EP1257675B1 - Method and arrangement for producing hollow moulded bodies from metal - Google Patents

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EP1257675B1
EP1257675B1 EP00942005A EP00942005A EP1257675B1 EP 1257675 B1 EP1257675 B1 EP 1257675B1 EP 00942005 A EP00942005 A EP 00942005A EP 00942005 A EP00942005 A EP 00942005A EP 1257675 B1 EP1257675 B1 EP 1257675B1
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EP
European Patent Office
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current
mandrel
ingot mould
conducting elements
slag bath
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Expired - Lifetime
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EP00942005A
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EP1257675A1 (en
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Harald Holzgruber
Wolfgang Holzgruber
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Inteco Internationale Techinsche Beratung GmbH
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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
    • B22D11/006—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • 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 and an arrangement according to the preamble of claim 1.
  • hollow castings or Raw blocks needed either used directly in the casting state or another heat treatment be subjected to rolling or forging.
  • unalloyed or low alloy steels it is common here - if not a molding is produced at all - to cast a solid block and this before further thermoforming to punch warm.
  • the production is Although the melting electrodes are considerably simplified, however, preparing the concentric leadership of the spine at the Generation of longer blocks considerable difficulties; Often a not inconsiderable eccentricity of the Bore observed. Also leads to a poor surface education in the hole again and again to difficulties during further processing. If these are avoided are, it is often necessary, the inner bore before the thermoforming mechanically edit.
  • EP-A-0 800 879 discloses a short-water-cooled and bottom open - mold for making blocks or Strands described in which a liquid sump limiting pouring mirror by an electrically conductive Slag of a slag bath is covered in one its location determining and of the slag surface limited area is arranged; the block or strand is formed in the lower part of the mold and therefrom either by lifting the mold or by lowering the block or strands withdrawn by means of a bottom plate, wherein at least one current-conducting, not directly water-cooled, Element is provided.
  • This is with a power source connectable formed and comes on the one hand with the Slag bath in contact, but not enough on the other hand to the level of the liquid metal.
  • This element lies in the case of operation completely below the slag surface, the source of electricity being consumable Electrode or the resulting block and / or a him underpinning base plate is formed connectable.
  • US-A-4 305 451 provides an apparatus for electroslag remelting consumable electrodes or the Slag bath via dosing channels of supplied metal granules consisting essentially of a three-piece water-cooled Mold mold consists; the three elements have the same cross-sectional shape and are arranged one above the other. Above the top element will be a current contact with the reaching into the area of the uppermost element Slag bath produced, and that top element is against the middle, completely in the area of Schlackenbads located element and this again against the lower - the casting body forming - element electrically isolated.
  • the apparatus for armoring of flat plates or rolling mill rolls with a wear-resistant Layer by adding granules or Used pieces of solid metal in the heated slag bath become.
  • the method according to the invention is a Method for producing hollow castings from metal - in particular from steels as well as Ni and Co base alloys after an electroslag melting or casting process -
  • a hollow casting in one between this mold and one disposed within the mold opening, also water-cooled mandrel existing gap is formed; of the Metal mirror is conductive by an electric current Slag bath covered, which is heated by that DC or AC through through the mold wall and built into the water-cooled mandrel, not directly Water-cooled Stromleitance enters the slag bath and by just such elements of each other Part and / or exit the formed casting again, wherein at least one of these current-conducting elements opposite the other parts of the water-cooled mold or the mandrel is electrically isolated.
  • the hollow cast body with a Speed from the casting gap between mold and mandrel be deducted down through which the pouring mirror with respect to the Stromleitiata substantially constant level.
  • annular Hollow body 12 of the inner diameter d protrudes from above - in turn hollow - in the casting direction x rejuvenating Mandrel 14 whose outer diameter e is sized that between him and the mold 10, an annular gap 18 of the Gap width b is created.
  • the hollow ring 28 and the hollow block 30 are also water cooled as a cylinder wall 34 a lowerable in the casting direction x Base plate 36 a total height h, whose Outside diameter f is slightly shorter than that Inner diameter d of the mold 10, so that the bottom plate 36 to start the system so far from below in the Mold opening or mold inner space 11 of the height i can be inserted until its upper edge 38 immediately arranged below the lower insulating elements 20, 22 is.
  • the inner diameter n of the bottom plate 36 or its cylinder wall 34 slightly larger than that Outside diameter e of the mandrel 14, so that the latter at navaler bottom plate 36 extends into the interior 40 and a seal on the inner plate edge 42 causes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method and an arrangement according to the preamble of claim 1.

Für eine Reihe von Anwendungen werden hohle Gußkörper oder Rohblöcke benötigt, die entweder direkt im Gußzustand eingesetzt werden oder noch einer weiteren Warmverarbeitung durch Walzen oder Schmieden unterzogen werden. Bei unlegierten oder niedriglegierten Stählen ist es hier üblich -- wenn nicht überhaupt ein Formgußstück hergestellt wird -- einen Vollblock zu gießen und diesen vor der weiteren Warmformgebung warm zu lochen.For a range of applications, hollow castings or Raw blocks needed, either used directly in the casting state or another heat treatment be subjected to rolling or forging. For unalloyed or low alloy steels, it is common here - if not a molding is produced at all - to cast a solid block and this before further thermoforming to punch warm.

