DE1433629C - Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen einer Metallmasse - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- der Elektrode festzustellen. Durch dieses Verfahren

richtung zum Schmelzen einer Metallmasse, in die vermeidet man in großem Umfang das Auftreten von

kontinuierlich und regelmäßig mindestens eine Ab- Spritzern, wodurch die Oberfläche des Barrens merk-

schmelzelektrode bis in das Zentrum eines Schlak- lieh verbessert wird. Darüber hinaus ist es bei dem kenbades, das ein in einer gekühlten Kokille befind- 5 Verfahren möglich, eine Reinigungswirkung durch

liches Metallschmelzbad bedeckt, eingebracht wird, chemische Reaktionen zwischen der Schlacke und

wobei die Elektrode ein zur Bildung der Metallmasse dem Metall: zu erzielen. Schließlich braucht man

dienendes Metallpulver aufweist und wobei durch auch nicht mehr unerwünschte Bewegungen des

die Elektrode ein elektrischer Strom geleitet wird, Lichtbogens zu befürchten, und es ist auch nicht der bei seinem Durchgang durch das Schlackenbad io mehr erforderlich, teure Vakuumpumpen zu ver-

dieses bei einer ausreichenden Temperatur in ge- wenden.

schmolzenem Zustand hält, um ein fortschreitendes Es wurde auch schon vorgeschlagen, zur Herstel-

Abschmelzen der in das Schlackenbad eingetauchten lung von Barren od. dgl. Gußstücken ejne oder

Elektrode zu bewirken. mehrere nicht abschmelzende Elektroden vorzusehen

Es sind Verfahren zur Herstellung von Barren 15 und Metallpulver sowie Bestandteile des Schlackenod. dgl. Gußstücken bekannt, bei welchen man eine bades und des Metallbades unabhängig von der nicht abschmelzende Elektrode verwendet, ein Licht- Elektrode bzw. den Elektroden zuzugeben,
bogen zwischen dieser Elektrode und einem in einer Wenn man jedoch eine oder mehrere nicht abKokille befindlichen Metallschmelzbad brennt und schmelzende Elektroden, z.B. aus Graphit, verwendet, seitlich von der Elektrode dem Metallschmelzbad das ao besteht die Gefahr, daß das Metallbad durch die zu schmelzende Gut, z. B. Metallpulver, zugeführt Kohle verunreinigt wird. Wenn andererseits eine wird. Bei diesen Verfahren muß eine inerte Atmo- oder mehrere Elektroden aus einem schmelzbaren Sphäre vorhanden sein, um das bei hoher Tempera- Metall, z. B. aus Kupfer oder Wolfram, verwendet tür gehaltene Metall zu schützen. Ferner muß oft die werden, ist es erforderlich, diese EIektrode(n) stark ganze zur Durchführung des Verfahrens verwendete 35 abzukühlen, um ein Schmelzen derselben zu verVorrichtung mittels teurer Einrichtungen unter nied- meiden. Dabei geht jedoch ein beträchtlicher Teil rigem Druck gehalten werden, um die Entgasung des der Wärme verloren, und man stellt einen Strom-Metallbades zu fördern. Darüber hinaus ist es außer- verbrauch von praktisch 4 bis 5 kWh je kg des geordentlich schwierig, die Bewegungen des Licht- schmolzenen Metalls fest. Auch hat manchmal das bogens zu überwachen und zu steuern. Dieser kann 30 auf das Bad gestreute Pulver die Neigung, auf diesem von der Elektrode auf die Kokille übertreten, was zu schwimmen.

die Gefahr eines Durchbohrens der,Kokille in sich Bei dem in Frage stehenden bekannten Verfahren birgt. Schließlich treten beim Schmelzen des Metalls ergeben sich infolge der Anhäufung des Pulvers an vield Spritzer auf, die am oberen Teil der Kokille der gleichen Stelle Augenblicke, in denen zwischen haftenbleiben und zur Bildung von kalten Tropfen 35 der bzw. den Elektroden und der Kokille und zwi- und Oberflächenfehlern führen, die so erheblich sein sehen den Elektroden selbst Kurzschlüsse auftreten, können, daß es vor dem Walzen des Barrens not- Ferner reagiert das Pulver an der Schmelzbadoberwendig ist, eine beträchtliche Menge Metall von fläche mit der Luft. Dieser letztgenannte Nachteil dessen Oberfläche abzunehmen. kann nur mittels einer zusätzlichen Schutzgasatmo-

Ferner sind schon Verfahren zur Herstellung von 40 sphäre vermieden werden. .
Barren od. dgl. Gußstücken bekannt, bei welchen Es wurde auch schon vorgeschlagen, bei diesem ein elektrischer Lichtbogen zwischen einer Ab- Verfahren zur Erleichterung des Übergangs in das schmelzelektrode sowie einem in einer Schmelzform Metallbad statt feiner Pulver Metallgranulat zu verenthaltenen Metallbad brennt (USA.-Patentschrift wenden, aber die Granulate nehmen wegen ihrer 2 662104) oder das Brennen eines elektrischen 45 relativ geringen Oberfläche und beträchtlichen Masse Lichtbogens oberhalb eines Metallschmelzbades zwi- während ihres Fallens durch das Schlackenbad nur sehen zwei Abschmelzelektroden stattfindet (öster- wenig Wärme auf. Sie dringen somit teilweise in reichische Patentschrift 160 578). Infolge des festem Zustand in das Metallschmelzbad ein, verBrennens des Lichtbogens treten bei diesen Ver- Ursachen dort örtlich starke Abkühlungen und lagern fahren jedoch etwa die gleichen Nachteile wie 50 sich aneinander an, ohne daß ein völliges Schmelzen bei den bereits beschriebenen bekannten Verfahren derselben festzustellen ist. ''"■■'■ ^;v;.^;;>; ^i-,·*:.-;..:.:' auf. Diese Nachteile treten nicht auf, wenn man bei

