EP0080994B1 - Apparatus for electroslag remelting of alloys, especially of steels - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device for electroslag remelting alloys, in particular steel.
- the electrode immersed therein is melted by resistance heating a slag arranged in a mold.
- a block builds up continuously on the base plate arranged below the mold.
- This process can be used to obtain particularly high-quality steels from a metallurgical point of view, since the cleaning effect of the slag is particularly great for the slowly dripping melt.
- the melt which solidifies can thus have a particularly high degree of purity, as a result of which segregations and impurities can be avoided.
- Another prerequisite for a particularly homogeneous block is a specifically targeted solidification of the molten metal. This targeted, uniform solidification of the melt is not only due to a uniformly cooled mold, but there are also additional effects.
- the electrode (s) can melt asymmetrically and, on the other hand, asymmetrical crystallization of the block can also occur.
- this effect is not only due to the increased heat supply from the electrode directly to the slag and the metal melt in this area, but also to an uneven speed of movement of the slag in the mold, the slag preferably being cooled where the speed is low or is zero and thus also solidifies to a greater extent, so that there is a thicker coating of solidified slag in this area than in the other wall areas.
- the present invention has set itself the goal of creating a device for electroslag remelting alloys, in particular steel, which is preferably used in never derfrequent systems, for. B. with 3 to 10 Hz, and a particularly large block diameter of over 1 m, in particular over 2 m, allows a completely uniform solidification of the block already in the foot part of the same.
- a device for electro-slag remelting with a base plate of high electrical conductivity, e.g. B. made of copper, which carries the building block and with at least one centrally arranged in a liquid-cooled mold melting electrode with at least one electrical connection of a power source to the base plate, the / the connections is / are arranged outside the mold axis and are related essentially symmetrically on a plane of symmetry, in which the mold axis lies, that the electrical conductor (s) connecting the power source to the base plate (s) is / are led from an edge region of the base plate to the plane of symmetry via a normal plane which normal plane lies in the area of the mold axis.
- a base plate of high electrical conductivity e.g. B. made of copper
- the / the connections is / are arranged outside the mold axis and are related essentially symmetrically on a plane of symmetry, in which the mold axis lies, that the electrical conductor (s) connecting the power source to the base plate
- the electrical conductor (s) is / are at least deeper than the normal plane, performed especially below the base plate. It is advantageous if the distance of the conductor (s) to the base plate increases from the connection to the base plate to the normal plane.
- the conductor (s) is led at least down to the normal plane and in particular below the base plate, the electromagnetic fields which arise from the currents in the base plate can be compensated for in a space-saving manner in the region of the foot of the block to be melted.
- the base plate 2 has a connection 9 arranged in the edge region, which is connected via an electrical conductor 10 which is guided below the base plate 1 in such a way that it crosses the normal plane 14 in the region of the mold axis 11 and is electrically conductively connected to the transformer 8.
- the electrical conductor 10 is guided up to the normal plane 14 lying in the area of the mold axis 11 on the hypothetical plane of symmetry 13 (corresponding to the single connection 9).
- the electrical conductor 10 is thus carried out starting from the transformer 8 under the base plate 2 and connected to the end of the base plate 2 opposite the transformer.
- FIG 3 shows a base plate 2 'which has two connections 9'. Accordingly, two electrical conductors 10 'are provided, which are led under the base plate to the normal plane 14 to the plane of symmetry 13, are united there and from there are connected to the electrical source with an electrical conductor 12.
- the schematic view according to FIG. 4 shows the connection 9 "of a base plate 2 ', which is connected to a conductor 10", the distance between which increases from the base plate 2 "to the mold axis 11 and then approximately parallel to outside of the base plate 2" is led.
- the electrical conductor 10 is not guided below the base plate, but z. B. above or at the same height, then the electrical conductor must be guided beyond the normal plane 14, which goes through the mold axis and which is normal to the resultant of the current direction in the base plate.
- the electrical conductor was not passed under the base plate, but the connection was arranged so that it was directly adjacent to the transformer, the slag moved asymmetrically so that there were different cooling rates within the block.
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Legierungen, insbesondere von Stahl.The invention relates to a device for electroslag remelting alloys, in particular steel.
