DE2831842A1 - Dorn fuer kokillen zum elektroumschmelzen von metallen zu hohlbloecken - Google Patents

Description

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LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504

5000 Köln - 51

" Dorn für Kokillen zum Elektroumschmelzen von Metallen zu Hohlblöcken "

Die Erfindung betrifft einen Dorn fur Kokillen zum Elektroumschmelzen von Metallen zu Hohl blöcken, insbesondere zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Abschmelzelektroden, mit einem Mantel, dessen äußere Abmessungen denen des Blockhohlraums entsprechen.

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Die Herstellung von Hohlblöcken durch das Elektroumschmelzen von Metallen, insbesondere durch das Elektroschlacke-Umschmelzen von Abschmelzelektroden, ist seit langem bekannt. Im Gegensatz zu dem Verfahren, einen massiven Guß- oder Schmelzblock herzustellen, hat das Hohlblockschmelzen den Vorteil einer nahezu restlosen Materialausnutzung_< und einer günstigen, d.h. weitgehend seigerungs- und lunkerfreien Gefügeausbildung bei feinem Korn. Der Grund hierfür liegt in den kurzen Abständen aller Volumenselemente des Hohlblocks zu den kühlenden Kokillenwänden, d.h. in einem günstigen Verhältnis der inneren und äußeren Hohlblockoberfläche zum Volumen des Hohlblocks. Für die Herstellung von Hohlkörpern wie Kesseln, Ringen oder Rohren wäre es daher wünschenswert, diese unmittelbar als Hohlkörper herzustellen.

Um die Ausbildung eines Hohlraums herbeizuführen, benötigt man innerhalb der Kokille einen sogenannten Dorn, der nach oder während der Herstellung des Hohlblocks aus diesem bzw. aus seinem bereits erstarrten Teil herausgezogen wird. Ein ganz erhebliches Problem ist hierbei die unvermeidbare Schrumpfung des Hohlblocks während seiner Abkühlung, die die Gefahr mit sich bringt, daß der Hohlblock auf dem Dorn festschrumpft.

Bei Umschmelzverfahren nach Art des Stranggiessens, bei denen sich eine Kokille mit einem darin befestigten Dorn relativ zum Hohlblock bewegt, besteht die Gefahr, daß der Dorn im Hohl block "einfriert", wodurch das gesamte Umschmelzverfahren zum Stillstand kommt und beendet werden muß. Bei Schmelzverfahren

+) und nachher zu lochen

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in einer Sta-nd kokille mit einem ortsfesten Dorn besteht die Gefahr, daß der Hohlblock so auf dem Dorn festschrumpft, daß dieser. zerstörungsfrei nicht mehr vom Block gelöst werden kann.

Um den vorstehend genannten Problemen auszuweichen, ist es bereits recht früh bekannt geworden, den Dorn aus Formsand herzustellen und nach dem Erstarren und Abkühlen des Hohlblocks durch Zerstören zu entfernen. Ein solcher Sandkern hat aber den Nachteil einer schlechten Wärmeleitung und damit einer ungünstigen Beeinflussung der Kornstruktur. Er ist aber insbesondere nicht resistent genug gegenüber dem Einfluß einer überhitzten Metallschmelze und insbesondere gegenüber dem Einfluß flüssiger Schlacke, welche die Tendenz hat, keramische Massen und damit auch Sandkerne aufzulösen.

Besonders gefahr!ich sind hierbei Einschlüsse von Formsand-Partikeln in den Hohlblock.

Es ist infolgedessen erforderlich, metallische Dorne einzusetzen, die notwendigerweise f1üssigkeitsgekühlt sein müssen. Um hierbei einem Festschrumpfen des Hohlblocks auf dem Dorn auszuweichen, hat man bereits versucht, dem äußeren Mantel des Dorns eine Wellen- oder Mäanderstruktur zu verleihen, die parallel zur Längsachse des Dorns verläuft, so daß sich in gewissem Umfange eine elastische Kompressibilität des Dorns ergibt. Hierbei entsteht aber notwendigerweise auf der Innenseite des Hohlblocks ein entsprechendes Wellenprofi 1 , wel ches nachfolgend durch einen umständlichen Be-

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arbeitungsvorgang wieder entfernt werden muß. Außerdem füllt der Hohlblock die Zwischenräume zwischen den Wellen des Dorns aus, so daß die radiale Kompressibilität größtenteils wieder verloren geht. Ein solcher Versuch hat also nicht zum Erfolg geführt.

