DE2339979B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Metallgegenstandes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallgegenstandes, insbesondere eines Rohrstranges, bei welchem aus einem bestimmten metallischen Werkstoff bestehende Abbrandelektroden kontinuierlich mit vorbestiinmter Geschwindigkeit in ein Schlackebad eingeführt werden, das in einer wassergekühlten Melall-Gießform gehalten wird, welche einen Formraum mit der gleichen Querschnittsform wie derjenigen des herzustellenden Metallkörper festlegt, mi wobei die in der wassergekühlten Gießform kontinuierlich durch ein Elektroschlacke-Umschmelzen der Abbrandelektroden gebildete Metallschmelze forllaufend in der Gießform zum Erstarren gebracht und der erstarrte Metallkörper kontinuierlich mit vorbestimm- "'· ter Geschwindigkeit aus der Gießform abgezogen wird, und wobei das Schlackebad und die in der wassergekühlten Mciall-Gicßform befindliche Metallschmelze zusätzlich durch Dauerelektroderi erhitzt werden, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung.

Bei einer aus der GB-PS 12 30 183 bekannten Anordnung werden Hilfselektroden vertikal gerichtet in das Schlackebad eingetaucht, wobei diese Hilfselektroden mit einer Gleichstromquelle verbunden sind, damit der bmschmelzvorgang mittels der wechselstromgeschweißten Umschmelzelektroden im Hinblick auf metallurgische Reaktionen unterstützt wird, was durch die gleichstrombedingte Schmelzelektrolyse erreicht wird, um einen Metallkörper zufriedenstellender Qualität erhalten zu können. Nach der GB-PS 12 51 660 haben die Hilfselektroden eine etwas andere Aufgabe, und zwar sollen sie hier die Schmelze flüssig sowie die lokale Temperatur aufrechterhalten, was in diesem Zusammenhang wegen der besonderen Ausbildung der Umschmelzelektroden, die aus einer in einem Metallrohr verdichteten Metallpulvermischung gebildet sind, notwendig wird. Dieser bekannte Stand der Technik bezieht sich auf das Abgießen von Voürnateriaisträngen, die nur von ihrer Außenseite her, z. B. über Kühleinrichtungen an der Kokille, abgekühlt werden können, so daß sich die Herstellungsgeschwindigkeit derartiger Metallstränge sehr stark nach dem Umfang der möglichen Abkühlung richtet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der vorteilhaften Kühlmöglichkeit für Metallgießformen für Rohrstränge an dem stark gekühlten Bereich der Umgebung des Schmelzbades eine definierte zusätzliche Wärmemengenzufuhr zu schaffen, damit das Schlackebad vor allem im Umschmelzabschnitt auf einer gleichförmigen erhöhten Temperatur gehalten wird, wobei diese zusätzliche Wärmemengenzufuhr derart ausgestaltet ist, daß Maßnahmen zur Erhöhung der Produktionssteigerung des Umschmelzvorgangs zum Einsatz kommen können.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkrrale de*. Patentanspruchs 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt eine Verwendung von Abbrandelektroden zu, die eine größere Querschnittsfläche besitzen als derjenige des herzustellenden Metallkörpers, wodurch die Produktionsgeschwindigkeit erheblich gesteigert werden kann, und gestattet gerade beim Einsatz derartiger Abbrandelektroden eine Schmelzbaderwärmung über die nicht abbrennenden bzw. Dauerclcktrodcn, in dem ihre in das Schlackebad eingetauchten Endbereiche in unmittelbarer Nähe der Metallschmelze geführt werden. Erfindungsgemäß läßt sich auf dem bei der Herstellung von Rohrsträngen nach dem Elektroschlaekc-Umschmelzverfahren sehr begrenzt zur Verfügung stehenden Schmelzbereich eine sehr konzentrierte Zufuhr der benötigten Wärmemenge erreichen, wodurch die Gleichförmigkeit des abgegossenen Rohrstranges entscheidend verbessert wird. Bei dem erfindungsgemaüen Verfahren, das insbesondere zur Herstellung von Rohrstrangen geeignet ist, komml eine McUillgicßform zum Einsatz, die einerseits aus einer die Außenform bildenden, gekühlten Kokille und andererseits aus einem ebenfalls gekühlten Kern gebildet wird. Bei dieser grundsätzlich unterschiedlichen Formausbiklung läßt sich auch eine wesentlich intensivere Kühlung des abzuziehenden Rohrstranges vornehmen, da nämlich sowohl die Kokille als auch tier Dorn gekühlt werden können, womit die eigentliche Metallschmelze einen wärmernäßig sehr begrenzten Bereich umfassen kann. Durch die Verwendung der Datieieleklroden als

