DE2807845B2 - Kokille zum Elektroschlackeumschmelzen von Metallen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kokille zum Elektroschlackeumschmelzcn von Metallen, deren den Hohlraum für das Schlacken- und Metallbad und den erstarrenden Gußblock bildende Wand mindestens eine Einlage enthält, die in einer Bohrung angeordnet isi. die mit dem Kokillcnhohlratim in Verbindung stehl und durchgehende Kanäle zum Gaszuführen /um Anordnungsbereich des Schlackenbades besitzt.

Bei einer Kokille dieser ArI, wie sie aus der BE-PS 39 436 bekannt ist, besteht die Einlage aus einem porösen schwerschmel/enden Material. Die Herstellung eines solchen Materials, dessen Poren möglichst klein sein sollten, um kleine Bläschen zu erhalten, ist schwierig und die erreichte Entgasung nicht intensiv genug, da mit dem Einsatz nur ein Teil des Randes des Schlackenbadcs bespült wird.

Der Erfindung liegl die Aufgabe zugrunde, eine Kokille zum Elcktroschlackcumschmclzcn von Metallen •in/iigchcn, deren konstruktive Ausführung ein wirkungsvolles Blasen der schmcl/flüssigcn Schlacke im Anordniingsbcreich des Schlackenbadcs mil einer Vielzahl von kleinen Bläschen gewährleistet und die einfach herzustellen ist.

Dies wird bei einer Kokille der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die durchgehenden Kanäle an der Grenzfläche der Einlage und der Bohrungswand mitteis durchgehender Längsnuten gebildet sind, die mindestens an einer der aneinander anliegenden Oberflächen ausgeführt und durch die andere begrenzt sind.

Die Nuten können durch Hobeln bzw. Rändeln ausgeführt werden, d. h. durch einfachere Arbeitsgänge, als Bohren bzw. elektroerosive Bearbeitung sehr kleiner Bohrungen. Das vermindert den Arbeitsaufwand bei der Herstellung der Kokille bedeutend. Der kleinste Querschnitt der Kanäle ist dabei praktisch durch die Herstellungstechnologie nicht eingeschränkt und wird nur durch die Durchsatzfähigkeit bestimmt. Das trägt

" zur bedeutenden Verfeinerung der Bläschen des Einblasegases bei, und gewährleistet bei gleich großem Verbrauch eine Steigerung der Effektivität des Blasens der schmelzflüssigen Schlacke.

Wenn es notwendig ist, kann der Gasverbrauch vergrößert und die Effektivität des Blasens durch die Herstellung von zusätzlichen Kanälen zum Gaszuführen zum Anordnungsbereich des Schlackenbades zusätzlich erhöht werden. Dazu ist es zweckmäßig, v/enn die Einlage aus konzentrisch ineinander angeordneten

2ί Teilen zusammensetzbar ausgeführt ist, wobei mindestens an einer der aneinandergrenzenden Oberflächen Längsnuten ausgei-Jhrt werden, die durch die andere angrenzende Oberfläche begrenzt sind.

Es ist zweckmäßig, wenn die Tiefe und die Breite

Jo jeder Nut im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm liegt, und der Klcinstabstand zwischen ihren gleichnamigen Kanten mindestens deren fünffache Breite beträgt.

Werden die Querschnitte der Nuten kleiner, als durch die angegebenen Maße bedingt, gewählt, vergrößert

& sich die Wahrscheinlichkeit ihrer Verstopfung, und der erforderliche Gasbetriebsdruck steigt stark an. Eine Überschreitung der genannten Maße der Nuten und eine Verminderung des Abstandes zwischen diesen im Vergleich zu dem angegebenen f;-hrt dazu, daß beim

«" Einblasen von Gas ins Schlackenbad sich verhältnismäßig große Blasen bilden, was uic Effektivität des Blasvorganges herabsetzt.

Zur Erleichterung des Einbaus und des Auswechselns der Einlagen sowie der zu diesen gehörenden Teile ist es

·»'> vorteilhaft, deren Verbindungsoberflächen kegelförmig, sich in Richtung zum Hohlraum der Kokille verjüngend auszuführen.

