DE10128168C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Metallblöcken nach dem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren - Google Patents

Abstract

Beim Herstellen von Metallblöcken (10) in einer Kokille (1) werden aufeinander folgend mehrere Abschmelzelektroden (21) durch Elektrodenwechsel nach dem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren in einer kontrollierten Atmosphäre unter einer Schlackeschicht (13) umgeschmolzen. Dabei werden die Abschmelzelektroden (21) mittels einer Elektrodenstange (19) in einer zumindest weitgehend gasdichten Haube (17) gehalten und in einen Schmelzbereich der Kokille (1) nachgeführt und Reste (21a) der Abschmelzelektroden (21) wieder aus dem Schmelzbereich entfernt. Zur Erhaltung einer kontrollierten bzw. inerten Gasatmosphäre über der Schlacke bei Reduzierung des Gasverbrauchs, zum Schutze der Schlacke gegen den Einfluß des Luftsauerstoffs und zur Fernhaltung von Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft wird während des Elektrodenwechsels bei geöffneter Haube (17) die Kokille (1) über der Schlackeschicht (13) ein Schutzgas eingeleitet. Vorteilhaft wird das Schutzgas mittels einer Gaszuführungseinrichtung (4) zugeführt, die gasdicht auf die Kokille (1) aufgesetzt ist, und die Haube (17) mit der jeweils nachfolgenden Abschmelzelektrode (21) wird zur Fortsetzung des Umschmelzverfahrens auf die Gaszuführungseinrichtung (4) aufgesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Metallblöcken nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2 und eine Vorrichtung hierfür nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 6 und 7.

Bei derartigen Verfahren übt die Schlacke mehrere Funktionen aus:

• 1. Sie bildet den elektrischen Heizwiderstand zwischen der Abschmelzelektrode und dem Metallblock und/oder der Kokille für die Erzeugung der Schmelzwärme.
• 2. Sie bildet einen Wärmespeicher für die Dauer des Elektroden­ wechsels.
• 3. Sie reinigt das Metall der Abschmelzelektrode(n), das in Form von geschmolzenen Tropfen durch die Schlackenschicht in den Schmelzsee bzw. Sumpf über dem Metallblock absinkt.
• 4. Sie schmilzt ggf. zuzugebende Legierungselemente auf bevor diese in den Schmelzsee absinken.
• 5. Sie schmilzt zuzugebende weitere Schlacke auf.

Auch das Schutzgas übt mehrere Funktionen aus:

• 1. Es schützt die am unteren Ende heiße Abschmelzelektrode, die Schlacke und die Metallschmelze gegen unerwünschte Einflüsse der Umgebungsluft wie Sauerstoff und Feuchtigkeit (Wasser bzw. Wasserstoff).
• 2. Es nimmt aus der Abschmelzelektrode stammende und aus der Schlackeschicht aufsteigende gasförmige Verunreinigungen und toxische Verbindungen wie z. B. Schwefeldioxid aus dem Schwefelgehalt der Abschmelzelektrode und Fluoride aus bestimmten, metallurgisch bedingten Schlackenkomponenten auf und führt sie ab, ggf. zu einer Abgasaufbereitungsanlage.
• 3. Es verhindert Versprödungen des Metallblocks, insbesondere solche durch den Einfluß von Wasserstoff und Sauerstoff.
• 4. Es verhindert Veränderungen der Reaktivität der Schlacke gegenüber den Metallen.

Diese Funktionen von Schlacke und Schutzgas werden ohne besondere Vorkehrungen bei einem Elektrodenwechsel beeinträchtigt.

Durch die US-3 777 041 ist es bei einem Elektroschlacke-Umschmelz­ ofen bekannt, während des gesamten Umschmelzens einer einzigen Elektrode in die Kokille selbst oberhalb der Schlacke ein Inertgas wie Argon oder Stickstoff einzuleiten und auf dem oberen Kokillenrand einen Ringkörper anzuordnen, der die Elektrode möglichst dicht umgibt. Abschmelzelektroden sind jedoch üblicherweise unregelmäßig geformt, so daß der Ringspalt ausreichend groß bemessen sein muß. Die Gas­ verluste sind entsprechend hoch. Eine die Elektrode umgebende Haube und eine diese durchdringende Elektrodenstange sind jedoch ebenso wenig vorgesehen wie ein Elektrodenwechsel.

