DE2328804C2 - Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen In einer trichterförmigen Kokille - Google Patents
Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen In einer trichterförmigen KokilleInfo
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- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Elektroden zu Ingots, vorzugsweise mit einem Durchmesserverhältnis
Elektrode zu Ingot größer als 1 unter Verwendung einer trichterförmigen Kokille mit einem im wesentlichen zylindrischen Fortsatz am unteren Ende, wobei
während des Ingotaufbaus eine kontinuierliche Relativbewegung zwischen Ingot und Kokille aufrechterhalten
wird.
Durch das Buch von B. E. P a t ο η »Elektro-Schiakke-Schweissung«. Ausgabe 1957, S. 118 bis 121 und 163
bis 166, ist es bekannt, die Lage des Schmelzbadniveaus
im Hinblick auf den Gleitschuh, der die Funktion einer Kokille hat, möglichst konstant zu halten. Bei P a t ο η
ist auch angegeben, daß die Maßnahmen beim Schweißen auf den elektrischen Blockguß übertragbar sind.
Das Prinzip des konstanten Schmelzbadniveaus innerhalb der Kokille wurde bisher in der Praxis auch
beim Blockguß mit Relativbewegung zwischen zylindrischer Kokille und Block angewandt. Es ist auch eine
Abart dieses Verfahrens bekanntgeworden, bei der eine periodische Relativbewegung zwischen Kokille
und Block durchgeführt wird (DT-AS 1 931 780). Hierbei liegen jedoch der obere und der untere Umkehrpunkt des jeweils bewegten Teils in bezug auf die Kokille unverändert fest. Die konstante Lage des
Schmelzbadniveaus wurde bisher auch beim Schmelzen in trichterförmigen Kokillen übernommen.
Beim Schmelzen in trichterförmigen Kokillen wurde testgestellt, daß die Blockoberfläche Schlackenein-Schlüsse und/oder sogenannte Metallausläufer aufweist,
die die Oberflächenqualität der Blöcke stark beeinträchtigen, wenn die Aufbaugeschwindigkeit des Blokkes — auch nur zeitweise — größer ist, als die Abzugsgeschwindigkeit des Blockes bzw. die Hubgeschwindigkeit der Kokille. Bei Verwendung einer trichterförmigen Kokille ist der Grund hierfür darin zu sehen, daß
die Schlackenhaut formschlüssig von den von der Senkfechten abweichenden Teilen der Kokille festgehalten
wird. Bei der erforderlichen Relativbewegung zwischen ■lock und Kokille muß die Schlackenhaut zwangsweise
abreißen. Geschieht dies oberhalb des Schmelzsees, so läuft Schlacke in den Ringspalt zwischen Hohlraum und
Kokille und bildet dort eine neue Haut Geschieht dies unterhalb des Schmelzsees, so besteht die Möglichkeit
eines Metallausbruchs, der zur Bildung von lappenförmigen Ansätzen am Block führt Der Einfluß einer in
größeren Zeitintervallen absatzweise durchgeführten Blockabsenkung auf die Qualität der Blockoberfläche
ist um so größer, je länger die Zeitintervalle sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektroschlacke-Umschmelzverfahren der eingangs be-
schriebenen Art anzugeben, bei dem eine möglichst glatte und von Schlackeneinschlüssen bzw. -ansätzen,
sowie Metallausläufern freie Blockoberfläche erzielt wird. Damit soll eine spanabhebende Bearbeitung der
Blockoberfläche, die ansonsten vor der Weiterverar
beitung des BlocKes notwendig würde, nach Möglich
keit ganz vermieden werden.