Es wurde auch schon vorgeschlagen, den Kokillen- dem Verfahren, wie bereits ausgeführt, an Stelle der guß derart durchzuführen, daß ein Lichtbogen ver- nicht abschmelzenden Elektroden Abschmelzelektrowendet wird, der unter dem Schutz einer Flußmittel- 55 den verwendet. Allerdings ist man hinsichtlich der schicht zwischen einer Abschmelzelektrode und dem Zusammensetzung der Abschmelzelektroden dann Metallschmelzbad brennt. Bei einer. Variante dieses durch diejenige beschränkt, welche für Elektroden Verfahrens (USA.-Patentschrift 2 380 238 und deut- verwendbar ist. Darüber hinaus benötigt man dabei sehe Patentschrift 688 783) wird eine Flußmittel- beträchtliche Energiemengen von etwa 1,2 bis schicht bzw. Schlackenschicht beträchtlicher Stärke 60 1,7 kWh je kg geschmolzenem Metall, d. h. im verwendet, die im geschmolzenen Zustand als elek- Schnitt etwa 1,5 kWh je kg geschmolzenes Metall, trischer Leiter dient und bei hoher Temperatur ge- Versucht man, bei der Durchführung des Verhalten wird. Dabei verschwindet der Lichtbogen, und fahrens mit Abschmelzelektroden, die Schmelzder elektrische Strom fließt durch die Abschmelz- geschwindigkeit durch Erhöhen der Stromstärke zu elektrode sowie durch die geschmolzene Schlacke in 65 verbessern, so stellt man fest, daß die an der Trendas Metallschmelzbad. Infolge des in der Elektrode nungsfläche zwischen dem Schmelzbad und dem be- und dem Schlackenbad auftretenden Jouleschen reits erstarrten Metall sich bildenden Dendriten inf-.ffekts ist dabei ein fortschreitendes Abschmelzen folge der sehr tiefen Form des Schmelzbades etwa

normal zur Achse der Kokille wachsen. Infolge- Grenzen hinaus zu erhöhen, ohne Ablösungen und . dessen sammeln sich Verunreinigungen in der Mitte Risse im Bereich der Barrenachse zu erhalten.
des gebildeten Barrens an und begünstigen dort die Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Bildung von Rissen. Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen

Will man einen hohen Ausstoß je Zeiteinheit 5 einer Metallmasse zu schaffen, welche die Nachteile erzielen, muß man bei dem Verfahren außerdem eine . der bekannten Verfahren und Vorrichtungen nicht Abschmelzelektrode sehr großen Durchmessers ver- aufweisen und vor allem bei geringem Stromverbrauch wenden, die schwer und schwierig zu handhaben ist. eine große Abschmelzleistung sowie die Herstellung Dies führt dazu, daß ein Verhältnis von etwa 0,4 einwandfreier Metallbarren öd. dgl., ermöglichen, zwischen dem Elektrodendurchmesser und dem io Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung Kokillendurchmesser — wenn die Kokille kreisrund bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vor, ist — vorzusehen ist. Außerdem muß oberhalb der daß das Metallpulver oberhalb der Kokille kontinu-Einrichtung, die den Strom zuführt, eine Einrichtung ierlich an der Außenfläche der Elektrode verfestigt zum Aneinanderschweißen der aufeinanderfolgenden wird, während diese in das Schlackenbad eindringt. Elektroden vorgesehen sein, damit der Schmelzvor- xs Infolgedessen, daß sich bei dem erfindungsgemägang nicht unterbrochen wird. ßen Verfahren das Metallpulver an der Außenfläche

Um bei dem Verfahren eine Änderung der Zu- der Elektrode befindet, kommt beim Eindringen der sammensetzung des Schmelzbades während der Her- Elektrode in das Schlackenbad ständig ein großer stellung eines Barrens zu ermöglichen, wurde auch Teil des Metallpulvers mit dem Schlackenbad in schon vorgeschlagen, durch die geschmolzene ao Berührung. Ferner wirkt sich die Verfestigung des Schlackenschicht, unabhängig von der Einführung Metallpulvers an der Außenfläche der Elektrode -< einer Elektrode in diese, Metallpulver verschiedener dahingehend aus, daß das Metallpulver an der Elek- '_) Zusammensetzung fallen zu lassen. Damit sind jedoch trode gut haftet und von dieser bis in das Zentrum auch Nachteile verbunden, da die Pulver danach des Schlackenbades mitgenommen werden kann, wo trachten, auf dem Schlackenbad zu erstarren. Diese 35 dann sowohl die Elektrode als auch das Metallpulver Nachteile werden noch dadurch vergrößert, daß die abschmelzen. All dies wirkt sich dahingehend aus, Elektrode einen ziemlich großen Durchmesser hat. daß mit dem neuen Verfahren bei geringem Strom-Darüber hinaus ist es bei einer solchen Pulverzugabe verbrauch eine große Abschmelzleistung sowie die schwierig, eine gleichmäßige Zusammensetzung des Herstellung einwandfreier Metallbarren od. dgl. zu Barrens zu erzielen. 30 erreichen ist.

Zum Schmelzen einer Metallmasse zwecks Her- Erfindungsgemäß ist bei dem neuen Verfahren

stellung von Metallbarren od. dgl. sind ferner schon ferner vorgesehen, daß eine Metallpulverschicht an Verfahren bekannt (USA.-Patentschrift 2380238 einem fortschreitend in Richtung der Kokille be- und deutsche Patentschrift 688 783), bei welchen wegten blanken Metallkern der Elektrode angebracht eine Abschmelzelektrode, die aus einem einen Metall- 35 wird und daß das Gewicht des Metallpulvers das pulverkern umgebenden Band oder Rohr besteht, Mehrfache, vorzugsweise das Vierfache, des Gewichts in einem oberhalb eines Metallschmelzbades befind- des Metallkerns ausmacht. Hierdurch ergeben sich liehen Schlackenbad fortschreitend abschmilzt. Indes besonders günstige Verhältnisse bezüglich des Stromkann man eine zusammengesetzte Elektrode, bei Verbrauchs und der Möglichkeiten zur Anpassung an welcher der Metallpulverkern genügend verfestigt ist 40 die gewünschte Zusammensetzung der herzustellen- und mehr als ein Drittel des Gesamtvolumens der den Metallbarren od. dgl.

