EP0786531B2 - Process and installation for remelting of metals to a strand - Google Patents
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- EP0786531B2 EP0786531B2 EP96120752A EP96120752A EP0786531B2 EP 0786531 B2 EP0786531 B2 EP 0786531B2 EP 96120752 A EP96120752 A EP 96120752A EP 96120752 A EP96120752 A EP 96120752A EP 0786531 B2 EP0786531 B2 EP 0786531B2
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/16—Remelting metals
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- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
- B22D23/06—Melting-down metal, e.g. metal particles, in the mould
- B22D23/10—Electroslag casting
Definitions
- the invention relates to a method for remelting metals - in particular steels and Ni and Co base alloys - into one strand by melting at least one self-consumable electrode at a rate of melting in kg / h in an electrically conductive slag bath, which in a short, is provided downwardly open mold.
- the invention covers a device for carrying out this method.
- DE 1 932 763 A discloses a device for carrying out the electroslag refining process with a water-cooled, vertically arranged mold for ingots, in particular of high-alloy steel; this mold is double-walled and offers a lower region determining the outer dimensions of the ingot to be produced, whose inner cross-section is at most equal to the cross-section of a consumable electrode to be melted in a hot Schläkkenbad, wherein the lower Kokillen Scheme merges into an upwardly preferably conically widening intermediate region and this in turn into an extended upper mold area.
- the stream takes the way to the crude block over the slag bath.
- GB 1 413 508 A discloses a mold, in the mold wall a non-consumable current-conducting element is installed and connected via a rectifier so with the power supply, that both the electrode and the casting cross-section - -. With respect to the non-consumable element - constantly are electrically negatively polarized.
- DE 1 483 646 A and AT 320 884 B likewise disclose variants of the electroslag remelting process.
- the self-consumable electrode methods described therein enable the production of remelt blocks with a good surface at a slow block build-up speed.
- the resulting low sump depths lead to a uniform solidification between the edge and core and thus to a good internal quality of the remelted blocks
- the use of short molds with lowerable bottom plates and electrode replacement also allows here to form relatively long strands.
- generation of the required consumable electrodes becomes difficult, and the process costs due to the then low reflow rates become high.
- the Abschmelzraten the ESU process maximum 100 - 200 kg per hour at the same formats. During continuous casting, this results in swamps between 4 m and 8 m. By contrast, the sump depths in the ESU method measure 100 to 300 mm.
- AT-PS 399 463 proposes to cast strands of high-alloy steels with much lower casting speeds - as they are usual in continuous casting - to achieve an improved core zone while covering the casting mirror by an electrically heated slag bath in order to avoid any disadvantages with regard to the formation of the surface due to excessive cooling. It is assumed that the liquid metal can be made available for a long time at a constant temperature from a heatable pan.
- DE 23 40 525 A1 discloses a device which contains at least one electrode with a mold having an expanded mold part; the slag bath extends into the widened part of the mold, to the outside of a current-conducting element leads.
- a cylindrical outlet part connects, which determines the strand cross-section of an ingot, wherein the one pole of the power supply via a terminal to the electrode or the other pole via the terminal to the mold in the region of the enlarged part is connected or via a pipe and a platform with that ingot.
- the mold can be installed in a working platform and the strand can be pulled down.
- the strand may also be built on a fixed bottom plate and the mold raised in the manner in which the strand grows.
- the removal of the strand or raising the mold can be continuous or stepwise.
- the melt stream flows through the slag between the tip of the Etekirode and the melt sump or, in the case of biphilic or three-phase fed plants, between the electrodes.
- Such current conduction is also possible in the method according to the invention.
- Electrode is connected to a pole of the power source whose other pole is connected to both the strand and with the / the current-conducting element (s) in the mold wall, the inventive assignment of a control device to the narrower outlet part of the mold for the continuous monitoring of the position the phase boundary between the slag bath and the metal mirror, below, the control device drive rollers are provided for the strand withdrawal, which are also designed as contacts for the return current from the strand to the power source.
- the one pole of a - either AC or DC donating - power source 10 is connected via a feed line 12 with a suspension device 14 of a Abschmelzelektrode 16.
- the Elekrode 16 is moved by a not reproduced in detail in the drawing device so that the free end of the electrode 17 is always immersed in a slag 18.
- the slag bath 18 is provided in a mold 20 which, in its cross-sectionally funnel-like mold bottom 22, has a tubular outlet part 24 for a remelt strand 26 of a diameter D formed therein.
- the mold 20 At the upper edge of its wall 28, the mold 20 has a radially projecting flange 30, which serves as a support for a counter-flange 32 of a gas-tight placed the electrode 16 surrounding hood 34.