Diese Arbeitsweise ist jedoch bei höher legierten Stählen, wie beispielsweise austenitischen, ferritischen und martensitischen korrosions- und hitzebeständigen Stählen, aber auch bei Werkzeugstählen unterschiedlichster Zusammensetzung kaum mehr möglich, da diese für einen Warmlochvorgang kein ausreichendes Warmverformungsvermögen mehr aufweisen. Noch weniger ist dies bei den noch schwerer verformbaren Ni- und Co-Basislegierungen möglich. Für die Herstellung von Hohlkörpern aus schwer verformbaren Stählen und Legierungen ist es daher vielfach erforderlich, einen vollen Gußblock oder sogar vorverformten Rohling durch mechanische Bearbeitung auszubohren und dann erst weiter warm zu verformen. Diese Arbeitsweise ist jedoch mit hohen Kosten verbunden, da die hochlegierten Stähle und Legierungen nur schwer mechanisch zu bearbeiten sind und außerdem vielfach vor einer mechanischen Bearbeitung einer Wärmebehandlung unterzogen werden müssen. However, this procedure is for higher alloyed steels, such as austenitic, ferritic and martensitic corrosion and heat resistant steels, but also with tool steels of different composition barely possible, as these are for a warm hole process do not have sufficient hot workability anymore. Even less, this is the even more deformable Ni and Co base alloys possible. For the production Hollow bodies made of difficultly deformable steels and alloys It is therefore often necessary to get a full one Cast block or even pre-formed blank by mechanical Drill out machining and then further to deform warm. However, this procedure is associated with high costs, because the high-alloy steels and alloys only are difficult to machine mechanically and also many times before a mechanical treatment of a heat treatment must be subjected.

Um diese o.a. Schwierigkeiten zu umgehen, wurde in der Vergangenheit mehrfach vorgeschlagen, hochlegierte Hohlkörper und für die Weiterverarbeitung insbesondere durch Schmieden bestimmte Hohlblöcke nach dem Verfahren des Elektroschlacke-Umschmelzens mit selbstverzehrbaren Elektroden herzustellen, da dieses Verfahren zu einer hohen Qualität der hergestellten Hohlblöcke führt.To this o.a. Difficulties have been dealt with in the past proposed several times, high-alloy hollow body and for further processing, in particular by forging certain hollow blocks by the process of electroslag remelting with consumable electrodes because this process is of a high quality the produced hollow blocks leads.

So wird beispielsweise in der Literatur ein Verfahren zum Herstellen von Hohlblöcken nach dem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren beschrieben, bei welchem in einer kurzen, wassergekühlten Kokille runden Querschnitts von oben ein ebenfalls wassergekühlter konischer Dorn konzentrisch so eingesetzt ist, dass zwischen Kokille und Dorn ein Ringspalt verbleibt. Für das Erzeugen eines Hohlblocks werden in dem Ringspalt stangenförmige Abschmelzelektroden konzentrisch angeordnet, über sie der Schmelzstrom in das im Spalt befindliche Schlackenbad geleitet und über das Schmelzbad sowie die Bodenplatte wieder abgeleitet. Auf Grund der beim Stromdurchgang durch das Schlackenbad entstehenden Joule'sehen Wärme werden die Elektroden abgeschmolzen. Das nach unten tropfende flüssige Metall wird im Ringspalt gesammelt und erstarrt dort kontinuierlich zu einem Hohlblock. Mit diesem Verfahren gelingt es, Hohlblöcke einwandfreier Qualität zu erzeugen. Der Aufwand für die Herstellung und Vorbereitung der langen, dünnen, stangenförmigen Elektroden ist jedoch hoch und außerdem ist deren konzentrische Anordnung im Ringspalt, insbesondere bei Herstellung von Hohlblöcken mit geringer Wandstärke mit nicht unerheblichen Schwierigkeiten verbunden. Hier können im Bereich des Schlackenbads trichterförmig nach oben erweiterte, sogenannte T-Kokillen hilfreich sein, weil dann -- im Vergleich zur Wandstärke des Hohlblocks -- dickere Abschmelzelektroden zum Einsatz kommen können. For example, in the literature, a method for Production of hollow blocks by the electroslag remelting process described in which in a short, water cooled mold round cross section from above likewise water-cooled conical mandrel concentrically so is inserted between that mold and a mandrel Annular gap remains. For creating a hollow block In the annular gap bar-shaped Abschmelzelektroden concentrically arranged over it the melt stream into the passed in the gap located slag bath and over the Melting bath and the bottom plate again derived. On Reason for the passage of electricity through the slag bath arising Joule'sehen heat become the electrodes melted. The dripping liquid metal down is collected in the annular gap and solidifies there continuously to a hollow block. With this procedure manages to produce hollow blocks of perfect quality. The effort for the preparation and preparation of long, thin, rod-shaped electrodes, however, is high and also their concentric arrangement is in Annular gap, in particular in the production of hollow blocks with low wall thickness with considerable difficulties connected. Here you can in the area of the slag bath funnel-shaped upward, so-called T-molds be helpful because then - compared to the wall thickness of the hollow block - thicker Abschmelzelektroden used can come.