Elektrode ausmacht, nicht ohne weiteres herstellen, Vorzugsweise wird weiterhin bei dem Verfahren

, was die zu erzielende Zusammensetzung der Metall- gemäß der Erfindung der elektrische Strom dem : J masse stark einschränkt. Um ein günstigeres Ver- Metallkern der Elektrode an einer Stelle zugeführt, hältnis zwischen Metallpulverkem und Gesamt- 45 an der das Metallpulver noch nicht an dem Metallgewicht zu erreichen, ist es bei den bekannten Ver- kern angebracht ist Der elektrische Strom kann fahren vielmehr erforderlich, entweder das Metall- daher gegebenenfalls ungehindert zu dem Metallkern pulver ohne Verfestigung ständig in den Elektroden- der Elektrode und durch diesen in das Schlackenbad mantel einzufüllen oder aber ein Sintern des Metall- gelangen.

pulvers innerhalb des Elektrodenmantels zu be- 50 Die Anordnung und Verfestigung des Metallwirken. In jedem Falle ist aber die Kontaktfläche des pulvers an der Außenfläche der Elektrode kann auf Metallpulvers mit dem Schlackenbad auf den inneren mechanischem Wege, beispielsweise durch Preß-Querschnitt des Elektrodenmantels beschränkt. Das walzen, erfolgen. Handelt es sich bei dem Metall-Schmelzen des Metallpulvers erfolgt daher recht pulver um solches mit paramagnetischen Bestandlangsam. Ferner tritt hierdurch teilweise auch ein 55 teilen, so kann das Metallpulver erfindungsgemäß unvollständiges Schmelzen der Körner des Metall- jedoch auch durch Einwirkung eines Magnetfeldes, pulvers in dem Schlackenbad auf. Die nicht ge- das durch den Stromfluß durch die Elektrode erzeugt schmolzenen Metallpulverkörner gelangen dann in wird, an der Außenfläche der Elektrode zur Anordfestern Zustand in das Metallbad, was dort durch nung gelangen und dort bis in das Schlackenbad örtliche Abkühlungen und Zusammenbacken zu un- 60 gehalten werden. Im letzteren Falle besteht gemäß erwünschten Wirkungen führt. Abgesehen davon - der Erfindung auch noch die Möglichkeit, zur Anwurde bei den in Frage stehenden Verfahren fest- Ordnung und zum Halten des Metallpulvers an der gestellt, daß man wie bei der Verwendung von ein- Elektrode dem von dem Stromfluß durch die Elekfachen Stäben oder Drähten als Abschmelzelektroden trode erzeugten Magnetfeld ein zusätzliches Magnet-1,2 bis 1,7 kWh an Strom je kg geschmolzenen 65 feld zu überlagern. ^:

Metalls, verbraucht, um einigermaßen zufrieden-. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen

stellende Ergebnisse zu erzielen, daß es dagegen Verfahrens kann die sich ergebende Metallmassc in nicht möglich ist, die Stromstärke über bestimmte einer barrenförmigen Kokille gehalten werden und

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nach ihrer Erstarrung einen Barren bilden. Es besteht und 8% Ni gestattete. Das Gewicht des Flachbandes aber auch die Möglichkeit, die Metallmasse in einer betrug 61,16% des Gesamtgewichts der Elektrode, Kokille ohne Boden zu schmelzen. Gegebenenfalls während das Gewicht des Nickeldrahtes 9,17% und wird die sich. ergebende Metallmasse in erstarrtem das der Metallpulvermischung 29,67 % des Gesamt-, Zustand an dem von der Elektrode abgekehrten 5 gewichts ausmachten. Der Außendurchmesser der Ende der Kokille aus dieser kontinuierlich heraus- Elektrode betrug 3,2 mm. Das Abschmelzen wurde gezogen. .-..;■ ..? , · durch Einführung eines Stroms von 625A bei einer

Zur Durchführung des -erfindungsgemäßen Ver- Spannung von 40 V in ein basisches Schlackenbad fahrens gelangt eine Vorrichtung mit einer Einrich- durchgeführt, welches das Metallbad in der Kokille tung zum Einführen mindestens einer kontinuier- io abdeckte. Man erhielt in 22 Minuten beimAbschmel-. liehen Abschmelzelektrode in das Zentram eines in zen von 6,65 kg der zusammengesetzten Elektrode einer Kokille befindlichen Schlackenbades entspre- einen Barren von 6,6 kg. Die Abschmelzgeschwinchend dem Abschmelzen des Endes dieser Elektrode digkeit betrug 18 kg/h, und der Energieverbrauch in dem Schlackenbad,..einer Einrichtung zum konti- belief sich auf 1,39 kWh je kg abgeschmolzenen nuierlichen Einführen von Metallpulver in das 15 Materials. ■■ ■

Schlackenbad, wobei das Metallpulver in ein unter- Bei einem dritten Vergleichsversuch hat man bei

halb des Schlackenbades in der Kokille befindliches gleicher Stromstärke und Spannung wie bei dem Metallbad eintritt, und einer Einrichtung, mit wel- vorhergehenden Versuch eine zusammengesetzte eher der Elektrode ein elektrischer Strom zugeführt Elektrode zur Herstellung des gleichen rostfreien werden kann, der beim Durchtritt durch das Schlak- 20 Stahles abgeschmolzen, die aus einem Stahldraht bekenbad dieses genügend erhitzt, um es in geschmol- stand, der an seiner gesamten Außenfläche von einer zenem Zustand zu erhalten, zur Anwendung. verfestigten Metallpulvermischung umgeben war.

