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Im Energiemaschinenbau besteht heute ein Trend zum Einsatz stationärer Gasturbinen mit ho- her spezifischer Leistung als Alternative zu den aus Umweltgründen vielfach abgelehnten Atom- kraftwerken, bei welchen mit Dampfturbinen das Auslangen gefunden werden konnte. Die höheren Arbeitstemperaturen von Gasturbinen verlangen den Einsatz von hochlegierten Eisen- und insbe- sondere Nickelbasislegierungen, die zur Erzielung der geforderten Eigenschaften erhebliche Ge- halte an Ti, AI, B, Nb, Ta, W etc. aufweisen Bisher wurden Gasturbinen vorzugsweise als Trieb- werke für Flugzeuge eingesetzt, für die mit vergleichsweise kleinen Turbinenwellen das Auslangen gefunden werden konnte.
Für deren Herstellung wurden relativ kleine Blöcke mit Durchmessern von 500 mm und darunter benötigt, die mittels Umschmelzverfahren mit selbstverzehrbaren Elekt- roden mit einem ausreichenden Qualitätsstandard hergestellt werden konnten. Unter ausreichen- dem Qualitätsstandard wird insbesondere ein Rohblock verstanden, der weitgehend frei ist von makroskopischen Gefüge- und Struktunnhomogenitäten, wie Seigerungen und anderen Fehlerer- scheinungen, die als "Freckles" und "White Spots" bekannt sind
Bei White Spots handelt es sich um Fehlstellen, die im Vergleich zum übrigen Material an Le- gierungselementen verarmt sind.
Diese Fehlererscheinung ist nur vom Vakuumlichtbogen - Verfah- ren mit selbstverzehrenden Elektroden her bekannt und es wird angenommen, dass diese Fehlerer- scheinung durch von der Elektrodenspitze herabfallende, im Schmelzsumpf nicht aufgeschmolzene Dendritenäste hervorgerufen wird. Beim Elektroschlacke Umschmelzverfahren mit selbstverzehr- baren Elektroden wurde diese Fehlererscheinung bisher nicht beobachtet.
Bei Freckles handelt es sich um vereinzelt auftretende punkt- oder fleckenförmige Entmischun- gen, die bei der Erstarrung hochlegierter Blöcke entlang der Dendriten auftreten können, wenn die Legierung Elemente enthält, deren Dichte sich erheblich von der Dichte der Grundlegierung unter- scheidet. Sohin sind Eisen- oder Nickelbasislegierungen, die hohe Gehalte an spezifisch leichten Elementen, wie Ti oder AI, aber auch spezifisch schwere Elemente, wie W, Nb, Ta, enthalten, besonders anfällig für diese Fehlererscheinung. Während bei Blöcken kleinerer Abmessungen bis etwa 400 - 500 mm Blockdurchmesser dieser Fehler nur vereinzelt und nur bei ungünstigen Um- schmelzbedingungen auftritt ist die Herstellung von fehlerfreien Blöcken mit grösserem Durchmes- ser auch bei bester Kontrolle der Umschmelzbedmgungen so gut wie unmöglich.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass die bei der Herstellung grosser Umschmelzblöcke unvermeidlichen langen Erstarrungszeiten und grossen Sumpfvolumina einerseits eine grobe Erstarrungsstruktur zur Folge haben und andrerseits Entmischungsvorgänge begünstigen.
Nun werden aber für den Bau stationärer Gasturbinen mit ausreichend hoher spezifischer Leis- tung grosse Turbinenwellen benötigt, für deren Herstellung wieder entsprechend grosse Rohblöcke mit Durchmessern von wesentlich über 500 mm, vorzugsweise bis zu 1000 mm, erforderlich sind.
Nach dem heutigen Stand der Technik des Umschmelzens mit selbstverzehrbaren Elektroden können ausreichend fehlerfreie Rohblöcke aus den dafür benötigten Legierungen nicht hergestellt werden.
