DE2807845C3 - Kokille zum Elektroschlackeumschmelzen von Metallen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kokille zum Elektroschlackeumschmelzen von Metallen, deren den Hohlraum für das Schlacken- und Metallbad und den erstarrenden Gußblock bildende Wand mindestens eine Einlage enthält, die in einer Bohrung angeordnet ist, die mit dem Kokillenhohlraum in Verbindung steht und durchgehende Kanäle zum Gaszuführen zum Anordnungsbereich des Schlackenbades besitzt.

Bei einer Kokille dieser Art, wie sie aus der BE-PS 39 436 bekannt ist, besteht die Einlage aus einem porösen schwerschmelzenden Material. Die Herstellung eines solchen Materials, dessen Poren möglichst klein sein sollten, um kleine Bläschen zu erhalten, ist schwierig und die erreichte Entgasung nicht intensiv genug, da mit dem Einsatz nur ein Teil des Randes des Schlackenbades bespült wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kokille zum Elektroschlackeumschmelzen von Metallen anzugeben, deren konstruktive Ausführung ein wirkungsvolles Blasen der schmelzflussigen Schlacke im Anordnungsbereich des Schlackenbades mit einer Vielzahl von kleinen Bläschen gewährleistet und die einfach herzustellen ist.

Dies wird bei einer Kokille der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die durchgehenden Kanäle an der Grenzfläche der Einlage und der Bohrungswand mittels durchgehender Längsnuten gebildet sind, die mindestens an einer der aneinander anliegenden Oberflächen ausgeführt und durch die andere begrenzt sind.

Die Nuten können durch Hobeln bzw. Rändeln ausgeführt werden, d. h. durch einfachere Arbeitsgänge, als Bohren bzw. elektroerosive Bearbeitung sehr kleiner

•ο Bohrungen. Das vermindert den Arbeitsaufwand bei der Herstellung der Kokille bedeutend. Der kleinste Querschnitt der Kanäle ist dabei praktisch durch die Herstellungstechnologie nicht eingeschränkt und wird nur durch die Durchsatzfähigkeit bestimmt Das trägt

• 5 zur bedeutenden Verfeinerung der Bläschen des Einblasegases bei, und gewährleistet bei gleich großem Verbrauch eine Steigerung der Effektivität des Blasens der schmelzflüssigen Schlacke.

Wenn es notwendig ist, kann der Gasverbrauch vergrößert und die Effektivität des Blasens durch die Herstellung von zusätzlichen Kanälen zum Gaszuführen zum Anordnungsbereich des Schiackenbades zusätzlich erhöht werden. Dazu ist es zweckmäßig, wenn die Einlage aus konzentrisch ineinander angeordneten Teilen zusammensetzbar ausgeführt ist, wobei mindestens an einer der aneinandergrenzenden Oberflächen Längsnuten ausgeführt werden, die durch die andere angrenzende Oberfläche begrenzt sind.
Es ist zweckmäßig, wenn die Tiefe und die Breite jeder Nut im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm liegt, und der Kleinstabstand zwischen ihren gleichnamigen Kanten mindestens deren fünffache Breite beträgt.

Werden die Querschnitte der Nuten kleiner, als durch die angegebenen Maße bedingt, gewählt, vergrößert sich die Wahrscheinlichkeit ihrer Verstopfung, und der erforderliche Gasbetriebsdruck steigt stark an. Eine Überschreitung der genannten Maße der Nuten und eine Verminderung des Abstandes zwischen diesen im Vergleich zu dem angegebenen führt dazu, daß beim

«o Einblasen von Gas ins Schlackenbau -,ich verhältnismäßig große Blasen bilden, was die Effektivität des Blasvorganges herabsetzt.

Zur Erleichterung des Einbaus und des Auswechselns der Einlagen sowie der zu diesen gehörenden Teile ist es vorteilhaft, deren Verbindungsoberflächen kegelförmig, sich in Richtung zum Hohlraum der Kokille verjüngend auszuführen.

