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WO2000075386A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung von gegossenen oder umgeschmolzenen strängen nach einem elektroschlacke-verfahren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung von gegossenen oder umgeschmolzenen strängen nach einem elektroschlacke-verfahren Download PDF

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WO2000075386A1
WO2000075386A1 PCT/EP2000/004290 EP0004290W WO0075386A1 WO 2000075386 A1 WO2000075386 A1 WO 2000075386A1 EP 0004290 W EP0004290 W EP 0004290W WO 0075386 A1 WO0075386 A1 WO 0075386A1
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WO
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strand
elements
pressed
contact
axis
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PCT/EP2000/004290
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Holzgruber
Wolfgang Holzgruber
Bertram Ofner
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Inteco Internationale Techinsche Beratung GmbH
Original Assignee
Inteco Internationale Techinsche Beratung GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
    • B22D23/06—Melting-down metal, e.g. metal particles, in the mould
    • B22D23/10—Electroslag casting

Definitions

  • the invention relates to a process for the continuous production of strands or ingots from metal, in particular from steels and Ni and Co-based alloys by the process of remelting electroslag or electroslag casting in downwardly open, water-cooled molds, and a suitable one for this Contraption.
  • Sh. Sasayama and co-workers developed a process for the continuous remelting of self-consumable electrodes using the electro-slag remelting process in a water-cooled mold with continuous strand removal by means of a removal device.
  • AE Vokov and co-workers describe a continuous process for melting grinding dust in a slag bath heated by a non-consumable electrode in a water-cooled mold with continuous strand removal by means of a so-called block, clamping and removal traction device.
  • An oxy-fuel cutting device arranged in the system enables the remelting strands produced to be cut to length.
  • the remelting rates are given as 210-240 kg / h for strands with a diameter of 300 mm and are thus 0.7-0.8 kg / h / mm strand diameter.
  • AT 399 463 B shows a process for electro-slag continuous casting of steels and alloys, in which the casting level in the water-cooled mold is covered by an electrically conductive slag and in which the slag bath is heated, for example, when the current passes through immersed auxiliary electrodes.
  • the casting speed should be set so that it is at least 1.5 times the melting rate customary in electro-slag remelting and at most 50% of the casting speed in conventional continuous casting. No information is given on the type of strand withdrawal.
  • Extraction devices for continuously operating electro-slag plants must also be able to remove either all or at least part of the melt stream from the strand produced without interruption, taking into account the guiding of the stripped strand at a small distance from the lower edge of the mold give is.
  • roller elements Both roller elements and movable jaw systems are known for the purpose of strand withdrawal.
  • Roller elements have the advantage that the contact points with the strand surface change constantly when the strand is moving, so that an inadmissible cooling of the strand surface is avoided even when using water-cooled rollers.
  • clamping jaws with a relatively short stroke have advantages, since a fixed current-conducting connection can be comparatively easily established by using flexible line elements, such as cables or tapes.
  • the clamping jaws participating in the strand withdrawal movement are in constant contact with the strand surface during the clamping phase, so that in the event of a long clamping phase an inadmissible cooling of the strand surface can be brought about at the contact points. For this reason, the engagement times of jaw elements must not be selected too long, although it can be helpful to borrowed, as with forging tools, to allow a certain heating of the jaw contact surface.
  • the inventor has set himself the goal of improving the known methods and devices while avoiding the disadvantages identified, and the task of continuously or step-wise stripping from the mold in the electroslag removal process, which differs considerably from continuous casting. melt or cope with electro slag cope.
  • the strand emerging from the mold is pressed against at least one guide element which is rigidly arranged with respect to its arrangement with respect to the mold axis by at least one clamping element arranged opposite it in such a way that the contact points of the strand surface and the guide or clamping element change constantly, at least one this element is driven for the purpose of strand withdrawal, while the other participates in the strand movement and at least one of these elements can be used to make contact with a power source.
  • Roller elements consisting of one or more rollers are best suited as rigid guide elements. It has proven to be advantageous that the strand emerging from the mold is pressed against one or more rollers, the axes of which are arranged at 90 ° to the strand axis. In addition, the strand withdrawal is to be effected in that at least one roller against which the strand is pressed is driven.
  • the melt flow is expediently discharged via the clamping jaws, which can be pressed on alternately, the pressing times of the individual jaws not exceeding two minutes.
  • the clamping jaws can preferably also be designed as oscillating jaws which roll along the strand surface during the clamping cycle, similar to a roller with a large radius.