An dieser Stelle setzt der der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Gedanke an und be- schreibt ein technisch durchführbares Verfahren zur Herstellung von weitgehend seigerungs- und insbesondere freckelfreien Gusskörpern aus Metallen, insbesondere aus hochlegierten Stählen sowie Nickel- und Cobalt- Basislegierungen grosser Abmessung nach einem Elektroschlacke Schmelz- oder Giessverfahren unter Verwendung einer an sich bekannten kurzen, stromleitenden, wassergekühlten Kokille, in deren Wand stromleitende, nicht direkt wassergekühlte Elemente elektrisch isoliert gegenüber dem den Gusskörper formenden Teil der Kokille eingebaut sind.
Die kennzeichnenden Merkmale dieses neuen Verfahrens bestehen darin, dass ein weitgehend seige- rungs- und freckelfreier Vorblock mit kreisförmigem, quadratischem bzw. recheckigem Flächen- querschnitt, der eine Querschnittsfläche besitzt, die höchstens 90 % von der Querschnittsfläche des den Gussblock formenden Teils der Kokille beträgt,
dass der Vorblock in der Kokille angeordnet wird und unter Verwendung eines - durch den Stromdurchgang zwischen den an einen Pol der Stromquelle angeschlossenen stromleitenden Elementen in der Kokillenwand und dem auf einer an den anderen Pol der Stromquelle angeschlossenen Bodenplatte ruhenden Vorblock - erhitzten Schackenbades durch fortgesetztes dosiertes Eingiessen flüssigen Metalls oder die Zufuhr von im heissen Schlackenbad aufschmelzendem festen Metall in Form von Granalien oder Stangen mit diesem zugeführten Metall verbunden wird und dass durch eine Relativbewegung zwischen Kokille und Block das Niveau des Schlackenspiegels in der Kokille solange annähernd konstant gehalten
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wird, bis der Vorblock in der gewünschten Länge aufgedoppelt ist.
Dieser Vorgang mit dem aufge- doppelten Vorblock kann mit einer Kokille grosserer Abmessung einmal oder mehrmals solange wiederholt werden bis die gewünschte Endabmessung des Gusskörpers erreicht ist. Das Verfahren ist grundsätzlich für beliebige Querschnittsformen geeignet. Werden jedoch Rohblöcke benötigt, die durch Schmieden weiterverarbeitet werden, so werden am zweckmässigsten Rundblöcke her- gestellt.
Aus dem Schrifttum sind Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern nach dem Prinzip des Elektroschlacke Umschmelzens grundsätzlich bekannt. So wird in der DE 24 52 277 A1 eine selbstsinternde rohrförmige Elektrode beschrieben, für das Auftragen einer Metallschicht auf einen auf einer Bodenplatte stehenden Metallkern in einer kurzen wassergekühlten Kokille nach dem Elektroschlacke Umschmelzverfahren, bei welchem der Strom über die Elektrode in das Schla- ckenbad geleitet wird.
In der JP-03090270 A wird eine Warmwalze beschrieben, deren äussere, harte Schicht durch Abschmelzen einer rohrförmigen Elektrode hergestellt wird, welches in einer kurzen hebbaren Kokille, die einen auf einer drehbaren Bodenplatte angeordneten Kern konzentrisch umgibt, in einem Schlackenbad erfolgt, wobei die Zuleitung des Schmelzstroms von einer Wechselstromquel- le über die rohrförmige Elektrode geführt wird. Die Rückleitung wird von der Bodenplatte zur Stromquelle geführt.
Die DE 30 49 283 C2 beschreibt Verfahren zur Oberflächenbehandlung zylindrischer Bauteile, beispielsweise einer Walzwerkswalze, bei welchem über mehrere stangenförmige Abschmelzelekt- roden mit grossem Querschnitt einem in einem Ringspalt zwischen einer Kokille und einem rotie- renden zylindrischen Werkstück befindlichen Schlackenbad ein Mehrphasenwechselstrom zuge- führt wird, wobei in diesen Ringspalt gleichzeitig kontinuierlich geschmolzenes Metall zugesetzt wird. Der Mehrphasenwechselstrom, der bei dem hier beschriebenen Verfahren über mehrere Stangenelektroden in das Schlackenbad geführt wird, führt bei dem hier beschriebenen Verfahren dazu, dass, bei Anwendung einer Sternschaltung, von der rotierenden Bodenplatte nur ein relativ geringer Ausgleichsstrom abgeleitet werden muss, was weniger Probleme bereitet als die Ableitung des gesamten Schmelzstroms.