Versuchsweise wurde festgestellt, daß die optimale Konizität dieser Oberflächen im Bereich von '/wo bis

">'· '/io liegt. Bei einer kleineren Konizität sind Verkeilungen der Einlage möglich, während bei einer größeren die Wahrscheinlichkeit einer Vergrößerung der Blasen des F.inblascgases. infolge der Fokussierung der Strahlen steigt.

v» Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Aiisführungsbeispiclen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert, in diesen zeigt

Fig. I die Gesamtansicht einer crfindungsgcmäßen Kokille zum Elcktroschlackenumschmelzen von Mctal-

ho len,

Fig. 2 einen Schriill nach der Linie 11-11 durch die in Fig. I gezeigte Kokille,

F i g. 3 die Gesamtansicht einer Ausführiingsvariantc der erfindungsgemäßen Kokille mit einer zusammen-

fc> setzbaren Einlage,

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IVlV durch die in Fi g. 3 gezeigte Kokille.
Die Kokille zum Elektroschlackcnumschmclzen von

Metallen hat eine im Querschnitt geschlossene Wand I (Fig. 1), die den Hohlraum für das Schlacken- und Metallbad und für den erstarrenden GuQblock bildet. In der Zeichnung sind deren Anordnungsbereiche in dem Hohlraum der Kokille durch dünne Linien begrenzt und entsprechend durch die Ziffern 2,3,4 bezeichnet.

In der Wand 1 sind Längskanäle 5 für den Umlauf einer Kühlflüssigkeit ausgeführt. Zwischen diesen sind auf der Höhe des Anordnungsbereiches 2 des Schlackenbades eine bzw. mehrere Bohrungen 6 vorgesehen, in der jeweils eine Einlage 7 angeordnet ist. Die mit der Wand der Bohrung 6 verbundene Außenoberfläche der Einlage 7 hat durchgehende Längsnuten 8 halbrunder bzw. beliebig anderer geometrischer Form. Jede außen durch die Wand der Bohrung 6 begrenzte Nut 8 bildet einen durchgehenden Kanal zum Gaszuführen zum Anordnungsbereich 2 des Schlackenbades.

Es sei erwähnt, daß die Bohrung 6 mit der Einlage 7 an der Grenze der Bereiche 2 und 3 angeordnet werden kann, so daß ein Teil der Kanäle zum Gaszufuhren mit dem Anordnungsbereich des Metallbades ·;\ Verbindung steht und das durch diese strömende Gas unmittelbar auf das schmelzflüssige Metall einwirkt. Die Maße jeder Nut 8 werden entsprechend der Bedingung der maximalen Effektivität der Behandlung der schmelzflüssigen Schlacke durch das Einblasegas, ausgewählt. Eine solche Bedingung ist die Zuführung des Gases zum Anordnungsbereich des Schlackenbades in Form von kleinen Blasen, die sich nicht vereinigen. Diese Bedingung kann eingehalten werden, wenn die Breite und die Tiefe jeder Nut 8 0,05 bis 0.5 mm beträgt, wobei der Abstand »a« zwischen den gleichnamigen Kanten jedes Paares benachbarter Nuten 8 mindestens die fünffache Breite jeder Nut 8 beträgt.

Bei der Ausführung der Nuten mit kleineren Maßen, als angegeben, vergrößert sich stark die Wahrscheinlichkeit ihrer Verstopfung. Das Blasen des Gases durch Kanäle mit einem so geringen Querschnitt erfordert eine Steige.ung des Betriebsdrucks von Gas. Beim Blasen des Gases durch die Nuten 8. die eine Tiefe und eine Breite von über 0,5 mm aufweisen, vergrößert sich die Wahrscheinlichkeit der Bildung von großen Blasen, deren Gesamloberflächc für eine effektive Entfernung der schädlichen gasförmigen Beimischungen aus der Schlacke i,nzureichend ist. Große Blasen werden in dem Fall gebildet, wenn der Abstand »»<< geringer als die fünffache Breite der Nut 8 gewählt wird, da dabei eine Vereinigung mehrerer kleiner Bläschen stattfindet, die nah aneinander in den Hohlraum der Kokille gelangen.