  • the strand withdrawal movement can then be carried out by one or more driven rollers or by at least two clamping jaws, one of which is always pressed on and at the same time causes the withdrawal by a suitable device, while the second is withdrawn and returned to its upper position in relation to the strand withdrawal becomes.
  • the non-driven rollers or pressed-on clamping jaws make the strand withdrawal movement, whereby one of the non-driven rollers can be designed as a measuring roller.
  • a device suitable for carrying out the method according to the invention consists of a rigid frame aligned with respect to the mold axis with at least two water-cooled guide rollers, of which at least one is driven, and at least two clamping jaws which can be pressed against the strand surface and are connected to a power source.
  • a water-cooled mold 10 which can also be designed as a funnel mold known per se, there is a slag bath 12 in which a self-consumable electrode 14 is melted. The molten metal is collected in a melt pool 16; whose melt level is designated 18.
  • a strand 20 formed after solidification is drawn down from the mold 10 in the direction x by a driven roller 24, which is arranged in a rigid frame 22 with respect to the mold axis A.
  • a guidance of the strand 20 parallel to the mold axis A is effected by the aforementioned driven roller 24 and further rollers 24 a , against which the strand 20 is pressed alternately by one of two clamps 26 which can be moved in the vertical direction.
  • a holding device 28 for the lower of the two clamps 26 carries an autogenous flame cutting device 30, with which the strand 20 produced can be cut to length in the phase of the engagement of these clamps 26.
  • the terminals 26 are connected to a current source 36 via flexible cables 32 and high-current lines 34.
  • the alternately pressed-on jaws of the clamping jaws 26 are designed as oscillating clamping jaws, the axes of which are arranged in the rigid frame 22 in such a way that the clamps 26 are movable in the direction of withdrawal of the strand x and the surface in contact with the strand 20 is curved with a radius corresponding to its center distance, so that it rolls along the surface of the strand in the pressed state.
  • the second oscillating jaw is engaged - that is, pressed on - the jaw is withdrawn from the surface of the strand and the rocker is moved about the axis against the direction of the strand withdrawal into an upper starting position, where it remains until the jaw is pressed against the surface of the strand again.

Landscapes

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  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie die für die Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Strängen oder Barren aus Metallen, insbesondere aus Stählen sowie Ni- und Co-Basislegierungen nach dem Verfahren des Elektroschlacke-Umschmelzens oder des Elektroschlacke-Stranggiessens in nach unten offenen wassergekühlten Kokillen (10), bei welchen der aus der Kokille (10) nach unten austretende Strang (20) an mindestens ein hinsichtlich seiner Position zur kokillenachse (A) starr angeordnetes Führungselement (24, 24a) durch mindestens ein diesem gegenüber angeordnetes Klemmelement (26) in der Weise angepresst wird, dass die mit den Führungs- bzw. Klemmelementen (24, 26) in Berührung stehenden Bereiche der Strangoberfläche sich in kurzen Zeitabschnitten ändern, wobei zumindest eines der genannten Elemente zum Zweck des Strangabzugs angetrieben ist, während die anderen die Strangbewegung mitmachen und über zumindest eines der genannten Elemente ein Kontakt zu einer Stromquelle herstellbar ist.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von gegossenen oder umgeschmolzenen Strängen nach einem
Elektroschlacke-Verfahren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Strängen oder Barren aus Metall, insbesondere aus Stählen sowie Ni- und Co-Basislegierungen nach dem Verfahren des Elektroschlacke-Umschmelzens oder des Elek- troschlacke-Stranggießens in nach unten offenen, wassergekühlten Kokillen sowie eine dafür geeignete Vorrichtung.
Das kontinuierliche Herstellen von Knüppeln oder Blöcken nach dem Verfahren des Elektroschlacke-Umschmelzens oder Elektroschlackegießens ist grundsätzlich bekannt.
So beschreiben beispielsweise Sh. Sasayama und Mitarbeiter ein Verfahren zum kontinuierlichen Umschmelzen selbstver- zehrbarer Elektroden nach dem Elektroschlacke-Umschmelzver- fahren in einer wassergekühlten Kokille mit kontinuierlichem Strangabzug durch eine Abzugsvorrichtung.
