DE2746256C3

DE2746256C3 - Ringförmige Kokille für Anlagen zum Elektroschlacke-Umschmelzen bzw. Auftragschweißen von Metallen

Info

Publication number: DE2746256C3
Application number: DE19772746256
Authority: DE
Inventors: Isidor I. Frumin
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: 1977-10-14
Filing date: 1977-10-14
Publication date: 1981-08-13
Also published as: DE2746256A1; DE2746256B2

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 Ausfüarung der Kokiilenwand eine stabile einseitig gerichtete Drehung des Schlackenbades gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird bei einer ringförmigen Kokille der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kokillenwand einen mit einem Elektroisolierstoff gefüllten vertikalen Schlitz aufweist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht dabei darin, 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 Elektroschlackeumschmelzen 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 Elektroschlackeumschmel-

^4Γ> zen bzw. Auftragschweißen von Metallen entfällt die Notwendigkeit eines Induktors; infolgedessen ist die konstruktive Ausführung der Anlagen im Ganzen sehr einfach.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand

⁵<» 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,

Fig. 2 einen Teil der erfindungsgemäßen Kokille in axonometrischer Darstellung,

F i g. 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 Fig. 1 gezeigte Kokille verwendet wird,

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer Anlage zum Elektroschlackeumschmelzen bzw. Auftragschweißen von Metallen, in der die in Fi 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 Kokillenwand 2. Die Kokillenwand 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 Elektroisolierstoff 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 g. 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 Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiel.

Die durch die Stromzuführung 3 mit der Stromquelle -to 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 clen Speiser 16 zugeführten Legierungsstoff 18 nieder de>- auf den Untersatz 1 bzw. das auf diesem angeordnete Werkstück herunterfließt.

In beiden Fällen ist der l-lektroschlackeprozeß von einer Drehung des Schlackenbads begleitet, die wie folgt näher t-rläutert wird.

Der Schlitz 4 isoliert durch den Elektroisolierstoff 5 elektrisch die Wand 2 (Fig. i) 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 Einwicklungisinduktor verwandelt wird, der in den Schmelz- bzw. Sdiweißstromkreis in Reihe eingeschaltet ist (die Stromi ichtung ist in F i g. 6 durch Volumen angedeutet). Die in Fig.6 dargestellten Varianten a und b entsprechen verschiedenen Wechselstromhalbperioden. Die Kraftlinien des Magnetfeldes, das die stromzuführende Sektion der Kokille umgibt (in F i g. 6 sind sie durch Strichünien 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 Volumen mit Pfeilen dargestellt). In der in F i g. 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 dargestellten überein.

bi 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 F i g. 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 dadurcn ergebenden Addition und Subtrak*ion 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 Flußrichiung 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 physikaiisch-ehemischen 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 Elektrodfi und eines Induktors vereinigt, ermöglicht es ihre Verwendung, die konstruktive Ausführung der Anlagen zum Elektroschlackeumschmelzen und Auftragschweißen von Metallen zu vereinfachen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

ί. 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.