SE413676B

SE413676B - PROCEDURE FOR ELECTRICAL MOLDING OF MOLD METAL

Info

Publication number: SE413676B
Application number: SE766572A
Authority: SE
Inventors: B E Paton; D A Dudko; K K Prokhorenko; J V Latash; L G Puzrin; A E Voronin; E S Bondarenko; A B Vernik; L A Kamensky; A B Mostovoi; V V Golovchenko; A V Demidov; E T Dolbenko; S M Filippov; V S Dub
Original assignee: Inst Elektroswarki Patona
Priority date: 1971-06-11
Filing date: 1972-06-09
Publication date: 1980-06-16
Also published as: JPS4923719A; SU341323A1; ATA470872A; FR2140688B1; GB1358776A; AT329784B; JPS5112284B2; DE2228280A1; DE2228280B2; IT965820B; FR2140688A1

Description

7207665-s 2 tionerna av den för igjutning avsedda smälta metallen med en och samma kemisk sammansättning icke tillräckligt hållbart vid varandra. 7207665-s 2 of the molten metal intended for casting by one and the same chemical composition is not sufficiently durable.

Ovan nämnda gjutfel är.i synnerhet markant invid kokillens väggar.The above-mentioned casting defects are particularly marked next to the walls of the mold.

Ovan nämda kända förfarande säkerställer emellertid icke någon tät struktur för den centrala delen av ett göt med stora dimensioner.However, the above-mentioned known method does not ensure a tight structure for the central part of an ingot with large dimensions.

Det har vidare föreslagits ett förfarande för framställning av metallgöt genom elektroslaggraffinering, vid vilket förfarande man i en kokill, medelst icke-nedsmältbara elektroder, exempelvis av grafit, alstrar ett slaggbad genom igjutning av flytande slagg -eller smältning av slagg i fast fas, varefter man genom tillförsel av elektrisk ström till elektroderna bibehåller slaggbadet vid en erforderlig temperatur. Den smälta metallen igjutes i kokillen kon- ' tinuerligt. Allteftersom nivån för den smälta metallen och slaggen tillväxer, upplyfts de elektrcder, som uppvärmer det för formning avsedda götets övre del (Jfr. exempelvis det ryska uppfinnarcerti- fikatet 168743) .' Vid ovan nämnda kända förfarande skyddar slaggen den smälta metallytan, samtidigt som den raffinerar densamma från svavel och icke-metalliska oxidhaltiga inneslutningar, vilket förbättrar götets yta.A method of preparation has also been proposed of metal ingots by electroplating, in which process in a mold, by means of non-digestible electrodes, for example of graphite, generates a slag bath by casting liquid slag -or melting of slag in solid phase, after which by addition of electric current to the electrodes maintains the slag bath at a required temperature. The molten metal is poured into the mold. 'tinuerligt. As the level of the molten metal and slag grows, the electrodes that heat it for shaping are lifted upper part of the intended ingot (Cf., for example, the Russian fikatet 168743). ' In the above-mentioned known method, the slag protects the melt the metal surface, while refining it from sulfur and non-metallic oxide-containing inclusions, which improves the ingot surface.

Ovan nämnda kända förfarande gör det emellertid omöjligt att i kokillen igjuta smält metall med mycket låg hastighet jämför- bar med den kristallisationshastighet för densamma, som säkerställs vid raffinering av nedsmältbara elektroder. Det är därför, som man i kokillen igjuter smält metall med en hastighet bruklig vid konven- tionell gjutning av stål.However, the above-mentioned known method makes it impossible to pour molten metal into the mold at a very low speed compared to bar with the crystallization rate thereof, which is ensured in refining fusible electrodes. That is why, as man in the mold, molten metal is cast at a rate customary in conventional tional casting of steel.

Vid kända konventionella förfaranden för framställning av göt genom elektroslaggraffinering börjar respektive pågår kristalli- sationen av huvudmassan av den i kokillen igjutna smälta metallen efter det att kokillen fyllts med den smälta metallen. Detta resul- terar i att det i götet utvecklas segrings- och krympningsfel (axiell porositet o.dyl.), samtidigt som den effekt, som härrör från elektro- slaggvärmning av slaggbadet, endast resulterar i att götets övre del blir tätare.In known conventional methods for producing ingot by electroslagging begins and continues crystallization. the main mass of the molten metal cast into the mold after the mold is filled with the molten metal. This result in that ingot develops segregation and shrinkage defects (axial porosity, etc.), at the same time as the effect arising from the slag heating of the slag bath, only results in the top of the ingot part becomes denser.