Die gestellte Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen Ingot
und Kokille die Wachstumsgeschwindigkeit des Ingots wählend mindestens des überwiegenden Teils des
Schinelzpioztisses übersteigt. Bei Anwendung dieser
Maßnahme wird das angestrebte Ziel voll erreicht; es entsteht ein Block mit glatter Oberfläche, die frei von
Schlackeneinschlüssen bzw. -ansätzen und frei von Metallausläufern ist. Als Grund für diesen überraschend
aufgetretenen Erfolg kann angegeben werden, daß das im Prinzip unvermeidbare Einreißen der Schlacke in so
kurzen Zeitabständen und mit so kleinen Längenab
ständen auftritt, daß von einem quasi-kontinuierlichen
Vorgang gesprochen werden kann. Zur Verfolgung der erfindungsgemäßen Lehre ist es erforderlich, daß entweder die Hubgeschwindigkeit der Kokille die Wachstumsgeschwindigkeit des feststehenden Blockes über-
steigt, oder daß die Abzugsgeschwindigkeit des Blockes seine Wachstumsgeschwindigkeit innerhalb der feststehenden Kokille überschreitet. Diese Maßnahme führt
naturgemäß dazu, daß sich das Metallbad zu beginn des Schmelzprozesses am oberen Erde des zylindrischen
Fortsatzes befindet und sich mit fortschreitendem Umschmelzprozeß in Richtung auf das untere Ende der
Kokille verschiebt. Ein solcher Vorgang begrenzt die Länge der zu erzeugenden Blöcke; es ist aber bei der
Wahl eines entsprechend langen zylindrischen Fortsat
zes der Kokille möglich. Blöcke bis zu einer Länge von
mehreren Metern herzustellen.
Es hat sich in der Praxis als brauchbar erwiesen, die
Relativgeschwindigkeit zwischen Ingot und Kokille um zwischen 1 und 15%, vorzugsweise zwischen 2 und 5%
größer zu wählen, als die Wachstumsgeschwindigkeit des Ingots.
Dip Kontrolle der Relativgeschwindigkeit zwischen
Ingot und Kokille und insbesondere der Absenkgeschwindigkeit des Schmelzsees im Verhältnis zur Ko-
SS kille während des Aufbauprozesses des Blocks kann auf einfachste Weise indirekt dadurch bewirkt werden, daß
der Stand des Schlackenbadspiegels in der Kokille fortlaufend beobachtet und die Relativgeschwindigkeit
zwischen Kokille und Ingot so eingestellt wird, daß der
Schlackenbadspiegel im Laufe des Umschmelzens kontinuierlich etwas absinkt. Selbstverständlich kann aber
auch die visuelle Kontrolle des Schlackenbadspiegels in der Kokille und die manuelle Einstellung der Abzugsgeschwindigkeit des Blocks bzw. der Hubgeschwindig-
6s keit des 'Hegels durch bekannte Meßgeräte erfolgen,
wie z. B. durch kontinuierliche Messung des Standes des Metallbadspiegels in der Kokille und entsprechende Regeleinrichtungen. Der Stand des Metallbadspie-
gols kann durch Erfassung des Temperaturprofils in der
Kokille, durch eine in die Schlacke eingetauchte Sonde, durch Ultraschallverfahren usw. festgestellt werden.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sei nachfolgend an Hand einer Figur näher
beschrieben, die eine Seitenansicht mit teilweisem Schnitt durch eine — an sich bekannte — Elektroschlacke-Umschmelzvorrichtung
zeigt.
In der sehr schematischen Darstellung ist mit 10 eine
vertikale Führungssäule bezeichnet, die mittels einer Fundamentplatte 1J auf einem Fundament 12 befestigt
ist. An der Führungssäule 10 ist eine Führungshülse 13 in senkrechter Richtung verfahrbar und außerdem in
horizontaler Richtung schwenkbar angeordnet, an der ein Elektroden tragarm 14 befestigt ist. Der Elektrodentragarm
trägt an seinem freien Ende einen Einspannkopf 15, mit dem ein Einspannende 16 (Stuu) einer Abschmelzelektrode
17 in der Weise befestigt ist, daß außer einer mechanischen Halterung auch eine zuverlässige
Stromübertragung erfolgt. Die Bewegung der Führungshülse 13 wird durch einen in der Figur nicht
dargestellten, regelbaren Antrieb herbeigeführt.
