DE1758483B1

DE1758483B1 - Method of melting with rays

Info

Publication number: DE1758483B1
Application number: DE19681758483
Authority: DE
Inventors: Dudko Daniil A; Paton Boris E; Lakomsky Viktor I; Lakiza Slava P; Zabarilo Oleg S
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1968-06-11
Filing date: 1968-06-11
Publication date: 1971-02-11

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schmelzen mittels mehrerer, unter einem spitzen Winkel auf das Ende einer Abse hmelzelektrode gerichteter Strahlen.The invention relates to a method for melting by means of several, at an acute angle on the end of a Abse hmelzelectrode directed Rays.

Es ist ein Verfahren zum Schmelzen von Metallen mittels Elektronenstrahlen unter Vakuum oder in inerter Atmosphäre von reduziertem Druck bekannt, wobei die Elektronenstrahlen in einem vom Schmelzofen durch Lochblenden abgeteilten Raum erzeugt werden, wobei dieser Raum unabhängig vom Schmelzofen evakuiert wird und -die in bekannter Weise gebündelten-SliAtronenstrahlen so gerichtet werden, daß sie Qnep.der, nur. auf das Ende einer Abschmelzelektrode 'oder' gleichzeitig auf das Ende der Abschmelzelektrodii und den gebildeten Schmelzsee auftreffen.It is a method for melting metals using electron beams under a vacuum or in an inert atmosphere of reduced pressure is known, the electron beams are generated in a split from the melting furnace through pinhole chamber, said space is evacuated independently of the smelting furnace and - the bundled in a known manner -SliAtron beams are directed so that they Qnep.der, only. hit the end of a consumable electrode 'or' at the same time on the end of the consumable electrode and the melt pool formed.

Nach diesem Verfahren sind die metallurgischen Vorgänge nur in M#pge"m Maße steuerbar, die An-7 wendung von Elektronenstrahlen erfordert ein möglichst gutes Vakuum oder stark verdünntes Gas, so daß eine Wechselwirkung der Schmelze mit einem gasförmigen Medium gering ist. Zudem kann bei dem bekannten Verfahren die Energieverteilung der auf den Abschmelzblock und auf die Schmelze gerichteten Energie während des Abschmelzvorganges nicht verändert werden, so daß eine Regelung der metallurgischen Prozesse entsprechend den sich verändernden Parametern nicht möglich ist. Auch ist die Durchführung metallurgischer Reaktionen mit Anwendung flüssiger Schlacke nicht möglich, da diese einen hohen elektrischen Widerstand besitzt und die Stromverteilung völlig ändern würde.According to this method, the metallurgical processes are only in M # pge "m Dimensions controllable, the use of electron beams requires as much as possible good vacuum or highly diluted gas, so that an interaction of the melt with a gaseous medium is low. In addition, with the known method the energy distribution of those directed onto the consumable block and onto the melt Energy cannot be changed during the melting process, so that regulation of the metallurgical processes according to the changing parameters is possible. The implementation of metallurgical reactions is also used liquid slag is not possible because it has a high electrical resistance and would completely change the power distribution.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das außer der Erhitzung beim Umschmelzen eine Regelung der verschiedenen metallurgischen Reaktionen und eine Beeinflussung des Chemismus des Schmelzgutes beim Umschmelzen gewährleistet.The object of the invention is to provide a method that, in addition to the Heating during remelting regulates the various metallurgical reactions and an influence on the chemistry of the melting material during remelting is guaranteed.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß mittels an die gleiche Stromquelle angeschlossener Plasmabrenner Plasmastrahlen auf das Ende der Abschmelzelektrode gerichtet werden, deren Energie zur Erzeugung eines flüssigen Metallbades in der gewünschten Form mit Hilfe eines zwischen der an einem Pol der Stromqulle angeschlossenen Kokille und der gegen diese isolierten Abschmelzelektrode angeordneten Reglers auf minimale elektrische Betriebsdaten regelbar ist, und daß den Plasmabrennem regelbar die metallurgischen Reinigungsvorgänge beschleunigende und selbstraffinierende plasmabildende Gase zugeführt werden. , Es ist vorteilhaft, durch eine tangentiale Anordnung der Plasmabrenner eine rotierende Rührbewegung der Schmelze zu erzeugen, deren Energie durch ändern des Neigungswinkels der Plasmabrenner oder der durch sie geleiteten Gasmengen und/oder der jedem Plasmabrenner zugeführten Stromstärke regelbar ist.This is achieved according to the invention in that plasma jets connected to the same power source are directed at the end of the consumable electrode, the energy of which is used to generate a liquid metal bath in the desired form with the help of a mold connected to one pole of the power source and the against this insulated consumable electrode arranged controller can be regulated to minimum electrical operating data, and that the plasma torches, the metallurgical cleaning processes accelerating and self-refining plasma-forming gases are supplied in a controllable manner. It is advantageous to produce a rotating stirring motion of the melt through a tangential arrangement of the plasma torches, the energy is by changing the inclination angle of the plasma torch or the transmitted through them amounts of gas and / or each plasma torch supplied current controllable.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens F i g. 2 einen Schnitt nach A-A der F i g. 1. The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the drawings. It shows F i g. 1 shows a schematic representation of a plant for carrying out the method F i g according to the invention. 2 shows a section along AA of FIG. 1.

