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EP0786531B2 - Verfahren zum Umschmelzen von Metallen zu einem Strang sowie Vorrichtung dafür - Google Patents

Verfahren zum Umschmelzen von Metallen zu einem Strang sowie Vorrichtung dafür Download PDF

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Publication number
EP0786531B2
EP0786531B2 EP96120752A EP96120752A EP0786531B2 EP 0786531 B2 EP0786531 B2 EP 0786531B2 EP 96120752 A EP96120752 A EP 96120752A EP 96120752 A EP96120752 A EP 96120752A EP 0786531 B2 EP0786531 B2 EP 0786531B2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
billet
chill mould
cross
electrode
slag bath
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP96120752A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0786531A1 (de
EP0786531B1 (de
Inventor
Wolfgang Dipl.-Ing. Dr.Mont. Holzgruber
Harald Dipl.-Ing. Holzgruber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Inteco Internationale Techinsche Beratung GmbH
Original Assignee
Inteco Internationale Techinsche Beratung GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=3482892&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP0786531(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Inteco Internationale Techinsche Beratung GmbH filed Critical Inteco Internationale Techinsche Beratung GmbH
Publication of EP0786531A1 publication Critical patent/EP0786531A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0786531B1 publication Critical patent/EP0786531B1/de
Publication of EP0786531B2 publication Critical patent/EP0786531B2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16—Remelting metals
    • C22B9/18—Electroslag remelting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
    • B22D23/06—Melting-down metal, e.g. metal particles, in the mould
    • B22D23/10—Electroslag casting

Definitions

  • the invention relates to a method for remelting metals - in particular steels and Ni and Co base alloys - into one strand by melting at least one self-consumable electrode at a rate of melting in kg / h in an electrically conductive slag bath, which in a short, is provided downwardly open mold.
  • the invention covers a device for carrying out this method.
  • DE 1 932 763 A discloses a device for carrying out the electroslag refining process with a water-cooled, vertically arranged mold for ingots, in particular of high-alloy steel; this mold is double-walled and offers a lower region determining the outer dimensions of the ingot to be produced, whose inner cross-section is at most equal to the cross-section of a consumable electrode to be melted in a hot Schläkkenbad, wherein the lower Kokillen Scheme merges into an upwardly preferably conically widening intermediate region and this in turn into an extended upper mold area.
  • the stream takes the way to the crude block over the slag bath.
  • GB 1 413 508 A discloses a mold, in the mold wall a non-consumable current-conducting element is installed and connected via a rectifier so with the power supply, that both the electrode and the casting cross-section - -. With respect to the non-consumable element - constantly are electrically negatively polarized.
  • DE 1 483 646 A and AT 320 884 B likewise disclose variants of the electroslag remelting process.
  • the self-consumable electrode methods described therein enable the production of remelt blocks with a good surface at a slow block build-up speed.
  • the resulting low sump depths lead to a uniform solidification between the edge and core and thus to a good internal quality of the remelted blocks
  • the use of short molds with lowerable bottom plates and electrode replacement also allows here to form relatively long strands.
  • generation of the required consumable electrodes becomes difficult, and the process costs due to the then low reflow rates become high.
  • the Abschmelzraten the ESU process maximum 100 - 200 kg per hour at the same formats. During continuous casting, this results in swamps between 4 m and 8 m. By contrast, the sump depths in the ESU method measure 100 to 300 mm.
  • AT-PS 399 463 proposes to cast strands of high-alloy steels with much lower casting speeds - as they are usual in continuous casting - to achieve an improved core zone while covering the casting mirror by an electrically heated slag bath in order to avoid any disadvantages with regard to the formation of the surface due to excessive cooling. It is assumed that the liquid metal can be made available for a long time at a constant temperature from a heatable pan.
  • DE 23 40 525 A1 discloses a device which contains at least one electrode with a mold having an expanded mold part; the slag bath extends into the widened part of the mold, to the outside of a current-conducting element leads.
