DE2816569C2

DE2816569C2 - Verfahren zur Herstellung von mit Boden versehenen hohlen metallischen Gußstücken zur Bildung von Behältern o.dgl.

Info

Publication number: DE2816569C2
Application number: DE2816569A
Authority: DE
Inventors: Anatolij D. &Scaron;danov Donezkaja oblast' &Ccaron;epurnoj; Jurij P. &Scaron;tanko; Viktor L. Artamonov; Aleksej G. Boga&ccaron;enko; Georgij E. Moskva Cukanov; Boris B. Fedorovskij; Ilja I. Kiev Kumy&scaron;; Aleksandr M. Mar&ccaron;enko; Boris I. Kiev Medovar; Boris E. Paton; Vladimir J. Kiev Saenko; Gennadij M. Moskva Semin-Vadov; Grigorij A. Tima&scaron;ov
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: 1977-09-22
Filing date: 1978-04-17
Publication date: 1984-04-26
Also published as: GB1602268A; SE7803782L; FR2403853A1; JPS5447824A; IT1105576B; ATA236378A; YU84778A; CA1120521A; AT381885B; FR2403853B1; SE440321B; US4177058A; CS209655B1; DE2816569A1; IT7841573A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von mit Boden versehenen hohlen metallisehen Gußstücken zur Bildung von Behältern oder dergleichen, bei dem ein Teil des für das Gußstück erforderlichen Metalls durch Elektroschlacke-Umschmelzen von mindestens einer Abschmelzelektrode im Schlackenbad eines Schmelzgefäßes hergestellt wird, während der andere Teil des für das Gußstück erforderlichen Metalls gesondert vorbereitet und in dasselbe Schmelzgefäß eingegossen wird.

Aus der DE-AS 12 80 506 ist ein Metallblock-Gießverfahren bekannt, bei dem das Metall nach dem Unterschlackengießverfahren in die Kokille gegossen wird, wobei die Schlacke vor dem Eingießen des flüssigen Metalls mittels stromführender Elektroden vermöge ihres elektrischen Widerstandes unmittelbar in der Kokille geschmolzen und das Metall während der Erstarrung mittels derselben Elektroden erwärmt oder zugespeist wird. Damit soll auch bei großer Blocklänge ein dichtes Makrogefüge ohne axiale Fehler gewährleistet werden.

Aus der DE-OS 24 30 961 ist eine Anlage zum Elektroschlacken-Erschmelzen eines hohlen Metallblockes bekannt, in der eine selbstverzehrende Hohlelektrode mit mindestens einem in Längsrichtung verlaufenden durchgehenden Schlitz verwendet wird, der in Breite und Länge so bemessen ist, daß in ihn eine seitliche Dornhaltcrung unter Beibehaltung eines Spielraumes eintreten kann.

Aus der DLi-AS 2109 882 ist ein Verfahren zum

60 Herstellen von kompliziert gestalteten großen Metallwerkstücken und eine Kokille zum Erschmelzen eines Teils dieses Werkstückes bekannt, bei dem die Teile des zukünftigen Werkstückes durch Anschmelzen verbunden werden, wobei die anzuschmelzenden Teile derartig in bezug auf die Kokille angeordnet werden, daß ihre anzuschmelzenden Abschnitte in den Schmelzraum der Kokille ragen, während der andere Teil in dieser Kokille durch Umschmelzen eines Metallrohlings erzeugt wird, der teilweise in ein in der Kokille geschaffenes Schlackenbad eingetaucht wird, durch das elektrischer Strom geleitet wird, der im Bad Wärme entwickelt, die zum Schmelzen des Rohlings und zum Anschmelzen der Werkstückteile an den in der Kokille erschmolzenen Teil ausreichend ist Dieses Verfahren erfordert die vorherige Herstellung der anzuschmelzenden Teile in gesonderten Gießformen, deren Entnahme aus diesen Gießformen, anschließende Reinigung und Einsetzen in die Kokille zum Anschmelzen zur Herstellung von kompliziert gestalteten großen Metallwerkstücken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von mit einem Boden versehenen Hohlkörpern anzugeben, bei dem praktisch ohne Unterbrechung des Gießvorganges im Anschluß an die Bodenherstellung der Hohlkörper nach dem Elektroschlackeumschmelzverfahren hergestellt werden kanr.

Dies wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Gattung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zur Bildung des Bodens 80 bis 120% der Masse des für den Boden erforderlichen Metalls ins Schmelzgefäß eingegossen und der Hohlteil des metallischen Gußstükkes in an sich bekannter Weise mittels Elektroschlacke-Umschmelzen von Abschmelzelektroden geformt wird.