- the power supply to the other pole of the power source 10 is carried out either on strand 26 via trained as a current collector drive rollers 36 and - a Hochstromtrenner 38 containing - high current return line 40 or via the mold wall 28 built-in current collector 42 and another, subsequent high-current return line 40 a with high-current separator 38 a . Also possible is a power supply via strand 26 and pantograph 42 together while the return line is selected by pressing the aforementioned high-current separator 38 and 38 a .
- the proportion of current flowing through the current collectors 42 and the driving rollers 36 as contacts - when both in the respective high-current return lines 40, 40 a provided high-current separator 38, 38 a are connected so that a passage of current is made possible - depends on the ratio of the resistors in the slag bath 18. These are determined by the height of the slag bath 18 with respect to the current collectors 42 and the distance of the free end 17 of the electrode 16 from the metal mirror 44 in the mold 20 for the remelting strand 26 solidifying in its outlet part 24.
- the Umschmelzstrang 26 is lowered by the drive rollers 36 according to the melting of the Abschmelzelektrode 16 and the mirror 44 of the liquid metal in the narrower outlet part 24 of the mold 20 by a control device, in particular a radioactive radiation source 46 monitored.
- a control device in particular a radioactive radiation source 46 monitored.
- the driving rollers 36 also serve as a contact for the current return line 40 from the strand 26 to the source of stomata 10.
- Cutting the desired product sections from the remelt strand 26 is possible, for example, by means of a flame cutting system indicated at 48.
- the first consumable electrode 16 If the first consumable electrode 16 is consumed, it can be removed from the melting region by means (not shown here) and replaced by a new electrode 16a , which reaches a melting position from a waiting position sketched on the right, so that the melting process can continue can; By melting several electrodes 16 in succession, a continuous operation is made possible.
- the electrode 16, 16 a and the slag 18 are protected by this - as I said, sealed by means of its mating flange 32 against the Kokillenflansch 30 hood 34, 34 a against air access.
- the remelting can take place under a controlled atmosphere and in the absence of atmospheric oxygen, which also enables the production of highly pure remelting strands 26 and prevents the combustion of oxygen-containing elements.
- This melting electrodes 16 are to be used, the cross-sectional area in relation to the G devisquerites can be described as large.
- the Kokillenhub was adjusted so that the steel mirror was held about 20 to 30 mm below the funnel neck in the lower mold part with 160 mm diameter.
- the electrical power was adjusted to 750 kW at 10 KA and 75 volts in the slag bath 18, the energy being introduced via the electrode 16 into the slag bath 18 and dissipated via both the string 26 and the mold wall 28 of the funnel-shaped upper portion.
- a melting rate between 820 and 900 kg / h arose. Accordingly, the mold 20 was raised at a mean speed of 87 to 95 mm / min / with the lifting stepwise with about 10 mm stride. The stroke frequency was controlled and controlled via a radioactive pouring mirror measurement.
- a strand 26 about 3.0 m in length was produced.
- the surface finish was good, so that no surface treatment was required before hot working.
- Strand 26 was easily forged to a billet of 100 mm square on a forging hammer.
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umschmelzen von Metallen -- insbesondere von Stählen sowie Ni- und Co-Basislegierungen -- zu einem Strang durch Abschmelzen zumindest einer selbstverzehrenden Elektrode mit einer Abschmelzrate in kg/h in einem elektrisch leitenden Schlackenbad, das in einer kurzen, nach unten offenen Kokille vorgesehen ist. Zudem erfaßt die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for remelting metals - in particular steels and Ni and Co base alloys - into one strand by melting at least one self-consumable electrode at a rate of melting in kg / h in an electrically conductive slag bath, which in a short, is provided downwardly open mold. In addition, the invention covers a device for carrying out this method.
Bei der Herstellung von beispielsweise hochlegierten Werkzeugstahlen -- wie etwa Schnellarbeitsstählen, ledeburitischen Chromstählen oder anderen stark seigernden Stählen und Legierungen -- ist das Erzeugen kontinuierlich gegossener Stränge kleiner bis mittlerer Querschnitte mit Problemen verbunden.For example, in the production of high alloy tool steels - such as high speed steels, ledeburitic chrome steels or other high segregating steels and alloys - producing continuously cast strands of small to medium cross sections presents problems.
Der DE 1 932 763 A ist eine Einrichtung zur Durchführung des Elektroschlackenraffinierverfahrens mit einer wassergekühlten, vertikal angeordneten Kokille für Rohblöcke insbesondere aus hochlegiertem Stahl zu entnehmen; diese Kokille ist doppelwandig und bietet einen die Außenabmessungen des zu erzeugenden Rohblockes bestimmenden unteren Bereich an, dessen innerer Querschnitt höchstens gleich dem Querschnitt einer in einem warmen Schläkkenbad zu erschmelzenden verbrauchbaren Elektrode ist, wobei der untere Kokillenbereich in einen sich nach oben vorzugsweise konisch erweiternden Zwischenbereich übergeht und dieser wiederum in einen erweiterten oberen Kokillenbereich. Hier nimmt der Strom den Weg zum Rohblock über das Schlackenbad.DE 1 932 763 A discloses a device for carrying out the electroslag refining process with a water-cooled, vertically arranged mold for ingots, in particular of high-alloy steel; this mold is double-walled and offers a lower region determining the outer dimensions of the ingot to be produced, whose inner cross-section is at most equal to the cross-section of a consumable electrode to be melted in a hot Schläkkenbad, wherein the lower Kokillenbereich merges into an upwardly preferably conically widening intermediate region and this in turn into an extended upper mold area. Here the stream takes the way to the crude block over the slag bath.