  • a cylindrical outlet part connects, which determines the strand cross-section of an ingot, wherein the one pole of the power supply via a terminal to the electrode or the other pole via the terminal to the mold in the region of the enlarged part is connected or via a pipe and a platform with that ingot.
  • the mold can be installed in a working platform and the strand can be pulled down.
  • the strand may also be built on a fixed bottom plate and the mold raised in the manner in which the strand grows.
  • the removal of the strand or raising the mold can be continuous or stepwise.
  • the melt stream flows through the slag between the tip of the Etekirode and the melt sump or, in the case of biphilic or three-phase fed plants, between the electrodes.
  • Such current conduction is also possible in the method according to the invention.
  • Electrode is connected to a pole of the power source whose other pole is connected to both the strand and with the / the current-conducting element (s) in the mold wall, the inventive assignment of a control device to the narrower outlet part of the mold for the continuous monitoring of the position the phase boundary between the slag bath and the metal mirror, below, the control device drive rollers are provided for the strand withdrawal, which are also designed as contacts for the return current from the strand to the power source.
  • the one pole of a - either AC or DC donating - power source 10 is connected via a feed line 12 with a suspension device 14 of a Abschmelzelektrode 16.
  • the Elekrode 16 is moved by a not reproduced in detail in the drawing device so that the free end of the electrode 17 is always immersed in a slag 18.
  • the slag bath 18 is provided in a mold 20 which, in its cross-sectionally funnel-like mold bottom 22, has a tubular outlet part 24 for a remelt strand 26 of a diameter D formed therein.
  • the mold 20 At the upper edge of its wall 28, the mold 20 has a radially projecting flange 30, which serves as a support for a counter-flange 32 of a gas-tight placed the electrode 16 surrounding hood 34.
  • the power supply to the other pole of the power source 10 is carried out either on strand 26 via trained as a current collector drive rollers 36 and - a Hochstromtrenner 38 containing - high current return line 40 or via the mold wall 28 built-in current collector 42 and another, subsequent high-current return line 40 a with high-current separator 38 a . Also possible is a power supply via strand 26 and pantograph 42 together while the return line is selected by pressing the aforementioned high-current separator 38 and 38 a .
  • the proportion of current flowing through the current collectors 42 and the driving rollers 36 as contacts - when both in the respective high-current return lines 40, 40 a provided high-current separator 38, 38 a are connected so that a passage of current is made possible - depends on the ratio of the resistors in the slag bath 18. These are determined by the height of the slag bath 18 with respect to the current collectors 42 and the distance of the free end 17 of the electrode 16 from the metal mirror 44 in the mold 20 for the remelting strand 26 solidifying in its outlet part 24.
  • the Umschmelzstrang 26 is lowered by the drive rollers 36 according to the melting of the Abschmelzelektrode 16 and the mirror 44 of the liquid metal in the narrower outlet part 24 of the mold 20 by a control device, in particular a radioactive radiation source 46 monitored.
  • a control device in particular a radioactive radiation source 46 monitored.
  • the driving rollers 36 also serve as a contact for the current return line 40 from the strand 26 to the source of stomata 10.
  • Cutting the desired product sections from the remelt strand 26 is possible, for example, by means of a flame cutting system indicated at 48.
  • the first consumable electrode 16 If the first consumable electrode 16 is consumed, it can be removed from the melting region by means (not shown here) and replaced by a new electrode 16a , which reaches a melting position from a waiting position sketched on the right, so that the melting process can continue can; By melting several electrodes 16 in succession, a continuous operation is made possible.
  • the electrode 16, 16 a and the slag 18 are protected by this - as I said, sealed by means of its mating flange 32 against the Kokillenflansch 30 hood 34, 34 a against air access.
  • the remelting can take place under a controlled atmosphere and in the absence of atmospheric oxygen, which also enables the production of highly pure remelting strands 26 and prevents the combustion of oxygen-containing elements.
  • This melting electrodes 16 are to be used, the cross-sectional area in relation to the G devisquerites can be described as large.
  • the Kokillenhub was adjusted so that the steel mirror was held about 20 to 30 mm below the funnel neck in the lower mold part with 160 mm diameter.