Durch die Bildung des Bodens nach dem Gießverfahren kann dieser mit der für den dünnen schnell erstarrenden Boden erforderlichen hohen Eingießgeschwindigkeit hergestellt werden, während zur Bildung des Hohlraumes das eine hohe Metallgüte in der fertigen Struktur gewährleistende Elektroschlackeumschmelzverfahren angewendet werden kann, wobei der Übergang der beiden Gießstufen fast nahtlos erfolgen kann. Dabei ist es gleichzeitig möglich, beispielsweise bei hoch beanspruchten Gefäßen für den Boden entsprechend seiner höheren Fläche hochfestere Legierungen zu verwenden, oder wenn der Boden beispielsweise bei der Herstellung von hochfesten Rohren bei der Verformung verloren geht, diesen Boden aus einem weniger teuren und immer wieder leicht umzuschmelzenden Legierung herzustellen.

Vorteilhaft wird das tür die Bildung des Bodens gesondert vorbereitete flüssige Metall gleichzeitig mit der zur Bildung eines Schlackenbades für das Elektroschlacke-Umschmelzen erforderlichen flüssigen Schmelzschlacke ins Schmelzgefäß eingegossen.

Dies erfolgt vorzugsweise in der Weise, daß die flüssige Schlacke oder das Metal! in einem Strahl ins Schmelzgefäß eingegossen werden.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Metall ins Schmelzgefäß oberhalb eines dort angeordneten Keimbildners eingegossen, wobei die Gesamtmasse des Keimbildners und des eingegossenen Metalls 80 bis 120% der fur den Boden benötigten Masse ausmacht.

Die Begrenzung der eingegossenen Metalimenge. gegebenenfalls einschließlich der Masse des Keimbildners, ist dadurch bedingt, daß bei einer Masse von weniger als 80% der Bodenmasse es nicht gelingt, im

entsprechenden Bereich des Schmelzgefäßes normale Temperaturbedingungen zum Erzeugen einer Bodenoberfläche mit genügender Qualität durch das Elektroschlacke-Umschmelzen zu schaffen, während bei über 120% eingegossener Metallmasse, gegebenenfalls einschließlich Keimbildnermasse, eine Gefahr des Verkeilens des Dorns beim Abkühlen des eingegossenen Metalls besteht.

Die Verwendung eines Keimbildners ist für das Metallblockgießen aus der DE-AS 12 RO 506 an sich to bekannt.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 schematisch den Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 einen Schnitt H-II in F i g. 1,

F i g. 3 bis 6 schematisch verschiedene Ausführungsformen von mit Boden versehenen Gußstücken,

Fig. 7 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines Keimbildners,

Fig.8 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die den gleichzeitigen Einguß von Schlacke und Gießmetall veranschaulicht,

Fig. 9 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit 2 Meßwandlern für das Bodenmetall und Wandmetall und

Fig. !0 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die im Untersatz Kanäle für eine Gaszuführung aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von mit Boden versehenen hohlen metallischen Gußstücken zur Bildung von Behältern oder derglei- ^ chen wird wie folgt durchgeführt.

80 bis 12O°/o der Masse des für den Boden erforderlichen Metalls wird nach einem bekannten Verfahren in einem Metallschmelzaggregat, beispielsweise in einem Siemens-Martin-Ofen, Induktionsofen, Elektroschlackeofen oder Sauerstoffkonverter auf Gießtemperatur gebracht. Es wird auch die für anschließende Elektroschlackeumschmelzen erforderliche Elektroschlackenrnenge erschmolzen. Wenn an das Metall des Gußstückes erhöhte Forderungen bezüglich ⁴⁾ des Gehaltes an Schwefel und nichtmetallischen Einschlüssen gestellt werden, wird das flüssige Metall ins Schmelzgefäß nach dem Eingießen der flüssigen Schlacke dorthin eingegossen. Es kann auch das Eingießen des flüssigen Metalls gleichzeitig mit dem *>" Eingießen der flüssigen Schlacke vorgenommen werden. Die letztere hat eine raffinierende Wirkung auf das Metall, das eingegossen wird. Zur Verlängerung der Zeitdauer der Berührung zwischen dem Metall und der Schlacke sowie zum Schutz des Metalls gegen Oxidation können das flüssige Metall jnd die flüssige Schlacke in einem Strahl ins Schmelzgefäß gegeben werden.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zum Herstellen von mit Boden versehenen hohlen metallischen Gußstücken enthält einen feststehenden Untersatz 1 f>o (Fig. 1). eine Kokille 2, die auf einem Wagen 3 angeordne: ist. der an der \ ertikalen Säule 4 längs dieser verschiebbar montiert ist. einen mit der Kokille 2 fest verbundenen Dorn 5 und einen auf einem oberen Wagen 7 angeordneten und an der gleichen vertikalen Säule 4 längs dieser ve; schiebbar angeordneten Elektrodenhalter 6.

Der feststehende Untersatz 1 ist uls eine auf einem Wagen 8 angeordnete Platte ausgebildet Der Wagen 8 bleibt während des Elektroschlackenprozesses unbeweglich und dient zum Herausfahren des fertigen Guiistückes.

Eine im Oberteil des feststehenden Untersatzes 1 angeordnete Arbeitsfläche 9 dient zum Formen der äußeren Oberfläche des GuSstückbodens und hat entsprechende Form und Abmessungen.

