-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umschmelzen von Metallen
nach dem Elektroschlackeumschmelzverfahren.
-
Beim Elektroschlackeumschmelzverfahren wird in einem Kristallisator
unter einer Schlacke eine selbstverzehrende Elektrode zu einem Block umgeschmolzen.
-
Zum Umschmelzen von Metallen nach diesem Verfahren sind bereits zahlreiche
Anlagen bekanntgeworden, die dem Mindestaufwand der technologischen Seiten Rechnung
tragen und aus einer am Boden stehenden Kokille und einem geführten Arm bestehen,
an dessen Ende eine Stahlelektrode eingespannt wird. Das Absenken des Armes und
damit der Elektrode erfolgt-in der-Geschwindigkeit, wie es der Schmelzprozeß -erfordert.
Die Spannbacken zur Halterung der Elekttbde Werden meist zugleich für die Stromübertragung
verwendet. Die Zuleitung zur Bodenplatte ist bei ortsveränderlichen Kokillen als
flexibles Kabel ausgebildet. Neuere Anlagen verringern die Bauhöhe dadurch, daß
zwei absenkbare Arme an einem Führungssäulensystem angeordnet sind und jeweils ein
Arm die Vorschubbewegung ausführt, während der andere Arm mit geöffneten Backen
über den ersten Arm hinwegfährt und in der unteren Endstellung die Backen des ersten
Armes öffnen, während die Backen des anderen Armes die Führung und den Vorschub
der Elektrode übernehmen. Zum Einführen einer neuen Elektrode muß diese jedoch über
die Armhöhe hinaus angehoben werden oder bei ausgefahrener Kokille von unten zugeführt
werden. Beide Arten der Zuführung erfordern ein, kompliziertes .Manöver, wobei im
ersten Falle noch eine letnächtliche Hubhöhe des Hebe- , zeuges hinzukommt. Außerdem
wird das Hebezeug zu ganz bestimmten Zeitpunkten benötigt, was im Produktionsbetrieb
nicht immer garantiert ist und zu Wartezeiten führen kann. Ein weiterer Nachteil
dieser Anlagen besteht darin, daß vom festgelegten Querschnitt abweichende Elektrodenformen,
insbesondere Spießkante, und in ihrer Längsachse verzogene, gegossene oder * gewalzte
Elektroden nicht verarbeitet werden können, da bei einem spießkantigen Querschnitt
die Backenflächen nur zu einem geringen Teil die Elektrodenoberfläche berühren und
damit die Übertragung der Elektroenergie ungünstig beeinflußt wird. Gleichfalls
können in sich verdrehte und vom runden Querschnitt abweichende Elektrodenformen
durch diese Arten der Führung für Elektroden nicht verwendet werden.
-
Des weiteren sind Anlagen bekannt, die mit mehreren Kokillen bestückt
sind. So ist eine Anlage bekanntgeworden, die einen Dreiphasenstrom dazu ausnutzt,
drei Blöcke gleichzeitig zu erzeugen. Auch diese Anlagen ermöglichen keinen höheren
Zeitgrad und greifen in der Wahl der mechanischen Mittel auf die geschilderten bekannten
Lösungen zurück. Weitere Nachteile treten dadurch auf, daß das Einführen der Elektroden
kompliziert ist, da entweder das Haltern der Elektrode durch Schrauben, Druckbacken
oder durch Klemmbacken erfolgt. Im zweiten Falle ist es erforderlich, daß die Elektrode
mit ihrem unteren Ende bis über das obere Spannbackenpaar gehoben wird und danach
zwischen die geöffneten Spannbacken gesenkt wird. Ein sorgfältiges Ausrichten der
Elektrode mit dem Ziel, die Achse des Kristallisators und der Elektrode in angenäherte
übereinstimmung zu bringen, ist bei einer solchen Art der Elektrodenhalterung unbedingt
erforderlich.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zum Umschmelzen
von Metallen nach dem Elektroschlackeumschmelzverfahren zu schaffen, mit der es
möglich ist, Vormaterial beliebiger geometrischer Formen im umgerichteten Walz-
oder Gießzustand umzuschmelzen und die Elektroden bis auf das Einspannende abzuschmelzen.
