DE1433629A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer Metallmasse durch Schmelzung - Google Patents

Description

La Soudure Eleotri^ue Autogin·, Prooedes Aroo·, S.A. Is Brü···! (Belgien)

Patentanmeldung

— und Varrlehtunjr lur Srseuenimr einer M

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sum Sohaeleen einer Metallma···, wobei mindeetens eine mit verfestigtem Metallpulrer rer-•ehene Elektrode in ein Bad auo geacnmolaener Schlacke eingeführt wird, daa ein in einer gekühlten Kokille befindliche· Ketallaonaelsead bedeokt und wobei duroh die Elektrode ein elektrischer Strom in da· Sohlaokenbad eingeleitet wird, der infolge der dabei frei werdenden Wärme ein fortschreitende· Aeeohmelien der Elektrode hervorruft und eowohl dae Sohlaokenbad al· auoh den unmittelbar Ton dieeem bedeokten Teil de· Metalleohmelabade· im Sohmelsauetand hält.

E· eind Terfahren aur Her·teilung Ton Barren od.dgl· Gufletüoken bekannt, wobei ein elektrlaoher Llohtbogen renvendet wird, der •wisohen einer Sohmelielektrode und einem in einer Sohmelsform enthaltenen Metallbad wirkt, wobei die Sohmelsform al· gekühlte KttyferkakUle ausgebildet let.

lei einer Abwandlung die··· Terfahren· verwendet man eine nioht

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schmelzbare Elektrode und führt von der Seite des Metallbade· das zu schmelzende Gut» z.B. Metallpulver, au. Allerdings muß hierbei eine inerte Atmosphäre verwendet werden, um das bei hoher Temperatur gehaltene Metall zu schützen, ferner muß oft die ganze Vorrichtung mittels teurer Einrichtungen unter niedrigem Druck gehalten werden, um die Entgasung des Hetallbades au fördern* Darüber hinaus ist eo außerordentlich schwierig, dit Bewegungen des Lichtbogens zu überwachen und su steuern· Dieser kann von der Elektrode auf dl· wassergekühlte Kokille übertreten, was die Gefahr eines Durohbohrens der Kokille und einer nach» folgenden heftigen Explosion infolge Wasaereintritts in das Metallbad in sich birgt· Schließlich treten beim Schneisen de» Metalle viele Spritzer auf, die am oberen feil der Kokille haften bleiben und zuletst während des Auffüllens cur Bildung von kalten Tropfen und Oberfläohenfehlern führen, die so erheblloh sein können, daß es vor dem Waisen des Barrens notwendig ist, eine beträchtliche Menge Metall ron etwa 1 om Dioke abzunehmen·

L'β wurde auch schon vorgeschlagen, den Kokillenguß derart duroA-sufuhren, daß ein Lichtbogen verwendet wird, der unter den Schute sfaer Flußmittelechicht von der Elektrode sun Metallbad überspringt. Bei einer Variante dieses Verfahrens wird ein· Fluflmittelachicht beträchtlicher Stärke geschmolzen» die in geschmolzenen Zustand als elektrischer Leiter dient und bei hoher Temperatur gehalten wird· Di« Entladung des Lichtbogens verschwindet jedoch und der tlektrisufc« Stron fließt durch «in·

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oder mehrere Elektroden sowie duroh die gesohmoltene Schlacke Im das Metallschmelabad. Infolge des Joule*sehen Effekts in der Elektrode bsw· den Elektroden und darüber hinaus in dem Bohlakkenbad 1st dabei ein fortschreitendes Abschmelzen der Elektroden) festaueteilen* Duroh diese· Verfahren vermeidet man in grofiem Umfang da· Auftreten von ßprltiern, und die Oberfläche de· Barren· wird merklich verbessert. Darüber hinaus 1st es ■ttglioh» «in· Reinigungewirkung duroh chemieοhe Reaktionen •«!••hen der Sohlaeke und dem Metall au eralelen. Sohllefllioh braucht man aueh nieht mehr vom Soll abweiohende Bewegungen des Lichtbogens au befUrohten, und es ist auch nicht mehr erforderlich, teure Vakuumpumpen «u verwenden.

Ss wurde auoh eoh«n vorgesohlagem, eine oder sehrcre nicht schmollende Elektroden vorausehen und Metallpulver aowie Bestandteile de· 8ohlaokenbades In da· Metallbad unabhängig vom der baw. dem Elektrede(n) suaugeben.

Wenn man jedooh «Im· oder mehrere nicht aohmelsbare Elektroden, •·Β· aus Graphit, verwendet, besteht die ttefahr, daa da· Metallbad durch dl· Kehle verunreinigt wird« Wenn andererseits eins ed«r mehrere Elektroden aus einem schmelsbarea Metall, s.B, mos Emmfsr oder Wolfram, verwendet werden, let es erforderlieh, dl··· Elektrode(a) stark abaukUhlen, um ein Schnellen su vermelden« Dabei geht Jedoeü elm beträchtlicher Seil der Wärme verlorem, und man stellt einen Stromverbrauch von praktlaoh 4 - 5 kWh Je kg

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geschmolzenen Stahles feste Auch hat das auf dem Bad verstreute Pulver die Neigung, auf diesem zu schwimmen.