Bezüglich dieser Vorrichtung ist erfindungsgemäß Dieser Draht hatte einen Durchmesser von 2,4 mm ζ vorgesehen, daß sie oberhalb der Kokille eine Ein- und besaß einen Querschnitt, der praktisch mit dem richtung zum Verfestigen des Metallpulvers auf as des bei dem vorhergehenden Versuch verwendeten wenigstens einem Teil der Außenfläche der Elektrode Flachbandes identisch war. Die Metallpulverbzw. Elektroden entsprechend dem fortschreitenden mischung enthielt zusätzlich zu der im vorhergehen-Eindringen derselben in das Schlackenbad besitzt. den Versuch verwendeten Mischung, die etwa 30%

Zur Benutzung der Vorrichtung bei Verwendung des Gesamtgewichts der Elektrode ausmachte, einen von paramagnetischem Schweißpulver sieht die Er- 30 Anteil an Nickelpulver; dessen Gewicht demjenigen findung schließlich auch noch vor, daß die Vorrich- des vorher verwendeten Nickeldrahtes entsprach und tung einen Metallbehälter aufweist, welcher von oben 9,17% des Gesamtgewichts ausmachte. Der Anteil nach ,unten von der Elektrode durchquert wird und des Metallpulvers betrug somit insgesamt etwa an seinem unteren Ende eine Austrittsöffnung für 38,84 % des Gesamtgewichts der Elektrode, während die Elektrode sowie eine diese umgebende Metall- 35 das Gewicht der Drahtseele etwa 61,16% des Gepulverschicht besitzt, und daß unterhalb des Metall- samtgewichts derselben ausmachte. Das Abschmelpulverbehälters die Elektrode umgebende Magnet- zen wurde in einem Schlackenbad durchgeführt, das spulen angeordnet sind. Hierdurch wird die Erzeu- die gleiche Zusammensetzung wie "bei dem vorhergung eines zusätzlichen, ein Haften des Metallpulvers gehenden Versuch hatte. Durch Abschmelzen von an der Elektrode bewirkenden Magnetfeldes er- 40 6,755 kg einer in dieser Weise zusammengesetzten möglicht. Elektrode erhielt man in 16 Minuten einen Barren

Zur Feststellung der Vorteile des Verfahrens und von 6,7 kg. Die Abschmelzgeschwindigkeit betrug der Vorrichtung gemäß der Erfindung gegenüber 25,12 kg/h, und der Energieverbrauch lag geringfügig bekannten Verfahren und Vorrichtungen wurden unter einer Kilowattstunde je kg geschmolzenen Vergleichsversuche durchgeführt. .'·"".. 45 Materials.

Bei diesen Vergleichsversuchen wurde zunächst Es ergibt sich daraus, daß die Anordnung der

in einem Schlackenbad ein blanker Elektrodendraht gleichen Metallpulvermenge an der Außenfläche mit 3,2 mm Durchmesser abgeschmolzen, der aus einer Metallseele gleichen Gewichtes wie das des einer bekannten Verbindung bestand, welche die Flachbandes, das beim zweiten Versuch das Metall-Herstellung eines rostfreien Stahls mit etwa 18% 5» pulver umschloß, zu einer Schmelzgeschwindigkeit Chrom und 8% Nickel gestattete. Das Abschmelzen führte, die etwa 140% derjenigen betrug, welche bei erfolgte in einem das in einer Kokille befindliche dem zweiten Versuch erzielt wurde, und daß der Metallbad bedeckenden basischen Schlackenbad, - Stromverbrauch nur bei etwa 70% desjenigen des wobei ein elektrischer Strom von 625 A mit einer zweiten Versuchs lag. _;

Spannung von 40 V angelegt wurde. 55 Bei einem vierten Vergleichsversuch mit einem

Durch Abschmelzen von 6,85 kg des Elektroden- Strom gleicher Stromstärke und Spannung wie bei drahtes ergab sich nach einer Abschmelzzeit von den vorhergehenden Versuchen wurde eine zusäm-23 Minuten ein Barren von 6,7 kg. Die Abschmelz- mengesetzte Elektrode abgeschmolzen, die aus einem geschwindigkeit betrug dabei 17,47 kg/h,; während Draht aus dem gleichen Stahlj wie für den dritten der Verbrauch an elektrischer Energie je kg ge- 60 Versuch beschrieben, bestand, der von einer festen schmolzenen Metalls bei 1,43 kWh lag. Metallpulvermischung umgeben war, deren Gewicht

Bei einem zweiten Vergleichsversuch wurde in 'etwa das Vierfache des Drahtgewichtes betrug. Die einem Schlackenbad eine Elektrode zum Abschmel- Mischung enthielt einen derartigen Eisenpulveranteil, zen gebracht, die aus einem Flachband aus Siemens- daß das später erzeugte Metall 18% Cr und etwa Martin-Stahl gebildet war, das einen Draht aus 65 8% Ni aufwies, obwohl der zentrale Kerndraht nicht Nickel und eine Metallpulvermischung umgab. Diese stärker war als bei dem dritten Versuch. Das verElektrode hatte eine Zusammensetzung, welche die wendete Schlackenbad war das gleiche wie bei den Herstellung eines rostfreien Stahls mit etwa 18% Cr vorbeschriebenen Versuchen.

