EP3328576A1 - Elektroschlacke-umschmelzanlage - Google Patents

Elektroschlacke-umschmelzanlage

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EP3328576A1
EP3328576A1 EP16763716.4A EP16763716A EP3328576A1 EP 3328576 A1 EP3328576 A1 EP 3328576A1 EP 16763716 A EP16763716 A EP 16763716A EP 3328576 A1 EP3328576 A1 EP 3328576A1
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EP
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mold
plant according
electro
abschmelzelektrode
slag
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Henrik Franz
Harald Scholz
Ulrich Biebricher
Thomas KILZER
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ALD Vacuum Technologies GmbH
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ALD Vacuum Technologies GmbH
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Publication date
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/06—Electrodes
    • H05B7/07—Electrodes designed to melt in use

Definitions

  • the invention relates to an electro-slag remelt system with an open top mold and Minim ⁇ least one consumable electrode which ⁇ protrudes into the mold inside.
  • the necessary temperature for melting the Abschmelz ⁇ electrode is generated by an electric current with high electric current, which flows through the Ab ⁇ melting electrode, the slag and the melt.
  • the slag is an electrical resistance that heats up due to the current passage.
  • the slag is liquefied and heated.
  • the two electric poles of the slag form on the one hand the building up block in the mold and on the other hand the electrode. Due to the evolution of heat in the slag, the electrode melts at the interface to the slag.
  • the higher the temperature of the slag the higher the melting rate of the electrode.
  • the amount of slag ⁇ temperature but there are limits. Therefore, only by increasing the cross-sectional area at constant
  • the melting rate can be increased.
  • the Abschmelzelektrode is a rod-shaped structure with a round or rectangular cross-section, the axis is aligned verti ⁇ cal.
  • the melt rate depends on the cross-sectional area, which is related to a plane perpendicular to the electrode axis.
  • the diameter of the mold be ⁇ right but also the sizes of the blocks, which are produced from which he stared ⁇ melt.
  • so-called T-molds are used.
  • the Abschmelzelektrode plunges, the cross ⁇ section is greater than the cross section of the lower, smaller section ⁇ smaller T-mold, which receives the block.
  • the object of the invention is thus to provide a
  • the invention provides that the Abschmelzelektrode is aligned obliquely to a vertical ⁇ tet.
  • the projecting into the mold end surface of the Abschmelzelektrode runs obliquely according to their inclination to the axis of the Abschmelzelektrode.
  • the effective Abschmelz measurements therefore no longer corresponds to the cross-sectional area, relative to a plane perpendicular to the axis of the electrode, but with respect to a hori ⁇ zontale plane.
  • the effective Abschmelz measurements thus increases by the reciprocal of the cosine of the angle between the vertical and the axis of the obliquely Ab ⁇ melting electrode.
  • the electrode Since the electrode is arranged at an angle, the overall height of the system is reduced or it can be used with the same height longer Abschmelzelektro ⁇ .
  • the inclined arrangement makes it possible to reproach one or meh ⁇ eral electrodes local drains of the later Abschmelzposi ⁇ tion so as to minimize the time delay in the change of electrodes.
  • the angle between the axis of the Abschmelzelektrode and the vertical between 20 and 60 °, in particular it is 45 °.
  • the invention provides that the Abschmelz ⁇ electrode is held in a tracking, which is formed from ⁇ that the Abschmelzelektrode is slidable along its inclined axis.
  • Such tracking can z. B. have a roller bearing.
  • the weight of the Abschmelzelektrode can be distributed over several roles.
  • At least two ablation electrodes can also be provided here, each of which is provided with a tracking device. This allows a quick change of electric ⁇ the. One electrode is burning, while the other is prepared in its displacement system and is moved to a position above the mold, so ⁇ soon the previous is consumed.
  • the mold is cooled, so that the melt solidifies in its lower part and can be discharged as a strand from the open bottom of the mold.
  • a device is provided, which deducts in its lower portion to a strand solidified melt through the bottom of the mold.
  • ⁇ ent in this manner, it may still be a separator vorgese ⁇ hen, which is formed so that it can ERS the exiting on the floor of the mold end portion of the strand ⁇ separate. Furthermore, a deflector may be provided that the severed tails since Lich ⁇ z to the mold. B. on a conveyor belt in a Maga ⁇ zin or bearing derived.
  • Fig. 1 is a side view of the arrangement
  • Fig. 2 is a plan view.
  • the plant according to the invention consists of a mold 1, which consists of a tube 2 of constant cross-section and an upwardly adjoining funnel 3.
  • a Abschmelzelektrode 4 In these immersed a Abschmelzelektrode 4, the axis 5 is obliquely to a vertical 6, which also forms the axis of the tube 2, is arranged.
  • the Ab ⁇ melting electrode 4 is mounted on rollers 7, which form an inclined plane.
  • the Abschmelzelektrode 4 is held by a tracking 8, by means of which they can be tracked ent ⁇ speaking of the burn-up in the hopper 3 of the mold 1.
  • the forming melt which solidifies due to a not shown cooling in the lower part to a strand 10, which is down ⁇ drawn by a device, not shown here, and possibly by a not also presented Darge ⁇ Separator is divided into individual blocks. These are by a deflection device, which is also not shown in detail, laterally via a means, for. B. a conveyor belt, in a magazine or warehouse (not shown) derived.
  • melt 9 is located within the
  • the amount of the melting rate is determined by the size of the Abschmel z surface 13, which is the slag layer 11 berüh ⁇ - saving end face of the Abschmelzelektrode 4.
  • the Abschmel z surface 13 is horizontal and thus entspre ⁇ accordingly the inclination of the consumable electrode 4 at an angle to the axis 5.
  • the melt area is increased 13 against ⁇ over the cross-sectional area 12 of the consumable electrode 4, by an amount which is determined by the size of the angle ⁇ between the axis 5 of the Abschmelzelektrode 4 and the vertical 6.
  • the end surface 13 increases by about 40% relative to the cross-sectional area 12.
  • the energy for melting the electrode 4 is achieved by a power supply, not shown here.
  • the melting electrode 4, the slag layer 11 and the melt 9 and the strand 10 form parts of an electric circuit, the slag layer 11 represents the largest resistance, so that there most of the energy is absorbed.

