DE2314206C3

DE2314206C3 - Vorrichtung zum Elektroschlackefeinen von Metallen

Info

Publication number: DE2314206C3
Application number: DE19732314206
Authority: DE
Inventors: Richard John Kingstonupon-Thames Surrey Hawkins (Großbritannien)
Original assignee: British Iron and Steel Research Association BISRA
Current assignee: British Iron and Steel Research Association BISRA
Priority date: 1972-03-24
Filing date: 1973-03-22
Publication date: 1976-09-02

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Elektroschlackefeinen von Metallen mit einer Gießform, in deren oberes offenes Ende das Unterende einer Elektrode hineinragt, mit Einrichtungen zum Fördern gasförmiger Medien zur Verbindung mit der Gießform, Einrichtungen zur Begrenzung der Strömung gasförmiger Medien, die auf dem Oberende der Gießform gegenüber diesem isoliert montiert sind und mit Einrichtungen zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Elektrode und der Einrichtung zur Strömungsbegrenzung.

Beim Elektroschlackefeinen von Metallen wird eine elektrisch leitende Schlacke in einer Gießform in geschmolzenem Zustand und bei einer Temperatur bei oder oberhalb des Schmelzpunktes des zu feinenden Metalls gehalten. Ungefeintes Metall wird in die Gießform eingeführt und gefeint, während es in Tropfenform durch ein aus geschmolzener Schlacke bestehendes Bad hindurchgelangt, wobei sich die gefeinten Tropfen sammeln, um ein Schmelzbad unterhalb des Schlackenbades zu bilden. Die Gießformwandungen und die Grundplatte sind durch den Kreislauf eines Kühlmittels, normalerweise Wasser, gekühlt, und ein erstarrter Block wird unterhalb des Schmelzbades aus geschmolzenem Material aufgebaut. Das zu feinende Metall kann in die Gießform in Form einer selbstverzehrenden Elektrode eingebracht werden, welche sich iu das offene Ende der Geißform erstreckt, und die Schlacke kann dadurch im geschmolzenen Zustand gehalten werden, daß ein elektrischer Strom von der Elektrode zu der Grundplatte der Gießform hindurchgeleitet wird.

Zur Herstellung bestimmter Blöcke ist es bevorzugt, daß das Schmelzen in einer gesteuerten Atmosphäre durchgeführt wird, insbesondere in einer sauerstofffreien Atmosphäre. Bisher wurden sauerstofffreie Atmosphären dadurch erzielt, daß im oberen Teil der Gießform ein Vakuum erzeugt wurde. Bei Verfahren, wie beispielsweise dem Elektroschlackefeinen, bei denen eine selbstverzehrende Elektrode während des Erschmelzen in bezug auf die Gießform nach unten bewegt wird, hat sich die Abdichtung des Raumes, in dem das Vakuum erzeugt wird, als schwierig und mit hohen Kosten belastet erwiesen.

Eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art ist aus der DT-AS 11 62 094 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist ein mit einem Isolierring versehenes Gehäuse am oberen Ende des Kokillengchäuscs befestigt, welches zur Abdichtung des

Cßjjmelzraumes, zum Einführen des Schmelzgutes UOd der Zuleitung von Schutzgas über den Spiegel des Schlackenbades dient. Ferner soll es das Gehäuse ^möglichen, die während des Schmelzvorganges entstehenden Gase abzusaugen. Eine besondere Art der Abdichtung ist jedoch bezüglich dieses Gehäuses nicht beschrieben.

Ausgehend von einer Vorrichtung der oben bejchriebenen Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile zu vermeiden.

Bei einer Vorrichtung zum Elektroschlackefeinen ©der obengenannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Einrichtungen zur Strömungsbegrenzung einen rohrförmigen, in Längsrichtung gewellten flexiblen Bautfü a"^s hitzefestem Material aufweisen, welcher die Elektrode umgibt, daß der gewellte rohrförmige Bauteil derart angeordnet und bemessen ist, daß die Spitzen der Wellungen mit der Oberfläche der Elektrode über mindestens einen Teil von deren Länge in Berührung stehen und mit der Oberfläche voneinander getrennte Kanäle bilden, die die Strömung atmosphärischer Luft in den oberen Bereich der Gießform behindern und daß die Anordnung derart getroffen ist, daß Änderungen der Abmessungen der Elektrode und deren Ausrichtung bezüglich der Gießform durch Auslenken des gewellten rohrförmigen Bauteiles aufgenommen werden. Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Ausführungsformen nähet erläuicr; Fs zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht im Schnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Elektroschlackefeinen;

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der in F i g. 1 veranschaulichten Einrichtung zur Begrenzung der Strömung,

F i g. 3 eine Schnittansicht längs der Linie IH-III von F i g. 2,

F i g. 4 eine Einzelheit einer bezüglich der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten abgewandelten Ausführungsform der Einrichtung zur Strömungsbegrenzung und +5

F ig. 5 eine Draufsicht von oben auf eine weitere Vorrichtung zum Elektroschlackefeinen nach der vorliegenden Erfindung.

