DE1508893B1 - Schmelzverfahren zur Herstellung von Gussbloecken mittels Abschmelzelektroden - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft ein Schmelzverfahren zur Grobkorngefüge im Gußblock vermieden werden und

Herstellung von Gußblöcken mittels Abschmelzelek- eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

troden, wobei die unteren Enden der Abschmelzelek- anzugeben.

troden während des Abschmelzen in einer Schlacken- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geschieht gehalten werden, und einen Lichtbogen- 5 löst, daß die Abschmelzelektroden mit mehrphasigem schmelzofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Wechselstrom gespeist und während des Abschmel-Verfahrens. zens in an sich bekannter Weise nachgeführt werden. Aus der USA.-Patentschrift 2 445 670 ist ein Licht- Bei einem Lichtbogenofen zur Durchführung des bogenschmelzofen mit drei Elektroden bekannt, erfindungsgemäßen Verfahrens mit mehreren senkwovon zwei selbstverzehrende, d. h. Abschmelzelek- io recht und in Abständen voneinander angeordneten troden sind, die über Schmelzbädern angeordnet sind, Abschmelzelektroden, einer oben offenen, gekühlten, in die sie abschmelzen. Die beiden Schmelzbäder stillstehenden Kokille und einer das Schmelzbad und münden in einen Trichter ein, der in eine gekühlte, die unteren Enden der Elektroden abdeckenden oben offene Kokille einmündet. Die dritte nicht Schlackenschicht sind in vorteilhafter Weise drei abschmelzende Elektrode ist über der Einmündung 15 Elektroden mit den Phasen einer Wechselstromquelle der Schmelzbäder in den Trichter angebracht, um das verbunden, wobei die Elektroden an einer gemeinin die Kokille fließende Material vor dem Einfluß in samen an sich bekannten Elektrodenvorschubeinrichdie Kokille zu erhitzen. Die drei Elektroden werden tungen angebracht sind.

durch Gleichstrom gespeist. Beim Lichtbogenschmel- Es ist besonders vorteilhaft, wenn drei nebeneinanzen von Abschmelzelektroden mit Gleichstrom tritt 20 der in einer rechteckigen Kokille angeordnete Elekgrundsätzlich das Problem auf, daß sich Seigerungen troden, deren mittlere einen größeren Querschnitt als und Grobkorngefüge in den Gußblöcken bilden. Zur die beiden anderen Elektroden aufweist, vorgesehen Vermeidung dieser Nachteile ist bei dem bekannten sind. Diese Maßnahme dient dazu, ein schnelleres Lichtbogenschmelzöfen die außerordentlich aufwen- Abschmelzen der mittleren Elektrode im Vergleich zu dige Ausgestaltung getroffen worden, daß mittels der 25 den äußeren Elektroden zu verhindern. Wegen des mittleren Elektrode die aus den oberen Schmelz- geringeren Wärmeaustausches der mittleren Elektrode bädern in den Trichter fließende Schmelze nachgeheizt mit den Kokillen wänden im Verhältnis zu den beiden wird und daß die in der Kokille befindliche Schmelze äußeren Elektroden würde bei gleichem Querschnitt dadurch nachgeheizt wird, daß die unteren Enden des aller Elektroden diese schneller abschmelzen. Es Trichters als nicht schmelzende Elektroden ausgebil- 30 würde wiederum eine gesonderte Vorschubeinrichtung det sind. Dieser bekannte Lichtbogenschmelzofen ist für die mittlere Elektrode erfordern. Dadurch, daß daher hinsichtlich seines konstruktiven Aufbaues und die mittlere Elektrode aber einen größeren Querhinsichtlich der Betriebskosten außerordentlich auf- schnitt erhält, wird eine derartig aufwendige Maßwendig, da zusätzliche Elektroden zum Heizen des nähme vermieden.