Ein ähnliches System mit Schutzgasversorgung ist auch in dem Aufsatz von Jäger/Koch/Cerwenka "Characteristics of the ESR and VAR Processes in the Production of High-Performance Nickel-Base Alloys" in "Fach­ berichte Hüttenpraxis Metallweiterverarbeitung", Vol. 25, No. 4, 1987, Seiten 307 bis 313 beschrieben, bei dem die Abdichtwirkung eines Ring­ körpers gegenüber der Abschmelzelektrode durch eine Labyrinth-Dich­ tung verbessert ist. Zwar ist in diesem Falle ein Elektrodenwechsel ange­ geben; eine Haube, die den Gasverbrauch begrenzen könnte, ist jedoch nicht beschrieben, vielmehr ist oberhalb der Labyrinth-Dichtung ein Absaug ring vorgesehen, der auf erhebliche Undichtigkeiten schließen läßt. Eine Absaugung ist deswegen erforderlich, weil einige der infrage kom­ menden Schlacken hochgiftige Fluoride enthalten und weil außerdem beim Umschmelzen häufig in den Stählen enthaltener Schwefel freigesetzt wird, der zu giftigem Schwefeldioxid verbrennt.

Durch die US-3 989 091 ist es bei einem Elektroschlacke-Umschmelz­ ofen bekannt, auf dem oberen Kokillenrand einen Ringkörper mit radial einwärts gerichteten Düsen anzuordnen, durch die während des gesamten Umschmelzens in den Ringspalt zwischen der Abschmelzelektrode und der Kokille ein Schutzgas eingeleitetet wird, das bis auf den Schlacken­ spiegel absinkt. Ein Elektrodenwechsel wäre zwar möglich, jedoch ist der Gasverbrauch durch konvektives Aufsteigen des Schutzgases durch Erwärmen beträchtlich, weil keine Haube vorgesehen ist, die die Elektrode oberhalb des Ringkörpers umgibt und die ein Entweichen des Schutz­ gases verhindern könnte.

Durch die AT-PS 343 300 ist ein Elektroschlacke-Umschmelzofen bekannt, bei dem die gesamte Kokille innerhalb einer Ofenkammer angeordnet ist, die mit Stickstoff geflutet wird. Bei einem der Ausführungsbeispiele ist zum Zwecke eines Elektrodenwechsels innerhalb der Ofenkammer minde­ stens eine Vorratselektrode angeordnet, die nach dem Abschmelzen der ersten Elektrode in ihre Schmelzposition gebracht werden kann. Das Kammervolumen und der Bauaufwand sind groß, und der Gasverbrauch ist beträchtlich.

Durch die US-4 117 253 ist es bei einem Elektroschlacke-Umschmelz­ ofen bekannt, den Abstand zwischen dem Gehäuse des Elektroden­ antriebs und dem oberen Kokillenrand während des Umschmelzens einer Elektrode abgedichtet durch einen zylindrischen Mantel zu überbrücken, der die Elektrode umgibt und durch den über der Schlacke eine Schutz­ gasatmosphäre aufrecht erhalten werden kann. Zum Elektrodenwechsel muß dieser Mantel jedoch teleskopartig über die Kokille abgesenkt werden, so daß das Schutzgas entweicht und die Schlacke und damit die Metallschmelze ungeschützt dem Einfluß des Luftsauerstoffs ausgesetzt sind. Außerdem muß der Mantel einen entsprechend großen Durchmesser besitzen.

