WO2022223208A1

WO2022223208A1 - Umschmelzanlage für metalle und verfahren zum umschmelzen von metallen

Info

Publication number: WO2022223208A1
Application number: PCT/EP2022/057041
Authority: WO
Inventors: Ivaylo Popov; Lothar Lippert; Stefan Lemke; Thomas KILZER
Original assignee: Ald Vacuum Technologies Gmbh
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2022-10-27
Also published as: EP4326914A1; KR20230173104A; DE102021109823B3; JP2024517105A; US20240209473A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Umschmelzanlagen, wie zum Beispiel Vakuumlichtbogenöfen (VLBO, engl.: Vacuum Arc Remelting, VAR) und Elektroschlacke-Umschmelzanlagen (ESU, engl.: Electro Slag Remelting, ESR), die über eine oder mehrere Schmelzstellen verfügen und eine Portalkonstruktion aufweisen. Die Anlagen verfügen über eine symmetrische Kraftverteilung und eine gleichbleibend geringe Bauhöhe.

Description

UMSCHMELZANLAGE FÜR METALLE UND VERFAHREN ZUM UMSCHMELZEN VON

METALLEN

Die vorliegende Erfindung betrifft Umschmelzanlagen für Metalle, wie zum Beispiel Vakuum lichtbogenöfen (VLBO, engl.: Vacuum Are Remelting, VAR) und Elektroschlacke-Umschmelzan- lagen (ESU, engl.: Electro Slag Remelting, ESR), die über eine oder mehrere Schmelzstellen verfügen und eine Portalkonstruktion aufweisen. Die Anlagen verfügen über eine symmetrische Kraftverteilung und eine gleichbleibend geringe Bauhöhe.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind diverse Verfahren und Anlagen zum Umschmelzen von Metal len bekannt. Zu diesen gehören beispielsweise Vakuumlichtbogenöfen (VLBO/VAR) und Elekt- roschlacke-Umschmelzanlagen (ESU oder ESR). Sie finden vorzugsweise in der Sondermetal lurgie Einsatz zum Umschmelzen und Veredeln von verschiedenen metallischen reaktiven oder nicht-reaktiven Werkstoffen wie zum Beispiel Werkzeugstählen, Nickelbasislegierungen, Titan, Zirkonium, etc. Um den hohen Ansprüchen an die Qualität der dabei entstehenden Werkstoffe gerecht zu werden, werden diese Anlagen in den letzten Jahrzenten der Entwicklung der Um schmelztechnologie als vollkommen geschlossene, fast immer vakuum- oder sogar vakuum- und druckdichte Aggregate eingesetzt.

Sie bestehen im Wesentlichen aus einer oder mehreren - meistens zwei - Schmelzstellen, einer tragenden Konstruktion in Form eines Portals oder einer freitragenden Säule und einer daran geführten und vertikal beweglichen Elektrodenstange, einer Waage und einem Ofenkessel, der entweder als Vakuumbehälter oder als Druckbehälter ausgeführt sein kann. Über entspre chende Antriebe kann die Anlage geöffnet und geschlossen werden, um die darin zu schmel zende Elektrode einsetzen und den nach der Schmelze daraus entstandenen Block heraushe ben zu können.

Die Anlagen, die als tragende Konstruktion eine freitragende Säule aufweisen, haben den Nachteil, dass die funktionsrelevanten Elemente - Elektrodenstange, Waage und Ofenkessel - seitlich der Säule an einzelnen Auslegern befestigt sind und dadurch auf die tragende Konstruk tion unsymmetrische Kräfte erzeugen, die zu enorm hohen Biegemomenten in der gesamten Konstruktion führen. Sehr oft wirken die Biegemomente sogar hauptsächlich auf das Säulenfun dament. Bei diesem Konzept wird auch die Elektrodenstange durch einen seitlich liegenden, an der tragenden Säule befestigten Elektrodenstangenantrieb bewegt. Gerade diese Ausführung vertieft die vorstehend beschriebenen Nachteile der Anlagen. Anlagen dieser Bauart bieten je doch auch eine wichtige Eigenschaft. Bei gelungener Konstruktion erfolgt das Öffnen und Schließen der Anlage ohne eine Anlagenhöhenänderung. Die Gesamthöhe bleibt daher kon stant.

Die Anlagen, die als tragende Konstruktion ein Portal nutzen, haben wiederum den Nachteil, dass ihre Höhe beim Öffnen und Schließen verändert wird. Beim Öffnen vergrößert sich die Höhe der Anlage oft beträchtlich. Dieser Nachteil führt sehr häufig dazu, dass solche Anlagen nur in sehr hohen Werkshallen untergebracht werden können, was zu hohen Investitionskosten beim Bau der Anlagen und ihrer Peripherie führt. Der Vorteil dieses Anlagenkonzepts liegt in der symmetrischen Kräfteverteilung. Die Funktionskomponenten - Elektrodenstange, Waage, und Ofenkessel - sind an den beiden das Portal bildenden Säulen symmetrisch vertikal beweg lich befestigt. Die Kräfte, die in der tragenden Konstruktion einstehen, sind damit bei diesem Anlagenkonzept ebenfalls symmetrisch. Im Normalfall wird auch kein Biegemoment im Funda ment erzeugt.

Eine weitere Konstruktion, die aus dem Stand der Technik bekannt ist, besteht aus einem Por tal, in dem die Funktionskomponenten der Anlage symmetrisch angeordnet sind, und aus einer Schmelzstelle, die einen Schmelztiegel mit einem sehr hohen Aufsatz beinhaltet. Durch den ho hen Aufsatz auf dem Tiegel wird die Höhe des Offenkessels so minimiert, dass der zum Öffnen der Anlage notwendige Ofenkesselhub minimiert wird und so die Anlagenhöhe beim Öffnen der Anlage nur minimal erhöht wird. Der Nachteil dieses Anlagenkonzepts besteht darin, dass der lange Tiegelaufsatz - oft Spacer oder Zwischenstück genannt - noch eine zusätzliche Schnitt stelle zwischen Tiegel und Kessel darstellt, welche das gesamte Handling und vor Allem die Dichtigkeit der Anlage negativ beeinflusst.

