EP0800879B1 - Wassergekühlte Kokille zum Herstellen von Blöcken oder Strängen, Verfahren zum Stranggiessen sowie Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen - Google Patents

Wassergekühlte Kokille zum Herstellen von Blöcken oder Strängen, Verfahren zum Stranggiessen sowie Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen Download PDF

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EP0800879B1
EP0800879B1 EP96119516A EP96119516A EP0800879B1 EP 0800879 B1 EP0800879 B1 EP 0800879B1 EP 96119516 A EP96119516 A EP 96119516A EP 96119516 A EP96119516 A EP 96119516A EP 0800879 B1 EP0800879 B1 EP 0800879B1
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EP
European Patent Office
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chill mould
cooled
water
electroconductive
slag
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EP96119516A
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French (fr)
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EP0800879A2 (de
EP0800879A3 (de
Inventor
Harald Dipl.-Ing. Holzgruber
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Inteco Internationale Techinsche Beratung GmbH
Original Assignee
Inteco Internationale Techinsche Beratung GmbH
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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
    • C22B9/18—Electroslag remelting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds

Definitions

  • the invention relates to a short, water-cooled, below open mold for making blocks or strands according to the preamble of claim 1. Also recorded the invention a device with such a mold for the continuous casting of metals and a method for Electroslag remelting.
  • the one in electro-slag remelting for special process variants used so-called stand molds should not be here to be viewed as.
  • molds of interest here enable this Making strands or blocks that last considerably longer are as the water-cooled molds, with the conventional Continuous casting the strand formed in the mold subtracted either vertically or in an arc becomes.
  • electroslag When electroslag is remelted, it can be in the mold formed block either by lowering a bottom plate subtracted down, or it can be Chill mold can be lifted in the way that on a fixed base plate a remelting block is built.
  • Electroslag remelting largely solved, since here the liquid metal sump is covered by a slag bath and is protected from direct air access. The The electrode tip also melts within of the slag bath so that direct contact of the liquid metal with the surrounding atmosphere avoided becomes.
  • the continuous casting was initially done in air, trying was, by adding oil in the area of the pouring level to limit the oxidation of the metal.
  • the Introduction of mold powder to cover the mold level and the use of dip tubes for the supply of the liquid Metal in the mold has further improvements here guided.
  • DE-A-1 483 646 describes a method for producing Cast blocks described with directional solidification, at which the surface of the melting sump by an overlying Slag layer is kept warm; the latter is produced in a predetermined area of the mold is connected to a power source.
  • the slag bath is heated by the current transfer between two poles, one of them through the slag bath / smelter interface as well as the other from one into that Slag bath immersed - and also to that power source connected - power supply electrode formed becomes.
  • That electrode is otherwise not identical to that metal forming the ingot; it is either as separate supply element on the slag layer set or attached to the top of the mold wall; an insulating intermediate piece is imperative in it Ceramic between the electrode and the mold required to avoid an otherwise occurring short circuit prevent.
  • the second pole can also be from one directed towards the slag bath charge carrier beam a source that is not immersed in the slag bath be formed. That which solidifies in the mold Metal can be extracted from a slag bath as liquid metal Pouring ladle, as granules from a container or in form be fed to a self-consuming electrode.
  • GB-A-1 413 508 discloses a mold in its mold wall installed a non-consumable current-carrying element as well as via a rectifier with the power supply is connected that both the electrode and the Pouring cross section - in relation to the non-edible element - are always electrically negatively polarized.
  • US-A-3 768 543 is used to manufacture metal blocks from small pieces of metal particles in one several parts of existing water-cooled mold a meltable one between two water-cooled elements Metal electrode installed so that it is partially through the Cooling effect of these elements protected and with one pole is connected to a power source.
  • One below the meltable electrode arranged mold element jumps inside in front.
  • the Electricity flows here between the partial melting electrode in the mold wall and the Block.
  • a system and a method according to DE 2 620 823 are intended in particular for the production of narrow slabs i.e. rectangular block formats, can be useful, whereby among other things consumable used, their cross-sectional area 1.05 to 20 times the cross-sectional area of the produced Blocks is.
  • a slag bath is formed in the mold, in which both Immerse consumable and non-consumable electrodes.
  • electrodes their cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the manufactured Blocks is, molds are expanded funnel-shaped upwards used.