Es hat weiterhin nicht an Versuchen gefehlt, nur die Oberfläche eines metallischen, wassergekühlten Dorns in radialer Richtung kompressibel zu gestalten. Zu diesem Zweck ist es bekannt geworden, die Dornoberfläche mit einer kompressiblen, anorganischen Schidit aus einem gut wärmel ei tfähigen Material zu überziehen, wobei offengeblieben ist, um welches Material es sich hierbei handelt.. Es ist bisher kein Material bekannt geworden, welches auch nur annähernd diesen Vorstellungen entspricht. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Natur eines solchen Stoffes eine gute Wärmeleitfähigkeit ausschließt. Außerdem werden - wie bereits weiter oben ausgeführt - nahezu alle keramischen Materialien von heißer, schmelzflüssiger Schlacke angegriffen, so daß ein derart beschichteter Dorn nicht einmal eine für eine einzige Schmelze ausreichende Standzeit hätte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dorn der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, dessen äußere Oberfläche der Form des Blockhohlraums entspricht, und der auch noch nach einem Festschrumpfen des Hohlblocks auf dem Dorn aus dem Hohlblock entfernt werden kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs be-

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schriebenen Dorn erfindungsgemäß dadurch, da3 der Mantel auf seinem Umfang in Längsrichtung des Dorns unterteilt und zerlegbar ausgebildet ist. Besonders zweckmäßig besteht dabei der Mantel aus mindestens zwei teilweisen Zylinderschalen, zwischen den 1 eistenförmige Druckstücke angeordnet sind, die ~ nach innen herausnehmbar sind.

Ein derartiger Mantel wird vor der Herstellung eines Hohlblocks durch Elektroumschmelzen aus den ihn bildenden Einzelteilen unter Verwendung entsprechender Spann- und Stützelemente zusammengesetzt und in einer Kokille im allgemeinen konzentrisch angeordnet. Nach dem Aufbau des Hohlblocks zwischen dem Dorn und der Kokille schrumpft der Hohlblock auf dem Dorn fest. Durch einfaches Zerlegen, insbesondere aber durch Herausnehmen der 1 eistenförmigen Druckstücke ι nach innen, kann der Dorn in Einzelteilen aus dem Blockhohlraum herausgenommen und für die nächste Schmelze wieder-. verwendet werden.

Es ist dabei besonders zweckmäßig, daß die Berührungsflächen zwischen den Zylinderschalen und den Druckstücken unter einem spitzen Winkel zu einer radialen Ebene verlaufen, die die Symmetrieebene der Druckstücke ist, wobei die Basis des Winkels nach außen gerichtet ist. Sollte der Druck des Hohlblocks auf de η Dorn übermäßig groß werden, so werden bei entsprechender Wahl des öffnungswinkels der Berührungsflächen zwischen den Zylinderschalen und den Druckstücken die Druckstücke geringfügig nach innen gedrückt, wodurch sich die Zylinderschalen

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um ein entsprechendes Maß einander annähern können. Dies fUhrt im Endergebnis zu einer Durchmesserverringerung des Dorns der auf diese Weise den großen Druckspannungen des Hohlblocks ausweichen kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 4 näher beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 einen Vertikaischnitt durch den Kokillenteil

einer El ektroschlacke-Umschmelzanlage für die Herstellung eines Hohlblocks,

Figur 2 einen Horizontalschnitt durch den Gegenstand nach Figur 1 entlang der Linie II -II in vergrö'ßertem Maßstab,

Figur 3 einen Horizontalschnitt durch den Gegenstand gemäß Figur 1 entlang der Linie III -III, gleichfalls in vergrößertem Maßstab, und

Figur 4 einen Tei1ausschnitt aus dem Gegenstand nach Figur 1 innerhalb des Kreises D (IV).