Kända konventionella förfaranden för framställning av metall- göt genom portionsmässig inmatning av smält metall i en med en slagg- blandning fylld kokill, närmare bestämt till ett skal på den stel- nade föregående portionen, respektive genom elektroslaggraffinering genom att man med hjälp av clektroder alster ett smält slaggbad och därefter genom slaggen igJuter smält metall, gör det alltså omöjligt 7207665-6 3 _ att framställa göt av hög kvalitet, i synnerhet göt med mycket stora dimensioner, vilka göt erfordras för tillverkning av rotorer vid turbiner med en effekt av över en miljon MW per turbinaggregat.Known conventional methods for producing metal ingot by batch feeding of molten metal in one with a slag mixture filled mold, more specifically to a shell on the solid the previous portion, respectively, by electroslagging by using a electrode to produce a molten slag bath and then through the slag igJuter molten metal, thus making it impossible 7207665-6 3 _ to produce high quality ingots, especially ingots with very large dimensions, which ingots are required for the manufacture of rotors at turbines with an output of over one million MW per turbine unit.

Kända konventionella förfaranden för gjutning av göt med stora dimensioner säkerställer dessutom icke en hög fysikalisk och kemisk homogenitet över hela götet och omöjliggör en uppatriktad tillväxt av kristallerna i götet.Known conventional methods for casting ingots with In addition, large dimensions do not ensure a high physical and chemical homogeneity over the entire ingot and makes an upturn impossible growth of the crystals in the ingot.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att eliminera ovan nämnda nackdelar. Det huvudsakliga syftet med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande för framställning av göt genom elektro- slaggraffinering, vid vilket förfarande portioner av den i en kokill igjutna smälta metallen, vilka portioner uppvisar på lämpﬁgt sätt ut- valda dimensioner, upphettas på ett sådant sätt, att portionerna säkerställer att ett smält metallbad förekommer vid det för formning avsedda götets yta, och att götet kristalliserar i riktning uppåt, varigenom således götet erhåller en hög fysikalisk och kemisk homo- genitet. g Det sålunda uppställda problemet löses enligt uppfinningen medelst förfarandet för elektroslaggjutning av göt genom satsvis inmatning av smält metall med samma sammansättning i en kokill, i vilken ett slaggbad har alstrats i förväg och upphettas medelst elektrisk ström som flyter genom i slaggbadet neddoppade, i huvudsak icke förbrukbara elektroder, vid vilket förfarande varje sats av smält metall, förutom den första, ínmatas på den smälta ytan av före- gående sats - sedan denna sats stelnat till minst hälften- varvid vikten av varje sats smält metall uppgår till 5-25 viktprocent av götets totala vikt.An object of the present invention is to eliminate the above mentioned disadvantages. The main object of the invention is to provide a process for the production of ingots by electro- impact graffiti, in which process portions of it in a mold cast molten metal, which portions exhibit in a suitable manner selected dimensions, are heated in such a way that the portions ensures that a molten metal bath is present at it for molding the surface of the intended ingot, and that the ingot crystallizes in the upward direction, whereby the ingot thus obtains a high physical and chemical homogeneity. genitet. g The problem thus posed is solved according to the invention by the method of electroslag casting of ingots by batch feeding molten metal of the same composition into a mold, in which a slag bath has been generated in advance and heated by electric current flowing through in the slag bath immersed, essentially non-consumable electrodes, in which process each batch of molten metal, in addition to the first, is fed to the molten surface of the going batch - after this batch has solidified to at least half - whereby the weight of each batch of molten metal amounts to 5-25% by weight of the total weight of the ingot.