  • auxiliary electrodes discussed here have the disadvantage that they are not an integrated part of the mold wall and only partially immerse in the slag bath. Above of the hot slag are auxiliary electrodes on almost Heated slag temperature and in contact with the ambient air oxidized very quickly, leaving only an insufficient Durability is achieved.
  • the water-cooled copper elements Mold wall formed at least one not directly water-cooled current-carrying element installed so that this in a region which determines the position of the slag bath (20) is therefore in contact with the slag bath, and also completely below the surface of the slag bath is arranged, but not up to the mirror of the liquid metal is enough; over this element is a Contact can be made to a power source that according to Claim 1 on the other hand to an edible electrode or the resulting block or the one bearing it Base plate is connected.
  • these current-conducting elements preferably uses graphite in a manner known per se, but also high-melting metals, such as Tungsten, molybdenum or the like are suitable.
  • the upper part of the Chill mold that receives the slag bath and into which current-carrying element (s) is / are installed funnel-shaped be expanded. This may be particularly true in manufacturing of strands of small cross-section with a diameter or a side length of less than 300 mm of interest his.
  • a further embodiment of the mold according to the invention provides that the built-in current-conducting element (s) is / are electrically insulated from the copper part of the mold by installing non-conductive elements.
  • Refractory ceramic materials such as fireclay, Al 2 O 3 , MgO etc. come into consideration as the material for the non-conductive elements.
  • the mold according to the invention enables a number of different arrangements and process variants with electroslag remelting or with Continuous casting, the most important of which are described below become.
  • Fig. 1 shows the schematic structure of a tubular Mold 10 for so-called electro-slag remelting (ESU).
  • ESU electro-slag remelting
  • a remelting block 16 is formed and so deducted from the mold 10 that the meniscus one liquid sump 18 in that lower water-cooled Mold part 12 is located.
  • a liquid To recognize slag bath 20 in which an edible Electrode 22 is immersed.
  • the inflows of the mold parts 12, 14 for the cooling water are designated 28 for the sake of clarity Drains with 30.
  • the mold 10 described above is also suitable for continuous casting, as shown in FIG. 2. Again, the meniscus of the liquid Bottom 18 of the strand 32 withdrawn from the mold 10 covered by the liquid slag bath 20, which in the Area of the not directly cooled current-conducting element 24 and the - also not directly cooled - not current-conducting elements 26 is held. That all in one liquid widening upward intermediate vessel 34 Metal 36 arrives in the flow direction x via an immersion tube 38 as a pouring jet 40 directly into the liquid sump 18.
  • Fig. 3 offers the schematic structure of an ESCU system Sliding mold using the one shown in Fig. 1 Mold 10 on.
  • the installation of a current-carrying element 24 in the area of the slag bath 20 enables a number of Variants for connecting the system to a power source 42 for alternating or direct current through corresponding Switching switches 44, 46, 48, 50 can be achieved can.
  • a current flow like that of conventional electroslag remelting is common arises when the switches 44 - in line 45 between current source 42 and electrode 22 - and switch 48 - in line 49 between current source 42 and a base plate 52 - are closed when open Switch 46; the latter is the current-carrying element 24 assigned.
  • Switching point 48 is with Line 49 connected.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the mold 10 according to the invention, in which two current-conducting elements 24 a and 24 b are insulated from the lower water-cooled mold part 12 and the upper water-cooled mold part 14 by non-current-conducting elements 26 and horizontally from one another by likewise non-current-conducting intermediate elements 58 are.
  • two current-conducting elements 24 a and 24 b are insulated from the lower water-cooled mold part 12 and the upper water-cooled mold part 14 by non-current-conducting elements 26 and horizontally from one another by likewise non-current-conducting intermediate elements 58 are.
  • the current flows through the slag bath 20 between the two current-conducting parts 24 a , 24 b .

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Description

Die Erfindung betrifft eine kurze, wassergekühlte, unten offene Kokille zum Herstellen von Blöcken oder Strängen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Zudem erfaßt die Erfindung eine Vorrichtung mit einer solchen Kokille zum Stranggießen von Metallen sowie ein Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen.