zusätzliche Wärmequellen können eine oder mehrere Abbrandeleklroden, deren Gesamlquerschniti denjenigen des herzustellenden Metallgegenstands übersteigt, mit hoher Geschwindigkeit nach dem Elektroschlakkeumschmelz-Verfahren abgeschmolzen werden, wobei die Abziehgeschwindigkeit des Metallkörpers bzw. die Strangerzeugungsgeschwindigkeit entsprechend erhöht werden kann. Ebenso kann auch die Abkühlgeschwindigkeit der Metallschmelze erhöht werden, so daß das dendritische Gefüge des Metallkörpers nicht so stark anwächst wie bei den nach den bisherigen Verfahren hergestellten Metailgegenständen und zu dem die Korngröße vergleichweise fein ist. Aus diesem Grund besitzt der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Metallgegenstand erheblich verbesserte Qualität. Zur Herstellung eines bestimmten Gegenstandes bzw. Strangs erübrigt sich die Anfertigung von Abbrandelektroden spezieller Abmessungen, auch wenn die Wanddicke des Gegenstands gering ist. Da die Temperatur des Schlackebads hoch ist und in ihm auch cine tiU3Γι,!Clιν,ΐΐιιν« i\unrv,r\iiuii uti ο\_ΐιιαν,Λ*- jiuiuihiji,!, können Verunreinigungen zufriedenste'.end entfernt werden, während gleichzeitig auch ein genügender Schmelzzustand der Metallschmelze gewährleistet bleibt. Da darüber hinaus die im Schlackebad enthaltene geschmolzene Schlacke durch die wassergekühlte Gießform abgekühlt wird, so daß sie die Innen- und Außenfläche des Metallkörpers in Form eines dünnen Films abschirmt, werden das Oberflächenaussehen des Strangs und seine Maßgenauigkeit verbessert. Das Volumen des Schlackebads kann vergrößert werden, so daß das Elektroschlacke-Umschmelzen stabil erfolgt und der Herstellungsvorgang gleichmäßig durchgeführt werden kann.

Die Vorrichtung nach Anspruch 2 ist für die gleichmäßigere Erwärmung des Schlackebads und der Metallschmelze durch die Dauercleklroden vorteilhaft. Die Vorrichtung gemäß der Ausführungsform nach Patentanspruch 3 ist insofern vorteilhaft, als mit ihr ein hoher Reinheitsgrad der Metallschmelze aufrechterhalten und die Temperatur der Schmelze auf einem höheren Wert gehalten werden k.<nn, weil die Abkühlwirkung der Gießform auf die Metallschmelze durch die Taschen-Nuten gebildet wird.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhano einer Vorrichtung Ziir Herstellung eines rohrförmigen Mctallgegenstands näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch eine Aiisführungsform einer Verrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. I, bei welcher mehrere Paare von Abbrandelektroden nebeneinander angeordnet sind und

I-i g. J einen lotrechten Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemiißen Verfahrens.

