EP1925681A2 - Method for electro slag remelting of metals and mould therefor - Google Patents

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EP1925681A2
EP1925681A2 EP07021759A EP07021759A EP1925681A2 EP 1925681 A2 EP1925681 A2 EP 1925681A2 EP 07021759 A EP07021759 A EP 07021759A EP 07021759 A EP07021759 A EP 07021759A EP 1925681 A2 EP1925681 A2 EP 1925681A2
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EP
European Patent Office
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mold
cooled
water
remelting
block
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EP07021759A
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EP1925681A3 (en
EP1925681B1 (en
Inventor
Wolfgang Holzgruber
Harald Holzgruber
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Inteco special melting technologies GmbH
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    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a process for the electroslag remelting of metals, in particular of iron and nickel-based alloys for the production of remelting blocks from one or more Abschmelzelektroden in a short, water-cooled Gleitkokille according to the preamble of claim 1.
  • the invention covers a comparison with the prior art improved mold for performing this method.
  • the length of the mold corresponds to the length of the block to be produced.
  • the mold is here in the course of the remelting process by melting the self-consuming Electrode in the slag bath floating on the metal mirror successively filled with remelted metal, whereby there is no relative movement between mold - respectively mold wall - and Umschmelzblock.
  • Umschmelzblöcke be produced whose length exceeds the length of the mold by a multiple.
  • the short, water-cooled mold serves as a melting and casting mold, in which the hot slag bath is located and in which the metal melting off from the electrode is collected and subsequently solidified into the remelting block.
  • the mold is therefore required to carry out the remelting process only in the area of the slag bath and in the area of block solidification. Once the remelt block has solidified, the mold no longer fulfills any purpose.
  • the consumption of electric melting energy in electroslag remelting is relatively high in comparison with other melting processes which also operate with electrical energy, such as scrap melting in an electric arc furnace or an induction crucible furnace, since the melting rate is controlled primarily during electroslag remelting. to ensure a perfect solidification structure of the remelting blocks.
  • An energy saving by increasing the Abschmelzrate is therefore not possible, the direct contact of serving as a heat source, through the passage of current highly heated slag bath with the water-cooled mold wall still has a significant additional negative impact.
  • the object of the present invention is to use, on the one hand, the economic advantage of thermal insulation in the area of the slag bath in the case of electroslag remelting, while avoiding the problems described above, so that a technical application is possible in a meaningful manner.
  • the solution of this problem using a known short, two-part Gleitkokille whose lower, the casting cross-section forming part in the usual manner water cooled and the upper part against heat dissipation is completely or partially isolated, achieved in that except in the start-up phase during the regular block structure of the metal mirror by a corresponding control of the relative movement between the mold and remelt always in the lower, water-cooled part of the mold - that is below the dividing line between water-cooled and insulated part of the same - held that the distance between the surface of the metal mirror on the one hand and the through the dividing line 5 mm, but not more than 100 mm, and that the slag bath floating on the metal mirror is at least 75% of its height in the region of the insulated part.
  • the relative movement can be either stepwise or continuously in a conventional manner; in a stepwise motion, the movement step followed by a pause should be at least twice the block building speed.
  • a step in the opposite direction whose step length amounts to a maximum of 30% of the length of the original movement step, can be connected to each such movement step.
  • a possible continuous withdrawal movement can also be superimposed on an oscillating movement.
  • a lower base part of a sliding mold as a multi-part mold unit 10 represents a water-cooled solidification or casting mold 12, the inner wall preferably consists of an insert 14 made of copper; this is installed in a water jacket or water tank not separately shown in the drawing.
  • the insert 14 metal dripping off in the mold longitudinal axis A is collected in a metal sump 4 and solidified into a remelt block 6.
  • the metal mirror 5 of the metal sump 4 is superimposed by a slag bath 8.
  • the remelting block 6 is withdrawn from the casting mold 12 by a lowerable base plate 16, which is only indicated here, in such a way that the metal mirror 5 always remains below an upper, water-cooled flange surface 18 of the casting mold 12; above which there is an upper mold part 20, which is constructed in several parts and a water-cooled support structure 22 in the form of a tubular ring rectangular cross section and a likewise annular insert 24 includes.
  • a refractory metal - such as tungsten or molybdenum - existing inner layer 26 is in contact with the slag bath 8 of height h.
  • the inner layer 26 rectangular radial section has an inner diameter which corresponds approximately to the inner diameter d of the mold 12.
  • an intermediate layer 28 is also arranged rectangular radial section, which takes over the function of thermal insulation.
  • This intermediate layer 28 is preferably made of a heat-resistant, refractory, ceramic material resistant to thermal shock, for example, a high-temperature resistant ceramic fiber mat, refractory bricks or other ceramic high-temperature resistant material such as ramming masses or granules.
  • the support structure 22 of the upper, heat-insulating Kokillenteils 20 may also be formed as an extension of the water jacket of the lower mold part 12, in which then the inner layer 26 and the intermediate layer 28 are installed.
  • the upper die part consisting of the support structure 22, the inner layer 26 and the intermediate layer 28 can be held down by a rectangular radial section which is also water-cooled cover ring 30 here in the form of a tubular ring, for which purpose the cover ring 30 does not pass through here shown elements with the water jacket of the lower, water-cooled mold part 12 can be clamped together.
  • the mold unit 10 can - as shown here - standing in contact with the slag 8 insert 24 of the upper Kokillenteils 20 via a corresponding high-current line 32 with a return line 34 of the melt stream to the melt power supply 35 connected, so that the Insert 24 at the same potential as the bottom plate 16 is located.