Bei einem anderen bekannten Verfahren wird von unten durch eine Öffnung in der Bodenplatte ein in der wassergekühlten Kokille konzentrisch angeordneter Dorn in der Weise nach oben bewegt, wie der Block auf der Bodenplatte aufgebaut wird, wobei das obere Ende des Dorns stets bis in das Schlackenbad reicht, aber von diesem immer vollständig bedeckt bleibt. Damit wird es möglich, im Schlackenbad oberhalb des Dorns große Elektroden abzuschmelzen. Das von den Elektroden abschmelzende Metall tropft auf die gekrümmte Oberfläche des Dorns und läuft von dort in den Ringspalt zwischen Kokillenwand und Dorn, so dass wieder ein Hohlblock gebildet wird. Bei diesem Verfahren ist die Herstellung der Abschmelzelektroden zwar wesentlich vereinfacht, jedoch bereitet die konzentrische Führung des Dorns bei der Erzeugung längerer Blöcke nicht unerhebliche Schwierigkeiten; oft wird eine nicht unerhebliche Exzentrizität der Bohrung beobachtet. Auch führt eine schlechte Oberflächenausbildung in der Bohrung immer wieder zu Schwierigkeiten bei der Weiterverarbeitung. Wenn diese vermieden werden sollen, ist es vielfach erforderlich, die Innenbohrung vor der Warmformgebung mechanisch zu bearbeiten.In another known method is from below through an opening in the bottom plate one in the water-cooled Mold concentrically arranged mandrel in the manner below Moves up as the block is built on the bottom plate is, with the upper end of the mandrel always into the Slag bath is enough, but always completely covered by it remains. This makes it possible in the slag bath above of the mandrel to melt large electrodes. That of the Electrodes melting metal drips on the curved Surface of the thorn and runs from there into the annular gap between mold wall and mandrel, so again a hollow block is formed. In this process, the production is Although the melting electrodes are considerably simplified, however, preparing the concentric leadership of the spine at the Generation of longer blocks considerable difficulties; Often a not inconsiderable eccentricity of the Bore observed. Also leads to a poor surface education in the hole again and again to difficulties during further processing. If these are avoided are, it is often necessary, the inner bore before the thermoforming mechanically edit.

Beiden o.a. Verfahren ist gemeinsam, dass der Schmelzstrom für das Abschmelzen der verzehrbaren Elektroden über diese in das Schlackenbad geleitet wird und dieser so geregelt werden muss, dass die für den Erhalt einer günstigen Erstarrungsstruktur erforderliche Abschmelzrate eingehalten wird. Diese so geregelte Strom- bzw. Leistungszufuhr zum Schlackenbad hat aber nicht notwendigerweise jene Schlackenbadtemperatur zur Folge, die auch zu einer guten Blockoberfläche in der Bohrung und an der Außenoberfläche führt. Es gelingt daher mit diesen Verfahren kaum, hohle Blöcke oder Gußkörper zu erzeugen, die sowohl eine günstige Gußstruktur als auch eine gute Oberfläche aufweisen. Both o.a. Method is common that the melt stream for melting the consumable electrodes over them into the slag bath and this is regulated That must be the one for obtaining a favorable solidification structure required melting rate complied with becomes. This so regulated power supply to the But Schlackenbad does not necessarily have that Slag bath temperature, which also leads to a good Block surface in the bore and on the outer surface leads. It therefore succeeds with these methods hardly hollow To produce blocks or castings that are both a cheap Cast structure and have a good surface.

Aus der US-A-4 108 235 kann eine Vorrichtung zum Herstellen hohler Gußkörper nach dem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren unter Verwendung selbstverzehrbarer Elektroden und konventioneller, wassergekühlter Kokillen entnommen werden. Die Schmelzstromzufuhr zum Schlackenbad erfolgt hier über die in das Schlackenbad eintauchende Abschmelzelektrode, die Rückleitung wie bei einer konventionellen ESU-Anlage von der Bodenplatte sowie zusätzlich vom wassergekühlten Dorn, der bis in das Schlackenbad ragt. Die Kokille ist nicht in den Stromkreis eingebunden und der Dorn verfügt über keine speziellen stromleitenden Elemente. Diese Offenbarung ermöglicht zwar das Herstellen von hohlen Umschmelzblöcken, setzt dazu aber eine in das Schlackenbad eintauchende, an die Schmelzstromversorgung angeschlossene selbstverzehrbare Elektrode voraus.From US-A-4 108 235 a device for manufacturing hollow cast body after the electroslag remelting process using consumable electrodes and conventional, water cooled molds are removed. The melt flow to the slag bath is over here the ablation electrode immersed in the slag bath, the return as in a conventional ESU system from the bottom plate and in addition from the water-cooled Thorn that sticks out into the slag bath. The mold is not involved in the circuit and the spike has via no special current-conducting elements. This revelation while allowing the production of hollow remelt blocks, but adds a dipping into the slag bath, connected to the melt power supply self-consumable electrode ahead.