-
Des weiteren ist es Aufgabe- der Erfindung, die technologisch bedingten
Verlustzeiten möglichst gering zu halten.
-
Erfindungsgemäß wird dies durch eine Anlage mit folgenden Kombinationsmerkmalen
erreicht: a) Zwei oder mehrere Kristallisatoren sind auf je einer Grundplatte befestigt,
die auf einer Dreh-Scheibe angeordnet sind; b) eine Seite der Grundplatten jeder
Kokille ist als Kontaktstück ausgebildet, und in Schmelzstellung des Kristallisators
ist durch geeignete Verbindungselemente ein elektrischer Kontakt schließbar, c)
mindestens ein Elektrodenständer ist auf der Drehscheibe angeordnet, der eine Elektrode
haltert, d) die Elektrodenhalterung besteht aus zwei Spannelementen, von denen jedes
eine oder mehrere Spannbacken besitzt, die kardanisch gelagert sind und bei insgesamt
mehr als drei Spannbacken - bei zwei und mehr Spannbacken pro Spannelement - die
Spannbacken eines oder beider Spannelemente auf einem drehbar gelagerten Steg angeordnet
sind, e) die Spannelemente sind auf einem höhenverstellbaren Spannarm angeordnet,
dessen Masse und vorzugsweise die halbe Elektrodenmasse durch eine Gegenmasse ausgleichbar
ist, der durch seine potentielle Energie gleichzeitig die die Spannelemente betätigende
Kraft ist, derart, daß die Gegenmasse am Ende eines Winkelhebelarmes befestigt ist,
dessen anderes Ende mit den Spannelementen verbunden ist, f) oberhalb der Kokille,
die sich in Schmelzstellung befindet, ist eine wegschwenkbare Führung angeordnet.
-
Die Anlage ist noch dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisatoren
und der Elektrodenständer vorzugsweise auf einem gemeinsamen Teilkreis auf der Drehscheibe
so angeordnet sind, daß sich die Spannelemente über dem Teilkreis befinden. Bei
der Anordnung von zwei Kristallisatoren auf der Drehscheibe ist ein Elektrodenständer
vorhanden und der Antrieb der Drehscheibe vorzugsweise reversierbar ausgebildet.
Bei einer Anlage, die zwei oder mehrere Kristallisatoren auf der Drehscheibe besitzt,
ist ein Elektrodenständer zwischen jedem Kristallisator angeordnet. Im Mittelpunkt
der Drehscheibe ist ein zentraler Kühlmittelfluß angeordnet und durch das Kühlmittel
Kristallisatoren und Bodenplatten kühlbar. Unter der Drehscheibe ist eine zentrisch
angeordnete muldenförmige Abflußrinne vorhanden. Der Elektrodenständer besteht aus
Führungskörpern, die von einem durch das Gewicht der Elektroden absenkbaren Boden
angelenkt sind, so daß sich die Führungskörper doppelseitig an die Elektrode anlegen.
Die wegschwenkbare Führung ist als Absaugung ausgebildet. Zum Öffnen der Spannelemente
am Ende des Winkelhebels ist eine Rolle angeordnet;
über die ein
Seil geführt ist, das an einem Ende am Gestell und am anderen an einer Zugvorrichtung
befestigt ist.
-
Nachfolgend soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt F
i g. 1 eine Gesamtansicht der Anlage, F i g. 2 eine Seitenansicht eines Elektrodenhalters,
F i g. 3 ein System zum Absenken eines Spannarmes, F i g. 4 ein System zum Absenken
eines Spannarmes, F i g. 5 ein System zum Spannen der Elektroden, F i g. 6 eine
Seitenansicht einer Führungssäule und F i g. 7 die Draufsicht nach F i g. 6.
-
Ein Gestell 1, das portalartig ausgebildet ist, führt an Führungsschienen
2 einen Spannarm 3 (F i g. 1). Der Spannarm 3 besitzt eine Spannvorrichtung 4, die
sich vorteilhaft in der Mitte des Spannarmes 3 befindet. Unter dem Spannarm 3 ist
eine Drehscheibe 5 so angeordnet, daß sich das Spannzentrum der Spannvorrichtung
4 über einem gedachten Kreis der Drehscheibe 5 befindet, auf dem in abwechselnder
Folge Kristallisatoren 6 und Elektrodenständer 7 befestigt sind. Im Beispiel sind
jeweils zwei Kristallisatoren 6 und zwei Elektrodenständer 7 dargestellt, die wechselweise
auf der Drehscheibe 5 angeordnet sind.
