DE2746256B2 - Ringförmige Kokille für Anlagen zum Elektroschlacke-Umschmelzen bzw. Auftragschweißen von Metallen - Google Patents
Ringförmige Kokille für Anlagen zum Elektroschlacke-Umschmelzen bzw. Auftragschweißen von MetallenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine ringförmige Kokille für Anlagen zum Elektroschlackeumschmelzen
bzw. Auftragschweißen von Metallen, die eine Stromzuführung aufweist, die die Funktion einer der Elektroden
der Anlage zum Elektroschlackeumschmelzen und Auftragschweißen von Metallen erfüllt
Aus der GB-PS 9 65 426 ist eine Kokille für Anlagen zum Elektroschlackeumschmelzen bekannt, die eine im
Querschnitt ringförmige Kokillenwand und eine Stromzuführung zum Anschluß dieser Kokillenwand an eine
Stromquelle enthält Die Kokillenwand ist hohl ausgeführt und dem Hohlraum wird Kühlflüssigkeit
(Wasser) zugeführt
Bei Vorhandensein eines Untersatzes, auf den die Kokillenwand aufgestellt wird, kann die letztere in einer
Anlage zum Elektroschlackeumschmelzen und Auftragschweißen von Metallen verwendet werden, die
eine Stromquelle enthält, an die eine über der Kokille angeordnete Abschmelzelektrode und die Wand der
Kokille, die die Funktion der zweiten Elektrode erfüllt, angeschlossen sind.
Vor dem Betriebsbeginn der Anlage wird in der
Kokille ein Schlackenbad erzeugt. Beim Stromdurchfluß von der Abschmelzelektrode zur Wand der Kokille wird
die flüssige Schlacke erhitzt, und sie schmilzt das Metall der Elektrode nieder, das auf den Untersatz herunterfließt
Dabei wird das Schlackenbad ungleichmäßig erwärmt, was ein ungleichmäßiges Durchwärmen und
Abkühlen des Metalls bedingt und zur Bildung von Fehlern im Gefüge des Gußblocks bzw. der aufgeschweißten
Schicht führt
Ein diese Ungleichmäßigkeit beseitigendes Durchmischen des Schlackenbades und des mit diesem in
Berührung stehenden Metalls wird durch eine Kokille dieser Konstruktion nicht gewährleistet, obwohl beim
Stromdurchfluß durch die Wand der Kokille infolge des Zusammenwirkens ihres elektromagnetischen Feldes
und des elektromagnetischen Feldes des Schlackenbades im letzteren örtliche Bewegungserscheinungen
auftreten können. Diese Bewegungserscheinungen tragen aber einen chaotischen Charakter, lassen sich
nicht erfassen und steuern, so daß man einen stabilen Effekt des Ausgleichs der Temperatur des Bands und
des Gefüges des zu gewinnenden Metalls nicht erreichen kann. Daher ist zum Erzielen des gewünschten
Effektes die Verwendung von zusätzlichen Mitteln, beispielsweise eines Induktors erforderlich, der hinsichtlich
der Kokille konzentrisch aufgestellt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kokille für eine Anlage zum Elektroschlackeumschmelzen
bzw. Auftragschweißen von Metallen zu schaffen, in der durch spezielle konstruktive Ausführung der
des Schlackenbades gewährleistet wird.