Ovan nämnda storlek hos portionerna av den för igjutning av- sedda smälta metallen respektive upphettningen av portionerna vid den sida, vid vilken den smälta metallen igjutes bidrar till att den smälta metallen kristalliserar i riktning uppåt. Igjutningen av de ny8.portíonerna smält metall resulterar i att de omrörs med den ännu icke stelnade, på segringsföroreningar rika metallen och att den kemiska sammansättningen utjämnas. Bibehàllandet av det smälta metall- badet vid det för formning avsedda götets yta bidrar till att den smälta metallen väl intränger i götets centrala delar. Samtliga fak- torer resulterar i att göt med mera homogen struktur formas.The above-mentioned size of the portions of the casting seen melting the metal respectively heating the portions at the side on which the molten metal is cast contributes to it the molten metal crystallizes in the upward direction. The casting of those The new metal portions of molten metal result in them being stirred with it yet not solidified, on victorious contaminants rich metal and that it the chemical composition is evened out. The retention of the molten metal the bath at the surface of the ingot intended for molding contributes to it melt the metal well penetrates into the central parts of the ingot. All fac- results in the formation of ingots with a more homogeneous structure.

Utgören portionerna av delar av smältsatsen i en och samma ugn, hör dvu I ugnnn kvnrhlivunde smälta mctnllnn. ullturturuom smält- ningen avtappas från ugnen, upprätthållas vid en erforderlig temperatur, 7207665-6 e M samtidigt som man, på grund av att legeringselementen i viss grad kan bortbrännas, bör korrigera metallens kemiska sammansättning._ Utgöres ovan nämnda portioner av hela smältsatsen, bör man i och för erhållande av en homogen kemisk sammansättning hos det för framställning avsedda götet injustera en minimal skillnad i den ke- miska sammansättningen hos de smältsatser, som i tur och ordning er- hålls i en eller flera ugnar, genom att man standardiserar beskick- ningen och smältförfarandet. g Tidsintervallet mellan de ögonblick då metallportionerna inmatas är beroende av den valda volymen hos en eller flera ugnar.Make up the portions of parts of the melt in one and the same oven, hear dvu In oven kvnrhlivunde melt mctnllnn. wool turtle melted drained from the oven, maintained at a required temperature, 7207665-6 e M at the same time as, due to the alloying elements to some extent can be burned off, should correct the chemical composition of the metal._ If the above-mentioned portions consist of the whole melt, one should in order to obtain a homogeneous chemical composition thereof manufacturing ingot adjust a minimal difference in the the chemical composition of the molten batches, which in turn kept in one or more ovens, by standardizing and the smelting process. g The time interval between the moments when the metal portions input depends on the selected volume of one or more ovens.

Genom variation av ovan nämnda intervall och den värmeeffekt, som genom strömtillförsel via elektroderna tillförs slaggbadet, kan man _ förhindra att ett fast skal av metall bildas på metallbadets övre yta.By varying the above-mentioned intervals and the heat effect, which by current supply via the electrodes to the slag bath, one can _ prevent the formation of a solid metal shell on the upper surface of the metal bath.

Det är lämpligt, att den igjutna portionen smält metall in- vid kokillens väggar upphettas via slaggen medelst längs kokillens periferi anordnade elektroder.It is desirable that the cast portion of molten metal be incorporated at the walls of the mold is heated via the slag by means of along the mold peripherally arranged electrodes.

Upphettningen av metallbadets periferidel förhindrar att ett slagg- och metallskal bildas invid kokillens väggar, vilket skal för- sämrar götytans formning.The heating of the peripheral part of the metal bath prevents a slag and metal shells are formed next to the walls of the mold, which shell impairs the formation of the ingot surface.

Sedan den sista portionen smält metall igjutits i kokillen, kan elektroderna bringas närmare den centrala delen av den horison- tella ytan på götets smälta metallbad.After the last portion of molten metal has been poured into the mold, the electrodes can be brought closer to the central part of the horizontal count the surface of the ingot's molten metal bath.

Ovan nämnda upphettning bidar till att djupet av det i götets axiella del befintliga smälta metallbadet nedsätts och att götet kristalliserar 1 vertikal riktning.The above heating contributes to the depth of it in the ingot axial part of the existing molten metal bath is reduced and that the ingot crystallizes in 1 vertical direction.

Det är önskvärt, att antalet elektroder, vilka är avsedda för att via slaggen upphetta den igjutna portionen smält metall, är valt lika med en multipel av 3 och att dessa elektroder matas från en trefasväxelströmskälla.It is desirable that the number of electrodes which are provided to heat the cast portion of molten metal via the slag, is selected equal to a multiple of 3 and that these electrodes are fed from a three-phase AC power source.