Das Verfahren soll hauptsächlich bei der Herstellung und Reparatur von zusammengesetzten oder Verbundbauteilen Verwendung finden.
Wie aus den o. a. Stand der Technik hervorgeht sind Verfahren zur Herstellung von Verbund- körpern nach dem Prinzip des Elektroschlacke Umschmelzens grundsätzlich bekannt, wobei bei allen bisher bekanntgemachten Verfahren der Schmelzstrom über rohr- oder stangenförmige Abschmelzelektroden in das Schlackenbad geleitet wird. Die Stromrückleitung erfolgt entweder ganz oder teilweise von der Bodenplatte. Die Energieeinbringung über eine oder mehrere ab- schmelzbare Elektroden hat bei diesen Verfahren zur Folge, dass die dadurch im Schlackenbad erzeugte Wärme, abgesehen von der Deckung der Wärmeverluste, gleichzeitig sowohl für das Abschmelzen der Elektroden zur Verfügung steht als auch für die Vorwärmung und das oberfläch- liche Aufschmelzen des Kerns bzw Vorblocks.
Dies bedeutet, dass die Metallzufuhr, die von der sich einstellenden Abschmelzrate der Abschmelzelektroden abhängt, nicht unabhängig von der Wärmeeintragung in den Kern und dem oberflächlichen Aufschmelzen desselben gesteuert werden kann. Dies hat zur Folge, dass bei einer derartigen Arbeitsweise im unteren Teil des Gusskörpers, solange dieser nur wenig vorgewärmt ist, unter Umständen ein nur unzureichendes oberflächliches Aufschmelzen des Kernmaterials und damit nur eine unzureichende Verbindung erreicht wird. Da die Leistungszufuhr zum Schlackenbad über die abschmelzende Elektrode erfolgt kann eine Erhö- hung derselben nur bedingt Abhilfe schaffen. Diese würde vor allem den Energieeintrag an der Elektrodenspitze und damit deren Abschmelzrate erhöhen.
Dies hätte dann zur Folge, dass der Spalt zwischen Kern und Kokille umso schneller aufgefüllt wird und noch weniger Zeit für die Vorwärmung und das oberflächliche Aufschmelzen des Kerns zur Verfugung steht. Umgekehrt kann es im oberen Teil des Gussstückes, wenn bereits eine ausreichende Vorwärmung desselben vorliegt, wünschenswert sein den Wärmeeintrag in das Kernmaterial zu verringern. Dies ist nur über eine Absenkung der Schlackentemperatur möglich. Diese kann aber nur erreicht werden durch eine Verringerung der Energiezufuhr zum Schlackenbad über die Abschmelzelektroden was wieder zu einer Abnahme der Abschmelzrate und zu einem langsameren Ansteigen des Metall- spiegels im Ringspalt führt.
Dies wieder führt zu einem längeren Kontakt der heissen Schlacke, wenn auch mit abgesenkter Temperatur, mit dem Kernmaterial, so dass der gewünschte Effekt
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eines geringeren Einbrands nur bedingt oder gar nicht erreicht werden kann. Andrerseits bewirkt ein zu weitgehendes Absenken der Schlackentemperatur, dass die Kühlwirkung der Wand der was- sergekühlten Kokille so stark wirksam wird, dass es immer wieder zu einem Erstarrungsfortschritt über den Meniskus des flüssigen Metalls hinweg kommt, was zu einer rilligen Ausbildung der
Oberfläche der aufgetragenen Metallschicht führt.