In Fig. I sind Abbrandclektroden 1 aus einem bestimmten metallischen Werkstoff dargestellt, deren Dicke ι erheblich größer ist als die Wanddicke reines herzustellenden rohrförmigen Metallkörpers M. Mehrere dieser Abbrandelektroden 1, bei der dargestellten Vorrichtung insgesamt 16 Elektroden, sind gemäß F i g. 2 umfangmäßig nebeneinander in einer dem Querschnitt des rohrförmigen Metallkörpers M entsprechenden Form angeordnet und v/erden mit Hilfe einer nicht darges eilten Vorschubeinrichtung mit vorbeslimmtcr Geschwindigkeit kontinuierlich abwärts bewegt. Eine ringförmige, wassergekühlte Metall-(j:cüform 2 besteht aus einer wassergekühlten Außenform 2u und einer ebenfalls wassergekühlten Innenform 2b, die konzentrisch angeordnet sind und zwischen sich einen ringförmigen Formraum bilden, der aus einem Oberteil, einem parallelwandigen Mittelteil und einem Unterteil besteht. Der parallelwandige Mittelteil des Formraums besitzt einen dem rohrförmigen Metallkörper M entsprechenden Querschnitt und eine dessen Wanddikke Tentsprechende Weite. Der Oberteil des Formraums ist in Aufwärtsrichtung erweitert und an dem in den Mittelteil übergehenden Abschnitt mit einer Stufe versehen, wobei der über der Stufe befindliche Abschnitt des Oberteils einen ein Schlackebad aufnehmenden Bereich 3 bildet, während sein unterhalb der Stufe befindlicher Abschnitt einen Teil zur Aufnahme einer Metallschmelzenlache 4 bildet. Die Abbrandelektroden 1 sind jeweils so angeordnet, daß sie mit ihren unteren Enden in den Mittelbereich eines in den Bereich 3 eingefüllten Schlackebads Seir..etaucht sind. Weiter-

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Hill 311IU IIICIII auUlLIIIIClEUL Lf/.W. 1 I au Cl C IC IM I WUCI 1 J vorgesehen, die neben den Abbrandelektroden 1 an einer Seite oder an beiden Seiten derselben angeordnet und mit ihren unteren Enden tief in das im bereich 3 befindliche Schlackebad S eingetaucht sind. Diese Dauerelektroden 5 dienen zur Erhitzung des Schlackebads S und der in der Lache 4 befindlichen Metallschmelze zur Verhinderung einer Abkühlung derselben und zur Aufhebung der durch die wassergekühlte Gießform 2 auf die Metallschmelze ausgeübten Kühlwirkung. Die unteren Enden dieser Dauerelektroden befinden sich dabei dicht an der MetallschmelzenlaBei dieser Vorrichtung kann die Anordnung so getroffen sein, daß jede Dauerelektrode 5 entweder für sich oder in Verbindung mit ihrer zugeordneten Abbrandelektrode 1 eine umfangsinäßige, etwa waagerechte Bewegung oder eine Schwir.gbeu. igung im Schlackebad S durchführt. Ein Anfahrkopf 6 ist an einer unter der wassergekühlten Metallgießform 2 angeordneten Strang-Abzieheinrichtung 7 befestigt und derart ausgebildet, daß sein oberer Endabschnitt in den parallelwandigen Mittelteil des Formraums der Gießform 2 hinein bewegbar ist. wobei seine obere

-ti Stirnfläche das offene obere Enue des Mittelteils verschließt. Die Strang-Abzieheinnchtung 7 wird durch eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung mit vorbestimmler Geschwindigkeit aufwärts und abwärts verlagert. Weiterhin sind eine mit jeder Abbrandelektrode 1

Vi und dem Anfahrkopf 6 verbundene Stromquelle 8 und eine mit jeder Dauerelektrode 5 und dem Anfahrkopf f> verbundene Stromquelle 9 vorgesehen. Bei 10 ist zudem ein sich an Innen- und Außenflächen des rohrförmigen Metallkörpers bzw. Strangs Λ/ bildender Schlackefilm

Γι gezeigt.

Im Betrieb der Vorrichtung wird Jie Abzicheinrchtung 7 zunächst hochgefahren, um den Anfahrkopf 6 in den parallelwandigen Mittelteil des f onnraiims der Gießform 2 veil unten her einzuführen und dabei das offene obere Ende dieses Mittelteils mit der oberen Stirnfläche des Anfahrkopfcs 6 zu verschließen. Hierauf werden die Abbrandelektroden I abwärts verlagert, um ihre unteren finden in den Oberteil des Formraums einzubringen, worauf eine getrennt vorbereitete Schlakkenschmelze in ilen das Schlackebad aufnehmenden Bereich 3 eingeschüttet wird, um das Schluckebad S auszubilden. Dabei ist der untere Enduhschniit leder Abbrandelektrode I in das Schlackebad Si nt_'eiaiK hl.