Versuchsweise wurde festgestellt, daß die optimale Konizität dieser Oberflächen im Bereich von '/ioo bis Vio liegt. Bei einer kleineren Konizität sind Verkeilungen der Einlage möglich, während bei einer größeren die Wahrscheinlichkeit einer Vergrößerung der Blasen d?s Einbtasegases, infolge der Fokussierung der Strahlen steigt.

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert, in diesen zeigt

Fig. 1 die Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Kokille zum Elektroschlackenunschmelzen von Metallen,

Fig.2 einen Schnitt nach der Linie U-Il durch die in F i g. 1 gezeigte Kokille,

Fi g. 3 die Gesamtansicht einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Kokille mit ei.ier zusammensetzbaren Einlage,

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV durch die in F i g. 3 gezeigte Kokille.
Die Kokille zum Elektroschlackenumschmelzen von

Metallen hat eine im Querschnitt geschlossene Wand ! (Fig. 1), die den Hohlraum für das Schlacken- und Metallbad und für den erstarrenden GuBblock bildet. In der Zeichnung sind deren Anordnungsbereiche in dem Hohlraum der Kokille durch dünne Linien begrenzt und entsprechend durch die Ziffern 2,3,4 bezeichnet

In der Wand 1 sind Längskanäle 5 für den Umlauf einer Kühlflüssigkeit ausgeführt Zwischen diesen sind auf der Höhe des Anordnungsbereiches 2 des Schlackenbade., eine bzw. mehrere Bohrungen 6 vorgesehen, in der jeweils eine Einlage 7 angeordnet ist. Die mit der Wand der Bohrung 6 verbundene Außenoberfläche der Einlage 7 hat durchgehende Längsnuten 8 halbrunder bzw. beliebig anderer geometrischer Form. Jede außen durch die Wand der '⁵ Bohrung 6 begrenzte Nut 8 bildet einen durchgehenden Kanal zum Gaszuführen zum Anordnungsbereich 2 des Schlackenbades.

Es sei erwähnt, daß die Bohrung 6 mit der Einlage 7 an der Grenze der Bereiche 2 und 3 angeordnet werden kann, so daß ein Teil der Kanäle zum Gaszuführen mit dem Änordnungsbereich des Metaiibades in Verbindung steht und das durch diese strömende Gas unmittelbar auf das schmelzflüssige Metall einwirkt Die Maße jeder Nut 8 werden entsprechend der Bedingung der maximalen Effektivität der Behandlung der schmelzflüssigen Schlacke durch das Einblasegas, ausgewählt Eine solche Bedingung ist die Zuführung des Gases zum Anordnungsbereich des Schlackenbades in Form von kleinen Blasen, die sich nicht vereinigen, ^o Diese Bedingung kann eingehalten werden, wenn die Breite und die Tiefe jeder Nut 8 0,05 bis 0,5 mm beträgt, wobei der Abstand »a« zwischen den gleichnamigen Kanten jedes Paares benachbarter Nuten 8 mindestens die fünffache Breite jeder Nut 8 beträgt.

Bei der Ausführung der Nuten mit kleineren Maßen, als angegeben, vergrößert sich stark die Wahrscheinlichkeit ihrer Verstopfung. Das Blasen des Gases durch Kanäle mit einem so geringen Querschnitt erfordert eine Steigerung des Betriebsdrucks von Gas. Beim *o Blasen des Gases durch die Nuten 8, die eine Tiefe und eine Breite von über 0,5 mm aufweisen, vergrößert sich die Wahrscheinlichkeit der Bildung von groCen Blasen, deren Gesamtoberfläche für eine effektive Entfernung der schädlichen gasförmigen Beimischungen aus der Schlacke unzureichend ist. Große Blasen werden in dem Fall gebildet, wenn der Abstand »a<< geringer als die fünffache Breite der Nut 8 gewählt wird, da dabei eine Vereinigung mehrerer kleiner Bläschen stattfindet, die nah aneinander in den Hohlraum der Kokille gelangen.