Schmelzbades und damit zusätzliche Stromkosten er- 35 Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung

forderlich sind. Weiterhin erfordern gleichstrom- werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen erläu-

gespeiste Lichtbogenschmelzöfen zusätzlichen appa- tert. Es zeigt

rativen Aufwand durch die erforderlichen Gleichrich- F i g. 1 in Seitenansicht, teilweise geschnitten, ein

ter, da regelmäßig nur Wechselspannung zur Verfü- Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Licht-

gung steht. 40 bogenschmelzofens zur Durchführung des erfindungs-

Aus der britischen Patentschrift 872 243 ist ein gemäßen Blockgießverfahrens,

Lichtbogenschmelzverfahren bekannt, bei dem wäh- F i g. 2 schematisch und teilweise geschnitten ein

rend des Abschmelzens die Elektrode nachgeführt weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä-

wird. Dieser bekannte Lichtbogenschmelzofen wird ßen Lichtbogenschmelzofens und

ebenfalls mit Gleichstrom betrieben, so daß er hin- 45 F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in

sichtlich der Bildung von Seigerungen und Grob- F i g. 2.

korngefüge im Gußblock die gleichen Nachteile auf- Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsweist. beispiel handelt es sich um einen Dreiphasen-Licht-Aus der deutschen Auslegeschrift 1191520 ist ein bogenschmelzofen 10 mit Abschmelzelektroden mit Verfahren zum Lichtbogenschmelzen und eine Vor- 50 einem Gießform- oder Kokillenteil 11 und einem richtung zur Durchführung dieses Verfahrens be- Elektrodenantrieb 12.

leannt, bei dem die Kokille ständig gegenüber dem Der Kokillenteil 11 des Ofens besteht aus einem

Gußblock und der erstarrenden Schmelze gedreht äußeren, im wesentlichen zylindrischen Mantel 13

wird, um Seigerungen zu vermeiden. Außer dem er- mit einem zur Bildung eines Kühlmantels für die im

heblichen Aufwand für diese Maßnahme ist hierbei 55 Mantel 13 angeordnete Kokille 17 mittels Schrauben

noch von Nachteil, daß mit einer derartigen Vorrich- 16 hermetisch dicht daran befestigtem Bodenver-

tung nur kreiszylindrische Gußblöcke erschmolzen schlußteil 14; die Kokille 17 dient zur Aufnahme

werden können. eines aus dem abgeschmolzenen Metall gebildeten

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 096 560 ist be- Gußblockes 18.

leannt, gleichstromgespeiste Abschmelzelektroden zu 5o Der Mantel 13 ist mit einer Kühlmittelzufuhrleitung

Bündeln zusammenzufassen und mittels einer gemein- 20 und einer Kühlmittelabführleitung 21 versehen,

samen Elektrodenvorschubvorrichtung nachzuführen. Auf senkrechten Säulen 24 wird eine Tragplatte 22

Auch hierbei treten die genannten Nachteile im gehalten, die mit einer Öffnung 25 zur Aufnahme des

Gefüge des Gußblockes auf. oberen Endes der Kokille 17 versehen ist. Vom obe-

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe 65 ren Ende der Kokille 17 erstreckt sich ein Flansch

zugrunde, ein Schmelzverfahren der oben dargestell- 26 nach außen, der in geeigneter Weise an der Ober-

ten Art so auszugestalten, daß in besonders einfacher seite der Tragplatte 22 befestigt wird. Wenn demnach

Weise Seigerungen von Legierungsbestandteilen und während des Schmelzbetriebes die Kokille 17 ortsfest

3 4

verbleibt, so kann sie doch abgenommen werden, und geringen Abstand vom darunter befindlichen Schmelznach Ausbildung des Gußblockes 18 kann eine andere bad haben. Der durch die Leiter 57/1, STB und 57C Kokille für eine anschließende Schmelzoperation ein- zugeführte Dreiphasen-Drehstrom fließt zwischen den gesetzt werden, während der erste Gußblock 18 abge- unteren Enden der Elektroden 30 A bzw. 3Oi? bzw. kühlt und aus der zugeordneten Kokille 17 entfernt 5 30 C und durch die Schlackendecke 58 hindurch. Die wird. hierbei entwickelte Wärme bewirkt ein Schmelzen des