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Abstract

Mold comprises an upper insulated part (20) having several layers to prevent heat loss. A heat-insulating intermediate layer (28) is arranged between a support construction (22) which represents the outer layer and a temperature-resistant layer (26) in contact with a slag bath. An independent claim is also included for a method for electro-slag refining of metals based on iron and nickel alloys using the above mold.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Metallen, insbesondere von Eisen- und Nickelbasislegierungen zur Herstellung von Umschmelzblöcken aus einer oder mehreren Abschmelzelektroden in einer kurzen, wassergekühlten Gleitkokille nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Zudem erfasst die Erfindung eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Kokille zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a process for the electroslag remelting of metals, in particular of iron and nickel-based alloys for the production of remelting blocks from one or more Abschmelzelektroden in a short, water-cooled Gleitkokille according to the preamble of claim 1. In addition, the invention covers a comparison with the prior art improved mold for performing this method.

Bei den heute in Betrieb stehenden Elektroschlacke-Umschmelzanlagen werden für die Formung und Herstellung der Umschmelzblöcke wassergekühlte Kokillen verwendet, deren den Block formende und das Schlackenbad haltende Giessformwand im allgemeinen aus Kupfer besteht, da dieses Material, wie auch vom Stranggiessen her bekannt, am besten geeignet ist, die bei der Erstarrung von Metallen frei werdenden Wärmemengen rasch und effizient in das Kühlwasser abzuführen. Während beim Stranggiessen ausschließlich kurze Kokillen zum Einsatz kommen, aus welchen der erstarrende Strang nach Bildung einer ersten tragfähigen Strangschale mehr oder minder kontinuierlich abgezogen wird, ist beim Elektroschlacke-Umschmelzen nach dem Stande der Technik sowohl die Verwendung so genannter Standkokillen als auch die Verwendung kurzer Gleitkokillen üblich.In today's operating electric slag remelting plants water-cooled molds are used for forming and manufacturing the Umschmelzblüte whose forming the block and holding the slag bath mold wall is generally made of copper, since this material, as well known from continuous casting, best suited is to dissipate the heat released during the solidification of metals quickly and efficiently into the cooling water. While exclusively short molds are used in continuous casting, from which the solidifying strand is withdrawn more or less continuously after the formation of a first stable strand shell, in the electroslag remelting according to the state of the art both the use of so-called stand molds and the use of short sliding molds common.

Bei Standkokillen entspricht die Länge der Kokille der Länge des herzustellenden Blockes. Die Kokille wird hier im Laufe des Umschmelzvorgangs durch Abschmelzen der selbstverzehrenden Elektrode in dem auf dem Metallspiegel schwimmenden Schlackenbad sukzessive mit umgeschmolzenem Metall gefüllt, wobei es zu keiner Relativbewegung zwischen Kokille -- respektive Kokillenwand -- und Umschmelzblock kommt.For stand molds, the length of the mold corresponds to the length of the block to be produced. The mold is here in the course of the remelting process by melting the self-consuming Electrode in the slag bath floating on the metal mirror successively filled with remelted metal, whereby there is no relative movement between mold - respectively mold wall - and Umschmelzblock.

Beim Einsatz von Gleitkokillen werden Umschmelzblöcke hergestellt, deren Länge die Länge der Kokille um ein Vielfaches übersteigt. Die kurze, wassergekühlte Kokille dient hier als Schmelz- und Giessform, in welcher sich das heiße Schlackenbad befindet und in welcher das von der Elektrode abschmelzende Metall gesammelt wird sowie in weiterer Folge zum Umschmelzblock erstarrt. Die Kokille wird daher für die Durchführung des Umschmelzprozesses lediglich im Bereich des Schlackenbades und im Bereich der Blockerstarrung benötigt. Ist der Umschmelzblock einmal erstarrt, so erfüllt die Giessform keinen Zweck mehr. Damit ist es möglich, die Länge der Kokille auf diesen oben beschriebenen Bereich zu beschränken und den während des Abschmelzvorgangs sich bildenden Block beispielsweise aus der Kokille mit einer mittleren Geschwindigkeit abzuziehen, die der Geschwindigkeit des Blockaufbaus entspricht. Dies führt zu einer Relativbewegung zwischen dem gebildeten Block sowie der Kokillenwand und hat zur Folge, dass der Meniskus des Metallspiegels und das darauf ruhende Schlackenbad -- außer in der Anfahrphase -- während des gesamten Blockaufbaus im Wesentlichen auf einem konstanten Niveau innerhalb der Kokille verbleiben. Anstatt, wie oben beschrieben, den sich bildenden Block aus einer in eine Arbeitsbühne eingebauten Kokille abzuziehen, ist es auch möglich, den Umschmelzblock auf einer feststehenden Bodenplatte aufzubauen und die kurze Kokille mittels einer geeigneten Vorrichtung mit einer der Blockaufbaugeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit nach oben abzuziehen.When using molds Umschmelzblöcke be produced whose length exceeds the length of the mold by a multiple. The short, water-cooled mold serves as a melting and casting mold, in which the hot slag bath is located and in which the metal melting off from the electrode is collected and subsequently solidified into the remelting block. The mold is therefore required to carry out the remelting process only in the area of the slag bath and in the area of block solidification. Once the remelt block has solidified, the mold no longer fulfills any purpose. Thus, it is possible to limit the length of the mold to this range described above and to deduct the block formed during the melting operation, for example, from the mold at an average speed corresponding to the speed of the block construction. This leads to a relative movement between the formed block and the mold wall and has the consequence that the meniscus of the metal mirror and the slag bath resting thereon-apart from during the start-up phase-remain essentially at a constant level within the mold during the entire block build-up. Instead of, as described above, deduct the forming block from a built-in working platform mold, it is also possible to build the remelting block on a fixed base plate and the short mold by means of a suitable device with withdraw the speed corresponding to the block build-up speed.