In EP-A-0 800 879 wird eine kurze -- wassergekühlte und unten offene -- Kokille zum Herstellen von Blöcken oder Strängen beschrieben, in welcher ein einen flüssigen Sumpf begrenzender Gießspiegel durch eine elektrisch leitende Schlacke eines Schlackenbades abgedeckt ist, das in einem dessen Lage bestimmenden und von der Schlackenoberfläche begrenzten Bereich angeordnet ist; der Block oder Strang wird im unteren Teil der Kokille geformt und daraus entweder durch Heben der Kokille oder durch Absenken des Blockes oder Stranges mittels einer Bodenplatte abgezogen, wobei wenigstens ein stromleitendes, nicht direkt wassergekühltes, Element vorgesehen ist. Dieses ist mit einer Stromquelle verbindbar ausgebildet und kommt einerseits mit dem Schlackenbad in Berührung, reicht aber andererseits nicht bis zum Spiegel des flüssigen Metalls. Dieses Element liegt im Falle des Betriebes vollständig unterhalb der Schlackenbadoberfläche, wobei die Stromquelle an eine verzehrbare Elektrode bzw. den entstehenden Block und/oder eine ihn unterfangende Bodenplatte anschließbar ausgebildet ist. EP-A-0 800 879 discloses a short-water-cooled and bottom open - mold for making blocks or Strands described in which a liquid sump limiting pouring mirror by an electrically conductive Slag of a slag bath is covered in one its location determining and of the slag surface limited area is arranged; the block or strand is formed in the lower part of the mold and therefrom either by lifting the mold or by lowering the block or strands withdrawn by means of a bottom plate, wherein at least one current-conducting, not directly water-cooled, Element is provided. This is with a power source connectable formed and comes on the one hand with the Slag bath in contact, but not enough on the other hand to the level of the liquid metal. This element lies in the case of operation completely below the slag surface, the source of electricity being consumable Electrode or the resulting block and / or a him underpinning base plate is formed connectable.

Die US-A-4 305 451 bietet einen Apparat zum Elektroschlacke-Umschmelzen verzehrbarer Elektroden oder dem Schlackenbad über Dosierrinnen zugeführter Metallgranalien an, der im wesentlichen aus einer dreiteiligen wassergekühlten Kokillenform besteht; die drei Elemente weisen die gleiche Querschnittsform auf und sind übereinander angeordnet. Ober das oberste Element wird ein Stromkontakt mit dem bis in den Bereich des obersten Elements reichenden Schlackenbad hergestellt, und jenes oberste Element ist gegen das mittlere, sich vollständig im Bereich des Schlackenbads befindliche Element und dieses wieder gegen das untere -- den Gußkörper formende -- Element elektrisch isoliert. Außerdem kann der Apparat zum Aufpanzern von ebenen Platten oder von Walzwerkswalzen mit einer verschleißfesten Schicht durch Zufuhr von Granalien oder Stücken festen Metalls in das erhitzte Schlackenbad verwendet werden.US-A-4 305 451 provides an apparatus for electroslag remelting consumable electrodes or the Slag bath via dosing channels of supplied metal granules consisting essentially of a three-piece water-cooled Mold mold consists; the three elements have the same cross-sectional shape and are arranged one above the other. Above the top element will be a current contact with the reaching into the area of the uppermost element Slag bath produced, and that top element is against the middle, completely in the area of Schlackenbads located element and this again against the lower - the casting body forming - element electrically isolated. In addition, the apparatus for armoring of flat plates or rolling mill rolls with a wear-resistant Layer by adding granules or Used pieces of solid metal in the heated slag bath become.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, die erkannten Nachteile zu beseitigen. In knowledge of this prior art, the The inventor set the goal to eliminate the identified disadvantages.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Anspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.To solve this task leads the doctrine of the independent claim; the dependent claims give favorable developments at. In addition, fall within the scope of the invention, all combinations from at least two of those in the description that Drawing and / or the claims disclosed features.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zum Herstellen von hohlen Gußkörpern aus Metall -- insbesondere aus Stählen sowie Ni- und Co-Basislegierungen nach einem Elektroschlacke Schmelz- oder Gießverfahren -- unter Anwendung des Prinzips der an sich bekannten kurzen, stromleitenden, wassergekühlten Kokille, bei dem ein hohler Gußkörper in einem zwischen dieser Kokille und einem innerhalb der Kokillenöffnung angeordneten, ebenfalls wassergekühlten Dorn vorhandenen Spalt gebildet wird; der Metallspiegel wird durch ein den elektrischen Strom leitendes Schlackenbad abgedeckt, welches dadurch beheizt wird, dass Gleich- oder Wechselstrom durch in die Kokillenwand und in den wassergekühlten Dorn eingebaute, nicht direkt wassergekühlte Stromleitelemente in das Schlackenbad eintritt und durch ebensolche Elemente des jeweils anderen Teils und/oder den gebildeten Gußkörper wieder austritt, wobei zumindest eines dieser stromleitenden Elemente gegenüber den übrigen Teilen der wassergekühlten Kokille bzw. des Dorns elektrisch isoliert ist.The method according to the invention is a Method for producing hollow castings from metal - in particular from steels as well as Ni and Co base alloys after an electroslag melting or casting process - Using the principle of the known short, electrically conductive, water-cooled mold, in which a hollow casting in one between this mold and one disposed within the mold opening, also water-cooled mandrel existing gap is formed; of the Metal mirror is conductive by an electric current Slag bath covered, which is heated by that DC or AC through through the mold wall and built into the water-cooled mandrel, not directly Water-cooled Stromleitelemente enters the slag bath and by just such elements of each other Part and / or exit the formed casting again, wherein at least one of these current-conducting elements opposite the other parts of the water-cooled mold or the mandrel is electrically isolated.