Diese o. a. Schwierigkeiten werden bei der vorliegenden Erfindung dadurch vermieden, dass eine an sich bekannte stromleitende Kokille verwendet wird über welche der Schmelzstrom dem
Schlackenbad zugeleitet wird. Eine stromführende Elektrode wird nicht benötigt. Die Metallzufuhr kann in Form flüssigen Metalls aber auch in Form festen Metalls erfolgen, wobei sowohl Granalien aber auch Stangen in Frage kommen. Damit wird erreicht, dass die Temperatur des Schlackenbads unabhängig von der Zufuhrrate des flüssigen oder festen Metalls geregelt werden kann. Diese kann dann so gewählt werden, dass die Oberfläche des Kernmaterials gerade ausreichend ange- schmolzen ist, dass eine sichere und fehlerfreie Verbindung sichergestellt wird.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es wichtig, dass die Giess- respek- tive Schmelzgeschwindigkeit so eingestellt wird, dass die daraus resultierende Sumpftiefe eine nach oben gerichtete seigerungsfreie Erstarrung ermöglicht. Als günstig hat es sich erwiesen wenn die durchschnittliche Giess- oder Schmelzgeschwindigkeit in kg/Std. so eingestellt wird, dass sie zwi- schen dem 0,25 - fachen und 5 - fachen der Summe aus äquivalentem Vorblockdurchmesser und
Kokillendurchmesser in mm beträgt, wobei der äquivalente Durchmesser für von Rundquerschnit- ten abweichende Formen durch den Quotienten Umfang/Ò bestimmt wird. Bei überaus seigerungs- emfindlichen Legierungen werden die besten Ergebnisse erzielt, wenn die Giess- bzw.
Schmelzge- schwindigkeit im Bereich zwischen dem 0,8 und 1,5 - fachen der Summe der äquivalenten Durch- messer entsprechend dem o. a. Zusammenhang eingestellt wird.
Der für die Durchführung des Verfahrens benötigte Vorblock wird vorzugsweise durch ein Um- schmelzverfahren mit selbstverzehrbarer Elektrode hergestellt, wobei hier eine solche Blockab- messung gewählt wird, die ein feinkörniges Gefüge gewährleistet und bei der mit Sicherheit ein Auftreten von Freckeln und Seigerungen vermieden werden kann. Grundsätzlich kann der Vorblock auch durch ein Elektroschlacke- oder sonstiges Giessverfahren hergestellt werden solange eine ausreichende Freckel- und Seigerungsfreiheit sichergestellt ist.
Bei rissempfindlichen Legierungen, aber auch um eine gute und fehlerfreie Bindung zwischen dem Vorblock und der aufgedoppelten Schicht sicherzustellen, kann es zweckmässig sein den Vorblock auf eine Temperatur von bis zu 800 C vorzuwärmen. Für die Herstellung von homoge- nen freckel- und seigerungsfreien Blöcken und Gusskörpern für die Herstellung von Schmiedestu- cken etc. wird der Vorblock mit einer Legierung aufgedoppelt, die die gleiche chemische Zusam- mensetzung wie der Vorblock aufweist Für besondere Anwendungszwecke, wie beispielsweise die Herstellung von Verbundwalzen, die einen zähen Kern und eine verschleissfeste Oberfläche auf- weisen müssen, aber auch andere, kann der Vorblock auch mit einer Legierung völlig unterschied- licher Zusammensetzung aufgedoppelt werden.
Für die Durchführung des Verfahrens ist es erforderlich, dass das flüssige Schlackenbad immer in der Höhe der in die Kokillenwand eingebauten, nicht direkt wassergekühlten und gegen den Rest der Kokille elektrisch isolierten stromleitenden Elemente sich befindet, da über diese eine Stromzuleitung in das Schlackenbad ermöglicht wird.
Die Rückleitung des Stroms erfolgt dann über den Vorblock bzw. die Bodenplatte, auf welcher der Vorblock ruht Durch den Stromdurchgang wird das Schlackenbad in flüssigem Zustand gehalten und soweit erhitzt, dass einerseits das Metall des Vorblocks oberflächlich angeschmolzen wird und dass andererseits auch bei langsamem Zugiessen flüssigen Metalls zum Zweck des Aufdoppelns eine vorzeitige Erstarrung an der Stelle, wo der Meniskus des flüssigen Metallspiegels mit der wassergekühlten Wand der Kokille in Kontakt ist, vermieden wird.