Wie allgemein bekannt, ist der Verbrauch an elektrischer Schmelzenergie beim Elektroschlacke-Umschmelzen im Vergleich zu anderen, ebenfalls mit elektrischer Energie arbeitenden Schmelzprozessen, wie beispielsweise beim Schrottschmelzen im Elektrolichtbogenofen oder einem Induktionstiegelofen, relativ hoch, da beim Elektroschlacke-Umschmelzen primär die Abschmelzrate kontrolliert wird, um eine einwandfreie Erstarrungsstruktur der Umschmelzblöcke sicherzustellen. Eine Energieeinsparung durch Erhöhung der Abschmelzrate ist daher nicht möglich, wobei der direkte Kontakt des als Wärmequelle dienenden, durch den Stromdurchgang hoch erhitzten Schlackenbades mit der wassergekühlten Kokillenwand noch einen erheblichen zusätzlichen negativen Einfluss hat.As is generally known, the consumption of electric melting energy in electroslag remelting is relatively high in comparison with other melting processes which also operate with electrical energy, such as scrap melting in an electric arc furnace or an induction crucible furnace, since the melting rate is controlled primarily during electroslag remelting. to ensure a perfect solidification structure of the remelting blocks. An energy saving by increasing the Abschmelzrate is therefore not possible, the direct contact of serving as a heat source, through the passage of current highly heated slag bath with the water-cooled mold wall still has a significant additional negative impact.

Um Eisen- oder Nickelbasislegierungen von Umgebungstemperatur einzuschmelzen und auf etwa 1600 °C aufzuheizen, ist ein theoretischer Energiebedarf von etwa 400 kWh/t erforderlich. Erfolgt das Schmelzen und Überhitzen in einem Elektrolichtbogen- oder Induktionsofen mit ausschließlich elektrischer Energie, so ist auf Grund der prozessbedingten Wärmeverluste mit einem Energieverbrauch von 500 bis 700 kWh/t zu rechnen. Im Gegensatz dazu beträgt der Energieverbrauch bei der Herstellung eines Umschmelzblocks mit beispielsweise 1000 mm Durchmesser bei einer Umschmelzrate von 1000 kg/h je nach verwendeter Schlacke und Höhe des Schlackenbades zwischen 1000 und 1800 kWh/t. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Wärmefluss von der heißen Schlacke über die wassergekühlte Kokillenwand in das Kühlwasser je nach Schlackenzusammensetzung zwischen 1000 und 2000 kW/m2 beträgt. Bei den am häufigsten verwendeten Schlacken mit je 1/3 CaO, CaF2 und Al2O3 muss mit etwa 1100 kW/m2 gerechnet werden. Beim Umschmelzen in einer Kokille mit 1000 mm Durchmesser und einer Schlackenbadhöhe von etwa 200 mm muss somit mit einem Energieverlust in der Schlackenzone von etwa 630 kW gerechnet werden, was bei einer Umschmelzrate von 1000 kg/h einem Energieverbrauch von etwa 630 kWh/t entspricht. Bezogen auf einen Gesamtenergieverbrauch beim Umschmelzen mit der o.a. Schlacke von etwa 1300 kWh/t entspricht dies einem Prozentsatz von knapp 50%. Bei Schlacken mit höheren Gehalten an CaF2 kann dieser Anteil aber noch deutlich höher werden.In order to melt iron or nickel base alloys from ambient temperature and heat them to about 1600 ° C, a theoretical energy requirement of about 400 kWh / t is required. If melting and overheating are carried out in an electric arc or induction furnace with only electrical energy, energy consumption of 500 to 700 kWh / t is to be expected due to process-related heat losses. In contrast, the energy consumption in the production of a remelt block with, for example, 1000 mm diameter at a remelt rate of 1000 kg / h, depending on the slag used and the height of the slag bath between 1000 and 1800 kWh / t. This is due to the fact that the heat flow from the hot slag via the water-cooled mold wall into the cooling water, depending on the slag composition between 1000 and 2000 kW / m 2 . The most commonly used slags with 1/3 CaO, CaF 2 and Al 2 O 3 each have to be estimated at about 1100 kW / m 2 . When remelting in a mold with a diameter of 1000 mm and a Schlackenbadhöhe of about 200 mm must therefore be expected with an energy loss in the slag zone of about 630 kW, which corresponds to a energy consumption of about 630 kWh / t at a remelting rate of 1000 kg / h. Based on a total energy consumption during remelting with the above-mentioned slag of about 1300 kWh / t, this corresponds to a percentage of almost 50%. In slags with higher levels of CaF 2 , this proportion can be significantly higher.