Infolge der Anhäufung des Pulvers an der gleichen Stelle ergibt sich der Augenblick, wo zwischen der bsw. den Elektroden und der Kokille und zwischen den Elektroden selbst Kurzschlüsse auftreten. Ferner reagiert das Pulver an der Schmelzbadoberfläche mit der Luft. !Dieser letztgenannte Nachteil kann nur mittels einer zusätzlichen Schutzgasatmosphäre vermieden werden«

Es wurde auch vorgeschlagen, zur Erleichterung des Flusses statt feiner Pulver Metallgranulat zu -verwenden, aber die Granulate nahmen wegen ihrer relativ geringen Oberfläche und. beträchtlichen Masse während ihres Fallens durch dae Schlaekenbad nur wenig Wärme auf * Sie drangen somit in festem Zustand in dae Metallschmelzbad ein und verursachten dort örtlich starke Abkühlungen und lagerten sich aneinander an, ohne daß ein völliges Schmelzen festgestellt werden konnte«

Diese Hachteile wurden dadurch vermieden, daß mehrere Schmelzelektroden unterschiedlicher Beschaffenheit in Form von Drähten, Bändern, Stäben und sogar Stangen, Blockes od.dgl· verwendet wurden. Allerdings ist man hinsichtlich der Zusammensetzung durch diejenige von Elektroden beschränkt· Darüber hinaus benötigt man beträchtliche Energiemengen von etwa 1,2 - 1,7 kWh Je kg wiedergeschmplsenem Eetall, d.h. im Schnitt etwa 1,5 kWh je kg geschmolzenem Metall·

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Versucht man, die Schmelzgeschwindigkeit durch Erhöhen der Stromstärke au verbessern, stellt man zugleich fest, daß die an der Xrennungsfläche zwischen dem flüssigen und dem bereits festen Metall sich bildenden Dendriten infolge der sehr tiefen form dee Metalleehmelzbades senkrecht zur Achse der Kokille wachsen. Die sich somit in der Mitte des gebildeten Barrens ansammelnden Verunreinigungen begünstigen die Bildung von Hissen»

Will man einen hohen Ausstoß je .Stunde erzielen, muß man außerdem eine Elektrode sehr großen Durchmessers verwenden, die schwer und schwierig zu handhaben ist. Dieses Verfahren führt dazu, daß ein Verhältnis von etwa 0,4 zwischen dem Elektrodendurehaesser und dem Kokillenäurohmesaer - wenn die Kokille kreisrund ist - verwendet wird. Außerdem muß oberhalb der Maschine, dl· den Strom zuführt, eine Einrichtung zum Aneinanderschweißen der hintereinanderfolgenden Elektroden vorgesehen sein, damit der Schmelzvorgang nicht unterbrochen wird.

Um eine Änderung der chemischen Zusammensetzung während der Herstellung eines Barrena zu ermöglichen, wurde vorgeschlagen, durch die geschmolzene Schlackenschicht, unabhängig von der Einführung einer Elektrode in diese, Metallpulver verschiedener Zusammensetzung fallen zu lassen·

Ba diese Pulver danach trachten, auf dem Sohlackenbad zu erstarren, wie bei dem vorstehend erwähnten Verfahren mit nicht

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schmelzbaren Elektroden, weist diese Verfahrensweise die gleichen Hachteile auf wie das erwähnte Verfahren· Diese Nachteile werden, noch dadurch verstärkt, daß die elektrode einen größeren Durchmesser hat. Dabei ist dieser Durchmesser im allgemeinen etwa gleich der Hälfte des Durchmessers der Kokille, wenn diese einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Darüber hinaus ist es schwierig, eine gleichmäßige Zusammensetzung des Barrens zu erzielen. Dieses Verfahren wurde daher verworfen.

Ferner wurde vorgeschlagen, den Stab oder Draht durch eine Elektrode zu ersetzen, die aus einem Rohr oder einem Band besteht, das um einen Kern aus Metallpulver gelegt ist. Indes kann man eine zusammengesetzte Elektrode, bei der das genügend verfestigte Pulvervolumen mehr als ein Drittel des Gesamtvolumens der Elektrode ausmacht, nicht herstellen, \ias die möglichen chemischen Zusammensetzungen stark einschränkt. Ferner wurde festgestellt, daß man wie bei Stäben oder blanken DrähtenJi,2 1,7 kWn je kg geschmolzenes Metall verbraucht, und daß es niqht möglich ist, die Stromstärke über bestimmte Grenzen hinaus zu erhöhen, ohne Ablösungen und Hisse im Bereich der Barrenachse , zu erhalten. es

Das Verfahren gemäß der Erfindung vermeidet diese Uachteile 4a~ durch, daß in das Schlackenbad mindestens eine Scihmelzelektiripdef kontinuierlich und gleichmäßig eingeführt wird, die auf Blindestens einem Teil ihrer Mantelfläche Metallpulver aufweist, das oberhalb des Schlackenbades so aufgebracht ist, das es entspre-

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chend dem Abschmelzzustand der Elektrode durch "bzw. mit der Elektrode bis tief in das Sehlackenbad vorgeschoben wird.

Die Verfestigung und das Anhaftenbleiben des Pulvers an der Elektrode kann durch mechanische Einwirkung oder Magnetwirkung erzielt werden; letzteres dann* wenn das Pulver magnetisch ist. Das Pulver wird im verfestigten Zustand kontinuierlich und regelmäßig in das üchlackenbad eingebracht, wo es schmilzt und sich mit dem Elektrodenmetall legiert, welches dann das Pulver mit sich fortbewegt, so daß es nicht mehr einfach auf das Bad fallen gelassen zu werden braucht.

Auf diese !/eise schmilzt das durch den Vorschub der Elektrode in das Innere des üchlackenbades mitgeführte Pulver in Berührung mit dem Sohl· ckenbad viel schneller.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gesehnolzene Masee kann in einer Kokille verbleiben und nach ihrer Verfestigung einen Barren od. dgl. Gußstück bilden. Sie kann auch in einer Schmelzform ohne Boden geschmolzen werden, von wo sie entsprechend ihrer Ausbildung von demjenigen Ende der Sehmelzform abgezogen wird, das demjenigen Ende, das der Elektrode bzw. den Elektroden zugewandt int, gegenüberliegt. Sie kann auch in einer Sohneisform geschmolzen werden, die sich über denjenigen Metallstücken, die man zu vereinigen wünscht, wieder sehließt.