Die GB 1 413 508 A offenbart eine Kokille, in deren Kokillenwand ein nichtverzehrbares stromleitendes Element eingebaut sowie über einen Gleichrichter so mit der Stromversorgung verbunden ist, dass sowohl die Elektrode als auch der Gießquerschnitt -- -- in Bezug auf das nichtverzehrbare Element -- ständig elektrisch negativ gepolt sind.GB 1 413 508 A discloses a mold, in the mold wall a non-consumable current-conducting element is installed and connected via a rectifier so with the power supply, that both the electrode and the casting cross-section - -. With respect to the non-consumable element - constantly are electrically negatively polarized.
Aus DE 1 483 646 A und AT 320 884 B sind ebenfalls Varianten des Elektroschlacke-Umschmelzverfahrens bekannt. Die dort beschriebenen Verfahren mit selbstverzehrenden Elektroden ermöglichen das Herstellen von Umschmelzblöcken mit guter Oberfläche bei langsamer Blockaufbaugeschwindigkeit. Die dabei auftretenden geringen Sumpftiefen führen zu einer gleichmäßigen Erstarrung zwischen Rand und Kern und damit zu einer guten Innenqualität der umgeschmolzenen Blöcke Die Anwendung kurzer Kokillen mit absenkbaren Bodenplatten und Elektrodenwechsel erlaubt auch hier das Bilden relativ langer Stränge. Bei der Herstellung kleiner Abmessungen wird jedoch die Erzeugung der erforderlichen Abschmelzelektroden schwierig, und die Verfahrenskosten aufgrund der dann geringen Umschmelzraten werden hoch.DE 1 483 646 A and AT 320 884 B likewise disclose variants of the electroslag remelting process. The self-consumable electrode methods described therein enable the production of remelt blocks with a good surface at a slow block build-up speed. The resulting low sump depths lead to a uniform solidification between the edge and core and thus to a good internal quality of the remelted blocks The use of short molds with lowerable bottom plates and electrode replacement also allows here to form relatively long strands. However, in the production of small size, generation of the required consumable electrodes becomes difficult, and the process costs due to the then low reflow rates become high.
Um das Problem der Herstellbarkeit von Elektroden mit kleinen Querschnitten zu umgehen, wurde der Einsatz sog. Trichter- oder T-Kokillen vorgeschlagen; die Kokille nimmt in einem nach oben trichterförmig erweiterten Teil das Schlackenbad auf und ermöglicht so ein Abschmelzen von Elektroden, deren Querschnitt der des herzustellenden Umschmelzblockes ist.In order to avoid the problem of the manufacturability of electrodes with small cross-sections, the use of so-called funnel or T-molds has been proposed; the mold takes up the slag bath in a funnel-shaped widened part, thus enabling melting of electrodes whose cross-section is that of the remelt block to be produced.
Während beim Stranggießen von Formaten zwischen 100 und 200 mm -- rund oder quadrat -- selbst bei langsamem Gießen Gießleislungen von mindestens 5 bis 10 t je Stunde und Strang erforderlich sind, betragen die Abschmelzraten beim ESU-Verfahren maximal 100 - 200 kg je Stunde bei denselben Formaten. Beim Stranggießen ergeben sich damit Sumpftielen zwischen 4 m und 8 m. Die Sumpfliefen beim ESU-Verfahren messen dagegen 100 bis 300 mm.While in the continuous casting of formats between 100 and 200 mm - round or square - even with slow casting casting loads of at least 5 to 10 t per hour and strand are required, the Abschmelzraten the ESU process maximum 100 - 200 kg per hour at the same formats. During continuous casting, this results in swamps between 4 m and 8 m. By contrast, the sump depths in the ESU method measure 100 to 300 mm.