Für das Anfahren des Prozesses wird der vorbereitete Vorblock auf einen Stuhl aufgesetzt, der so geformt ist, dass er in die lichte Kokillenöffnung passt. Dieser Stuhl kann entweder wassergekühlt und somit wiederverwendbar sein oder auch aus dem gleichen Material wie der Vorblock bestehen Der Stuhl mit dem darauf aufsitzenden Vorblock wird zunächst so in der Kokille positioniert, dass seine Oberkante gerade mit der Oberkante des unteren, wassergekühlten, die neue Blockoberflä- che bildenden Teils der Kokille abschliesst. Nun wird Spannung angelegt, wobei aber zunächst noch kein Strom fliesst, da keine leitende Verbindung zwischen den stromleitenden Elementen und
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dem Vorblock bzw. der Bodenplatte besteht.
Anschliessend wird eine vorgeschmolzene Schlacke der gewünschten Zusammensetzung in den Spalt zwischen Vorblock und Kokillenwand eingegos- sen, womit ein Strom zu fliessen beginnt, sobald der Schlackenspiegel in den Bereich der stromlei- tenden Elemente in der Kokillenwand kommt. Nun wird die gewünschte elektrische Leistung, entsprechend den Abmessungen von Vorblock und Kokille eingestellt und nach kurzer Zeit, die ausreicht um die dem Schlackenbad ausgesetzte Oberfläche des Vorblock anzuschmelzen, mit dem Eingiessen des aufzudoppelnden Metalls begonnen. Um den Schlackenspiegel immer im Bereich der stromleitenden Elemente zu halten wird entsprechend der Anlagenkonfiguration bei- spielsweise bei feststehendem Stuhl die Kokille kontinuierlich oder in Schritten in etwa in der Weise angehoben, wie durch die Zufuhr von Metall der Schlackenspiegel ansteigt.
Verfügt die Anlage dagegen über eine feststehende Kokille so wird der Stuhl in entsprechender Weise aus der Kokille nach unten abgezogen um so wieder ein annähernd konstantes Niveau des Schlackenspiegels in Bezug auf die stromleitenden Elemente sicherzustellen. Das Eingiessen von flüssigem Metall kann dabei entsprechend der gewünschten Aufbaugeschwindigkeit kontinuierlich oder diskontinuierlich in Schritten erfolgen. Bei einer schrittweisen Zufuhr darf aber das Volumen der Metallmenge eines einzelnen Schrittes das Volumen des Schlackenbades nicht überschreiten. Sowohl bei kontinuierli- cher als auch bei schrittweiser Metallzufuhr ist jedoch darauf Bedacht zu nehmen, dass die o.a. mittlere Giessrate nicht überschritten wird.
Das Anheben der Kokille bzw. das Absenken der Bodenplatte mit dem Stuhl kann in an sich bekannter Weise wieder kontinuierlich oder in Schritten erfolgen, wobei die mittlere Hub- bzw.
Abzugsgeschwindigkeit wieder entsprechend auf die Metallzufuhrgeschwindigkeit abgestimmt sein muss. Bei schrittweiser Arbeitsweise ist darauf zu achten, dass der Einzelschritt nicht grösser sein darf als die Höhe der in die Kokillenwand eingebauten stromleitenden Elemente. An jeden Hub- schritt schliesst sich eine Pause an solange bis der Schlackenspiegel wieder annähernd das ur- sprüngliche Niveau erreicht hat Bei schrittweiser Arbeitsweise kann weiters zwischen Abzugshub- schritt und Pause ein Rückhub eingeschaltet werden, wobei dann Abzugshub, Rückhub und Pause so aufeinander abgestimmt werden müssen, dass sie der mittleren Metallzufuhrgeschwindigkeit ent- sprechen.
Wird hingegen mit einer kontinuierlichen Abzugsgeschwindigkeit gearbeitet so kann es für die Ausbildung einer guten Oberfläche hilfreich sein, wenn die Kokille, wie vom Stranggiessen her bekannt, eine oszillierende Bewegung ausführt.