Die Kokille 2 besitzt Wände 10, die einen durchgehenden Innenraum bilden. In der unteren Stellung der Kokille 2 ist dieser Innenraum von unten durch die Arbeitsfläche 9 des feststehenden Untersatzes 1 begrenzt Die Kokille 2 bildet zusammen mit dem feststehenden Untersatz 1 ein Schmelzgefäß 11 zum Formen des unteren Gußstückteils.

Der feststehende Untersatz 1 und die Kokille 2 sind kühlbar ausgeführt und haben entsprechende Kanäle 12 (Fig. 1, 2), die mit dem in der Zeichnung nicht dargesiellten System der Zuführung der Kühlflüssigkeit verbunden sind.

Der an einer Seite der vertikalen Säule 4 die Kokille 2 tragende Wagen 3, (Fig. 1), weist einen Mechanismus 13 zur Senkrechtbewegung auf, der daran an der anderen Seite der gleichen Säule angeordnet ist und einen bekannten elektromechanischen oder einen beliebigen anderen bekannten Antrieb bildet.

Der Dorn 5 ist mit einem Flansch 14 für seine starre Befestigung an der Kokille 2 versehen und weist einen formenden Teil 15 auf, der in den Innenraum der Kokille hineingeht und zum Formen des inneren Hohlraumes des Gußstückes dient.

In Abhängigkeit von der Form des Gußstückbodens kann sich der untere Punkt des formenden Teils 15 des Domes 5 über (Fig. 3, 4), unter (Fig. 5) der unteren Stirnfläche der Kokille 2 bzw. in einer Höhe mit dieser (Fig.6) befinden. Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, entspricht der Fall, bei dem sich der angegebene Teil des Dorns 5 über der unteren Stirnfläche der Kokille 2 befindet, der Form eines mit flachen feststehenden Untersatz 1 geformten flachen Gußstückbodens.

Für Gußstückböden mit innerer und äußerer Formfläche sind die Ausführungsbeispiele der Vorrichtung vorgesehen, bei denen die Arbei fläche 9 im feststehenden Untersatz 1 eine Vertiefung bildet, indem sie ein Teil der Oberfläche ist, die die äußere Fläche des Gußstückbodens (Fig. 4) formt, bzw. eine solche Oberfläche (Fig-5) ganz bildet. Für Böden mit innerer Formfläche und rechteckiger äußerer Oberfläche dient das in F i g. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung. Dabei bildet die Arbeitsfläche 9 des feststehenden Untersatzes 1 eine Vertiefung, und der untere Punkt des formenden Teils 15 des Dorns 5 liegt in Höhe der unleren Stirnfläche der Kokille 2.

Der Dorn 5 (Fig. 1) ist kühlbar ausgeführt und hat einen mit einem System der Zuführung von Kühlflüssigkeit verbundenen Innenraum. Der den Elektrodenhalter an der einen Seite der vertikalen Säule 4 tragende obere Wagen 7 ist mit einem Mechanismus 16 zum Verstellen der Elektroden versehen, die daran an der anderen Seite der gleichen Säule montiert ist. Die Einrichtung 16 zum Verstellen der Elektroden ist konstruktiv dem Mechanismus 1-3 zur Senkrechtbewegung ähnlich ausgeführt, kann aber auch auf eine beliebige andere bekannte Weise ausgebildet sein.

Der Elektrodenhalter 6 dient zur Befestigung einiger abschmclzbarcr Vollstabclektrodcn 17 bzw. einer Abschmelzelektrode 18 (mit Vollqucrschnitt bzw. in Form eines Rohrs, letztere ist in F i i^T- 7 ι»ρ7γ'ριϊ

Die Vorrichtung enthalt weiter eine Einrichtung 19 zum Eingießen des flüssigen Metalls und der flüssigen Schlacke, die einen Kanal 20 aufweist, der in der Wand 10 der Kokille 2 ausgebildet ist. Der Kanal 20 ist zwischen den Kühlkanälen 12 (Fig. 2) ausgeführt und steht am Eingang mit der Rinne 21 zur Leitung des Strahls, der eingegossen wird (F ig. 1), in Verbindung.

Es ist auch möglich, daß die Einrichtung 19 zwei Kanäle 20 (Fig. 8) aufweist, von denen der eine in diesem Fall zum Eingießen des flüssigen Metalls und der andere zum Eingießen der flüssigen Schlacke dient. In diesem Falle sind entsprechend zwei Rinnen 21 vorgesehen.

In der Wand 10 (Fig. 2) der Kokille 2 ist ein Meßgeber 22 für den Stand des flüssigen Metalls angebracht. Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist der Meßgeber 22 für den Stand des flüssigen Metalls in einem Abstand na« von der unteren Stirnfläche der Kokille 2 angeordnet, der mit dem vorgegebenen Stand des eingegossenen flüssigen Metalls in der Kokille 2 übereinstimmt, wenn diese sich in der unteren Stellung befindet und sich gegen den feststehenden Untersatz 1 abstützt.

