DE2920202C2 - Kokille zum Elektroschlacke-Schmelzen von Metallblöcken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kokille räch dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Kokille ist für das Umschmelzen selbstverzehrender Elektroden und beim Gießen des Metalls verwendbar und kann in Anlagen zum Elektroschlacke-Umschmelzen sowie beim Elektroschlacke-Gießen benutzt werden.

Es sind bereits Kokillen zum Formen von Gußblökken bzw. Gußstücken bekannt, die senkrechte Kühlwände aufweisen, welche einen mit flüssigem Metall gefüllten Hohlraum begrenzen. Der Hohlraum hat unten einen Boden. Die Kokillen dieser Art finden in Anlagen zum Elektroschlacke-Schmelzen von Metall eine weite Anwendung.

Eine solche Kokille ist z. B. aus der SU-PS 4 01 184 bekannt. Die Kokille besteht aus einer Vielzahl von Kupferrohren, die so aneinander liegen, daß eine Wand entsteht, die den Hohlraum für das flüssige Metall innerhalb der KoWHe begrenzt Die radiale Steifigkeit der Kokille wird dadurch gesichert, daß außenseitig um die Kokille herum ein flexibles auseinandernehmbares Gehäuse vorgesehen ist, das mit einem Stahlseil reifenartig verstärkt ist Die Abkühlung eines jeden Kokillenteils erfolgt einzeln, indem ein Kühlmittel durch den Innenraum eines jeden Rohres geleitet wird.

Die bekannte Kokille hat den Nachteil, daß sie nicht

betriebssicher genug ist, weil die Linienberührung der Kokillenteile, d. h. der Rohre, mangelhaft sein kann und Schlacke und Metall an undichten Stellen ausfließen können.

Die Montage der bekannten Kokille ist kompliziert, weil jedes Rohr am Gehäuse befestigt und an die benachbarten Rohre dicht angedrückt werden muß. Demzufolge nimmt die Montage und die Demontage der Kokille viel Zeit in Anspruch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kokille der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß ihre Dichtheit und Steifigkeit in radialer Richtung erhöht und die Montage und die Demontage erleichtert wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanpsruchs 1 im Sinne der Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe zum Inhalt.

Eine besondere zusätzliche Wirkung wird mit den Maßnahmen nach Anspruch 9 erreicht: Zweckmäßigerweise können im Abstand zwischen der im Inneren der Hohlstäbe angeordneten Rohrleitung und der Wand des Hohlstabes senkrechte Trennwände untergebracht und in einer Ebene angeordnet werden, welche durch die Längsachse des Hohlstabes und die Längsachse der bogenförmig gekrümmten Fläche der Längsnuten auf der Mantelfläche des Hohlstabes geht.

Die Trennwände gestatten eine einseitige, an die Innenseite der Kokille gerichtete Kühlmittelzuführung und ermöglichen eine Reduzierung des Kühlmittelverbrauchs fast auf die Hälfte.

Die erfindungsgemäße Kokille ist bei der Herstellung von Metallblöcken verschiedenartiger Form, im wesent-

lichen mit rundem, quadratischem, rechteckigem, kreuzförmigem und sogar dreieckigem Querschnitt unter Benutzung der gleichen Art von Hohlstäben erprobt Versuchsschmelzen haben ergeben, daß die Qualität des Metallblocks außerordentlich hoch ist. Die Metallblöcke lassen sich leicht aus der Kokille herausnehmen. Zur Änderung der Kokillenform genügt es, Reifen entsprechender Form anzuwenden. Bei einem einfachen Bau und einem hohen Grad an Einheitlichkeit und Austauschbarkeit der Teile gestattet die erfindungs- i< > gemäße Kokille durch Verkürzung der Montagezeit eine erhöhte Schmelzleistung.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen erläutert Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnit durch eine Kokille,

Fig.2 eine Draufsicht auf die Kokille, teilweise geschnitten,

F i g. 3 einen Querschnitt durch einen rohrförmigen Hohlstab,

F i g. 4 einen Querschnitt durch einen Hohlstab, der mit zwei Längsnuten auf seiner Mantelfläche versehen ist,

Fig.5 eine Draufsicht auf eine Kokille, deren Hohlstäbe je eine Längsnut aufweisen,

Fig.6 einen Querschnitt einer Kokille zur Herstellung von Metallblöcken mit quadratischem Querschnitt