Für die wirksame Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn die stromleitenden Elemente vollständig im Bereich des Schlackenbads liegen und durch dieses abgedeckt werden.For the effective implementation of the method according to the invention it is advantageous if the current-conducting elements completely in the area of the slag bath and through this will be covered.

Um den Schlackenspiegel immer im Bereich der stromleitenden Elemente zu halten, ist es erforderlich, entweder den im Ringspalt zwischen Kokille und Dorn aufgebauten Hohlblock nach unten abzuziehen oder -- bei feststehendem Block -- die Kokille mit dem Dorn in der Weise anzuheben, wie der Spiegel ansteigt. To keep the slag level always in the area of the current-conducting To hold elements, it is necessary to either use the im Annular gap between mold and mandrel built hollow block to be pulled down or - at a fixed block - to lift the mold with the spike in the same way as the Mirror rises.

Vorteilhafterweise kann der hohle Gußkörper mit einer Geschwindigkeit aus dem Gießspalt zwischen Kokille und Dorn nach unten abgezogen werden, durch welche der Gießspiegel in Bezug auf die Stromleitelemente im wesentlichen auf konstantem Niveau gehalten wird.Advantageously, the hollow cast body with a Speed from the casting gap between mold and mandrel be deducted down through which the pouring mirror with respect to the Stromleitelemente substantially constant level.

Im Falle des Einsatzes einer gegenüber der Kokille abstandsveränderlichen Bodenplatte für den Gußkörper werden bei feststehender Bodenplatte und darauf aufgebautem hohlem Gußkörper Kokille und Dorn mit einer Geschwindigkeit angehoben, durch welche der Gießspiegel in Bezug auf die Stromleitelemente ebenfalls im wesentlichen auf konstantem Niveau gehalten wird; hierbei sollen Kokille und Dorn bevorzugt in der Steiggeschwindigkeit des Metallspiegels angehoben werden.In the case of the use of one opposite the mold distance variable bottom plate for the casting with fixed base plate and built-up hollow Casting mold and mandrel at a speed lifted, through which the casting mirror in relation to the Stromleitelemente also essentially at constant Level is maintained; here are mold and thorn preferably in the rate of rise of the metal mirror be raised.

Für die Zu- und Rückleitung können erfindungsgemäß verschiedene Anordnungen gewählt werden. Erfolgt die Zuleitung des Schmelzestromes zum Schlackenbad über die stromleitenden Elemente in der Kokillenwand, so müssen diese gegenüber dem wassergekühlten, die Außenoberfläche des Hohlblocks bildenden Teil der Kokille elektrisch isoliert sein. Die Rückleitung des Stroms kann dann entweder über die stromleitenden Elemente des wassergekühlten Dorns und/oder über den gebildeten Hohlblock und die Bodenplatte erfolgen. Die Zuleitung kann aber auch über die stromleitenden Elemente des Dorns durchgeführt werden, wenn diese gegenüber den übrigen wassergekühlten Bauteilen des Dorns elektrisch isoliert sind. In diesem Fall erfolgt die Rückleitung dann über die stromleitenden Elemente der Kokille und/oder den Block und die Bodenplatte. Grundsätzlich kann -- wenn die stromleitenden Elemente elektrisch isoliert eingebaut sind -- die Zuleitung des Stroms über Kokille und Dorn gemeinsam geschehen. In diesem Fall erfolgt dann die Rückleitung des gesamten Stroms über den Block und die Bodenplatte. Bezüglich der Details zur Stromführung sei hier insbesondere auf den Inhalt der Ansprüche 6 bis 16 verwiesen.For the supply and return line according to the invention different arrangements are chosen. Is this done? Feed the melt stream to the slag bath over the current-conducting elements in the mold wall, so must these opposite the water-cooled, the outer surface the hollow block forming part of the mold electrically be isolated. The return of the stream can then either via the current-carrying elements of the water-cooled thorn and / or over the formed Hollow block and the bottom plate done. The supply line can but also on the current-conducting elements of the mandrel be carried out if this compared to the rest water-cooled components of the mandrel electrically isolated are. In this case, the return then takes place via the current-conducting elements of the mold and / or the block and the bottom plate. Basically - if the electrically conductive elements are installed electrically isolated - The supply of electricity through the mold and mandrel together happen. In this case, the return of the entire stream over the block and the bottom plate. Regarding the details of the power supply is here in particular to the content of claims 6 to 16 directed.

Die oben erwähnten Nachteile können bei Anwendung des geschilderten erfindungsgemäßen Verfahrens in bestechender Weise vermieden werden, unabhängig davon, ob das Vormaterial für die Herstellung des Hohlblocks in flüssigem Zustand oder in festem Zustand in Form von Stangen, Spänen oder Granalien eingebracht wird.The above-mentioned disadvantages can be achieved by using the described inventive method in captivating Way, regardless of whether the input material for the production of the hollow block in the liquid state or in the solid state in the form of rods, chips or granules is introduced.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine Anordnung zur Durchführung des geschilderten Verfahrens mit einer kurzen, stromleitenden wassergekühlten Kokille, die mit einem innerhalb der Kokillenöffnung angeordneten -- ebenfalls wassergekühlten -- Dorn einen Gießspalt für einen hohlen Gußkörper bildet mit ihr abstandsveränderlich zugeordneter Bodenplatte; sowohl diese als auch isoliert in Kokille und Dorn vorgesehene Stromleitelemente sind über Hochstromleitungen mit Schaltern an eine Stromquelle angeschlossen. In the context of the invention is also an arrangement for Carrying out the described method with a short, current-conducting water-cooled mold, with a arranged within the mold opening - also water cooled - thorn a casting gap for a hollow Casting forms associated with her distance variable Base plate; both these and isolated in mold and Mandrel provided Stromleitelemente are about High current cables with switches to a power source connected.