Der Meßgeber 22 ist auf elektrischem Wege (bzw. auf eine andere bekannte Weise) mit dem Mechanismus 13 zur Senkrechtbewegung verbunden.

Für Gußstücke, deren Boden im feststehenden Untersatz 1 vollständig geformt wird, sind die Funktionen der Messung des Standes des eingegossenen Metalls und der Steuerung des gemeinsamen Versteilens der Kokille 2 und des Domes 5 zwischen dem im feststehenden Untersatz 1 angeordneten Meßwandler 23 (Fig. 9) und dem in der Wand 10 der Kokille angebrachten Meßgeber 22 verteilt.

In Fig. 1 der Zeichnung ist in der Stellung des Eingießens eine Gießpfanne 24 zum gemeinsamen Eingießen des flüssigen Metalls und der flüssigen Schlacke veranschaulicht, die eine Gießschnauze 25 zur Leitung des Strahls hat. Die Gießschnauze 25 ist von einem Ringkollektor 26 umfaßt, dessen Innenraum mit einem (in der Zeichnung nicht gezeigten) System der Zuführung neutralen Gases verbunden ist. Mit dem gleichen Innenraum stehen auch Rohre 27 in Verbindung, die an der Stirnseite des Ringkollektors 26, die der Seite der Anordnung der Gießpfanne gegenüberliegt, angebracht sind. Der Ringkollektor 26 ist an der Gießpfanne 24 in einem solchen Winkel starr befestigt, daß bei der Neigung dieser Gießpfanne zum Eingießen der flüssigen Schlacke und des flüssigen Metalls die Rohre 27 zum Strahl geneigt sind, der eingegossen wird.

Fig. 10 zeigt eine Vorrichtung, deren feststehender Untersatz eine an seinem Umfang angebrachte Reihe von Pfropfen 28 hat. In den Pfropfen 28 sind horizontal durchgehende Kanäle 29 für die Zuführung von Gas in den Teil des Schmelzgefäßes 11 ausgeführt, der von der Vertiefung der Arbeitsfläche 9 des feststehenden Untersatzes 1 gebildet ist.

Das Verfahren zum Herstellen von mit Boden versehenen Gußstücken wird mit diesen Vorrichtungen wie folgt durchgeführt.

Flüssiges Metall, dessen chemische Zusammensetzung der des Gußstückbodens entspricht, wird in einem Metallschmelzaggregat, beispielsweise in einem offenen Lichtbogenofen vorbereitet. Im gleichen Aggregat wird nach einem der bekannten Verfahren ein Schlackenbad bereitet und flüssige Schlacke hergestellt, die sich zur Anwendung im nachstehend behandelten Elektroschlackenprozeß eignet.

Das vorbereitete flüssige Metall 30 (Fig. I) und die flüssige Schlacke 31 werden ins .Schmelzgefäß 1 durch die Rinne 21 und den Kanal 20 in der Wand 10 der sich in der unteren Stellung befindlichen und sich gegen den feststehenden Untersatz 1 abstützenden Kokille 2 eingegossen.

Das Eingießen erfolgt entweder unmittelbar aus dem Metallschmelzaggregat, falls dessen konstruktive Ausführung und Maße es zulassen (wenn dies beispielsweise ι« ein kleiner Lichtbogenofen ist), oder, wie in Fig. I veranschaulicht ist, mit Hilfe der Gießpfanne 24, in die die flüssige Schlacke und das flüssige Metall zuvor eingegossen werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des beschriebenen Verfahrens wird der Strahl des flüssigen Metalls und der flüssigen Schlacke durch Abblasen mit einem neutralen Gas, beispielsweise Argon, geschützt, indem das Gas über einen Ringkollektor 26 und mit seinem Innenraum verbundene Rohre 27 dem Strahl zugeführt wird. Die Menge des flüssigen Metalls 30, das eingegossen wird, wird im Bereich von 80 bis 120% der Masse des Gußstückbodens je nach seiner Form gewählt,

So wird, beispielsweise, eine Menge des flüssigen Metalls, die nahe der unteren Grenze des angegebenen Bereiches liegt, bevorzugt für Gußstücke mit sich abwärts verjüngendem Boden gewählt, der in der Vertiefung geformt wird, die von der Arbeitsfläche 9 des feststehenden Untersatzes 1 mit Hilfe des Domes 5 gebildet wird, dessen formender Teil 15 in diese Vertiefung hineingeht (s. beispielsweise Fig. 9), wobei er über den Bereich der unteren Stirnfläche der Kokille 2 hervortritt. Eine nahe der oberen Grenze des angegebenen Bereiches liegende Menge des flüssigen Metalls, das eingegossen wird, wird bevorzugt für Gußstücke mit flachem Boden gewählt (ein Ausführungsbeispiel mit einem dieser Gußstückform entsprechenden Dorn und Untersatz ist in Fig. 3 veranschaulicht). Wird die angegebene obere Grenze überschritten, entsteht die Gefahr des Verkeilens des Doms durch das erstarrende eingegossene Metall. Das Eingießen des Metalls in einer Menge, die geringer als 80% der Bodenmetallmasse ist, kann dazu führen, daß beim nachfolgenden Umschmelzen der Abschmelze-Elektroden 17 zum Bilden des übrigen Teils des Gußstückes das Metall in der Mitte des unteren Teils des Schmelzgefäßes 11 sich nicht ausreichend durchwärmt, wie es zum Erhalten einer genügenden inneren Oberfläche des Bodens erforderlich ist.