Fig.7 einen Querschnitt einer Kokille zur Herstellung von Metallblöcken rechteckigen Querschnitts,

Fig.8 einen Querschnitt einer Kokille zur Herstellung von Metallblöcken mit kreuzförmigem Querschnitt

Fig.9 einen Querschnitt durch einen Hohlstab mit mehreren Nuten unterschiedlicher Tiefe,

F i g. 10 einen Längsschnitt durch eine Kokille, bei der die Hohlstäbe unterschiedlich tiefe Nuten aufweisen,

F i g. 11 einen Querschnitt der Kokille von F i g. 10,

Fig. 12 einen Hohlstab mit ovalem Querschnitt, der einen zusätzlichen Kanal für den Durchfluß eines Kühlmittels aufweist, «ο

Fig. 13 einen Längsschnitt durch eine Kokille mit Hohlstäben, die einen ovalen Querschnitt aufweisen,

Fig. 14 eine Draufsicht auf die Kokille von Fig. 13, teilweise geschnitten,

Fig. 15 einen Querschnitt durch einen Hohlstab, in dessen Längskanal eine Rohrleitung untergebracht ist,

Fig. 16 im Längsschnitt den Hohlstab von Fig. 15 mit der Rohrleitung,

Fig. 17 im Längsschnitt einen Hohlstab mit einer Rohrleitung, die mit der nicht dem Inneren der Kokille zugewandten Wand des Hohlstabes in Berührung steht,

Fig. 18 einen Schnitt durch den Hohlstab längs der LinieXVIII-XVlIIvonFig. 17,

Fig. 19 einen Querschnitt durch einen Hohlstab mit Rohrleitung und Trennwänden,

Fig.20 einen Längsschnitt durch den Hohlstab von F i g. 19 mit Quernuten,

Fig.21 einen Querschnitt durch einen Hohlstab mit einer Rohrleitung, die zur Innenwand der Kokille hin verschoben ist, se

F i g. 22 einen Querschnitt durch einen Hohlstab mit einer gleichachsig angeordneten Rohrleitung, mit einer Quernut zur Aufnahme des Reifens,

F i g. 23 Kokille im Längsschnitt mit den Reifen und einem Sammelrohr, F i g. 24 die Baueinheil A von F i g. 23 und

Fig.25 im Querschnitt den Reifen mit Hohlräumen für den Durchfluß des Kühlmittels.

Die Kokille zum Elektroschlacke-Schmelzen von Metallblöcken weist eine senkrechte kühibare Kokillenwand 1 (F i g. 1 und 2) auf, die aus metallischen rohrförmigen Hohlstäben 2 (Fig.3) zusammengesetzt ist, welche in Längsrichtung verlaufend an metallischen Hohlstäben 3 (Fi g. 4) anliegen, die auf ihrer Mantelfläche mindestens je eine durch eine bogenförmig gekrümmte Fläche mit dem Halbmesser (R) begrenzte Längsnut 4 gleichmäßiger Tiefe besitzen. Die Halbmesser (R) der Mantelfläche der Hohlstäbe 2 (F i g. 3) und 3 (F i g. 4) und der Längsnut 4 sind einander gleich.

Außenseitig ist die Kokillenwand 1 (F i g. 1 und 2) mit Reifen 5 umfaßt die am Gehäuse 6 befestigt werden können. Die radiale Steifigkeit der Kokillenwand 1 wird dadurch erreicht daß zumindest die Hälfte der Hohlstäbe 3 (Fig.4) auf ihrer Mantelfläche jeweils mindestens eine durch eine bogeniörmig gekrümmte Fläche begrenzte Längsnut 4 gleichmäßiger Tiefe aufweist Jr; dem Fall, wenn die rohrförmigen Hohlstäbe

2 (Fig.3) zusammen mit den ό-ϊ Längsnuten 4 aufweisenden Hohistäben 3 (Fig.4) zum Einsatz kommen, werden sie abwechselnd angeordnet wie dies in F i g. 2 veranschaulicht ist, damit in die Längsnuten 4 der Hohlstäbe 3 die Mantelflächen jeweiliger benachbarter Hohlstäbe 2 hineingehen.

Die Kokillenwand 1 (Fig.5) kann auch nur aus Hohlstäben 3 bestehen, von denen jeder nur eine Längsnut 4 auf seiner Mantelfläche hat.