Sowohl für das Stranggießen als auch für das Elektroschlacke-Umschmelzen von Metallen -- und insbesondere von Stählen -- werden wassergekühlte kurze, unten offene Kokillen verwendet, deren Einsätze meist aus Kupfer oder Kupferlegierungen hergestellt sind. Diese Einsätze können entweder rohrförmig ausgebildet sein -- und in einem Wasserkasten vom Kühlwasser umströmt werden -- oder sie sind, wie dies insbesondere bei großen Flachformaten (Brammen) der Fall ist, aus mehreren dickwandigen Kupferplatten zusammengesetzt, die dann in einer Stützkonstruktion gehalten werden. Bei diesen Plattenkokillen wird das Kühlwasser über einen Verteilerring einzelnen, in den Platten angebrachten Kühlbohrungen, zugeleitet und am anderen Kokillenende wieder aus den Kühlbohrungen zu einem Sammler und weiter in den Rücklauf geführt. Es sind auch Monoblock-Kokillen aus dickwandigen, meist geschmiedeten Ringen bekannt, bei welchen das Kühlwasser ebenfalls -- wie bei den Plattenkokillen -- über einzelne Kühlbohrungen geführt wird.
Die beim Elektroschlacke-Umschmelzen für spezielle Verfahrensvarianten verwendeten sog. Standkokillen, die einen ganzen Umschmelzblock aufnehmen können, sollen hier nicht betrachtet werden.
Hier interessierende Kokillen ermöglichen vielmehr das Herstellen von Strängen oder Blöcken, die erheblich länger sind als die wassergekühlten Kokillen, wobei beim konventionellen Stranggießen der in der Kokille gebildete Strang entweder vertikal oder bogenförmig nach unten abgezogen wird. Beim Elektroschlacke-Umschmelzen kann der in der Kokille gebildete Block entweder durch Absenken einer Bodenplatte nach unten abgezogen werden, oder es kann die Kokille in der Weise angehoben werden, in der auf einer festehenden Bodenplatte ein Umschmelzblock aufgebaut wird.
Bei allen Gießverfahren kommt der Vermeidung einer Reoxidation des zu vergießenden Metalls durch die umgebende Atmosphäre große Bedeutung zu. Diese Frage erscheint beim Elektroschlacke-Umschmelzen weitgehend gelöst, da hier der flüssige Metallsumpf durch ein Schlackenbad abgedeckt ist und so vor einem direkten Luftzutritt geschützt ist. Das Abschmelzen der Elektrodenspitze erfolgt ebenfalls innerhalb des Schlackenbads, so daß ein direkter Kontakt des flüssigen Metalls mit der umgebenden Atmosphäre vermieden wird.
Das Stranggießen erfolgte anfänglich an Luft, wobei versucht wurde, durch Zusatz von Öl im Bereich des Gießspiegels die Oxidation des Metalls in Grenzen zu halten. Die Einführung von Gießpulvern zur Abdeckung des Gießspiegels und die Verwendung von Tauchrohren für die Zufuhr des flüssigen Metalls in die Kokille hat hier zu weiteren Verbesserungen geführt.
Die meisten Gießpulver weisen jedoch eine saure Zusammensetzung auf, d.h. Bestandteile wie SiO2 und Al2O3 überwiegen im Vergleich zu CaO und MgO. Außerdem müssen häufig hohe Zusätze an Kohlenstoff beigegeben werden, um die für das Stranggießen erforderlichen Eigenschaften sicherzustellen.
Für Stähle mit höchstem Reinheitsgrad besteht heute die Forderung nach einem Gießen unter basischen Schlacken bei gleichzeitig vollständiger Abdeckung des Gießspiegels und insbesondere des sich im Kontakt mit der Kokillenwand ausgebildeten Meniskus. Diese Forderung kann heute nicht oder nicht ausreichend erfüllt werden, da basische Schlacken höhere Schmelzpunkte aufweisen und durch die vom flüssigen Metall abgegebene Wärme allein nicht flüssig gehalten werden können - um so mehr, als sie üblicherweise mehr Energie durch Abstrahlung an die Umgebung abgeben als saure Schlakken oder Pulvermischungen.
Auch bei den Elektroschlackeprozessen, bei welchen die auf dem Metallspiegel befindliche, meist basische Schlacke aufgrund des Stromdurchgangs von der Elektrode zum Block beheizt und damit flüssig gehalten wird, sind die Bedingungen am Meniskus nicht immer ideal. Insbesondere bei der Herstellung von Blöcken großen Durchmessers kommt es immer wieder vor, daß die Leistungszufuhr abgesenkt werden muß, um die Abschmelze ausreichend niedrig zu halten und somit eine gute Blockstruktur sicherzustellen. Hier kann es vorkommen, daß das Wärmeangebot am Meniskus des Metallsumpfes nicht mehr ausreicht, um eine gute Blockoberfläche frei von Tränen und Rillen zu erzielen.