Ein weiteres aus dem Stand der Technik bekanntes Anlagenkonzept beruht auf der Nutzung ei nes Portals, auf dem die Waage und die Elektrodenstange gelagert sind und unter dem eine vertikal geteilte, aus zwei Halbschalen und einer Haube mit Elektrodenstangendurchführung be stehende Schutzgasvorrichtung aufgehängt ist. Dieses Anlagenkonzept beinhaltet eine koaxial- angetriebene Elektrodenstange, an deren oberen Ende der Elektrodenstangenantrieb befestigt ist, wobei der Elektrodenstangenantrieb über zwei zu der Elektrodenstange selbst symmetrisch angeordnete tragende Säulen auf der darunter liegenden Waage abgestützt ist und die Waage ihrerseits auf dem Portal befestigt ist. Die Elektrodenstange dringt durch die Elektrodenstangen durchführung und durch die Haube in den Schmelzraum, der aus den beiden Halbschalen gebil det wird, ein. Der große Nachteil dieses Konzepts ist gerade die dreiteilige Schutzgasvorrich tung. Sie kann in der Praxis nur unzureichend vakuum- oder druckdicht ausgeführt werden. Aus der CN 102 703 725 A ist beispielsweise ein Elektroschlacke-Umschmelzofen für 30-1201 schwere Einzelelektroden bekannt. Die dort offenbarte Lösung adressiert die Probleme, die na turgemäß bei den üblichen Säulentragarmen auftreten, wenn solch große Lasten daran befes tigt werden. Dazu wird vorgeschlagen, eine horizontale rahmenförmige Konstruktion zu verwen den, die auf der einen Seite mit einem angetriebenen und einem freilaufenden Radsatz versehen ist, die auf einer gekrümmten Schiene laufen, und auf der anderen Seite über eine Drehplatte an einem Drehfundament befestigt ist. Hierauf baut sich eine turmartige Portalkon struktion auf, in der die Elektrodenstangenhalterung und der Ofenkessel angeordnet sind. Im oberen Teil des Portals wird der Portalrahmen auf der Seite des Drehfundaments noch durch einen weiteren schwenkbaren Verstrebungsarm gestützt. Die aufwändige Turmkonstruktion wird insgesamt über das Drehfundament zwischen einer Beladeposition und einer Schmelzposi tion hin- und hergeschwenkt. Wie üblich bei derlei Portalkonstruktionen, vergrößert sich die An lagenhöhe beim Anheben der Elektrodenstangenhalterung. Zudem wirken erheblich Kräfte auf die Elektrodenstangen- und Ofenkesselhalterung beim Schwenken, da diese frei hängen.

Aufgabe

Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, die vorstehend beschriebenen Nachteile des Stands der Technik zu beheben. Insbesondere sollte eine gattungsgemäße eine oder mehrere Schmelzstellen umfassende Umschmelzanlage für Metalle geschaffen werden, bei der die kom pakte Anlagenhöhe beim Öffnen und Schließen konstant bleibt und alle auf die tragende Kon struktion wirkenden Kräfte zentrisch und symmetrisch auftreten. Darüber hinaus sollte die An lage sich gut druck- und vakuumdicht ausführen lassen.

Beschreibung der Erfindung

Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Umschmelzanlage für Metalle sowie einem Verfahren zu deren Betrieb gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß ist eine Umschmelzanlage für Metalle umfassend eine oder mehrere Schmelzstellen, die größtenteils unterirdisch in einem Fundament der Umschmelzanlage angeordnet sind, mit je einem Tiegel; ein Ofenportal umfassend eine erste und eine zweite vertikale Säule, die an ihrem oberen Ende mit zwei gegenüberliegenden Seiten eines horizontalen Verbindungsrahmens und entlang ihrer Höhe mindestens einem weiteren aus zwei Bügeln gebildeten Rahmen ver bunden sind, wobei das Ofenportal mit der ersten vertikalen Säule drehbeweglich mit dem Fundament verbunden ist und mit der zweiten vertikalen Säule, deren unteres Ende mit ei nem Antrieb und mindestens einem Rad versehen ist, auf einer gekrümmten Schiene be wegbar ist, sodass das Ofenportal eine Schwenkbewegung über die eine oder mehrere Schmelzstellen ausführen kann; einen einteiligen, unten offenen Ofenkessel, der innerhalb des von den zwei Bügeln gebil deten Rahmens vertikal beweglich ist; an den Seiten des Verbindungsrahmens, die nicht mit den vertikalen Säulen verbunden sind, angeordnete Aussparungen; eine Vielzahl von Verriegelungselementen, die an den Bügeln vorgesehen sind und den Ofenkessel in der Vertikalen fixieren können; eine Waage, die mit ihrer Unterseite mit der Oberseite des Ofenkessels verbunden ist; eine Elektrodenstangen-Stützkonstruktion umfassend zwei längenvariable Säulen, eine an deren unterem Ende angebrachte untere Platte und eine an deren oberem Ende ange brachte obere Platte, wobei die untere Platte mit der Waage verbunden ist und die obere Platte im Eingriff mit den Aussparungen des Verbindungsrahmens steht und innerhalb die ser vertikal beweglich ist; und eine durch die untere Platte und die obere Platte verlaufende Elektrodenstange mit einem koaxialen Elektrodenstangenantrieb, der auf der oberen Platte befestigt ist, wobei die Elekt rodenstange ein äußeres Rohr, ein darin bewegliches inneres Rohr und eine im inneren Rohr angeordnete Spindel umfasst und der Elektrodenstangenantrieb die Spindel im Inne ren der Elektrodenstange antreibt.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Umschmelzanlagen ist es, einen einteiligen Ofenkessel zu haben, der tatsächlich gas- und vakuumdicht ausgestaltet werden kann. Um bei den Anlagen im Stand der Technik eine niedrige Bauhöhe zu erzielen, wird der Ofenkessel ent weder vertikal in zwei Halbschalen oder horizontal in zwei Kesselschüsse geteilt. Die Halbscha lenkonstruktionen erreichen dabei jedoch keinesfalls einen wirklich gas- oder vakuumdichten Zustand. Die horizontale Teilung verursacht wiederum ein aufwändigeres Handling und höhere Kosten, weil das untere Kesselteil mehrmals gefertigt werden muss und auf jeder Kokillengröße separat befestigt werden muss. Bei erfindungsgemäßen Umschmelzanlagen können eine oder mehrere Schmelzstellen im Fun dament der Anlage vorgesehen sein. Diese sind überwiegend unterirdisch angeordnet und mini mieren die benötigte Hallenhöhe bereits. Sie können zu mehr als 50 %, mehr als 60 %, mehr als 70 %, mehr als 80 %, mehr als 90 % oder mehr als 95 % unterirdisch angeordnet sein. Vor zugsweise sind sie komplett unterirdisch angeordnet. In diesem Fall verfügt der Ofenkessel über ein entsprechend ausgestaltetes unteres Ende, das eine Verbindung mit der komplett ein gelassenen Schmelzstelle erlaubt.

