AT317455B - Verfahren zur Plasma-Umschmelzung verzehrbarer Metallrohlinge - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Plasma-Umschmelzung verzehrbarer Metallrohlinge in regelbarer Atmosphäre, bei dem ein Gussblock in einer an eine Stromquelle angeschlossenen, gekühlten Kokille geformt wird. 



   Derartige Verfahren werden in der Elektrometallurgie beispielsweise zur Herstellung von Feinmetallgussblöcken, sowie von hochwertigen Stahlsorten und Legierungen verwendet. 



   Zum selben Zweck wird derzeit vielfach das Vakuum-Lichtbogen-Umschmelz-Verfahren angewendet. Bei diesem Umschmelzverfahren dient als Wärmequelle ein frei brennender elektrischer Lichtbogen, und der Schutz des Metalls gegen Lufteinwirkung erfolgt durch Evakuieren. 
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Zusammensetzung dieser Legierungen verändert wird. Bei diesem Verfahren lässt sich ausserdem das flüssige
Metall nicht mit Gas und Schlacke behandeln. 



   Bei einem bekannten Verfahren zur Plasma-Umschmelzung verzehrbarer Metallrohlinge in regelbarer
Atmosphäre dienen als Wärmequelle direkt wirkende Lichtbogen-Plasmotronen, und die Wärmeübertragung auf das Metall erfolgt im wesentlichen durch den Heissgasstrom. Die Brennzone des Plasmas befindet sich dabei über der Kokille, welche mit einer Vorrichtung zum Herausziehen der Ingots ausgerüstet ist. 



   Dieses Verfahren ermöglicht es, durch Regeln des Arbeitsdruckes in der Schmelzkammer ein selektives
Verflüchtigen von Legierungselementen zu verhindern. Die Möglichkeit der Verwendung verschiedener Arten von
Gasmedien erlaubt es ausserdem, den Verlauf metallurgischer Vorgänge zu steuern. 



   Dieses Verfahren weist jedoch auch Nachteile auf. Die zum Einsatz kommenden Plasmotronen stellen nämlich komplizierte und kostspielige Vorrichtungen dar. Sie haben ausserdem einen niedrigen effektiven
Wärmewirkungsgrad, und für ihren Betrieb ist eine grosse Gasmenge erforderlich. Da ferner die Brennzone über der Kokille liegt, ist einerseits ein grosser Wärmeverlust durch Strahlung und eine Erhitzung der Kammerwände des jeweiligen Ofens zu verzeichnen ; anderseits ist der Einsatz einer komplizierten und kostspieligen Kokille mit einer Vorrichtung zum Herausziehen erforderlich. 



   Es ist Ziel der Erfindung, die genannten Nachteile zu beseitigen, also ein Verfahren zur Plasma-Umschmelzung verzehrbarer Metallrohlinge in regelbarer Atmosphäre zu schaffen, das es ermöglicht, den
Aufbau des Plasmalichtbogenofens zu vereinfachen, seinen Wirkungsgrad zu erhöhen und den Verbrauch an plasmabildendem Gas zu verringern. 



   Dieses Ziel wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art   erfindungsgemäss   dadurch erreicht, dass der Metallrohling hohl ausgeführt und innerhalb der Kokille angeordnet wird, und dass zwischen der Stirnseite des Metallrohlings, der stromleitend ist, und dem an der Oberseite des Gussblocks befindlichen Metallbad mittels Zuführung von plasmabildendem Gas durch den hohlen Metallrohling ein Tieftemperatur- (Lichtbogen-) Plasma erzeugt und die Brennzone des Plasmas von unten nach oben entsprechend dem Abschmelzen des Metallrohlings verschoben wird. 



   Zur zusätzlichen Stabilisierung des Lichtbogenplasmas kann zweckmässigerweise auf die Oberfläche des Metallbades ein Flussmittel aufgebracht werden. 



   Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert, in welcher ein Ofen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens im Längsschnitt schematisch dargestellt ist. 



   Ein verzehrbarer Metallrohling--l--mit einem   längsverlaufenden     Hohlraum--2--wird   in einer   Ofenkammer--3--innerhalb   einer aus Kupfer bestehenden, einseitig geschlossenen und gekühlten Kokille   --4--   koaxial angeordnet. Dem Metallrohling--l--und der   Kokille--4-wird Gleich-oder   Wechselstrom zugeführt. Die   Ofenkammer--3--wird   vorher evakuiert und danach mit plasmabildendem Gas gefüllt.