wobei mich die unteren Luden der Dauerelektroden 5 lief in diis .Schlackebad S hineinreichen, da sie vorher lief in den Oberteil des Lormraums eingeführt wurden. Sodann wird clic Stromquelle 8 eingeschaltet, so daß ein Strom über den Anfahrkopf β und jede Ahbrandelektro de I ungelegt wird, worauf die Abbrandclcktrodcn 1 mn '. orbcstimmter Geschwindigkeit abwärts verfahren werden. Die Abbrandelektrodcn 1 werden dabei von ihren unteren Luden her nach dem Hlektroschlacke-Umschmelzverfahren abgeschmol/en, wobei die ernstehenden I ropfeii I;/des geschmolzenen Metalls fortlau fenil in das Schlackebad .S' hineinfallen und sich unter liildung der Mctallschmeizenlache 4 in dem Metall schmclzcn-Auffangtci! des Oberteils des f ormraums ansammeln. Praktisch gleichzeitig wird die Stromquelle 4 eingeschaltet, so daß ein Strom von den ein/einen Daiiereleklroden 5 durch das Schlackebad .V zur Metallschmelze «(geleitet und dadurch das Schlackebad und die Metallschmelze durch die Dauerelektrodcn erhitzt werden. Die Metallschmelze in ist bestrebt, sich unter der Kühlwirkung der wassergekühlten Gießform 2 schnell abzukühlen, doch werden die Metallschmelze in und das Schlackebad S auf die beschriebene Weise durch die Dauerelektrodcn 5 auf der erforderlichen Temperatur gehallen. Folglich wird die Abkühlge schwindigkeit der Metallschmelze m herabgesetzt, so daß diese in der Lache 4 in geschmolzenem Zustand \ erbleibt, ohne eine Abkühlung und Lrstarrung von dem mit der Gießform 2 in Berührung stehenden Teil her /u erfahren, so daß sich der untere Teil der Schmelze mit der oberer' Stirnfläche des Anfahrkopfes 6 verbindet. Wenn danach die Strang-Abz.ieheinrichtung 7 mit \orbestimmter Geschwindigkeit abwärts verfahren wird, verlagert sich die Metallschmelze m mit der gleichen Geschwindigkeit durch den parallelwandigcri I eil des I ormraums hindurch, wobei sie von innen und außen her durch die wassergekühlte Metall-Gießform 2 ,ibgekuhlt wird und fortlaufend erstarrt. Auf diese Weise wird ein erstarrter Metallstrang mit der vorbestimmten Duke / bzw. ein gewünschter rohrförmiger Mctallkorper A/ gebildet. Der Metallkörper Λ/wird dabei durch die Abzieheinrichtung 7 mit der vorbestimmten Geschwindigkeit fortlaufend aus der Gießform 2 abgezogen. Da die Dicke t der Abbrandclektroden I erheblich größer ist als die Weite 7"des parallclwandigen Mittelteils des IOrmraums. werden die Metallschmelzen-Tropfen \n mit höherer Geschwindigkeit gebildet, so daß sich pro Zeiteinheit eine größere Menge der Metallschmelze m in der Lache 4 ansammelt. Wie erwähn:, befindet sich dabei die Metallschmelze m infolge der i.rhilzung durch die Dauerelektroden 5 jedoch in einem fließfähigen Zustand, so daß sie sich bei der Abwärtsbewegung des Anfahrkopfes 6 gleichmäßig abwärts in dem parallelwandigcn Mittelteil lies Form raums verlagert. Außerdem ist die pro Zeiteinheil erzeugte Menge an Metallschmelze in so groß, daß die Abziehgeschwindigkeit des Strangs durch die Abzieh ■Ί einrichtung 7 erhöht werden kann. Zudem kann auch eine ausreichende Abkühlung des Metallkörper M erreicht werden, weil der I ormraiim Mittelteil eine große lotrechte Menge besitzt.

Die Dauerelektroden S werden als zusätzliche

Ki Uehcizungsquellen benutzt, und ihre u leren Luden können bis dicht an die Metallschn· Izcnlache 4 herangebracht werden. Dadurch wird d.e temperatur der Metallschmelze in in der Lache 4 erhöht, wählend gleichzeitig eine ausreichende Konvektion im Schlak

r> kenbad .V auftritt, so daß dann eine gleichmäßige lempcralurverieilung gewährleistet wird. Der untere Abschnitt des .Schlackenbades besitz! hohe temperatur und gute elektrische Leitfähigkeit, so daß die Abbrand elektroden I lief in das Schlackebad S eingelulirl