Bei einer anderen Verfahrensweise wird nach AT-PS 399 463 vorgeschlagen, Stränge aus hochlegierten Stählen mit wesentlich geringeren Gießgeschwindigkeiten -- als sie beim Stranggießen üblich sind -- zu gießen, um eine verbesserte Kernzone zu erreichen bei gleichzeitiger Abdeckung des Gießspiegels durch ein elektrisch beheiztes Schlackenbad um keine Nachteile hinsichtlich der Ausbildung der Oberfläche aufgrund zu starker Abkühlung in Kauf nehmen zu müssen. Dabei wird vorausgesetzt, daß das flüssige Metall über längere Zeit mit konstanter Temperatur aus einer beheizbaren Pfanne verfügbar gemacht werden kann.In another procedure, according to AT-PS 399 463 proposes to cast strands of high-alloy steels with much lower casting speeds - as they are usual in continuous casting - to achieve an improved core zone while covering the casting mirror by an electrically heated slag bath in order to avoid any disadvantages with regard to the formation of the surface due to excessive cooling. It is assumed that the liquid metal can be made available for a long time at a constant temperature from a heatable pan.
Bei diesem Verfahren stellt sich vielfach wieder das Problem des Warmhaltens größerer Flüssigmetallmengen über einen längeren Zeitraum. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung; wenn nur mit einem Strang gearbeitet wird. So ergeben sich beispielsweise beim Vergießen von Schmelzen mit 25 t Gesamtgewicht zu einem Strang mit z.B. 150 mm Durchmesser mit einer Gießrate von beispielsweise 2000 kg/h Gleßzeiten von 12,5 Stunden. Während dieser Zeit muß die Schmelze in einem Zwischengeläß oder einer Pfanne warmgehalten werden, was wiederum entsprechende Energieverluste und einen Verbrauch an leuerfester Ausmauerung zur Folge hat.In many cases, the problem of keeping large amounts of liquid metal over a longer period of time arises again with this method. This is especially important; when working with only one strand Thus, for example, when casting melts of 25 t total weight, a strand of e.g. 150 mm diameter with a casting rate of, for example, 2000 kg / h casting times of 12.5 hours. During this time, the melt must be kept warm in an intermediate dish or a pan, which in turn results in corresponding energy losses and a consumption of liberated brick lining.
Andererseits besteht auch das Problem der Kontrolle der Gießgeschwindigkeit im Bereich von 2000 kg/h, da die hier zum Einsatz kommenden Ausgüsse mit etwa 8 mm Ausgußöffnung bei niedrigen Gießtemperaturen zum Eintrieren oder Zuschmieren neigen.
Ein Bericht zum "3. International Symposium on Electroslag and other Special Melting Technology" vom Juni 1971 offenbart für einen 600 mm Rohblock, dass allgemein bei einer Tiefe des flüssigen Metallpools von etwa 0,5-fachem Rohblockdurchmesser gute Ergebnisse der Rohblockstruktur bezüglich der Produkteigenschaften erreicht werden, wobei Elektroden/Rohblockdurchmesser d/D-Verhältnisse von etwa 0,35 bis 0,85 mit entsprechend minimal bzw. maximal möglichen Schmelzraten von etwa 200 bis 1000 kg/hr dargestellt sind. Es wird keinerlei Ausfuhrungen zur Stromzuführung gemacht; der Strom wird wohl über die Elektrode, die Kokille oder den Rohblock zugeführt, damit das Verfahren realisiert zu werden vermag.
Der DE 23 40 525 A1 ist eine Vorrichtung zu entnehmen, die zumindest eine Elektrode mit einer - einen erweiterten Kokillenteil aufweisenden - Kokille enthält; das Schlackenbad reicht in den erweiterten Teil der Kokille hinein, zu dem außen ein stromleitendes Element führt. An den konischen Teil schließt ein zylindrischer Auslaufteil an, der den Strangquerschnitt eines Ingots bestimmt, wobei der eine Pol der Stromversorgung über eine Anschlussklemme mit der Elektrode bzw. der andere Pol über die Anschlussklemme mit der Kokille im Bereich des erweiterten Teiles verbunden ist bzw. über eine Leitung und eine Plattform mit jenem Ingot.On the other hand, there is also the problem of controlling the casting speed in the range of 2000 kg / h, since the pouring spouts used here with approximately 8 mm spout opening at low casting temperatures tend to settle or smudge.
A report to the "3rd International Symposium on Electroslag and other Special Melting Technology" of June 1971 discloses for a 600 mm ingot that, generally at a depth of the liquid metal pool of about 0.5 times the ingot diameter, good results of the ingot structure are achieved with respect to product properties wherein electrodes / ingot diameter d / D ratios of about 0.35 to 0.85 are shown with correspondingly minimum and maximum possible melt rates of about 200 to 1000 kg / hr, respectively. There is no execution made to the power supply; the current is probably supplied via the electrode, the mold or the ingot, so that the process can be realized.
DE 23 40 525 A1 discloses a device which contains at least one electrode with a mold having an expanded mold part; the slag bath extends into the widened part of the mold, to the outside of a current-conducting element leads. At the conical part, a cylindrical outlet part connects, which determines the strand cross-section of an ingot, wherein the one pole of the power supply via a terminal to the electrode or the other pole via the terminal to the mold in the region of the enlarged part is connected or via a pipe and a platform with that ingot.