Bei den Anlagen zum Elektroschlacke-Umschmelzen wird durch Widerstandserhitzung einer in einer Kokille angeordneten Schlacke die darin eintauchende Elektrode abgeschmolzen. Hierbei baut sich auf der unterhalb der Kokille angeordneten Bodenplatte kontinuierlich ein Block auf. Nach diesem Verfahren können metallurgisch besonders hochwertige Stähle erhalten werden, da der Reinigungseffekt der Schlakke für die langsam hindurchtropfende Schmelze besonders groß ist. Die zur Erstarrung gelangende Schmelze kann somit einen besonders hohen Reinheitsgrad aufweisen, wodurch Seigerungen und Verunreinigungen vermeidbar sind. Eine weitere Voraussetzung für einen besonders homogenen Block ist nun eine besonders gezielt gleichmäßige Erstarrung der Metallschmelze. Diese gezielte gleichmäßige Erstarrung der Schmelze ist nicht nur durch eine gleichmäßig gekühlte Kokille bedingt, sondern es treten noch zusätzlich weitere Effekte auf.In the systems for electro-slag remelting, the electrode immersed therein is melted by resistance heating a slag arranged in a mold. Here, a block builds up continuously on the base plate arranged below the mold. This process can be used to obtain particularly high-quality steels from a metallurgical point of view, since the cleaning effect of the slag is particularly great for the slowly dripping melt. The melt which solidifies can thus have a particularly high degree of purity, as a result of which segregations and impurities can be avoided. Another prerequisite for a particularly homogeneous block is a specifically targeted solidification of the molten metal. This targeted, uniform solidification of the melt is not only due to a uniformly cooled mold, but there are also additional effects.
Ist beispielsweise die abschmelzende Elektrode nicht genau zentrisch bzw. sind diese nicht symmetrisch bezogen auf die Kokillenachse angeordnet, so kann oder können einerseits die Elektrode(n) unsymmetrisch abschmelzen und es kann andererseits auch zu einer unsymmetrischen Kristallisation des Blockes kommen. Dieser Effekt ist jedoch nicht nur auf die erhöhte Wärmezufuhr von der Elektrode direkt auf die Schlacke und auf die Metallschmelze in diesem Bereich zurückzuführen, sondern auch auf eine ungleichmäßige Bewegungsgeschwindigkeit der Schlacke in der Kokille, wobei die Schlacke dort bevorzugt abgekühlt wird, wo die Geschwindigkeit gering oder Null ist und damit auch in höherem Maße erstarrt, so daß in diesem Bereich ein dickerer Belag an erstarrter Schlacke vorliegt, als in den übrigen Wandbereichen.If, for example, the melting electrode is not exactly centered or if these are not arranged symmetrically with respect to the mold axis, the electrode (s) can melt asymmetrically and, on the other hand, asymmetrical crystallization of the block can also occur. However, this effect is not only due to the increased heat supply from the electrode directly to the slag and the metal melt in this area, but also to an uneven speed of movement of the slag in the mold, the slag preferably being cooled where the speed is low or is zero and thus also solidifies to a greater extent, so that there is a thicker coating of solidified slag in this area than in the other wall areas.
Aus diesen Ausführungen ist zu erkennen, welche Bedeutung der Bewegung der Schlacke zukommt. Die Schlacke und auch die Schmelze sind an sich paramagnetisch. Jedoch dient die Schlacke als elektrischer Leiter und wird als solcher von dem aufgebauten elektromagnetischen Feld beaufschlagt, wodurch eine Rührbewegung in der Schlacke entsteht. Diese Komponente der Rührbewegung in der Schlacke ist nun davon unabhängig, ob ein Gleichstrom bzw. ob niederfrequenter oder hochfrequenter Wechselstrom verwendet wird. Es konnte nun beobachtet werden, daß bei besonders großen Blockdurchmessern, insbesondere bei Verwendung von niederfrequentem Wechselstrom z. B. mit 3 bis 10 Hz, eine asymmetrische Bewegung der Schlacke in der Kokille erfolgt. Es wurde sogar bereits angenommen, daß eine der Ursachen für diese asymmetrische Bewegung die Coriolis-Kraft ist. Weiters wurde versucht, durch eine möglichst symmetrische Anordnung der elektrischen Leiter zu erreichen, daß sich die elektromagnetischen Felder aufheben.From these explanations it can be seen the importance of the movement of the slag. The slag and the melt are inherently paramagnetic. However, the slag serves as an electrical conductor and as such is acted upon by the built-up electromagnetic field, which creates a stirring movement in the slag. This component of the stirring movement in the slag is now independent of whether a direct current or whether low-frequency or high-frequency alternating current is used. It has now been observed that with particularly large block diameters, in particular when using low-frequency alternating current, for. B. with 3 to 10 Hz, there is an asymmetrical movement of the slag in the mold. It has even been assumed that one of the causes of this asymmetrical movement is the Coriolis force. Furthermore, attempts have been made to achieve a symmetrical arrangement of the electrical conductors so that the electromagnetic fields cancel each other out.