Jede Schmelzstelle beinhaltet einen Schmelztiegel, in dem der Schmelzprozess, der entweder nach dem ESU- oder dem VLBO-Verfahren erfolgen kann, stattfindet. Ein Ofenportal, das aus zwei parallel zueinander angeordneten vertikalen Säulen besteht, ist schwenkbar auf dem Anla genfundament befestigt. Die erste der beiden Säulen ist am Fundament drehbar befestigt, die gegenüberliegende zweite Säule verfügt an ihrem unteren Ende über einen Antrieb mit einem oder mehreren Rädern, das auf einer bogenförmige Schiene im Fundament gestützt ist. Die Schmelzstellen sind dementsprechend ebenfalls auf einer Kreisbahn um die Drehachse des Portals angeordnet und zwar so, dass deren Zentralachse beim Schwenken des Portals kon zentrisch zu dessen Zentralachse zu liegen kommt.

Die Bezeichnung "Säule" ist im Rahmen dieser Anmeldung nicht auf eine im Wesentlichen kreiszylindrische Form von tragenden Bauteilen beschränkt, sondern umfasst explizit auch an dere Formen mit einem großen Verhältnis von Höhe zu Durchmesser, insbesondere in Form ei nes Quaders, T-Trägers oder Doppel-T-Trägers. Ebenso ist die Bezeichnung nicht auf massive Körper beschränkt, sondern umfasst ebenso Hohlkörper, durchbrochene Strukturen und Git terstrukturen, soweit diese in ihrer Konstruktion noch geeignet sind, die geforderte tragende sta tische Funktion zu erfüllen.

Höchst bevorzugt erfolgt die drehbewegliche Verbindung der ersten vertikalen Säule mit dem Fundament über ein Großwälzlager. Bei den Wälzlagern kann es sich prinzipiell um jede geeig nete Form von Kugellagern oder Rollenlagern handeln. Beispielsweise kann es sich um Kugel lager, Zylinderrollenlager oder Kegelrollenlager handeln. Vorzugsweise handelt es sich um Ku gellager. Auf diese Weise kann eine reibungsarme und ruckfreie Schwenkbewegung des Portals auch bei schweren Ofenkesseln und Elektroden erreicht werden.

An ihren oberen Enden sind die vertikalen Säulen durch einen Verbindungsrahmen miteinander verbunden, wobei die vertikalen Säulen entlang ihrer Höhe mindestens noch einmal über zwei Bügel verbunden sind, die einen weiteren geschlossenen Rahmen ungefähr in der Mitte der Portalhöhe bilden. Wenn von der Mitte der Portalhöhe gesprochen wird, so kann dies im Rah men dieser Anmeldung den Höhenbereich von 30 % bis 70 % der Portalhöhe bezeichnen. Der Höhenbereich kann auch 35 % bis 65 %, 40 % bis 60 % oder 45 % bis 55 % betragen. Die Mitte kann mindestens 30 %, 35 %, 40 % oder 45 % der Portalhöhe bezeichnen. Die Mitte kann höchstens 70 %, 65 %, 60 % oder 55 % der Portalhöhe bezeichnen.

Zwischen den beiden vertikalen Säulen im von den Bügeln gebildeten Rahmen ist ein einteili ger, unten offener Ofenkessel vorgesehen, auf dem eine Waage ruht. Ein einteiliger Ofenkessel weist insbesondere keinen langen Tiegelaufsatz oder Spacer auf und minimiert somit die poten tiellen Stellen für Undichtigkeiten.

Vorzugsweise ist die Waage als ein Kardanrahmen auf zwei Wiegezellen ausgebildet. Damit wird einerseits die kontinuierliche Wiegefunktion während des Schmelzprozesses ermöglicht, um das Gewicht der abzuschmelzenden Elektrode verfolgen zu können. Andererseits erlaubt die Kardanfunktion ein Ausrichten der Elektrode in dem Schmelztiegel durch Kippen der Elekt rodenstange, wobei sowohl der an der Waage hängende Ofenkessel als auch die an der Elekt rodenstange hängende Elektrode senkrecht gehalten wird.