Je nach der gewählten Form des Metallblockquerschnittes können die Hohlstäbe 3 entweder im Kreis (Fig.5) oder quadratisch, rechteckig oder kreuzförmig (F i g. 6,7 und 8) angeordnet werden.

Es ist möglich, eine Kokille zu bauen, bei der jeder der metallischen Hohlstäbe 3 (Fig.9) mit Längsnuten 4 versehen ist, die bei envam gleichen Krümmungshalbmesser (R) der bogenförmig gekrümmten Fläche der Längsnut 4 unterschiedliche Nuttiefen AR und AR\ besitzen.

Die Längs- und Querschnitte einer solchen Kokille sind in Fig. 10 bzw. 11 dargestellt. Die Kokille enthält keb Gehäuse. Die Kokillenwand 1 ist außenseitig mit den Reifen 5 umfaßt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die Kokille aus metallischen Hohlstäben 3 (Fig. 12) zusammengesetzt werden, die im Querschnitt oval sind, wobei sich die Längsnut 4 mindestens auf einer der abgerundeten Seiten des Ovals befindet.

Ein solcher Hohlstab 3 kann mit mindestens einem Kanal 9 für den Durchfluß eines Kühlmittels längs des Hohlstabes versehen werden. Die Kokille sieht dabei aus, wie sie in Fig. 13 und 14 gezeigt ist. Die Kokillenwand 1 ist aus einer Anzahl von ovalen Höhlt '.üben zusammengesetzt, die kleiner ist als die erforderliche Anzahl von Hohlstäben mit rohrförmigem Querschnitt.

Im Längskanal 9 (F i g. 15) des Hohlstabes 3 kann eine an ein Kühlsystem anschließbare Rohrleitung 12 (Fig. 16) mit einem Abstand relativ zur Wand dieses Hohlstabes 3 untergebracht werden. Dabei gibt es im unteren Abschnitt der Rohrleitung 12 auf ihrer dem Inneren der Kokille zugekehrten Wand des Htfiilstabes

3 eine Öffnung 13, die die Rohrleitung 12 mit dem Längskanal 9 des Hohlstabes 3 verbindet.

In ähnlicher Weise kann die Rohrleitung im Kanal 9 (Fig. 12 und 14) des Hohlstabes 3 untergebracht werden, wobei diese Rohrleitung 12 mit dem Kanal 9 (Fig. 12)des Hohlstabes3(nicht gezeigt)in Verbindung steht.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zur Erhöhung der Durchflußgeschwindigkeit des Kühlmittels und zur besseren Kühlung der dem inneren der Kokille zugekehrten Wand 15 des metallischen Hohlstabes 3 die Rohrleitung 12 (F ig. 17 und 18) zweckmäßigerweise von der Wand 15 des Hohlstabes 3 entfernt bis zur Berührung mit der Gegenwand 16 des Hohlstabes 3 angeordnet werden.

Im Abstand 11 (Fig. 19 und 20) zwischen der Rohrleitung 12 und der Wand des metallischen in Hohlstabes 3 sind senkrechte Trennwände 17 untergebracht, die in der Ebene liegen, welche durch die Längsachse des Hohlstabes 3 und die Mittelachse der bogenförmig gekrümmten Fläche der Längsnut 4 geht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Rohrleitung 12 (Fig. 21) relativ zu der Längsachse des metallischen Hohlstabes 3 in Richtung zur dem inneren der Kokille zugekehrter. Wand !5 verschoben.

Auf der Mantelfläche jedes metallischen Hohlstabes 3 M (F i g. 22) ist zur Aufnahme des die Kokillenwand 1 außenseitig umfassenden Reifens 5 (F i g. 23) mindestens eine Quernut 18 vorgesehen. Am Reifen 5 (Fig.24) ist ein Sammelrohr 19 (Fig. 23) zum Verteilen des Kühlmittels befestigt. Der Reifen 20 (F i g. 25) weist für -'5 den Durchfluß des Kühlmittels einen Hohlraum 21 auf.