  • the electrical power was adjusted to 750 kW at 10 KA and 75 volts in the slag bath 18, the energy being introduced via the electrode 16 into the slag bath 18 and dissipated via both the string 26 and the mold wall 28 of the funnel-shaped upper portion.
  • a melting rate between 820 and 900 kg / h arose. Accordingly, the mold 20 was raised at a mean speed of 87 to 95 mm / min / with the lifting stepwise with about 10 mm stride. The stroke frequency was controlled and controlled via a radioactive pouring mirror measurement.
  • a strand 26 about 3.0 m in length was produced.
  • the surface finish was good, so that no surface treatment was required before hot working.
  • Strand 26 was easily forged to a billet of 100 mm square on a forging hammer.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umschmelzen von Metallen -- insbesondere von Stählen sowie Ni- und Co-Basislegierungen -- zu einem Strang durch Abschmelzen zumindest einer selbstverzehrenden Elektrode mit einer Abschmelzrate in kg/h in einem elektrisch leitenden Schlackenbad, das in einer kurzen, nach unten offenen Kokille vorgesehen ist. Zudem erfaßt die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Bei der Herstellung von beispielsweise hochlegierten Werkzeugstahlen -- wie etwa Schnellarbeitsstählen, ledeburitischen Chromstählen oder anderen stark seigernden Stählen und Legierungen -- ist das Erzeugen kontinuierlich gegossener Stränge kleiner bis mittlerer Querschnitte mit Problemen verbunden.
  • Der DE 1 932 763 A ist eine Einrichtung zur Durchführung des Elektroschlackenraffinierverfahrens mit einer wassergekühlten, vertikal angeordneten Kokille für Rohblöcke insbesondere aus hochlegiertem Stahl zu entnehmen; diese Kokille ist doppelwandig und bietet einen die Außenabmessungen des zu erzeugenden Rohblockes bestimmenden unteren Bereich an, dessen innerer Querschnitt höchstens gleich dem Querschnitt einer in einem warmen Schläkkenbad zu erschmelzenden verbrauchbaren Elektrode ist, wobei der untere Kokillenbereich in einen sich nach oben vorzugsweise konisch erweiternden Zwischenbereich übergeht und dieser wiederum in einen erweiterten oberen Kokillenbereich. Hier nimmt der Strom den Weg zum Rohblock über das Schlackenbad.
  • Die GB 1 413 508 A offenbart eine Kokille, in deren Kokillenwand ein nichtverzehrbares stromleitendes Element eingebaut sowie über einen Gleichrichter so mit der Stromversorgung verbunden ist, dass sowohl die Elektrode als auch der Gießquerschnitt -- -- in Bezug auf das nichtverzehrbare Element -- ständig elektrisch negativ gepolt sind.
  • Aus DE 1 483 646 A und AT 320 884 B sind ebenfalls Varianten des Elektroschlacke-Umschmelzverfahrens bekannt. Die dort beschriebenen Verfahren mit selbstverzehrenden Elektroden ermöglichen das Herstellen von Umschmelzblöcken mit guter Oberfläche bei langsamer Blockaufbaugeschwindigkeit. Die dabei auftretenden geringen Sumpftiefen führen zu einer gleichmäßigen Erstarrung zwischen Rand und Kern und damit zu einer guten Innenqualität der umgeschmolzenen Blöcke Die Anwendung kurzer Kokillen mit absenkbaren Bodenplatten und Elektrodenwechsel erlaubt auch hier das Bilden relativ langer Stränge. Bei der Herstellung kleiner Abmessungen wird jedoch die Erzeugung der erforderlichen Abschmelzelektroden schwierig, und die Verfahrenskosten aufgrund der dann geringen Umschmelzraten werden hoch.
  • Um das Problem der Herstellbarkeit von Elektroden mit kleinen Querschnitten zu umgehen, wurde der Einsatz sog. Trichter- oder T-Kokillen vorgeschlagen; die Kokille nimmt in einem nach oben trichterförmig erweiterten Teil das Schlackenbad auf und ermöglicht so ein Abschmelzen von Elektroden, deren Querschnitt der des herzustellenden Umschmelzblockes ist.