Bei dem in Frage stehenden Versuch wurde ein Fig. 10 eine Fig. 9 entsprechende Ansicht einer

2,79 kg schwerer Barren in 3 Minuten und 22 Sekun- ähnlichen Vorrichtung, wobei der Spalt zwischen den

den durch Abschmelzen eines Stückes der zusam- Walzen der Walzeinrichtung aus zwei Halbzylindern

mengesetzten Elektrode hergestellt, dessen zentraler gebildet ist,

Kerndraht 0,93 kg und dessen Metallpulverummante- 5 Fig. 11 einen Längsschnitt einer Vorrichtung mit lung 2,26 kg wog. Die Abschmelzgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Einrichtung zum Aufbetrug somit 49,673 kg/h bei einem Stromverbrauch bringen und Befestigen eines Metallpulvers an einer von 0,542 kWh je kg geschmolzenen Materials. Eine endlosen Elektrode,

derartige Abschmelzgeschwindigkeit ist viel höher - Fig. 12 einen lotrechten Schnitt durch eine Fig. 5 als die mit den bekannten Verfahren erzielbaren io entsprechende Vorrichtung, bei welcher die erstarrte

Abschmelzgeschwindigkeiten, wogegen der Strom- bzw. abgekühlte Metallmasse kontinuierlich mittels

verbrauch erheblich geringer ist als bisher. Er beträgt eines Antriebsrollenpaares aus der Kokille heraus-

weniger als 40% des Stromverbrauches, der bei Ver- gezogen wird,

wendung einer Elektrode erforderlich ist, die aus Fig. 13 eine Draufsicht auf einen von seiner einem Flachband besteht, welches einen Pulverkern _X5 Kokille umgebenen Metallbarren, über dem eine im

umgibt, der 30 °/o des Gesamtgewichtes der Elektrode Schnitt dargestellte mit Metallpulver versehene

ausmacht. Flachelektrode angeordnet ist',

Bei einem fünften Vergleichsversuch, bei dem die Fig. 14 einen Längsschnitt einer Vorrichtung zur ■ Menge des einen Kerndraht Umgebenden Metall- kontinuierlichen Herstellung von Metallbarren und pulvers nur 10% des Gewichtes des Kerndrahtes ₂o metallischen Profilteilen mittels dreier Schmelzausmachte, wurde festgestellt, daß die Abschmelz- elektroden,

geschwindigkeit auch schon um 10% größer war Fig. 15 eine Draufsicht der Vorrichtung gemäß

''ψ\ als diejenige, die bei entsprechenden Bedingungen Fig. 14, welche die gegenseitige Anordnung der drei

^ mit einer rohrförmigen Elektrode gleichen Quer- Elektroden und deren Anschluß an je eine Phase . schnittes erzielt wurde, bei der ein metallisches 25 einer dreiphasigen Stromquelle zeigt,

Flachband einen Metallpulverkern umgibt. Fig. 16 einen Längsschnitt einer Fig. 14 ähn-

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung liehen Vorrichtung, bei welcher die Austrittsöffnung

ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung für den Metallbarren oder die metallischen Profil-

sowie an Hand der Zeichnungen, in denen eine be- teile geneigt angeordnet ist,

kannte Vorrichtung zum Schmelzen einer Metall- _3O Fig. 17 einen Längsschnitt einer Vorrichtung, die

masse und einige Ausführungsbeispiele einer Vor- eine Kokille mit einer elektromagnetischen Wicklung

richtung gemäß der Erfindung zum Schmelzen einer zur Erzeugung von Bewegungen des Schmelzbades

Metallmasse wiedergegeben sind. In den Zeichnun- aufweist, und

gen zeigt ■ Fig. 18 einen Längsschnitt einer Vorrichtung zur

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Vorrichtung, in der 35 Erzeugung zusammengesetzter metallischer Gegen-

sich ein Metallbarren während seiner Herstellung stände.

nach einem bekannten Verfahren mittels einer Bei der in Fig. 1 dargestellten bekannten VorElektrode, die durch ein um einen Pulverkern ge- richtung wird eine blanke Elektrode 1 mit einem wickeltes Metallband gebildet ist, befindet, Kern oder eine Elektrode aus einem um einen

Fig. 2 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 1 _4O Pulverkern gewickelten Flachband in PfeilrichtungA' mit schematischer Wiedergabe der Lage der Kristalle mittels Antriebsrollen 2 bewegt und in .ein Schlackendes gebildeten Metallbarrens, bad 3 eingetaucht, das einen Metallbarren 4 bedeckt.

F i g. 3 einen Längsschnitt entsprechend demjeni- Dieser befindet sich in einer doppelwandiiien _v -, gen der Fig. 1 für den Fall der Herstellung eines Kokille5, die mit der Elektrode 1 über einen clek- '■JJ Metallbarrens nach dem Verfahren gemäß der Erfin- 45 trischen Stromkreis 6 verbunden ist, den eine Stromdung vermittels einer Elektrode, bestehend aus einem quelle 7 speist. Die Kokille 5 wird durch einen mit Pulver ummantelten Draht, Wassermantel 8 gekühlt, der eine Zulauföffnung 9

Fig. 4 eine Darstellung analog Fig. 2, die einen und eine Ablauföffnung 10 besitzt, nach dem in F ig. 3 dargestellten Verfahren her- Das die Elektrode oder die Umhüllung einer Kerngestellten Metallbarren wiedergibt, 5° elektrode bildende Metall wird durch den Jouleschen

F i g. 5 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung Effekt, der sich durch dessen eigenen Widerstand

mit einer Druckkammer, die eine endlose Elektrode ergibt, bei hoher Temperatur gehalten und erhält

umgibt, einer Zuführeinrichtung für das Pulver und außerdem an seiner Oberfläche" infolge der Beriih-

einer Extrusionsöffnung für das die Drahtseele um- rung mit dem Sehlackcnbad unter dem Einfluß des

gebende Pulver, ~ 55 Berührungswiderstandes zwischen Schlacke und

F i g. 6 einen Querschnitt nach der Linie VI-VI in Metall eine selir beträchtliche Wärmezufuhr.