Die Nuten 8 können durch Hobeln bzw. Rändeln hergestellt werden, was es gestattet, die Bearbeitung zu vereinfachen und den Querschnitt des Kanals für Gaszuführung im Vergleich zu analogen Kanälen in bekannten Einrichtungen, die eine Form von Bohrungen aufweisen und durch mechanisches Bohren bzw. Elektrofunkenbearbeitung ausgeführt sind, zu vermindern.

Obwohl eine Variante der Ausführung der erfindungsgemäßen Kokille möglich ist, in der die Nuten 8 in der Wand der Bohrung 6 ausgeführt sind und die Einlage 7 eine glatte Außenoberfläche aufweist, ist es offensichtlich, daß vom Standpunkt der Herstellungstechnologie dieser Baugruppe die beschriebene Ausführungsvariante zu bevorzugen ist.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt zylindrische Bohrung 6 und entsprechend eine zylindrische Einlage 7. Die Oberfläche der Wand del Bohrung 6 und die an dieser anliegende Oberfläche der Einlage 7 können auch kegelförmig, sich in der Richtung zum Hohlraum der Kokille verjüngend ausgeführt werden. Das gestattet es, die Einlage 7 beim eventuell erforderlichen Ersetzen aus der Bohrung 6 schnell herauszunehmen. Die Konizität dieser Oberflächen wird im Bereich von Vioo bis 1/10 mit Rücksicht darauf gewählt, daß einerseits ein Verkeilen der Einlage 7 und andererseits die Wahrscheinlichkeit einer Vereinigung einzelner Bläschen infolge einer Fokussierung der Strahlen des Einblasegases, vermieden werden.

Zum Zuführen des Gases zur Bohrung 6 ist in dieser mittels Gewinde ein Stutzen 9 (Fig. 1 und 3) angeordnet, der mit einem (in der Zeichnung nicht dargestellten) Gaszuführungssystem in Verbindung steht

F i g. 3 und 4 der Zeichnung zeigen eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Kokille, in der die Einlage 7 zusammensetzbar ausgeführt ist und konzentrisch angeordnet eine Stange 10 und zwei konzentrische Buchsen 11 und 12 enthält

Wie auch im vorstehend beschriebener- Ausführungsbeispiel hat die Einlage 7 an der Außenoberfläche, die im gegebenen Fall zur Buchse 12 gehört, durchgehende Längsnuten 8, die eine äußere ringförmige Reihe von Kanälen zum Gaszuführen bilden. Außerdem besitzt die Einlage 7 zwei weitere Reihen zusätzlicher Kanäle zum Gaszuführen, die durch an der Außenoberfläche der Stange 10 ausgeführte Nuten 13 und an der Außenoberfläche der Buchse 11 angeordneten Nuen 14 gebildet sind. Für die Maße, die Anordnung der Nuten und die geometrische Form ihrer miteinander in Verbindung stehenden Oberflächen gilt das, was im Zusammenhang mit den entsprechenden Parametern der Verbindung der Einlage 7 mit de·· Bohrung 6 der Wand 1 der in F i g. 1 gezeigten Kokille bereits gesagt wurde.

Im Prinzip kann sich die Anzahl der Buchsen in der Einlage 7 von der in F i g. 3 und 4 angegebenen sowohl nach unten als auch nach oben abweichen. Dabei können mindestens an einer der in Verbindung stehenden Oberflächen aller zu der Einlage 7 gehörenden Teile durchgehende Längsnuten von der beschriebenen Art ausgeführt sein. Aus den vorstehend erwähnten Gründen wird es bevorzugt, die Nuten jeweils am äußeren Umfang der in Verbindung stehenden Oberflächen auszuführen.

Das Vorhandensein von zusätzlichen Kanälen in der Kokille gestattet es, die dem Anordnungsbereich des Schlackenbades während einer Zeiteinheit zugeführte Gasmenge zu vergrößern und dadurch die Effektivität der Behandlung der schmelzflüssigen Schlacke mit Gas zu steigern.