Aus den oben geschilderten Gründen wäre es daher nahe liegend, die Kokille im Bereich des Schlackenbades gegen Wärmeverluste zu isolieren, um so den Schmelzenergieverbrauch zu senken. Nach der österreichischen Patentschrift 287215 hat es bereits 1968 einen entsprechenden Vorschlag gegeben, wonach beim Elektroschlacke-Umschmelzen durch Steuerung der Lage des Spiegels der Metallschmelze in der Kokille die gesamte auf der Metallschmelze schwimmende Schlacke als flüssige Schlackenschicht in einer wärmeisolierten Zone der Kokille angesammelt wird; die Temperatur der flüssigen Schlackenschicht wird dabei durch die Wärmeisolierung über oder mindestens auf der Schmelztemperatur des Metalls gehalten. Das in der Kokille angesammelte flüssige Metall reicht demnach bis in den Bereich der Wärmeisolierung hinein, und die Trennlinie zwischen dem isolierten sowie dem wassergekühlten Kokillenteil befindet sich unterhalb des Metallspiegels.For the reasons described above, it would therefore be obvious to isolate the mold in the region of the slag bath against heat loss, so as to reduce the melting energy consumption. After Austrian Patent 287215 there has already been a corresponding proposal in 1968, according to which in electroslag remelting by controlling the position of the molten metal level in the mold, all the slag floating on the molten metal is accumulated as a liquid slag layer in a thermally insulated zone of the mold; the temperature of the liquid slag layer is held by the thermal insulation above or at least at the melting temperature of the metal. Accordingly, the liquid metal accumulated in the mold reaches into the region of the heat insulation, and the dividing line between the isolated and the water-cooled mold part is located below the metal mirror.

Diese dem derzeitigen Stand der Technik entsprechende Anordnung hat den Nachteil, dass der Beginn der Erstarrung nicht ausreichend definiert ist und so erhebliche Schwierigkeiten bei der betrieblichen Anwendung auftreten können. So ist es möglich, dass bei entsprechender Überhitzung des Metalls dieses in den Spalt zwischen isoliertem und wassergekühltem Teil der Kokille eindringt und dort im Kontakt mit dem wassergekühlten unteren Teil erstarrt sowie eine Metallfahne bildet, die im Spalt hängen bleibt. Je nach Stärke der Fahne kann nun der Block überhaupt in der Kokille hängen bleiben und ein Blockabzug unmöglich werden, womit der Umschmelzprozess beendet wäre. Ist die Fahne von geringer Stärke und nicht über den gesamten Blockumfang ausgebildet, so werden sich Risse in der erstarrenden Schale bilden, die zumindest eine Weiterverarbeitung des Blockes erschweren. Bilden sich tiefere Risse, so kann es zum Auslaufen von flüssigem Metall und der Schlacke kommen, womit der Umschmelzprozess wieder beendet wäre. Diese Probleme des Übergangs von einem isolierten Behälter zu einer wassergekühlten Erstarrungsform im Kontakt mit flüssigem bzw. letztendlich erstarrendem Metall sind vom Horizontalen Stranggiessen her bekannt. Dort wird das Problem dadurch gelöst, dass an der Übergangsstelle Isolierung - Wasserkühlung ein so genannter Brechring aus Bornitrid eingebaut wird, der auf Grund seiner spezifischen Eigenschaften in Bezug auf Wärmeleitfähigkeit, Benetzbarkeit durch das flüssige Metall etc. ein Fortschreiten der Erstarrung über die Grenzlinie Isolierung - Wasserkühlung verhindert und ein leichtes Ablösen der erstarrten Strangschale ermöglicht. Bornitrid ist allerdings ein teueres, aufwändig herzustellendes sowie nur in relativ kleinen Abmessungen bis zu üblichen Stanggussdimensionen im Bereich bis etwa 200 mm Durchmesser erhältliches Material und kommt damit für die für das Elektroschlacke-Umschmelzen interessanten Abmessungen von 500 mm Durchmesser und erheblich darüber nicht in Betracht. Aus allen diesen Gründen hat das oben geschilderte, dem Stand der Technik entsprechende Verfahren trotz der offensichtlichen wirtschaftlichen Vorteile bis heute keine praktische Anwendung gefunden.This arrangement according to the current state of the art has the disadvantage that the onset of solidification is not adequately defined and significant operational difficulties may arise. Thus, it is possible that with appropriate overheating of the metal penetrates this into the gap between the insulated and water-cooled part of the mold and solidifies there in contact with the water-cooled lower part and forms a metal lug that gets stuck in the gap. Depending on the strength of the flag, the block can now ever get stuck in the mold and a block deduction become impossible, whereby the remelting would be finished. If the flag is of low thickness and not formed over the entire block circumference, so cracks will form in the solidifying shell, which complicate at least one further processing of the block. If deeper cracks form, liquid metal and the slag may leak, thus ending the remelting process. These problems of transition from an insulated container to a water-cooled solidification mold in contact with liquid or eventually solidifying metal are known from horizontal continuous casting. There, the problem is solved in that at the transition point insulation - water cooling a so-called breaking ring of boron nitride is incorporated, which due to its specific properties in terms of thermal conductivity, wettability by the liquid metal, etc., a progression of solidification over the boundary line insulation - Water cooling prevented and allows easy detachment of the solidified strand shell. However, boron nitride is an expensive, complex to produce and only in relatively small dimensions up to usual Stanggussdimensionen in the range up to about 200 mm diameter available material and thus comes for the interesting for the electroslag remelting dimensions of 500 mm diameter and significantly not in Consideration. For all these reasons, the above-described prior art method, despite the obvious economic advantages, has not found practical application to date.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, beim Elektroschlacke-Umschmelzen einerseits den wirtschaftlichen Vorteil einer thermischen Isolierung im Bereich des Schlackenbades zu nutzen, dabei aber die oben beschriebenen Probleme zu vermeiden, so dass eine technische Anwendung in sinnvoller Weise möglich wird.The object of the present invention is to use, on the one hand, the economic advantage of thermal insulation in the area of the slag bath in the case of electroslag remelting, while avoiding the problems described above, so that a technical application is possible in a meaningful manner.