'5 der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß die Kokillenwand einen mit einem
daß die Kokillenwand in der Höhe in elektrisch gegeneinander isolierte Sektionen geteilt ist, und daß
die Stromzuführung zur Kokillenwand an die obere Sektion angeschlossen ist und der mit dem Elektroisolierstoff
gefüllte Schlitz in der Höhe dieser Sektion ausgeführt ist, und daß der Untersatz eine Stromzuführung
zum Anschluß an die Stromquelle besitzt und die andere Elektrode der Anlage zum Elektrcschlackeumschmelzen
bzw. Auftragschweißen von Metallen bildet Die durch die erfindungsgemäße konstruktive Ausführung
der Kokille erreichte Drehung der schmelzflüssigen Schlacke ruft wie noch im einzelnen näher
erläutert wird, ein Durchmischen des mit der Schlacke in
Berührung stehenden Metalls hervor, was zum Temperaturausgleich längs der Wandkreislinie beiträgt und
den Verschleiß der Kokillenwand durch Verhinderung der Bildung von sichtbaren Mikrobögen an der Grenze
mit der Schlacke vermindert
Ferner wird der Grad der Metallreinigung von schädlichen Beimengungen beim Durchmischen höher
und die Wärmeübergangszahl von der Schlacke zu der aufzuschweißenden Oberfläche und dem niederzuschmelzenden
Stoff größer, wodurch die Leistungsfähigkeit des Prozesses steigt
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Kokille in einer Anlage zum Elektroschlackeumschmelzen
bzw. Auftragschweißen von Metallen entfällt die
konstruktive Ausführung der Anlagen im Ganzen sehr einfach.
von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kokille zum Elektroschlackeumschmelzen
bzw. Auftragschweißen von Metallen im Diametralschnitt,
F i g. 2 einen Teil der erfindungsgemäßen Kokille in axonometrischer Darstellung,
Fig.3 ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Kokille zum Elektroschlackeumschmelzen und Auftragschweißen von Metallen,
Fig.4 eine schematische Darstellung einer Anlage
zum Elektroschlackeumschmelzen bzw. Auftragschweißen von Metallen, in der die in F i g. 1 gezeigte Kokille
verwendet wird,
Fig.5 eine schematische Darstellung einer Anlage
zum Elektroschlackeumschmelzen bzw. Auftragschweißen von Metallen, in der die in F i g. 3 gezeigte Kokille
verwendet wird.
F i g. 6a, b eine schematische Darstellung der elektrischen
und magnetischen Kraftlinien im Schlackenbad einer Anlage zum Elektroschlackeumschmelzen bzw.
Auftragschweißen von Metallen, bei der die erfindungsgemäße Kokille verwendet wird.
Die erfindungsgemäße Kokille für eine Anlage zum Elektroschlackeumschmelzen und Auftragschweißen
von Metallen umfaßt einen Untersatz 1 (Fig. 1) und
eine darauf aufgestellte im Querschnitt ringförmige Kokillen w£ id Z Die Kokillen wand 2 ist für die
Zuführung einer Kühlflüssigkeit hohl ausgeführt (Rohrleitungen für ihre Zuführung sind in den Zeichnungen
nicht dargestellt). An die Kokillenwand 2 ist eine Stromzuführung 3 angeschlossen.
Zur Stabilisierung des Stromdurchflusses längs der gesamten Kreislinie der Kokille ist in der Wand 2 in
ihrer gesamten Höhe ein radial angeordneter, mit einem Elektroisolierstoff 5, beispielsweise Asbest bzw. Glimmer,
gefüllter Schlitz 4 (F i g. 1,2) vorgesehen.
F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem die Kokillenwand 2 in der Höhe in mehrere
Sektionen geteilt ist In diesem Fall sind die angrenzenden Sektionen 6 und 7,7 und 8 durch Zwischenlagen 9,
beispielsweise aus Asbest bzw. Glimmer, gegeneinander isoliert, wobei der mit Elektroisoliersloff 5 gefüllte
Schlitz 4 nur in der mit der Stromzuführung 3 versehenen Sektion 6 ausgeführt ist Der Untersatz ist
mit einer Stromzuführung 10 versehen.
Fig.4 zeigt die Anlage zum Elektroschlackeumschmelzen
bzw. Auftragschweißen, in der die in F i $. 1
dargestellte Kokille 1 verwendet wird.
Die Stromzuführung 3 zur Kokille 11 ist an eine Stromquelle 12 angeschlossen, die durch eine weitere
Stromzuführung 13 mit einer Abschmelzelektrode 14 verbunden ist
Die in F i g. 5 dargestellte Anlage zum Elektroschlakkeumschmelzen
und Auftragschweißen von Metallen enthält eine Kokille 15 gemäß dem in F i g. 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel.