In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, die erkannten Mängel zu beseitigen und ein verbessertes Verfahren zum Elektroschlacke-Strangschmelzen von Metallen anzubieten.With this prior art in mind, the inventor has set himself the goal of eliminating the identified deficiencies and offering an improved process for the electroslag strand melting of metals.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Patentansprüches; die Unteransprüche geben günstige Wieterbildungen an.To solve this problem leads the teaching of the independent patent claims; the dependent claims indicate favorable Wieterbildungen.
Erfindufigsgemäß soll die Abschmelzrate in kg/h dem 1,5 bis 30-fachen des Strangdurchmessers -- vor allem des aus dem Umfang (U) des Gießquerschnitts errechneten äquivalenten Strangdurchmessers gemäß der Beziehung Däq = U/π-- entsprechen sowie das Verhältnis der Querschnittsfläche einer oder mehrerer Abschmelzelektroden zur Querschnittsfläche des Gießquerschnitts oder des herzustellenden Stranger gleich oder größer als 1,0 gewählt werden; der Schmelzstrom wird zwischen der Elektrode einerseits sowie dem Strang mit/oder der als Trichterkokille ausgebildeten Kokille anderseits geführt sowie die Phasengrenze zwischen Schlackenbad und Mittelspiegel mittels einer Kontrolleinrichtung überwacht wobei der neu gebildete Strang im unteren, engeren Teil der Kokille gebildet wird und das über dem Gießspiegel befindliche Schlackenbad bis in den trichterförmig erweiterten Teil reicht, wo dann die Spitze der Abschmelzelektrode in diese eintaucht.According to the invention, the melting rate in kg / h should correspond to 1.5 to 30 times the strand diameter, in particular the equivalent strand diameter calculated from the circumference (U) of the casting cross section according to the relationship D eq = U / π--, and the ratio of Cross sectional area of one or more Abschmelzelektroden the Cross-sectional area of Gießquerschnitts or Stranger be prepared equal to or greater than 1.0 are selected; the melt stream is passed between the electrode on the one hand and the strand with / or the mold designed as a funnel mold on the other hand monitored the phase boundary between slag bath and middle mirror by means of a control device wherein the newly formed strand is formed in the lower, narrower part of the mold and the above the mold level existing slag bath extends into the funnel-shaped widened part, where then immersed the tip of the Abschmelzelektrode in this.
Versuche haben nämlich gezeigt, daß die eingangs geschilderten Nachteile der einzelnen bekannt gewordenen Verfahren in überraschend einfacher Weise vermieden bzw umgangen werden können, wenn beim an sich bekannten Elektroschlacke-Umschmelzverfahren mit erheblich höheren Abschmelzraten gearbeitet wird als bisher, wenn gleichzeitig Abschmelzelektroden mit einem im Vergleich zum Gießquerschnitt großen Querschnitt verwendet werden. Gute Ergebnisse werden bereits erzielt, wenn die Querschnittsfläche der Abschmelzelektrode/n mindestens 50 % der Querschnittsfläche des herzustellenden Stranges beträgt. Die erfindungsgemäßen Werte der erwähnten Abschmelzraten in kg/h sollen bei Rundquerschnitten mindestens das 1,5-fache -- aber nicht mehrals das 30-fache -- des Durchmessers in mm betragen. Bei vom Rundquerschnitt abweichenden Strangformen kann ohne weiteres mit jenem Wert für den äquivalenten Durchmesser Däq gearbeitet werden.Experiments have shown that the above-described disadvantages of the individual methods that have become known can be avoided or avoided in a surprisingly simple manner if the electroslag remelting process known per se uses considerably higher melting rates than hitherto when simultaneously melting electrodes have a melting point in comparison with Casting cross section large cross section can be used. Good results are already achieved if the cross-sectional area of the consumable electrode / s is at least 50% of the cross-sectional area of the strand to be produced. The values according to the invention of the abovementioned melting rates in kg / h should be at least 1.5 times - but not more than 30 times - the diameter in mm for round cross sections. In the case of strand shapes deviating from the round cross section, it is readily possible to work with that value for the equivalent diameter D eq .
Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich Energieverbrauch und Qualität der Oberfläche bei gleichzeitig guter Zentrumsstruktur werden erzielt, wenn die Abschmelzrate in kg/h dem 5 bis 15-fachen des äquivalenten Durchmessers Däq in mm entspricht.Particularly good results in terms of energy consumption and quality of the surface with a good center structure are achieved when the melting rate in kg / h corresponds to 5 to 15 times the equivalent diameter D eq in mm.
Dieses hier vom Prinzip her geschilderte vorteilhafte erfindungsgemäße Verfahren kann in vielfacher Weise an die Erfordernisse des Betreibers angepaßt werden.This advantageous method according to the invention, described here in principle, can be adapted in many ways to the requirements of the operator.