Auf der Waage ist eine untere Platte einer rahmenförmigen Elektrodenstangen-Stützkonstruk- tion befestigt. Diese Elektrodenstangen-Stützkonstruktion besteht ihrerseits aus zwei vertikalen längenvariablen Säulen und einer oberen Platte, auf der der Elektrodenstangenantrieb für die Spindel in der Elektrodenstange befestigt ist. Die untere Platte kann sich dabei angetrieben von den längenvariablen Säulen in der Vertikalen entlang der Elektrodenstange bewegen, für die sie eine Durchführung aufweist. Somit kann der Ofenkessel angehoben werden, ohne eine Höhen veränderung über die Länge der Elektrodenstange hinaus zu erfordern. Die obere Platte mit dem Elektrodenstangenantrieb ist in zwei seitlichen Aussparungen in den Trägern, die den Ver bindungsrahmen ausbilden, so eingebaut, dass sie gegen Abheben nach oben gesichert ist und bei einer minimalen Bewegung nach unten auf den unteren Kanten dieser Aussparungen auf liegt.

Die Elektrodenstange umfasst ein äußeres Rohr, das die gesamte Höhe der Elektrodenstange darstellt und angepasst ist an die Elektrodenlänge sowie die Höhe des Ofenkessels. Das darin bewegliche innere Rohr kann von der darin angeordneten Spindel aus- und eingefahren werden und so eine Teleskopfunktion bewirken. Am unteren Ende des inneren Rohrs wird dann die Hal terung für die Elektrode befestigt. Somit lässt sich ohne eine Vertikalbewegung, die zu einer Vergrößerung der Anlagenhöhe führen würde, die an der Elektrodenstange befestigte Elektrode in den Tiegel absenken bzw. die Halterung soweit anheben, dass eine neue Elektrode daran befestigt werden kann. Der Ofenkessel kann wiederum mitsamt der Waage und der unteren Platte über die längenvariablen Säulen entlang der Elektrodenstange angehoben werden, um den Ofen öffnen und schließen zu können. Hierzu ist der Ofenkessel oben mit einer vakuum dichten Buchse ausgestattet. Durch diese doppelte Teleskopfunktion der Anlage liegen sämtli che bei den Anlagen des Stands der Technik sonst üblicherweise außerhalb der Anlagensilhou ette liegenden Bewegungspfade innerhalb, sodass die Anlagenhöhe in jeglichem Betriebszustand gleich bleibt.

In bevorzugten Ausgestaltungsvarianten ist die obere Platte über zwei rechtwinkelig zueinander angeordnete, horizontal wirkende Antriebe mit dem Rahmen verbunden. Diese erlauben eine Justierung der Elektrode im Tiegel über ein Verschieben der oberen Platte. Die Antriebe können beispielsweise als elektromechanische Zylinder oder auch als fluidbeaufschlagte Zylinder aus geführt sein. Durch Betätigen des einen oder des anderen Antriebs wird die obere Platte ver schoben und damit die Elektrodenstange geneigt, die mit ihrem unteren Ende durch die untere Platte verläuft und über den Kardanrahmen der Waage beweglich gelagert ist. Dadurch wird die an ihr hängende Elektrode, wie oben beschrieben, in der Kokille zentriert.

Die vertikalen längenvariablen Säulen der Elektrodenstangen-Stützkonstruktion können als an getriebene Teleskopkonstruktionen vorgesehen sein. Diese kann zum Beispiel als Hydraulikzy linder oder Zahnstangenkonstruktion ausgeführt werden. Höchst bevorzugt sind es Hydraulikzy linder. Vorzugsweise weisen die längenvariablen Säulen eine Sperrfunktion auf, die eine unerwünschte Längenänderung während des Umschmelzvorgangs verhindert.

In den beiden Bügeln, die die vertikalen Säulen verbinden, ist eine Vielzahl von Verriegelungs elementen eingebaut, die zum Abstützen des Ofenkessels dienen, wenn er angehoben ist. Die Verriegelungselemente können beispielsweise als Bolzen oder Zylinder ausgeführt sein, die entweder in entsprechende Aussparungen im Ofenkessel einfahren können, um ihn in der Höhe zu fixieren, oder als Auflagefläche für dessen unteren Rand dienen. Die Anzahl der Verriege lungselemente richtet sich nach deren Tragfähigkeit bzw. dem zu tragenden Gewicht der verti kal beweglichen Ofenkonstruktion mit Elektrodenstangenhalterung und Elektrode.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Umschmelzen von Metallen in einer erfindungsgemä ßen Umschmelzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche beinhaltet die Schritte a) Positionierung des Ofenportals über einer der Schmelzstellen, b) Anheben des Ofenkessels in eine angehobene Position durch

Einfahren der zwei längenvariablen Säulen der Elektrodenstangen-Stützkonstruktion, wobei sich die obere Platte auf den unteren Kanten der Aussparungen des Verbin dungsrahmens abstützt, Verriegeln der Verriegelungselemente an den Bügeln, und

Ausfahren der zwei längenvariablen Säulen um eine Länge kleiner als die Höhe der Aussparungen, sodass die obere Platte sich nicht mehr auf den unteren Kanten der Aussparungen abstützt und der Ofenkessel auf den Verriegelungselementen aufsitzt; c) Befestigen einer Elektrode aus dem umzuschmelzenden Metall an der Elektrodenstange; d) Aufsetzen des Ofenkessels auf dem Tiegel durch