Durch Anwendung der Elektrodenwechseltechnik und Schneiden der erzeugten Stränge kleiner Abmessung in der Anlage wird eine kontinuierliche Herstellung von Umschmelzsträngen ermöglicht, wobei die Umschmelzraten für Gießquerschnitte mit 130 - 250 mm quadrat mit 180 - 275 kg/h angegeben werden und sich somit im Bereich von 1,1 - 1,38 kg/h/mm Strangdicke bewegen.
A. E. Vokov und Mitarbeiter beschreiben ein kontinuier- liches Verfahren zum Einschmelzen von Schleifstaub in einem durch eine nichtverzehrbare Elektrode erhitztem Schlackenbad in einer wassergekühlten Kokille mit kontinuierlichem Strangabzug durch eine sogenannte Block-, Klemm- und Ab- zugsvorrichtung. Eine in der Anlage angeordnete Autogenschneidvorrichtung ermöglicht ein Ablängen der erzeugten Umschmelzstränge. Die Umschmelzraten werden mit 210 - 240 kg/h für Stränge mit 300 mm Durchmesser angegeben und be- tragen sohin 0,7 - 0,8 kg/h/mm Strangdurchmesser.
In der AT 399 463 B ist ein Verfahren zum Elektroschlacke- Stranggießen von Stählen und Legierungen zu entnehmen, bei welchem der Gießspiegel in der wassergekühlten Kokille durch eine elektrisch leitende Schlacke abgedeckt ist und bei welchem das Schlackenbad beispielsweise beim Stromdurchgang durch eintauchende Hilfselektroden erhitzt wird. Bei dem Verfahren soll die Gießgeschwindigkeit so eingestellt werden, dass sie mindestens dem 1,5-fachen der beim Elektroschlacke-Umschmelzen üblichen Abschmelzrate und höchstens 50 % der Gießgeschwindigkeit beim konventionellen Stranggießen beträgt. Angaben über die Art des Strangabzugs werden nicht gemacht.
Weiteres ist in der US 5,799,721 (entsprechend A 151/96) ein Verfahren zum Elektroschlacke-Strangschmelzen von Metallen offenbart, bei welchem selbstverzehrbare Elektroden, deren Querschnittsfläche das 0,5-fache der Querschnittsfläche des Umschmelzstranges beträgt, mit einer Abschmelz- rate in kg/h umgeschmolzen werden, die dem 1,5 bis 30- fachen des aus dem Umfang des Gießquerschnitts errechneten äquivalenten Strangdurchmessers gemäß Däq = U/π in mm entspricht. Angaben über die Art des Strangabzugs werden ebenfalls nicht gemacht.
Andererseits sind für das Stranggießen von Stählen und Legierungen unterschiedlichste Anordnungen für den kontinuierlichen Abzug der Stränge bekannt, wobei diese Vorrichtungen immer in einem erheblichen Abstand von der wasserge- kühlten Kokille angeordnet sind und sich zwischen der wassergekühlten Kokille und der Strangabzugsvorrichtung im allgemeinen eine Sekundärkühlstrecke befindet. Bei sogenannten Bogenanlagen muss die Strangabzugsvorrichtung auch die Aufgabe einer kontinuierlich arbeitenden Biege- und Richtanlage erfüllen.
Abzugsvorrichtungen für kontinuierlich arbeitende Elektro- schlacke-Anlagen müssen aber noch zusätzlich in der Lage sein, entweder den gesamten oder zumindest einen Teil des Schmelzstroms ohne Unterbrechung vom erzeugten Strang abzuführen, wobei bei geringem Abstand von der Kokillenunter- kante der Führung des abgezogenen Stranges Beachtung zu schenken ist.
Mit den im Schrifttum angeführten Klemmvorrichtungen kann ein Kontakt zu einer Stromquelle grundsätzlich hergestellt werden.
Für den Zweck des Strangabzugs sind sowohl Rollenelemente als auch bewegliche Klemmbackensysteme bekannt. Rollenelemente haben den Vorteil, dass sich bei bewegtem Strang die Berührungsstellen mit der Strangoberfläche ständig ändern, so dass auch bei Verwendung wassergekühlter Rollen eine unzulässige Abkühlung der Strangoberfläche vermieden wird. Allerdings ist eine Ableitung des Schmelzstroms über Rollen durch Verwendung von Bürsten zwar möglich, aber bei höheren Stromstärken nicht ganz einfach zu realisieren.