So kann beispielsweise die Kokille lest in einer Arbeitsbühne eingebaut sein und der Strang nach unten abgezogen werden. Der Strang mag aber auch auf einer feststehenden Bodenplatte aufgebaut und die Kokille in der Weise angehoben werden, wie der Strang anwächst. Das Abziehen des Stranges bzw. Anheben der Kokille können kontinuierlich oder schrittweise erfolgen.For example, the mold can be installed in a working platform and the strand can be pulled down. However, the strand may also be built on a fixed bottom plate and the mold raised in the manner in which the strand grows. The removal of the strand or raising the mold can be continuous or stepwise.
Ferner besteht die Möglichkeit, die Kokille oszillieren zu lassen, was insbesondere bei einem kontinuierlichen Strangabzug von Interesse sein wird.It is also possible to oscillate the mold, which will be of particular interest in a continuous strand take-off.
Im Falle einer schrittweisen Strangabzugs- oder Kokillenhubbewegung kann zusätzlich an jeden Hübschritt unmittelbar ein Gegenhubschritt anschließen, wobei die Schrittlänge des Gegenhubschritts bis zu 60% der Schrittlänge des Abzugs-Hubschritts betragen kann.In the case of a stepwise strand withdrawal or Kokillenhubbewegung may additionally connect directly to each Hübschritt a Gegenhubschritt, wherein the stride length of the Gegenhubschritts can be up to 60% of the stride length of the trigger stroke.
Beim konventionellen Elektroschlacke-Umschmelzverfahren fließt der Schmelzstrom durch die Schlacke zwisehen Etekirodenspitze und Schmelzsumpf oder bei biphilaren oder dreiphasig angespeisten Anlagen zwischen den Elektroden. Eine derartige Stromführung ist auch beim erfindungsgemäßen Verfahren möglich.In the conventional electroslag remelting process, the melt stream flows through the slag between the tip of the Etekirode and the melt sump or, in the case of biphilic or three-phase fed plants, between the electrodes. Such current conduction is also possible in the method according to the invention.
Mit trichterförmigen Kokillen werden auch gute Ergebnisse mit einer Stromführung zwischen Elektrode und Kokillenwand erzielt.With funnel-shaped molds also good results with a current between the electrode and mold wall are achieved.
Zu besonders guten Ergebnissen hinsichtlich der Wärmeverteilung im Schlackenbad führt bei einer mit zumindest einer Elektrode sowie einer Stromquelle zugeordnete Kokille für ein in ein oberes erweitertes Kokillenteil reichendes Schlackenbad, mit wenigstens ein stromleitendes Element im erweiterten Kokillenteil der Kokillenwand sowie einem an das Kokillenteil nach unten hin anschließenden, den Strangquerschnitt bestimmenden Auslaufteil versehenen Vorrichtung -- bei der die. Elektrode an einen Pol der Stromquelle angeschlossen ist, deren anderer Pol sowohl mit dem Strang als auch mit dem/den stromleitenden Element/en in der Kokillenwand verbunden ist --, die erfindungsgemäße Zuordnung einer Kontrolleinrichtung zu dem engeren Auslaufteil der Kokille zur laufenden Überwachung der Position der Phasengrenze zwischen dem Schlackenbad und dem Metallspiegel, wobei unterhalb, der Kontrolleinrichtung Treibrollen für den Strangabzug vorgesehen sind, die auch als Kontakte für die Stromrückleitung vom Strang zur Stromquelle ausgebildet sind.For particularly good results in terms of heat distribution in the slag bath leads in a associated with at least one electrode and a power source mold for reaching into an upper extended mold part slag bath, with at least one current-conducting element in the expanded mold part of the mold wall and a subsequent to the mold part downwards , the strand cross-section defining outlet part provided device - in which the. Electrode is connected to a pole of the power source whose other pole is connected to both the strand and with the / the current-conducting element (s) in the mold wall, the inventive assignment of a control device to the narrower outlet part of the mold for the continuous monitoring of the position the phase boundary between the slag bath and the metal mirror, below, the control device drive rollers are provided for the strand withdrawal, which are also designed as contacts for the return current from the strand to the power source.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur einen skizzenhalten Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Elektroschlacke-Strangschmelzen von Metallen mit einer seitlichen Elektrode in Wartestellung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing; this shows in its single figure a sketch longitudinal section through a device for electroslag strand melting of metals with a lateral electrode in the waiting position.