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. Bei angegebenen Benennungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar sein.To achieve this object, the teaching of the independent claim; the dependent claims indicate favorable developments. In addition, all combinations of at least two of the features disclosed in the description, the drawings and / or the claims fall within the scope of the invention. For given designation ranges, values lying within the specified limits should also be disclosed as limit values and used as desired.

Erfindungsgemäß wird die Lösung dieser Aufgabe unter Verwendung einer an sich bekannten kurzen, zweiteiligen Gleitkokille, deren unterer, den Giessquerschnitt formender Teil in üblicher Weise wassergekühlt und deren oberer Teil gegen Wärmeabfuhr ganz oder teilweise isoliert ist, dadurch erreicht, dass außer in der Anfahrphase während des regulären Blockaufbaus der Metallspiegel durch eine entsprechende Steuerung der Relativbewegung zwischen Kokille und Umschmelzblock immer so im unteren, wassergekühlten Teil der Kokille -- also unterhalb der Trennungslinie zwischen wassergekühltem und isoliertem Teil derselben -- gehalten wird, dass der Abstand zwischen der Oberfläche des Metallspiegels einerseits und der durch die Trennungslinie zwischen gekühltem und isoliertem Teil bestimmten Ebene andererseits 5 mm, höchstens jedoch 100 mm, beträgt und dass das auf dem Metallspiegel schwimmende Schlackenbad sich zumindest zu 75 % seiner Höhe im Bereich des isolierten Teils befindet.According to the invention, the solution of this problem using a known short, two-part Gleitkokille whose lower, the casting cross-section forming part in the usual manner water cooled and the upper part against heat dissipation is completely or partially isolated, achieved in that except in the start-up phase during the regular block structure of the metal mirror by a corresponding control of the relative movement between the mold and remelt always in the lower, water-cooled part of the mold - that is below the dividing line between water-cooled and insulated part of the same - held that the distance between the surface of the metal mirror on the one hand and the through the dividing line 5 mm, but not more than 100 mm, and that the slag bath floating on the metal mirror is at least 75% of its height in the region of the insulated part.

Die Relativbewegung kann dabei in an sich bekannter Weise entweder schrittweise oder kontinuierlich sein; bei schrittweiser Bewegung sollte der von einer Pause gefolgte Bewegungsschritt zumindest der doppelten Blockaufbaugeschwindigkeit entsprechen. Grundsätzlich kann an jeden derartigen Bewegungsschritt ein Schritt in die entgegengesetzte Richtung anschließen, dessen Schrittlänge maximal 30 % der Länge des ursprünglichen Bewegungsschrittes ausmacht. Einer allfälligen kontinuierlichen Abzugsbewegung kann auch eine oszillierende Bewegung überlagert werden.The relative movement can be either stepwise or continuously in a conventional manner; in a stepwise motion, the movement step followed by a pause should be at least twice the block building speed. In principle, a step in the opposite direction, whose step length amounts to a maximum of 30% of the length of the original movement step, can be connected to each such movement step. A possible continuous withdrawal movement can also be superimposed on an oscillating movement.

Für die Herstellung einer die Wärmeabfuhr behindernden Schicht wurde in der erwähnten AT 287215 eine Auskleidung mit einer wärmeisolierenden, vorzugsweise keramischen Schicht -- beispielsweise Porzellan -- vorgeschlagen. Das Problem mit diesem Werkstoff, aber auch mit anderen keramischen Werkstoffen, besteht darin, dass diese in der überhitzten reaktionsfähigen Schlacke löslich sind und somit von dieser innerhalb nur kurzer Zeit aufgezehrt würden.For the production of a heat dissipation obstructing layer has been mentioned in the AT 287215 a lining with a heat-insulating, preferably ceramic layer - for example, porcelain - proposed. The problem with this material, but also with other ceramic materials, is that they are soluble in the superheated reactive slag and thus would be consumed by this within a short time.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur einen schematisierten Querschnitt durch eine mehrteilige Kokilleneinheit mit einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Kokille, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing; this shows in its single figure a schematic cross section through a multi-part Kokilleneinheit with an improved over the prior art mold, which is particularly suitable for carrying out the method according to the invention.