  • Während beim Stranggießen von Formaten zwischen 100 und 200 mm -- rund oder quadrat -- selbst bei langsamem Gießen Gießleislungen von mindestens 5 bis 10 t je Stunde und Strang erforderlich sind, betragen die Abschmelzraten beim ESU-Verfahren maximal 100 - 200 kg je Stunde bei denselben Formaten. Beim Stranggießen ergeben sich damit Sumpftielen zwischen 4 m und 8 m. Die Sumpfliefen beim ESU-Verfahren messen dagegen 100 bis 300 mm.
  • Bei einer anderen Verfahrensweise wird nach AT-PS 399 463 vorgeschlagen, Stränge aus hochlegierten Stählen mit wesentlich geringeren Gießgeschwindigkeiten -- als sie beim Stranggießen üblich sind -- zu gießen, um eine verbesserte Kernzone zu erreichen bei gleichzeitiger Abdeckung des Gießspiegels durch ein elektrisch beheiztes Schlackenbad um keine Nachteile hinsichtlich der Ausbildung der Oberfläche aufgrund zu starker Abkühlung in Kauf nehmen zu müssen. Dabei wird vorausgesetzt, daß das flüssige Metall über längere Zeit mit konstanter Temperatur aus einer beheizbaren Pfanne verfügbar gemacht werden kann.
  • Bei diesem Verfahren stellt sich vielfach wieder das Problem des Warmhaltens größerer Flüssigmetallmengen über einen längeren Zeitraum. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung; wenn nur mit einem Strang gearbeitet wird. So ergeben sich beispielsweise beim Vergießen von Schmelzen mit 25 t Gesamtgewicht zu einem Strang mit z.B. 150 mm Durchmesser mit einer Gießrate von beispielsweise 2000 kg/h Gleßzeiten von 12,5 Stunden. Während dieser Zeit muß die Schmelze in einem Zwischengeläß oder einer Pfanne warmgehalten werden, was wiederum entsprechende Energieverluste und einen Verbrauch an leuerfester Ausmauerung zur Folge hat.
  • Andererseits besteht auch das Problem der Kontrolle der Gießgeschwindigkeit im Bereich von 2000 kg/h, da die hier zum Einsatz kommenden Ausgüsse mit etwa 8 mm Ausgußöffnung bei niedrigen Gießtemperaturen zum Eintrieren oder Zuschmieren neigen.
    Ein Bericht zum "3. International Symposium on Electroslag and other Special Melting Technology" vom Juni 1971 offenbart für einen 600 mm Rohblock, dass allgemein bei einer Tiefe des flüssigen Metallpools von etwa 0,5-fachem Rohblockdurchmesser gute Ergebnisse der Rohblockstruktur bezüglich der Produkteigenschaften erreicht werden, wobei Elektroden/Rohblockdurchmesser d/D-Verhältnisse von etwa 0,35 bis 0,85 mit entsprechend minimal bzw. maximal möglichen Schmelzraten von etwa 200 bis 1000 kg/hr dargestellt sind. Es wird keinerlei Ausfuhrungen zur Stromzuführung gemacht; der Strom wird wohl über die Elektrode, die Kokille oder den Rohblock zugeführt, damit das Verfahren realisiert zu werden vermag.
    Der DE 23 40 525 A1 ist eine Vorrichtung zu entnehmen, die zumindest eine Elektrode mit einer - einen erweiterten Kokillenteil aufweisenden - Kokille enthält; das Schlackenbad reicht in den erweiterten Teil der Kokille hinein, zu dem außen ein stromleitendes Element führt. An den konischen Teil schließt ein zylindrischer Auslaufteil an, der den Strangquerschnitt eines Ingots bestimmt, wobei der eine Pol der Stromversorgung über eine Anschlussklemme mit der Elektrode bzw. der andere Pol über die Anschlussklemme mit der Kokille im Bereich des erweiterten Teiles verbunden ist bzw. über eine Leitung und eine Plattform mit jenem Ingot.
