzung ohne Hindernis abzusenken und den Block aus seinem Bodenteil frei zu bekommen, der dann auf der oberen Stirnfläche des nun über den den Block formenden Bereich der Wandung der Kokille hervorstehenden Ansatzes zurückbleibt.

Bei einem Neigungswinkel für den oberen Bereich der Wandung der Kokille unter 2° kann die Kokille durch erstarrte Schlacke festgekeilt werden.

Bei Neigungswinkeln über 10° werden die Abmessungen des Oberteils der Kokille unvertretbar groß.
Nachstehend wird zur Erklärung der Erfindung eine Elektroschlackenumschmelzeinrichtung für großtonnagige Metallblöcke beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die Zeichnungen;

es zeigt

ίο F i g. i einen Schnitt durch die Einrichtung zu Beginn der Schmelzung,

F i g. 2 die gleiche Einrichtung wie in F i g. 1 am Ende der Schmelzung bei der Aufnahme des Blocks mit einem Kran zum späteren Abheben vom Ansatz des Untersatzes.

Die Elektroschmelzeinrichtung zur Herstellung von großtonnagigen Blöcken weist auf einer Unterlage 1 (Fig. 1 und 2) aufgestellte Vertikalsäulen 2 auf, an welchen ein Elektrodenhalter 3 (Fig. 1), getragen von oberen Querbalken 4 mit Durchgangsöffnung 5, befestigt ist. Im Elektrodenhalter 3 befestigt man Kopfteile 6 zur Zuführung von Strom zu den Abschmelzelektroden 7.

Untere Querbalken 8 tragen eine längs der Säulen 2 in der Höhe verstellbare, gekühlte Kokille 9, die auf einem gekühlten Untersatz 10 steht.

Die Kokille 9 ist mit einem durchgehenden Hohlraum 11 ausgeführt, der einen größeren Durchgangsquerschnitt im Bereich des Schlackenbades 12, als im Bereich der Formung des Metallblocks 13 aufweist.

Den Durchgangsquerschnitt im Formungsbereich für

den Block 13 wählt man möglichst nahezu gleich der Querschnittsfläche einer bzw. dem Gesamtquerschnitt mehrerer gleichzeitig umzuschmelzender Abschmelzelektroden 7. Der Hohlraum ist im Schlackenbadbereich der Kokille 9 nach oben hin aufgeweitet ausgeführt, derart, daß die den Hohlraum in diesem Ikreich begrenzende Wandung 14 (F i g. 2) der Kokille 9 und die Vertikale einen Winkel <x einschließen, der zwischen 2

und 10° liegt.

An der Arbeitsoberfläche des Untersatzes 10 ist ein gekühlter Vertikalansatz 15 ausgeführt, der von unten in den Hohlraum 11 der Kokille 9 hineingeht und einen Boden für diesen zu Beginn der Schmelzung bildet. Im Spalt zwischen dem Ansatz 15 und der Wandung im Unterbereich 16 der Kokille 9 ist eine Asbestdichtung 17 eingelegt.

Der Ansatz 15 hat eine Höhe H, welche die Höhe h der Wandung der Kokille 9 im den Metallblock 15 formenden Unterbereich 16 übertrifft, und einen Querschnitt, welches es gestattet, die Kokille 9 bis auf eine Höhe abzusenken, bei der der den Metallblock 1 \ formende Wandungsbereich 16 der Kokilk 9 unter tier oberen Stirnfläche des Ansatzes 15 liegt. Die bevorzugte Höhe /Y des Ansatzes 15 sollte das 1,05- bis l,2fache der Höhe Λ des den Metallblocks 13 formenden unteren Wandungsbereichs 16 der Kokille 9 betragen. Zur Verstellung der Kokille 9 ist ein Antrieb (in den Zeichnungen weggelassen) für die Vertikalbewegting vorgesehen. Die Einrichtung kann mehrere Elektrodenhalter 3 (F ig. 1) besitzen.

Der fertig geschmolzene Metallblock Π kann mittels Greifzange 18 (Fig. 2) eines hallenkrans (in ilen Zeichnungen weggelassen) aus der Kokille 9 entfernt werden.

Die Elektrodenschlackenumschmelzeinrichiung /ur Herstellung von großtonnagigen Blöcken arbeitet wie folgt.

Zu Beginn der Schmelzung ist die Kokille (Fig. 1) auf dem Untersatz 10 derart aufgestellt, daß der Ansatz 15 teilweise in den unteren Teil des Hohlraums U der gekühlten Kokille 9 hineingeht. Dabei liegt die obere Stirnfläche des Ansatzes 15 mit einem für die Ausbildung des Bodenteils des Metallblocks 13 hinnreichcnd großen Abstand unter dem den Block formenden Wandungsbereich 16. In den Spalt zwischen Ansatz 15 und Unterbereich 16 der Wandung der Kokille 9 legt man eine Asbestdichtung 17 ein.