   Das Plasma wird innerhalb der   Kokille --4-- zwischen   der unteren Stirnseite des Metallrohlings   --l--   und dem an der Oberseite des   Gussblockes--8-befindlichen Metallbad-5-erzeugt.   Das plasmabildende Gas wird dabei durch den   Hohlraum--2--des Metallrohlings--l--zugeführt.   Es kann inert oder aktiv in bezug auf das umzuschmelzende Metall sein ; Argon, Helium, Stickstoff bzw. Wasserstoff kommen beispielsweise in Frage. 



   Das   Tieftemperatur- (Lichtbogen-) Plasma--6--brennt   stabil zwischen der unteren Stirnseite des Metallrohlings--l--und dem flüssigen Metallbad--5--. 



   Das Schmelzen des Metallrohlings--l-und das Aufrechterhalten des flüssigen Metallbades-5erfolgt durch die Wärme, die sich an den den Elektroden benachbarten Lichtbogenenden entwickelt, durch die Strahlung der Lichtbogensäule sowie durch den Heiss-Gasstrom. 



   Die Brennzone des Lichtbogen-Plasmas--6--wird von unten nach oben entsprechend dem Abschmelzen des Metallrohlings--l--verschoben. Die Geschwindigkeit der Verschiebung der Brennzone wird durch Änderung der Vorschubgeschwindigkeit des Metallrohlings--l--geregelt. 



   Die Steuerung der Gasatmosphäre erfolgt sowohl durch Änderung der Zusammensetzung des plasmabildenden Gases als auch durch Änderung des Druckes in der Ofenkammer--3--. 



   Zur Erleichterung der Ionisation des Gases im Raum zwischen der unteren Stirnseite des Metallrohlings 

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 und dem   Metallbad--5--und   dadurch auch zur Verhinderung eines etwaigen Wanderns des
Lichtbogenplasmas, d. h. zur Plasma-Stabilisierung, gibt man der Oberfläche des   Metallbades--5--ein   Flussmittel   (Schlacke)-7--zu,   das leicht ionisierbare Stoffe enthält. Gleichzeitig dient die Schlacke-7auch zur Raffination des Metalls. Der   Gussblock-8--wird   in der einseitig geschlossenen Kokille geformt. 



   Ein konkretes Beispiel soll die Vorteile der Erfindung aufzeigen :
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wurden Umschmelzung von Stahlrohlingen in einer Kupfernen, wassergekühlten Kokille durchgeführt. Die Umschmelzungen erfolgten mit Gleich- und Wechselstrom in einer Atmosphäre von Argon, Stickstoff und in Mischungen von Argon mit Stickstoff oder Wasserstoff unter Zuführung eines Flussmittels. 



   Die durchgeführten Umschmelzungen zeigten eine hohe Brennstabilität des Lichtbogenplasmas. Dabei sank der Verbrauch an plasmabildendem Gas um 20 bis 25% und der Energieverbrauch um 10 bis 15% gegenüber den bereits bekannten Verfahren zur Plasma-Umschmelzung. 



   Im Vergleich aber zum Vakuum-Lichtbogen-Umschmelzverfahren sank der Verbrauch an Elektroenergie um 20 bis 25%. 



   Die erzeugten Gussblöcke wiesen eine glatte Oberfläche auf, wobei Schwindhohlräume fehlten. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zur Plasma-Umschmelzung verzehrbarer Metallrohlinge in regelbarer Atmosphäre, bei dem ein Gussblock in einer an eine Stromquelle angeschlossenen, gekühlten Kokille geformt wird, 
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 angeordnet wird, und dass zwischen der Stirnseite des Metallrohlings   (1),   der stromleitend ist, und dem an der Oberseite des Gussblocks (8) befindlichen Metallbad (5) mittels Zuführung von plasmabildendem Gas durch den hohlen Metallrohling   (1)   ein Tieftemperatur- (Lichtbogen-) Plasma (6) erzeugt und die Brennzone des Plasmas (6) 
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