  • In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, die erkannten Mängel zu beseitigen und ein verbessertes Verfahren zum Elektroschlacke-Strangschmelzen von Metallen anzubieten.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Patentansprüches; die Unteransprüche geben günstige Wieterbildungen an.
  • Erfindufigsgemäß soll die Abschmelzrate in kg/h dem 1,5 bis 30-fachen des Strangdurchmessers -- vor allem des aus dem Umfang (U) des Gießquerschnitts errechneten äquivalenten Strangdurchmessers gemäß der Beziehung Däq = U/π-- entsprechen sowie das Verhältnis der Querschnittsfläche einer oder mehrerer Abschmelzelektroden zur Querschnittsfläche des Gießquerschnitts oder des herzustellenden Stranger gleich oder größer als 1,0 gewählt werden; der Schmelzstrom wird zwischen der Elektrode einerseits sowie dem Strang mit/oder der als Trichterkokille ausgebildeten Kokille anderseits geführt sowie die Phasengrenze zwischen Schlackenbad und Mittelspiegel mittels einer Kontrolleinrichtung überwacht wobei der neu gebildete Strang im unteren, engeren Teil der Kokille gebildet wird und das über dem Gießspiegel befindliche Schlackenbad bis in den trichterförmig erweiterten Teil reicht, wo dann die Spitze der Abschmelzelektrode in diese eintaucht.
  • Versuche haben nämlich gezeigt, daß die eingangs geschilderten Nachteile der einzelnen bekannt gewordenen Verfahren in überraschend einfacher Weise vermieden bzw umgangen werden können, wenn beim an sich bekannten Elektroschlacke-Umschmelzverfahren mit erheblich höheren Abschmelzraten gearbeitet wird als bisher, wenn gleichzeitig Abschmelzelektroden mit einem im Vergleich zum Gießquerschnitt großen Querschnitt verwendet werden. Gute Ergebnisse werden bereits erzielt, wenn die Querschnittsfläche der Abschmelzelektrode/n mindestens 50 % der Querschnittsfläche des herzustellenden Stranges beträgt. Die erfindungsgemäßen Werte der erwähnten Abschmelzraten in kg/h sollen bei Rundquerschnitten mindestens das 1,5-fache -- aber nicht mehrals das 30-fache -- des Durchmessers in mm betragen. Bei vom Rundquerschnitt abweichenden Strangformen kann ohne weiteres mit jenem Wert für den äquivalenten Durchmesser Däq gearbeitet werden.
  • Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich Energieverbrauch und Qualität der Oberfläche bei gleichzeitig guter Zentrumsstruktur werden erzielt, wenn die Abschmelzrate in kg/h dem 5 bis 15-fachen des äquivalenten Durchmessers Däq in mm entspricht.
  • Dieses hier vom Prinzip her geschilderte vorteilhafte erfindungsgemäße Verfahren kann in vielfacher Weise an die Erfordernisse des Betreibers angepaßt werden.
  • So kann beispielsweise die Kokille lest in einer Arbeitsbühne eingebaut sein und der Strang nach unten abgezogen werden. Der Strang mag aber auch auf einer feststehenden Bodenplatte aufgebaut und die Kokille in der Weise angehoben werden, wie der Strang anwächst. Das Abziehen des Stranges bzw. Anheben der Kokille können kontinuierlich oder schrittweise erfolgen.
  • Ferner besteht die Möglichkeit, die Kokille oszillieren zu lassen, was insbesondere bei einem kontinuierlichen Strangabzug von Interesse sein wird.
  • Im Falle einer schrittweisen Strangabzugs- oder Kokillenhubbewegung kann zusätzlich an jeden Hübschritt unmittelbar ein Gegenhubschritt anschließen, wobei die Schrittlänge des Gegenhubschritts bis zu 60% der Schrittlänge des Abzugs-Hubschritts betragen kann.
  • Beim konventionellen Elektroschlacke-Umschmelzverfahren fließt der Schmelzstrom durch die Schlacke zwisehen Etekirodenspitze und Schmelzsumpf oder bei biphilaren oder dreiphasig angespeisten Anlagen zwischen den Elektroden. Eine derartige Stromführung ist auch beim erfindungsgemäßen Verfahren möglich.