Der Stand des Metalls, das eingegossen wird, wird mit einem in der Wand 10 der Kokille 2 angeordnetem Meßwandler 22 in dem Fall kontrolliert, daß dieser Stand außerhalb des Bereiches des feststehenden Untersatzes 1 liegt.

Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Eingießen des flüssigen Metalls in einer Menge durchgeführt wird, die geringer als die Bodenmasse (Fig.9) ist, erfolgt die Kontrolle des Standes des flüssigen Metalls, das eingegossen wird, durch einen im feststehenden Untersatz 1 in einer entsprechenden Höhe angeordneten Meßwandler 23. Bei strengen Forderungen bezüglich des Gehaltes an Gasen, Schwefel und nichtmetallischen Einschlüssen im Metall des Gußstückbodens wird das Metall, das eingegossen wird, mit Argon bzw. einem Gemisch aus Argon und Sauerstoff durchgeblasen, wobei das Verblasen mit einem Untersatz 1 vorgenommen wird, dessen konstruktive Gestaltung aus F i g. 10 ersichtlich ist
In den unteren von der Vertiefung der Arbeitsfläche 9

des feststehenden Untersatzes 1 gebildeten Teil des Schmelzgefäßes 11 gelangt dabei Gas durch die mit einem entsprechenden System der Gaszuführung in Verbindung stehenden Kanäle 29 der Pfropfen 28.

Die Menge der flüssigen Schlacke 31, die ins Schmelzgefäß 11 der Vorrichtung zum Herstellen eines hohlen Gußstücks eingegossen wird, wird so gewählt, daß sie mit dem Volumen des Schlackenbades übereinstimmt, das für einen stabilen Gang des nachstehend beschriebenen Elektroschlackenprozesses und einen optimalen Verbrauch an Elektroenergie während dieses Prozesses ausreichend ist.

Nach dem Eingießen des flüssigen Metalls und der flüssigen Schlacke ins Schmelzgefäß 11 (F i g. 1) beginnt im Schiackenbad dieses Gefäßes ein bekannter Eiektroschlackenprozeß des Umschmelzens der Abschmelzelektroden 17. Die chemische Zusammensetzung dieser Elektroden entspricht dem Teil des Gußstückes, der aus dem erstarrenden Metall geformt werden soll. Die Masse der Abschmelzelektroden 17 soll fürs Formen des angegebenen restlichen Gußstückteils ausreichend sein.

Auf das Signal des Meßgebers 22 (F i g. 1, 2) beginnt das Anheben der Kokille 2 zusammen mit dem Dorn 5 und mit Hilfe des sich längs der vertikalen Säule 4 bewegenden Antriebswagens 3.

Der Meßgeber 22 gewährleistet eine Übereinstimmung zwischen der Hubgeschwindigkeit und der Kristallisationsgeschwindigkeil des sich infolge des Elektroschlackenumschmelzens der Abschmelzelektroden bildender Gußstückmetallteils.

Die Bewegung wird nach der Beendigung des Eiektroschiackenprozesses unterbrochen, sobald der Dorn 5 unterhalb des Bereiches des erstarrenden Metalls ist.

Im Maße des Umschmelzens der Abschmelzelektroden 17 bewegt sich der obere Antriebswagen 7 mit dem Elektrodenhalter 6 längs der gleichen vertikalen Säule 4.

Bei Notwendigkeit kann der Elektroschlackenprozeß mit Verblasen durchgeführt werden, indem zu diesem Zweck Pfropfen in den Wänden 10 der (in der Zeichnung nicht gezeigten) Kokille 2 benutzt werden, die den Pfropfen 28 mit den Kanälen 29 ähnlich sind.

Fig. 7 der Zeichnung veranschaulicht eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, dessen Besonderheit darin besteht, daß das vorbereitete flüssige Metall zusammen mit der flüssigen Schlacke ins Schmelzgefäß 11 auf einen im feststehenden Untersatz 1 liegenden Keimbildner 32 gegossen werden. Der Keimbildner 32 ist als Stück festen Metalls ausgebildet.