Derartige oben angeführte Störungen dürften bei höherfrequenten Wechselströmen auf Grund des Skin-Effektes und der Abschirmung durch die Kokille geringer sein. Eine exakte wissen schaftliche Erklärung für die oben angeführten Phänomene konnte bislang noch nicht gefunden werden, da die hier auftretenden Effekte sich vielfach überlagern. Die Bewegung der Schlacke erfolgt nicht nur durch Stromkräfte sondern es sind auch noch Wirkungen vorhanden, die z. B. auf den Temperaturgradienten in der Schlacke zurückzuführen sind. Weiters können die elektromagnetischen Felder durch in einem Stahlwerk immer vorhandene ferromagnetische Anlagenteile abgeschirmt bzw. beeinflußt werden. Der artige Abschirmungen von elektromagnetischen Feldern können zwar Störeinflüsse beseitigen bzw. verringern, jedoch kann dadurch der Gesamtenergieverbrauch pro umzuschmelzende Legierungseinheit wesentlich erhöht werden.Such disturbances mentioned above are likely to be lower with higher-frequency alternating currents due to the skin effect and the shielding by the mold. An exact scientific explanation for the phenomena mentioned above has not yet been found, since the effects occurring here often overlap. The movement of the slag is not only effected by current forces, but there are also effects which, for B. are due to the temperature gradient in the slag. Furthermore, the electromagnetic fields can be shielded or influenced by ferromagnetic system parts that are always present in a steel plant. The type of shielding from electromagnetic fields can eliminate or reduce interference, however, the total energy consumption per alloy unit to be remelted can thereby be increased significantly.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine Vorrichtung zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Legierungen, insbesondere von Stahl, zu schaffen, die vorzugsweise bei nie derfrequenten Anlagen, z. B. mit 3 bis 10 Hz, und einem besonders großen Blockdurchmesser von über 1 m, insbesondere über 2 m, ein vollkommen gleichmäßiges Erstarren des Blockes be reits im Fußteil desselben ermöglicht.The present invention has set itself the goal of creating a device for electroslag remelting alloys, in particular steel, which is preferably used in never derfrequent systems, for. B. with 3 to 10 Hz, and a particularly large block diameter of over 1 m, in particular over 2 m, allows a completely uniform solidification of the block already in the foot part of the same.
Es wurde nun vollkommen überraschend gefunden, daß dies erreicht wird mit einer Vorrich tung zum Elektroschlacke-Umschmelzen mit ei ner Bodenplatte hoher elektrischer Leitfähigkeit, z. B. aus Kupfer, welche den sich aufbauenden Block trägt und mit zumindest einer zentrisch in einer flüssigkeitsgekühlten Kokille angeordneten Abschmelzelektrode mit zumindest einem elektrischen Anschluß einer Stromquelle an die Bodenplatte, wobei der/die Anschlüsse außerhalb der Kokillenachse angeordnet ist/sind und im wesentlichen symmetrisch bezogen auf eine Symmetrieebene liegt(en), in der die Kokillenachse liegt, daß der/die elektrischen Leiter welche(r) die Stromquelle mit der Bodenplatte verbindet(n), von einem Randbereich der Bodenplatte bis über eine Normalebene auf die Symmetrieebene geführt ist/sind, welche Normalebene im Bereich der Kokillenachse liegt.It has now been found, completely surprisingly, that this is achieved with a device for electro-slag remelting with a base plate of high electrical conductivity, e.g. B. made of copper, which carries the building block and with at least one centrally arranged in a liquid-cooled mold melting electrode with at least one electrical connection of a power source to the base plate, the / the connections is / are arranged outside the mold axis and are related essentially symmetrically on a plane of symmetry, in which the mold axis lies, that the electrical conductor (s) connecting the power source to the base plate (s) is / are led from an edge region of the base plate to the plane of symmetry via a normal plane which normal plane lies in the area of the mold axis.