Der Elektrodenantrieb 12 hält drei Elektroden Metalls am unteren Ende der Elektroden, und das auf 30^4, 3OB und 3OC in der Kokille 17 und regelt die diese Weise geschmolzene Metall wird im Schmelz-Lage der zugeordneten unteren Elektrodenenden in krater 31 aufgefangen, um in diesem fortlaufend bezug auf das am oberen Ende des Gußblockes 18 io durch das durch die Leitungen 20 und 21 fließende · ausgebildeten Schmelzbad 31. Diese drei Elektroden Kühlmittel gekühlt zu werden, sind auf einer gemeinsamen Querschiene 33 angeord- Beim Abschmelzen der Elektroden und dem Durchnet, die wiederum am unteren Ende eines hohlen wandern von Metallteilchen durch die Schlackendecke Elektrodenstößels 34 gehalten wird. gelangen verschiedene Verunreinigungen der Elektro-

Der Elektrodenantrieb 12 ruht oberhalb der Trag- 15 den in die Schlacke; außerdem verhütet die Schlackenplatte 22 auf mehreren senkrechten Stützen 36, die decke 58 eine Verunreinigung des Schmelzbades 31 mit ihren unteren Enden auf der Tragplatte 22 be- durch die Atmosphäre und verhindert eine Wärmefestigt sind und deren obere Enden eine Kopfplatte abgabe bzw. Wärmeverluste aus dem Schmelzbad 31 37 tragen. Außerdem ist am oberen Ende des hohlen in die Atmosphäre durch das Oberteil der Kokille 17 Elektrodenstößels 34 eine untere Platte 38 befestigt, 20 hindurch. Während die Elektroden 3OA, 3OB und und senkrecht über dieser ist eine obere Platte 40 30 C abschmelzen, läuft der Motor 46 und bewegt die angeordnet. In einer Öffnung 42 in dieser oberen Querschiene 33 langsam nach unten, so daß der ge-Platte 40 ist koaxial zum Elektrodenstößel 34 eine wünschte Abstand zwischen den unteren Enden der Mutter 41 befestigt. Auf jeder dieser senkrechten Elektroden im Schmelzbad 31 aufrechterhalten wird. Stützen 36 ist gleitbar ein Rohrteil 44 angeordnet, 25 Geeignete Steuereinrichtungen für den Motor 46 sind deren jedes mit seinem unteren zugeordneten Ende an bekannt und werden hier, da sie nicht zur Erfindung der unteren Platte 38 und dem zugeordneten oberen gehören, nicht weiter beschrieben. Ende mit der oberen Platte 40 befestigt ist, so daß die Es hat sich gezeigt, daß die Größe des Gußblockes

beiden Platten 38 und 40 derart miteinander gekup- in einem Lichtbogenschmelzofen mit Abschmelzelekpelt sind, daß sie senkrecht auf den Stützen 36 gleiten 30 trode, der mit Gleichstrom betrieben wird, bei Metalkönnen. len, die zum Seigern neigen, auf ungefähr 50 cm