-
Der Elektrodenständer 7 besteht aus einem Rahmen 8 (F i g. 2), an
dessen oberem Teil ein Winkelhebelpaar, bestehend aus den Winkelhebeln 9 und
10, gelagert ist. Am Ende der kürzeren Schenkel der Winkelhebel 9 und 10
sind Prismenrollen 11 und 12 drehbar gelagert. An den freien Enden der Winkelhebel
9 und 10 sind Koppeln 13 und 14 gelenkig gelagert. Am Ende der Koppel
13 ist ein Zentriertrichter 15 angeordnet, der je nach der Querschnittsform
der Elektrode prismatisch oder rund ausgebildet ist. Die Koppel 14 ist durch ein
Gelenk mit dem Zentriertrichter 15 verbunden. Seitlich am Rahmen 8 des Elektrodenständers
7 ist ein Zahnsegment 16 gelagert, das durch ein Koppel 17 mit dem Zentriertrichter
15 gelenkig verbunden ist. Das Zahnsegment 16 ist mittels eines Handrades 19 über
eine Schnecke 18 schwenkbar. Die Drehscheibe 5 besitzt einen hohlen Führungszapfen
20, an den eine Kühlmittelzuleitung 21 angeschlossen ist. Auf der Drehscheibe 5
ist ein Verteilungsstück 22 installiert, von dem Leitungen 23 und 24 zu den Kristallisatoren
6 führen. In den Leitungen 23 und 24 sind Absperrventile 25 angeordnet. Die Leitungen
23 und 24 münden in den Fußteil der Kristallisatoren 6. Vom Kopfteil der Kristallisatoren
6 führt eine Abflußleitung 26 und 27 durch die Drehscheibe 5 in eine zentrisch zum
Führungszapfen 20 der Drehscheibe 5 angeordnete Abflußrinne 28.
-
Die Kristallisatoren 6 bestehen aus einer Grundplatte 29, die mittig
einen Einschnitt besitzt, aus einer Bodenplatte 30 und Kristallisatorwänden 31 und
32, zwischen denen ein Kühlmittel fließt. Die Bodenplatte 30 besteht meist aus Kupfer
und ist so ausgebildet, daß sie in radialer Richtung der Drehscheibe 5 eine Lasche
33 aufweist, die sich über den Rand der Drehscheibe 5 erstreckt. Neben der Drehscheibe
5, unter dem Gestell 1, befindet sich eine Säule 34 (F i g. 6 und 7). In ihr sind
Hebel 35 und 36 gelagert, die an einem Ende Klemmbacken 37 und 38 haltern. Am anderen
Ende der Hebel 35 und 36 ist die Kolbenstange bzw. der Boden eines Spannzylinders
39 befestigt. Stromschienen 40 und 41 führen zu den Klemmbacken 37 bzw. 38. Führungsarme
42 und 43 sind an der Säule 34 gelagert und durch eine Zahnstange 44 sowie Zahnsegmente
45 und 46 auseinanderschwenkbar. Die Führungsarme 42 und 43 sind so ausgebildet,
daß sie die Öffnung des Kristallisators 6, der sich in Schmelzstellung, d. h. unter
der Spannvorrichtung 4 befindet, umschließen. Der Querschnitt der freien Enden der
Führungsarme 42 und 43 erweitert sich; an ihrem Ende sind der Elektrodenform angenäherte
Ausschnitte angebracht, wobei an den Stirnseiten Rollen 47 zur leichteren Führung
der Elektroden angeordnet sind. Die Führungsarme 42 und 43 sind hohl ausgebildet
und über Rohrleitungen 48 und 49 mit einem Lüfter 50 ver= bunden.