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 Längsschnitt durch eine Gießeinrichtung mit Kokille.Further advantages, features and details of the invention will be apparent from the following description of a preferred Embodiment and with reference to the drawing; this shows in its single figure a longitudinal section by a casting device with mold.

In eine wassergekühlte Kokille 10 mit ringförmigem Hohlkörper 12 des Innendurchmessers d ragt von oben her ein -- seinerseits hohler -- sich in Gießrichtung x verjüngender Dorn 14 ein, dessen Außendurchmesser e so bemessen ist, dass zwischen ihm und der Kokille 10 ein Ringspalt 18 der Spaltweite b entsteht.In a water-cooled mold 10 with annular Hollow body 12 of the inner diameter d protrudes from above - in turn hollow - in the casting direction x rejuvenating Mandrel 14 whose outer diameter e is sized that between him and the mold 10, an annular gap 18 of the Gap width b is created.

Sowohl auf der Oberkante 13 des Hohlkörpers 12 als auch auf der in der Zeichnung damit fluchtenden Oberfläche 16 des hohlen Dorns 14 ruhen ringartige Isolierelemente 20 bzw. 22 und auf diesen -- ebenfalls ringartig ausgebildete -- Stromleitelemente 24, 26; letztere sind nach oben hin durch obere Isolierelemente 20a, 22a von einem -- wasserkühlbaren -- Hohlring 28 bzw. von einem -- in Draufsicht dem Umriss des Dorns 14 entsprechenden -- Hohlblock 30 getrennt. Hohlring 28 und Hohlblock 30 sind von einer Zentriereinrichtung 32 übergriffen, welche die Anordnung des Dornes 14 in der Kokille 10 sicherstellt.Both on the upper edge 13 of the hollow body 12 and on the surface 16 of the hollow mandrel 14 aligned therewith in the drawing rest ring-like insulating elements 20 and 22 and on these - likewise ring-shaped - Stromleitelemente 24, 26; The latter are at the top by upper insulating elements 20 a , 22 a of a - water-cooled - hollow ring 28 and from a - in plan view of the outline of the mandrel 14 corresponding - hollow block 30 is separated. Hollow ring 28 and hollow block 30 are overlapped by a centering device 32, which ensures the arrangement of the mandrel 14 in the mold 10.

Der Hohlring 28 und der Hohlblock 30 sind ebenso wassergekühlt wie eine Zylinderwand 34 einer in Gießrichtung x absenkbaren Bodenplatte 36 einer Gesamthöhe h, deren Außendurchmesser f geringfügig kürzer ist als jener Innendurchmesser d der Kokille 10, so dass die Bodenplatte 36 zum Anfahren der Anlage soweit von unten her in die Kokillenöffnung bzw. den Kokilleninnenraum 11 der Höhe i eingeschoben werden kann, bis ihre Oberkante 38 unmittelbar unterhalb der unteren Isolierelemente 20, 22 angeordnet ist. The hollow ring 28 and the hollow block 30 are also water cooled as a cylinder wall 34 a lowerable in the casting direction x Base plate 36 a total height h, whose Outside diameter f is slightly shorter than that Inner diameter d of the mold 10, so that the bottom plate 36 to start the system so far from below in the Mold opening or mold inner space 11 of the height i can be inserted until its upper edge 38 immediately arranged below the lower insulating elements 20, 22 is.

Anderseits ist der Innendurchmesser n der Bodenplatte 36 bzw. ihrer Zylinderwand 34 geringfügig größer als der Außendurchmesser e des Dornes 14, so dass letzterer bei hochgefahrener Bodenplatte 36 in deren Innenraum 40 hineinreicht und eine Abdichtung an der inneren Plattenkante 42 bewirkt.On the other hand, the inner diameter n of the bottom plate 36 or its cylinder wall 34 slightly larger than that Outside diameter e of the mandrel 14, so that the latter at hochgefahrener bottom plate 36 extends into the interior 40 and a seal on the inner plate edge 42 causes.

Wird bei in beschriebener -- nicht dargestellter -- Weise hochgefahrener Bodenplatte 36 in den ringförmigen Gießspalt 18 Schlacke eingebracht, entsteht ein Schlackenbad 44 im Bereich der Stromleitelemente 24, 26, so dass je nach Wahl der Schaltung Strom fließen kann. In weiterer Folge kann nun beispielsweise flüssiges Metall 46 in den Gießspalt 18 zwischen Kokille 10 und Dorn 14 mit einer Gießrate eingegossen werden, die eine ausreichende Erstarrungsstruktur des zu erzeugenden Hohlkörpers 48 sicherstellt.Is in described in - not shown - way raised base plate 36 in the annular casting gap 18 slag introduced, creates a slag bath 44 in the Range of Stromleitelemente 24, 26, so depending on your choice the circuit can flow current. As a result, can Now, for example, liquid metal 46 in the casting gap 18th between mold 10 and mandrel 14 with a casting rate be poured, which has a sufficient Solidification structure of the hollow body 48 to be produced ensures.