Die durch die Stromzuführung 3 mit der Stromquelle «0
12 verbundene Sektion 6 der Kokille 15 erfüllt die Funktion einer ersten nichtabschmelzenden Elektrode.
Als zweite nichtabschmelzende Elektrode dient der durch die Stromzuführung 10 mit der Stromquelle 12
verbundene Untersatz 1. Über der Kokille 15 ist ein Speiser 16 für Legierungsstoff angebracht
Bei der in F i g. 4 gezeigten Anlage erhitzt der von der Elektrode 14 zum Untersatz 1 der Kokille 11 fließende
Strom das Schlackenbad 17, das das Metall der Elektrode 14 niederschmilzt Das geschmolzene Metall
fließt auf den Untersatz 1 bzw. beim Auftragschweißen auf das (in der Zeichnung nicht dargestellte) Werkstück,
das auf dem Untersatz vorher angeordnet wird.
Bei der in Fig.5 dargestellten Anlage wird das
Schlackenbad 17 von dem durch die Sektion 6 der Kokille zum Untersatz 1 fließenden Strom erhitzt Die
Schlacke schmilzt den durch den Speiser 16 zugeführten Legierungsstoff 18 nieder der auf den Untersatz 1 bzw.
das auf diesem angeordnete Werkstück herunterfließt
In beiden Fällen ist der Elektroschlackeprozeß von f>o
einer Drehung des Schlackenbads begleitet die wie folgt näher erläutert wird.
Der Schlitz 4 isoliert durch den Elektroisolierstoff 5 elektrisch die Wand 2 (Fig. 1) bzw. die Sektion 6
(F i g. 3) und stabilisiert den Stromdurchfluß längs einer Kreislinie, wodurch die Wand der Kokille bzw. ihre
Sektion in einen Einwicklungsinduktor verwandelt wird, der in den Schmelz- bzw. Schweißstromkreis in Reihe
eingeschaltet ist (die Stromrichtung ist in Fig. 6 durch Volumen angedeutet). Die in Fig.6 dargestellten
Varianten a und b entsprechen verschiedenen Wechselstromhaibperioden.
Die Kraftlinien des Magnetfeldes, das die stromzuführende Sektion der Kokille umgibt (in
F i g. 6 sind sie durch Strichlinien mit Pfeilen dargestellt) treten mit den Magnetfeldern der einzelnen Kraftlinien
des Schmelz- bzw. Schweißstroms im Inneren des Schlackenbads 17, das einen Leiter mit Ionenleitfähigkeit
darstellt, in Zusammenwirkung (in F i g. 6 sind diese Linien durch radial gerichtete Volünien mit Pfeilen
dargestellt). In der in Fig.4 gezeigten Anlage, bei der
der Elektrode 14 und der Wand 2 der Kokille 11 ein Gleichstrom zugeführt wird, stimmt die tatsächliche
Richtung der angegebenen Kraftlinien ungefähr mit der in F i g. 6a dargesteiften überein.
In der in Fig.5 gezeigten Anlage ist die Richtung
dieser Kraftlinien fast vertikal.
Die im Schlackenbad 17 um die erwähnten Stromkraftlinien entstehenden magnetischen Kraftlinien (die
in Fig.6 auch durch Strichlinien angedeutet sind) stimmen an der einen Seite der Stromkraftlinien in der
Richtung mit den magnetischen die stromzuführende Sektion der Kokille umgebenden, Kraftlinien überein,
während sie an der anderen Seite in entgegengesetzter Richtung wirken. Infolge der sich dadurch ergebenden
Addition und Subtraktion der magnetischen Kraftlinien im Inneren des Schlackenbads 17 entstehen abwechselnde
Bereiche mit unterschiedlicher magnetischer Feldstärke (in Fig.6 sind die Bereiche mit erhöhter
magnetischer Feldstärke durch Punkte angedeutet). Durch den Effekt des Ausgleichs der Feldstärke
entstehen ponderomotorische Kräfte, die eine Drehung des Schlackenbads 17 hervorrufen. Wie aus der
Gegenüberstellung der Fig.6a und 6b ersichtlich ist hängt die Drehrichtung von der Flußrichtung des
Schmelz- bzw. Schweißstroms nicht ab. Die stabile Drehung des Schlackenbads 17 erfolgt somit beim
Anlegen sowohl eines Gleich-, als auch eines Wechselstroms. Die Drehgeschwindigkeit hängt von der Stärke
des durchfließenden Stroms, den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Schlacke und den Abmessungen
der Kokille ab.