In Figur 1 ist auf einem Kokillenboden 10 eine Kokille 11 auf-

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gesetzt, die mit Abstand von einem Kühlmantel 12 umgeben ist. Unterhalb des Kokillenbodens 10 befindet sieh ein Wasserkasten 13 mit einem Kühlwassereintri tt 14 und einem Klihlwasseraustritt 15.

In den.Kokillenboden 10 ist ein Dorn 16 eingesetzt, der aus zwei teilweisen Zylinderschalen 17 und 18 sowie aus zwei 1eistenförmigen Druckstücken 19 und 20 besteht, von denen in Figur 1 nur die hintere sichtbar ist. Weitere Einzelheiten sind den Figuren 1 bis 4 entnehmbar. Der Dorn 16 ragt mit seinem unteren Ende 21 um ein beträchtliches Stück in den Wasserkasten 13 hinein, wodurch die Kühlfläche erheblich vergrößert wird. Die Zylinderschalen 17 und sind auf ihrem Umfang mit Flanschsektoren 22 und 23 vers-ehen, die fTüssi gkei tsdi cht aber lösbar mit dem Kokillenboden 10 verschraubt sind. Verschraubung und Abdichtung der Flanschsektoren müssen auch eine radiale Verschiebung der Zylinderschalen 17 und 18 zulassen. Dies gilt auch für eine obere Abschlußplatte 24, in deren Mitte ein weiterer Kühlwasseraustritt 25 angeordnet ist. Durch diesen Kühl wasseraustritt kann, ausgehend vom Wasserkasten 13 eine Kühlwasserströmung durch den Dorn 16 von unten nach oben bewirkt werden. Die Kühlung schützt u,a. die erforderlichen Dichtungen.

Zwischen der Kokille 11 und dem Dorn 16 wird ein zylindrischer Hohlraum 26 gebildet, in dem sich ein im Aufbau begriffener Hohlblock 27 befindet, dessen Oberseite einen Schmelzsee aus Metall aufweist. Auf diesem Schmelzsee schwimmt eine

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flüssige Schlackeschicht 29, in die, auf den Umfang ä'quidistant verteilt, mehrere Abschmelzelektroden 30 eintauchen. Zwischen diesen Elektroden und dem Hohlblock 27/ oder zwischen benachbarten Elektroden befindet sich eine Potentialdifferenz, aufgrund deren ein Stromfluß durch die Schlackeschicht 29 zustande kommt, der zum Abschmelzen der Elektroden führt. Einzelheiten dieses Vorgangs sind jedoch Stand der Technik, so daß auf nähere Erläuterungen verzichtet werden kann.

Gemäß den Figuren 2 und 3 hat der Dorn 16 eine zylindrische Außenfläche 31, die dem Blockhohlraum entspricht und von der äußeren Hü ^!fläche eines Mantels 32 gebildet wird, der sich aus den teilweisen Zylinderschalen 17 und 18 sowie aus den Druckstiicken 19 und 20 zusammensetzt. Zwischen den Zylinderschalen 17 bzw. 18 und den Druckstücken 19 bzw. 20 befinden sich Berührungsflächen 33 und 34, die unter einem spitzen Winkel zu einer radialen Ebene E-E verlaufen, die die Symmetrieebene der Druckstücke 19 und 20 ist. Die Basis dieses Winkels ist nach außen gerichtet, wobei der Winkel eine solche öffnung hat, daß die Druckstücke 19 und 20 nach innen ausweichen können.

Zwischen den Druckstücken 19 und 20 sind, über die Höhe des Dorns 16 verteilt, mehrere Druck-Spannelemente 35 angeordnet, die ein nicht näher dargestelltes elastisches Glied aufweisen, welches eine Annäherung der Drucks.tücke 19 und 20 in begrenztem Umfange zuläßt. Im vorliegenden Falle besteht das

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Druck-Spannelement 35 aus einer Spindelmutter 36 und einer Spindel 37, die jeweils in einem der DruckstUcke gelagert sind. Durch Verdrehen der Spindelmutter 37 lassen sich die Druckstücke 19 und 20 in Richtung auf die Zylinderschalen und 18 spreizen. Eine Abdichtung wird durch Dichtungen 38 erreicht.