  • Mit trichterförmigen Kokillen werden auch gute Ergebnisse mit einer Stromführung zwischen Elektrode und Kokillenwand erzielt.
  • Zu besonders guten Ergebnissen hinsichtlich der Wärmeverteilung im Schlackenbad führt bei einer mit zumindest einer Elektrode sowie einer Stromquelle zugeordnete Kokille für ein in ein oberes erweitertes Kokillenteil reichendes Schlackenbad, mit wenigstens ein stromleitendes Element im erweiterten Kokillenteil der Kokillenwand sowie einem an das Kokillenteil nach unten hin anschließenden, den Strangquerschnitt bestimmenden Auslaufteil versehenen Vorrichtung -- bei der die. Elektrode an einen Pol der Stromquelle angeschlossen ist, deren anderer Pol sowohl mit dem Strang als auch mit dem/den stromleitenden Element/en in der Kokillenwand verbunden ist --, die erfindungsgemäße Zuordnung einer Kontrolleinrichtung zu dem engeren Auslaufteil der Kokille zur laufenden Überwachung der Position der Phasengrenze zwischen dem Schlackenbad und dem Metallspiegel, wobei unterhalb, der Kontrolleinrichtung Treibrollen für den Strangabzug vorgesehen sind, die auch als Kontakte für die Stromrückleitung vom Strang zur Stromquelle ausgebildet sind.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur einen skizzenhalten Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Elektroschlacke-Strangschmelzen von Metallen mit einer seitlichen Elektrode in Wartestellung.
  • Der eine Pol einer -- entweder Wechselstrom oder Gleichstrom abgebenden -- Stromquelle 10 ist über eine Zuleitung 12 mit einer Aufhängeeinrichtung 14 einer Abschmelzelektrode 16 verbunden. Die Elekrode 16 wird durch eine in der Zeichnung nicht im einzelnen wiedergegebene Einrichtung so bewegt, daß das freie Elektrodenende 17 stets in ein Schlackenbad 18 eintaucht.
  • Das Schlackenbad 18 ist in einer Kokille 20 vorgesehen, die in ihrem querschnittlich trichterartigen Kokillenboden 22 ein rohrartiges Auslaufteil 24 für einen darin enstehenden Umschmelzstrang 26 eines Durchmessers D aufweist. Am oberen Rand ihrer Wand 28 weist die Kokille 20 einen radial auskragenden Flansch 30 auf, der als Auflager für einen Gegenflansch 32 einer gasdicht aufsetzbaren die Elektrode 16 umgebenden Haube 34 dient.
  • Die Stromzuführung zum anderen Pol der Stromquelle 10 erfolgt entweder am Strang 26 über als Stromabnehmer ausgebildete Treibrollen 36 und eine -- einen Hochstromtrenner 38 enthaltende -- Hochstromrückleitung 40 oder aber über in die Kokillenwand 28 eingebaute Stromabnehmer 42 und eine andere, daran anschließende Hochstromrückleitung 40a mit Hochstromtrenne 38a. Möglich ist auch eine Stromführung über Strang 26 und Stromabnehmer 42 gemeinsam dabei wird die Ruckleitung durch Betätigen der erwähnten Hochstromtrenner 38 bzw. 38a gewählt.
  • Der Anteil der über die Stromabnehmer 42 und die Treibrollen 36 als Kontakte fließenden Ströme -- wenn beide in den jeweiligen Hochstromrückleitungen 40, 40a vorgesehenen Hochstromtrenner 38, 38a so geschaltet sind, daß ein Stromdurchgang ermöglicht wird -- hängt vom Verhältnis der Widerstände im Schlackenbad 18 ab. Diese werden von der Höhe des Schlackenbades 18 in Bezug auf die Stromabnehmer 42 bzw. den Abstand des freien Endes 17 der Elektrode 16 vom Metallspiegel 44 in der Kokille 20 für den in deren Auslaufteil 24 erstarrenden Umschmelzstrang 26 bestimmt.