Durch die US-4 953 177 und die entsprechende EP 0 407 021 A1 ist ein Elektroschlacke-Umschmelzofen bekannt, bei dem auf die Kokille abge­ dichtet eine Haube aufgesetzt ist, durch die eine Elektrodenstange hindurch geführt ist. Die Abdichtung erfolgt mittels einer umstülpbaren textilen Membran. Zur Vermeidung eines Sauerstoffeinflusses wird in das obere Ende der Kokille ein Schutzgas wie Argon eingeleitet. Mit einem sequentiellen Abschmelzen mehrerer Elektroden durch Elektrodenwechsel befaßt sich diese Schrift nicht, vielmehr geht es um die Überwachung und Regelung der Zusammensetzung der Gasatmosphäre im Ofen.

Durch die DE 39 01 297 C2 ist eine Elektroschlacke-Umschmelzanlage bekannt, bei der auf den oberen Rand einer Kokille eine axial geteilte Haube aufgesetzt ist, die beim Umschmelzen soweit abgedichtet ist, daß keine giftigen Gase austreten können, und bei der nur geringe Mengen von Inertgasen und/oder Trockenluft zugeführt werden müssen, so daß Anlagen für die Trockenlufterzeugung und die Abgasreinigung sehr viel kleiner dimensioniert werden können. Zwar ist das aufeinanderfolgende Abschmelzen von Elektroden durch Elektrodenwechsel beschrieben, jedoch werden keine Angaben gemacht, in welcher Weise die Schlacke beim Elektrodenwechsel durch das öffnen oder Abnehmen der Haube gegen Luftsauerstoff geschützt werden könnte.

In der DE 195 05 743 A1 ist der Elektrodenwechsel bei einer Elektro­ schlacke-Umschmelzanlage beschrieben, die eine Kokille und zwei Hauben besitzt, die zum Zwecke des Elektrodenwechsels alternierend von der Kokille abgehoben werden. Hierbei ist jedoch die Schlacke wiederum kurzzeitig der Umgebungsluft und deren Sauerstoff ausgesetzt. Mittel, die dies verhindern könnten, sind nicht angegeben.

Durch die DE 24 25 032 B2 ist es bekannt, Gußblöcke guter Verformbar­ keit aus hochschmelzenden Eisen- und Metall-Legierungen nach dem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren aus mindestens einer selbstverzeh­ renden Elektrode (Abschmelzelektrode) in einer flüssigkeitsgekühlten Kokille herzustellen. Durch die Verbindung der Kokille mit einer Haube bzw. Glocke soll während des gesamten Umschmelzens ein Druck von mindestens 20 bar bzw. 2 MPa, vorzugsweise von mehr als 50 bar bzw. 5 MPa, aus einem nicht mit der Schlacke reagierenden Gas aufrecht erhalten werden. Dies geschieht in einer dreiteiligen Druckkammer, die aus einem Druckgefäß, der Glocke und einem Deckel besteht, wobei die Druckkammer die Kokille umgibt oder die Kokille als Druckkammer ausgebildet ist. Druckkammer und Glocke haben etwa die gleiche Höhe, und die Abschmelzelektrode hat eine solche Länge, daß sie sich im Anfangszustand etwa zur Hälfte in der Glocke und zur Hälfte in der Kokille bzw. Druckkammer befindet. Dies läßt darauf schließen, daß ein Elektro­ denwechsel während des Aufbaus eines Blockes nicht beabsichtigt ist. Dies wäre auch widersinnig, denn dann müßte die Druckkammer geöffnet werden, der Druck bräche zusammen und die Schlacke käme mit der Umgebungsluft in Berührung, was als sehr schädlich angegeben ist.