Ovan nämnda val av elektroderna gör det möjligt att förbättra fördelningen av desamma längs götets periferi och följaktligen värme- tillförseln till den invid kokillens vägg belägna metallen, vilket i _ sin tur resulterar i en bättre formning av götet.The above-mentioned choice of electrodes makes it possible to improve the distribution of them along the periphery of the ingot and consequently the heat the supply to the metal located next to the wall of the mold, which in _ in turn results in a better shaping of the ingot.

Vid framställning av smidesgöt med stora dimensioner och med en vikt av exempelvis 190 ton användes en vattenkyld kokill med en diameter av 2500 mm och en höjd av 5000 mm, vilken kokill placeras på en vattenkyld bottenplatta, på vilken man på förhand placerat en brickformad startkropp av ett stàl, vars kemiska sammansättning är nära den hos det för framställning avsedda götet. I kokillen införes sedan exempelvis 6 grafitelektroder så att dess undre ändar kommit till anliggning mot startkroppen. Varje elektrods diameter är 200- 7207665-6 5 -400 mm. Det är lämpligt, att antalet elektroder är lika med en multi- pel av 3 och att elektroderna matas från en källa för trefasväxel- ström med industrifrekvens.In the production of wrought iron ingots with large dimensions and with a weight of, for example, 190 tons, a water-cooled mold with a diameter of 2500 mm and a height of 5000 mm, which mold is placed on a water-cooled base plate, on which one has previously placed one tray-shaped starting body of a steel, the chemical composition of which is close to that of the ingot intended for production. Insert into the mold then for example 6 graphite electrodes so that its lower ends come to abutment against the starting body. The diameter of each electrode is 200- 7207665-6 5 -400 mm. It is desirable that the number of electrodes be equal to a multi- of 3 and that the electrodes are fed from a source of three-phase current with industrial frequency.

Elektroderna är likformigt anordnade längs kokillens tvär- snittsperiferi på ett avstånd av storleksordningen 100-300 mm från kokillens väggar. I kokillen beskickas sedan slagg, som har en hög raffineringsförmåga, eller en blandning av ovan nämnda slaggs bestànds-_ delar. Varje par elektroder pålägges därefter en elektrisk spänning av 50-90 volt från en trefas- eller tre enfastransformatorer. Man smälter således slaggen, vilket resulterar i att det i kokillen bil- das ett skikt av smält slagg, dvs. ett smält slaggbad, varefter elektroslaggvärmningen av slaggbadet påbörjas. Man kan även dessutom i kokillen igjuta en 1 detta syfte speciellt nedsmält slagg. I kokil- len igjutes sedan den första portionen stål med en vikt av 10 ton, vilket stål på förhand smälts i en stàlsmältljusbägugn. I kokillen bildas ett skikt av metall med en tjocklek av ungefär 250 mm, vilket motsvarar en tiondel av götets diameter.The electrodes are uniformly arranged along the cross-section of the mold. average periphery at a distance of the order of 100-300 mm from the walls of the mold. The mold is then loaded with slag, which has a pile refining capacity, or a mixture of the above-mentioned slag parts. Each pair of electrodes is then applied an electrical voltage of 50-90 volts from a three-phase or three single-phase transformers. MAN thus melts the slag, which results in the mold being a layer of molten slag is formed, i.e. a molten slag bath, after which the electric slag heating of the slag bath is started. You can also in the mold pour a 1 for this purpose specially melted slag. I kokil- the first portion of steel weighing 10 tonnes is then cast, which steel is pre-melted in a steel melting furnace. In the mold a layer of metal with a thickness of about 250 mm is formed, which corresponds to one tenth of the diameter of the ingot.

Varje efterföljande portion smält metall (efter den första portionen) tillföres till den föregående portionens smälta yta, som stelnat minst till hälften. Portionernas vikt uppgår till 5-25 vikt-%, räknat på götets vikt. Portionerna utgöres av successiva smältsatser, som erhållits minst i en ugn, varvid varje smältsats vikt är mindre än götets vikt.Each subsequent portion of molten metal (after the first portion) is applied to the molten surface of the previous portion, which solidified at least in half. The weight of the portions amounts to 5-25% by weight, calculated on the weight of the ingot. The portions consist of successive melting batches, obtained at least in an oven, the weight of each melt being less than the weight of the ingot.