Die Erfindung betrifft ferner auch eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Kokille, die ge-

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nügend gekühlt ist, um eine Metallmasse abzukühlen, die in ihr nach dem Abschmelzen mindestens einer Elektrode abgesetzt worden iet, wobei die Elektrode verfestigtes Metallpulver aufweist und in ein Schlackenschmelzbad eintaucht, das durch einen durch die Elektrode(n) fließenden elektrischen Strom erhitzt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Kokille Einrichtungen vorgesehen sind, die das Metallpulver zumindest auf einem Teil der Mantelfläche der Elektrode aufbringen und verfestigen, und zwar entsprechend dem Maß des Absehmelzens der Elektrode." -

Eine besondere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Kokille eine oberen Teil aufweist, in dem das Schmelzen stattfindet und dessen Querschnitt größer ist als derjenige eines unteren Teiles, in dem die geschmolzene Masse erhärtet, und daß Einrichtungen zum Herausziehen der erstarrten Masse aus dem unteren Ende der Kokille vorgesehen sind»

Weitere Einzelheiten und Besonderheiten der Erfindung ergeben sieh aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen, in der eine bekannte Vorrichtung zur Herstellung eines Barrene und einige Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung gemäß der Erfindung wiedergegeben sind.

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In den Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kokille, in der sich ein Block während seiner Herstellung nach einem bekannten Verfahren mittels einer blanken Elektrode befindet,

Pig. 2 einen längeschnitt durch einen Teil des erstarrten Metalls nach Piß. 1 mit scheiaatischer Wiedergabe der lage der gebildeten Kristalle,

Pig. 3 einen Längsschnitt entsprechend demjenigen in Fig. 1 für den Fall der Herstellung eines Blockes nach dem Vorfahren gemäß der Erfindung vermittels einer Elektrode, bestehend aus einem mit Pulver ummöntelten Draht,

Pig. 4 eine Darstellung analog Pig. 2, die einen nach dem in Fig. 3 dargestellten Verfahren Hergestellten Block wiedergibt,

Pig. 5 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung

mit einer Druckkammer, die eine endlose Elektrode umgibt, einer Zuführeinrichtung für das Pulver und einer Extrusionaöffnung für das die Drahtseele umgebende Pulver,

Pig. 6 einen Querschnitt nach der Linie YI-VI in

Pig. 5 durch eine ummantelte Elektrode, die gemäß Pig. 5 in die dort dargestellte Kokille eindringt,

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Fig. 7 einen Querschnitt durch eine andere Ausbildungsform einer in die Kotille eindringenden ummantelten Elektrode,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei die Befestigung von Pulver an einem Band durch eine Walzeinrichtung erfolgt,

Fig. 9 eine Ansicht im vergrößerten Maßstab von unten gemäß der Linie IX-IX in Pig. 8,

Fig. Io eine Ansicht analog Fig. 9 einer Vorrichtung ähnlich Fig. 8, wobei der S; alt zwischen den Walzen der walzeinriehtung aus zwei Halbzylindern gebildet ist,

Fig. 11 einen Längsschnitt einer Vorrichtung mit einer elektromagnetischen Einrichtung zum Aufbringen und 13efestigen eine* Pulvers an einer endlosen Elektrode,

Fig. 12 einen lotrechten Schnitt durch eine Vorrichtung, die eine V/alzeinrichtung zur Verfestigung lediglich des Pulvers aufweist, das als Stab oder Stange durch ein Paar Leitrollen bewegt wird,

Fig. 13 einen lotrechten Schnitt durch eine Vorrichtung analog Fig. 5, wobei jedoch die erstarrte bzw, abgekühlte Metallmasse kontinuierlich mittels eines Antriebsrollenpaares aus der Srstärrungsgießform herausgezogen wird,

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Fig. 14 eine Draufsicht auf einen von seiner Kokille umgebenen Block oder Barren, über dem eine im Schnitt d, rge;:tellte umm; ntelte Flachelektrode angeordnet ist,

Fig. 15 einen LiLngsschnitt durch eine Ausfuhrungsform einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Barren und Profilteilen mittels dreier Schnielzelektroden,

Fig. 16 eine Draufsicht, die die gegenseitige Anordnung der drei Elektroden bei der in Fig. 15 dargestellten Vorrichtung zei^t, wobei jede Elektrode an eine Phase einei; dreiphasigen Stromkreises angeschlossen ist,

Fig. 17 einen Lringsschnitt durch eine Vorrichtung analog der in Fig. 15 gezeigten, wobei die Einschnürung, d.h. der Ausflußkanal, geneigt angeordnet ist,

Fig. 18 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, die eine Kokille mit einer elektromagnetischen Wicklung zur Herstellung einer Rotation des geschmolzenen Kernes aufweist und

Fig. 19 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Erzeugung zusammengesetzter Gegenstände.

Das erfindungsgemäße V' rfahren besteht im wesentlichen darin, daß in einem r>chlaekenbad mindestens eine Elektrode zum Schmelzen

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gebracht wird, deren Mantel mindestens teilweise mit einer Pulvermenge liedeckt ist, die oberhalb des Schlaekenbades so aufgebracht worden ist, daß die Elektrode bis tief in das Schlackenbad - je nach ihrem Abschmelzzustand - bewegt \?ird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß unter Zugrundelegung einer gleichen Stromstärke und Spannung des durch die Elektrode fließenden elektrischen Stromes bei der Elektrode eine viel höhere Abschmelzgeschwindigkeit erzielbar ist als bei einer blanken Elektrode oder einer Elektrode mit einem Pulverkern. Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anfallende Stromverbrauch beträgt in bestimmten Fällen nur etwa ο ,5 k¥/h je kg geschmolzenen Stahles.

Bei Vergleichsversuchen wurde in einem Sehlackenbad ein blanker Draht mit 3»2 mm Durchmesser geschmolzen, der aus einer bekannten Verbindung bestand, die die Herstellung eines rostfreien Stahles mit etwa 18$ Chrom und 8$ Nickel gestattete. Das Schmelzen erfolgte in einem das in einer Kokille befindliche Metallbad bedeckenden basischen Sehlackenbad, wobei ein elektrischer Strom von 625 A mit einer Spannung von 40 V angelegt wurde.

