EP0800879B1 - Water cooled mould for manufacturing ingots, process for continuous casting and process for electro-slag refining - Google Patents
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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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- chill mould
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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 .
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.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.
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.Both for continuous casting and for electroslag remelting of metals - and in particular of Steels - become water-cooled short molds that are open at the bottom used, the inserts mostly made of copper or copper alloys are manufactured. These bets can either be tubular - and in a water tank the cooling water flows around - or they are like this is particularly the case with large flat formats (slabs) Case is composed of several thick-walled copper plates, which are then held in a support structure. With these plate molds, the cooling water is over a distribution ring single, attached in the plates Cooling holes, fed and at the other end of the mold again from the cooling holes to a collector and further in led the return. There are also monoblock molds thick-walled, mostly forged rings known, in which the cooling water as well - as with the Plate molds - guided over individual cooling holes becomes.
Die beim Elektroschlacke-Umschmelzen für spezielle Verfahrensvarianten verwendeten sog. Standkokillen, die einen ganzen Umschmelzblock aufnehmen können, sollen hier nicht betrachtet werden.The one in electro-slag remelting for special process variants used so-called stand molds, the one whole remelting block should not be here to be viewed as.
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.Rather, 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. 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.
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.In all casting processes, reoxidation is avoided of the metal to be cast by the surrounding one Atmosphere of great importance. This question appears on the 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.
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.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.
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. Most casting powders, however, have an acidic composition, ie components such as SiO 2 and Al 2 O 3 predominate compared to CaO and MgO. In addition, high amounts of carbon often have to be added to ensure the properties required for continuous casting.
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.For steels with the highest degree of purity, there is today Demand for pouring under basic slags at the same time complete coverage of the mold level and especially that formed in contact with the mold wall Meniscus. This requirement can not or today are not adequately met because basic slags have higher Have melting points and by the liquid Metal heat alone cannot be kept liquid can - all the more than they usually have more energy emitted to the environment through radiation as acidic flakes or powder mixtures.
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.Also in the electro-slag processes, in which the mostly basic slag due to the metal mirror the passage of current from the electrode to the block is heated and so that it is kept fluid, are the conditions not always ideal on the meniscus. Especially in manufacturing it always comes from blocks of large diameter again that the power supply must be reduced, in order to keep the melting sufficiently low and thus ensure a good block structure. It can happen here that the heat supply at the meniscus of the metal sump is no longer sufficient to have a good block surface free of To achieve tears and grooves.
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.But also with a modified electro slag process for strand melting of small strand-like cross sections in either continuous mold-like straight molds or in - belonging to the prior art - upward T-shaped Expanded molds can be used for the desired Melting rate required power or current not derived from the casting cross-section alone can otherwise cause the metal sump to overheat and continue to train an unfavorable Solidification structure comes.
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.To counteract this disadvantage, attempts have been made in Japan to part of the stream from the slag bath via the Derive mold wall. However, this can lead to occurrence of micro arcs between the meniscus of the Slag baths and the mold wall come. this leads to erosion of the copper of the mold at the level of the Slag bath and thus to a significant reduction the mold life.
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.To get around the problems outlined above would be it is desirable to introduce energy into one on the meniscus of the melting sump liquid, electrical to be able to control conductive slag bath independently, without affecting the melting rate or the bottom temperature be directly influenced. In principle, this could now by using one or more in the slag bath immersing non-consumable electrodes happen like this has already been suggested elsewhere.
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.When making small cross-sections, this separates Possibility for space reasons in general. At the Generate large cross-sections - and long remelting times - Such non-consumable electrodes become strong heated, with which graphite, but also tungsten or molybdenum as Eliminate materials because they are caused by atmospheric oxygen would be oxidized very quickly.
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.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. Alternatively, 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.
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.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.
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.According to 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. There is also a lower mold part, in which the with the second pole of the power source connected block is molded; this is against the below the mold element arranged in the fusible electrode electrically isolated by an insulating packing. The Electricity flows here between the partial melting electrode in the mold wall and the 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.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. For the implementation of the procedure a slag bath is formed in the mold, in which both Immerse consumable and non-consumable electrodes. When using electrodes, their cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the manufactured Blocks is, molds are expanded funnel-shaped upwards used.
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.The 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.
Vor diesem Hintergrund hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, die vorstehend erörterten Schwierigkeiten und Probleme zu beseitigen.Against this background, the inventor's goal set the difficulties discussed above and Eliminate problems.
Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Lehren der unabhängigen Patentansprüche; die Unteransprüche geben günstige Ausgestaltungen an.The teachings of the independent lead to the solution of this task claims; the subclaims give favorable designs on.
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.According to the invention, 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.
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.As a material for 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.
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.In a particular embodiment, 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.
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.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.
Bei Einbau von mindestens zwei stromleitenden Elementen können diese auch gegeneinander durch zusätzlichen Einbau nichtleitender Elemente zwischen den einzelnen stromleitenden Elementen isoliert sein.When installing at least two current-carrying elements these can also be compared to each other by additional installation non-conductive elements between the individual current-conducting elements Elements.
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. Depending on the embodiment, 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.