In Bezug auf die Stromableitung weisen dagegen Klemmbacken mit einem relativ kurzen Hub Vorteile auf, da durch Verwendung flexibler Leitungselemente, wie Kabel oder Bänder, ei- ne fixe stromleitende Verbindung vergleichsweise einfach herstellbar ist. Andererseits sind die Strangabzugsbewegung mitmachende Klemmbacken mit der Strangoberfläche während der Klemmphase in ständigem Kontakt, so dass bei langer Klemmphase eine unzulässige Abkühlung der Strangoberfläche an den Kontaktstellen bewirkt werden kann. Aus diesem Grund dürfen die Eingriffszeiten von Klemmbackenelementen nicht zu lang gewählt werden, wobei es hilfreich sein kann, ahn- lieh wie bei Schmiedewerkzeugen, eine gewisse Erwärmung der Klemmbackenkontaktflache zuzulassen .
In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfin- der das Ziel gesetzt, die bekannten Verfahren und Vorrichtungen unter Meidung der erkannten Nachteile zu verbessern sowie die im Vergleich zum Stranggießen erheblich unterschiedliche Aufgabe eines kontinuierlichen oder schrittweisen Strangabzugs aus der Kokille beim Elektroschlacke-Um- schmelzen oder Elektroschlacke-Stranggießen zu bewältigen.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Anspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kom- binationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der aus der Kokille austretende Strang an mindestens ein hinsichtlich seiner Anordnung zur Kokillenachse starr angeordnetes Führungselement durch mindestens ein diesem gegenüber angeordnetes Klemmelement so angepresst, dass sich die Berührungspunkte von Strangoberfläche und Führungs- bzw. Klemmelement ständig ändern, wobei zumindest eines dieser Ele- mente zum Zwecke des Strangabzugs angetrieben ist, während das andere die Strangbewegung mitmacht und zumindest über eines dieser Elemente ein Kontakt zu einer Stromquelle herstellbar ist.
Als starres Führungselement sind erfindungsgemäß aus einer oder mehreren Rollen bestehende Rollenelemente am besten geeignet. Als günstig hat es sich erwiesen, dass der aus der Kokille austretende Strang gegen eine oder mehrere Rollen gepresst wird, deren Achsen um 90° zur Strangachse an- geordnet sind. Zudem soll der Strangabzug dadurch bewirkt werden, dass mindestens eine Rolle, gegen die der Strang gepresst wird, angetrieben ist. Die Ableitung des Schmelzstroms erfolgt zweckmäßigerweise über die abwechselnd anpressbaren Klemmbacken, wobei die Anpresszeiten der einzelnen Backen zwei Minuten nicht überschreiten.
Um die Kontaktzeiten der Klemmbacken mit der Strangoberfläche kurz zu halten, können die Klemmbacken vorzugsweise auch als Schwingbacken ausgebildet sein, die ähnlich einer Rolle mit großem Radius während des Klemmzyklus entlang der Strangoberfläche abrollen.
Die Strangabzugsbewegung kann dann durch eine oder mehrere angetriebene Rollen oder auch durch mindestens zwei Klemmbacken erfolgen, von denen immer eine angepresst ist und gleichzeitig durch eine geeignete Vorrichtung den Abzug bewirkt, während die zweite zurückgezogen und in ihre, bezogen auf den Strangabzug, obere Position zurückgesetzt wird.
Die nicht angetriebenen Rollen oder angepressten Klemm- backen machen dabei die Strangabzugsbewegung mit, wobei eine der nicht angetriebenen Rollen als Messrolle ausgebildet sein kann.
Eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht aus einem im Bezug auf die Kokillenachse ausgerichteten starren Rahmen mit mindestens zwei wassergekühlten Führungsrollen, von welchen mindestens eine angetrieben ist, und wenigstens zwei mit einer Stromquelle verbundene, gegen die Strangoberfläche pressbare Klemmbacken. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
In einer wassergekühlten Kokille 10, die auch als an sich bekannte Trichterkokille ausgeführt sein kann, befindet sich ein Schlackenbad 12, in welchem eine selbstverzehrbare Elektrode 14 abgeschmolzen wird. Das abgeschmolzene Metall wird in einem Schmelzesumpf 16 gesammelt; dessen Schmelzespiegel ist mit 18 bezeichnet.
Ein nach dem Erstarren gebildeter Strang 20 wird aus der Kokille 10 nach unten durch eine — in einem starren Rahmen 22 in Bezug auf die Kokillenachse A bestehend angeordnete - - angetriebene Rolle 24 in Richtung x abgezogen. Eine Führung des Stranges 20 parallel zur Kokillenachse A wird durch die erwähnte angetriebene Rolle 24 und weitere Rollen 24a bewirkt, gegen die der Strang 20 abwechselnd durch eine von zwei in vertikaler Richtung verfahrbare Klemmen 26 angedrückt wird.