Die aus F i g. 1 ersichtliche Anlage enthält eine luftdichte Kammer 1 mit einer in ihr untergebrachten Kühlkokille 2 zur Formung eines Gußstückes 3 und Plasmabrenner 4, welche über der KokilIe 2 und rund um ihre Achse angeordnet sind. Die Plasmabrennerachsen können in diametralen Ebenen unter einem spitzen Winkel zur Achse der Kokille 2 oder taugential zur denkbaren Drehfläche L (F i g. 2) in der Höhe der oberen Stirnfläche der Kokille 2 angeordnet sein und dabei alle in derselben Richtung geneigt sein, so daß unter der Einwirkung der Plasmastrahlen eine Drehbewegung des flüssigen Metallbades in der Kokille 2 hervorgerufen wird.The from Fig. The system shown in FIG. 1 contains an airtight chamber 1 with a cooling mold 2 accommodated in it for forming a casting 3 and plasma torch 4, which are arranged above the mold 2 and around its axis. The plasma torch axes can be arranged in diametrical planes at an acute angle to the axis of the mold 2 or taugential to the conceivable rotating surface L (Fig . 2) at the level of the upper end face of the mold 2 and all be inclined in the same direction so that a rotary movement of the liquid metal bath in the mold 2 is caused under the action of the plasma jets.

Der Kokillenboden 5 ist verschiebbar und mit einer Ausziehvorrichtung 6 verbunden, die im Unterteil der Anlage angeordnet ist. Der umzuschmelzende Rohling 7 wird durch ein Zuführungswerk 8 festgehalten, das im Anlagenoberteil montiert ist.The mold bottom 5 is displaceable and connected to an extraction device 6 which is arranged in the lower part of the system. The re-melting blank 7 is held by a feed unit 8 which is mounted in the investment shell.

Beim Umschmelzen von metallischem Beschikkungsgut wird es entweder direkt in die Kokille 2 geschüttet oder ihr periodisch aus einem Bunker 9 über eine Mulde 10 zugeführt.When remelting metallic loading material, it is either poured directly into the mold 2 or periodically fed to it from a bunker 9 via a trough 10.

Eine Vakuumpumpe 11 ist durch eine Rohrleitung 12 mit der Kammer 1 verbunden, in die plasmabildendes Gas oder ein Gasgemisch über die Plasmabrenner 4 geleitet wird, das dem Behälter 13 entnommen wird, der mit allen Plasmabrennern 4 über eine Verteilungsvorrichtung 14 verbunden ist, die gleichzeitig zum überwachen des Gasverbrauches und des Verhältnisses der einzelnen Gase im plasmabildenden Gen-üsch dient.A vacuum pump 11 is connected by a pipe 12 to the chamber 1 , into which plasma-forming gas or a gas mixture is passed via the plasma torch 4, which is taken from the container 13 , which is connected to all plasma torches 4 via a distribution device 14, which is simultaneously used for monitor the gas consumption and the ratio of the individual gases in the plasma-forming Gen-üsch.

Zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckes während des Schmelzprozesses in der Kammer 1 ist ein Rückführungsnetz vorgesehen, das aus einem Membranverdichter 15 besteht, der an die Verteilungsvorrichtung 14 und über ein aus Filtern und chemischen Reinigern zusammengesetztes System 16 an die Rohrleitung 12 angeschlossen ist.To maintain a constant pressure during the melting process in the chamber 1 , a return network is provided which consists of a membrane compressor 15 which is connected to the distribution device 14 and to the pipeline 12 via a system 16 composed of filters and chemical cleaners.

Die Anlage wird durch eine Gleich- oder Wechselstromquelle 17 gespeist. Hierbei werden die Plasmabrenner 4 an den negativen Pol der Stromquelle 17 und die Kokille 2 an den positiven Pol angeschlossen. Die Kokille 2 kann entweder direkt oder über das Rohlingausziehwerk 6 angeschlossen werden. Dies hängt von technologischen Anforderungen an den Prozeß ab.The system is fed by a direct or alternating current source 17. Here, the plasma torches 4 are connected to the negative pole of the power source 17 and the mold 2 to the positive pole. The mold 2 can be connected either directly or via the blank puller 6 . This depends on the technological requirements of the process.