An Stelle des Eingiessens von flüssigem Metall kann auch festes Metall in Form von Stäben, Spänen oder Granalien in das Schlackenbad eingebracht und in diesem zum Aufschmelzen ge- bracht werden. Die Metallzufuhr in den Spalt zwischen Vorblock und Kokille wird in der oben be- schriebenen Weise solange fortgesetzt, bis der gesamte Vorblock aufgedoppelt ist. Dann wird die Energizufuhr zum Schlackenbad abgeschaltet und der aufgedoppelte Vorblock nach vollständiger Erstarrung der aufgedoppelten Schicht aus der Anlage entfernt.
Grundsätzlich kann das Verfahren an offener Luft durchgeführt werden, da das flüssige Schlak- kenbad den darunter liegenden Metallspiegel gegen den Luftsauerstoff schützt. Für die Herstellung hochwertiger Legierungen empfiehlt es sich dennoch das Verfahren unter einer kontrollierten Schutzgasatmosphäre durchzuführen, wobei in diesem Fall je nach den Anforderungen auch unter Unter- oder Überdruck gearbeitet werden kann.
In Fig. 1 ist die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt Der beispielsweise durch ein Umschmelzverfahren mit selbstverzehrbarer Elektrode hergestellte Vorblock (1) ruht auf einem in die lichte Öffnung der Kokille passenden wassergekühlten Stuhl (2), der in eine Position nahe der Oberkante des unteren wassergekühlten Teils der Kokille (3) für den Startvorgang positioniert wurde. Unmittelbar darüber befinden sich zwischen oberhalb mindestens eines isolierenden Elementes (7a) mindestens ein stromleitendes Element (4) und darüber, falls erforderlich, ein weiteres isolierendes Element (7b) sowie allenfalls ein weiterer oberer wasserge- kühlter Teil (8).
Die stromleitenden Elemente (4) und der Stuhl (2) sind mit je einem Pol einer Gleich- oder Wechselstromquelle (5) verbunden Um den Prozess zu starten wird aus einem Gefäss flussige Schlacke (9) in den Kokillenspalt gegossen, bis der Schlackenspiegel (10) etwa die Höhe der der Oberkante der stromleitenden Elemente (4) erreicht hat.
Anschliessend wird, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, fortlaufend flüssiges Metall (12) durch das Schlackenbad (11) mit der vorgesehenen Giessgeschwindigkeit gegossen, wobei dieses einer-
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seits mit dem Vorblock (1) verschweisst und andrerseits im Kontakt mit diesem und dem unteren wassergekühlten Teil der Kokille (3) erstarrt und eine mit dem Vorblock (1) fest verbundene aufge- doppelte Schicht (13) bildet.
In Fig. 3 wird schematisch das nochmalige Aufdoppeln eines bereits einmal aufgedoppelten Vorblocks durch Aufbringen einer weiteren aufgedoppelten Schicht (14) in einer Kokille grösseren Durchmessers dargestellt.
Die Wirksamkeit des erfindungsgemässen Verfahrens soll an Hand des nachfolgenden Bei- spiels veranschaulicht werden :
Die hochwarmfeste Ni - Basis Legierung Inconel 718 enthält neben den Legierungselementen Cr und Mo noch je 0,9 % Ti und AI sowie über 5 % Nb und auch B. Die Legierung ist äusserst freckelempfindlich, sodass qualitativ einwandfreie Blöcke sowohl nach dem Elektroschlacke- als auch nach dem Vakuumlichtbogen - Umschmelzverfahren nur bis zu Blockdurchmessern von etwa 450 mm mit Sicherheit herstellbar sind. Für den Bau stationärer Gasturbinen würden jedoch Blöcke aus dieser Legierung mit 12 - 18 t Gewicht und einem Blockdurchmesser von 900 - 1000 mm benötigt.
Für die Herstellung eines Rohblocks mit 16,5 t Gewicht bei einem Blockdurchmesser von 950 mm wurde in einer Elektroschlackeumschmelzanlage mit Standtiegel eine Abschmelzelektrode mit 340 mm Durchmesser und einer Länge von 4m in einer Standkokille mit 420 mm Innendurch- messer mit einer Schmelzrate von 350 kg/h zu einem Block mit 2,6 m Länge umgeschmolzen. Die chemische Zusammensetzung der Abschmelzelektrode betrug 0,03 % C, 0,18 % Si, 0,21 % Mn, 19,15 % Cr, 2,97 % Mo, 52,83 % Ni, 0,89 % Ti, 0,92 % AI, 5,26 % Nb, 0,0042 % B und 17,85 % Fe Für das Umschmelzen wurde eine Schlacke mit 70 % CaF2 und je 15 % AI2O3 und CaO verwendet.