Unter Einwirkung der ponderomotorischen Kräfte wird die Drehbewegung des Schlackenbads durch die
Reibung zwischen der Schlacke und dem flüssigen Metall auf das Metallbad 19 übertragen.
Die Drehung begünstigt die gleichmäßige Temperaturverteilung über das gesamte Volumen des Schlackenbads
17 und der Metallschmelze. Dadurch wird die Gefahr der Bildung von Mikrobogen an der Grenze
zwischen der Schlacke und der Oberfläche der Kokille, die zu deren erhöhtem und ungleichmäßigen Verschleiß
führt beseitigt
Weiterhin intensiviert das Durchmischen der Schlakke die Metallreinigung von schädlichen Beimengungen
und Einschlüssen (zum Beispiel, Schwefel, Phosphor und andere) und führt zu einer bedeutenden (30% und mehr)
Vergrößerung der Abschmelzleistung und somit zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Elektroschlackeprozesses.
Die erfindungsgemäße Kokille ist konstruktiv einfach ausgeführt und da sie in sich die Funktionen der
eigentlichen Kokille, einer nichtabschmelzenden Elektrode und eines Induktors vereinigt, ermöglicht es ihre
Verwendung, die konstruktive Ausführung der Anlagen zum Elektroschlackeumschmelzen und Auftragschweißen
von Metallen zu vereinfachen.
Claims (2)
1. Ringförmige Kokille für Anlagen zum Elektroschlackeumschmelzen
bzw. Auftragschweißen von Metallen, die eine Stromzuführung aufweist, die die
Funktion einer der Elektroden der Anlage zum Elektroschlackeumschmelzen und Auftragschweißen
von Metallen erfüllt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kokillenwand (2) einen mit einem Elektroisolierstoff (5) gefüllten vertikalen
Schlitz (4) aufweist
2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenwand (2) in der Höhe in
elektrisch gegeneinander isolierte Sektionen (6,7,8)
geteilt ist, und daß die Stromzuführung (3) zur Kokillenwand (2) an die obere Sektion (6) angeschlossen
ist und der mit dem Elektroisolierstoff (5) gefüllte Schlitz (4) in der Höhe dieser Sektion (6)
ausgeführt ist, und daß der Untersatz (1) eine Stromzuführung (10) zum Anschluß an die Stromquelle
besitzt und die andere Elektrode der Anlage zum Elektroschlackeumschmelzen bzw. Auftragschweißen
von Metallen bildet
Priority Applications (1)
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DE19772746256 DE2746256C3 (de) | 1977-10-14 | 1977-10-14 | Ringförmige Kokille für Anlagen zum Elektroschlacke-Umschmelzen bzw. Auftragschweißen von Metallen |
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DE19772746256 DE2746256C3 (de) | 1977-10-14 | 1977-10-14 | Ringförmige Kokille für Anlagen zum Elektroschlacke-Umschmelzen bzw. Auftragschweißen von Metallen |
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DE2746256C3 DE2746256C3 (de) | 1981-08-13 |
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ID=6021460
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Country Status (1)
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DE1162094B (de) * | 1961-09-19 | 1964-01-30 | Paton Inst Fuer Elektroschweis | Verfahren und Vorrichtung zum Elektro-Schlacken-Umschmelzen von Metallen und Legierungen |
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GB1391258A (en) * | 1971-04-27 | 1975-04-16 | Ass Elect Ind | Electroslag moulds |
IT1040998B (it) * | 1975-07-23 | 1979-12-20 | Centro Speriment Metallurg | Materozza per la produzione di lingotti fusi sotto elettroscoria |
-
1977
- 1977-10-14 DE DE19772746256 patent/DE2746256C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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