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Abstract

Um bei einer Elektroschlacke-Umschmelzanlage die Abschmelzrate ohne eine Vergrößerung der Querschnittsfläche (12) der Abschmelzelektrode (4) zu erhöhen, wird vorgeschlagen, diese schräg in die Kokille (1) der Elektroschlacke-Umschmelzanlage einzuführen, so dass die für die Abschmelzrate bedeutsame Abschmelzfläche (13) gegenüber der Querschnittsfläche (12) vergrößert ist.

Description

Beschreibung
Elektroschlacke-Umschmelzanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektroschlacke-Um- schmelzanlage mit einer oben offenen Kokille und mindes¬ tens einer Abschmelzelektrode, die in die Kokille hinein¬ ragt .
Eine derartige Anlage ist z. B. in der DE 108 39 432 C2 beschrieben .
Zur Erzeugung eines Ingots (Blocks) aus einem von Konta¬ minationen befreiten Metall wird das Ende der Abschmelz¬ elektrode abgeschmolzen, das in die Kokille hineinragt. Das geschmolzene Metall fällt durch eine flüssige Schla¬ cke oberhalb einer Schmelze in der Kokille, wobei durch eine chemische Reaktion des Metalls mit der Schlacke die¬ sen Kontaminationen wie Schwefel und andere nichtmetalli¬ sche Elemente entnommen werden. Einschlüsse in der Elekt¬ rode werden somit in die Schlacke überführt und gelangen nicht in den Block.
Die notwendige Temperatur zum Abschmelzen der Abschmelz¬ elektrode wird durch einen elektrischen Strom mit hoher elektrischer Stromstärke erzeugt, der durch die Ab¬ schmelzelektrode die Schlacke und die Schmelze fließt. Dabei stellt die Schlacke einen elektrischen Widerstand dar, der sich auf Grund des Stromdurchganges erhitzt. Da¬ bei wird die Schlacke verflüssigt und erhitzt. Die beiden elektrischen Pole der Schlacke bilden einerseits der sich aufbauende Block in der Kokille und andererseits die Elektrode. Auf Grund der Wärmeentwicklung in der Schlacke schmilzt die Elektrode an der Trennfläche zur Schlacke ab . Je höher die Temperatur der Schlacke ist, desto höher ist die Abschmelzrate der Elektrode. Der Höhe der Schlacken¬ temperatur sind aber Grenzen gesetzt. Daher kann nur über eine Erhöhung der Querschnittsfläche bei konstanter
Schlackenbadtemperatur die Schmelzrate erhöht werden.
Bei der bekannten Ausführung einer solchen Anlage ist die Abschmelzelektrode ein stangenförmiges Gebilde mit einem runden oder rechteckigen Querschnitt, deren Achse verti¬ kal ausgerichtet ist. Die Schmelzrate hängt dabei von der auf eine Ebene senkrecht zur Elektrodenachse bezogenen Querschnittsfläche ab. Um höhere Schmelzraten zu erzie¬ len, sind bisher der Durchmesser der Kokille und die der Elektrode erhöht worden. Der Durchmesser der Kokille be¬ stimmt aber auch die Größen der Blöcke, die aus der er¬ starrten Schmelze hergestellt werden. Um auch bei kleinen Blockgrößen eine genügend hohe Schmelzrate zu erzielen, werden sogenannte T-Kokillen (Trichter) eingesetzt. In den oberen, trichterförmig vergrößerten Abschnitten der Kokille taucht die Abschmelzelektrode ein, deren Quer¬ schnitt größer ist als der Querschnitt des unteren, klei¬ neren Abschnitts der T-Kokille, der den Block aufnimmt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine
Elektroschlacke-Umschmelzanlage zu schaffen, die trotz eines geringen gegebenen Abschmelzelektrodenquerschnitts eine erhöhte Schmelzrate aufweist.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die Abschmelzelektrode schräg zu einer Vertikalen ausgerich¬ tet ist.
Dabei verläuft die in die Kokille ragende Endfläche der Abschmelzelektrode entsprechend ihrer Schrägstellung schräg zu der Achse der Abschmelzelektrode. Die effektive Abschmelzfläche entspricht daher nicht mehr der Querschnittsfläche, bezogen auf eine Ebene senkrecht zur Achse der Elektrode, sondern bezogen auf eine hori¬ zontale Ebene. Die effektive Abschmelzfläche erhöht sich damit um den Kehrwert des Kosinus des Winkels zwischen der Vertikalen und der Achse der schräg gestellten Ab¬ schmelzelektrode .
Neben der Erhöhung der Abschmel z fläche besitzt diese An¬ ordnung auch noch weitere Vorteile.
Um größere Abschmel z flächen zu erhalten, wurden bis¬ her mehrere Elektroden zusammengeschweißt, um eine dickere Elektrode zu erhalten. Dieser Verfahrens¬ schritt ist nun nicht mehr notwendig.
Da die Elektrode schräg angeordnet ist, wird die Bauhöhe der Anlage verringert bzw. es können bei gleich bleibender Bauhöhe längere Abschmelzelektro¬ den eingesetzt werden.
Die schräge Anordnung ermöglicht es, eine oder meh¬ rere Elektroden ortsnah der späteren Abschmelzposi¬ tion vorzuhalten, um somit die Zeitverzögerung beim Wechsel von Elektroden zu minimieren.
Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen der Achse der Abschmelzelektrode und der Vertikalen zwischen 20 und 60°, insbesondere liegt er bei 45°.
Mit dem Abbrand der Elektrode muss diese nachgeführt wer¬ den. Dazu sieht die Erfindung vor, dass die Abschmelz¬ elektrode in einer Nachführung gehalten ist, die so aus¬ gebildet ist, dass die Abschmelzelektrode entlang ihrer schräg gestellten Achse verschiebbar ist. Eine solche Nachführung kann z. B. eine Rollenlagerung aufweisen. Damit kann das Gewicht der Abschmelzelektrode auf mehrere Rollen verteilt werden.
Wie auch schon bei den Anlagen nach dem Stand der Tech¬ nik, können auch hier wenigstens zwei Abschmelzelektroden vorgesehen werden, die mit je einer Nachführung versehen sind. Dies erlaubt einen schnellen Wechsel von Elektro¬ den. Eine Elektrode befindet sich im Abbrand, während die andere in ihrem Verschiebesystem vorbereitet wird und in eine Position oberhalb der Kokille verschoben wird, so¬ bald die vorhergehende verbraucht ist.
Wie oben angedeutet, wird die Kokille gekühlt, so dass die Schmelze in ihrem unteren Bereich erstarrt und als Strang aus dem offenen Boden der Kokille abgeführt werden kann. Dazu ist eine Einrichtung vorgesehen, die in ihrem unteren Abschnitt zu einem Strang erstarrte Schmelze durch den Boden der Kokille abzieht.