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:
- a longitudinal section through a tubular mold when used for electro-slag remelting;
- Fig. 2:
- the longitudinal section through the tubular mold for use in continuous casting;
- Fig. 3:
- the schematic structure of an ESCU in longitudinal section with sliding mold using the tubular mold according to Fig. 1;
- Fig. 4:
- the longitudinal section through another embodiment of the mold;
- Fig. 5:
- the cross section through Fig. 4 along the line VV.
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.Fig. 1 shows the schematic structure of a
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.In the area of the
Die Zuflüsse der Kokillenteile 12, 14 für das Kühlwasser
sind der besseren Übersicht halber mit 28 bezeichnet, die
Abflüsse mit 30.The inflows of the
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.In a simplified embodiment, is for a
Range of possible uses of the upper water-cooled
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.Basically, the
Für das Beheizen des Schlackenbades 20 besteht nun eine
Reihe von Möglichkeiten, von welchen die wesentlichen den
Fig. 3, 4 zu entnehmen sind.There is now one for heating the
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.Fig. 3 offers the schematic structure of an ESCU system
Sliding mold using the one shown in Fig. 1
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.A current flow like that of conventional electroslag remelting
is common arises when the switches 44 -
in
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.In contrast, with
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.If the
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.Another option is when the switches are closed
44, 46 and 48
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.If the
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.While in electro-slag remelting a number of
There are switching options when it comes to continuous casting
2 when installing a current-conducting
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.4 shows an embodiment of the
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.Of course, there is also the possibility of three
to arrange mutually insulated current-conducting elements
and connect each to a pole of a three-phase source,
with a rotating movement in the
Claims (10)
- Short, water-cooled, open-bottomed chill mould (10) for the manufacture of bars or billets (16), in which a casting level defining a liquid pool (18) is covered by an electroconductive slag of a slag bath (20) which is arranged in a region that determines the position of the slag bath (20) and that is defined by the slag surface, and the bar or billet (16) is shaped in the lower portion of the chill mould (10) and removed therefrom either by lifting the chill mould (10) or by lowering the bar or billet (16) by means of a bottom plate, wherein at least one electroconductive element (24) is provided and the latter is designed so that it can be connected to a current source (42) which on the one hand comes into contact with the slag bath (20) and on the other hand does not extend as far as the level of the liquid metal, characterised in that the electroconductive element (24) is not directly water-cooled and is installed in the chill mould wall (12) composed of water-cooled and non-current-carrying elements (12, 14) in the region that determines the position of the slag bath (20), and in case of operation lies completely below the slag bath surface, wherein the current source (42) is designed so that it can be connected to a consumable electrode (22) and/or the resulting bar (16) and/or a bottom plate (52) supporting it underneath.
- Chill mould according to claim 1, characterised in that the electroconductive, non-water-cooled element(s) (24) is/are made of the metal W, Mo or Nb.
- Chill mould according to claim 1 or 2, characterised in that the upper portion of the chill mould (10) which holds the slag bath (20) and contains the electroconductive, non-water-cooled element (24) widens in a funnel shape.
- Chill mould according to any of claims 1 to 3, characterised in that the electroconductive, non-water-cooled element(s) (24) installed in the chill mould wall (12) is/are electrically completely insulated from the water-cooled portions of the chill mould by elements (26, 58) which do not conduct the electrical current.
- Chill mould according to any of claims 1 to 4, characterised in that in the chill mould wall (12) consisting of water-cooled elements are installed at least two not directly water-cooled, electroconductive elements (24) which are completely insulated from each other by elements (26, 58) that do not conduct the current and are not directly water-cooled, and each connected to a terminal of the current source (42).
- Chill mould according to claim 4 or 5, characterised in that the elements (26) that do not conduct the electrical current are insulated horizontally from each other by non-electroconductive intermediate elements (58) (Fig. 5).
- Apparatus for the continuous casting of metals using a chill mould (10) according to any of the preceding claims, in particular claims 4 to 6, characterised by an immersion tube (38) which conducts the liquid metal out of a distributor (34) into the metal pool (18) covered in the chill mould (10) by the liquid, electroconductive slag of the slag bath (20), wherein for heating the slag electrical current is conducted between the billet (16) and non-water-cooled, electroconductive elements (24) installed in the chill mould wall (12) in the region of the slag bath (20).
- Method for the electroslag remelting of metals with consumable electrode using a chill mould according to one or more of claims 1 to 6, characterised in that the melt stream supplied to the slag bath over the consumable electrode is conducted away over the non-water-cooled, electroconductive element(s) installed in the chill mould wall.
- Method for the electroslag remelting of metals into a bar using a chill mould according to any of claims 1 to 6, characterised in that the melt stream is supplied over the non-water-cooled, electroconductive element(s) installed in the chill mould wall and conducted away over the bar and a bottom plate supporting it underneath.
- Method for the electroslag remelting of metals using a short, water-cooled, open-bottomed chill mould for the manufacture of bars or billets, in which a casting level defining a liquid pool is covered by an electroconductive slag of a slag bath which is arranged in a region that determines the position of the slag bath and that is defined by the slag surface, and the bar or billet is shaped in the lower portion of the chill mould and removed therefrom either by lifting the chill mould or by lowering the bar or billet, wherein electroconductive elements are provided and the latter are designed so that they can be connected to a current source, characterised in that both supply and return of the melt stream are carried out over non-water-cooled, electroconductive elements that are installed in the chill mould wall.
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