Aber auch bei einem abgewandelten Elektroschlacke-Verfahren zum Strangschmelzen von kleinen strangähnlichen Querschnitten in entweder stranggußähnlichen geraden Kokillen oder in -- zum Stand der Technik gehörenden -- nach oben T-förmig erweiterten Kokillen kann es vorkommen, daß die für die gewünschte Abschmelzrate erforderliche Leistung bzw. Stromstärke über den Gießquerschnitt allein nicht abgeleitet werden kann, da es sonst zu einer Überhitzung des Metallsumpfes und weiterhin wieder zur Ausbildung einer ungünstigen Erstarrungsstruktur kommt.
Um diesem Nachteil entgegenzuwirken wurde in Japan versucht, einen Teil des Stroms aus dem Schlackenbad über die Kokillenwand abzuleiten. Dabei kann es allerdings zum Auftreten von Mikrolichtbögen zwischen dem Meniskus des Schlackenbads und der Kokillenwand kommen. Dies führt zu einer Erosion des Kupfers der Kokille in der Höhe des Schlackenbades und damit zu einer erheblichen Verringerung der Kokillenstandzeit.
Um die oben geschilderten Probleme umgehen zu können, wäre es wünschenswert, die Energieeinbringung in ein auf dem Meniskus des Schmelzsumpfes befindliches flüssiges, elektrisch leitendes Schlackenbad unabhängig steuern zu können, ohne daß dadurch die Schmelzrate oder die Sumpftemperatur direkt beeinflußt werden. Dies könnte nun grundsätzlich durch den Einsatz einer oder mehrere in das Schlackenbad eintauchenden nichtverzehrbaren Elektroden geschehen, wie dies an anderer Stelle bereits vorgeschlagen wurde.
Beim Herstellen kleiner Querschnitte scheidet diese Möglichkeit aus Platzgründen im allgemeinen aus. Beim Erzeugen großer Querschnitte -- und langen Umschmelzzeiten -- werden derartige nichtverzehrbare Elektroden stark erhitzt, womit Graphit, aber auch Wolfram oder Molybdän als Werkstoffe ausscheiden, da diese durch den Luftsauerstoff sehr rasch oxidiert würden.
In der DE-A-1 483 646 wird ein Verfahren zum Herstellen von Gußblöcken mit gerichteter Erstarrung beschrieben, bei welchem die Oberfläche des Schmelzsumpfes durch eine darüberliegende Schlackenschicht warmgehalten wird; letzteres wird in einem vorgegebenen Bereich der Kokille erzeugt, die an eine Stromquelle angeschlossen ist. Das Schlackenbad wird durch den Stromübergang zwischen zwei Polen beheizt, von denen einer durch die Grenzschicht Schlackenbad/Schmelzsumpf sowie der andere von einer in das Schlackenbad eintauchenden -- und ebenfalls an jene Stromquelle angeschlossene -- Stromzuführungselektrode gebildet wird. Jene Elektrode ist im übrigen nicht identisch mit dem den Gußblock aufbauenden Metall; sie wird entweder als gesondertes Zuleitungselement auf die Schlackenschicht gesetzt oder an den oberen Rand der Kokillenwand angebaut; darin ist zwingend ein isolierendes Zwischenstück aus Keramik zwischen der Elektrode und der Kokille erforderlich, um einen sonst entstehenden Kurzschluß zu verhindern. Alternativ kann der zweite Pol auch von einem auf das Schlackenbad gerichteten Ladungsträgerstrahl aus einer nicht in das Schlackenbad eintauchenden Quelle gebildet werden. Das in der Kokille zur Erstarrung kommende Metall kann dem Schlackenbad als flüssiges Metall aus einer Gießpfanne, als Granulat aus einem Behälter oder in Form einer selbstverzehrenden Elektrode zugeführt werden.
Die GB-A-1 413 508 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.