Einfahren der zwei längenvariablen Säulen der Elektrodenstangen-Stützkonstruktion um eine Länge kleiner als die Höhe der Aussparungen des Verbindungsrahmens , so dass die obere Platte sich wieder auf den unteren Kanten der Aussparungen abstützt und der Ofenkessel nicht mehr auf den Verriegelungselementen an den Bügeln auf sitzt,

Entriegeln der Verriegelungselemente an den Bügeln, und

Ausfahren der zwei längenvariablen Säulen bis der Ofenkessel auf dem Tiegel aufsitzt; e) Ausfahren der zwei längenvariablen Säulen um eine Länge kleiner als die Höhe der Aus sparungen des Verbindungsrahmens, sodass die obere Platte sich nicht mehr auf den unte ren Kanten der Aussparungen abstützt und Arretieren der zwei längenvariablen Säulen; f) Umschmelzen der Elektrode unter Anlegen einer Spannung und Nachführen der Elektrode durch Ausfahren der Elektrodenstange; g) Öffnen des Tiegels durch Wiederholen von Schritt b) und Entnahme des umgeschmolzenen Metalls.

Höchst bevorzugt wird in Schritt c) die an der Elektrodenstange angeklemmte Elektrode aus dem umzuschmelzenden Metall mittels der horizontal wirkenden Antriebe im Ofenkessel zentriert.

Das Verfahren zur Benutzung der erfindungsgemäßen Umschmelzanlage wird nachstehend beispielhaft erläutert.

Aus Produktivitätserhöhungsgründen werden Umschmelzanlagen in der Regel mit zwei Schmelzstellen gebaut. Diese Bauweise erlaubt das parallele Arbeiten des Personals an den beiden Schmelzstellen, indem in der einen Schmelzstelle der Schmelzvorgang durchgeführt wird und die zweite Schmelzstelle auf die nächste Schmelze vorbereitet wird. Die Vorberei tungsarbeiten für die Schmelze in der zweiten Schmelzstelle beinhalten neben dem Tiegel wechsel auch das Einsetzen der nächsten umzuschmelzenden Elektrode und bei den ESU-Ver- fahren das Einfüllen der Schlacke. Gegebenenfalls erfolgt noch ein Ausrichten der Elektrode. Dementsprechend gestaltet sich analog hierzu auch das erfindungsgemäße Verfahren. Das Ofenportal wird über einer der beispielsweise zwei Schmelzstellen positioniert und der Ofenkes sel befindet sich in angehobener Position über der wie üblich im Tiegel eingesetzten neuen um zuschmelzenden Elektrode. Die längenvariablen Säulen der Elektrodenstangen-Stützkonstruk- tion, bei denen es sich in diesem Beispiel um Hydraulikzylinder handelt, sind eingefahren und die Verriegelungselemente in Form von Zylinderbolzen sind so ausgefahren, dass sich der Ofenkessel darauf abstützt.

Der Klemmmechanismus der Elektrodenstange, die bis auf Höhe der Elektrode ausgefahren wurde, wird nun geöffnet und der Stub der umzuschmelzenden Elektrode wird eingeklemmt. Anschließend wird die Elektrode durch Einfahren der Elektrodenstange leicht angehoben. Die Elektrode hängt dadurch angeklemmt an der Elektrodenstange, die ihrerseits auf die Waage ge stützt ist, die selbst wiederum auf dem Ofenkessel befestigt ist. Die beiden waagerechten An triebe, die die obere Platte mit dem Verbindungsrahmen verbinden, werden so aktiviert, dass die Elektrode durch Neigen um die beiden Achsen des Kardanrahmens der Waage in dem Ofenkessel und damit auch dem Tiegel in der Schmelzstelle zentriert und dadurch auf die be vorstehende Schmelze vorbereitet wird.

Danach werden die beiden Hydraulikzylinder der Elektrodenstangen-Stützkonstruktion einge fahren, sodass sich die obere Platte der Elektrodenstangen-Stützkonstruktion auf der unteren Kante der Aussparungen des Verbindungsrahmens abstützt und der Ofenkessel von den Ver riegelungselementen abgehoben wird. Die entlasteten Verriegelungselemente werden dann ein gefahren. Dadurch ist der Weg des Ofenkessels nach unten freigegeben und durch Ausfahren der Hydraulikzylinder der Elektrodenstangen-Stützkonstruktion wird der Ofenkessel auf dem Tiegel dicht aufgesetzt. Die gesamte Last von Ofenkessel, Waage, Elektrodenstange mit daran angeklemmter Elektrode und Elektrodenstangenantrieb hängt während der Kesselfahrt nach unten zentrisch auf dem Verbindungsrahmen und wird dadurch symmetrisch auf den beiden Portalsäulen verteilt. Es entstehen dabei nur vertikale Druckkräfte auf dem Fundament und in sämtlichen Konstruktionskomponenten treten keine Biegemomente auf.

Nachdem der Ofenkessel auf dem Tiegel aufgesetzt wurde, werden die zwei Hydraulikzylinder der Elektrodenstangen-Stützkonstruktion so weit ausgefahren, dass die obere Platte der Elekt- rodenstangen-Stützkonstruktion von der Unterkante der Aussparungen des Verbindungsrah- mens abgehoben wird und die Last von Ofenkessel, Waage, Elektrodenstange mit daran ange klemmter Elektrode und Elektrodenstangenantrieb jetzt auf die Schmelzstelle übertragen wird.

In diesem Zustand werden die Hydraulikzylinder der Elektrodenstangen-Stützkonstruktion hyd raulisch gesperrt und die Schmelze kann beginnen.