Außerdem enthält der Elektrodenantrieb 12 einen Durchmesser begrenzt ist. Das Auftreten der Seigerung in geeigneter Weise oberhalb der Kopfplatte 37 ange- von Legierungsbestandteilen scheint in direkter Beordneten Motor 46 und eine Schraubenspindel 47 ziehung zur Tiefe des Schmelzbades 31 zu stehen, die zum Antrieb, die mit ihrem Gewinde mit der fest- 35 wiederum erheblich beeinflußt wird von der Schmelzstehenden Mutter 41 in der oberen Platte 40 zusam- badtemperatur und von dem Betrag des Wärmeübermenarbeitet und sich senkrecht nach unten durch ganges zwischen dem Gußblock-Kern und der Kokil-Öffnungen 48 und 50 in den Platten 37 bzw. 38 hin- lenwand. Da die Erstarrungszunahme in Millimeter durch in den hohlen Innenraum des Elektrodenstö- eine Funktion der Quadratwurzel der Erstarrungszeit ßels 34 hineinerstreckt. Die Abtriebswelle 52 des Mo- 40 in Minuten ist, wird durch eine Durchmesserzunahme tors 46 weiSt ein Ritzel 51 auf, das mit einem Zahnrad des Gußblockes ein Anwachsen der Erstarrungszeit 54 auf dem oberen Ende der Antriebsspindel 47 verursacht, was zur Erzeugung eines tieferen metallizusammenarbeitet und drehbar in einem in der Öff- sehen Schmelzbades 31 führt, wodurch wiederum eine nung 48 der Kopfplatte 37 angeordneten geeigneten Herabsetzung der Abschmelzgeschwindigkeit bzw. Lager 55 montiert ist. 45 -menge erforderlich wird. Außerdem bewirken die

Den Elektroden 30A, 3OB und 3OC wird durch ziemlich starken Gleichströme die Ausbildung eines zugeordnete Leiter 59 A bzw. 59 B bzw. 59 C Drei- übermäßig erhitzten Bereiches, des sogenannten phasen-Drehstrom zugeführt. Es ist selbstverständlich, »Anodenflecks«, innerhalb des Schmelzbades 31 undaß in der Querschiene 33 die oberen Enden der terhalb der Elektrode; auch dies trägt zur Vertiefung Elektroden 30 A, 3OB und 3OC in geeigneter Weise 50 des Schmelzbades bei, und eine solche Vertiefung erisoliert werden. höht die Gefahr der Ausbildung unerwünschter Seige-

Die zugeordneten unteren Enden der Elektroden rungsbilder.

3OA, 3OB und30C werden von einer Schlackendecke Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und

58 bedeckt, ebenso wie das Schmelzbad 31 am oberen beim Betrieb des erfindungsgemäßen Lichtbogen-Ende des Gußblockes 18. Die Schlackendecke 58 55 Schmelzofens zur Durchführung dieses Verfahrens in weist dieselbe wohlbekannte Zusammensetzung auf den Elektroden 30^4, 30 B und 3OC der dreiphasige wie die, die in einem Einphasen-Lichtbogenschmelz- Wechselstrom alterniert, können sich solche verhältofen verwendet wird. nismäßig heißen Anodenflecke im Schmelzbad unter-

Jede der Elektroden 3OA, 3OB und 3OC besteht halb der einzelnen Elektroden nicht ausbilden, wie aus einem erschmolzenen Gußblock, der im wesent- 60 dies in der oben beschriebenen Weise bei einphasigen liehen die metallischen Legierungsbestandteile ent- Gleichstromofen der Fall ist; dadurch kann ein hält, wie sie in dem im Ofen herzustellenden Guß- flacherer Krater mit geschmolzenem Metall (Schmelzblock enthalten sein sollen, der aber infolge seines bad 31) erzeugt werden, was fortschreitendes, gleich-Gefüges und seiner unerwünschten Einschlüsse nicht mäßiges Erstarren fördert, und der so erzeugte Gußdie für das Endprodukt verlangte Qualität aufweist. 65 block weist daher das erwünschte Korngefüge und

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, bedeckt die Schlak- die gewünschten Oberflächeneigenschaften auf und kendecke 58 das Schmelzbad 36 und die unteren ist im wesentlichen frei von Seigerung. Außerdem ist Enden der Elektroden 30A₁ 30 B und 3OC, die einen infolge der Verwendung von drei Elektroden die

Wärme im Gußblock weniger konzentriert, wodurch ebenfalls trotz größerer Schmelzgesehwindigkeit ein flacherer Schmelzkrater 31 ausgebildet werden kann, d. h. größere Gußblöcke hergestellt werden können.