Ein unterer Sockelteil einer Gleitkokille als mehrteiliger Kokilleneinheit 10 stellt eine wassergekühlte Erstarrungs- oder Giessform 12 dar, deren Innenwand vorzugsweise aus einem Einsatz 14 aus Kupfer besteht; dieser ist in einen in der Zeichnung nicht gesondert dargestellten Wassermantel oder Wasserkasten eingebaut. In diesem Einsatz 14 wird von darüber in der Kokillenlängsachse A angeordneten Abschmelzelektroden 2 abtropfendes Metall in einem Metallsumpf 4 gesammelt und erstarrt zu einem Umschmelzblock 6. Der Metallspiegel 5 des Metallsumpfs 4 wird von einem Schlackenbad 8 überlagert.A lower base part of a sliding mold as a multi-part mold unit 10 represents a water-cooled solidification or casting mold 12, the inner wall preferably consists of an insert 14 made of copper; this is installed in a water jacket or water tank not separately shown in the drawing. In this insert 14, metal dripping off in the mold longitudinal axis A is collected in a metal sump 4 and solidified into a remelt block 6. The metal mirror 5 of the metal sump 4 is superimposed by a slag bath 8.

Der Umschmelzblock 6 wird durch eine hier nur angedeutete absenkbare Bodenplatte 16 so aus der Giessform 12 abgezogen, dass der Metallspiegel 5 immer unter einer oberen, wassergekühlten Flanschfläche 18 der Giessform 12 bleibt; oberhalb deren befindet sich ein oberer Kokillenteil 20, der mehrteilig aufgebaut ist und eine wassergekühlte Stützkonstruktion 22 in Form eines Rohrrings rechteckigen Querschnitts sowie einen ebenfalls ringförmigen Einsatz 24 umfasst. Dessen vorzugsweise aus Grafit oder einem hochschmelzenden Metall -- wie beispielsweise Wolfram oder Molybdän -- bestehende innere Schicht 26 steht mit dem Schlackenbad 8 der Höhe h in Kontakt. Die innere Schicht 26 echteckigen Radialschnitts weist einen Innendurchmesser auf, der etwa dem inneren Durchmesser d der Giessform 12 entspricht.The remelting block 6 is withdrawn from the casting mold 12 by a lowerable base plate 16, which is only indicated here, in such a way that the metal mirror 5 always remains below an upper, water-cooled flange surface 18 of the casting mold 12; above which there is an upper mold part 20, which is constructed in several parts and a water-cooled support structure 22 in the form of a tubular ring rectangular cross section and a likewise annular insert 24 includes. Preferably, of graphite or a refractory metal - such as tungsten or molybdenum - existing inner layer 26 is in contact with the slag bath 8 of height h. The inner layer 26 rectangular radial section has an inner diameter which corresponds approximately to the inner diameter d of the mold 12.

Zwischen der inneren Schicht 26 und der Stützkonstruktion 22 ist eine Zwischenschicht 28 ebenfalls rechteckigen Radialschnitts angeordnet, welche die Funktion der Wärmeisolierung übernimmt. Diese Zwischenschicht 28 besteht vorzugsweise aus einem gegen Temperaturwechsel beständigen, wärmeisolierenden, feuerfesten, keramischen Werkstoff, beispielsweise aus einer hochtemperaturbeständigen keramischen Fasermatte, aus Feuerleichtsteinen oder einem anderen keramischen hochtemperaturbeständigen Material wie Stampfmassen oder Granalien.Between the inner layer 26 and the support structure 22, an intermediate layer 28 is also arranged rectangular radial section, which takes over the function of thermal insulation. This intermediate layer 28 is preferably made of a heat-resistant, refractory, ceramic material resistant to thermal shock, for example, a high-temperature resistant ceramic fiber mat, refractory bricks or other ceramic high-temperature resistant material such as ramming masses or granules.

Grundsätzlich kann die Stützkonstruktion 22 des oberen, wärmeisolierenden Kokillenteils 20 auch als Verlängerung des Wassermantels des unteren Kokillenteils 12 ausgebildet sein, in den dann die innere Schicht 26 sowie die Zwischenschicht 28 eingebaut werden. Des Weiteren kann der aus der Stützkonstruktion 22, der inneren Schicht 26 sowie der Zwischenschicht 28 bestehende obere Kokillenteil 20falls erforderlich -- durch einen ebenfalls wassergekühlten Deckring 30 hier in Form eines Rohrringes liegenden rechteckigen Radialschnitts niedergehalten werden, zu welchem Zweck der Deckring 30 durch hier nicht dargestellte Elemente mit dem Wassermantel des unteren, wassergekühlten Kokillenteils 12 zusammengespannt werden kann.Basically, the support structure 22 of the upper, heat-insulating Kokillenteils 20 may also be formed as an extension of the water jacket of the lower mold part 12, in which then the inner layer 26 and the intermediate layer 28 are installed. Furthermore, the upper die part consisting of the support structure 22, the inner layer 26 and the intermediate layer 28 can be held down by a rectangular radial section which is also water-cooled cover ring 30 here in the form of a tubular ring, for which purpose the cover ring 30 does not pass through here shown elements with the water jacket of the lower, water-cooled mold part 12 can be clamped together.