Die Längenverhältnisse von Elektrode und Block sind dadurch bedingt, daß die Elektrode einen deutlich geringeren Durchmesser als die Kokille aufweisen muß, um Kurzschlüsse zwischen beiden zu vermeiden. Auch die Längenverhältnisse lassen auf den Verzicht eines Elektrodenwechsels schließen. Bei einem Elektrodenwechsel müßte nämlich eine zumindest an ihrem unteren Ende stark vorgeheizte Elektrode eingesetzt werden, die schon während ihres Transports zur Kokille dem Luftsauerstoff ausgesetzt wäre und erheblich oxidieren würde. Sowohl das Nachsetzen einer kalten Elektrode als auch das Nachsetzen einer oxidierten Elektrode als auch der Zusammenbruch der Hochdruck-Gasatmosphäre würde sich in dem fertigen Block als Störung von dessen Zusammensetzung und Gefüge­ aufbau auswirken, so daß der Block nicht verwendbar wäre. Eine Gas­ zuführungseinrichtung zwischen Glocke und Kokille ist nicht nur nicht offenbart; sie wäre auch wirkungslos, da durch sie die Hochdruck-Gas­ atmosphäre nicht aufrecht erhalten werden könnte. Der Gasverlust wäre beträchtlich, z. B. bei 50 bar oder 5 MPa Betriebsdruck das 50-Fache des freien Kammervolumens.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, bei denen für die Erhaltung einer kontrollierten bzw. inerten Gasatmosphäre im Bereich von Schlacke und/oder Elektrode nur geringe Gasmengen benötigt werden und bei denen die Schlacke und/oder die Elektrode beim Elektrodenwechsel dennoch nicht dem schädlichen Einfluß des Sauer­ stoffs und/oder der Feuchtigkeit der Umgebungsluft ausgesetzt wird bzw. werden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 2 und bei der eingangs angegebenen Vorrichtung erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Kennzeichen der Patent­ ansprüche 6 und 7.

Durch die Erfindung wird die gestellte Aufgabe in vollem Umfange gelöst, insbesondere werden ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung angegeben, bei denen für die Erhaltung einer kontrollierten bzw. inerten Gasatmosphäre über der Schlacke und/oder auf dem Umfang der Elektrode nur geringe Gasmengen benötigt werden und bei denen die Schlacke und/oder die Elektrode beim Elektroden­ wechsel dennoch nicht dem schädlichen Einfluß des Sauerstoffs und/oder der Feuchtigkeit der Umgebungsluft ausgesetzt wird bzw. werden.

Außerdem bleiben die eingangs angegebenen Funktionen von Schlacke und Schutzgas so weit wie irgend möglich erhalten.

Der Ausdruck "bei geöffneter Haube" schließt folgende Möglichkeiten ein: Es kann sich um eine auf dem Umfang geschlossene Haube handeln, die zum Elektrodenwechsel angehoben und ggf. auch seitlich verfahren und/oder verschwenkt wird. Es kann sich aber auch um eine auf dem Umfang in Sektoren unterteilte Haube handeln, von der zum Elektroden­ wechsel ein oder mehrere Sektoren seitlich ausgeschwenkt oder verfahren werden, so daß der Elektrodenwechsel durch Einhängen einer neuen, ggf. vorgeheizten Elektrode durch einen speziellen Manipulator möglich ist. Diese Möglichkeit kann jedoch dadurch erweitert werden, daß auch die unterteilte Haube zusätzlich angehoben und ggf. auch seitlich verfahren und/oder verschwenkt wird.

Es ist dabei im Zuge weiterer Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombi­ nation -:

• - die Haube mit der jeweils nachfolgenden Abschmelzelektrode zur Fortsetzung des Umschmelzverfahrens auf die Gaszuführungs­ einrichtung aufgesetzt wird,
• - als Schutzgas mindestens ein Gas aus der Gruppe Argon und Stickstoff verwendet wird, und/oder, wenn
• - während der Zufuhr von Schutzgas durch die Gaszuführungseinrich­ tung durch eine Abgasleitung Abgase aus dem Schmelzbereich der Kokille abgeführt werden.

Es ist dabei im Zuge weiterer Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination -:

• - die Haube einen kleineren Innenquerschnitt besitzt als die Kokille und wenn der Zwischenring zur Haube hin verjüngt ausgebildet. ist,
• - die Haube eine mit Schutzgas versorgbare Durchführung für die Elektrodenstange besitzt,
• - die Zufuhreinrichtung der Haube als Düsenkranz ausgebildet ist, der die Elektrodenstange am oberen Ende der Haube umgibt,
• - die Gaszuführungseinrichtung eine Abgasleitung besitzt, durch die Abgase aus dem Schmelzbereich der Kokille abführbar sind, und/oder, wenn
• - die Haube aus Sektoren besteht, von denen der eine Sektor zum Elektrodenwechsel von dem anderen Sektor entfernbar ist.

Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes und ihre Wirkungsweisen werden nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Elektroschlacke-Umschmelzofens während des Schmelzbetrie­ bes,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 während des Elektrodenwechsels und

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Elektroschlacke-Umschmelzofens während des Schmelz­ betriebes.

In Fig. 1 ist eine zylindrische Kokille 1 herkömmlicher Bauart mit Kühl­ wasseranschlüssen 2 und 3 gezeigt. Auf dieser Kokille 1 ist eine Gaszu­ führungseinrichtung 4 in Form eines Zwischenringes 5 befestigt, der über eine Zufuhrleitung 6 an eine Gasquelle für ein Schutzgas, z. B. Stickstoff oder - bevorzugt - Argon, angeschlossen ist. Infrage kommen auch Gemische dieser Gase mit unterschiedlichen Anteilen. Die Ofenatmo­ sphäre an verunreinigtem Abgas wird durch eine Abgasleitung 7 abge­ saugt. Wie gezeigt, ist der Zwischenring 5 in Form eines hohlen Kegel­ stumpfes ausgeführt, dessen größere Basisfläche mittels einer Dichtung 8 auf der oberen Kreisringfläche der Kokille 1 ruht.

In der nicht gezeigten Startphase war die Unterseite der Kokille 1 durch eine gekühlte und später absenkbare Bodenplatte 9, einen sogenannten Abzugstisch, verschlossen. Auf diesem ruht der in Bildung begriffene Metallblock 10, dessen Oberseite über eine Phasengrenze 11 einen Sumpf 12 aus gereinigter Metallschmelze trägt. Auf dieser schwimmt wiederum eine geschmolzene Schlackeschicht 13, deren Zusammensetzung sich nach den metallurgischen Erfordernissen des Umschmelzprozesses rich­ tet. Um die Zusammensetzung einer Legierung beeinflussen zu können, ist der Zwischenring 5 noch über einen Beschickungskanal 14 mit einem Behälter 15 mit Legierungselelementen verbunden. Eine ähnliche Einrich­ tung kann auch für die Zufuhr von Schlacke für die Startphase und ggf. weiterer Schlacke vorgesehen sein, da diese während des Umschmelz­ prozesses, zum Teil als Blockhaut, abgezogen wird.

Auf den Zwischenring 5 ist mittels eines Flansches 16 eine zylindrische Haube 17 aufgesetzt, die an ihrem oberen Ende eine Durchführung 18 für eine Elektrodenstange 19 besitzt. Diese ist mit einem nicht gezeigten Antrieb für den senkrechten Vorschub verbunden. Die Durchführung 18 umschließt die an der Oberfläche glatte Elektrodenstange 19 möglichst eng und ist über eine Zufuhrleitung 20 an eine Quelle für ein Schutzgas angeschlossen.

Die Durchführung 18 ist von einer weiteren Zufuhreinrichtung 28 für ein Schutzgas umgeben, die als Ringkanal 28a ausgebildet ist, von dem ein Düsenkranz 29 ausgeht. Die Versorgung erfolgt über eine Zufuhrleitung 30 mit einem Absperrventil 31. Damit hat es folgende Bewandtnis: Die Abschmelzelektrode 21 muß am unteren Ende außerhalb der Kokille 1 auf etwa 600°C vorgeheizt werden, damit sich dort kein elektrisch isolierender Schlackefilm bildet, der die Fortsetzung des Umschmelzprozesses vorübergehend verzögern würde. Dies hätte negative Folgen für die Block­ struktur. Andererseits würde das heiße Metall mit dem Luftsauerstoff zu Oxiden reagieren. Dies wird nun durch das aus dem Düsenkranz 29 aus­ tretende Schutzgas zumindest weitgehend verhindert, das aufgrund der senkrechten Düsenrichtung in Verbindung mit der größeren Dichte eine Art fallenden Schutzgasschleiers bildet, was durch die Pfeile 32 angedeutet ist.