Wie aus F i g. 7 ersichtlich ist, wird hierbei eine der Stromleitungen der Stromversorgungsquelle an den feststehenden Untersatz ί angeschlossen. Bei solcher Schaltung entsteht ohne den Keimbildner 32 zwischen dem eingegossenen Metall und dem feststehenden Untersatz 1 ein durch das Vorhandensein der Schlakkenausfutterung auf der Oberfläche des feststehenden Untersatzes 1 bedingter Punktkontakt Dabei wird hohe Stromdichte erzeugt, woraus eine Überhitzung und das Erschmelzen des Untersatzes an der Kontaktstelle resultieren können.

Der auf dem feststehenden Untersatz liegende Keimbildner 32 verhindert die Bildung einer Schlackenschicht an seiner Oberfläche, indem mit dem Metall, das eingegossen wird, ein direkter Kontakt und folglich die günstigsten Bedingungen für den Stromfluß gewährleistet werden.

Während dieses Eingießens und des nachstehend beschriebenen Elektroschlackenprozesses wird der Kcimbildner 32 an den übrigen Teil des Gußstückes angeschweißt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Masse des flüssigen Metalls, das eingegossen wird, mit Rücksicht darauf gewählt, daß zusammen mit der Masse des Keimbildners 32 die Menge des ins Schmelzgefäß 11 vor dem Beginn des Elektroschlackenprozesses gelangenden Metalls im Bereich von 80 bis 120% der Masse des

ίο Gußstückbodens bleibt, wie auch im Falle der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne Keimbildner.

Der Keimbildner 32 kann insbesondere als ein Teil des Gußstückbodens ausgebildet sein und unabhängig vom Einschaltschema der Vorrichtung benutzt werden.

Es sei hervorgehoben, daß das vorstehend behandelte

Verfahren zum Herstellen von hohlen Gußstücken mit einem Boden auch unter Benutzung einer Vorrichtung mit einer anderen konstruktiven Ausführung, als vorstehend beschrieben wurde, durchgeführt werden kann. Insbesondere kann eine Kokille solcher konstruktiven Ausführung ortsfest ausgeführt sein. Eine Bedingung der erfolgreichen Durchführung dieses Verfahrens ist in allen Fällen jedoch die Beweglichkeit des Dorns.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Herstellen von hohlen Metallgußstücken mit Boden benutzt werden, die als Rohlinge bei der Produktion von Rohren durch Ziehen mit darauffolgendem Entfernen des Bodens zur Anwendung gelangen. In einigen Fällen und insbesondere dann, wenn die Rohre eine besondere Bestimmung haben und aus teuerem Metall hergestellt werden, können die Böden der Rohlinge vorteilhaft aus einem anderen in der Regel billigeren Metall hergestellt werden.

J5 Das eine gesonderte Vorbereitung des flüssigen Metalls für den Boden der Gußstücke vorsehende Verfahren eignet sich zum Herstellen derartiger Gußstücke besonders gut. Dabei stimmt die Zusammensetzung des flüssigen Metalls, das vorbereitet wird, mit

■to der Zusammensetzung des Metalls des Gußstückbodens und die Zusammensetzung der Abschmelzelektroden mit der vorgegebenen Zusammensetzung des Metalls des übrigen Teils dieses Gußstückes überein.

Zum besseren Verständnis des Wesens der beschriebenen Verfahren zum Herstellen von mit Boden versehenen hohlen metallischen Gußstücken sind nachstehend Beispiele angegeben.

Beispiel 1

Es wurde ein hohles Gußstück mit einem Boden fiacher Form aus Stahl mit einem Gehalt an Kohlenstoff bis 0,15; an Mangan bis 1,0 und an Chrom bis 1% erschmolzen. Außenmaße des Gußstück: Außendurchmesser 650 mm; Länge 2000 mm; Wandstärke 100 mm; Bodenstärke 150 mm.

Flüssiger Stahl wurde im Elektroschlackeofen unter der Schlacke des Systems CaF₂ - Al₂O₃ erzeugt.

Der flüssige Stahl und die flüssige Schlacke wurden in

eine Gießpfanne 24 (Fig. 1) zusammengegossen, mit der sie danach ins Schrnelzgefäß 11 vergossen wurden, dabei betrug die Masse des Strahls 400 kg, was 120% der Masse des Gußstückbodens ausmachte.

Zum Schutz des Stahls gegen Oxidation wurde der

Strahl des flüssigen Metalls und der flüssigen Schlacke mit Argon abgeblasen. Der eingegossene Stahl wurde im feststehenden Untersatz 1 mit einem Gemisch aus Argon und Sauerstoff verblasen.

Der Schmelzvorgang wurde mit abschmelzbaren

Vollstabelektroden 17 geführt, das Anheben der Kokille 2 und des Dorns 5 begann vom Zeitpunkt der Beendigung des Eingießens, der vom Meßgeber 22 für den Stand des flüssigen Metalls fixiert wurde.