Nach der US-A-3 768 543 wird zum Herstellen von Metallblöcken aus kleinstückigen Metallteilchen in einer aus mehreren Teilen bestehenden wassergekühlten Kokille zwischen zwei wassergekühlten Elementen eine schmelzbare Metallelektrode so eingebaut, dass sie teilweise durch die Kühlwirkung dieser Elemente geschützt und mit einem Pol einer Stromquelle verbunden ist. Ein unterhalb der schmelzbaren Elektrode angeordnetes Kokillenelement springt nach innen vor. Zudem ist ein Kokillenunterteil vorhanden, in welchem der mit dem zweiten Pol der Stromquelle verbundene Block geformt wird; dieser wird gegen das unter der schmelzbaren Elektrode angeordnete Kokillenelement durch eine isolierende Packung elektrisch isoliert. Der Strom fließt hier zwingend zwischen der teilweise aufschmelzenden Elektrode in der Kokillenwand und dem Block.
Eine Anlage und ein Verfahren nach DE 2 620 823 sollen insbesondere für die Herstellung von schmalen Brammen d.h. rechteckigen Blockformate, dienlich sein, wobei u.a. Abschmelzelektroden verwendet werden, deren Querschnittsfläche das 1,05 bis 20-fache der Querschnittsfläche der erzeugten Blöcke beträgt. Für die Verfahrensdurchführung wird in der Kokille ein Schlackenbad gebildet, in welches sowohl verzehrbare als auch nichtverzehrbare Elektroden eintauchen. Bei Verwendung von Elektroden, deren Querschnittsfläche größer als die Querschnittsfläche der hergestellten Blöcke ist, werden nach oben trichterförmig erweiterte Kokillen verwendet.
Die hier erörterten Hilfselektroden weisen den Nachteil auf, dass sie nicht integrierter Teil der Kokillenwand sind und nur teilweise in das Schlackenbad eintauchen. Oberhalb der heißen Schlacke werden Hilfselektroden auf nahezu Schlackentemperatur aufgeheizt und im Kontakt mit der Umgebungsluft sehr rasch oxidiert, so dass nur eine unzureichende Haltbarkeit erzielt wird.
Vor diesem Hintergrund hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, die vorstehend erörterten Schwierigkeiten und Probleme zu beseitigen.
Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Lehren der unabhängigen Patentansprüche; die Unteransprüche geben günstige Ausgestaltungen an.
Erfindungsgemäß wird in die aus wassergekühlten Kupferelementen gebildete Kokillenwand mindestens ein nicht direkt wassergekühltes stromleitendes Element so eingebaut, daß dieses in einem die Lage des Schlackenbades (20) bestimmenden Bereich liegt also, mit dem Schlackenbad in Berührung kommt, und auch vollständig unterhalb der Oberfläche des Schlackenbades angeordnet ist, jedoch nicht bis zum Spiegel des flüssigen Metalls reicht; über dieses Element ist ein Kontakt zu einer Stromquelle herstellbar, die gemäß Patentanspruch 1 anderseits an eine verzehrbare Elektrode oder den entstehenden Block bzw. die diesen tragende Bodenplatte angeschlossen wird.
Als Werkstoff für diese stromleitenden Elemente wird bevorzugt in an sich bekannter Weise Graphit verwendet, aber auch hochschmelzende Metalle, wie beispielsweise Wolfram, Molybdän od.dgl. sind geeignet.
In einer besonderen Ausführungsform kann der obere Teil der Kokille, der das Schlackenbad aufnimmt und in den das/die stromleitende/n Element/e eingebaut ist/sind, trichterförmig erweitert sein. Dies mag insbesondere bei der Herstellung von Strängen kleinen Querschnitts mit einem Durchmesser oder einer Seitenlänge von unter 300 mm von Interesse sein.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kokille sieht vor, daß das/die eingebaute/n stromleitende/n Element/e durch Einbau von nichtleitenden Elementen gegenüber dem Kupferteil der Kokille elektrisch isoliert ist/sind. Als Werkstoff für die nichtleitenden Elemente kommen feuerfeste keramische Werkstoffe wie beispielsweise Schamotte, Al2O3, MgO etc. in Betracht.
Bei Einbau von mindestens zwei stromleitenden Elementen können diese auch gegeneinander durch zusätzlichen Einbau nichtleitender Elemente zwischen den einzelnen stromleitenden Elementen isoliert sein.