An der Elektrodenstange 19 ist - auswechselbar - eine Abschmelzelek­ trode 21 befestigt. Am Ende des Umschmelzprozesses dieser Elektrode 21 bleibt, zum Schutze der Elektrodenstange 19 und der nicht gezeigten Einspannvorrichtung, ein Elektrodenrest 21a zurück, dessen Unterseite durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Einzelheiten eines solchen Um­ schmelzprozesses sind bekannt und werden daher nicht näher erläutert.

Wie gezeigt, umgibt die Haube 17 die Abschmelzelektrode 21 mit einem möglichst engen Abstand, um das Gasvolumen, den Gasverbrauch und die beim Elektrodenwechsel ggf. eingeschleppte Umgebungsluft mög­ lichst gering zu halten.

In Fig. 2 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zusätzlich ist folgendes dargestellt: Auch der Zwischenring 5 ist auf seiner Oberseite mit einer Dichtung 22 versehen. Die Haube 17 wurde mittels eines nicht gezeigten Hubantriebs angehoben und kann in Richtung der Pfeile 23 oder 24 seitlich von der Kokille 1 weg verschwenkt und dort - nach Entfernung des Elektrodenrestes 21a - mit einer neuen Abschmelz­ elektrode 21 bestückt werden.

Wie gezeigt, hat die Haube 17 einen deutlich geringeren Innenquerschnitt (gemäß dem Durchmesser D1) als die Kokille 1 (gemäß dem Durchmesser D2). Der konische Zwischenring 5 schafft die Voraussetzungen für einen weitgehend stufenlosen Übergang und auch für eine vorteilhafte Veren­ gung der Öffnung 25, wodurch die Wirkung der Schutzgasbeschleierung der Schlacke erhöht wird. Die Anordnung ist jedoch nicht auf ein rotati­ onssymmetrisches System beschränkt.

Die Zufuhr von Schutzgas und die Abfuhr von Ofenabgasen wird in vorteil­ hafter Weise auf den Umfang des Zwischenringes 5 verteilt, was durch die strichpunktierten Linien 26 und 27 angedeutet ist. Das Schutzgas hat während des Elektrodenwechsels folgende Wirkung: Kaltes Schutzgas sinkt infolge seiner höheren Dichte in den heißen Ofengasen auf die Schlacken­ oberfläche ab. Argon hat von Haus aus eine größere Dichte, was die Schutzwirkung verstärkt. Nach Erfüllung seiner Schutzfunktion steigt das Gas wieder auf und wird über die Abzugsleitung 7 abgesaugt. Eine - wenn auch nur vorübergehende - Verunreinigung der Umgebungsluft wird dadurch minimiert.

Nach Beschickung der Haube 17 mit der neuen Abschmelzelektrode 21 wird die Haube 17 wieder über die Öffnung 25 eingefahren oder ein­ geschwenkt und in die Stellung nach Fig. 1 abgesenkt, worauf der Umschmelzprozeß nach dem Absenken der neuen Abschmelzelektrode 21 mit einer nur kurzen Unterbrechung von 1 bis 2 Minuten gemäß Fig. 1 fortgesetzt werden kann. Dieser Vorgang kann praktisch beliebig oft wiederholt werden. Aus Fig. 2 ist auch ersichtlich, daß der Schutzgas­ schleier gemäß den Pfeilen 32 noch über das untere Ende der Abschmelz­ elektrode reicht, so daß die Schutzfunktion auch während des Transports der neuen Abschmelzelektrode 21 voll erfüllt ist. Nach dem Nachchargie­ ren kann das Absperrventil 31 zur Gasersparnis geschlossen werden.