Bei bekannten Gleichstromlichtbogenschmelzöfen mit Abschmelzelektroden, bei denen mit Schlacke gearbeitet wird, hat sich ferner herausgestellt, daß magnetische Streufelder im Schmelzbad einen einseitig gerichteten Rühreffekt bewirken, der die Gefahr der Ausbildung unerwünschten Korngefüges mit sich bringt. Bei dem Mehrphasenlichtbogenschmelzofen gemäß der Erfindung ist aber, infolge der Verwendung von drei in den Elektroden 30.4, 30 B und 3OC alternierenden Stromphasen, die Verwendung einer rotierenden Kokille oder elektromagnetischer Rührspulen zur Aufhebung dieses unerwünschten einseitig gerichteten Rühreffektes nicht erforderlich.

In den Fig. 2 und 3 ist ein etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtbogenschmelzofens dargestellt, der vorzugsweise zum ao Erschmelzen von langen Rohbrammen mit rechteckigem Querschnitt dient und der darüber hinaus für kontinuierlichen Betrieb geeignet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kokille 60 als doppelwandiges, an beiden Enden offenes Element ausgebildet, das, wie aus der Aufsicht in Fig. 3 ersichtlich, im wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat. Dieser Kokille 60 wird Kühlmittel durch die Zuführleitung 62 zu- und durch die Abführleitung 63 aus dieser abgeführt. Die Kokille 60 ist an ihrem unteren Ende zu Beginn der Arbeit mittels einer abziehbaren Kokillenkappe 65 mit einem Stößel verschlossen. Jede der Elektroden 66A, 665, 66C weist im allgemeinen rechteckigen Querschnitt auf, und diese Elektroden sind an einer gemeinsamen Querschiene 68 senkrecht in einer Reihe aufgehängt.

Zu Beginn der Arbeit schließt die mit einem Stößel versehene Kokillenkappe 65 das untere Ende der Kokille 60 ab, anschließend werden die Elektroden 66 A, 66B, 66C nahe an diese Kappe heran- bzw. herabgeführt, worauf die Kappe 65 mit einer Schlackendecke 70 bedeckt wird. Dann werden die Elektroden 66.4, 66B, 66 C über zugeordnete Leiter 71^4 bzw. 71B bzw. 71C mit Drehstrom gespeist, so daß innerhalb der Kokille 60 ein Schmelzbad (Schmelzkrater) 72 sich dann auszubilden beginnt, wenn die durch den durchfließenden Wechselstrom erzeugte Wärme ein Abschmelzen der unteren Enden der Elektroden verursacht. Wenn der Gußblock 74 zu erstarren beginnt, wird die mit einem Stößel versehene Kokillenkappe 65 vom unteren Ende der Kokille etwas abgezogen, um auf diese Weise eine längliche Rohbramme zu erzeugen, deren Querschnitt gleich der inneren Querschnittsfläche der Kokille 60 ist. Wenn die ersten Elektrodenstücke abgeschmolzen sind, werden an deren oberen Enden in irgendeiner geeigneter Weise, z. B. durch Schweißen, neue Elektrodenabschnitte befestigt, um auf diese Weise einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen. Nach Befestigung dieser neuen Elektrodenabschnitte wird die gemeinsame Querschiene 68 in an sich bekannter Weise nach oben in eine neue Stellung am oberen Ende der neuen Elektrodenabschnitte angehoben.