Statt durch einen Blockabzug aus der Kokille 12 kann der Umschmelzblock 6 auch auf einer feststehenden Bodenplatte aufgebaut werden. In diesem Fall ist es erforderlich, die Kokilleneinheit 10 entsprechend der Blockaufbaugeschwindigkeit -- in analoger Weise, wie oben für den Blockabzug geschildert -- entweder schrittweise oder kontinuierlich anzuheben, was in Fig. 1 durch einen in Klammern gesetzten, nach oben gerichteten Pfeil angedeutet wird.Instead of a block deduction from the mold 12 of the remelting block 6 can be constructed on a fixed base plate. In this case, it is necessary to mold unit 10 according to the block building speed - In an analogous manner, as described above for the block deduction - either gradually or continuously increase, which is indicated in Fig. 1 by a parenthesized, upwardly directed arrow.

In einer besonderen Ausführungsform der Kokilleneinheit 10 kann -- wie hier dargestellt -- der mit dem Schlackenbad 8 in Kontakt stehende Einsatz 24 des oberen Kokillenteils 20 über eine entsprechende Hochstromleitung 32 mit einer Rückleitung 34 des Schmelzstroms zur Schmelzstromversorgung 35 verbunden sein, so dass sich der Einsatz 24 auf dem selben Potential wie die Bodenplatte 16 befindet.In a particular embodiment of the mold unit 10 can - as shown here - standing in contact with the slag 8 insert 24 of the upper Kokillenteils 20 via a corresponding high-current line 32 with a return line 34 of the melt stream to the melt power supply 35 connected, so that the Insert 24 at the same potential as the bottom plate 16 is located.

Es besteht aber auch die -- hier nicht dargestellte -- Möglichkeit, den Einsatz 24 des oberen Kokillenteils 20 mit der Hochstrom-Zuleitung 36 zur Abschmelzelektrode 2 zu verbinden, wenn zwischen dem wassergekühlten unteren Kokillenteil 12 und zumindest der inneren Schicht 26 und, falls erforderlich, der Stützkonstruktion 22 des oberen Kokillenteils 20 eine den elektrischen Strom nicht leitende, hier ebenfalls nicht dargestellte Zwischenschicht aus beispielsweise hochschmelzendem keramischem Material eingebaut wird. In diesem Fall befindet sich die innere Schicht 26 des oberen Kokillenteils auf dem Potential der Abschmelzelektrode 2.But there is also the possibility - not shown here - to connect the insert 24 of the upper Kokillenteils 20 with the high-current lead 36 to Abschmelzelektrode 2, if between the water-cooled lower mold part 12 and at least the inner layer 26 and, if necessary , the support structure 22 of the upper Kokillenteils 20 is a non-conductive electrical current, also not shown here intermediate layer of, for example, refractory ceramic material is installed. In this case, the inner layer 26 of the upper mold part is at the potential of the consumable electrode 2.

Claims (12)

Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Metallen, insbesondere von Eisen- und Nickelbasislegierungen, zur Herstellung von Umschmelzblöcken (6) aus zumindest einer Abschmelzelektrode (2) in einer kurzen, zweiteiligen Gleitkokille (10), deren den Giessquerschnitt formender unterer Kokillenteil (12) wassergekühlt und deren oberer Kokillenteil (20) gegen Wärmeabfuhr ganz oder teilweise isoliert ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass außer in der Anfahrphase während des regulären Blockaufbaus der Metallspiegel (5) durch eine Steuerung der Relativbewegung zwischen Kokille (10) und Umschmelzblock (6) so im unteren, wassergekühlten Teil (12) der Kokille, also unterhalb der Trennungslinie (18) zwischen wassergekühltem und isoliertem Teil derselben, gehalten wird, dass der Abstand zwischen der Oberfläche des Metallspiegels (5) einerseits und der durch die Trennungslinie (18) zwischen gekühltem und isoliertem Teil bestimmten Ebene andererseits mindestens 5 mm, höchstens jedoch 100 mm beträgt, und dass das auf dem Metallspiegel (5) schwimmende Schlackenbad (8) sich zumindest zu 75 % seiner Höhe (h) im Bereich des isolierten Teils befindet.Process for the electroslag remelting of metals, in particular of iron and nickel-base alloys, for the production of remelting blocks (6) from at least one consumable electrode (2) in a short, two-part mold (10), the lower mold part (12) forming the casting cross-section being water-cooled and whose upper mold part (20) is completely or partially insulated against heat dissipation,
characterized,
that except in the start-up during normal block construction of the metal mirror (5) by control of the relative movement between the ingot mold (10) and remelting (6) as in the lower, water-cooled part (12) of the mold, that is, below the dividing line (18) between water-cooled and insulated part thereof, that the distance between the surface of the metal mirror (5) on the one hand and the plane defined by the parting line (18) between the cooled and insulated part is at least 5 mm, but at most 100 mm the slag bath (8) floating at the metal mirror (5) is at least 75% of its height (h) in the region of the insulated part. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen Kokille (10) und Umschmelzblock (6) schrittweise durchgeführt wird, wobei die Geschwindigkeit der Bewegung mindestens dem zweifachen der Blockaufbaugeschwindigkeit entspricht.A method according to claim 1, characterized in that the relative movement between the mold (10) and remelting block (6) is performed stepwise, wherein the speed of the movement is at least twice the block building speed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen Kokille (10) und Umschmelzblock (6) kontinuierlich durchgeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the relative movement between the mold (10) and remelting block (6) is carried out continuously. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei schrittweiser Bewegung an jeden Relativbewegungsschritt ein Schritt in entgegengesetzter Richtung anschließt, dessen Hublänge maximal 30 % der Hublänge des ursprünglichen Schrittes beträgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that in stepwise movement of each relative movement step is followed by a step in the opposite direction, the stroke length is not more than 30% of the stroke length of the original step. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der kontinuierlichen Relativbewegung zwischen Kokille (10) und Umschmelzblock (6) eine Oszillation überlagert wird.Method according to claims 1 and 3, characterized in that the continuous relative movement between mold (10) and remelting block (6) is superimposed on an oscillation. Kokille zum Elektroschlacke-Umschmelzen, die in der Längsachse geteilt, mindestens zweiteilig wassergekühlt ist, wobei deren unterer den Giessquerschnitt formender Teil (12) wassergekühlt und deren daran anschließender oberer Teil (20) gegen Wärmeabfuhr isoliert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gegen Wärmeabfuhr isolierte Teil (20) mehrschichtig aufgebaut ist, wobei zwischen einer die äußere Schicht darstellenden wassergekühlten Stützkonstruktion (22) und einer inneren, mit dem Schlackenbad in Berührung stehenden hoch temperaturbeständigen Schicht (26) eine wärmeisolierende Zwischenschicht (28) angeordnet ist.Mold for electroslag remelting, which is divided in the longitudinal axis, at least two parts water-cooled, the lower the casting cross-section forming part (12) is water cooled and its adjoining upper part (20) is insulated against heat dissipation, for performing the method according to at least one of Claims 1 to 5, characterized in that the insulated against heat dissipation part (20) is multi-layered, wherein between a outer layer representing water-cooled support structure (22) and an inner, with the slag bath in contact high temperature resistant layer (26) heat insulating intermediate layer (28) is arranged. Kokille nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wassergekühlte Stützkonstruktion (22) des oberen Kokillenteils (20) einen Teil eines Wasserkastens des unteren Kokillenteils (12) darstellt und damit mit diesem verbunden ist.Chill mold according to claim 6, characterized in that the water-cooled support structure (22) of the upper Kokillenteils (20) is a part of a channel box of the lower Kokillenteils (12) and thus connected thereto. Kokille nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrschichtig aufgebaute, gegen Wärmeabfuhr isolierte obere Kokillenteil (20) zwischen einem darüberliegenden wassergekühlten Deckring (30) und dem unteren wassergekühlten Kokillenteil (12) eingespannt ist.Chill mold according to claim 6, characterized in that the multi-layered, insulated against heat dissipation upper mold part (20) between an overlying water-cooled cover ring (30) and the lower water-cooled mold part (12) is clamped. Kokille nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Schlackenbad (12) in Berührung stehende Schicht (26) des oberen Kokillenteils (20) aus Grafit oder einem hochschmelzenden Metall besteht, bevorzugt aus Wolfram oder Molybdän.Mold according to one of claims 6 to 8, characterized in that the layer (26) of the upper mold part (20) which is in contact with the slag bath (12) consists of graphite or a refractory metal, preferably of tungsten or molybdenum. Kokille nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der wassergekühlten Stützkonstruktion (22) des oberen Kokillenteils (20) und der mit dem Schlackenbad (12) in Berührung stehenden Schicht (26) desselben angeordnete wärmeisolierende Schicht (28) aus einem gegen Tempertaturwechsel beständigen, feuerfesten keramischen Material besteht, bevorzugt aus Isoliersteinen, Fasermatten, keramischer Wolle, Granalien, feinkörnigem Material oder dergleichen als feuerfestem Material.Chill mold according to at least one of Claims 6 to 8, characterized in that the heat-insulating layer (28) arranged between the water-cooled support structure (22) of the upper mold part (20) and the slag bath (12) is in contact therewith. consists of a resistant to temperature change, refractory ceramic material, preferably insulating stones, fiber mats, ceramic wool, granules, fine-grained material or the like as a refractory material. Kokille nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass über die aus Grafit oder einem hochschmelzenden Metall bestehende Schicht (26) des oberen Kokillenteils (20) durch eine Hochstromleitung (32) ein Kontakt zu einer Stromquelle (35) herstellbar ist.Chill mold according to claim 9, characterized in that via the existing of graphite or a refractory metal layer (26) of the upper Kokillenteils (20) by a high current line (32) contact to a power source (35) can be produced. Kokille nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Grafit oder einem hochschmelzenden Metall bestehende Schicht (26) des oberen Kokillenteils (20) gegenüber dem unteren, wassergekühlten, den Umschmelzblock formenden Teil (12) der Kokille (10) elektrisch isoliert ist.Chill mold according to Claim 9, characterized in that the layer (26) of graphite or a refractory metal of the upper mold part (20) is electrically insulated from the lower, water-cooled, remelt block forming part (12) of the mold (10).
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