2Ii werden können und ohne weiteres ein ausreichend hoher elektrischer Strom über die betreffenden Abbrandclektroden 1 und gleichzeitig auch über die Abbrandelektroden und die Metallschmelze in geleiki werden kann. Die tiefe des Schlackebads V kann

?·-> außerdem so groß gehallen werden, daß pulverformiges Hußmittel zugesetzt werden kann, ohne die Temperatur des Schlackehads S zu senken oder seine Fließfähigkeit /v beeinträchtigen, so daß ein stabiles Llcktroschlaeke Umschmelzen erreicht werden kann. Da die Metall

κι schmelzentropfen ausreichender Menge der .Schmelzenlache 4 zuführbar sind, kann die Abziehgeschw indigkeil der Abzieheinrichtung 7 merklich erhöht werden, wobei die Tiefe der Schmelzenlache in keinem I all übermäßig groß wird. Die abgezogene Schmelze ist

)-, daher durch die wassergekühlte Gießform ausreichend abgekühlt und erstarrt, so daß sie den gewünschten Metallkörper bildet, wobei keine Gefahr besteht, daß die Schmelze in geschmolzenem Zustand aus der Gießform austritt. Das Schlackebad .S" besitzt eine

JH gleichmäßige Temperaturverteilung und hohe Temperatur, und die Schlacke ist frei fließfähig. Infolgedessen sind die zwischen der wassergekühlten Gießform 2 und der Metallschmelze in an dem herzustellenden Metallkörper gebildeten Schlackcnfilmc 10 sehr dünn und

Ji haften daher gleichmäßig an Innen- und Außenflächen des Rohrkörpers Λ/, so daß die Oberflächen ein gutes Aussehen besitzen und die Maßhaltigkeit des hergestellten rohrförmigen Metalikörpers A-/vcrbcsscrt wird. In F-" i g. 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei welcher

-." in der Außenform 2a und in der Innenform ">.b der wassergekühlten Metall-Gießform 2 taschenartige Nulen ti zum Auffangen von nicht auf der Schlacke schwimmfähigen Verunreinigungen ausgebildet sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnuncen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Metallgegenstatides, insbesondere eines Rohrstranges, bei welchem aus einem bestimmten metallischen Werkstoff bestehende Abbrandelektroden kontinuierlich mit vorbestimmter Geschwindigkeit in ein Schlackebad eingeführt werden, das in einer wassergekühlten Metall-Gießform gehalten wird, welche einen Formraum mit der gleichen Querschnittsform wie derjenigen des herzustellenden Metallkörpers festlegt, wobei in der wassergekühlten Gießform kontinuierlich durch Elektroschlacke-Umschmelzen der Abbrandelektroden gebildete Metallschmelze fortlaufend in der Gießform zum Erstarren gebracht ;5 und der erstarrte Metallkörper kontinuierlich mit vorbestimmter Geschwindigkeit aus der Gießform abgezogen wird, und wobei das Schlackebad und die in der wassergekühlten Metall-Gießform befindliche Metallschmelze zusätzlich durch Dauerelektroden erhitzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbrandelektroden mit einer größeren Querschnittsfläche als die Querschnittsfläche des herzustellenden Metallkörpers verwendet werden und daß die Dauerelektroden derart bezüglich der Abbrandelektroden ausgerichtet werden, daß ihre in das Schlackebad eingetauchten Endbereiche nahe bei der Metallschmelze am Bodenbereich des Schlackebades liegen.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens » nach A: Spruch 1, mit einer aus Außen- und Innenform bestehenden Metall-Gießform, bei der neben den in das Schlackebad eingeführten Abbrandelektroden zusätzlich Dauerelcklroden zur Erhitzung des Schlackebaoes sowie der Metallschmelze vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dauerelektrode (5) für sich oder in Verbindung mit ihrer zugeordneten Abbrandelektrode (I) eine in Umfangsrichtung verlaufende, etwa waagerechte Bewegung oder eine Schwingbewegung im Schlackebad ^durchführt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Außenform (2a) und in der Innenform (2b) der wassergekühlten Metall-Gieß form (2) taschenartige Nuten (11) zum Auffangen von nicht auf der Schlacke schwimmfähigen Verunreinigungen ausgebildet sind.