DE3690795C2

DE3690795C2 - Kristallisator

Info

Publication number: DE3690795C2
Application number: DE19863690795
Authority: DE
Inventors: Tsikerman Leonidovic; Kurlykin Nikolaevic; Evic Kisselman Anatol; Volochonskij Avramovic; Andreev Leonidovic; Trunova Kuzminiona; Evic Orlov Sergeij Vital; Gutkin Borisovic; Bersitskij Michailovic
Original assignee: V N Issladovatel Skij Pk I T I
Current assignee: V N Issladovatel Skij Pk I T I
Priority date: 1986-10-24
Filing date: 1986-10-24
Publication date: 1990-03-08
Anticipated expiration: 2006-10-25
Also published as: GB2203975B; SE8802285L; JPH0248345B2; GB8812733D0; GB2203975A; JPH01500976A; SE8802285D0; SE461915B; WO1988003177A1; FR2606128B1; FR2606128A1; DE3690795T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kristallisator für Umschmelzprozesse, wie Elektroschlacke-, Vakuum-Lichtbogen- oder Elektronenstrahlumschmelzen. Die Umschmelztechnologie mit der Ausbildung von Voll- und Hohlblöcken, Formgußteilen aus verschiedenen Stahlmarken, Nichteisen- und schwer schmelz baren Metallen wird in vielen Industriebranchen eingesetzt.

Aus B. I. Medovar u. a. "Elektroschlackenöfen", Verlag "Naukova dumka", Kiev, 1976, S. 91, ist ein Kristallisator bekannt, der aus einer aus Kupfer oder dessen Legierungen hergestellten Hülse und einem Stahlmantel besteht, der koaxial zur Hülse liegt und mit dieser einen geschlossenen Kühlraum bildet. Der Stahlmantel ist mit der Hülse über Gummidichtungen mittels Bolzen verbunden.

Ein Kristallisator derartiger Konstruktion ist von niedriger Betriebsfestigkeit, was auf unzureichende Steifigkeit der Kupferhülse zurückzuführen ist. Der Kristallisator fällt schnell aus, weil beim Betrieb die Wände der Kupferhülse hohen Wärmebelastungen ausgesetzt werden. Über die Wanddicke der Kupferhülse entstehen hohe Temperaturgradienten, die 5 bis 10°C/mm betragen. Dies läßt seinerseits hohe thermische Spannungen in der Wand entstehen, die deren Verformung zur Folge haben. Gerade deshalb werden an die Konstruktion des Kristallisators für Umschmelzprozesse gesteigerte Forde rungen gestellt.

Die Erfindung geht aus von einem aus der US-PS 38 99 017 bekannten Kristallisator, der aus einer aus Kupfer hergestell ten Hülse mit Versteifungsrippen und einem Stahlmantel besteht, der zur Hülse koaxial liegt und mit dieser einen Kühlraum bildet, der durch die Versteifungsrippen in Kanäle unterteilt ist. Jede Rippe ist mit einer Seite über die ganze Länge, beispielsweise durch Löten an der Außenwand der Hülse des Kristallisators befestigt und an der anderen Seite mit dem Stahlmantel verbunden.

Auch dieser Kristallisator ist von unzureichender Steifigkeit der Kupferhülse, da die in den Wänden entstehenden Wärme spannungen zu einer Verformung der Kupferhülse und zu deren vorzeitigem Ausfall führen. Die an die Hülse angelöteten vertikalen Rippen halten einer Verformung der Hülse nicht stand, denn die Lötstellen der Rippen an die Hülsenwand sind nicht fest genug, um ein Abreißen der Rippen von der Hülsenwand zu verhindern.

Bei einer beträchtlichen Verformung der Hülse ist die Heraus nahme eines Blocks aus dem Kristallisator ebenso wie sein weiterer Betrieb erschwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kristallisator erhöhter Zuverlässigkeit und Steifigkeit zu schaffen.

Ausgehend von dem vorstehend betrachteten Kristallisator aus einer Hülse mit Versteifungsrippen und einem Stahlmantel, der zu der Hülse koaxial liegt und mit dieser einen Kühlraum bildet, der durch die Versteifungsrippen in Kanäle unterteilt ist, wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hülse aus einem Bimetall ausgeführt ist, wobei ihre äußere Schicht aus einem Stahl besteht und die Dicke dieser Schicht das 0,1- bis 0,3fache der Höhe der Versteifungs rippe beträgt, und ihre innere Schicht aus Kupfer oder Chrombronze besteht.