Je nach Ausführungsform ermöglicht die erfindunsgemäße Kokille eine Reihe von unterschiedlichen Anordnungen und Verfahrensvarianten beim Elektroschlacke-Umschmelzen bzw. beim Stranggießen, von denen die wesentlichsten nachfolgend beschrieben werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt jeweils schematisch in
Fig. 1:
einen Längsschnitt durch eine rohrförmige Kokille bei Verwendung für das Elektroschlacke-Umschmelzen;
Fig. 2:
den Längsschnitt durch die rohrförmige Kokille zum Einsatz beim Stranggießen;
Fig. 3:
den schematischen Aufbau einer ESU-Anlage im Längsschnitt mit Gleitkokille unter Verwendung der rohrförmigen Kokille nach Fig. 1;
Fig. 4:
den Längsschnitt durch eine andere Ausgestaltung der Kokille;
Fig. 5:
den Querschnitt durch Fig. 4 nach deren Linie V-V.
Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer rohrförmig ausgebildeten Kokille 10 für das sog. Elektroschlacke-Umschmelzen (ESU). In deren wassergekühltem unteren Kokillenteil 12 wird ein Umschmelzblock 16 geformt und so aus der Kokille 10 abgezogen, daß sich der Meniskus eines flüssigen Sumpfes 18 in jenem unteren wassergekühlten Kokillenteil 12 befindet. Darüber ist ein flüssiges Schlackenbad 20 zu erkennen, in das eine verzehrbare Elektrode 22 eintaucht.
Im Bereich des Schlackenbades 30 liegt ein entweder insgesamt ringförmiges oder ein aus mehreren Teilen oder Abschnitten bestehendes -- nicht direkt wassergekühltes -- stromleitendes Element 24, welches -- wie hier dargestellt -- von ebenfalls nicht wassergekühlten sowie nicht stromleitenden äußeren Elementen 26 gegenüber dem unteren Kokillenteil 12 sowie einem gegebenenfalls vorhandenen oberen wassergekühlten Kokillenteil 14 elektrisch isoliert sein kann.
Die Zuflüsse der Kokillenteile 12, 14 für das Kühlwasser sind der besseren Übersicht halber mit 28 bezeichnet, die Abflüsse mit 30.
In einer vereinfachten Ausführungsform ist/sind für eine Reihe von möglichen Anwendungsfällen der obere wassergekühlte Kokillenteil 14 und/oder die nicht wassergekühlten, nicht stromleitenden Elemente 26 entbehrlich.
Grundsätzlich ist die vorstehend beschriebene Kokille 10 auch für das Stranggießen geeignet, wie dies Fig. 2 verdeutlicht. Auch hier wird der Meniskus des flüssigen Sumpfes 18 des aus der Kokille 10 abgezogenen Stranges 32 durch das flüssige Schlackenbad 20 abgedeckt, welches im Bereich des nicht direkt gekühlten stromleitenden Elementes 24 und der -- ebenfalls nicht direkt gekühlten -- nicht stromleitenden Elemente 26 gehalten wird. Das in einem sich aufwärts erweiternden Zwischengefäß 34 befindliche flüssige Metall 36 gelangt in Fließrichtung x über ein Tauchrohr 38 als Gießstrahl 40 direkt in den flüssigen Sumpf 18.
Für das Beheizen des Schlackenbades 20 besteht nun eine Reihe von Möglichkeiten, von welchen die wesentlichen den Fig. 3, 4 zu entnehmen sind.
Fig. 3 bietet den schematischen Aufbau einer ESU-Anlage mit Gleitkokille unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Kokille 10 an. Der Einbau eines stromleitenden Elementes 24 im Bereich des Schlackenbads 20 ermöglicht eine Reihe von Varianten für den Anschluß der Anlage an eine Stromquelle 42 für Wechsel- oder Gleichstrom, die durch entsprechende Schaltung von Schaltern 44, 46, 48, 50 erreicht werden können.
Ein Stromfluß, wie er beim konventionellen Elektroschlacke-Umschmelzen üblich ist, entsteht, wenn die Schalter 44 -- in Leitung 45 zwischen Stromquelle 42 und Elektrode 22 -- und Schalter 48 -- in Leitung 49 zwischen Stromquelle 42 und einer Bodenplatte 52 -- geschlossen sind bei geöffnetem Schalter 46; letzterer ist dem stromleitenden Element 24 zugeordnet.