Samtidigt som kokillen fylls med stål, förflyttas elektroder- na uppåt. Varje elektrod genomflytes av en elektrisk ström av 10.000- -20.000 A. _ Efter 4-5 timmar, dvs. den tid, som erfordras för framställ- ning av efterföljande smältsats i en ljusbågugn, igjutes i kokillen via slaggen den andra portionen smält metall med en vikt av ungefär 10 ton, vilken portion tillförs till den smälta ytan av den före- gående, minst till hälften stelnade portionen. Ovan nämnda portioner igjutes i kokillen 19-20 gånger tills ett göt med en vikt av 190 ton framställts. a Under uppehållstiden för portionerna smält metall i kokillen mellan de suooessiva igjutningarna upprätthàlles sådana elektriska driftsförhållanden, som säkerställer att den i närheten av kokillens väggar belägna metallen hålls i flytande fas. Detta uppnås genom an- ordnande av elektroderna i närheten av kokillens väggar, ökning av antalet elektroder och rotation av kokillen i en vinkel av 50-1200 runt kokillens längdaxel. Sedan den sista portionen smält metall igjutits, nedsätts den till slaggbadet tillförda elektriska effekten.At the same time as the mold is filled with steel, the electrode na upwards. Each electrode is passed through by an electric current of 10,000- -20,000 A. _ After 4-5 hours, ie. the time required for the of subsequent melt in an arc furnace, is poured into the mold via the slag the second portion of molten metal with a weight of approximately 10 tonnes, which portion is added to the molten surface of the present walking, at least half solidified portion. The above mentioned portions poured into the mold 19-20 times until an ingot weighing 190 tons produced. a During the residence time of the portions of molten metal in the mold between the suooessive castings such electrical are maintained operating conditions, which ensure that it is in the vicinity of the mold walls located metal is kept in the liquid phase. This is achieved by arranging the electrodes in the vicinity of the walls of the mold, increasing the the number of electrodes and rotation of the mold at an angle of 50-1200 around the longitudinal axis of the mold. Then the last portion of molten metal cast, the electrical power applied to the slag bath is reduced.

Claims

7207665-6 0 gradually, at the same time as the electrodes are moved in the direction of the center line of the mold, thus ensuring that the metal bath crystallizes without the formation of shrinkage cavities. In the process described above for the production of ingots by electroslag graffination, high quality wrought iron ingots with large dimensions and a weight over 40 tonnes and up to 200-300 tonnes are preferably used. Such ingots are required, for example, for the manufacture of rotors at turbines for work in the power range of one million megawatts and higher per turbine unit. The high quality of the ingot produced by large dimensions by means of the process proposed here is ensured not only by electroslag treatment of the steel in the mold and by oriented crystallization of the ingot, but also by the ingot being able. made of steel, which is obtained in an arc furnace, i.e. of steel, which in terms of sulfur, oxygen and non-metallic inclusions is cleaner than Siemens-Martin steel, of which wrought iron ingots with large dimensions are currently produced. The molten metal can further - before it is poured into the mold - be treated with synthetic slag and blown through with inert gases. ' In accordance with another embodiment of the method according to the invention, the electrode holder is reversible around the longitudinal axis of the mold, at the same time as the mold remains stationary. P a t e n t k r a v

1. Method for electroslag casting of ingots by batch feeding of molten metal of the same composition into a mold, in which a slag bath has been generated in advance and heated by means of electric current flowing through electrodes immersed in the slag bath, substantially non-consumable electrodes, k It is indicated that each batch of molten metal, except the first, is fed to the molten surface of the previous batch - after this batch has solidified to at least half, the weight of each batch of molten metal being 5-25% by weight of the total weight of the ingot.

A method according to claim 1, wherein the fed batch of molten metal is heated next to the walls of the mold via the slag by means of the electrodes distributed along the periphery of the mold. 7207665-6 7

3. A method according to claims 1 and 2, characterized in that the electrodes, after the last batch of metal has been fed into the mold, are moved to the vicinity of the center axis of the mold. A method according to any one of claims 1-3. know that the number of electrodes is divisible by three and fed from a three-phase AC power source. PUBLICATIONS PRESENTED: Sweden 312 145 (21C 5/52), 342 842 (21C 5/52)