Mit 50 ist eine Gleich- oder Wechselstromquelle bezeichnet, die durch Hochstromleitungen 52, 54 mit den Stromelementen 24, 26 von Kokille 10 bzw. Dorn 14 einerseits sowie Bodenplatte 36 andererseits über Hochstromschalter 56, 60 64 verbunden ist. Diese lassen durch wechselweises Schließen der entsprechenden Schaltkontakte 57, 58; 61, 62; 65, 66 eine Reihe von Schaltmöglichkeiten zu. Die folgenden Angaben beziehen sich auf den Einsatz von Gleichstrom (Hinweise zu Wechselstrom sind für die Varianten 1 bis 3, 5 bis 7 in Klammern nachgestellt):

  • Variante 1:
  • Zuleitung über Dorn 14, Rückleitung über Kokille 10: Kontakte 62 und 57 geschlossen;
  • Variante 2:
  • Zuleitung über Dorn 14, Rückleitung über Bodenplatte 36: Kontakte 62 und 65 geschlossen;
  • Variante 3:
  • Zuleitung über Dorn 14, Rückleitung über Kokille 10 sowie Bodenplatte 36: Kontakte 62, 65 und 57 geschlossen;
  • Variante 4:
  • Zuleitung über Kokille 10, Rückleitung über Dorn 14: Kontakte 58 und 61 geschlossen (entspricht bei Wechselstrom Variante 1);
  • Variante 5:
  • Zuleitung über Kokille 10, Rückleitung über Bodenplatte 36: Kontakte 58 und 65 geschlossen;
  • Variante 6:
  • Zuleitung über Kokille 10, Rückleitung über Dorn 14 und Bodenplatte 36: Kontakte 58, 65 und 61 geschlossen;
  • Variante 7:
  • Zuleitung über Kokille 10 und Dorn 14, Rückleitung über Bodenplatte 36: Kontakte 58, 62 und 65 geschlossen;
  • Variante 8:
  • Zuleitung über Bodenplatte 36, Rückleitung über Dorn 14: Kontakte 66 und 61 geschlossen (entspricht bei Wechselstrom Variante 2);
  • Variante 9:
  • Zuleitung über Bodenplatte 36, Rückleitung über Kokille 10: Kontakte 66 und 57 geschlossen (entspricht bei Wechselstrom Variante 5);
  • Variante 10:
  • Zuleitung über Bodenplatte 36, Rückleitung über Dorn 14 und Kokille 10: Kontakte 66, 57 und 61 geschossen (entspricht bei Wechselstrom Variante 7);
  • Variante 11:
  • Zuleitung über Bodenplatte 36 und Dorn 16, Rückleitung über Kokille 10: Kontakte 66, 62 und 57 geschlossen (entspricht bei Wechselstrom Variante 6);
  • Variante 12:
  • Zuleitung über Bodenplatte 36 und Kokille 10, Rückleitung über Dorn 14: Kontakte 66, 58 und 61 geschlossen (entspricht bei Wechselstrom Variante 3).
Indicated at 50 is a DC or AC source which is connected by high current lines 52, 54 to the current elements 24, 26 of mold 10 and mandrel 14 on the one hand and bottom plate 36 on the other hand via high current switch 56, 60 64. These can be achieved by alternately closing the corresponding switch contacts 57, 58; 61, 62; 65, 66 a number of switching options too. The following information refers to the use of direct current (notes on alternating current are reproduced in brackets for variants 1 to 3, 5 to 7):
  • Version 1:
  • Supply via mandrel 14, return via mold 10: contacts 62 and 57 closed;
  • Variant 2:
  • Supply line via mandrel 14, return via bottom plate 36: contacts 62 and 65 closed;
  • Variant 3:
  • Supply via mandrel 14, return via mold 10 and bottom plate 36: contacts 62, 65 and 57 closed;
  • Variant 4:
  • Supply line via mold 10, return via mandrel 14: contacts 58 and 61 closed (corresponds to variant 1 for alternating current);
  • Variant 5:
  • Supply via mold 10, return via bottom plate 36: contacts 58 and 65 closed;
  • Variant 6:
  • Supply via mold 10, return via mandrel 14 and bottom plate 36: contacts 58, 65 and 61 closed;
  • Variant 7:
  • Supply via mold 10 and mandrel 14, return via bottom plate 36: contacts 58, 62 and 65 closed;
  • Variant 8:
  • Supply line via bottom plate 36, return via mandrel 14: contacts 66 and 61 closed (corresponds to AC variant 2);
  • Variant 9:
  • Supply line via bottom plate 36, return via mold 10: contacts 66 and 57 closed (corresponds to AC variant 5);
  • Variant 10:
  • Supply line via bottom plate 36, return via mandrel 14 and mold 10: contacts 66, 57 and 61 shot (corresponds to AC variant 7);
  • Variant 11:
  • Supply line via bottom plate 36 and mandrel 16, return via mold 10: contacts 66, 62 and 57 closed (corresponds to AC variant 6);
  • Variant 12:
  • Supply line via bottom plate 36 and mold 10, return via mandrel 14: contacts 66, 58 and 61 closed (corresponds to AC variant 3).