Wird hingegen bei geschlossenen Schaltern 44 und 48 auch Schalter 46 in Leitung 47 geschlossen sowie der ebenfalls in Leitung 47 integrierte Schalter 50 auf einen Schaltpunkt 54 gelegt, so wird der gesamte Schmelzestrom über die Elektrode 22 in das Schlackenbad 20 geleitet. Für die Rückleitung stehen das stromleitende Element 24 in der Kokille 10 und die Bodenplatte 52 zur Verfügung, auf welcher der Block 16 aufsitzt. Die jeweiligen Teilströme stellen sich entsprechend den Widerständen ein. Bei dieser Betriebsart kann auf den Einbau der äußeren nicht stromleitenden Elemente 26 in die Kokille 10 verzichtet werden.
Wird nun der Schalter 48 geöffnet, so wird der gesamte Strom über das in die Kokille 10 eingebaute stromleitende Element 24 sowie die Schalter 46 und 50 über Schaltpunkt 54 zur Stromquelle 38 zurückgeleitet. Schaltpunkt 48 ist mit Leitung 49 verbunden.
Eine andere Möglichkeit ist es, bei geschlossenen Schaltern 44, 46 und 48 den Schalter 50 auf einen Schaltpunkt 56 zu legen, der mit Leitung 45 verbunden ist. In diesem Fall erfolgt die Stromzufuhr zum Schlackenbad 20 sowohl über die Elektrode 22 als auch über das in die Kokille 10 eingebaute stromleitende Element 24 entsprechend der jeweiligen Widerstände, während die Rückleitung des gesamten Schmelzstroms zur Stromquelle 42 über den Block 16 und die Bodenplatte 52 geschieht. Diese Betriebsart verlangt zwingend den Einbau der nicht wassergekühlten, nicht stromleitenden Elemente 26.
Wird nun der Schalter 44 geöffnet, so wird die in das Schlackenbad 20 eintauchende Elektrode 22 stromfrei und die gesamte Stromzufuhr erfolgt über das in die Kokille 10 integrierte stromleitende Element 24.
Während beim Elektroschlacke-Umschmelzen eine Reihe von Schaltmöglichkeiten bestehen, gibt es beim Stranggießen nach Fig. 2 bei Einbau eines stromleitenden Elementes 24, welches gegen den unteren wassergekühlten Kokillenteil 12 durch nicht stromleitende, nicht wassergekühlte Elemente 26 elektrisch isoliert ist, nur eine Schaltmöglichkeit, der Strang 32 ist durch den Gießstrahl 40 mit dem Metallbad 36 im Verteiler oder Zwischengefäß 34 ständig leitend verbunden. Für eine Beheizung des Schlackenbads 20 erfolgt hier die Zuleitung des Schmelzstroms von einer nicht dargestellten Stromquelle über das stromleitende Element und die Rückleitung entweder über den Strang 32 oder das Metallbad 36 im Verteiler oder Zwischengefäß 34.
In Fig. 4 wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kokille 10 gezeigt, bei welcher zwei stromleitende Elemente 24a und 24b gegenüber dem unteren wassergekühlten Kokillenteil 12 und dem oberen wassergekühlten Kokillenteil 14 durch nicht stromleitende Elemente 26 und horizontal gegeneinander durch ebenfalls nicht stromleitende Zwischenelemente 58 isoliert sind. In diesem Fall wird möglich, den einen stromleitenden Teilring 24a an einen Pol einer hier nicht gezeigten Stromquelle anzuschließen und den zweiten stromleitenden Teilring 25b an den anderen. Damit erfolgt der Stromfluß durch das Schlackenbad 20 zwischen den beiden stromleitenden Teilen 24a, 24b.
Es entsteht natürlich auch die Möglichkeit, drei gegeneinander isolierte stromleitende Elemente anzuordnen und jedes an einen Pol einer Drehstromquelle anzuschließen, womit eine Drehbewegung im Schlackenbad 20 und ein guter Temperaturausgleich erzielt wird. Bei höheren Strömen kann damit auch eine Drehbewegung des flüssigen Sumpfes 18 bewirkt werden.