  • Der Umschmelzstrang 26 wird durch die Treibrollen 36 entsprechend dem Abschmelzen der Abschmelzelektrode 16 abgesenkt und der Spiegel 44 des flüssigen Metalls im engeren Auslaufteil 24 der Kokille 20 durch eine Kontrolleinrichtung, insbesondere eine radioaktive Strahlenquelle 46, überwacht. Gleichzeitig dienen -- wie schon beschrieben --die Treibrollen 36 auch als Kontakt für die Stromrückleitung 40 vom Strang 26 zur Stomquelle 10.
  • Ein Ablängen der gewünschten Erzeugnisabschnitte vom Umschmelzstrang 26 ist beispielsweise durch eine bei 48 angedeutete Brennschneideanlage möglich.
  • Ist die erste Abschmelzelektrode 16 verzehrt, kann diese durch - hier nicht gezeigte -- Einrichtungen aus Einrichtungen aus dem Schmelzbereich entfernt und durch eine neue Elektrode 16a ersetzt werden, die aus einer rechts skizzierte Wartestellung in Schmelzposition gelangt, so daß der Schmelzvorgang fortgesetzt zu werden vermag; durch das Abschmelzen mehrerer Elektroden 16 hintereinander wird ein kontinuierlicher Betrieb ermöglicht.
  • Die Elektrode 16 , 16a und das Schlackenbad 18 sind durch jene -- wie gesagt, mittels ihres Gegenflansches 32 gegen den Kokillenflansch 30 abgedichtete Haube 34, 34a gegen Luftzutritt geschützt.
  • In der beschriebenen Vorrichtung kann das Umschmelzen unter kontrollierter Atmosphäre sowie unter Ausschluß des Luftsauerstoffes stattfinden, womit auch die Erzeugung höchstreiner Umschmelzstränge 26 ermöglicht und ein Abbrand sauerstoffaffiner Elemente verhindert wird. Dabei sollen Abschmelzelektroden 16 eingesetzt werden, deren Querschnittsfläche im Verhältnis zum Gießquerschnitt als groß bezeichnet werden kann.
  • Bei Strangformen, dio vom Rundquerschnitt abweichen, sei ein äquivalenter Durchmesser Däq für den Umschmelzstrang 26 angenommen, der aus dem Umfang U abgeleitet werden kann mit D a ‾ q = U / π .
    Figure imgb0001
    • Beispiel:
  • Zur Erprobung der erfindungsgemäßen Technologie wurde an einer ESU-Anlage mit Hebekokille ein Versuch gefahren.
    Kokille: Trichterkokille, Durchmesser unten 160 mm, Durchmesser oben 350 mm
    Abschmelzelektrode: 220 mm Durchmesser
    Stahl: S 6-5-2
  • Nach dem Aufschmelzen von 55 kg Schlacke der Zusammensetzung 30 % CaO,30 % Al2O3 40 % CaF2 wurde der Kokillenhub so eingestellt, daß der Stahlspiegel etwa 20 bis 30 mm unterhalb des Trichteransatzes im unteren Kokillenteil mit 160 mm Durchmesser gehalten wurde.
  • Die elektrische Leistung wurde auf 750 kW bei 10 KA und 75 Volt im Schlackenbad 18 eingestellt, wobei die Energie über die Elektrode 16 in das Schlackenbad 18 eingebracht und sowohl über den Strang 26 als auch über die Kokillenwand 28 des trichterförmig erweiterten oberen Teils abgeleitet wurde.
  • Bei diesen Bendingungen stellte sich eine Abschmelzrate zwischen 820 und 900 kg/h ein. Dementsprechend wurde die Kokille 20 mit einer mitteleren Geschwindigkeit von 87 bis 95 mm/min angehoben/wobei das Heben schrittweise mit etwa 10 mm Schrittlänge erfolgte. Die Hubfrequenz wurde über eine radioaktive Gießspiegelmessung kontrolliert und gesteuert.