Sollen auf diese Weise klein dimensionierte Blöcke ent¬ stehen, so kann weiterhin eine Trennvorrichtung vorgese¬ hen werden, die so ausgebildet ist, dass sie das auf dem Boden der Kokille austretende Endstück des Strangs abzu¬ trennen vermag. Weiterhin kann eine Ablenkvorrichtung vorgesehen werden, die die abgetrennten Endstücke seit¬ lich zur Kokille z. B. auf ein Transportband in ein Maga¬ zin oder Lager ableitet.
Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht der Anordnung und
Fig. 2 eine Draufsicht. Die erfindungsgemäße Anlage besteht aus einer Kokille 1, die aus einem Tubus 2 gleich bleibenden Querschnitts und einem sich nach oben anschließenden Trichter 3 besteht. In diesen taucht eine Abschmelzelektrode 4 ein, deren Achse 5 schräg zu einer Vertikalen 6, die gleichzeitig die Achse des Tubus 2 bildet, angeordnet ist. Die Ab¬ schmelzelektrode 4 ist auf Rollen 7, die eine schräge Ebene bilden, gelagert. Die Abschmelzelektrode 4 wird von einer Nachführung 8 gehalten, mit deren Hilfe sie ent¬ sprechend des Abbrandes in den Trichter 3 der Kokille 1 nachgeführt werden kann.
In dem Tubus 2 befindet sich die sich bildende Schmelze, die aufgrund einer hier nicht dargestellten Kühlung im unteren Bereich zu einem Strang 10 erstarrt, der durch eine hier nicht dargestellte Einrichtung nach unten abge¬ zogen wird und ggf. durch eine ebenfalls nicht darge¬ stellte Trennvorrichtung in einzelne Blöcke geteilt wird. Diese werden durch eine Umlenkeinrichtung, die ebenfalls nicht näher dargestellt ist, seitlich über ein Mittel, z. B. ein Transportband, in ein Magazin oder Lager (nicht dargestellt) abgeleitet.
Oberhalb der Schmelze 9 befindet sich innerhalb des
Trichters 3 eine Schlackenschicht 11 mit einer horizontal verlaufenden Oberfläche, die von der Abschmelzelektrode 4 berührt wird.
Die Höhe der Abschmelzrate wird von der Größe der Ab- schmel z fläche 13, das ist die Schlackenschicht 11 berüh¬ rende Endfläche der Abschmelzelektrode 4, bestimmt. Die Abschmel z fläche 13 verläuft horizontal und damit entspre¬ chend der Schrägstellung der Abschmelzelektrode 4 schräg zu deren Achse 5. Da die Abschmelzelektrode 4 schräg ge¬ stellt ist, vergrößert sich die Abschmelzfläche 13 gegen¬ über der Querschnittsfläche 12 der Abschmelzelektrode 4, um einen Betrag, der von der Größe des Winkels α zwischen der Achse 5 der Abschmelzelektrode 4 und der Vertikalen 6 bestimmt wird. Bei einem Winkel von 45° erhöht sich die Endfläche 13 um ca. 40% gegenüber der Querschnittsfläche 12.
Um einen schrägen Einlauf der Abschmelzelektrode 4 zu er¬ möglichen, besitzt der Trichter 3 auf der Seite der Ab¬ schmelzelektrode 4 eine schräge Einlaufkante 14.
Die Energie zum Abschmelzen der Elektrode 4 wird durch eine hier nicht dargestellte Stromversorgung erreicht, Die Abschmelzelektrode 4, die Schlackenschicht 11 sowie die Schmelze 9 bzw. der Strang 10 bilden Teile eines Stromkreislaufes, wobei die Schlackenschicht 11 den größ- ten Widerstand darstellt, so dass dort die meiste Energie aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste Kokille
Tubus
Trichter
Abschmelzelektrode
Achse Vertikale
Rollen
Nachführung
Schmelze
Strang Schlackenschicht
Querschnittsfläche
Endfläche
Einlaufkante