Die Schlackenbadhöhe wurde auf 14 cm eingestellt und die Leistungszufuhr zum Schlackenbad im Bereich von 350 - 380 kW bei einem Schmelzstrom zwischen 9,0 und 10,0 kA gehalten Die Umschmelzdauer betrug knapp 10 Std., wovon ca. 25 Min. für das Anfahren, etwa 8 Std. 45 Min. für den Blockaufbau und knapp 50 Min. für das Hottopping anfielen. Nach dem Um- schmelzen wurde der Block abgekühlt und aus der Kokille entnommen. Der Block wies eine glatte Oberfläche auf und hatte im kalten Zustand einen Durchmesser von 404 mm. Das Gewicht betrug 3060 kg.
Dieser so hergestellte Vorblock wurde anschliessend in einer Elektroschlacke Umschmelzanla- ge mit absenkbarer Bodenplatte auf den wassergekühlten Bodenplattenstuhl einer stromleitenden Kokille mit einem Innendurchmesser von 700 mm aufgesetzt und die Oberkante des Stuhls bis knapp unter die Oberkante des unteren wassergekühlten Teils der in der Arbeitsbühne fest einge- bauten Kokille hochgefahren. Anschliessend wurde der Hauptschalter der Stromversorgung einge- schaltet und die Spannung auf 70 V eingestellt, wobei noch kein Strom gemessen wurde.
Es wurden dann ca 70 kg flüssige Schlacke der Zusammensetzung 70 % CaF2 und je 15 % AI2O3 und CaO in den Spalt zwischen Vorblock und Kokille eingegossen, worauf ein Strom von zunächst etwa 2,5 - 3,0 kA zu fliessen begann, der dann innerhalb von etwa 10 Minuten auf 9,0 - 9,8 kA anstieg, womit auch eine Leistung von etwa 690 kW erreicht wurde. Es wurde nun eine ersten Portion flüssigen Metalls in den Spalt zwischen Vorblock und Kokille eingegossen, welches in einem Vakuuminduktionsofen mit 6 t Fassungsvermögen aus Cast Sticks erschmolzen worden war, die der gleichen Schmelze wie die Abschmelzelektrode des Vorblocks entstammten und damit die gleiche chemische Zusammensetzung aufwiesen. Die Menge der ersten Portion betrug 15 kg, wodurch der Schlackenspiegel um nicht ganz 7 mm anstieg. Dadurch wurde ein erster Abzugs- schritt im Ausmass von 3,5 mm ausgelöst, dem nach 30 Sek.
Pause ein weiterer Abzugsschritt von ebenfalls 3,5 mm folgte. Eine Minute nach der ersten Portion wurde eine weitere Portion von 15 kg eingegossen, wobei durch das Ansteigen des Badspiegels wieder ein Abzugsschritt von 3,5 mm ausgelöst wurde, dem ein weiterer nach 30 Sek. folgte. Dieser Vorgang wurde bei Aufrechterhal- tung der elektrischen Leistung fortgesetzt, bis das obere Ende des Vorblocks nach 6 Std. Und 25 Min erreicht war. Nach einer Nachkühlzeit von 25 Min. wurde der aufgedoppelte Vorblock aus der Anlage genommen. Der Block wies eine einwandfreie, glatte Oberfläche mit geringen Schlak- kenanhaftungen auf und hatte nun em Gewicht von 8810 kg bei einem Durchmesser von 690 mm.