Es ist zu berücksichtigen, daß die Maße der zu der Einla^i 7 gehörenden konzentrischen Teile durch die Forderung eingeschränkt sind, gemäß der der Kleinstabstand zwischen jjieichnamigen Kanten de,- benachbarten Nuten mindestens die fünffache Breite der Nut betragen soll. Diese Forderung gilt für den Abstand zwischen den Nuten sowohl in der tangentialen (a) Richtung, worauf bereits hingewiesen wurde, als auch in der radialen Richtung.

Die Kokille funktioniert wie folgt:

Nach der Herstellung des Schlackenbades und dem Einschalten der Stromversorgungsquelle wird das System zum Zuführen von Gas, beispielsweise Argon bzw. Argon-Sauerstoff-Gemisch eingeschaltet. Das Gas strömt durch den Stutzen 9 (Fig. 1) und die durch die Nuten 8 der Einlage 7 und die Wand der Bohrung 6

gebildeten durchgehenden Kanäle in den Raum der Kokille in Form von kleinen Bläschen. Die im Metall aufgelösten Gase diffundieren zur Oberfläche dieser Bläschen, wo ihr Partialdruck praktisch gleich Null ist, und werden zusammen mit diesen entfernt. Es ist klar, daß je größer die Gesamtoberfläche der Bläschen ist, desto effektiver die Reinigungswirkung des Gasblasens ist. Von diesem Standpunkt werden möglichst kleine Maße der Bläschen und eine verhältnismäßig große Anzahl bevorzugt.

In dem bevorzugten in Fig.3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel gelangt das Gas in den Hohlraum der Kokille durch Kanäle, die durch die Nuten 8, 1.3 und 14 in Kombination mit daran anliegenden Oberflächen

der Kopplungssteile gebildet sind. Die Anzahl dieser Kanäle ist bei gleicher Fläche des dem Anordnungsbereich der Einlage 7 entsprechenden Abschnitts der Wand 1 größer als in der vorstehend betrachteten Ausführungsvariante der Kokille.

Die Anwendung von Kokillen der erfindungsgemaßen konstruktiven Ausführung gestattet es, bei der Herstellung von Gußblöcken mit Abmessungen von 500x 1500 mm aus Baustählen im Verfahren des Elektroschlackenumschmelzens mit Blasen des Schlakkenbades mit einem Argon-Sauerstoff-Gemisch in einer Menge von 5 in¹ pro Tonne Gußblock Metall mit einem Wasserstoffgchalt von höchstens 0.00015% zu erhalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kokille zum Elektroschlackeumschmelzen von Metallen, deren den Hohlraum für das Schlacken- und Metallbad und den erstarrenden Gußblock bildende Wand mindestens eine Einlage enthält, die in einer Bohrung angeordnet ist, die mit dem Kokillenhohlraum in Verbindung steht und durchgehende Kanäle zum Gaszuführen zum Anordnungsbereich des Schlackenbades besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Kanäle an der Grenzfläche der Einlage (7) und der Bohrungswand mittels durchgehender Längsnuten (8) gebildet sind, die mindestens an einer der aneinander anliegenden Oberflächen ausgeführt und durch die andere begrenzt sind.

2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (7) aus konzentrisch ineinander angeordneten Teilen (10, II, 12) zusammensetzbar ausgefühn ist, wobei mindestens an einer der aneinanderiiegenden Flächen der Teiie (10, H und 11,12} durchgehende Längsnuten (13,14) ausgeführt sind, die durch die andere anliegende Oberfläche jeweils begrenzt sind, und zusätzliche Kanäle zum Gaszuführen zum Anordnungsbereich des Schlakkenbades bilden.

3. Kokille nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe und die Breite jeder Nut (8) bzw.(8,13,14) im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm liegen und der Kleinstabstand zwischen ihren gleichnamig ·π Kanten mindestens deren fünffache Breite beträgt

4. Kokille nach Anspruch I bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Verbindung stehenden Oberflächen kegelförmig, in kichtung zum Hohlraum verjüngend ausgeführt sind.

5. Kokille nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität der in Verbindung stehenden Oberflächen im Bereich von Vioo bis Vio liegt.