F i g. 5 durch eine ummantelte Elektrode, die gemäß Wie F i g. 2 zeigt, in der die Vorrichtung tier

Fig. 5 in die dort dargestellte Kokille eindringt, Fig. 1, jedoch ohne das Metallbad und das Schlak-~

F i g. 7 einen Querschnitt durch eine andere Aus- kenbad, die Antriebsrollen . und den elektrischen bildungsform einer in die Kokille eindringenden mit 60 Stromkreis dargestellt ist. wachsen die Kristallisa-Metallpulver versehenen Elektrode, tionsdendriten 11 senkrecht zur Erstarrungslinie 12

Fi g. 8 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung derart, daß diese Linie in der Mitte stark durchhängt,

gemäß der Erfindung, wobei die Befestigung von wobei die Dendriten die Tendenz haben, dort radial

Metallpulver an einem Metallband durch eine Walz- zu wachsen. Dies führt dazu, daß entlang der Achse

einrichtung erfolgt, ⁶5 des Barrens eine Ansammlung von Verunreinigungen

F i g. 9 eine Ansicht der gleichen Vorrichtung in entsteht, welche die Gefahr in sich bergen, daß dor

vergrößertem Maßstab von unten gemäß der Barren reißt oder aufplatzt.

Linie IX-IX in Fig. 8, Demgegenüber wird, wenn, wie bei der Vorrioh-.

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9 ίο

tung gemäß Fi g. 3, ein Pulver 13 an der Außenfläche Schutzhülse 23 ist kleiner als der Innendurchmesse

eines Drahtes 14 angeordnet wird, eine beträchtliche der Kokille 5, damit das Schutzgas und das bein

Erhöhung der Schmelzgeschwindigkeit erzielt, was Abschmelzen der Elektrode entstehende Gas ent

sich daraus ergibt, daß die Berührungsfläche zwischen weichen können.

dem Pulver 13 und dem Schlackenbad 3 viel größer 5 In Fig. 7 ist eine Elektrode dargestellt, die au.

ist als im Falle der Fig. 1. In Fig. 3 ist ferner zu einem Metallband 25 mit auf seinen Flachseiten auf

erkennen, daß sich das Metallbad 15 in der Mitte gebrachten Metallpulverschichten 13' und 13" be

weniger stark einwölbt. Die Erstarrungslinie 12 ist steht.

daher auch nahezu eben. Es ergibt sich somit, daß. Zur Herstellung einer Elektrode, weiche an eine: wie F i g. 4 zeigt, da das Metallbad in der Mitte 10 ihrer Flachseiten mit Metallpulver versehen ist, kann wenig eingewölbt ist, die Dendriten etwa axial die Verfestigung des Pulvers mittels einer dieses wachsen und dabei die Verunreinigungen in Richtung enthaltenden, in Fig. 8 dargestellten Walzeinrichdes flüssigen Metalls zurückdrängen, wo infolge des tung erfolgen. Diese Walzeinrichtung besitzt einen anwesenden Schlackenbades eine Reinigungsreaktion Behälter 26, an dessen unterem Teil zwei Walzen stattfinden kann. 15 27, 28 angeordnet sind, die Profileinschnitte 29, 30 Bei Überprüfung von Spannungsoszillogrammen unterschiedlicher Tiefe zwischen den miteinander in der Verfahrensdurchführung konnten die Anzahl Berührung stehenden Kontaktflanschen 31 und 32 der in der Zeiteinheit fallenden Tropfen und, in aufweisen (Fig. 9). Die Walzen 27, 28 bilden zwi-Kenntnis der Menge des geschmolzenen Materials, sehen sich einen rechteckigen Raum, der sich durch auch das mittlere Tropfengewicht festgestellt werden, 20 die Profileinschnitte 29, 30 ergibt. Ein von einer das bei blanken Elektroden mit 30 bis 60 mm Vorratsrolle 33 abgewickeltes Band 25 wird um die Durchmesser bei 2 bis 4 g lag, wobei die Strom- Walze 27 geführt und verläßt die Walzeinrichtung, stärke 1600 Amp. betrug. Unter diesen Bedingungen versehen mit einer Pulverschicht 13', die zwischen konnte die gesamte entwickelte Oberfläche berechnet Bei einer in Fig. 10 dargestellten, den Fig. 8 werden, wobei die Reaktionsfläche zwischen Tropfen 25 den Walzen 27 und 28 auf dieses gepreßt worden ist. und Schlackenbad mit etwa 0,3 m²/kg ermittelt und 9 ähnlichen Ausbildung besitzen die Walzen 27 wurde. Benutzt man dagegen eine Elektrode gleichen und 28 je einen halbkreisförmigen Profileinschnitt Außendurchmessers, die jedoch z.B. aus einem 34, der die völlige Umhüllung eines Drahtes 14 geDraht mit 10 mm Durchmesser und einer Mantel- stattet. Der Draht 14 durchläuft den kreisförmigen schicht aus verfestigtem Eisenpulver gebildet ist, so 30 Querschnitt, der von den beiden einander gegenüberstellt man eine viel weichere Schmelzung fest, die liegenden Profileinschnitten 34 gebildet wird, und ist auf die Auflösung der Körner des Pulvers im bei seinem Austritt aus der Walzeinrichtung völlig Schlackenbad zurückzuführen ist. Die entwickelte mit einer Schicht 13 aus verfestigtem Pulver umhüllt. Oberfläche zwischen einem Pulver, dessen Körner Wenn das Pulver eine wesentliche Menge von alle als kugelförmig angenommen werden, beträgt 35 paramagnetischen Bestandteilen mit ausreichender bei einer Dichte von 8 bei der Berührung mit dem magnetischer Suszeptilität enthält, kann die Anord-Schlackenbad etwa 4 rn^/kg für ein Pulver der Korn- nung der Pulverteilchen an der Elektrode und deren größe 60 bis 100 (Maschenweite gemäß ASTN) und Festhalten an dieser bis ins Zentrum des Schlackenetwa 10 m²/kg für ein Pulver der Korngröße 100 bades auch auf magnetischem Wege erfolgen. Bei bis 270 (Maschenvveite gemäß ASTN). 40 dem in Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel Bei Verwendung einer mit Pulver umhüllten EIek- fällt das Pulver aus einem Vorratsbehälter 35, der trode stellt man ferner fest, daß sich das Metallbad mit einem Vibrator 36 versehen ist, auf ein endloses in der Mitte weniger tief einwölbt, was bei sehr umlaufendes Förderband 37, von wo aus es auf eine hohen Stromstärken die Gefahr eines Abbrennens geneigte Rutsche 38 fällt, die das Pulver in einen oder einer Rißbildung in der Mitte der Schmelz- 45 Behälter 19 leitet. Unter der Wirkung eines Magnetmasse vermindert. feldes, das beim Durchlaufen eines Stromes durch Die Pulverumhiillung 13 des Drahtes 14 kann so, den Elektrodendraht 14 erzeugt wird, sammelt sich wie in Fig. 5 dargestellt, verwirklicht werden. Ge- das Pulver um den Draht 14 und wird von diesem maß dieser Figur dringt der Draht in einen Behälter durch die untere Austrittsöffnung 22 geführt. Um die 19 ein, der das Pulver enthält, das durch die Drehung 50 magnetische Verfestigung des Pulvers um den Draht einer Schraube 20 in einem seitlichen Zylinder zu- zu verstärken und das Pulver bis ins Zentrum des geführt und. verfestigt wird. Der Draht verläßt den Schlackenbades am Draht zu halten, sind noch Behälter 19 mit dem Pulvermantel 13 versehen durch Magnetspulen 40 und 41 gegenüberliegend um den eine öffnung 22. Der Durchmesser der Öffnung 22 Draht 14 angeordnet.