An der Führungssäule 10 befindet sich außerdem eine weitere Führungshülse 18, die ebenfalls in senkrechter
Richtung verfahrbar und in horizontaler Riehtung schwenkbar ausgebildet ist. An der Führungshülse
18 befindet sich ein Kokillentragarm 19, an dessen freiem Ende eine trichterförmige Kokille 20 angeordnet
ist. Die Kokille 20 besteht aus einem oberen zylindrischen Teil 21 und einem engeren, unteren zylindrisehen
Teil 22, zwischen welchen sich ein konisches Übergangsstück 23 befindet Die Teile 21 bis 23 stellen
eine Einheit dar, die einen gemeinsamen, von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Hohlraum einschließt.
Die Vorrichtung ist in einem Stadium dargestellt, in dem ein Teil der Abschmelzelektrode 17 bereits zu
einem im Aufbau befindlichen Ingot 24 umgeschmolzen ist. Der Ingot 24 ruht auf einer heb- und senkbaren
Plattform 25, die über eine Hubsäulc 26 mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden ist. Die Bewegungsgest
^ windigkeiten der Führungshülse 13, der Führungshüi
c 18 und der Hubsäule 26 sind in der WVise aufeinander
abgestimmt, daß die in der Figur dargestellte Konstellation der Einzelteile zueinander erhalten
bleibt. Es ist selbstverständlich möglich, die Plattform 15 ortsfest auszubilden und die Kokille 20 nach der erfindungsgemäßen
Lehre anzuheben. Andererseits ist es auch möglich, die Kokille 20 ortsfest anzuordnen und
die Plattform 25 nach der erfindungsgemäßen Lehre abzusenken. Die jeweilige Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit
der Abschmelzelektrode 17 ergibt sich dann aufgrund der zahlenmäßigen Beziehungen
zwischen den Querschnitten der Abschmelzelektrode 17 und des Ingots 24.
In der Kokille 20 befindet sich eine geschmolzene Schlackeschicht 27, die bis in den oberen zylindrischen
Teil 21 der Kokille reicht und mit der Abschmelzelektrode 17 zwecks Ausbildung eines Strompfades in elektrisch
leitender Verbindung steht. Unterhalb der Schlackenschicht 27 befindet sich ein Schmelzsee 28,
aus dem durch fortschreitende Kristallisation der Ingot 24 gebildet wird. Zu Beginn des eigentlichen Umschmelzvorganges
befindet sich die Oberfläche des Schmelzsees 28 in der mit Ai bezeichneten Position.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Relativbewegung wandert die Oberfläche des Schmelzsees 28 im Laufe
des Umschmelzvorganges allmählich in die mit In bezeichnete
Position. Der Schmelzsee nimmt dabei die mit 28' bezeichnete, gestrichelt dargestellte Lage ein.
Die Abstimmung der Länge des Ingots 24 und der Länge dos unteren zylindrischen Teils 22 der Kokille 20 ist
dabei in der Weise durchzuführen, daß die Lage In der Oberfläche des Schmelzsees noch um ein solches Maß
oberhalb der Kokillenunterkante liegt, daß keine »Ausläufer«
von Schlacke und/oder Metallschmelze erfolgen können. Die Kokille 20 ist im Bereich der geschmolzenen
Schlackenschicht 27 aufgrund der Kühlwirkung der Kokille 20 von einer festen Schlackenhaut
29 überzogen, die auf Grund des konischen Obergangstücks 23 der Kokille 20 formschlüssig festgehalten
wird. Während des Schmelzvorgangs überzieht sich auch der Ingot 24 mit einer Schlackenhaut 30. Infolge
der Relativbewegung zwischen Kokille 20 und Ingot 24 mit der Schlackenhaut 30 tritt im Bereich des Schmelzsees
28 bzw. 28' ein fortlaufendes Einreißen der Schlakkenhaut ein, wobei die Risse sofort wieder durch flüssige
Schlacke ausgefüllt und geschlossen werden. Diesen Vorgang gilt es, so kontinuierlich wie möglich zu gestalten.