In den Hohlraum 11 der Kokille 9 füllt man geschmolzene Schlacke ein und bildet somit ein Schlackenbad 12, in das die Abschmelzelektroden 7 eintauchen. Dann werden die Abschmelzelektroden 7 (die Stromquelle ist in den Zeichnungen weggelassen) an Spannung gelegt. Strom fließt zwischen den Abschmelzelektroden 7 im Schlackenbad 12 oder zwischen den Abschmelzelektroden und dem Ansatz 15 des Untersatzes 10 (je nach der Anschaltung der Abschmelzelektroden an die Stromquelle), wobei sich Wärme entwickelt und das Schlackenbad 12 bis auf die Schmelztemperatur der Abschmelzelektroden 7 erhitzt wird. Das flüssige Metall gelangt auf die obere Stirnfläche des Ansatzes 15, kühlt sich ab und erstarrt.

Nach erfolgter Ausbildung des Bodenteils des Metallblocks 13, die im Raum unter der Wandung des Unterbereichs 16 der Kokille 9 geschieht, wird der letzlere unter Einfluß einer (in den Zeichnungen weggelassenen) Antriebs, formschlüssig, verbunden mit den unteren Querbalken 8, nach oben bewegt. Die Kokille 9 wird jeweils so weit gehoben, als notwendig ist, um den Stand der Schmelze bei immer neu anfallendem flüssigem Metall stets in der Nähe der oberen Stirnfläche des unteren Wandungsbereichs 16 der Kokille 9 zu hallen.

Nach Einschmelzen der Abschmclzelektroden 7 (bis auf die kurzen Elektrodenreste an den Inventarteilen 6) schalten maⁿ den Strom aus und hört mit dem Heben der Kokille 9 auf. Danach wird die Schlacke aus dem Oberteil 14 der Kokille 9 abgelassen und werden die Reste der Abschmelzelektroden samt den Kopftcilen 6 vom Eletrodenhalter 3 entfernt.

Da der Metallblock 13 sich abkühlt, schrumpft er zusammen, und dies gestattet es, die Kokille (F i g. 2) auf den Untersatz 10 in seine untere Endstellung abzusenken, bei welcher der Ansatz 15 aus dem Hohlraum 11 der Kokille 9 herversteht. Um den Metaüblock 13 vom Ansatz herunterzuholen, senkt man durch die von den oberen Querbalken 4 frei gelassene Durchgangsöffnung 5 die Greifzange 18 eines Krans, die den Metallblock 13 aufnimmt und wegträgt.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kann man anstelle der vier Meter langen Kopfteile wie sie bei der bekannten Einrichtung vorgesehen sind, zwei Meter lange Kopfteile verwenden. Dies mindert wesentlich die Gesamtlänge der stromführenden Kopfteile und Abschmelzelektroden und setzt den Wirkwiderstand und die Induktivität der Umschmelzeinrichtung herab.

In Zusammenhang damit wird auch der Spannungsabfall über den Kopfleilen sowie der Wärmeverlust durch diese beim Stromdurchfluß geringer.

Außerdem kann die Einrichtung aus einer Stromquelle niedrigerer Leistung gespeist werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuncen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektroschlackenumschmelzeinrichtung zur Herstellung von großtonnagigen Metallblöcken durch Abschmelzen selbstverzehrender Elektroden mit einer in der Höhe verstellbaren, gekühlten, unten offenen Kokille, deren Querschnitt im Bereich des Schlackenbades größer als derjenige im Bereich der Metallblockformung ist, und einem gekühlten Untersatz für die Kokille, die einen von unten in die Kokille hineingehenden und zu Beginn des Umschmelzens den Boden bildenden, gekühlten vertikalen Ansatz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (15) des Untersatzes (10), der sich zu Beginn der Umschmelzung in den Hohlraum (11) der Kokille (9) nur zum Teil hinein erstreckt, eine Höhe (H) besitzt, die die Höhe (h) des den Metallblocks (13) formenden Bereichs (16) der Kokille (9) übertrifft, und einen Querschnitt hat, der es ermöglicht, die Kokille (9) bis auf eine Höhe abzusenken, bei welcher der den Metallblock (13) formende Bereich (16) der Kokille (9) unter der oberen Stirnfläche des Ansatzes (15) liegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) des Ansatzes (15) das 1,05- bis l,2fache derjenigen (h)des den Metallblock

(13) formenden Bereichs (16) der Kokille (9) beträgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (U) der Kokille (9) im Bereich des Schlackenbades (12) nach oben hin aufgeweitet ausgeführt ist, derart, daß die diesen oberen Bereich (14) der Kokille (9) begrenzende Wandung unter einem Winkel von 2° bis 10° zur Vertikalen verläuft.