Beim Schmelzen eines schwerschmelzbaren Rohlings 7 wird er durch Anschließen über einen Regler 18 an den positiven Pol der Stromquelle 17 vorgewärmt. When a refractory blank 7 is melted, it is preheated by connecting it to the positive pole of the power source 17 via a regulator 18 .

Nach dem Einbringen eines Rohlings 7 in die Kammer 1 wird aus dieser mit der Pumpe 11 so lange Luft ausgepumpt, bis ein Druck von 10-1 bis 10-2 at erreicht ist. Dann wird die Kammer 1 mit inertem Gas, insbesondere Argon, gefüllt, das wiederum, und zwar über das Rückführungsnetz, ausgepumpt wird. Hierbei arbeitet der Membranverdichter 15, während die Pumpe 11 abgeschaltet ist. Das in dem aus Filtern und chemischen Reinigern bestehende System 16 gereinigte Gas wird wieder in die Kammer 1 geleitet und dann nochmals ausgepumpt, bis der erforderliche Druck erreicht wird.After a blank 7 has been introduced into the chamber 1 , air is pumped out of it with the pump 11 until a pressure of 10-1 to 10-2 atm is reached. The chamber 1 is then filled with inert gas, in particular argon, which in turn is pumped out via the return network. Here, the diaphragm compressor 15 works while the pump 11 is switched off. The gas cleaned in the system 16, which consists of filters and chemical cleaners, is fed back into the chamber 1 and then pumped out again until the required pressure is reached.

Die Plasmabrenner 4 werden in der erforderlichen Höhe je nach dem Querschnitt des umzuschmelzenden Rohlings 7 angeordnet, an die Stromquelle 17 angeschlossen, und es wird plasmabildendes Gas durch sie geleitet. Nachdem durch Abschmelzen des Rohlings 7 ein flüssiges Metallbad in der Kokille 2 erzeugt ist, werden das Rohlingszuführungswerk 8 und das Gußstückausziehwerk 6 eingeschaltet.The plasma torches 4 are arranged at the required height depending on the cross section of the blank 7 to be remelted, connected to the power source 17 , and plasma-forming gas is passed through them. After a liquid metal bath has been produced in the mold 2 by melting the blank 7 , the blank feed mechanism 8 and the casting extraction mechanism 6 are switched on.

Eine Intensivierung des Prozesses, eine Entfernung nichtmetallischer und gasförmiger Einschlüsse in dem flüssigen Metallbad sowie eine Änderung der Form der Stirnfläche des abzuschmelzenden Rohlings 7 und eine Regelung des Tropfenbildungsvorganges können durch eine Änderung der Lage der Plasmabrenner4 in bezug auf den umzuschmelzenden Rohling erzielt werden.An intensification of the process, a removal of non-metallic and gaseous inclusions in the liquid metal bath as well as a change in the shape of the end face of the blank 7 to be melted and a regulation of the droplet formation process can be achieved by changing the position of the plasma torches 4 in relation to the blank to be remelted.

Bei tangential angeordneten Plasmabrennem4 rotiert das flüssiae Metallbad unter der Einwirkung der Plasmastrahlen, wobei die Drehgeschwindigkeit durch Ändern des Neigungswinkels der Plasmabrenner4 oder der durch sie geleiteten Gasmengen oder der jedem Plasmabrenner4 zugeführten Stromstärke geregelt werden kann.If the plasma torches are arranged tangentially, the liquid metal bath rotates under the action of plasma jets, the speed of rotation by changing the angle of inclination of the plasma torches4 or the quantities of gas passed through them or the current intensity supplied to each plasma torch4 can be regulated.

Die Tropfenbildung des flüssigen Metalls am abzuschmelzenden Rohlin- 7 kann auch durch Ändern der Stromstärke an allen Plasmabrennern geregelt werden, indem sie durch Impulse erforderlicher Form und Dauer moduliert wird. Dasselbe wird durch eine impulsförmige Zuführung von Gas durch die Plasmabrenner 4 erreicht.The drop formation of the liquid metal on the blank 7 to be melted can also be regulated by changing the current intensity on all plasma torches by modulating it with pulses of the required shape and duration. The same is achieved by a pulsed supply of gas through the plasma torch 4.

Die in der erfindungsgemäßen Anlage gefertigten Gußstücke können runde, quadratische, flache, unsymmetrische, vielflächige und komplizierte Formen aufweisen. Die Plasmabrenner 4 müssen dann näher an den am stärksten gekühlten Stellen der Kokille 2 zur besseren Gestaltung der Oberfläche des Gußstückes angeordnet werden, wobei der umzuschmelzende Rohling 7 einen beliebigen Querschnitt besitzen kann, der nicht größer als der maximale Querschnitt der Kokille 2 sein darf.The castings produced in the system according to the invention can have round, square, flat, asymmetrical, polyhedral and complex shapes. The plasma torches 4 must then be arranged closer to the most strongly cooled points of the mold 2 for a better design of the surface of the casting, whereby the blank 7 to be remelted can have any cross-section, which must not be larger than the maximum cross-section of the mold 2.