Bei einem Versuch wurde eine Vorrichtung gemäß der Figur mit einer Kokille 20 ausgestattet, deren oberer
zylindrischer Teil 21 einen Durchmesser von 400 mm und deren unterer zylindrischer Teil 22 einen
Durchmesser von 150 mm aufwies. Das konische Übergangsstück
23 besaß eine Steigung von 30". Die Kokille 20 war ortsfest aufgehängt und zu Beginn des Umschmelzens
durch die Plattform 25 verschlossen. In die Kokille wurden 30 Kilogramm einer Schlacke folgender
Zusammensetzung in pulverförmigem Zustand eingeführt: 40CaF2 30CaO, 30AUOs. Das Schlackengranulat
stand zu Anfang etwa in Höhe der mit h\ bezeichneten Oberfläche des Schmelzsees. Die Abschmelzelektrode
17 besaß zunächst an ihrer unteren Begrenzungsfläche einen dünnen zylindrischen Stift, der bis zur
Plattform 25 reichte, und mit dem das Aufschmelzen der Schlacke durchgeführt wurde. Am Ende der Startphase lag die Oberfläche der Schlackeschicht 27 etwa
in der Höhe, wie sie in der Figur dargestellt ist. In diesem Augenblick begann der Umschmelzvorgang der
Abschmelzelektrode 17, die aus dem Baustahl St 52-3 bestand, und einen Durchmesser von 300 mm besaß.
Der Umschmelzvorgang wurde mit einem Schmelzstrom von 6,0 kA bei einer mittleren Schmelzspannung
von 60 Volt durchgeführt, wobei sich eine Abschmelzrate von etwa 200 kg/h einstellte. Von der Abschmelzelektrode
17 wurde während einer Umschmelzdauer von 25 Minuten eine Teillänge von 150 mm abgeschmolzen.
Aufgrund der Umschmelzrate und des gegebenen Querschnitts des unteren zylindrischen Teils 22 der Kokille
20 errechnet sich eine Absenkgeschwindigkeit der Plattform 25 von 24 mm/min unter der Voraussetzung,
daß der Schmelzsee 28 konstant in der oberen Position gehalten wird. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wurde die Plattform 25 jedoch mit einer um 8% größeren Geschwindigkeit abgesenkt, so
daß sich eine Absenkgeschwindigkeit von 26 mm/min ergab. Im Laufe der Zeit senkte sich infolge der angegebenen
höheren Geschwindigkeit der Schmelzsee bis zur mit in gekennzeichneten Position ab. Bei Beendigung
des Umschmelzprozesses hatte sich der Schmelzsee 28' um 5 cm von der Ausgangsposition entfernt.
Das untere zylindrische Teil 22 wies eine Länge von 25 cm auf. Der fertiggestellte Ingot 24 hatte eine Länge
ion insgesamt 600 mm. Die Oberfläche ließ sich sehr
eicht von der Schlackenhaut reinigen; es waren keinerei Schlackeneinschlüsse oder Metallausläufer an der
ngotoberfläche zu erkennen.
Die Kontrolle der Absenkgeschwindigkeit in Verbindung mit der Erfassung der jeweiligen Position des Schmelzsees 28 erfolgte auf bekannte Weise, d. h. durch Kontrolle des Temperaturprofils im unteren zylindrischen Teil 22 der Kokille 20.
Die Kontrolle der Absenkgeschwindigkeit in Verbindung mit der Erfassung der jeweiligen Position des Schmelzsees 28 erfolgte auf bekannte Weise, d. h. durch Kontrolle des Temperaturprofils im unteren zylindrischen Teil 22 der Kokille 20.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Elektroden zu Ingots, vorzugsweise mit einem
Durchmesserverhältnis Elektrode zu Ingot ^ 1 unter Verwendung einer trichterförmigen Kokille mit
einem im wesentlichen zylindrischen Fortsatz am unteren Ende, wobei während des Ingotaufbaus
eine kontinuierliche Relativbewegung zwischen Ingot und Kokille aufrechterhalten wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen Ingot und Kokille die Wachstumsgeschwindigkeit des Ingots wählend mindestens des
überwiegenden Teils des Schmelzprozesses übersteigt
2.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen
Ingot und Kokille um zwischen 1 und 15%, vorzugsweise /wischen 2 und 5% größer gewählt wird als
die Wachstumsgeschwindigkeit des Ingots.
Priority Applications (6)
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