Der eine Pol einer -- entweder Wechselstrom oder Gleichstrom abgebenden -- Stromquelle 10 ist über eine Zuleitung 12 mit einer Aufhängeeinrichtung 14 einer Abschmelzelektrode 16 verbunden. Die Elekrode 16 wird durch eine in der Zeichnung nicht im einzelnen wiedergegebene Einrichtung so bewegt, daß das freie Elektrodenende 17 stets in ein Schlackenbad 18 eintaucht.The one pole of a - either AC or DC donating -
Das Schlackenbad 18 ist in einer Kokille 20 vorgesehen, die in ihrem querschnittlich trichterartigen Kokillenboden 22 ein rohrartiges Auslaufteil 24 für einen darin enstehenden Umschmelzstrang 26 eines Durchmessers D aufweist. Am oberen Rand ihrer Wand 28 weist die Kokille 20 einen radial auskragenden Flansch 30 auf, der als Auflager für einen Gegenflansch 32 einer gasdicht aufsetzbaren die Elektrode 16 umgebenden Haube 34 dient.The
Die Stromzuführung zum anderen Pol der Stromquelle 10 erfolgt entweder am Strang 26 über als Stromabnehmer ausgebildete Treibrollen 36 und eine -- einen Hochstromtrenner 38 enthaltende -- Hochstromrückleitung 40 oder aber über in die Kokillenwand 28 eingebaute Stromabnehmer 42 und eine andere, daran anschließende Hochstromrückleitung 40a mit Hochstromtrenne 38a. Möglich ist auch eine Stromführung über Strang 26 und Stromabnehmer 42 gemeinsam dabei wird die Ruckleitung durch Betätigen der erwähnten Hochstromtrenner 38 bzw. 38a gewählt.The power supply to the other pole of the
Der Anteil der über die Stromabnehmer 42 und die Treibrollen 36 als Kontakte fließenden Ströme -- wenn beide in den jeweiligen Hochstromrückleitungen 40, 40a vorgesehenen Hochstromtrenner 38, 38a so geschaltet sind, daß ein Stromdurchgang ermöglicht wird -- hängt vom Verhältnis der Widerstände im Schlackenbad 18 ab. Diese werden von der Höhe des Schlackenbades 18 in Bezug auf die Stromabnehmer 42 bzw. den Abstand des freien Endes 17 der Elektrode 16 vom Metallspiegel 44 in der Kokille 20 für den in deren Auslaufteil 24 erstarrenden Umschmelzstrang 26 bestimmt.The proportion of current flowing through the
Der Umschmelzstrang 26 wird durch die Treibrollen 36 entsprechend dem Abschmelzen der Abschmelzelektrode 16 abgesenkt und der Spiegel 44 des flüssigen Metalls im engeren Auslaufteil 24 der Kokille 20 durch eine Kontrolleinrichtung, insbesondere eine radioaktive Strahlenquelle 46, überwacht. Gleichzeitig dienen -- wie schon beschrieben --die Treibrollen 36 auch als Kontakt für die Stromrückleitung 40 vom Strang 26 zur Stomquelle 10.The Umschmelzstrang 26 is lowered by the
Ein Ablängen der gewünschten Erzeugnisabschnitte vom Umschmelzstrang 26 ist beispielsweise durch eine bei 48 angedeutete Brennschneideanlage möglich.Cutting the desired product sections from the
Ist die erste Abschmelzelektrode 16 verzehrt, kann diese durch - hier nicht gezeigte -- Einrichtungen aus Einrichtungen aus dem Schmelzbereich entfernt und durch eine neue Elektrode 16a ersetzt werden, die aus einer rechts skizzierte Wartestellung in Schmelzposition gelangt, so daß der Schmelzvorgang fortgesetzt zu werden vermag; durch das Abschmelzen mehrerer Elektroden 16 hintereinander wird ein kontinuierlicher Betrieb ermöglicht.If the first
Die Elektrode 16 , 16a und das Schlackenbad 18 sind durch jene -- wie gesagt, mittels ihres Gegenflansches 32 gegen den Kokillenflansch 30 abgedichtete Haube 34, 34a gegen Luftzutritt geschützt.The
In der beschriebenen Vorrichtung kann das Umschmelzen unter kontrollierter Atmosphäre sowie unter Ausschluß des Luftsauerstoffes stattfinden, womit auch die Erzeugung höchstreiner Umschmelzstränge 26 ermöglicht und ein Abbrand sauerstoffaffiner Elemente verhindert wird. Dabei sollen Abschmelzelektroden 16 eingesetzt werden, deren Querschnittsfläche im Verhältnis zum Gießquerschnitt als groß bezeichnet werden kann.In the described device, the remelting can take place under a controlled atmosphere and in the absence of atmospheric oxygen, which also enables the production of highly pure remelting
Bei Strangformen, dio vom Rundquerschnitt abweichen, sei ein äquivalenter Durchmesser Däq für den Umschmelzstrang 26 angenommen, der aus dem Umfang U abgeleitet werden kann mit
Zur Erprobung der erfindungsgemäßen Technologie wurde an einer ESU-Anlage mit Hebekokille ein Versuch gefahren.