Die in F i g. 1 veranschaulichte Vorrichtung weist eine offenendige Gießform 1 auf, die auf einer gekühlten Grundplatte 2, von dieser jedoch isoliert, montiert ist. In den Seitenwandungen der Gießform 1 sind öffnungen 3 und 4 ausgebildet und stehen mit Leitungen 5 in Verbindung, die zum Fördern eines gasförmigen Mediums, beispielsweise A'-gon, von einer Quelle 10 in die und aus der Gießform dienen. Eine selbstverzehrende Elektrode 6, die beispielsweise aus Stahl besteht, hängt in das obere offene Ende der Gießform 1, und ein rohrförmiger flexibler Haubenteil 7 zur Strömungsbegrenzung sitzt auf dem oberen Rand der Gießform. Die Haube 7 ist gegenüber der Gießform 1 elektrisch isoliert, und eine Dichtung 8 ist zwischen den zusammenwirkenden Flächen der Haube 7 und der Gießform 1 vorgesehen. Die Haube 7, welche in näheren Einzelheiten in den F i g. 2 und 3 veranschaulicht ist, weist einen unteren ringförmigen Bauteil 9 (vorzugsweise aus Kupfer nder Stahli auf. welcher auf dem oberen Rand der Gießform 1 aufsitzt, und ferner einen in Längsrichtung gewellten rohrförmigen Bauteil 11, der aus einem Material hergestellt ist, welches der während des Betriebes der Vorrichtung erzeugten Hitze wider steht und welches nicht die verwendete Schlacke oder den erzeugten Block verunreinigt. Das Material kann beispielsweise Metall sein, wie 1. B. Kupfer oder Federstahl, oder ein Kunststoff oder keramisches Material. Der Bauteil 11 ist, beispielsweise durch Schweißen oder Anklemmen, an seinem aufgeweiteten Unterende an dem Bauteil 9 befestigt. Das offene Oberende des Bauteiles 11 ist ebenfalls aufgeweitet, um den Eintritt des Unterendes der Elektrode 6 in den Bauteil 11 zu erleichtern. In seiner nicht ausgelenkten Form ist der Innendurchmesser des Bauteiles 11 kleiner als der Durchmesser der Elektrode 6. Wie am besten aus F i g. 3 ersichtlich, liegen die Spitzen der in Längsrichtung verlaufenden Wellen des rohrförmigen Bauteiles 11 an der benachbarten Oberfläche der Elektrode 6 an, um getrennte Kanäle zu bilden, welche den oberen Bereich der Gießform mit der Atmosphäre verbinden. Die Abmessungen der Wellungen sind derart, daß die Luftströmung aus der Atmosphäre in den oberen Bereich der Gießform behindert oder verhindert wird, und daß voraussehbare Änderungen des Elektrodendurchmessers und Fluchtungsfehler der Elektrode 6 in bezug auf die Gießform 1 aufgenommen werden. Die Wellungen können entweder senkrecht verlaufen oder gegenüber der Senkrechten geneigt angeordnet sein. Eine oder mehrere Schraubenfedern können die Außenfläche des gewellten Bauteiles 11 umgebend angeordnet sein, um die Spitzen der Wellungen in Berührung mit der Oberfläche der Elektrode 6 zu drücken. Zwei derartige Federn sind in gestrichelten Linien in F i g. 2 angedeutet und mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet.

Die Elektrode 6 ist in einem Wagen oder Schlitten 13 gelagert, der längs eines Mastes 14 mittel eines Motors 15 in senkrechter Richtung bewegbar ist. Die Elektrode 6 und die Grundplatte 2 sind in den Sekundärkreis eines Transformators 16 eingeschaltet, dessen Primärkreis an eine Stromquelle angeschlossen ist.

Im Betrieb wird elektrischer Strom zu der Elektrode 6 geleitet, um ein Bad aus elektrisch leitender Schlacke 18 zum Feinen bei einer Temperatur zu halten, die bei oder oberhalb des Schmelzpunktes des Metalls liegt, aus dem die Elektrode 6 besteht, und Tropfen von ungefeintem Metall gelangen von der Elektrode 6 durch die Schlacke und sammeln sich in einem Schmelzbad 19 unterhalb des Schlackenbades 18. Diese Tropfen erstarren, um einen Block 20 zu bilden. Während die selbstverzehrende Elektrode 6 schmilzt und ein Block unterhalb des aus Metall bestehenden Schmelzbades 19 aufgebaut wird, wird die Elektrode 6 durch den Schlitten 13 in einer gesteuerten Geschwindigkeit abgesenkt, um einen vorher festgelegten Spalt zwischen der Elektrodenspitze und der Oberfläche der Metallschmelze 19 aufrechtzuerhalten.