Gemäß Figur 3 sind zwischen den Zylinderschalen 17 und 18 Zug-Spannelemente 39 angeordnet, und zwar gleichfalls über die Höhe des Dorns verteilt zwischen den Druck-Spannelementen -35 und im rechten Winkel hierzu. Die Zug-Spannelemente 39 bestehen aus je zwei Gewindespindeln 40 und einer Spindel- ." mutter 41. Die der Spindelmutter 41 abgekehrten Enden der Spindeln 40 greifen in üsen 42 und 43 ein, die mit den Z-yl inderschalen 17 und 18 fest verbunden sind. Auf diese Weise lassen sich die Zylinderschalen 17 und 18 gegen die Druckstücke 19 und 20 verspannen.

Aus den Figuren 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Druckstücke 19 und 20 etwa T-förmig ausgebildet sind, und daß sich der Querbalken des "T" von innen gegen die ZyIinderschalen abstützt, wober zwischen dem Querbalken und den Zylinderschalen beidseitig des Steges des "T" die Dichtungen 38 angeordnet sind.

Aus Figur 4 ist noch ersichtlich, auf welche Weise die unvermeidbare Trennfuge zwischen den Flanschsektoren 22 und 23 abgedichtet ist. Zu diesem Zweck sind die Enden der Flanschsektoren 22 und 23 mit schrägen Flächen_>44 und 45 versehen,

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die einen V-förmigen Spalt einschllessen, In diesem Spalt befindet sich ein entsprechend geformter Dich" tungsRörper 46, der einen Fortsatz einer Flanschplatte 47 bildet, die mittels zweier Zugschrauben 48 gegen die Flanschsektoren 22 und 23 verspannt ist. Nach Lösen sämtlicher Verschraubungen und nach dem Entfernen des Dichtungskörpers 46 lassen sich die Flanschsektoren 22 und 23 einander annähern, so daß der Hohlblock vom Dorn 16 getrennt werden kann.

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Leerseite

Claims (6)

283Ί842 28. Juni 1978 78521 -V- ANSPRÜCHE:

1. Dorn für Kokillen zum Elektroumschmelzen von Metallen zu Hohlblöcken, insbesondere zum Elektroschlacke-Umschmelzen von AbschmeTzelektroden, mit einem Mantel, dessen äußere Abmessungen denen des Blockhohlraums entsprechen, dadurch ge kenn zeicn net, daß der Mantel (32) auf seinem Umfang in

Längsrichtung des Doms (16) unterteilt und zerlegbar -."-. ausgebildet ist. .".

2. Dorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der . Mantel (32) aus mindestens zwei teilweisen Zylinderschalen (17, 18) besteht, zwischen denen 1eistenförmige Druckstü'cke (19, 20) angeordnet sind, die nach innen herausnehmbar sind.

3. Dorn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen (33, 34) zwischen den Zylinderschalen (17, 18) und den Druckstücken (19, 20) unter einem spitzen Winkel zu einer radialen Ebene E-E verlaufen, die die '. Symmetrieebene der Druckstücke ist, wobei die Basis des Winkels nach außen gerichtet ist.

4. Dorn nach den""Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen den Zylinderschalen (17, 18) Zug-Spannelemente (39)

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und zwischen den Druckstücken (19, 20) Druck-Spannelemente (35) angeordnet sind.

5. Dorn nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstücke (19, 20) etwa T-förmig ausgebildet sind, wobei sich der Querbalken des "T" von innen gegen die Zylinderschalen (17, 18) abstützt, und daß zwischen dem Querbalken und den Zylinderschalen beidseitig des Steges des "T" Dichtungen (38) angeordnet sind.

6. Dorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein

unteres Ende (21) durch einen KokiΠenboden (10) in einen unterhalb des Kokillenbodens angeordneten Wasserkasten (13) hineingeführt und mittels Flanschsektoren (22, 23) gegen den Kokillenboden abgedichtet verspannt ist.

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