Die Steifigkeit und Zuverlässigkeit der Hülse eines solchen Kristallisators ist erhöht, und als Folge hiervon nehmen die Betriebsfestigkeit und die Zuverlässigkeit des Kristalli sators selbst zu. Außerdem können durch die erfindungsgemäße Konstruktion knappe Nichteisenmetalle (Kupfer, Chrombronze) eingespart werden, da die innere Schicht der Hülse dünn ausgeführt wird.

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Kristallisators;

Fig. 2 den Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1.

Der Kristallisator besteht aus einer Hülse 1 mit Versteifungs rippen 2, an die ein koaxial zur Hülse 1 angeordneter und mit dieser einen Kühlraum 4 bildender Stahlmantel 3 angeschweißt ist. Der Kühlraum 4 ist durch die Versteifungsrippen 2 in Kanäle 5 zum Durchfluß eines Kühlmittels unterteilt.

Die Hülse 1 ist aus einem Bimetall hergestellt und besteht aus einer Außenschicht 6 aus einem Stahl und einer inneren Schicht 7 als Arbeitsschicht, die aus Kupfer oder Chrombronze besteht.

Die Außenschicht 6 bildet mit den Versteifungsrippen 2 ein Ganzes und weist eine Dicke von 0,1 bis 0,3 der Höhe der Versteifungsrippe 2 auf.

Das Kühlmittel wird durch Stutzen 8 in den Kühlraum 4 geleitet und aus diesem durch Stutzen 9 abgeführt. Abschmelzelektroden 10 werden in einem Schlackenbad 11 unter anschließender Ausbildung eines Blocks 12 in der Hülse 1 umgeschmolzen.

Eine Dicke der äußeren Stahlschicht 6 der bimetallischen Hülse von weniger als dem 0,1fachen der Rippenhöhe gewährleistet nicht die erforderliche Steifigkeit der Konstruktion der Hülse, während bei einer Dicke dieser Schicht von mehr als dem 0,3fachen der Rippenhöhe der Wärmewiderstand der Außenschicht den Wärme widerstand der Innenschicht überschreitet, was zu einer Verschlechterung der Kühlung der Hülse und zu einer Verstärkung ihrer Erosion führt.

Das Umschmelzen mit dem beschriebenen Kristallisator verläuft wie folgt:

Der Kristallisator wird auf einen Untersatz (in der Zeichnung nicht gezeigt) gestellt. Das Kühlmittel wird durch die Stutzen 8 in die Kanäle 5 geleitet und durch die Stutzen 9 abgeführt. Im unteren Teil der auf den Untersatz gestellten Hülse 1 wird das Schlackenbad 11 erzeugt, in welches die Abschmelz elektrode 10 eingeführt wird. Dem Schlackenbad 11 wird eine Spannung zugeführt, und es wird mit der Erhitzung und Um schmelzung der Abschmelzelektrode 10 begonnen. Das flüssige Metall sinkt durch das Schlackenbad 11 und erstarrt im unteren Teil der Hülse 1 zum Block 12.

Beim Elektroschlackeumschmelzen werden die Elemente des Kristallisators hohen Wärmebelastungen durch die Flüssig schlacke und das Flüssigmetall ausgesetzt, die 0,5 bis 1,5 · 10⁶W/m² erreichen. Hierbei entstehen über die Wanddicke der Hülse 1 erhebliche Wärmespannungen, die unumkehrbare Verformungen bewirken können. Die äußere Stahlschicht 6 der bimetallischen Hülse 1 steigert die Steifigkeit der Konstruktion beträchtlich und sorgt für die erforderliche Zuverlässigkeit und Steifigkeit des Kristallisators.

Die Ausführung der Hülse 1 aus einem Bimetall gestattet es, bei gleicher Steifigkeit des Kristallisators die Dicke der inneren Arbeitsschicht 7 der Hülse 1 zu verringern, wodurch wiederum der Kupferverbrauch und die Erosion der Hülse herabgesetzt werden können. All das gestattet es, die Betriebssicherheit der Kristallisatoren als einer der wichtigsten Baugruppen der Anlagen für Umschmelzprozesse zu gewährleisten.

Claims

Kristallisator aus einer Hülse (1) mit Versteifungsrippen (2) und einem Stahlmantel (3), der zu der Hülse (1) koaxial liegt und mit dieser einen Kühlraum (4) bildet, der durch die Versteifungsrippen (2) in Kanäle (5) unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (1) aus einem Bimetall ausgeführt ist,
wobei ihre äußere Schicht (6) aus einem Stahl besteht und die Dicke dieser Schicht das 0,1 bis 0,3fache der Höhe der Versteifungs rippe (2) beträgt, und
ihre innere Schicht (7) aus Kupfer oder Chrombronze besteht.