Durch Schmelzen eines Drahtes von 6,85 kg ergab sich in 23 Minuten ein Barren von 6,7 kg. Die Schmelzgeschwindigkeit betrug dabei 17»47 kg/h, während der Verbrauch an elektrischer Energie je kg geschmolzenes Metall 1,43 kWh betrug.

Anschließend daran wurde bei gleicher Stromstärke und Spannung

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eine Elektrode zum Schmelzen gebracht» die die Hereteilung des gleichen rostfreien Stahles gestattete, und zwar war diese als Flachband aus Siemens-Martin-Stahl ausgebildet, das einen Draht aus Nickel und einer Metallpulveraiischung umgab.

Das Gewicht des Flachbandesmr gleich 61,16 ψ> des Gesamtgewichtes der Elektrode, wobei der IJickeldraht 9,17 $ unddie PulVermischung 29,67 $ des Gesamtgewichtes ausmachten. Der Außendurchmesser der Elektrode war der gleiche wie derjenige des blanken Drahtes bei dem vorhergehenden Versuch, nämlich 3*2 mm. Das das Metallbad bedeckende Schlackenbad war ebenfalls das gleiche wie im vorigen Falle. Durch Abschmelzen einer Elektrode von 6,65 kg wurde in 22 Minuten ein Barren von 6,6 kg erzeugt. Die Schmelzgeschwindigkeit betrug 18 kg/h, während der Stroaverbrauch bei 1,39 kWh je kg geschmolzenen Materials lag·

Schaelsgesehwindigkeit und Stromverbrauch blieben somit im wesentlichen im gleichen Ausmaß wie im vorhergehenden Versuch, obwohl die Elektrode zu etwa 30 $> aus Metallpulver bestand.

Bei einem dritten Versuch wurde bei gleicher Stromstärke und Spannung eine zusammengesetzte Elektrode zur Herstellung des gleichen rostfreien Stahles abgeschmolzen, die aus einem Stahldraht bestand, der auf seiner ganzen Mantelfläche von einer Mischung verfestigten Pulvers bedeckt war. Dieser Draht hatte •inen Durchmesser von 2,4 mm und besaß einen Querschnitt, der

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praktiseh identiachis&r mit demjenigen des im vorhergehenden Versuch verwendeten Flachlandes. Die Pulvermischung enthielt zusätzlich zu der in jedem Versuch verwendeten Mischung, die etwa 30 Ji des Gesamtgewichtes der Elektrode ausmachte, eine Menge IJickelpulver, deren Gewicht deujenigen des vorher verwendeten llickeldrahtes, nämlich 9_f17 /·» des Gesamtgewichtes der Elektrode, gleich v/ar. Der Anteil des Pulvers betrug somit insgesamt etwa 38,84 /3 des Gesamtgewichtes, während das Gewicht der Drahtseele etwa 61,16 )'> ausmachte.

Das verwendete üchlackenbad war das gleiche wie bei den beiden ersten Versuchen.

Durch Abschmelzen einer zusaumengesetzten Elektrode von 6,755 kg wurde in 16 Minuten ein Barren von 6,7 kg erzeugt. Die Schmelzgeschwind igkeit betrug 25,12 kg/h, während der Stromverbrauch etwas unter 1 kV/h je kg geschmolzenen Materials lag.

Es ergibt sich somit, daß die Anordnung der gleichen Pulvermenge an der Außenseite einer Seele gleichen Gewichtes wie das des Flachbandes, das, wie beim zweiten Versuch, das Pulver umschloß, zu einer Bchmelzgeschwindigkeit führt, die etwa 140 fo derjenigen beträgt* die beim zweiten Versuch erzielt wurde, und daß der Stromverbrauch nur bei etwa 70 i* desjenigen des zweiten Versuches

Es wurde später bei einem weiteren Versuch mit einem Strom

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gleicher Stromstärke und Spannung wie "beim dritten Versuch eine zusaumengesetze Elektrode angeschmolzen, die aus einem Draht aus dem gleichen Stahl wie für den dritten Versuch beschrieben bestand, der von einer festen Pulveriaischung umgeben war, deren Gewicht etwa das Vierfache des Drahtgewiehtes betrug. Die Mischung enthielt einen derartigen Eisenpulveranteil, daß das später erzeugte Metall 18 $> Chrom und etwa 8 tf Nickel aufwies, obwohl der zentrale Schmelzdraht nicht stärker war als beim dritten Versuch. Das verwendete Schlackenbad war das gleiche wie bei den vorbeachriebenen drei Versuchen.

Bei dem zuletzt beschriebenen Versuch wurde ein 2,79 kg schwerer Barren ind 3 Minuten und 22 Sek. mittels einer Schmelzelektrode hergestellt, deren zentraler Schmelzdraht o,53 kg wog. Die Schmelzgeschwindigkeit betrug Bomit 49»673 kg/h bei einem Stromverbrauch von o,542 kWh je kg geschmolzenen Materials.

Diese Schmelzgeschwindigkeit ist viel höher als die mit den bekannten Verfahren erzielbare iichmelzgeschwindigkeit, wogegen der Stromverbrauch erheblich geringer ist als bisher. Er beträgt weniger als 40 $> des Stromverbrauches bei Verwendung eines blanken Drahtes oder einer Elektrode, deren Kern Pulver mit 30 $ des Gesamtgewichtes der Elektrode enthalt.

Bei einem Versuch, wo die Menge des die Elektrode umgebenden Pulvers nur 10 $> des Gewichtes der Elektrodenseele ausmachte,

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wurde festgestellt, daß die Schmelzgeschwindigkeit bereits um 10 # größer war als diejenige, die bei identischen Bedingungen mit einer blanken Elektrode oder einer Elektrode mit einem Kern gleichen Querschnittes erzielt wurde. Die Elektrodenseele bestand aus weichem Stahl und das Pulver aus Ferro-Chrom, so daß ein Stahlbarren mit 2 fo Ghromgehalt erzeugt wurde.