Nach dem Aufschmelzen von 55 kg Schlacke der Zusammensetzung 30 % CaO,30 % Al2O3 40 % CaF2 wurde der Kokillenhub so eingestellt, daß der Stahlspiegel etwa 20 bis 30 mm unterhalb des Trichteransatzes im unteren Kokillenteil mit 160 mm Durchmesser gehalten wurde.After melting 55 kg slag of the composition 30% CaO, 30% Al 2 O 3 40% CaF 2 , the Kokillenhub was adjusted so that the steel mirror was held about 20 to 30 mm below the funnel neck in the lower mold part with 160 mm diameter.
Die elektrische Leistung wurde auf 750 kW bei 10 KA und 75 Volt im Schlackenbad 18 eingestellt, wobei die Energie über die Elektrode 16 in das Schlackenbad 18 eingebracht und sowohl über den Strang 26 als auch über die Kokillenwand 28 des trichterförmig erweiterten oberen Teils abgeleitet wurde.The electrical power was adjusted to 750 kW at 10 KA and 75 volts in the
Bei diesen Bendingungen stellte sich eine Abschmelzrate zwischen 820 und 900 kg/h ein. Dementsprechend wurde die Kokille 20 mit einer mitteleren Geschwindigkeit von 87 bis 95 mm/min angehoben/wobei das Heben schrittweise mit etwa 10 mm Schrittlänge erfolgte. Die Hubfrequenz wurde über eine radioaktive Gießspiegelmessung kontrolliert und gesteuert.With these conditions, a melting rate between 820 and 900 kg / h arose. Accordingly, the
Es wurde ein Strang 26 mit etwa 3,0 m Länge erzeugt. Die Oberflächengüte war gut, so daß vor der Warmverformung keine Oberflächenbehandlung erforderlich war. Der Strang 26 wurde ohne Schwierigkeiten zu einem Knüppel mit 100 mm quadrat auf einem Schmiedehammer vorgeschmiedet.A
Die metallographische Erprobung ergab eine gleichmäßig feinkörnige Karbidverteilung Zentrumsseigerungen wurden nicht festgestellt.The metallographic testing showed a uniformly fine-grained carbide distribution center segregations were not found.
Claims (8)
- Method for remelting metals, in particular steels as well as Ni-based and Co-based alloys, into a billet (26) by melting off at least one consumable electrode (16) with a melt-off rate in kg/h in an electrically conductive slag bath (18) which is provided in a short, open-bottomed chill mould (20), characterised in that the melt-off rate corresponds to 1.5 to 30 times the billet diameter (D, Deq) in mm and the ratio of the cross-sectional area of one or more consumable electrodes (16) to the cross-sectional area of the casting cross-section or of the billet (26) to be produced is selected at equal to or greater than 1.0, wherein the melting current is conducted between the electrode (16) on the one hand and the billet (26) and/or the chill mould (20) designed as a funnel chill mould on the other hand, and the phase boundary between slag bath and metal level (44) is monitored by means of a monitoring device (8), and in that the billet is formed in the lower narrow portion of the funnel chill mould, and the slag bath extends as far as the wider upper portion thereof.
- Method according to claim 1, characterised by an equivalent billet diameter (Deq) calculated from the circumference (U) of the casting cross-section and differing from the round cross-section, according to the expression Deq = U/n.
- Method for remelting metals in a funnel chill mould according to claim 1 or 2, characterised in that the melt-off rate in kg/h corresponds to 5 to 15 times the equivalent billet diameter (Deq) calculated from the circumference (U) of the casting cross-section.
- Method according to any of claims 1 to 3, characterised in that the formed billet is drawn off continuously from the chill mould, wherein if occasion arises the formed billet is stationary and the chill mould is lifted continuously.
- Method according to any of claims 1 to 3, characterised in that the formed billet is drawn off stepwise from the chill mould, wherein if occasion arises the formed billet is stationary and the chill mould is lifted stepwise.
- Method according to claim 4, characterised in that the chill mould is moved in oscillating fashion.
- Method according to claim 5, characterised in that immediately after each lifting step a counter-lifting step is performed in the opposite direction, and the stroke length of the counter-lifting step is selected at not more than 60% of the stroke length of the preceding lifting step.
- Apparatus for carrying out the method according to one or more of the preceding claims with at least one electrode (16) as well as a chill mould (20) associated with a current source for a slag bath (18) extending into a wider upper portion (22) of the chill mould, with at least one electrically conductive element (42) in the chill mould wall (28), and also a discharge portion (24) which adjoins the chill mould portion at the bottom and defines the billet cross-section, wherein the electrode (16) is connected to one pole of the current source (10) and its other pole is connected both to the billet (24) and to the electrically conductive element(s) (42) in the chill mould wall (28), characterised in that a monitoring device (46) is fitted on the narrower discharge portion (24) of the chill mould (20) for constant monitoring of the position of the phase boundary between the slag bath and the metal level (44) in the discharge portion (24), and beneath the monitoring device are provided driving rollers (36) for drawing off the billet, which are also designed as contacts for the current return (40) from the billet (26) to the current source (10).
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