Die Oberfläche des hergestellten Gußstücks wies keine Wellen und Auswüchse auf, das Metall war chemisch homogen, Schlackenteilchen wurden im Metall nicht festgestellt. Der Gehalt an Wasserstoff lag unter 0,00025%; an Schwefel bei 0,004%; an nichtmetallischen Einschlüssen bei 0,006%

Beispiel 2

Es wurde ein hohles Gußstück mit einem Boden sphärischer Form aus Stahl der gleichen Zusammensetzung wie im Beispiel 1 im Schmelzverfahren hergestellt. Der Außendurchmesser des Rohlings betrug 650 mm; die Länge 2000 mm; die Wand- und die Bodenstärke 100 mm.

Der flüssige Stahl wurde im Induktionsofen, die flüssige Schlacke des Systems CaF₂-CaO-AI₂O₃-SiO₂-im Schlackenschmelzaggregat hergestellt.

Das flüssige Metall und die flüssige Schlacke wurden aus dem Induktionsofen und dem Schlackenschmelzaggregat in eine Gießpfanne 24 (F i g. 1) gegossen, mit der sie darauf ins Schmelzgefäß 11 der Vorrichtung zum Herstellen eines hohlen Gußstücks mit Boden eingegossen wurden. Die Masse des eingegossenen Stahls betrug 330 kg, was 105% der Masse des Gußstückbodens ausmachte. Der Schmelzvorgang wurde wie im Beispiel 1 geführt.

Die Oberfläche des hergestellten Gußstücks hatte keine Wellen und Auswüchse, das Metall war chemisch homogen, im Metall wurden keine Schlackenteilchen festgestellt.

Der Gehalt an Wasserstoff lag unter 0,0003%; an Schwefel bei 0,0004%; an nichtmetallischen Einschlüssen bei 0,005%.

Beispiel 3

Es wurde ein hohles Gußstück mit einem Boden in Form eines Kegelstumpfs aus Stahl der gleichen Zusammensetzung wie nach dem Schmelzverfahren des Beispiels 1 hergestellt mit einer Vorrichtung gemäß Fig.9. Der Außendurchmesser des Gußstückes betrug 650 mm; die Länge 2000 mm; die Wandstärke 100 mm und die Bodenstärke 150 mm.

Der flüssige Stahl wurde im Induktionsofen erzeugt. Die flüssige Schlacke des Systems CaF-CaO-Al₂O₃-SiO₂ wurde im Schlackenschmelzaggregat erzeugt. Zunächst wurde ins Schmelzgefäß 11 die flüssige Schlacke und dann der flüssige Stahl eingegossen.

Die Masse des eingegossenen Stahls betrug 240 kg, was 80% der Masse des Bodens des Rohlings ausmachte.

Der Schmelzvorgang wurde mit abschmelzbaren Vollstabelektroden geführt, das Anheben der Kokille 2 und des Doms 5 begann vom Zeitpunkt der Beendigung des Eingießens, der vom Meßgeber 22 für den Stand des flüssigen Metalls festgestellt wurde.

Die Qualität der Oberfläche des hergestellten Gußstücks war genügend, keine Wellen, Eingüsse wurden festgestellt Der Gehalt an Wasserstoff lag unter 0,0003%; an Schwefel bei 0,003%; an nichtmetallischen Einschlüssen bei 0,004%.

Beispiel 4

Es wurde ein hohles Gußstück mit Formboden aus Stahl mit einem Gehalt an Kohlenstoff bis 0,20%, Mangan bis !%, Nickel bis 1% und Molybdän bis 0,05% hergestellt mit einer Vorrichtung gemäß F i g. 7.

Der Außendurchmesser des Gußstückes betrug 900 mm; die Länge 2500 mm; die Wandstärke 150 mm und die Bodenstärke im Mittenteil 250 mm.

Der flüssige Stahl wurde im Induktionsofen, die flüssige Schlacke des Systems CaF.>-CaO-Al;Oj im Schlackenschmelzaggregat vorbereitet.

Der flüssige Stahl und die flüssige Schlacke wurden in ίο die Gießpfanne 24 (F i g. 1) gegossen.

Auf den feststehenden Untersatz 1 wurde ein Keimbildner 32 (Fig. 7) mit einer Masse von 480 kg gelegt, was 60% der Bodenmasse ausmachte.

Oberhalb des Keimbildners 32 wurden aus der Gießpfanne 24 (Fig. 1) flüssige Schlacke und flüssiger Stahl ins Schmelzgefäß 11 eingegossen, dabei betrug die Masse des eingegossenen Stahls 400 kg, was 50% der Bodenmasse ausmachte. Der Schmelzvorgang wurde mit einer abschmelzbaren Rohrelektrode 18 (Fig. 7) durchgeführt. Das Anheben der Kokille 2 bekann auf das Signal des Meßgebers für den Stand des flüssigen Metalls, der so wie der Meßwandler 22 in Fig. 1 angebracht war.

Die Oberfläche des hergestellten Gußstücks war gut, ohne Wellen und Auswüchse. Reste des Stoßes zwischen dem Keimbildner 32 und dem übrigen Teil des Gußstücks wurden nicht festgestellt.