Durch eine derartige Anordnung wird zwar keine Symmetrierung der elektromagnetischen Kräfte erreicht, jedoch hat sich ergeben, daß bei einem erfindungsgemäßen Anschluß der Stromquelle an die Bodenplatte die Bewegung der Schlacke und damit die Abkühlung des Stahls in der Kokille in vollkommen gleichmäßiger Form erreichbar ist, selbst bei einem niederfrequenten Wechselstrom mit 3 bis 10 Hz und bei Blöcken mit besonders großem Durchmesser.Such an arrangement does not achieve a symmetry of the electromagnetic forces, but it has been found that when the power source is connected to the base plate according to the invention, the movement of the slag and thus the cooling of the steel in the mold can be achieved in a completely uniform form, even with a low-frequency alternating current with 3 to 10 Hz and for blocks with a particularly large diameter.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist/sind der/die elektrischen Leiter zumindest bis zur Normalebene tiefer als, insbesondere unterhalb der Bodenplatte geführt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Abstand der/des Leiter(s) zur Bodenplatte vom Anschluß an die Bodenplatte bis zur Normalebene zunimmt.According to a further feature of the present invention, the electrical conductor (s) is / are at least deeper than the normal plane, performed especially below the base plate. It is advantageous if the distance of the conductor (s) to the base plate increases from the connection to the base plate to the normal plane.
Durch eine derartige Anordnung kann je nach Neigung der elektrischen Leiter zur Bodenplatte eine Anpassung der Anschlüsse an die örtlichen Gegebenheiten z. B. Berücksichtigung der Abschirmeffekte von Anlagenteilen u. dgl. erreicht werden.By such an arrangement, depending on the inclination of the electrical conductor to the base plate, an adaptation of the connections to the local conditions, for. B. Taking into account the shielding effects of system parts u. Like. Be achieved.
Sind der/die Leiter zumindest bis zur Normalebene tiefer und insbesondere unterhalb der Bodenplatte geführt, so kann auf besonders einfache Art und Weise die elektromagnetischen Felder, welche aus den Strömen in der Bodenplatte erwachsen, platzsparend im Bereich des Fußes des zu erschmelzenden Blockes kompensiert werden.If the conductor (s) is led at least down to the normal plane and in particular below the base plate, the electromagnetic fields which arise from the currents in the base plate can be compensated for in a space-saving manner in the region of the foot of the block to be melted.
Sind zumindest zwei Anschlüsse an die Bodenplatte vorgesehen, welche im Bereich der Kokillenachse bzw. der Normalebene mit einem einzigen Leiter verbunden sind, so kann auch bei Bodenplatten, die eine geringere elektrische Leitfähigkeit haben bzw. bei besonders großen Blockdurchmessern eine gleichmäßige elektrische Ableitung aus dem Block bzw. im Anfangsstadium aus der Schlacke erfolgen, wobei gleichzeitig die unerwünschten Effekte der unsymmetrischen Rührbewegung in der Schlacke vermieden sind.If at least two connections are provided to the base plate, which are connected to a single conductor in the area of the mold axis or the normal plane, then even with base plates that have a lower electrical conductivity or, in the case of particularly large block diameters, uniform electrical discharge from the block or in the initial stage from the slag, at the same time avoiding the undesirable effects of the asymmetrical stirring movement in the slag.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
- Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zum Elektroschlacke-Umschmelzen teilweise im Schnitt,
- Fig. 2 die Anlage gemäß Fig. 1 in Draufsicht und die
- Fig. 3 bzw. 4 verschiedene weitere erfindungsgemäße Anschlußmöglichkeiten an eine Bodenplatte.