-
Zum parallelen Heben und Senken des Spannarmes dient ein Seil 51 (F
i g. 3), das an beiden Seiten des Spannarmes 3 befestigt ist und über im Gestell
1 gelagerte Rollen 52, 53 und 54 geführt ist. Ein Seil 55; an dem eine Gegenmasse
56 befestigt ist und ebenfalls über Rollen 57 a und 58 a am Spannarm 3 -angreift,
hält das Gleichgewicht. Das Seil 55 ist jedoch nicht direkt mit dem Spannarm -3
verbunden, sondern am langen Schenkel eines Winkelhebels 57. Der andere Schenkel
des Winkelhebels 57 ist über eine Druckstange 58 mit der Spannvorrichtung 4 verbunden.
Zum Heben oder- Senken des Spann'-armes 3 ist eine der. Rollen 52, 53 oder 54 angetrie=
ben. Soll die erforderliche Antriebsleistung gesenkt oder zur besseren. Regulierung
der Seilweg- verlängert werden, so sind am Spannarm 3 Rollen 59 und 60 vorgesehen
(F i g. 4)um die das Seil 51 geführt und am Gestell l befestigt wird.
-
Die Spannvorrichtung 4 (F i g. 5) besteht im einzelnen aus Spannbacken
61, 62, 63 und 64, die zu zwei Paaren zusammengefaßt sind. Jede Spannbacke 61, 62,
63 und 64 ist an einem Kreuzgelenk 65, 66, 67 und 68 befestigt sowie die Kreuzgelenke
65, 66; 67 und 68 durch Stege 69 und 70 miteinander verbunden. Der Steg 70 ist im
Spannarm 3- drehbar gelagert, wobei die Drehachse senkrecht zur Ebene des Spannarmes
3 angeordnet ist. Der Steg 69 ist an der Druckstange 58 befestigt und somit die
Spannbacken 61 und 62 in der Ebene des Spannarmes 3 verschiebbar: Im folgenden wird
die Wirkungsweise der Anlage erläutert: Durch ein Hebezeug wird eine Elektrode in
senkrechter Lage in den Elektrodenständer 7 eingeführt. Die Prismenrollen 11 und
12 werden durch das Absenken der Elektrode auseinanderbewegt und in der Folge über
die Winkelhebel 9 und 10 sowie die Koppeln 13 und 14 der Zentriertrichter 15 angehoben.
Beim Aufsetzen der Elektrode auf den Zentriertrichter 15 pressen sich die Prismenrollen
11 und 12 durch das Eigengewicht der Elektrode an ihre Oberfläche an. Zur Korrektur
der senkrechten Lage der Elektrode kann der Zentriertrichter 15 mittels des Handrades
19 in horizontaler Richtung verschoben werden. Durch Verschieben der Zahnstange
44 werden die Führungsarme 42 und 43 auseinandergeschwenkt und der Spannarm 3 durch
Bewegen des Seiles 51 angehoben. Zum Öffnen der Spannvorrichtung 4 dient ein Seil
75, welches über die Umlenkrollen 73 und 74 und eine Rolle 72 am Ende des Winkelhebels
57 geführt ist, und das Seilende ist am Gestell befestigt. Das freie Ende des Seiles
75 ist auf einer Zugvorrichtung befestigt. Zum Zwecke des Öffnens der Spannvorrichtung
4 wird
auf das Seil 75 eine Zugkraft übertragen, die die
am Seil 55 wirkende Kraft der Gegenmasse 56 überwindet und den Winkelhebel
57 um seinen Drehpunkt schwenkt. Durch Drehen der Drehscheibe 5 wird der
Elektrodenständer 7 mit der Elektrode unter die geöffnete Spannvorrichtung 4 geschwenkt.