Der Gehalt an Wasserstoff im Metall des Gußstücks lag unter 0,0003%; an Schwefel bei 0,004%; an nichtmetallischen Einschlüssen bei 0.005%.

Beispiel 5

Es wurde ein Gußstück mit einem flachen Boden aus zwei verschiedenen Stählen hergestellt. Der Stahl des J5 Bodens hatte eine folgende Zusammensetzung:

Kohlenstoff bis 0.20%: Silizium bis 0.30%; Mangan bis 0,60%, was normalem mittelgekohltem Stahl entsprach.

Der Stahl der Wände hatte eine folgende Zusammensetzung:

•Ό Kohlenstoff bis 0,15%: Chrom bis 18%; Nickel bis 12%; Silizium bis 4%: Titan bis 0.5%; Aluminium bis 0.5%.

Die Maße des Gußstücks waren wie folgt:
Außendurchmesser 650 mm. Länge 2000 mm, Wandstärke 100 mm, Bodenstärke 150 mm.
•»5 Der flüssige Stahl der zuerst angegebenen Zusammensetzungen wurde im Lichtbogenofen unter Schlacke des Systems CaF₂-AI₂O₃ vorbereitet.

Der flüssige Stahl und die flüssige Schlacke wurden unmittelbar aus dem Lichtbogenofen ins Schmelzgefäß 11 eingegossen, dabei betrug die Masse des eingegossenen Stahls 335 kg, was 100% der Masse des Gußstückbodens ausmachte. Der Schmelzvorgang wurde mit abschmelzbaren Vollstabelektroden durchgeführt, deren Zusammensetzung mit der Zusammensetzung des zweiten vorstehend angeführten Stahls übereinstimmte.

Das Gußstück wurde sodann als Rohling bei der Produktion von Rohren durch Ziehen mit nachfolgendem Entfernen des Bodens benutzt

Im Vergleich zu den Herstellungskosten eines Rohlings, der vollkommen aus dem zweiten angegebenen Stahl gegossen ist, verminderten sich die Herstellungskosten des auf die beschriebene Weise hergestellten Rohlings um 14%.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung von Rohren, dickwandigen Gefäßen und anderen Gegenständen verwendbar. Es gestattet es, Metallgußstücke herzustellen, deren Teile aus verschiedenen Metallen ausgeführt sind.

Dies Verfahren gewährleistet eine hohe Güte der hergestellten Gußstücke und weist eine bessere Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu dem bisherigen Verfahren, bei dem Zuschweißen von fertigen Formelementen zum übrigen im Elektroschlackenverfahren hergestellten Teil erfolgt.

Im Vergleich mit dem bekannten Elektroschlackenverfahren zum Herstellen von mit Boden versehenen hohlen metallischen Gußstücken ist das erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlicher infolge:
der geringeren Kosten der Arbeitsgänge, der Vorbereitung und des Eingießens des flüssigen Metalls des Bodens ins Schmelzgefäß im Vergleich zum Herstellen einer gleichen Metallmenge im Elektroschlackenverfah-

ren; der geringeren Kosten der Abschmelzelektroden durch Verringerung ihrer Masse um die Masse des Metalls, das eingegossen wird; der größeren Leistungsfähigkeit des Verfahrens durch die höhere Geschwindigkeit des Eingießens und die Möglichkeit der Vorbereitung mit entsprechender Ausrüstung von flüssigem Metall und flüssiger Schlacke für ein weiteres Gußstück gleichzeitig mit der Hersteilung eines Gußstücks nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Die Ausbeute an brauchbarer Produktion beim Herstellen von mit Boden versehenen hohlen metallischen Gußstücken beträgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Durchschnitt 80%.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von mit Boden versehenen hohlen metallischen Gußstücken zur Bildung von Behältern oder dergleichen, bei dem ein Teil des für das Gußstück erforderlichen Metalls durch Elektroschlacke-Umschmelzen von mindestens einer Abschmelzelektrode im Schlackenbad eines Schmelzgefäßes hergestellt wird, während der andere Teil des für das Gußstück erforderlichen Metalls gesondert vorbereitet und in dasselbe Schmelzgefäß eingegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Bodens 80 bis 12C% der Masse des für den Boden erforderlichen Metalls ins Schmelzgefäß eingegossen und der Hohlteil des metallischen Gußstückes in an sich bekznnter Weise mittels Elektroschlacke-Umschmelzen von Abschmelzelektroden geformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Bildung des Bodens gesondert vorbereitete flüssige Metall gleichzeitig mit der zur Bildung eines Schlackenbades für das Elektroschlacke-Umschmelzen erforderlichen flüssigen Schlacke ins Schmelzgefäß eingegossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Schlacke und das Metall in einem Strahl ins Schmelzgefäß eingegossen werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ins Schmelzgefäß oberhalb eines dort angeordneten Keimbildners eingegossen wird, wobei die Gesamtmasse des Keimbildners und des eingegossenen Metalls 80 bis 120% der für den Boden benötigten Masse ausmacht.

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