Das erfindungsgemäße Vorfahren erlaubt es, die Zusammensetzungen der erzeugten Metallmassen in sehr weiten Grenzen zu verändern, da es möglich ibt, einwandfreie Massen mit einem Draht, einer Stange oder einem Flaehband von weniger als 20 i> und einem Pulveranteil von mehr als 80 $ des Gesamtgewichtes herzustellen. Das Verfahren erfordert, wenn man sehr hohe Stromstärken anwendet, keine festen Elektroden von großem Durchmesser mehr, da der feste Anteil weniger als ein Fünftel des zugeführten Metalls bilden kann. Ee eignet sich daher zum kontinuierlichen Betrieb ausgehend von einem Draht oder Flachband und einer Zuteileinrichtung für das Pulver und erfordert nicht mehr groß«, schwer· Stäbe oder Stangen, die sehr schwierig zu handhaben sind und jeweils aneinandergeschweißt bzw. -gelötet sein müssen.

Es ergibt sich ferner mit dem neuen Verfahren eine völlig andere Schmelzweise·

In Fig. 1 iet scheiaatisch eine bekannte Vorrichtung dargestellt, bei der eine blanke Elektrode 1 mit einem Kern oder eine Elek—

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trode auB einem um einen Pulverkern gewickelten Flachband in Pfeilrichtung X mittels Antriebsrollen 2 bewegt wird und in ein Schlackenbad 3 eintaucht, das einen Metallbarren 4 bedeckt. Dieser befindet sich in einer doppelwandigen Kokille 5, die mit der Elektrode 1 über einen elektrischen Stromkreis 6 verbunden ist, den eine Stromquelle 7 speist. Die Kokille 5 wird durch einen Wassermantel 8 gekühlt, der eine Zulauföffnung 9 und eine Ablauföffnung Io besitzt.

Das die Elektrode oder die Umhüllung einer Kernelektrode bildende Metall wird durch den Joule'sehen Effekt, der sich durch dessen eigenen Widerstand ergibt, bei hoher Temperatur gehalten und erhält außerdem an seiner Oberfläche infolge der Berührung mit dem Schlackenbad unter dem Einfluß des Berührungswiderstandes zwischen Schlacke und Metall eine sehr beträchtliche V/ärmezufuhr.

Wie Fig. 2 aeigt, in der die Vorrichtung der Fig. 1, jedoch ohne dae Metall- und das Schlackenbad, die Antriebsrollen und den elektrischen Stromkreis dargestellt ist, wachsen die Kriatallisationsdendriten 11, wie man erkennen kann, senkrecht zur Erstarrungslinie 12 derart, daß diese Linie in der Mitte stark durchhlingt,

wobei die Dendriten die Tendenz haben, dort radial zu wachsen.

Dies führt aber dazu, daß entlang der Achse des Barrens eine Aneaaualixng von Verunreinigungen entsteht, die die Gefahren in sich bergen, daß der Barren reißt oder aufplatzt.

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Demgegenüber wird, v/enn, wie Fig. 3 zeigt, ein Pulver 13 auf den Mantel eines Drahtes 14 aufgebracht vird, eine beträchtliche Erhöhung der Schmelzgeschwindigkeit erzielt, was sich daraus ergibt, da/3 die Oberfläche zwischen dem Pulver und dem Schlackenbad viel grölBer ist als im Falle der Fig.. 1. Es ist ferner zu erkennen, daß sich das Metallbad 15 in der Mitte weniger stark einwölbt. Die Berührungsfläche 12 bzw. die Erstarrungslinie 12 hat die Tendenz, sich zu ebnen. Es ergibt sich somit, daß, wie Hg. 4 zeigt, da das iletallbad in der Mitte wenig durohgewölbt ist, die Dendriten etwa axial wachsen und dabei die Verunreinigungen in Richtung des flüssigen Metalls zurückdrängen, wo infolge des anv;esenden üchlackenbades eine Reinigungsreaktion stattfinden kann.

Bei Überprüfung der Spannungsoszillogramme konnten die Anzahl der in der Zeiteinheit fallenden Tropfen und, in Kenntnis der Menge des geschmolzenen Materials, auch das mittlere Tropfengewicht festgestellt werden, das bei blanken Elektroden mit 3o - 6o mm Durchmesser bei 2 - 4 g lag, wobei die Stromstärke 1600 Amp. betrug. Unter diesen Bedingungen konnte die gesamte entwickelte Oberfläche berechnet werden, wobei die Reaktions— fläche zwischen Tropfen und Schlackenbad mit etwa o,3 m /kg ermittelt wurde. Benutzt man dagegen eine Elektrode gleichen Außendurchmessers, die jedoch z.B. aus einem Draht mit 10 mm Durchineaeter und einer Mantelschicht aus verfestigtem Eisenpulver gebildet ist, so stellt man eine viel weichere Schmelzung fest,

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die auf die Auflösung der Körner des Pulvers im Schlackenbad zurückzuführen iet. Die entwickelte überfläche zwischen einem Pulver, dessen Körner alle als kugelförmig angenommen werden, beträgt bei einer Dichte von 8 bei der Berührung mit dem Schlak-

kenbad etwa 4 m /kg für ein Pulver der Korngröße 60 - loo (mesh ΑΓΤΜ) und etwa IO m /kg für ein Pulver der Korngröße loo - 27o ( mesh ASTM).

Bei Verwendung einer mit Pulver umhüllten Elektrode stelltmaa ferner fetst, daß sieh das Metallbad in der Mitte weniger tief einwölbt, was bei sehr hohen Stromstärken die Gefahr eines Abbrennen8 oder einer RißVildung in der Mitte der Schmelzmasse vermindert.