Beim Schmelzen von bestimmten Metallen ist es wünschenswert, das Strömen von Luft aus der Atmosphäre in das obere offene Ende der Gießform zu verhindern, um einen Betrieb unter einer gesteuerten Atmosphäre zu ermöglichen, insbesondere einer sauerstofffreien Atmosphäre. Für einen derartigen Betrieb wird ein inertes Gas, beispielsweise Argon

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oder Stickstoff, in den und aus dem Gießformraum Schmelze, die unter Verwendung der erfindungs-

oberhalb der Schlacke 18 durch die Leitungen 5 gemäßen Vorrichtung durchgeführt wurde, be-

und die öffnungen 3 und 4 gefördert. schrieben.

Das Einströmen von aus der Atmosphäre stam- Beispiel
mender Luft wird dadurch verhindert, daß die Spitzen 5

der Wellungen des Bauteiles 11 auf Grund ihrer Eine aus Stahl bestehende Elektrode von einem

Flexibilität gegen die gegenüberliegende Oberfläche mittleren Durchmesser von 127 mm wurde mit ihrem

der Elektrode 6 drücken. Die Strömungsmenge an Unterende in eine Gießform hineinhängend gelagert,

durch die öffnung 3 eintretendem inertem Gas und deren Innendurchmesser 200 mm betrug. Die Zu-

die Druckdifferenz über die getrennten zwischen dem io sammensetzung der Elektrode betrug C = 0,39%,

Bauteil 11 und der Elektrode 6 gebildeten Kanäle S = 0,034%, Si = 0,20%, Mn = O,8O°/o, Al = 0,016%,

werden bei Werten gehalten, die derart sind, daß der Ti<0.005%, O₂ = 32,30 ppm, Rest Fe.

Eintritt von Luft aus der Atmosphäre in den Gieß- Es wurde ein aus Kupfer bestehender gewellter

formraum verhindert wird und daß gleichzeitig über- rohrförmiger Haubenteil verwendet, der in seinem

große Leckverluste an inertem Gas zur Atmosphäre 15 unausgelenkten Zustand einen Durchmesser von

verhindert werden. Änderungen der Elektrodendicke 120 mm aufwies. Die Höhe des Haubenteiles betrug

und Fluchtungsfehler der Elektrode 6 in bezug auf ungefähr 70 mm, und die Länge eines jeden zwischen

die Gießform 1 werden durch Auslenken des gewell- den gegenüberliegenden Oberflächen des Haubenteiles

ten Bauteiles 11 aufgenommen. und der Elektrode gebildeten Kanals betrug ungefähr

Wenn zusätzliche chemische Reaktionen erforder- 20 50 mm, wobei jeder Kanal etwa eine Querschnitts-

lich sind, kann das über die Leitung 5 zugeführte fläche von 3,5 mm² aufwies.

inerte Gas durch ein reaktionsfähiges Gas ersetzt Eine Schlacke mit der Zusammensetzung CaF₂

werden. Beispielsweise kann ein schwefelhaltiges Gas wurde verwendet.

zugeführt werden, um den Schwefelgehalt des fertigen Argon wurde dem Gießformraum oberhalb dem

Blockes 20 zu steuern. ²5 Schlackenbad mit einer Strömungsgeschwindigkeit

F i g. 4 zeigt eine abgewandelte Bauweise, bei der von 10 Litern pro Minute zugeführt, was ausreichte,

die öffnungen 3 und 4 der F i g. 1 bis 3 zum Fördern um den minimalen Sauerstoffdruck zu ergeben, der

gasförmiger Medien zu und aus der Gießform durch durch einen Sauerstoffmesser ermittelt wurde und

Kanäle 21 ersetzt sind, die in einem Flanschteil 22 diese Strömung wurde während des Umschmclzens ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform ist das 30 aufrechterhalten.

Unterende des gewellten Bauteiles 11 gegen einen Beim Abschluß der Schmelze wurde die Argonaufrecht stehenden Flansch 23 mittels einer Klammer zufuhr beendet, die Haube entfernt und der Block 24 gedrückt. ^aus der Gießform herausgezogen.

In F i g. 5 ist eine Anordnung veranschaulicht, bei Die Zusammensetzung des Blockes in Prozent der drei selbstverzehrende Elektroden da 6b, 6c mit 35 war folgendermaßen: am Oberende des Blockes:

rechteckigem Querschnitt gleichzeitig in einer Gieß- C = 0,38, S = 0,019, Si = 0,18, Mn=0,74, Al<0,005,

form gefeint werden, die im Querschnitt gleichfalls Ti<0,005,O₂= 18,17 ppm;

rechteckig ausgebildet ist. Die Elektroden 6 a, 6 b, 6 c am Unterende des Blockes: C = 0,38, S = 0,029,

sind in einer Linie längs der Längsachse der Gieß- Si = 0,18, Mn = 0,77, Al<0,005, Ti<0,005, form 1 angeordnet. Wie bei der zuvor beschriebenen 40 O₂ = 25,26 ppm, Rest Fe.