Bei in ihrer Längsrichtung verzogenen Elektroden wird das freie Ende der Elektrode
bedarfsweise durch Verschieben des Zentriertrichters 15 des Elektrodenständern 7
nachjustiert, so daß die geöffnete Spannvorrichtung 4 ohne Schwierigkeiten über
das freie Ende der Elektrode abgesenkt werden kann. Der Spannarm 3 wird durch Bewegen
des Seiles 51 so weit abgesenkt, daß sich das erforderliche Einspannende der Elektrode
in der Spannvorrichtung 4 befindet. Durch Entlasten des Seiles 75 wird über den
Winkelhebel 57 durch die Gegenmasse 56 über das Seil 55 und die Druckstange 58 die
erforderliche Kraft auf die Spannbacken 61 und 62 übertragen. Insbesondere beim
Einsatz vgn Walzknüppeln als Elektroden ist durch Glas Sehopfen das Stabende meist
deformiert, Um trotzdem die Elektrode am Ende spannen zu können, sind die Spannbatiken
61, 62, 63 und 64 durch Kreuzgelenk 65, 66, 67 und 68 kardanisch gelagert und zusätzlich
die Spannbacken 63 und 64 auf einem drehbar gelagerten Steg 70 verbunden. Durch
diese Art der Anordnung der Spannbacken 61, 62 63 und 64 sind Querschnittsabweiehungen
und Längsverzug Ahne Enfluß auf das einwandfreie Anliegen der Backenflächen an der
Elektrode, Durch Anheben des Spannarmes In bereits geschilderter Weise, wird die
Elektrode aus dem Elektrodenständer 7 herausgehoben. Daraufhin wird die Drehscheibe
5 weitergeschwenkt, bis die zum Schmelzen vorbereitete Kokille 6 mit ihrer öffnung
unter dem Ende der Elektrode steht, Danach wird der Spannarm 3 abgesenkt und die
Führungsarme 42 und 43 an die Elektrode geschwenkt, bis die Rollen 47 an der Oberfläche
der Elektrode anliegen. Damit wird zugleich eine Korrektur hinsichtlich der zentrischen
Lage der Elektrode durchgeführt. Durtih Schließen der Klemmbacken 37 und 38; die
durch die Hebel 35 und 34 von dem Spannzylinder 39 betätigt werden, wird der elektrische
Kontakt zur Bodenplatte 30 über die Lasche 33 hergestellt, Durch öffnen des Absperrventils
25 wird die Kühlung der Bodenplatte 30 und der Kristallisatorwände 31 und 32 bewirkt.
Das Kühlmittel fließt vom Kopfteil des Kristallisators 6 über eine Abflußleitung
26 in die Abflußrinne 28. Vor dem Zünden der Elektrode in der Kokille 6 wird der
Lüfter 50 eingeschaltet, der durch die hohl ausgebildeten Führungsarme 42 und 43
die sich beim Zünden und Schmelzen bildenden Gase und den. entstehenden Staub absaugt,
Während des Schmelzprozesses wird der Spannarm 3 jeweils in erforder= lichem Maße
abgesenkt, bis er sieh unmittelbar über den Führungsarmen 42 und 43 befindet. Zu
diesem Zeitpunkt werden die Führungsarme 42 und 43 in beschriebener Weise zur Seite
geschwenkt und die Elektrode bis auf das Einspannende abgeschmolzen. Mit der Beendigung
des Schmelzvorganges wird der Spannarm 3 etwas angehoben, die Klemmbacken 37 und
38 gelöst und die Kokille 6 aus ihrer Schmelzstellung durch Drehen der Drehscheibe
5 geschwenkt. Durch Öffnen der Spannvorrichtung 4 wird das Einspannende der Elektrode
entfernt und der Spannarm 3 angehoben. Während des Schmelzprozesses werden durch
ein Hebezeug neue Elektroden in die Elektrodenständer 7 auf der Drehscheibe 5 eingesetzt.
Nach dem Entfernen des umgeschmolzenen Blockes aus der Kokille 6 wird diese von
anhaftenden Schlackenresten gesäubert und -für den nächsten Umschmelzvorgang vorbereitet.
Durch weiteres Schwenken der Drehscheibe 5 wird der Elektrodenständer 7 mit der
neuen Elektrode unter den Spannarm. geschwenkt, und der beschriebene Zyklus beginnt
von neuem.
-
Durch die vorstehend beschriebene- Anlage wird erreicht; daß Elektroden
umgeschmolzen werden können, ohne größere Forderungen bezüglich ihrer Toleranzen
hinsichtlich Querschnitts- und Längsabweichungen zu stellen, Die technologisch bedingten
Stillstandszeiten werden auf ein Minimum rede. ziert, da die gesamte Dauer eines
Schmelzprozesses zur Verfügung steht, um den nächsten vorzubereiten. Durch die vorgeschlagene
Anlage wird eine weitgehend zeitliche Unabhängigkeit von Hebezeugen beispielsweise
Laufkranen erreicht.