Die Kokille wird folgendermaßen eingesetzt:

Die metallischen Hohlstäbe 2 und 3 (Fig. 1 und 2) werden auf einer Schablone gemäß der erwünschten Querschnittsform des Metallblockes zusammengesetzt und bilden in zusammengebautem Zustand die Kokillenwand 1. Die dem Inneren der Kokille zugewandten Wände 15 (Fig. 23) der Hohlstäbe 3 bilden ihre Innenoberfläche, die eine vielkantige Form aufweist. Dadurch wird nicht nur die Oberflächengüte des MetaHhlockes- sondern auch durch Bildung einer Zone unterschiedlich orientierter Kristalle das Gefüge des Metallblockes verbessert. Die Kokillenwand ist außenseitig mit den Reifen 5 umfaßt. Die Längsnuten 4 (Fig.4) auf der Mantelfläche des Hohlstabes 3, die -»ο gleich tief und durch eine bogenförmig gekrümmte Fläche begrenzt sind, ermöglichen eine bessere Oberflächengüte des Metallblockes, weil ein Ausfließen von Metall und Schlacke verhindert wird. Die Oberflächengüte des Metallblockes ist besonders hoch, ■*' wenn der Halbmesser (R)der bogenförmig gekrümmten Fläche der Längsnut 4 des Hohlstabes 3 (F i g. 5,6, 7 und 8) dem Halbmesser des mit ihm in Berührung kommenden Hohlstabes praktisch gleich ist, weil in diesem Fall -_in Ausfließen von Metall und Schlacke durch Undichtheiten an den Beriihrungsstellen der Hohlstäbe 3 ausgeschlossen ist. Aus Einsparungsgründen kann die Kokille aus Hohlstäben 3 (F i g. 2) mit zwei Längsnuten 4 und aus Hohistäben 2 ohne Nuten 4 zusammengesetzt sein. Sehr wirkungsvoll hat sich die Anwendung von Hohlstäben 3 (Fig. 9, 10, 11) mit mehreren unterschiedlich tiefen Längsnuten 4 erwiesen. In diesem Fall genügt es, die Stellung der Hohlstäbe zu ändern, um nicht nur die Querschnittsform, sondern auch das Gefüge des zu erschmelzenden Metallblockes zu verändern.

Zum Erschmelzen von Metallblöcken rechteckigen Querschnittes, also vom Brammen mit sehr langer. Längsseiten, werden die Hohlstäbe 3 (Fig. 12, 13, 14) mit ovalem Querschnitt mit Längsnuten 4 auf einer der abgerundeten Seiten verwendet. Mit einem derart ausgebildeten Hohlstab 3 wird der Zusammenbau der Kokille vereinfacht und besonders die Zeit, die zur Umstellung des Schmelzprogr^mms auf einen anderen Typ bzw. andere Abmessungen des Metallblocks benötigt wird, stark verkürzt. Im Unterschied zu den bekannten Kokillen mit flachen Innenwänden macht die Anwendung der Hohlstäbe 3 mit ovalem Querschnitt mit einer Längsnut 4, in die die Mantelfläche des benachbarten Hohlstabes 3 abdichtend hineinragt, die Kokille betriebssicherer und zuverlässiger. Bei der Verwendung von ovalen Hohlstäben 3 ist es zweckmäßig, in jedem einen Kanal 9 auszubilden und zur Verbesserung der Kühlungsverhältnisse der Kokille die Rohrleitung 12 (Fig. 15, 16) darin anzuordnen. Im unteren Abschnitt der Rohrleitung 12 wird durch die der Kokille zugewandte öffnung 13 (F i g. 12) eine gerichtete Kühlmittelströmung im Längskanal 9 des Hohlstabes 3 geschaffen. Um die Kühlung wirksamer verlaufen zu las.« -ι, ist die Rohrleitung 12 relativ zu der Längsachse des Hohlstabes 3 in Richtung zur Gegenwand 16 des Hohlstabes 3 (Fig. 17 und 18). die der dem Inneren der Kokille zugewandte Wand 15 des Hohlstabes 3 entgegen liegt, bis zur Berührung mit der Gegenwand 16 des Hohlstabes 3 verschoben.

Dabei bespült der Kühlmittelstrom nur die Arbeits-, d. h. die dem Inneren der Kokille zugewandte Wand 15 des Hohlstabes 3. Eine weitere Verbesserung der Kühlungsverhältnisse der Kokille unter gleichzeitiger Verminderung des Kühlmittelverbrauches ist möglich, wenn man im Abstand 11 (Fig. 19, 20) zwischen der Rohrleitung 12 und der Wand des Hohlstabes 3 zwei senkrechte Trennwände 17 anordnet. Dabei fließt das Kühlmittel wirkungsvoll nur in einem Teil des Abstandes 11 an der dem Inneren der Kokille zugewandten Wand 15 des Hohlstabes 3 durch. Die Verschiebung der Rohrleitung 12 (F i g. 21) zur Oberfläche der dem Inneren der Kokille zugewandten Wand 15 des Hohlstabes 3 hin wirkt sich auf die Herabsetzung des Kühlmittelverbrauches positiv aus.