Die Nuten 8 können durch Hobeln bzw. Rändeln hcrgestell. werden, was es gestattet, die Bearbeitung zu vereinfachen und den Querschnitt des Kanals für Gaszuführung im Vergleich zu analogen Kanälen in bekannten Einrichtungen, die eine Form von Bohrungen aufweisen und durch mechanisches Bohren bzw. Elektrofunkenbearbeitung ausgeführt sind, zu vermindern.

Obwohl eine Variante der Ausführung der erfindungsgemäßen Kokille möglich ist, in der die Nuten 8 in der Wand der Bohrung 6 ausgeführt sind und die Einlage 7 eine glatte Außenoberfläche aufweist, ist es offensichtlich, daß vom Standpunkt der Herstcllungstcchnologic dieser Baugruppe die beschriebene Ausfiihrungsvariante zu bevorzugen Kt.

F-' i g. I der Zeichnung zeigt zylindrische Bohrung 6 und entsprechend eint zylindrische Einlage 7. Die Oberfläche der Wand der Bohrung 6 um! die an dieser anliegende Oberfläche der Einlage 7 können auch kegelförnvg, sich in der Richtung zum Hohlraum deKokille verjüngend ausgeführt werden. Das gestattet es, die Einlage 7 beim eventuell erforderlichen Ersetzen aus der Bohrung 6 schnell herauszunehmen. Die Konizität dieser Oberflächen wird im Bereich von '/ioo bis '/io mit Rücksicht darauf gewählt, daß einerseits ein Veikeüen der Einlage 7 und andererseits die Wahrscheinlichkeit einer Vereinigung einzelner Bläschen infoige einer

I" Fokussierung der Strahlen des Einblasegases, vei mieden werden.

Zum Zuführen de: Gases zur Bohrung 6 ist in dieser mittels Gewinde ein Stutzen 9 (Fig. 1 und 3) angeordnet, der mit einem (in der Zeichnung nicht

ii dargestellten) Gaszuführungssystem in Verbindung steht.

F i g. 3 und 4 der Zeichnung zeigen eine Ausführungsvarianie der erfindungsgemäßen Kokille, in der die Einlage 7 zusammensetzbar ausgeführt ist und konzenirisch angeordnet eine Stange 10 ι; .1 zwei konzentrische Buchsen i 1 und 52 enthält.

Wie auch im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel hat die Einlage 7 an der Außenoberfläche, die im gegebenen Fall zur Buchse 12 gehört, durchgehende Längsnuten 8, die eine äußere ringförmige Reihe von Kanälen zum Gaszuführen bilden. Außerdem besit/.t die Einlage 7 zwei weitere Reihen zusätzlicher Kanäle zum Gaszuführen, die durch an der Auüenoberfläche der Stange 10 ausgeführte Nuten 13 und an der Außenoberfläche der Buchse It angeordneten Nuten 14 gebildet sind. Für die Maße, die Anordnung der Nuten und die geometrische Form ihrer miteinander in Verbindung stehenden Oberflächen gilt das, was im Zusammenhang mit den entsprechenden Parametern der Verbindung

^!' der Einlage 7 mit der Bohrung 6 der Wand 1 der in F i g. I gezeigten Kokille bereits gesagt wurde.

Im Prinzip kann sich die Anzahl der Buchsen in der Einlage 7 von der in F i g. 3 und 4 angegebenen owohl nach unten als auch nach oben abweichen. Dabei können mindestens an einer der in Verbindung sleF enden Oberflächen aller zu der Einlage 7 gehörenden Teile durchgehende Längsnuten von der beschriebenen Art ausgeführt sein. Aus den vorstehend erwähnten Gründen wird es bevorzugt, die Nuten

■^ jeweils am äußeren Umfang der in Verbindung stehenden Oberflächen auszuführen.

Das Vorhandensein von zusätzlichen Kanälen in der Kokille gestattet es, die dem Anordnungsbereich des Schlackenbades während einer Zeiteinheit zugeführte

^>(l Gasmenge zu vergrößern und dadurch die Effektivität der Behandlung der schmelzflüssigen Schlacke mit Gas zu steigern.