Die Pulverumhüllung 13 des Drahtes 14 kann so, wie in lig. 5 dargestellt, verwirklicht werden. Gemäß dieser Figur dringt der Draht in einen Behälter 19 ein, der das Pulver enthält, das (furch die Drehung einer Schraube 2o in einem seitlichen Zylinder zugeführt und verfestigt wird. Der Draht verläßt den Behälter mit dem Pulvermantel 13 versehen durch eine Öffnung 22. Der Durchmesser der Öffnung 22 ist größer als der Durchmesser dea Drahtee 14 und bettimmt sich durch die gewünschte Schichtdicke des Pulvermantels 13. "Um die Schichtdicke des Pulvermantels beliebig zu verändern, kann eine Vorrichtung nach Art eines Schneideisenhalters vorgesehen sein.

In gewinnen Fällen kann en als notv;endig eivchtet werden, die

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umhüllte Elektrode gegenüber der Umgebungsatmosphäre zu schützen. Die aus dem Behälter 19 durch die Öffnung 22 austretende Elektrode wird dann bis zu ihrem Eintritt in die Kokille 5 von einer Schutzhülse 23 umgeben, die um diese Elektrode eine Kammer bildet. Der obere Hülsenanteil besitzt eine Gaszuführung 24. Der Durchmesser der Schutzhülse ist kleiner als der Innendurchmesser der Kokille, damit das Schutzgas und das beim Abschmelzen der Elektrode entstehende Gas entweichen können.

In Fig. 7 ist eine Elektrode dargestellt, die aus einem zwischen zwei auf seinen Flachseiten aufgebrachten Metallpulverschichten 13' tmd 13'' befindlichen Metallband 25 besteht.

Die Verfestigung des Pulvers kann mittels einer dieses enthaltenden, in Fig. 8 dargestellten Walzeinrichtung erfolgen. Diese Walzeinrichtung besitzt einen Behälter 26, an dessen unterem Teil zwei Walzen 27, 28 angeordnet sind, die Profileinschnitte 29, 30 unterschiedlicher Tiefe zwischen den miteinander in Berührung stehenden Kontaktflanschen und 32 aufweisen (Fig. 9)· Die falzen 27, 28 bilden zwischen sich. einen rechteckigen Raum, der sich aus der Gegenüberstellung der Profileinschnitte 29» 30 ergibt. Ein von einer Vorratsrolle 33 abgewickeltes Band 25 wird um die Walze 27 geführt und verlässt die Y^?al ζ einrichtung, versehen mit einer Pulverschicht 13', die zwischen den Walzen 27 und 28 auf dieses gepreßt worden ist.-

Bei einer Ausbildung analog den Fig. 8 und 9 besitzen gemäss

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Fig. 10 die Walzen 27 und 28 je einen halbkreisförmigen Profileinschnitt, der die völlige Umhüllung eines Drahtes gestattet. Der Draht durchläuft den kreisförmigen Querschnitt, der von den beiden einander gegenüberliegenden Profileinschnitten gebildet wird und ist bei seinem Austritt aus der ¹JaIζeinrichtung völlig mit verfestigtem Pulver 15 umhüllt.

Wenn das Pulver genügend stark magnetisch ist, kann die Anlagerung der Pulverteilchen auch auf magnetischem '^rege erfolgen. Bei dem in Pig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel fällt das Pulver aus einem Torratsbehälter 35» der mit einem Vibrator versehen ist, auf ein endloses umlaufendes Förderband 37, von wo aus es auf eine geneigte Rutsche 38 fällt, die das Pulver in einen Behälter 19 leitet* Unter der Wirkung eines Magnetfeldes, das beim Durchlaufen eines Stromes durch den Draht 14 erzeugt wird, sammelt sich das Pulver um den Draht und wird mit diesem durch die untere Behälteröffnung 22 geführt. Um die magnetische Verfestigung des Pulvers um den Draht zu verstärken, sind Magnetspulen 40 und 41 sich gegenüberliegend um den Draht angeordnet.

Zweckmässig werden nichtmagnetische Pulver mit magnetischen Pulvern angelagert. Die Mischung kann vermittels einer archimedischen Schraube oder mit Hilfe einer bandförmigen Verteileinrichtung oder mittels irgend einer anderen bekannten Einrichtung augeführt werden. Wird eine Verteileinrichtung verwendet, die sich in weiterer Entfernung vom Betriebsort befindet, so kann das Pulver auch mit Hilfe eines geeigneten Trägergases pneumatisch augeführt werden. Eine solche Anordnung ist deshalb von

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Interesse, weil sie es in gewissen Fällen gestattet, den Platzbedarf oberhalb des Bades zu verringern.

Es ergibt sich von selbst, dass der in einer Kokille *?ie der mit dem Bezugszeichen 5 bezeichneten erzeugte liarren kreisrund oder anders gestaltet sein kann und dass das Auspressrohr für das verfestigte Pulver eine der Kokille angepasste Form haben kann.

Y/ie Fig. 12 erkennen lässt, kann die Elektrode 13 auch allein aus Pulver bestehen, das während seines Durchtritts durch den Spalt zwischen den vValzen 27, 28 verfestigt wird. Biesen Y/alzen ist ein Paar Führungsrollen 42 nachgeordnet, von denen die eine einen elektrischen Anschluss an eine Stromquelle 7 besitzt.

Der radiale querschnitt der Barren kann beliebige Gestalt besitzen, so dass Stücke mit verschiedenem Profil herstellbar sind.

Fig. 14 zeigt in der Draufsicht eine Kokille 5 mit rechteckigem Querschnitt, in die eine umhüllte, Elektrode eintaucht, deren Form derjenigen der Kokille ähnlich ist und die einen rechteckigen, mit einer Pulverschicht 13 überzogenen Kern 25 aufweist.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist nicht auf das Giessen einzelner Barren oder Stücke beschränkt,' sondern kann ebenso auch zur kontinuierlichen Herstellung einfacher Stangen oder verschiedener Profile angewendet werden.