Dieser aufgedoppelte Vorblock wurde anschliessend in eine stromleitende Kokille mit einem Ar- beitsdurchmesser von 965 mm eingesetzt und der oben beschriebene Vorgang des Aufdoppelns oder Aufpanzerns (Cladding) abermals wiederholt, wobei folgende Parameter eingestellt wurden
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Es wurden 95 kg flüssige Schlacke gleicher Zusammensetzung verwendet. Bei einer Spannung von 60 V stieg der Strom nach dem Eingiessen der Schlacke innerhalb von 12 Min. von 3,5 kA auf 17,0 kA an, wobei sich eine Leistung von 1020 kW einstellte. Jede Minute wurden wieder Portionen flüssigen Metalls der gleichen chemischen Zusammensetzung von je 24 kg eingegossen, das Absenken erfolgte wieder alle 30 Sek., wobei die einzelnen Hubschritte 3,9 mm betrugen. Dieser Vorgang wurde wieder fortgesetzt bis die gesamte Länge aufgedoppelt war, was nach 5 Std.
35 Min. der Fall war. Nach einer Nachkühlzeit von wieder 25 Min. wurde der Block aus der Anlage gehoben. Er wies einen Durchmesser von knapp über 950 mm auf und hatte ein Gewicht von 16740 kg Die Blockoberfläche war ausreichend um den Block durch Schmieden direkt weiterverar- beiten zu können.
Der Block wurde daher in einem Herdwagenofen auf Schmiedetemperatur erwärmt und an- schliessend auf einer 4500 t - Schmiedepresse auf einen Durchmesser von 600 mm vorgeschmie- det. Bei dieser Abmessung wurde der Schmiederohling erkalten gelassen und überdreht. Bei einer Ultraschallprüfung nach dem Überdrehen konnten keine Fehleranzeigen festgestellt werden. Die Ultraschallprüfung ergab allerdings Hinweise auf Grobkorn, was aber die Verwendung nicht beein- tächtigte, da eine weitere Warmverformung vorgesehen war. Der Stab wurde anschliessend in zwei annähernd gleich lange Stücke geteilt, so dass sich die Möglichkeit ergab aus der Blockmitte eine Scheibe für weitere Untersuchungen zu entnehmen. Diese Scheibe wurde geschliffen und einer Heissätzprüfung unterzogen.
Dabei konnte gezeigt werden, dass die Scheibe über den gesamten Blockquerschnitt hinweg frei war von Blockseigerungen und insbesondere Freckelseigerungen. Die Bindung der aufgedoppelten Schichten war an allen Stellen einwandfrei. Das Gefüge in den aufge- doppelten Schichten war deutlich feiner als jenes im ursprünglichen Vorblock. Alles in allem zeigte die Scheibe eine ausgezeichnete Gefügestruktur und erschien für einen Einsatz für rotierende Turbinenteile grosser Abmessungen durchaus geeignet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von weitgehend seigerungs- und insbesondere freckelfreien
Gusskörpern aus Metallen, insbesondere aus Stählen sowie Nickel- und Cobalt - Basisle- gierungen nach einem Elektroschlacke Schmelz- oder Giessverfahren mittels einer kurzen, stromleitenden, wassergekühlten Kokille, in deren Wand stromleitende, nicht direkt was- sergekühlte Elemente eingebaut sind, welche elektrisch gegenüber dem, den Gussblock formenden Teil der Kokille isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein weitgehend seigerungs- und freckelfreier Vorblock mit kreisförmigem, quadratischem bzw.
rechtecki- gem Flächenquerschnitt, der eine Querschnittsfläche besitzt, die höchstens 90 % von der
Querschnittsfläche des den Gussblock formenden Teils der Kokille beträgt, dass der Vor- block in in der Kokille angeordnet wird und unter Verwendung eines - durch den Strom- durchgang zwischen den an einen Pol der Stromquelle angeschlossenen stromleitenden
Elementen in der Kokillenwand und dem auf einer an den anderen Pol der Stromquelle angeschlossenen Bodenplatte ruhenden Vorblock - erhitzten Schackenbades durch fort- gesetztes dosiertes Eingiessen flüssigen Metalls oder die Zufuhr von, im heissen Schla- ckenbad aufschmelzendem festen Metall in Form von Granalien oder Stangen mit diesem zugeführten Metall verbunden wird und dass durch eine Relativbewegung zwischen Kokille und Block das Niveau des Schlackenspiegels in der Kokille annähernd solange konstant gehalten wird,
bis der Vorblock in der gewünschten Länge aufgedoppelt ist.