Bei der Haube 17 kann es sich um mindestens eine zusätzliche Haube handeln, die bereits mit einer neuen Abschmelzelektrode 21 bestückt ist und die außerhalb der Schmelzposition in Wartestellung bereit gehalten wird. Dadurch kann die Dauer des Elektrodenwechsels beträchtlich verkürzt und der Einfluß auf die Kristallstruktur des Metallblocks 10 verringert und dessen Gefüge deutlich verbessert und homogenisiert werden.

Fig. 3 zeigt - unter Beibehaltung der bisherigen Bezugszeichen - eine Haube 17, die aus zwei halbzylindrischen Sektoren 17a und 17b besteht. Von diesen kann der Sektor 17b mittels eines nicht gezeigten Fahr- oder Schwenkmechanismus zum Elektrodenwechsel in Richtung des Pfeils 17d in die gestrichelt dargestellte Position 17c bewegt werden, was die Mani­ pulationen beim Elektrodenwechsel sehr vereinfacht und die Bauhöhe der Anlage verringert. Die Durchführung 18 und die Zufuhreinrichtung 28 sind ungeteilt, vielmehr verläuft eine konzentrische Trennfuge mit einer Dichtung 33 halbkreisförmig. Zwei diametral gegenüberliegende, achsparalle Trenn­ fugen 34 sind durch eine gestrichelte Linie angedeutet.

Die Haube 17 nach der Fig. 3 muß - bei entsprechender Höhe - zum Elektrodenwechsel nicht mehr angehoben, sondern lediglich zur Seite hin geöffnet werden, geeignete Manipulatoren für die vorgewärmten Abschmelzelektroden vorausgesetzt. Es ist jedoch auch hierbei möglich, die Haube 17 zusätzlich mittels eines nicht gezeigten Hubantriebs anzu­ heben und insgesamt seitlich zu verfahren oder zu verschwenken.

Bezugszeichenliste

1

Kokille

2

Kühlwasseranschluß

3

Kühlwasseranschluß

4

Gaszuführungseinrichtung

5

Zwischenring

6

Zufuhrleitung

7

Abgasleitung

8

Dichtung

9

Bodenplatte

10

Metallblock

11

Phasengrenze

12

Sumpf

13

Schlackeschicht

14

Beschickungskanal

15

Behälter

16

Flansch

17

Haube

17

a Sektor

17

b Sektor

17

c Position

17

d Pfeil

18

Durchführung

19

Elektrodenstange

20

Zufuhrleitung

21

Abschmelzelektrode

21

a Elektrodenrest

22

Dichtung

23

Pfeil

24

Pfeil

25

Öffnung

26

Linie

27

Linie

28

Zufuhreinrichtung

28

a Ringkanal

29

Düsenkranz

30

Zufuhrleitung

31

Absperrventil

32

Pfeile

33

Dichtung

34

Trennfugen
D1 Durchmesser
D2 Durchmesser

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen von Metallblöcken (10) in einer Kokille (1) durch aufeinander folgendes Umschmelzen mehrerer Abschmelz­ elektroden (21) durch Elektrodenwechsel nach dem Elektroschlacke- Umschmelzverfahren in einer kontrollierten Atmosphäre unter einer Schlackeschicht (13), wobei die Abschmelzelektroden (21) mittels einer Elektrodenstange (19) in einer zumindest weitgehend gasdich­ ten Haube (17) gehalten und in einen Schmelzbereich der Kokille (1) nachgeführt und Reste (21a) der Abschmelzelektroden (21) wieder aus dem Schmelzbereich entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß während des Elektrodenwechsels bei geöffneter Haube (17) in die Kokille (1) über der Schlackeschicht (13) durch eine auf der Kokille (1) gasdicht aufsitzende ringförmige Gaszuführungseinrich­ tung (4), die zur Haube (17) hin im Verhältnis zum Kokillenquerschnitt verjüngt ausgebildet ist, ein Schutzgas eingeleitet wird.