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Die Vorrichtung genuiss Fig. 13 ist hierfür ein schematisch dargestelltes Beispiel· Diese Figur zeigt, dass die Giessform bzw. Kokille 5'f in der sich das abgelagerte Metall verfestigt, keinen Boden auf v/eist und dass ein Paar Antriebsrollen 43 die in dieser Kokille abgekühlte Jetallmasse in Form einer Stange 4¹ abzieht. Das Herausziehen dieser Stange 4^f erfolgt in Abhängigkeit von der Abschraelzgeschwindigkeit der Elektrode 14 von dem Ende der Kokille 5¹ aus, die dem der Elektrode benachbarten Ende gegenüberliegt.

Bei der Ausführung geraiiss 3?ig. 15 besitzt die bodenlose Kokille 5' einen oberen Teil 44» dessen Querschnitt grosser ist als deren unteren Teil 45» in dem sich die geschmolzene üetallmasse abkühlt. Es werden dabei drei zusainnengesetzte, mit einem Pulvermantel versehene Elektroden 46 zugeführt, wobei 3ede von ihnen an eine Phase einer dreiphasigen Stromquelle 47 (Fig. 15 und 16) angeschlossen ist, deren Dternpunkt 48 mit der Stange 4¹ verbunden ist, die kontinuierlich aus dem verengten Teil 45 der Kokille 5¹ herausgezogen wird.

Um zu vermeiden, dass die Verfestigung des Metalls zufällig teilweise rasch in deia sich verengenden Teil 49 fortschreitet, der den Teil 44 mit dem Teil 45 verbindet (Pig. 15)» kann der untere Teil 45 mit kleinerem Querschnitt seitlich angeordnet sein, wie Fig. 17 zeigt. Hierbei sind die beiden zusammengesetzten Elektroden 46 parallel an die Stromquelle 7 angeschlossen.

Sollte es notv/endi,·· nein, die Bewegung des jietallbaden zu

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fördern, so let es sweckmässig, ale Stromquelle «inen Oenerater mit einer mittleren Preq.uens5 von 2. B« 300 Hz zu verwenden.

Ferner kann man hierfür auch ein bekanntes magnetisches, in Fig« 18 echematiech gezeigtes Rührverfahren anwenden» Man erkennt hier eine aus nicht ferromagnetlBchem Metall bestehende» doppelwandig· Kokille 50, deren Wandungen eine Kühlkammer bilden. Um dies® herum let ein feiner Draht gewickelt» von des die Windungen 5 t su sehen sind. Im Inneren d»r Kokille 50 1st eine eingetauchte Elektrode 14 iu a©hen« Bei dieser Ausführung gehen die sohematieoh o/uruh Pfeile T gekennzelehnsten Stromlinlen in den Wandungen der Kokille nach unten, durchdringen das Sohlackenbad 3 und das Metallbad 15 und gelangen dann ent·* spreohend den Pfeilen zur Elsktrod® 14» Andererseits folgen die magnetischen Kraftlinien des b@im 8te@mäurohgang dureh dl« Spiralen 51 erseugten Magnetfeldes den Pfallen Z und verlaufen parallel au* Achse dse in der Kokille befindlichen Barren», Die Wirkung des Magnetfeldes auf dl© Stromlinien geht dahin» dass die göBchmolzene M&sse Blut w& die Achse der Kokille dreht*

Beabsichtigt man die Bildung eines feinen Kristnllgefüge», se kann man ebenso auch Ultraschallwellen auf den Barren einwirken lassen* Um Änderungen in der Zuseraraensetsung infolge einer Abnutsung bsw. Zerctörung des Schlaokenb&des aussugleichen» wird sweckmäBsigerweise frlsohe Schlacke sugeftlhrt oder es werden die Pulvermenge und damit die eugeführtsn Legierungsbestandteil« mehr oder weniger je nach dem Stand des Bades In

dsr Kokille geändert.

BAD ORfGINAL

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Vorteilhaft ist die Form der Pulrerumhüllung der Elektrode ahnlieh dem Qaersehnitt der Kokille«

Bas verbrauchte flussmittel» das um den Barren eine Haut bildet, wird je nach dem Maas seines Verbrauches ersetzt» u;tl zwar entweder dureh Zufuhr deaeelben getrennt Ton der bzw. den Elektrode(n) oder in Mleohung mit den Metallpulrern, die die Elektrode(n) umgeben, oder dureh Einführung einer Metallhülle« die einen flussmlttelkern enthält.

fig· 19 seigt sohematiseh die Anwendung eines an sieh bekannten HerstellungSYerfahrens ron zusammengesetzten Gegenstanden· Sie Vorrichtung weist swei gekühlte Kokillen 5't 5¹¹ ohne Boden auf, die in rersohledenen Höhen angeordnet und mit getrennter Kühlang Terethen sind· Die Querschnitte beider Kokillen sind miteinander Yereehieden. Die Kokille 5¹ sit de» kleineren Querschnitt ragt in die Kokille 5"_t die den gröaeertn Quereehnitt sealtst. Bm in der Kokille 5" gesohaolsene Metall 52, das τβη den elektroden 13" stammt, umgibt die aus dsr anderen Kekllle austretende and in dieser Termittels einer Elektrode 13' erseugte stange 53·

Bas erfindungsgemässe Verfahren kami auoh bei einer aua mehreren Stüoken Bestehenden Kokille angewendet werden, wobei nur einige Teile gekühlt werden» damit diejenigen feile» die nicht gekühlt sind» unter eich mittele der ·wischen ihnen abgelagerten Metall* iee Tsreinigt werden, wenn diese Masse gekühlt ist·

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Claims (1)