- 1 is a schematic representation of a plant for electro-slag remelting partly in section,
- Fig. 2 shows the system of FIG. 1 in plan view and
- Fig. 3 or 4 different further connection options according to the invention to a base plate.
Bei der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 befindet sich eine Kokille 1 auf einer Bodenplatte 2, die auf einem Wagen 3 angeordnet ist. In der mit Wasser gekühlten Kokille befindet sich bereits erstarrte Metallschmelze 4, oberhalb welcher sich noch flüssige Schmelze 5 und die flüssige Schlacke 6 befindet. In die flüssige Schlacke 6 taucht eine Abschmelzelektrode 7 ein. Diese ist mit der Stromquelle 8, einem Transformator, elektrisch leitend verbunden. Sowohl die Kokille 1 als auch die Elektrode 7 werden von zwei voneinander unabhängigen, nicht dargestellten Halteeinrichtungen getragen, wobei die Kokille 1 entsprechend dem Blockwachstum gehoben wird, wohingegen die Elektrode 7 entsprechend dem Abschmelzen und dem langsam steigenden Schmelzenspiegel langsam abgesenkt wird. Die Bodenplatte 2 weist einen im Randbereich angeordneten Anschluß 9 auf, welcher über einen elektrischen Leiter 10, der unterhalb der Bodenplatte 1 so geführt ist, daß er die Normalebene 14 im Bereich der Kokillenachse 11 quert und mit dem Transformator 8 elektrisch leitend verbunden ist. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, ist der elektrische Leiter 10 bis über die im Bereich der Kokillenachse 11 liegende Normalebene 14 auf der hypothetischen Symmetrieebene 13 (entsprechend dem einzigen Anschluß 9) geführt.1 there is a
Der elektrische Leiter 10 ist also vom Transformator 8 ausgehend unter der Bodenplatte 2 durchgeführt und an dem dem Transformator gegenüberliegenden Ende der Bodenplatte 2 angeschlossen.The
In Fig. 3 ist eine Bodenplatte 2' dargestellt, die zwei Anschlüsse 9' aufweist. Es sind dementsprechend zwei elektrische Leiter 10' vorgesehen, die unter der Bodenplatte bis zur Normalebene 14 auf die Symmetrieebene 13 geführt sind, dort vereinigt werden und von dort an mit einem elektrischen Leiter 12 mit der Stromquelle verbunden sind.3 shows a base plate 2 'which has two
Die schematische Ansicht gemäß Fig. 4 zeigt den Anschluß 9" einer Bodenplatte 2', welcher mit einem Leiter 10" verbunden ist, dessen Abstand von der Bodenplatte 2" bis hin zur Kokillenachse 11 zunimmt und dann etwa parallel weiter bis außerhalb der Bodenplatte 2" geführt ist.The schematic view according to FIG. 4 shows the
Wird der elektrische Leiter 10 nicht unterhalb der Bodenplatte geführt, sondern z. B. oberhalb oder in gleicher Höhe, dann muß der elektrische Leiter über die Normalebene 14 hinausgeführt werden, welche durch die Kokillenachse geht und die normal zur Resultierenden der Stromrichtung in der Bodenplatte verläuft.If the
Mit einer Anlage gemäß Fig. 1 wurde ein Block mit einem Durchmesser von 1,5 m erschmolzen, wobei ein niederfrequenter Wechselstrom mit 5 Hz zur Anwendung gelangte. Die Bewegung der Schlacke war bereits zu Beginn des Umschmelzvorganges vollkommen symmetrisch bezogen auf die Kokillenachse.With a system according to FIG. 1, a block with a diameter of 1.5 m was melted, a low-frequency alternating current at 5 Hz being used. The movement of the slag was already completely symmetrical with respect to the mold axis at the beginning of the remelting process.
Wurde bei derselben Anlage der elektrische Leiter nicht unter der Bodenplatte hindurchgeführt, sondern der Anschluß so angeordnet, daß er dem Transformator unmittelbar benachbart war, so trat eine unsymmetrische Bewegung der Schlacke auf, so daß es zu unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten innerhalb des Blockes kam.If, in the same system, the electrical conductor was not passed under the base plate, but the connection was arranged so that it was directly adjacent to the transformer, the slag moved asymmetrically so that there were different cooling rates within the block.
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