Claims

Patentansprüche
1. Elektroschlacke-Umschmelzanlage mit einer oben offe¬ nen Kokille (1) und mindestens einer Abschmelzelekt¬ rode (4), die in die Kokille (1) hineinragt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschmelzelektrode (4) schräg zu einer Vertikalen (6) ausgerichtet ist.
2. Elektroschlacke-Umschmelzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Kokille (1) ragende Endfläche der Abschmelzelektrode (4) ent¬ sprechend ihrer Schrägstellung schräg zu der Achse (5) der Abschmelzelektrode (4) verläuft.
3. Elektroschlacke-Umschmelzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Achse (5) der Abschmelzelektrode (4) und der Verti¬ kalen (6) zwischen 20° und 60°, vorzugsweise bei 45° liegt .
4. Elektroschlacke-Umschmelzanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschmelz¬ elektrode (4) in einer Nachführung (8) gehalten ist, die so ausgebildet ist, dass die Abschmelzelektrode (4) entlang ihrer schräg gestellten Achse (5) ver¬ schiebbar ist.
5. Elektroschlacke-Umschmelzanlage nach einem der vor¬ hergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Kokille (1) wenigstens zwei Abschmelzelekt¬ roden (4) mit je einer Nachführung (8) vorgesehen sind .
6. Elektroschlacke-Umschmelzanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachführungen (8) mit den Abschmelzelektroden (4) mittels eines Verschiebesystems wechselweise über die Kokille (1) verfahrbar sind.
Elektroschlacke-Umschmelzanlage nach einem der vor¬ hergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille (1) gekühlt ist und eine Einrichtung aufweist, um die in ihrem unteren Abschnitt zu einem Strang erstarrte Schmelze (9) durch den Boden der Kokille (1) abzuziehen.
Elektroschlacke-Umschmelzanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennvorrichtung vorgesehen ist, die so ausgebildet ist, dass sie das aus dem Boden der Kokille (1) austretende Endstück des Strangs abzutrennen vermag.
Elektroschlacke-Umschmelzanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ablenkvorrichtung für die abgetrennten Endstücke vorgesehen ist, die die diese seitlich zur Kokille (1) ableitet.
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