Es is! zu berücksichtigen, daß die Maße der zu der Einlage 7 gehörenden konzentrischen Teile durch die

^Vl F'orderung eingeschränkt sind, gemäß der der Kleinstabstand zwischen gleichnamigen Kante.i der benachbarten Nuten mindestens die fünffache Breite der Nut betragen soll. Diese Forderung gilt für den Abstand zwischen den Nuun sowohl in der tangentialen (a)

^h" Richtung, worauf bereits hingewiesen wurde, als auch in der radialen Richtung.

Die Kokille funktioniert wie folgt:
Nach der Herstellung des Schlackenbadcs und dem Einschalten der Stromversorgiingsquelle wird das

'" System zum Zuführen von Gas, beispielsweise Argon bzw. Argon-Sauerstoff-Gemisch eingeschaltet. Das Gas strömt durch den Stutzen 9 (F- ig. 1) und die durch die Nuten 8 der Einlage 7 und die Wand der Bom urn? β

gebildeten durchgehenden Kanüle in den Kit um der Kokille in form von kleinen Maschen. Die im Metall aufgelösten Gase diffundieren zur Oberfläche dieser Bläschen, wo ihr l'artialdruck praktisch gleich Null ist. und werden /.usamnicn mit diesen entfernt. l-s ist klar. daß je größer die (jcsamlobcrfläche der Bläschen ist. desto effektiver die Reinigungswirkung des Gasblasens ist. Von diesem Standpunkt werden möglichst kleine Maße der Bläschen und eine verhältnismäßig große Anzahl bevorzugt.

In dem bevorzugten in l^; i g. J und 4 dargestellten Ausfiihrungsbeispiel gelangt das Gas in den Hohlraum der Kokille durch Kanäle, die durch die Nuten 8, I i und 14 in Kombination mit daran anliegende·'. Oberflächen der Kopplungsstcilc gebildet sind. Die Anzahl dieser Kanäle ist bei gleicher I lache des dem Anordnungsbc reich der Einlage 7 entsprechenden Abschnitts der Wand I größer als in der vorstehend betrachteten ί Ausführungsvariante der Kokille.

Die Anwendung von Kokillen der erfindungsgemäßen konstruktiven Ausführung gestaltet es, bei der Herstellung von Gußblöcken mit Abmessungen um ¹JOOx 1500 mm aus Baustählen im Verfahren des ίο f.lektroschlackenumschmel/ens mit Blasen des Schlakkenbades mit einem Argon-Sauerstoff Gemisch in einei Menge von ^r> m¹ pro Tonne Gußblock Metall mit einem Wassersloffgehalt von höchstens 0.(MM)I 5% zu erhallen.

! lieizii 2 Matt /eiclinuimcn

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kokille zum Elektroschlackeumschmelzen von Metallen, deren den Hohlraum tür das Schlacken- und Metallbad und den erstarrenden Gußblock bildende Wand mindestens eine Einlage enthält, die in einer Bohrung angeordnet ist, die mit dem Kokillenhohlraum in Verbindung steht und durchgehende Kanäle zum Gaszuführen zum Anordnungsbereich des Schlackenbades besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Kanäle an der Grenzfläche der Einlage (7) und der Bohrungswand mittels durchgehender Längsnuten (8) gebildet sind, die mindestens an einer der aneinander anliegenden Oberflächen ausgeführt und durch die andere begrenzt sind.

2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (7) aus konzentrisch ineinander angeordBc;en Teilen (10, 11, 12) zusammensetzbar ausgeführt ist, wobei mindestens an einer der aneinanderliegenden Flächen der Teile (10, 11 und 11,12) durchgehende Längsnuten (13,14) ausgeführt sind, die durch die andere anliegende Oberfläche jeweils begrenzt sind, und zusätzliche Kanäle zum Gaszuführen zum Anordnungsbereich des Schlakkenbades bilden.

3. Kokille nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe und die Breite jeder Nut (8) bzw. (8,13,14) im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm liegen und der Kleinstabstand zwischen ihren gleichnamigen Kanten mindestens deren fünffache Breite beträgt.

4. Kokille nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Verbindung stehenden Oberflächen kegelförmig, in Richtung zum Hohlraum verjüngend ausgeführi sind.

5. Kokille nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität der in Verbindung stehenden Oberflächen im Bereich von '/ioo bis '/io liegt.