ist größer als der Durchmesser des Drahtes 14 und 55 Zweckmäßig werden nichtmagnetische Pulver mit bestimmt sich durch die gewünschte Schichtdicke magnetischen Pulvern an der Elektrode zur Anorddes Pulvermantels 13. Um die Schichtdicke des nung gebracht. Die Mischung kann vermittels einer Pulvermantels 13 beliebig zu verändern, kann eine archimedischen Schraube oder mit Hilfe einer handvorrichtung nach Art eines Schneideisenbehälters förmigen Verteileinrichtung oder mittels irgendeiner vorgesehen sein. 60 anderen bekannten Einrichtung zugeführt werden. In gewissen Fällen kann es als notwendig erachtet Wird eine Verteileinrichtung verwendet, die sich in werden, die umhüllte Elektrode gegenüber der Um- weiterer Entfernung vom Betriebsort befindet, so "gelningsatmospharc zu schützen. Die aus dem Be- kann das Pulver auch mit Hilfe eines geeigneten halter 19 durch die Öffnung 22 austretende Elektrode Trägergases pneumatisch zugeführt werden. Eine wird dann bis zu ihrem Eintritt in die Kokille 5 von 65 solche Anordnung ist deshalb von Interesse, weil sie einer Schutzhülse 23 umgeben, die um diese Elek- es in gewissen Fällen gestattet, den Platzbedarf obertrode eine Kammer bildet. Der obere Hüisenteil halb des Bades zu verringern,
besitzt eine Gaszuführung 24. Der Durchmesser der Es ergibt sich von selbst, daß der in der beschrie-

benen Weise erfindungsgemäß in einer Kokille erzeugte Barren kreisrund oder anders gestaltet sein kann und daß das Auspreßrohr für das verfestigte Pulver eine der Kokille angepaßte Form haben kann.

Der radiale Querschnitt der Barren kann im übrigen beliebige Gestalt besitzen, so daß Stücke mit verschiedenem Profil herstellbar sind. '

Fig. 13 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 Her- »5 stellung einfacher Stangen und verschiedener Profile angewendet werden. .

Hierzu kann eine Vorrichtung gemäß Fig. 12 benutzt werden. Bei dieser Vorrichtung weist die Gießform bzw. Kokille 5', in der sich das abgelagerte Metall verfestigt, keinen Boden auf, und ein Paar -^* Antriebsrollen 43 zieht die in der Kokille 5' abge- i) kühlte Metallmasse in Form einer Stange 4' ab. Das Herausziehen der Stange 4' erfolgt in Abhängigkeit von der Abschmelzgeschwindigkeit der Elektrode 14 von dem Ende der Kokille 5' aus, die dem der Elektrode benachbarten Ende gegenüberliegt.

Bei der in Fig. 14 dargestellten Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung besitzt die bodenlose Kokille 5' einen oberen Teil 44, dessen Querschnitt größer ist als deren unterer Teil 45, in dem sich die geschmolzene Metallmasse abkühlt. Es werden dabei drei zusammengesetzte, mit einem Pulvermantel versehene Elektroden 46 zugeführt, wobei jede von ihnen an eine Phase einer dreiphasigen Stromquelle 47 (Fig. 14 und 15) angeschlossen ist, deren Sternpunkt 48 mit der Stange 4' in Verbindung steht, die kontinuierlich aus dem verengten Teil 45 der Kokille 5' herausgezogen wird.

Um zu vermeiden, daß die Verfestigung des

Metalls innerhalb der Kokille teilweise zu rasch in dem sich verengenden Teil 49 fortschreitet, der den Teil 44 mit dem Teil 45 verbindet· >~(F i g. 14), kann

\i) der untere Teil 45 mit kleinerem Querschnitt seitlich angeordnet sein, wie dies bei der Vorrichtung gemäß Fig. 16 der Fall ist. Bei dieser Vorrichtung sind die beiden zusammengesetzten Elektroden 46 parallel an die Stromquelle 7 angeschlossen.

Sollte es notwendig sein, die Bewegung des Metallbades zu fördern, so ist es zweckmäßig, als Stromquelle einen Generator mit einer mittleren Frequenz von z. B. 300 Hz zu verwenden.