Beim Schmelzen von nicht beruhicyten Metallen (Eisen, Nickel oder ihren Legierungen) in der erfindungsgemäßen Anlage können diese durch Zuführung von Wasserstoff oder eines Argon-Wasserstoff-Gemisches unter Druck über die Plasmabrenner 4 in die Kammer 1 der Anlage beruhigt werden. Auf diese Weise können nichtmetallische Einschlüsse im gefertigten Gußstück fast vollkommen beseitigt werden.When melting non-stabilized metals (iron, nickel or their alloys) in the system according to the invention, they can be calmed by supplying hydrogen or an argon-hydrogen mixture under pressure via the plasma torch 4 into the chamber 1 of the system. In this way, non-metallic inclusions in the finished casting can be almost completely eliminated.

Der Beruhigungsprozeß erfolgt am vollkommensten, wenn das flüssige Metall etwas über den Schmelzpunkt erhitzt wird. Daher ist die Schmelze bei minimalen elektrischen Betriebsdaten zu führen, welche die Erzeugung eines flüssigen Metallbades über den gesamten Kokillenquerschnitt gewährleisten.The calming process occurs most perfectly when the liquid Metal is heated slightly above the melting point. Therefore the melt is at minimal to keep electrical operating data, which the generation of a liquid metal bath Ensure over the entire mold cross-section.

Zum Umschmelzen von unter Luftzutritt gegossenen, beim Gießen schaumbildenden Legierungen und durch nichtmetallische Einschlüsse verunreinigten Stählen wird Schlacke in geringer Menge (4 bis 10 kg je 1 t) auf die Oberfläche des flüssigen Metallbades aufgegeben. Die Schlacke absorbiert nichtmetallische Einschlüsse, begünstigt eine Schwefelentfemung und gewährleistet die Erzeugung guter Gußstückoberflächen. Small amounts of slag (4 to 10 kg per 1 t) are applied to the surface of the liquid metal bath in order to remelt alloys that have been cast in the presence of air and foam-forming during casting, as well as steels contaminated with non-metallic inclusions. The slag absorbs non-metallic inclusions, promotes sulfur removal and ensures the production of good casting surfaces.

Das Umschmelzen stickstoffhaltiger Stähle und Legierungen oder das Sättigen derselben mit Stickstoff erfolgt ebenfalls bei minimalen elektrischen Betriebsdaten und unterschiedlichen Partialdrücken des Stickstoffs in der Atmosphäre der Kammer 1, wobei der Druck von der erforderlichen Stickstoffmenge im fertigen Gußstück 3 abhängt. In diesem Falle ist es zum Aufrechterhalten des Stickstoff-Partialdruckes erforderlich, daß ein Teil der Plasmabrenner 4 mit reinem Stickstoff oder mit einem Argon-Stickstoff-Gemisch und ein Teil mit Argon beschickt wird.The remelting of nitrogen-containing steels and alloys or the saturation of them with nitrogen also takes place with minimal electrical operating data and different partial pressures of the nitrogen in the atmosphere of the chamber 1, the pressure depending on the required amount of nitrogen in the finished casting 3. In this case, in order to maintain the nitrogen partial pressure, it is necessary that some of the plasma torches 4 are charged with pure nitrogen or with an argon-nitrogen mixture and some with argon.

Eine geringe überhitzung der Oberflächenschicht des flüssigen Bades bei minimalen elektrischen Betriebsdaten und bei hohem überdruck in der Kammer 1 ermöglicht das Umschmelzen von Stählen und Legierungen mit hohem Mangangehalt ohne Manganverluste.Slight overheating of the surface layer of the liquid bath with minimal electrical operating data and high overpressure in chamber 1 enables steels and alloys with a high manganese content to be remelted without any loss of manganese.

Claims

Claims: 1. A method for melting by means of several beams directed at an acute angle onto the end of a consumable electrode, d a - characterized in that plasma jets connected to the same power source are directed to the end of the consumable electrode, the energy of which is used to generate a liquid metal bath in the desired form can be regulated to minimum electrical operating data with the help of a mold connected to one pole of the power source and the regulator arranged against this insulated melting electrode, and that the plasma torches can be regulated to accelerate the metallurgical cleaning processes and to self-refine plasma-forming gases. are fed.

2. The method according to claim 1, characterized in that a rotating stirring movement of the melt is generated by tangential arrangement of the plasma torch, the energy of which can be regulated by changing the angle of inclination of the plasma torch or the amount of gas passed through them and / or the current strength supplied to each plasma torch.