Claims (10)

  1. Kurze, wassergekühlte, unten offene Kokille (10) zum Herstellen von Blöcken oder Strängen (16), in welcher ein einen flüssigen Sumpf (18) begrenzender Gießspiegel durch eine elektrisch leitende Schlacke eines Schlackenbades (20) abgedeckt ist, das in einem die Lage des Schlackenbades (20) bestimmenden und von der Schlackenoberfläche begrenzten Bereich angeordnet ist, der Block oder Strang (16) im unteren Teil der Kokille (10) geformt und daraus entweder durch Heben der Kokille (10) oder durch Absenken des Blockes oder Stranges (16) mibbels einer Bodenplatte abgezogen wird, wobei wenigstens ein stromleitendes Element (24) vorgesehen und dieses mit einer Stromquelle (42) verbindbar ausgebildet ist, das einerseits mit dem Schlackenbad (20) in Berührung kommt sowie andererseits nicht bis zum Spiegel des flüssigen Metalls reicht,
    dadurch gekennzeichnet, daß das strom leitende Element (24) nicht direkt wessergekühlt ist und in die aus wassergekühlten und nicht stromführenden Elementen (12, 14) gebildete Kokillenwand (12) in dem die Lage des Schlackenbades (20) bestimmenden Bereich eingebaut ist sowie in Falle des Betriebes vollständig unterhalb der Schlackenbadoberfläche liegt, wobei die Stromquelle (42) an eine verzehrbare Elektrode (22) und/oder den entstehenden Block (16) und/oder eine ihn unterfangende Bodenplatte (52) anschließbar ausgebildet ist.
  2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das/die stromleitende/n, nicht wassergekühlte/n Element/e (24) aus dem Metall W, Mo oder Nb besteht/bestehen.
  3. Kokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das Schlackenbad (20) aufnehmende und das stromleitende, nicht wassergekühlte Element (24) enthaltende obere Teil der Kokille (10) trichterförmig erweitert ist.
  4. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das/die in die Kokillenwand (12) eingebaute/n, stromleitende/n, nicht wassergekühlte/n Element/e (24) gegen die wassergekühlten Teile der Kokille durch den elektrischen Strom nicht leitende Elemente (26, 58) elektrisch vollständig isoliert ist/sind.
  5. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die aus wassergekühlten Elementen bestehende Kokillenwand (12) zumindest zwei nicht direkt wassergekühlte stromleitende Elemente (24) eingebaut sind, die gegeneinander durch den Strom nicht leitende, nicht direkt wassergekühlte Elemente (26, 58) vollständig isoliert sowie mit je einem Pol der Stromquelle (42) verbunden sind.
  6. Kokille nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den elektrischen Strom nicht leitenden Elemente (26) horizontal gegeneinander durch nicht stromleitende Zwischenelemente (58) isoliert sind (Fig. 5).
  7. Vorrichtung zum Stranggießen von Metallen unter Einsatz einer Kokille (10) nach einem der voraufgehenden Ansprüche, insbesondere der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch ein das flüssige Metall aus einem Verteiler (34) bis in den in der Kokille (10) durch die flüssige, elektrisch leitende Schlacke des Schlackebades (20) abgedeckten Metallsumpf (18) führendes Tauchrohr (38), wobei zur Beheizung der Schlacke elektrischer Strom zwischen in die Kokillenwand (12) im Bereich des Schlackenbads (20) eingebauten, nicht wassergekühlten, stromleitenden Elementen (24) und dem Strang (16) geführt ist.
  8. Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Metallen mit verzehrbarer Elektrode unter Einsatz einer Kokille nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der über die verzehrbare Elektrode dem Schlackenbad zugeleitete Schmelzestrom über das/die in die Kokillenwand eingebaute/n, nicht wassergekühlte/n, stromleitende/n Element/e abgeleitet wird.
  9. Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Metallen zu einem Block unter Einsatz einer Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzestrom über das/die in die Kokillenwand eingebaute/n, nicht wassergekühlte/n, stromleitende/n Element/e zugeleitet und über den Block und eine ihn unterfangende Bodenplatte abgeleitet wird.
  10. Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Metallen unter Einsatz einer kurzen, wassergekühlten, unten offenen Kokille zum Herstellen von Blöcken oder Strängen, in welcher ein einen flüssigen Sumpf begrenzender Gießspiegel durch eine elektrisch leitende Schlacke eines Schlackenbades abgedeckt ist, das in einem die Lage des Schlackenbades bestimmenden und von der Schlackenoberfläche begrenzten Bereich angeordnet ist, der Block oder Strang im unteren Teil der Kokille geformt und daraus entweder durch Heben der Kokille oder durch Absenken des Blockes oder Stranges abgezogen wird, wobei stromleitende Elemente vorgesehen und diese mit einer Stromquelle verbindbar ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Zuleiten als auch das Rückleiten des Schmelzestroms über in die Kokillenwand eingebaute, nicht wassergekühlte, stromleitende Elemente durchgeführt wird.
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