Eine Haltevorrichtung 28 für die unteren der beiden Klemmen 26 trägt eine autogene Brennschneideinrichtung 30, mit welcher der erzeugte Strang 20 in der Phase des Eingriffs dieser Klemmen 26 abgelängt werden kann. Die Klemmen 26 sind über flexible Kabel 32 und Hochstromleitungen 34 mit einer Stromquelle 36 verbunden.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform sind die abwechselnd angepressten Backen der Klemmbacken 26 als Schwingklemmbacken ausgeführt, deren Achsen im starren Rahmen 22 so angeordnet sind, dass die Klemmen 26 in Strangab- zugsrichtung x beweglich sind und deren mit dem Strang 20 in Berührung stehende Fläche eine Krümmung mit einem Radius entsprechend ihres Achsabstandes aufweist, so dass sie im angepressten Zustand entlang der Strangoberfläche abrollt. Sobald die zweite Schwingklemmbacke im Eingriff — also an- gepresst — ist, wird die Backe von der Strangoberfläche zurückgezogen und die Schwinge um die Achse entgegen der Strangabzugsrichtung in eine obere Ausgangsstellung bewegt, wo sie verharrt, bis die Backe wieder gegen die Strangoberfläche gepresst wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Strängen oder Barren aus Metall, insbesondere aus Stählen sowie Ni- und Co-Basislegierungen nach dem Verfahren des Elektroschlacke-Umschmelzens oder des Elektroschlacke- Stranggießens in nach unten offenen, wassergekühlten Kokillen,
dadurch gekennzeichnet,
dass der aus der Kokille nach unten austretende Strang an mindestens ein hinsichtlich seiner Position zur Strangachse starr angeordnetes Führungselement durch wenigstens ein diesem gegenüber angeordnetes Klemmelement in der Weise angepresst wird, dass die mit den Führungs- bzw. Klemmelementen in Berührung stehenden Bereiche der Strangoberfläche sich in kurzen Zeitab- schnitten ändern, wobei zumindest eines der genannten Elemente zum Zweck des Strangabzugs angetrieben wird, während die anderen die Strangbewegung mitmachen und über zumindest eines der genannten Elemente einen Kontakt zu einer Stromquelle hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Kokille austretende Strang zur Strangführung gegen eine oder mehrere Rollen gepresst wird, deren Achsen um 90° zur Strangachse angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang durch mindestens eine angetriebene Rolle, gegen die der Strang gepresst wird, abgezogen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpressen des Stranges gegen das Führungselement durch zwei oder mehr Klemmbacken erfolgt, von welchen abwechselnd mindestens eine gegen den Strang gepresst wird und die Strangabzugsbewegung mitmacht, während zumindest eine von der Strangoberfläche zurückgezogen und entgegen der Strangabzugsrichtung bis in eine obere Endstellung gebracht und dann wieder gegen die Strangoberfläche gepresst und mit dem Strang mitbewegt wird, bevor die mindestens eine im Eingriff befindliche Klemme zurückgezogen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Zeit des Kontakts einer Klemme mit der Strangoberfläche von höchstens zwei Minuten.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromableitung vom Strang über die an den Strang angepressten Klemmbacken und entsprechende Leitungen zum Anschlusspunkt der Stromquelle durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für eine vollkontinuierliche Ar- beitsweise ein Elektrodenwechsel durchgeführt wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch mindestens zwei parallel zur Kokillenachse (A) in einem Rahmen (22) angeordnete, jedoch in Achsrichtung bewegliche Führungselemente (24, 24a) und mindestens ein diesem gegenüber angeordnetes Klemmelement (26) , welches in Richtung der Führungselemente anpressbar ist und eine Bewegung in Richtung der Kokillenachse sowohl im angepressten als gelöstem Zustand ermöglicht, und dass eines der genannten Elemente angetrieben ist sowie ebenfalls von einem der genannten Elemente eine Verbindung zu einer Stromquelle (36) herstellbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente als Rollen (24, 24a) ausgebildet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Elemente in Richtung der Strangachse (A) verfahrbare Backen vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Elemente Schwingbacken verwendet werden, deren Kontaktfläche mit der Strangoberfläche eine Krümmung aufweist, deren Radius ihrem Abstand von der Schwingachse entspricht.
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