Ausführungsform ist jede Elektrode durch einen Durch die Verwendung der Haube wurde eine flexiblen in Längsrichtung gewellten Haubenteil verbesserte Aufrechterhaltung des Schwefelgehaltes Ta, Ib, Ic umschlossen, wobei die Spitzen der und Siliziumgehaltes und eine markierende Verringe-Wellen gegen die benachbarte Oberfläche der ent- rung des Sauerstoffgehaltes erzielt,
sprechenden Elektrode anliegen. Vorzugsweise sind 45 Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf Elekdie Ecken jeder Elektrode abgerundet, und die We- troden von kreisförmigen und zylindrischem Querlungen sind im Vergleich mit dem Wölbungsradius schnitt beschrieben wurde, ist offensichtlich, daß dei der abgerundeten Ecken klein. Die Elektroden 6 er- erfindungsgemäß vorgesehene gewellte Bauteil zui strecken sich durch in einer Platte 25 ausgebildete Strömungsbegrenzung bei Gefäßen verwendet wer öffnungen, die auf dem oberen offenen Ende der so den kann, in welche Elektroden anderer Querschnitts Gießform 1, dieser gegenüber jedoch isoliert, montiert formen, beispielsweise quadratisch oder elliptisch sind und die Haubenteile sitzen auf der Platte 25. Die hineinhängen, wobei der Bauteil zur Strömungs Elektroden können je an einer Phase einer Drei- begrenzung derart geformt ist, daß die Spitzen de Phasen-Stromquelle angeschlossen sein. Wellungen gegen die gegenüberliegende Oberfläch Im folgenden wird eine als Beispiel durchgeführte der Elektrode anliegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Elektroschlackefeinen von Metallen mit einer Gießform, in deren oberes offenes Ende das Unterende einer Elektrode hineinragt, mit Einrichtungen zum Fördern gasförmiger Medien zur Verbindung mit der Gießform, Einrichtungen zur Begrenzung der Strömung gasförmiger Medien, die auf dem Oberende der Gießform gegenüber diesem isoliert montiert sind und mit Einrichtungen zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Elektrode und der Einrichtung zur Strömungsbegrenzung, dadurch gekennzeichmet, daß die Einrichtungen (7) zur Strömungsbegrenzung einen rohrförmigen, in Längsrichtung gewellten flexiblen Bauteil (11) aus hitzefestern Material aufweisen, welcher die Elektrode (6) umgibt, daß der gewellte rohrförmige Bauteil (11) derart angeordnet und bemessen ist, daß die !Spitzen der Wellungen mit der Oberfläche der Elektrode über mindestens einen Teil von deren Länge in Berührung stehen und mit der Oberfläche voneinander getrennte Kanäle bilden, die die Strömung atmosphärischer as Luft in den oberen Bereich der Gießform (1) behindern und daß die Anordnung derart getroffen ist, daß Änderungen der Abmessungen der Elektrode und deren Ausrichtung bezüglich der Gießform durch Auslenken des gewellten rohrförmigen Bauteiles (11) aufgenommen werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (5) vorgesehen ist, welche den oberen Bereich der Gießform (1) mit einer Gasquelle (10) verbindet.

3. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 2, zum Einleiten von inertem Gas, vorzugsweise Argon.

4. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 2 zum Einleiten von reaktionsfähigem Gas.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil (11) an seinem Unterende an einem Flansch (22) befestigt ist, der auf dem Rand des oberen offenen Endes der Gießform (1) aufsitzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Flansch (22) ein Kanal (IS) vorgesehen ist, der zum Inneren der Gießform (1) führt und an das eine Ende der Leitung (5) anschließbar ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (12) vorgesehen sind, um die Spitzen der Wellungen des Bauteiles (11) in Berührung mit der Oberfläche der Elektrode (6) zu drücken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) mindestens eine Spiralfeder aufweist, die den gewellten rohrförmigen Bauteil (11) umgibt.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Elektroden in dem oberen offenen Ende der Gießform vorgesehen sind und daß jede Elektrode durch einen in Längsrichtung gewellten flexiblen Bauteil (11) umgeben ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch

gekennzeichnet, daß drei in das obere offene Ende der Gießform hineinragende Elektroden vorgesehen sind, und daß die Elektroden je an eine Phase einer Dreiphasenstromquelle, angeschlossen sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede der Elektroden (6) in ihrem Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede der Elektroden im Querschnitt rechteckig ausgebildet ist.