Besonders vorteilhaft ist es, wie in F i g. 3 dargestellt, der mittleren der drei Elektroden 66 A, 66 B, C einen im wesentlichen doppelt so großen Querschnitt zu geben als den beiden äußeren Elektroden 66^4 und 66 C. Wegen der unausgeglichenen, ungleichmäßigen elektrischen Verhältnisse in den Elektroden, die durch gegenseitige Induktion zwischen diesen Elektroden verursacht werden, sowie wegen dem unausgeglichenen Wärmeaustausch zwischen den Elektroden selbst einerseits und zwischen den Elektroden und den Wänden der Kokille 60 andererseits, ist diese Maßnahme besonders vorteilhaft. Hätte nämlich die mittlere Elektrode 665 denselben Querschnitt wie die beiden anderen Elektroden, würde diese nicht nur mehr Strahlungswärme aufnehmen als die äußeren Elektroden 66 A und 66C, sondern diese würde auch einer kleineren gekühlten Kokillenwandfläche gegenüberstehen. Hinzu kommt, daß bei diesem Ausführungsbeispiel veränderliche Drosseln 75 A, ISB, 75 C in Reihe zu den Leitungen 71/4 bzw. 71B bzw. 71C geschaltet sind, um die durch die in der vorgesehenen Weise ausgerichteten Elektroden verursachte unausgeglichene Gegeninduktivität aufzuheben; dies zusammen mit dem Ausgleich des Wärmeübergangs durch Vergrößerung der Oberfläche der mittleren Elektrode 66.B erlaubt eine derartige Abgleichung des Abschmelzens der Elektroden, daß die Elektroden 66^4, 665, 66 C gleichzeitig mittels der gemeinsamen Querschiene 68 nachgeführt werden können.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines Mehrphasenlichtbogenschmelzofens nach Fig. 2 und 3 ist es möglich, Rohbrammen sowohl· in länglicher Form als auch mit rechteckigem Querschnitt herzustellen, was mit Gleichstromlichtbogenschmelzöfen nicht möglich ist, da bei diesen Rotation der Gießform bzw. der Kokille erforderlich ist.

Mit 76 sind in F i g. 2 schematisch an sich bekannte Schermittel angedeutet, die dazu dienen, die Rohbramme 74 abzuschneiden, wenn sie die gewünschte Länge erreicht hat. Wegen der guten Oberflächenqualitäten der in dem erfindungsgemäßen mit Schlacken arbeitendem Schmelzofen erzeugten Rohbrammen kann diese Rohbramme 74 unmittelbar gewalzt werden, ohne daß vorher eine Oberflächen-Konditionierung und Zwischenerwärmung erforderlich wäre, wie dies bei Rohbrammen der Fall ist, die nach den bisher bekannten Verfahren und mit den bekannten Vorrichtungen hierfür hergestellt werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schmelzverfahren zur Herstellung von Gußblöcken mittels Abschmelzelektroden, wobei die unteren Enden der Abschmelzelektroden während des Abschmelzens in einer Schlackenschicht gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschmelzelektroden ausschließlich mit mehrphasigem Wechselstrom gespeist und während des Abschmelzens in an sich bekannter Weise nachgeführt werden.

2. Schmelzverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gußblock fortlaufend nach unten abgezogen wird.

3. Lichtbogenschmelzofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 mit mehreren senkrecht und in Abständen voneinander angeordneten Abschmelzelektroden, einer oben offenen, gekühlten stillstehenden Kokille und einer das Schmelzbad und die unteren Enden der Elektroden abdeckenden Schlackenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß drei Elektroden mit den Phasen einer Wechselstromquelle verbunden

sind und daß die Elektroden an einer gemeinsamen an sich bekannten Elektrodenvorschubeinrichtung angebracht sind.

4. Lichtbogenschmelzofen nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch drei nebeneinander in einer rechteckigen Kokille angeordnete Elektroden,

deren mittlere einen größeren Querschnitt aufweist als die beiden anderen Elektroden.

5. Lichtbogenschmelzofen nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen abwärts bewegbaren Kokillenboden zum Abziehen des Gußblockes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COPY

009 514/29