Durch Ausfahren der Elektrodenstange wird die Elektrode langsam entsprechend dem Um schmelzrezept in den Tiegel abgesetzt und umgeschmolzen. Nach Abschluss der Schmelze wird zuerst die Elektrodenstange eingefahren, danach werden die Hydraulikzylinder der Elektro- denstangen-Stützkonstruktion auch soweit eingefahren, dass sie zuerst die obere Platte auf der Unterkante der Aussparungen im Verbindungsrahmen aufsetzen und anschließend den Ofen kessel mit der Waage entlang der Elektrodenstange vertikal nach oben heben. Sobald der Ofenkessel in seiner höchsten Position angekommen ist, werden die Verriegelungselemente ausgefahren, die Bewegung der Hydraulikzylinder der Elektrodenstangen-Stützkonstruktion wird reversiert. Sie fahren jetzt so lange aus, bis der Ofenkessel auf die wieder ausgefahrenen Verriegelungselemente aufgesetzt wird. Alle während des Öffnungsprozesses und während der Schmelze entstehenden Kräfte wirken immer zentrisch und symmetrisch auf die tragende Kon struktion der Anlage oder auf die Schmelzstelle und erzeugen dadurch weder im Fundament noch in der Konstruktion der Anlage Biegemomente.

Durch das Hochheben des Ofenkessels vertikal entlang der Elektrodenstange und Verändern der Länge der Säulen der Elektrodenstangen-Stützkonstruktion wird ein einwandfreies Öffnen und Schließen der Anlage ohne eine negative Veränderung der Anlagenhöhe gewährleistet. Es gibt kein „Wachsen“ der Anlage - ihre Höhe ist optimal der Elektrodenlänge und dem notwendi gen Elektrodenstangenhub angepasst. Durch das Aufsetzten der oberen Platte in den Ausspa rungen des Verbindungsrahmens bzw. das Abheben hiervon kann erreicht werden, dass das Ofenportal über den Verbindungsrahmen im Öffnungs- und Schließmodus der Anlage das Ge wicht von Ofenkessel, Waage, Elektrodenstangen-Stützkonstruktion, Elektrodenstange und Elektrode frei hängend trägt, während im Schmelzmodus bei geschlossenem Ofen das Gewicht von Elektrodenstangen-Stützkonstruktion, Elektrodenstange und Elektrode auf der Waage auf lastet und so ein Wiegen der Elektrode beim Schmelzvorgang erlaubt.

Kurzbeschreibunq der Figuren

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Umschmelzanlage nach dem ESU-Verfahren in geschlossenem Zustand während der Schmelze.

Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Umschmelzanlage nach dem VLBO-Verfahren in geschlossenem Zustand während der Schmelze. Figur 3 ist eine Schnittansicht der Umschmelzanlage aus Figur 1 in geöffnetem Zustand vor der Schmelze.

Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht der Waage mit Kardanrahmen.

Figur 5 ist eine perspektivische Ansicht des Verbindungsrahmens mit der oberen Platte für die Elektrodenstangen-Stützkonstruktion.

Figur 6 ist eine Schnittansicht des Verbindungsrahmens mit der oberen Platte für die Elektro- denstangen-Stützkonstruktion.

Fiqurenbeschreibunq

Die Figuren zeigen lediglich eine bevorzugte Ausgestaltungsvariante als Beispiel für die Erfin dung. Sie sind daher nicht als einschränkend zu verstehen. Insbesondere zeigen sie nützliche Kombinationen von Merkmalen, die jedoch auch einzeln oder in anderen Kombinationen ver wendet werden können.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Umschmelzanlage nach dem ESU-Verfahren in geschlossenem Zustand während der Schmelze. In diesem dargestell ten Beispiel umfasst die Umschmelzanlage zwei Schmelzstellen (1). Die Schmelzstellen (1) sind im Fundament der Anlage vorgesehen. Die Schmelzstellen (1) beinhalten einen Schmelztiegel (2), in dem der Schmelzprozess stattfindet. Ein Ofenportal (3), das aus zwei parallel zueinander angeordneten vertikalen Säulen (4) besteht, ist schwenkbar am Fundament der Anlage befes tigt.

Eine von den beiden vertikalen Säulen (4) ist an dem Fundament über ein Großwälzlager (7) drehbar befestigt, die gegenüberliegende vertikale Säule (4) verfügt an ihrem unteren Ende über einen Antrieb (5) mit Rad (6), das auf einer bogenförmigen Schiene (8) auf dem Funda ment aufsitzt. An ihren oberen Enden sind die vertikalen Säulen (4) durch einen rechteckigen Verbindungsrahmen (9) miteinander verbunden. Ferner sind die vertikalen Säulen (4) ungefähr auf 40 % der Portalhöhe noch einmal über zwei Bügel (10) verbunden, die einen weiteren ge schlossenen Rahmen bilden.

Zwischen den beiden vertikalen Säulen (4) im von den Bügeln (10) gebildeten Rahmen ist ein einteiliger, unten offener Ofenkessel (11) vorgesehen, auf dem eine Waage (12) ruht. Auf der Waage (12), die als ein Kardanrahmen (13) auf zwei Wiegezellen (14) ausgebildet ist, ist eine untere Platte (15) einer rahmenförmigen Elektrodenstangen-Stützkonstruktion (16) befestigt. Diese Elektrodenstangen-Stützkonstruktion (16) besteht ihrerseits aus zwei vertikalen längen variablen Säulen (17) und einer oberen Platte (18), auf der der Elektrodenstangenantrieb (20) mit der Elektrodenstange (19) befestigt ist. Die vertikalen längenvariablen Säulen (17) der Elekt- rodenstangen-Stützkonstruktion (16) sind hier als angetriebene Teleskopkonstruktionen in Form von Hydraulikzylindern vorgesehen. Die obere Platte (18) mit dem Elektrodenstangenantrieb (20) ist in zwei seitlichen Aussparungen (21) in den Trägern, die den Verbindungsrahmen (9) ausbilden, so eingebaut, dass sie gegen ein Abheben nach oben gesichert ist und bei einer mi nimalen Bewegung nach unten auf den unteren Kanten dieser Aussparungen (21) aufliegt.

Zusätzlich ist die obere Platte (18) über zwei rechtwinkelig zueinander angeordnete, horizontal wirkende Antriebe (22) mit den Trägern des Rahmens (9) verbunden. Der zweite Antrieb (22) ist in der Darstellung von Figur 1 nur zum Teil zu erkennen, da er in Blickrichtung hinter dem Elekt rodenstangenantrieb (20) angeordnet ist. In den beiden Bügeln (10), die die vertikalen Säulen (4) verbinden, sind zylindrische Bolzen als Verriegelungselemente (23) eingebaut, die zum Ab stützen des Ofenkessels (11) dienen, wenn er angehoben ist.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Umschmelzanlage nach dem VLBO-Verfahren in geschlossenem Zustand während der Schmelze. Bei dieser Anlage ist der gesamte obere Anlagenteil identisch zur Anlage nach dem ESU-Verfahren aus Figur 1. Sie unterscheidet sich lediglich in der Schmelzstelle (1), die entsprechend für das VLBO-Verfahren ausgestaltet ist. In der Figur 2 ist lediglich eine der Schmelzstellen (1) gezeigt.

Figur 3 zeigt eine Schnittansicht der Umschmelzanlage aus Figur 1 in geöffnetem Zustand vor der Schmelze. Der Schnitt verläuft vertikal genau durch die Mitte der Anlage. Die zwei vertika len längenvariablen Säulen (17) der Elektrodenstangen-Stützkonstruktion (16) sind eingefahren. Der Ofenkessel (11) hängt in der oberen Position und ist mittels der Verriegelungselemente (23) arretiert. Die Unterkante des Ofenkessels (11) befindet sich dabei etwas unterhalb der Höhe der Bügel (10). Im Tiegel (2) ist bereits die neue umzuschmelzende Elektrode (24) eingesetzt, wel che dann mit ihrem Stub (25) an der Elektrodenstangenklemme (26) angeklemmt wird. Gut zu erkennen ist die Doppelrohr-Konstruktion der Elektrodenstange (19) mit der Spindel im Inneren. Über diese wird die Elektrodenstangenklemme (26) soweit abgesenkt, dass der Stub (25) ergrif fen werden kann. Anschließend wird die Elektrodenstange (19) wieder eingefahren, damit die Elektrode (24) frei hängt und justiert werden kann.

Ebenfalls erkennbar ist, dass in dieser Position die obere Platte (18) auf der Unterkante der seitlichen Aussparungen (21) in den Trägern des Verbindungsrahmens (9) aufliegt. Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Waage (12) mit Kardanrahmen (13) bei der Um schmelzanlage in der geschlossenen Schmelzposition. In dieser Ausschnittsdarstellung ist er sichtlich, wie die Elektrodenstange (19) durch die untere Platte (15) und die vakuumdichte Buchse (27) in den Ofenkessel (11) verläuft. Die untere Platte (15) ist mit dem Kardanrahmen (13) der Waage (12) über das Gelenk (28) verbunden. Die zweite Gelenkrichtung des Kardan rahmens (13) bilden die Wiegezellen (14). Beim Einfahren der längenvariablen Säulen (17) glei tet der Ofenkessel (11) mit der vakuumdichten Buchse (27) geführt von der unteren Platte (15) an der Elektrodenstange (19) nach oben. Wird zur Ausrichtung der Elektrode (24) im Tiegel (2) die obere Platte (18) mittels der Antriebe (22) bewegt und dadurch die Elektrodenstange (19) geneigt, kann diese Bewegung vom Kardanrahmen (13) über die Gelenke (28) und die Wiege zellen (14) ausgeglichen werden.

Figur 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Verbindungsrahmens (9) mit der oberen Platte (18) für die Elektrodenstangen-Stützkonstruktion (16). In der Ansicht schräg von oben sind nun die beiden horizontal wirkenden Antriebe (22), die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, besser zu erkennen. In diesem Beispiel handelt es sich um Hydraulikzylinder. In der Mitte der oberen Platte (18) sitzt auf der Laterne (29) der Elektrodenstange (19) der Elektrodenstangen antrieb (20). Die obere Platte (18) greift in die Aussparungen (21) des Verbindungsrahmens (9) ein.

Figur 6 zeigt eine Schnittansicht des Verbindungsrahmens (9) mit der oberen Platte (18) für die Elektrodenstangen-Stützkonstruktion (16). Die Schnittansicht zeigt gut die Doppelrohrkonstruk tion der Elektrodenstange (19) und die in ihr angeordnete Spindel (30), die über die Spindelmut ter (31) mit dem oberen Ende des inneren Rohrs der Elektrodenstange (19) verbunden ist. Ebenso auf ihr die Befestigung der Spindel (30) in der Laterne (29) am Elektrodenstangenan trieb (20) zu erkennen.