Um die Kokille fest und steif zu machen, sind auf der Mantelfläche der Hohlstäbe 3 (Fig.22) Nuten 18 ausgebildet. In den Nuten 18 sind die Reifen L (Fig.23 und 24) untergebracht, die die Kokillenwand 1 umfassen und die Hohlstäbe 3 in vorgegebener Stellung halten. An den Reifen 5 sind die an das Kühlsystem der Kokille angeschlossenen Sammelrohre 19 befestigt. Der Reifen 20 selbst kann als Hohlraum 21 (Fig.25) zum Durchströmen des Kühlmittels ausgeführt sein. In diesem Fall übernimmt der Reifen 20 auch die Funktion eines Sammelrohres.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Kokille zum Elektroschlacke-Schmelzen von Metallblöcken, mit metallischen rohrförmigen Hohlstäben, welche in Längsrichtung und aneinanderliegend angeordnet sind und eine außenseitig mit Reifen umfaßte Kokillenwand bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Hälfte der Hohlstäbe (3) jeweils mindestens eine durch eine bogenförmig gekrümmte Fläche begrenzte Längsnut (4) gleicher Tiefe auf ihrer Mantelfläche an den Stellen aufweist, wo der jeweilige Hohlstab (3) mit seiner Mantelfläche den benachbarten Hohlstab (2) berührt.

2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbmesser (12) der bogenförmig gekrümmten Fläche der Längsnut (4) dem i ialbmesser der Mantelfläche des Hohlstabes (3), mit-dem er in Berufe ing kommt, im wesentlichen gleich ist

3. Kokiffe nach Ansprach 1. dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Hohlstäbe (3) mindestens zwei Längsnuten (4) aufweist, wobei die Tiefe (4/?i) der einen Längsnut größer ist als die Tiefe (AR) der anderen Längsnut.

4. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlstäbe (3) einen ovalförmigen Querschnitt haben, wobei die Längsnut (4) mindestens auf einer der stärker abgerundeten Seiten ausgeführt ist.

5. Kokill? nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mindestens einen Längskanal (9) für den Durchfluß eines Kühlmittels in jedem 6er Hohlstäbe (3).

6. Kokille nach Anspruch 1 oder 5, gekennzeichnet durch eine an ein Kühnstem anschließbare Rohrleitung (12) im Längskanal (9) eines jeden Hchlstabes (3), die einen Abstand (11) von der Wand des jeweiligen Hohlstabes (3) hat.

7. Kokille nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Öffnung (13) im unteren Abschnitt der Rohrleitung (12) auf der Seite der dem Inneren der Kokille zugewandten Wand (15) des Hohlstabes (3), weiche Öffnung die Rohrleitung (12) mit dem Längskanal (9) verbindet.

8. Kokille nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (12) von der dem Inneren der Kokille zugewandten Wand (15) des Hohlstabes (3) entfernt angeordnet ist und daß sie die Gegenwand (16) dieses Hohlstabes (3) berührt.

9. Kokille nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch senkrechte Trennwände (17) im Abstand (11) zwischen der Rohrleitung (12) und der Wand des Hohlstabes (3), die in einer Ebene angeordnet sind, die die Längsachse des Hohlstabes (3) und die Längsachse der bogenförmig gekrümmten Fläche der Längsnut (4) enthält.

10. Kokille nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (12) relativ zu der Längsachse des Hohlstabes (3) in Richtung zu seiner dem Inneren der Kokille zugewandten Wand (15) hin verschoben ist.

11. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Mantelfläche eines jeden Hohlstabes (3) in Querrichtung mindestens eine Nut (18) für den die Kokillenwand außen umfassenden Reifen (5) vorgesehen ist.

12. Kokille nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein am Reifen (5) befestigtes Sammelrohr (19) für das Kühlmittel.

13. Kokille nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Hohlraum (21) für den Durchfluß des Kühlmittels im Reifen (20).