Claims (16)

  1. Process for producing a hollow cast body made from metal, in particular made from steels and Ni or Co based alloys, by an electroslag melting or casting process using a short, current-conducting, water-cooled ingot mould (10), which forms a casting gap (18) for the hollow cast body (48) with a likewise water-cooled mandrel (14) arranged within the ingot mould opening (11), wherein a slag bath (44) is provided, characterised in that direct current or alternating current is introduced by means of indirectly water-cooled current-conducting elements (24, 26) incorporated in the wall of the water-cooled ingot mould (10) and in the water-cooled mandrel (14) into the slag bath (44) covering the metal level and conducting the electric current and the latter is heated and the current is shunted off again by current-conducting elements of the particular other part and/or the resulting cast body (48), wherein at least one of the current-conducting elements is electrically insulated with respect to the remaining parts of the ingot mould or of the mandrel.
  2. Process according to claim 1, characterised in that the current-conducting elements (24, 26) incorporated in the wall of the ingot mould (10) and in the mandrel (14) are completely covered by means of the slag bath (44).
  3. Process according to claim 1 or 2, characterised in that the hollow cast body (48) is drawn off downwards from the casting gap (18) between ingot mould (10) and mandrel (14) at a speed, by means of which the casting level is kept essentially at constant level with reference to the current-conducting elements (24, 26).
  4. Process using a base plate for the cast body which can be changed in terms of distance with respect to the ingot mould (10) according to one of claims 1 to 3, characterised in that when the base plate (36) is fixed and the hollow cast body (48) is mounted thereon, ingot mould (10) and mandrel (14) are raised at a speed, by means of which the casting level is kept essentially at constant level with reference to the current-conducting elements (24, 26), wherein optionally mould and mandrel are raised at the rising speed of the metal level.
  5. Process according to one of claims 1 to 4, characterised in that the supply of the melting current to the slag bath (44) is carried out via the current-conducting elements (26) of the mandrel (14) and the return to the current source (50) via the current-conducting elements (24) of the ingot mould (10).
  6. Process according to one of claims 1 to 4, characterised in that the supply of the melting current to the slag bath (44) is carried out via the current-conducting elements (26) of the mandrel (14) and the return to the current source (50) via the hollow cast body (48) and the base plate (36).
  7. Process according to one of claims 1 to 4, characterised in that the supply of the melting current to the slag bath (44) is carried out via the current-conducting elements (26) of the mandrel (14) and the return to the current source (50) via the hollow cast body (48) and the base plate (36) and the current-conducting elements (24) of the ingot mould (10).
  8. Process according to one of claims 1 to 4, characterised in that the supply of the melting current to the slag bath (44) is carried out via the current-conducting elements (24) of the ingot mould (10) and the return via the mandrel (14).
  9. Process according to one of claims 1 to 4, characterised in that the supply of the melting current to the slag bath (44) is carried out via the current-conducting elements (24) of the ingot mould (10) and the return to the current source (50) via the hollow cast body (48) and the base plate (36).
  10. Process according to one of claims 1 to 4, characterised in that the supply of the melting current to the slag bath (44) is carried out via the current-conducting elements (24) of the ingot mould (10) and the return to the current source (50) via the current-conducting elements (26) of the mandrel (14) and the hollow cast body (48) and the base plate.
  11. Process according to one of claims 1 to 4, characterised in that the supply of the melting current to the slag bath (44) is carried out via the current-conducting elements (24, 26) of ingot mould (10) and mandrel (14) which are electrically insulated with respect to the remaining components and the return to the current source (50) via the hollow cast body (48) and the base plate (36).
  12. Process according to one of claims 1 to 4, characterised in that the supply of the melting current to the slag bath (44) is carried out via the base plate (36) and the cast body (48) and the return via the mandrel (14) and/or via the ingot mould (10).
  13. Process according to one of claims 1 to 4, characterised in that the supply of the melting current to the slag bath (44) is carried out via the base plate (36) and the current-conducting elements (26) of the mandrel (14) and the return to the current source (50) via the current-conducting elements (24) of the ingot mould (10).
  14. Process according to one of claims 1 to 4, characterised in that the supply of the melting current to the slag bath (44) is carried out via the base plate (36) and the current-conducting elements (24) of the ingot mould (10) and the return to the current source (50) via the current-conducting elements (26) of the mandrel (14).
  15. Process according to one of claims 5 to 12, characterised in that when using direct current, its polarity can be changed.
  16. Arrangement having a short, current-conducting, water-cooled ingot mould (10), which forms a casting gap (18) for a hollow cast body (48) with a likewise water-cooled mandrel (14) arranged within the ingot mould opening (11), wherein a base plate (36) is assigned to the ingot mould, for carrying out the process according to one of the preceding patent claims, characterised in that both the base plate (36) assigned to the ingot mould (10) in a distance-changing manner and current-conducting elements (24, 26) provided in insulated manner in ingot mould and mandrel (14) are connected to a current source (50) via high-current cables (52, 54) with switches (64, 56, 60).
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