Bezuqszeichenliste

1 Schmelzstelle 17 längenvariable Säule

2 Tiegel 18 obere Platte

3 Ofenportal 19 Elektrodenstange

4 vertikale Säule 20 Elektrodenstangenantrieb

5 Antrieb 21 Aussparung

6 Rad 22 Antrieb

7 Großwälzlager 23 Verriegelungselement

8 Schiene 24 Elektrode

9 Verbindungsrahmen 25 Stub

10 Bügel 26 Elektrodenstangenklemme

11 Ofenkessel 27 Buchse

12 Waage 28 Gelenk

13 Kardanrahmen 29 Laterne

14 Wiegezelle 30 Spindel

15 untere Platte 31 Spindelmutter

16 Elektrodenstangen-Stützkonstruktion

Claims

Ansprüche

1. Umschmelzanlage für Metalle umfassend eine oder mehrere Schmelzstellen (1), die größtenteils unterirdisch in einem Funda ment der Umschmelzanlage angeordnet sind, mit je einem Tiegel (2); ein Ofenportal (3) umfassend eine erste und eine zweite vertikale Säule (4), die an ih rem oberen Ende mit zwei gegenüberliegenden Seiten eines horizontalen Verbin dungsrahmens (9) und entlang ihrer Höhe mindestens einem weiteren aus zwei Bügeln (10) gebildeten Rahmen verbunden sind, wobei das Ofenportal (3) mit der ersten verti kalen Säule (4) drehbeweglich mit dem Fundament verbunden ist und mit der zweiten vertikalen Säule (4), deren unteres Ende mit einem Antrieb (5) und mindestens einem Rad (6) versehen ist, auf einer gekrümmten Schiene bewegbar ist, sodass das Ofen portal (3) eine Schwenkbewegung über die eine oder mehrere Schmelzstellen (1) aus führen kann; einen einteiligen, unten offenen Ofenkessel (11), der innerhalb des von den zwei Bü geln (10) gebildeten Rahmens vertikal beweglich ist; an den Seiten des Verbindungsrahmens (9), die nicht mit den vertikalen Säulen (4) ver bunden sind, angeordnete Aussparungen (21); eine Vielzahl von Verriegelungselementen (23), die an den Bügeln (10) vorgesehen sind und den Ofenkessel (11) in der Vertikalen fixieren können; eine Waage (12), die mit ihrer Unterseite mit der Oberseite des Ofenkessels (11) ver bunden ist; eine Elektrodenstangen-Stützkonstruktion (16) umfassend zwei längenvariable Säulen (17), eine an deren unterem Ende angebrachte untere Platte (15) und eine an deren oberem Ende angebrachte obere Platte (18), wobei die untere Platte (15) mit der Waage (12) verbunden ist und die obere Platte (18) im Eingriff mit den Aussparungen (21) des Verbindungsrahmens (9) steht und innerhalb dieser vertikal beweglich ist; und eine durch die untere Platte (15) und die obere Platte (18) verlaufende Elektroden stange (19) mit einem koaxialen Elektrodenstangenantrieb (20), der auf der oberen Platte (18) befestigt ist , wobei die Elektrodenstange (19) ein äußeres Rohr, ein darin bewegliches inneres Rohr und eine im inneren Rohr angeordnete Spindel umfasst und der Elektrodenstangenantrieb (20) die Spindel im Inneren der Elektrodenstange (19) antreibt.

2. Umschmelzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbewegliche Verbindung der ersten vertikalen Säule (4) mit dem Fundament über ein Großwälzlager (7) erfolgt.

3. Umschmelzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Waage (12) als ein Kardanrahmen (13) auf zwei Wiegezellen (14) ausgebildet ist.

4. Umschmelzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Platte (18) über zwei rechtwinkelig zueinander angeordnete, horizontal wir kende Antriebe (22) mit dem Rahmen (9) verbunden ist.

5. Verfahren zum Umschmelzen von Metallen in einer Umschmelzanlage nach einem der vor hergehenden Ansprüche beinhaltend die Schritte a) Positionierung des Ofenportals (3) über einer der Schmelzstellen (1), b) Anheben des Ofenkessels (4) in eine angehobene Position durch

Einfahren der zwei längenvariablen Säulen (17) der Elektrodenstangen-Stützkon- struktion (16), wobei sich die obere Platte (18) auf den unteren Kanten der Aus sparungen (21) des Verbindungsrahmens (9) abstützt,

Verriegeln der Verriegelungselemente (23) an den Bügeln (10), und

Ausfahren der zwei längenvariablen Säulen (17) um eine Länge kleiner als die Höhe der Aussparungen (21), sodass die obere Platte (18) sich nicht mehr auf den unteren Kanten der Aussparungen (21) abstützt und der Ofenkessel (4) auf den Verriegelungselementen (23) aufsitzt; c) Befestigen einer Elektrode aus dem umzuschmelzenden Metall an der Elektroden stange (19); d) Aufsetzen des Ofenkessels (4) auf dem Tiegel (2) durch

Einfahren der zwei längenvariablen Säulen (17) der Elektrodenstangen-Stützkon- struktion (16) um eine Länge kleiner als die Höhe der Aussparungen (21) des Ver bindungsrahmens (9) , sodass die obere Platte (18) sich wieder auf den unteren Kanten der Aussparungen (21) abstützt und der Ofenkessel (4) nicht mehr auf den

Verriegelungselementen (23) an den Bügeln (10) aufsitzt,

Entriegeln der Verriegelungselemente (23) an den Bügeln (10), und

Ausfahren der zwei längenvariablen Säulen (17) bis der Ofenkessel (4) auf dem Tiegel (2) aufsitzt; e) Ausfahren der zwei längenvariablen Säulen (17) um eine Länge kleiner als die Höhe der Aussparungen (21) des Verbindungsrahmens (9), sodass die obere Platte (18) sich nicht mehr auf den unteren Kanten der Aussparungen (21) abstützt und Arretieren der zwei längenvariablen Säulen (17); f) Umschmelzen der Elektrode unter Anlegen einer Spannung und Nachführen der Elekt rode durch Ausfahren der Elektrodenstange (19); g) Öffnen des Tiegels (2) durch Wiederholen von Schritt b) und Entnahme des umge schmolzenen Metalls.

6. Verfahren zum Umschmelzen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die an der Elektrodenstange (19) angeklemmte Elektrode aus dem umzuschmelzenden

Metall mittels der horizontal wirkenden Antriebe (22) im Ofenkessel (4) zentriert wird.