  • Es wurde ein Strang 26 mit etwa 3,0 m Länge erzeugt. Die Oberflächengüte war gut, so daß vor der Warmverformung keine Oberflächenbehandlung erforderlich war. Der Strang 26 wurde ohne Schwierigkeiten zu einem Knüppel mit 100 mm quadrat auf einem Schmiedehammer vorgeschmiedet.
  • Die metallographische Erprobung ergab eine gleichmäßig feinkörnige Karbidverteilung Zentrumsseigerungen wurden nicht festgestellt.

Claims (8)

  1. , Verfahren zum Umschmelzen von Metallen, insbesondere von Stählen sowie Ni- und Co-Basislegierungen, zu einem Strang (26) durch Abschmelzen zumindest einer selbstverzehrenden Elektrode (16) mit einer Abschmelzrate in kg/h in einem elektrisch leitenden Schlackenbad (18), das in einer kurzen, nach unten offenen Kokille (20), vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abschmelzrate dem 1,5-fachen bis 30-fachen des Strangdurchmessers (D, Däq) in mm entspricht sowie das Verhältnis der Querschnittsfläche einer oder mehrerer Abschmelzelektroden (16) zur Querschnittsfläche des Gießquerschnitts oder des herzustellenden Stranges (26) gleich oder größer als 1,0 gewählt wird, wobei der Schmelzstrom zwischen der Elektrode (16) einerseits sowie dem Strang (26) und/oder der der als Trichterkokille ausgebildeten Kokille (20) anderseits geführt sowie die Phasengrenze zwischen Schlackenbad und Metallspiegel (44) mittels einer Kontrolleinrichtung (46) überwacht wird, und dass der Strang im unteren, engen Teil der Trichterkokille geformt wird sowie das Schlackenbad bis in deren erweiterten oberen Teil reicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen aus dem Umfang (U) des Gießquerschnitts errechneten, vom Rundquerschnitt abweichenden äquivalenten Strangdurchmessers (Däq) gemäß der Bezeichnung Däq = U/π.
  3. Verfahren zum Umschmelzen von Metallen in einer Trichterkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschmelzrate in kg/h dem 5 bis 15-fachen des aus dem Umfang (U) des Gießquerschnitts errechneten äquivalenten Strangdurchmessers (Däq) entspricht.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gebildete Strang kontinuierlich aus der Kokille abgezogen wird, wobei gegebenenfalls der gebildete Strang feststeht und die Kokille kontinuierlich angehoben wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gebildete Strang schrittweise aus der Kokille abgezogen wird, wobei gegebenenfalls der gebildete Strang feststeht und die Kokille schrittweise angehoben wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille oszillierend bewegt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem Hubschritt unmittelbar ein Gegenhubschritt in entgegengesetzter Richtung durchgeführt sowie die Hublänge des Gegenhubschritts mit höchstens 60 % der Hublänge des vorangegangenen Hubschritts gewählt wird.
  8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der voraufgehenden Ansprüche mit zumindest einer Elektrode (16) sowie einer einer Stromquelle zugeordneten Kokille (20) für ein in ein oberes erweitertes Kokillenteil (22) reichendes Schlackenbad (18), mit wenigstens einem stromleitenden Element (42) im erweiterten Kokillenteil (22) der kokillenwand (28) sowie einem an das Kokillenteil nach unten hin anschließenden, den Strangquerschnitt bestimmenden Auslaufteil (24), wobei die Elektrode (16) an einen Pol der Stromquelle (10) angeschlossen und deren anderer Pol sowohl mit dem Strang (24) als auch mit dem/den stromleitenden Element/en (42) in der Kokillenwand (28) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem engeren Auslaufteil (24) der Kokille (20) eine Kontrolleinrichtung (46) zur laufenden Überwachung der Position der Phasengrenze zwischen dem Schlackenbad und dem Metallspiegel (44) im Auslaufteil (24) zugeordnet und unterhalb der Kontrolleinrichtung Treibrollen (36) für den Strangabzug vorgesehen sind, die auch als Kontakte für die Stromrückleitung (40) vom Strang (26) zur Stromquelle (10) ausgebildet sind.
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