2. Verfahren zum Herstellen von Metallblöcken (10) in einer Kokille (1) durch aufeinander folgendes Umschmelzen mehrerer Abschmelz­ elektroden (21) durch Elektrodenwechsel nach dem Elektroschlacke- Umschmelzverfahren in einer kontrollierten Atmosphäre unter einer Schlackeschicht (13), wobei die Abschmelzelektroden (21) mittels einer Elektrodenstange (19) in einer zumindest weitgehend gasdich­ ten Haube (17) gehalten und in einen Schmelzbereich der Kokille (1) nachgeführt und Reste (21a) der Abschmelzelektroden (21) wieder aus dem Schmelzbereich entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß während des Elektrodenwechsels in die Haube (17) ein Schutz­ gas eingeführt wird, das zumindest das untere Ende der Abschmelz­ elektrode (21) umspült.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (17) mit der jeweils nachfolgenden Abschmelzelektrode (21) zur Fortsetzung des Umschmelzverfahrens auf die Gaszuführungs­ einrichtung (4) aufgesetzt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas mindestens ein Gas aus der Gruppe Argon und Stickstoff verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Zufuhr von Schutzgas durch die Gaszuführungseinrichtung (4) durch eine Abgasleitung (7) Abgase aus dem Schmelzbereich der Kokille (1) abgeführt werden.

6. Vorrichtung zum Herstellen von Metallblöcken (10) durch aufeinander folgendes Umschmelzen mehrerer Abschmelzelektroden (21) durch Elektrodenwechsel nach dem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren in einer kontrollierten Atmosphäre unter einer Schlackeschicht (13), mit einer Kokille (1), einer Elektrodenstange (19) für die jeweils umzuschmelzende Abschmelzelektrode (21) und mit einer die Elek­ trodenstange (19) und die Abschmelzelektrode (21) umgebenden, zumindest weitgehend gasdichten Haube (17), aus der die Abschmelzelektroden in einen Schmelzbereich der Kokille (1) nach­ führbar sind und mittels welcher Reste (21a) der Abschmelzelektro­ den (21) wieder aus dem Schmelzbereich entfernbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Haube (17) und der Kokille (1) eine ringförmige Gaszuführungseinrichtung (4) angeordnet ist, die gasdicht auf der Kokille (1) aufsitzt und zur Haube (17) hin im Verhältnis zum Kokillenquerschnitt verjüngt ausgebildet ist und durch die während des Elektrodenwechsels bei geöffneter Haube (17) in die Kokille (1) über der Schlackeschicht (13) ein Schutzgas einleitbar ist.

7. Vorrichtung zum Herstellen von Metallblöcken (10) durch aufeinander folgendes Umschmelzen mehrerer Abschmelzelektroden (21) durch Elektrodenwechsel nach dem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren in einer kontrollierten Atmosphäre unter einer Schlackeschicht (13), mit einer Kokille (1), einer Elektrodenstange (19) für die jeweils umzuschmelzende Abschmelzelektrode (21) und mit einer die Elek­ trodenstange (19) und die Abschmelzelektrode (21) umgebenden, zumindest weitgehend gasdichten Haube (17), aus der die Abschmelzelektroden in einen Schmelzbereich der Kokille (1) nach­ führbar sind und mittels welcher Reste (21a) der Abschmelzelektro­ den (21) wieder aus dem Schmelzbereich entfernbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (17) mit einer Zufuhreinrichtung (28) für ein Schutzgas versehen ist, durch die die Abschmelzelektrode (21) zumindest an ihrem unteren Ende mit dem Schutzgas umspülbar ist.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (17) einen kleineren Innenquerschnitt besitzt als die Kokille (1).

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (17) eine mit Schutzgas versorgbare Durchführung (18) für die Elektrodenstange (19) besitzt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhreinrichtung (28) der Haube (17) als Düsenkranz (29) ausgebildet ist, der die Elektrodenstange (19) am oberen Ende der Haube (17) umgibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführungseinrichtung (4) eine Abgasleitung (7) besitzt, durch die Abgase aus dem Schmelzbereich der Kokille (1) abführbar sind.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (17) aus Sektoren (17a, 17b) besteht, von denen der eine Sektor (17b) zum Elektroden­ wechsel von dem anderen Sektor (17a) entfernbar ist.