1. Pat e η t a η s ρ r ü ο h ο _ν ^χ

   1. Verfahren zum Schmelzen einer Metallmaaae, wobei mindestens eine mit verfestigtem Metallpulver versehene Elektrode in ein Bad aus geschmolzener Bchlacke eingeführt wird» das ein in einer gekühlten Kokille befindliches Metallschmelzbad bedeckt und wobei durch die Elektrode ein elektrischer Strom in das Schlackenbad eingeleitet wird, der Infolge der dabei frei werdenden Wärme ein fortschreitendes Abschmelzen der Elektrode hervorruft und sowohl das Schlackenbad als auoh (i»n usaittelbar von diesen bedeckten Seil dee lie tall schmelzbad e β im Schmelzzustand hält« dadurch gekennzeichnet, dass in das Schlaokenbad mindestens «in« Schmelzelektrode kontinuierlich und glalohmUsslg eingeführt wird« dl« auf ai&deeteiie «ine« Ttil ihrer Mantelfläche Metallpulver aufweist, das oberhalb des Schlackenbades «ö aufgebracht ist, dass ea entsprechend dem Abaohraelsauetand der ßlektiröde durch b«w, mit d«r Elektrode bie tief in $$m Sohlackenbad vorgeschoben wird·

   2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode verwendet wird, die zumindest auf der Hälfte ihrer Mantelfläche eine Schioht aus verfestigtem Metallpulver aufweist·

   3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2_S dad u r oh g e -kennzeichnet , dass eine zusammengesetzte Elektrode verwendet wird, die eine feste Metallseele und

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   •taen awe Metallpulver bestehenden, die Metallseele TUlXIg wtgebeniexi Hantel auf weißt, dessen Gewicht ein Mehrfaches des Gewichtes der Metallseele ausmacht.

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusammengesetzte Elektrode Terwendet wird, bei der das Gewicht dee Pulvere mindestens Aas Vierfache des Gewichtes der festen Metallseele beträgt»

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4* dadurch gekennzeichnet » dass eine Elektrode Terwendet wird, die aus einer blanken Seele besteht, welcher der Strom an einer Stelle zugeführt wird, wo sie nooh nloht mit dem Metallpulver bedeckt ist.

   6· Verfahren naoh einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, das« die Metallaas·· in abgekühltes Zustand der Absohaelzgeschwindigkeit entsprechend au· demjenigen Ende der Kokille herausgezogen wird, das ihren der Elektrode benachbarten Ende gegenüberliegt·

   7· Verfahren naoh Anspruoh 6, dadurch gekennzeichnet , da·· in an «loh bekannter Weise drei Elektroden in da· Schlaokenbad eingeführt werden und da·· jede Elektrode von einer Phase einer Dreiphasenstromquelle geepeiet wird, deren Sternpunkt mit der in bekannter V/eiet herausgezogenen abgekühlten Metallmasse verbunden ist.

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   β. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , dass eine aus mehreren Stücken gebildete Kokille verwendet wird und das» nur einige der Stücke gekühlt werden» demit die niohtgekühlten Stücke vermittels der zwischen ihnen abgelagerten Metallmaese verbunden werden₉ wenn dies® abgekühlt let«

   9. Verfahren nmoh einem der Ansprüelxe 1 fels 6» dadurch gekenns@ioli.net, &&m des Mütallschmslsbad daduroh vogerlfhrt wisd, «Ins® die Elektrode(a) mit einer We ehe ©ißt romquelle verbunden, wird h&w* werden» d«ren . fxequexie Merklich höher ist al® die li®tsfrequenE.

   10* Verfahren naöh einem der Ane^rti©li@ 1 him S₉ dadurch

   daduroh einer Eotationebtwegung unt®i?w@rf®n wirä» dass dttreh da® M®tallechm@labad ein MagnetfeM p&rallel sur Achse der Ickili® gelegt wird, das mit üGm iwlüehen ä@r Kokille und der bzw* den Elekti?oe©(a5 flie^eeadea elektrischen Strom

   β Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Me 10$ daduroh gekennseichnet _r u&bs das Metalls ehmelabad während seiner Abkühlung ülteEsehmliwallen auegesetet wird.

   12. Vorrichtung zur Ausführung de« Verfahrens mt,ch Anspruch 1» Kit einer Kokille» die genügend gekühlt iet, um eine Metallmasse abzukühlen, die in ihr nach ö@m Absolmelzen mindestens

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   Elektrode abgesetzt worden 1st, wobei die Elektrode verfestigtes Metallpulver aufweist und in ein Schlaokensobjtelsbad eintaucht, dee duroh einen durch die Elektrode(n) ni*M«Bd«xi elektrieohen strom erhltst wird» dadurch gekennseiohne t , da·« oberhalb der Kokille (5) Binriehtungen (19) vorgesehen sind, die das Metallpulver (13} suMlnAest auf «inen Teil der Mantelfläche der Elektrode aufbringen ttttt verfestigen, und swar entsprechend dem Mass des Aseofeftelsens 4er Elektrode.

   13· Torriohtmag nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η > s^leliaWt » dass die Kokille einen oberen Seil (44) aufweist» in Af* um» Schmelzen stattfindet und dessen Querschnitt grosser ist als derjenige eines unteren Teiles (49)» in der die geeohmoleene Masse erhärtet» und dass Simriehtuttfen (43) mm Herausziehen der erstarrten !fasse A«tt mAtvrtm EmAe (45) A«r Kokille vorgesehen sind.

   14» torri#ht«et am* Anspruch 13» dadurch g β k e η η · β ti·· »« * i **·■ ^d#r »»*·« Ϊ·¹¹ (*5) der Kokille, Aer ei«en gerlnfsren Querschnitt aufweist» schräg sum •Wren fell (44) tor Kokille, in dea das 3ohmelien statt» fina«t, angeorAnet 1st·

   11« Tiff«hn« «nl Torvlehtvng wie im der Beschreibung beschriebe* «lsi Im «sm !«leJuBungen dargeeteilt.

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   , As« *. Oktober If64 la SowAure Sleetrleja« ».·

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