Ferner kann man hierfür auch ein bekanntes magnetisches, bei der Vorrichtung gemäß Fig. 17 schematisch gezeigtes Rührverfahren anwenden. Die in dieser Figur dargestellte Vorrichtung besitzt eine aus nicht ferromagnetischem Metall bestehende, doppelwandige Kokille 50, deren Wandungen eine Kühlkammer bilden. Um diese herum ist ein feiner Draht gewickelt, von dem die Windungen 51 zu sehen sind. Im Inneren der Kokille 50 ist eine in das Schmelzbad eingetauchte Elektrode 14 zu sehen. Bei dieser Ausführung gehen die schematisch durch Pfeile Y gekennzeichneten Stromlinien in den Wandungen der Kokille nach unten, durchdringen das Schlackenbad 3 und das Metallbad 15 und gelangen dann entsprechend den Pfeilen zur Elektrode 14. Andererseits folgen die magnetischen Kraftlinien des beim Stromdurchgang durch die Spiralen 51 erzeugten Magnetfeldes den Pfeilen Z und verlaufen parallel zur Achse des in der Kokille 50 befindlichen Barrens. Die Wirkung ,des Stromflusses und Magnetfeldes geht dahin, daß sich die geschmolzene Metallmasse um die Achse der Kokille 50 dreht.

Beabsichtigt man die Bildung eines feinen.Kristallgefüges, so kann man auch Ultraschallwellen auf den Barren einwirken lassen. Um Änderungen in der Zusammensetzung infolge einer Abnutzung bzw. Zerstörung des Schlackenbades auszugleichen, wird zweckmäßigerweise frische Schlacke zugeführt, oder es werden die Pulvermenge und damit die züge-. führten Legierungsbestandteile mehr oder weniger nach dem Stand des Schlacken- und Metallbades in der Kokille geändert. .

Das verbrauchte Flußmittel, das um den Barren eine Haut bildet, wird je nach dem Maß seines Verbrauches ersetzt, und zwar entweder durch Zufuhr desselben getrennt von der bzw. den Elektrodc(n) oder in Mischung mit den Metallpulvern, die die Elektrode(n) umgeben, oder durch Einführung einer Metallhülle, die einen Flußmittelkern enthält.

Fig. 18 zeigt noch eine Vorrichtung zur Herstellung von zusammengesetzten Gegenständen. Die Vorrichtung weist zwei gekühlte Kokillen 5', 5" ohne Boden auf, die in verschiedenen Höhen angeordnet und mit getrennter Kühlung versehen sind. Die Querschnitte beider Kokillen sind voneinander verschieden. Die Kokille 5' mit dem kleineren Querschnitt ragt in die Kokille 5", die den größeren Querschnitt besitzt. Das in der Kokille 5" geschmolzene Metal! 52, das von den Elektroden 54 stammt, umgibt die aus der anderen Kokille 5'austretende und in dieser vermittels einer Elektrode 55 erzeugte Stange 53. Bei den Elektroden 54 und 55 handelt es sich, obwohl dies nicht dargestellt ist, ebenfalls um solche, welche an ihrer Außenfläche mit Metallpulver versehen sind.

Claims (5)

Patentansprüche: ■

1. Verfahren zum Schmelzen einer Metallmasse, in die kontinuierlich und regelmäßig mindestens eine Abschmelzelektrode bis in das Zentrum eines Schlackenbades, das ein in einer gekühlten Kokille befindliches Metallschmelzbad bedeckt, eingebracht wird, wobei die Elektrode ein zur Bildung der Metallmasse dienendes Metallpulver aufweist und wobei durch die Elektrode ein elektrischer Strom geleitet wird, der bei seinem Durchgang durch das Schlackenbad dieses bei einer ausreichenden Temperatur in geschmolzenem Zustand hält, um ein fortschreitendes Abschmelzen der in das Schlackenbad eintauchenden Elektrode zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver oberhalb der Kokille kontinuierlich an der Außenfläche der Elektrode verfestigt wird, während diese in das Schlackenbad eindringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallpulverschicht an einem fortschreitend in Richtung der Kokille bewegten blanken Metallkern der Elektrode angebracht wird und daß das Gewicht des Metallpulvers das Mehrfache, vorzugsweise das Vierfache des Gewichtes des Metallkerns ausmacht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Strom dem Metallkern der Elektrode an einer Stelle züge-

führt wird, wo das Metallpulver noch nicht an dem Metallkern angebracht ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3. bei welchem ein Metallpulver mit paramagnetischen Bestandteilen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver durch Einwirkung eines Magnetfeldes, das durch den Stromfitiß durch die Elektrode erzeugt wird, an der Außenfläche der Elektrode zur Anordnung gelangt und dort bis in das Schlackenbad gehalten wird. " ·

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anordnung und zum Halten des Metallpulvers an der Elektrode dem von dem Stromfluß durch die Elektrode erzeugten Magnetfeld ein zusätzliches Magnetfeld überlagert wird.

o. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer 'Einrichtung::.zum Einführen mindestens einer kontinuierlichen Abschmelzelektrode in das Zentrum eines in einer Kokille befindlichen Schlackenbades entsprechend dem Abschmelzen des Endes dieser Elektrode in dem Schlackenbad/ einer Einrichtung zum kontinuierlichen Einführen von Metallpulver in das Schlackenbad, wobei das Metallpulver in ein unterhalb des Schlackenbades in der Kokille befindliches Metallbad eintritt, und einer Einrichtung, mit welcher der Elektrode ein elektrischer Strom zugeführt werden kann, der beim Durchtritt durch das Schlackenbad dieses genügend erhitzt, um es in geschmolzenem Zustand zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Kokille (5,5', 5") eine Einrichtung zum Verfestigen des Mctallpulvers auf wenigstens einem Teil der Außenfläche der Elektrode (14, 25) bzw. Elektroden (46, 54. 55) entsprechend dem fortschreitenden Eindringen derselben in das Schlackenbad (15) vorgesehen ist.

■7. Vorrichtung nach Anspruch 6 zur Durchführung des Verfahrens unter Verwendung von paramagnetischem Metallpulver, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Metallpulverbehälter (19) aufweist, welcher von oben nach unten von der Elektrode (14) durchquert wird und an seinem unteren Ende eine Austrittsöffnung (22) für die Elektrode (14) sowie eine diese umgebende Metallpulverschicht besitzt, und daß unterhalb des Metallpulverbehälters (19) die Elektrode (14) umgebende Magnetspulen (40, 41) angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen