DE1758483C

DE1758483C - Method of melting with rays

Info

Publication number: DE1758483C
Authority: DE
Inventors: Boris E.; Dudko Daniil A.; Lakomsky Viktor L; Zabarilo Oleg S.; Lakiza SIava P.; Kiew Paton (Sowjetunion)
Original assignee: Institut elektroswarki imeni E. O. Patona, Kiew (Sowjetunion)
Publication date: 1972-09-14

Description

I 758 483 I 758 483

Dis Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum um ihre Achse angeordnet and Die PlasmaJjrenner-The invention relates to a method for arranged around its axis and Die PlasmaJjrenner-

, ^Schmelzen mittels mehrerer, unter einem spitzen Win- achsen können in diametralen Ebenen unter einem, ^ Melting by means of several axes, under an acute angle, can be in diametrical planes under one

. kel auf das Ende einer Abschmelzelektrode gerichte- spitzen Winkel zur Achse der Kokille 2 oder tangen-. angle on the end of a consumable electrode directed - acute angle to the axis of the mold 2 or tangential

ter Strahlen. tial zur denkbaren Drehfläche L (F i g. 2) in der Höheter rays. tial to the conceivable surface of rotation L (Fig. 2) in height

Es ist ein Verfahren zum Schmelzen von Metallen 5 der oberen Stirnfläche der Kokille 2 angeordnet seinThere is a method for melting metals 5 to be arranged on the upper end face of the mold 2

mittels Elektronenstrahlen unter Vakuum oder in. und dabei alle in derselben Richtung geneigt sein, soby means of electron beams under vacuum or in. and thereby all be inclined in the same direction, so

inerter Atmosphäre von reduziertem Druck bekannt, daß unter der Einwirkung der Plasmastrahlen eineinert atmosphere of reduced pressure known that under the action of the plasma jets a

wobei die Elektronenstrahlen in einem vom Schmelz- Drehbewegung des flüssigen Metallbades in der Ko-the electron beams in one of the melting rotary motion of the liquid metal bath in the co-

ofen durch Lochblenden abgeteilten Raum erzeugt kille 2 hervorgerufen wird.oven created by perforated panels kille 2 is created.

werden, wobei dieser Raum unabhängig vom io Der Kokillenboden 5 ist verschiebbar und mit Schmelzofen evakuiert wird und die in bekannter einer Ausziehvorrichtung 6 verbunden, die im Unterweise gebündelten Elektronenstrahlen so gerichtet teil der Anlage angeordnet ist Der umzusehmelzende werden, daß sie entweder nur auf das Ende einer Rohling 7 wird durch ein Zufühiungswerk 8 festge-Abschmelzelektrode oder gleichzeitig auf das Ende halten, das im Anlagenoberteil montiert ist.
der Abschmelzelektrode und den gebildeten Schmelz- 15 Beim Umschmelzen von metallischem Beschiksee auftreffen. kungsgut wird es entweder direkt in die Kokille 2The mold bottom 5 is movable and evacuated with the melting furnace and which is connected in a known pull-out device 6, which is arranged in the instruction bundled electron beams in such a way directed part of the system that they are either only to the end a blank 7 is held firmly by a feeding mechanism 8 or at the same time on the end that is mounted in the upper part of the system.
the consumable electrode and the formed melting point. It is either poured directly into the mold 2

Nach diesem Verfahren sind die metallurgischen geschüttet oder ihr periodisch aus einem Bunker 9 Vorgänge nur in geringem Maße steuerbar, die An- über eine Mulde 10 zugeführt.
Wendung von Elektronenslrahlen erfordert ein mög- Eine Vakuumpumpe 11 ist durch eine RohrleitungAccording to this process, the metallurgical processes are poured or periodically controlled from a bunker 9 only to a small extent;
Turning of electron beams requires a possible- A vacuum pump 11 is through a pipeline

liehst gutes Vakuum oder stark verdünntes Gas, so ao 12 mit der Kammer 1 verbunden, in die plasmabildaß eine Wechselwirkung der Schmelze mit einem dendes Gas oder ein Gasgemisch über die Plasmagasförmigen Medium gering ist. Zudem kann bei dem brenner 4 geleitet wird, das dem Behälter 13 entnombekannten Verfahren die Energieverteilung der auf men wird, der mit allen Plasmabrennern 4 über eine den Abschnielzblock und auf die Schmelze gerich- Verteilungsvorrichtung 14 verbunden ist, die gleichteten Energie während des Abschmelzvorganges nicht as zeitig zum Überwachen des Gasverbrauches und des verändert werden, so daß eine Regelung der metallur- Verhältnisses der einzelnen Gase im plasmabildengischen Prozesse entsprechend den sich verändernden den Gemisch dient.lent a good vacuum or highly diluted gas, so ao 12 connected to the chamber 1, in the plasmabildaß an interaction of the melt with a dendes gas or a gas mixture via the plasma-gaseous medium is low. In addition, what is known from the container 13 can be passed to the burner 4 The method of energy distribution on the men, with all plasma torches 4 via a the cut-off block and the melt distribution device 14 is connected, which are the same Energy during the melting process is not timely to monitor the gas consumption and the can be changed, so that a regulation of the metallur- ratio of the individual gases in the plasmabildengischen Processes according to the changing the mixture is used.

Parametern nicht möglich ist. Auch ist die Durch- Zur Aufrechterhaltung eines konstanten DruckesParameters is not possible. Also the through- To maintain a constant pressure

führung metallurgischer Reaktionen mit Anwendung während des Schmelzprozesses in der Kammer 1 ist flüssiger Schlacke nicht möglich, da diese einen hohen 30 ein Rückführungsnetz vorgesehen, das aus einem elektrischen Widerstand besitzt und die Stromvertei- Membranverdichter 15 besteht, der an die Verteilung völlig ändern würde. lungsvorrichtung 14 und über ein aus Filtern undconducting metallurgical reactions with application during the melting process in the chamber 1 is liquid slag is not possible, as this is a high 30 a return network is provided, which consists of a Has electrical resistance and the Stromvertei- membrane compressor 15 is connected to the distribution would change completely. treatment device 14 and a filter and

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzu- chemischen Reinigern zusammengesetztes System 16 geben, das außer der Erhitzung beim I Jmschmelzen an die Rohrleitung 12 angeschlossen ist.
eine Regelung der verschiedenen metallurgischen Re- 35 Die Anlage wird durch eine Gleich- oder Wechselaktionen und eine Beeinflussung des Chemismus des Stromquelle 17 gespeist. Hierbei werden die Plasma-Schmelzgutes beim Umschmelzen gewährleistet. brenner 4 an den negativen Pol der Stromquelle 17The object of the invention is to provide a system 16 composed of chemical cleaners which, in addition to the heating during melting, is connected to the pipeline 12.
a regulation of the various metallurgical processes. In this way, the plasma melt material is guaranteed during remelting. burner 4 to the negative pole of the power source 17

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, und die Kokille 2 an den positiven Pol angeschlossen, daß mittels an die gleiche Stromquelle angeschlosse- Die Kokille 2 kann entweder direkt oder über das ner Plasmabrenner Plasmastrahlen auf das Ende der 40 Rohlingausziehwerk 6 angeschlossen werden. Dies Abschmelzelektrode gerichtet werden, deren Energie hängt von technologischen Anforderungen an den zur Erzeugung eines flüssigen Metallbades in der ge- Prozeß ab.This is achieved according to the invention, and the mold 2 is connected to the positive pole, that by means of the same power source connected to the mold 2 can either directly or via the ner plasma torch plasma jets can be connected to the end of the 40 Rohlingausziehwerk 6. this Consumable electrodes are directed, the energy of which depends on the technological requirements of the to generate a liquid metal bath in the process.

wünschten Form mit Hilfe eines zwischen der an Beim Schmelzen eines schwerschmelzbaren Roh-desired shape with the help of a

einem Pol der Stromqulle angeschlossenen Kokille lings 7 wird er durch Anschließen über einen Regler und der gegen diese isolierten Abschmelzelektrode 45 18 an den positiven Pol der Stromquelle 17 vorgeangeordneten Reglers auf minimale elektrische Bc- wärmt.One pole of the current source connected Kokille lings 7 he is connected by a controller and the consumable electrode 45, which is insulated from this, is arranged upstream of the positive pole of the current source 17 Controller to minimum electrical Bc- warms.

triebsdaten regelbar ist, und daß den Plasmabrennern Nach dem Einbringen eines Rohlings 7 in die Kamregelbar die metallurgischen Reinigungsvorgänge be- mer 1 wird aus dieser mit der Pumpe 11 so lange schleunigcnde und selbstraffinierende plasmabildende Luft ausgepumpt, bis ein Druck von 1O^-1 bis 10~⁸ at Gase zugeführt werden. so erreicht ist. Dann wird die Kammer 1 mit inertemdrive data is controllable, and that the plasma torch after the introduction of a blank 7 into the chamber controllable the metallurgical cleaning processes 1 is pumped out of this with the pump 11 accelerating and self-refining plasma-forming air until a pressure of 10 ^-1 to 10 ~ ⁸ at gases are supplied. so achieved. Then the chamber 1 with inert

Es ist vorteilhaft, durch eine tangentialc Anord- Gas, insbesondere Argon, gefüllt, das wiederum, und nung der Plasmabrenner eine rotierende RUhrbewe- zwar über das Rückführungsnetz, ausgepumpt wird, gung der Schmelze zu erzeugen, deren Energie durch Hierbei arbeitet der Membranverdichter 15, während ändern des Neigungswinkels der Plasmabrenner oder die Pumpe 11 abgeschaltet ist. Das in dem aus FiI-der durch sie geleiteten Gasmengen und/oder der 55 tem und chemischen Reinigern bestehende System 16 jedem Plasmabrenner zugeführten Stromstärke rcgel- gereinigte Gas wird wieder in die Kammer 1 geleitet bar ist. und dann nochmals ausgepumpt, bis der erforder-It is advantageous to use a tangentialc arrangement gas, in particular argon, filled, which in turn, and the plasma torch is driven by a rotating stirring movement - although it is pumped out via the return network, Generation of the melt, the energy of which by Here, the diaphragm compressor 15 works while change the angle of inclination of the plasma torch or the pump 11 is switched off. That in the one from FiI-der gas quantities passed through them and / or the system 16 existing in the system 16 Each plasma torch is supplied with amperage, regularly cleaned gas is fed back into chamber 1 is cash. and then pumped out again until the required

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines , liehe Druck erreicht wird.In the following, the invention will be accomplished by means of a pressure.

Ausfuhrungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Die Plasmabrenner 4 werden in der erforderlichenExemplary embodiment with reference to the The plasma torch 4 are required in the

Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt 60 Höhe je nach dem Querschnitt des umzuschmelzen-Drawings explained in more detail. It shows 60 height depending on the cross-section of the remelt-

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage den Rohlings 7 angeordnet, an die Stromquelle 17 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- angeschlossen, und es wird plasmabildendes Gas durch fahrens, sie geleitet. Nachdem durch Abschmelzen des Roh-F i g. 1 shows a schematic representation of a system with the blank 7 arranged on the power source 17 to carry out the connection according to the invention, and plasma-forming gas is passed through driving, she headed. After melting the raw material

F ί g. 1 einen Schnitt nach A-A der Fig 1. lings 7 ein flüssiges Metallbad in der Kokille 2 er-F ί g. 1 shows a section along AA of FIG. 1. 7 a liquid metal bath in the mold 2

Die aus Fig. I ersichtliche Anlage enthält eine 65 zeugt ist, werden das RohlingszufUhrungswerk8 und luftdichte Kammer 1 mit einer in ihr untergebrachten das Gußstückausziehwerk 6 eingeschaltet.
KUhlkokille 2 zur Formung eines Gußstückes 3 und Eine Intensivierung des Prozesses, eine EntfernungThe system shown in FIG.
Cooling mold 2 for forming a casting 3 and an intensification of the process, a removal

Plasmabrenner 4, welche über der Kokille 2 und rund nichtmetallischer und gasförmiger Einschlüsse in demPlasma torch 4, which over the mold 2 and around non-metallic and gaseous inclusions in the

1 753 4831 753 483

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 Plasmabrenner 4 in bezug auf den umzuschmelzenden Rohling erzielt werden.liquid metal bath as well as a change in shape the end face of the blank 7 to be melted and a regulation of the drop formation process achieved by changing the position of the plasma torch 4 with respect to the blank to be remelted will.

Bei tangential angeordneten Plasmabrennern 4 rotiert das flüssige Jietallbad unter der Einwirkung der Plasmastrahlen, wobei die Drehgeschwindigkeit durch Ändern des Neigungswinkels der Plasmabrenner 4 oder der durch sie geleiteten Gasmengen oder der jedem Plasmabrenner 4 zugeführten Stromstärke geregelt werden kann.In the case of tangentially arranged plasma torches 4, the liquid Jietallbad rotates under the action of Plasma jets, the speed of rotation by changing the angle of inclination of the plasma torch 4 or the quantities of gas passed through them or the current strength supplied to each plasma torch 4 can be regulated.

Die Tropfenbildung des flüssigen Metalls am abzuschmehenden Rohling 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 ei reicht.The drop formation of the liquid metal on the to be mowed Blank 7 can also be regulated by changing the amperage on all plasma torches by being modulated by impulses of the required shape and duration. The same is done by a pulsed supply of gas through the plasma torch 4 egg is enough.

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 be round, square, flat, asymmetrical, have multifaceted and complex shapes. The plasma torch 4 must then be closer at the most strongly cooled points of the mold 2 for a better design of the surface of the casting are arranged, the blank 7 to be remelted having any cross-section can, which must not be larger than the maximum cross section of the mold 2.

Beim Schmelzen von nicht beruhigten 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-killed metals (iron, nickel or their alloys) in the inventive Plant can do this by supplying hydrogen or an argon-hydrogen mixture be calmed under pressure via the plasma torch 4 in the chamber 1 of the system. To this 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 is most perfect when the liquid metal is slightly above the Melting point is heated. Therefore, the melt must be managed with minimal electrical operating data, which ensure the generation of a liquid metal bath 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 bb 10 kg je 11) auf die Oberfläche des flüssigen Metallbades aufgegeben. Die Schlacke absorbiert nichtmetallische Einschlüsse, begünstigt eine Schwafelentfernung und gewährleistet die Erzeugung guter Gußstückoberflächen. For remelting of alloys and alloys that have been cast in the presence of air and which form foam during casting Steels contaminated by non-metallic inclusions are produced in small quantities (4 bb 10 kg 11 each) placed on the surface of the liquid metal bath. The slag absorbs non-metallic Inclusions, promotes swell removal and ensures the production of good casting surfaces.

Das Umschmelzen stickstoffhaltiger Stähle und Legierungen oder das Sättigen derselben mit Stickstoff erfoügt ebenfalls bei minimalen elektrischen Betriebsdaten und unterschiedlichen Partialdriicken des Stickstoffs in der Atmosphäre der Kammer 1, wobeiThe 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 chamber 1, wherein

ίο der Druck von der erforderlichen Stickstoffmenge im fertigen Gußstück 3 abhängt. In diesem Falle ist es zum Aufrechterhalten des Stickstoff-PartiaJdruckes erforderlich, daß ein Teil der Plasmabrenner 4 mit reinem Stickstoff oder mit einem Argon-Stickstoff-Gemisch und ein Teil mit Argon beschickt wird.ίο the pressure of the required amount of nitrogen in the finished casting 3 depends. In this case it is necessary to maintain the nitrogen partial pressure required that part of the plasma torch 4 with pure nitrogen or with an argon-nitrogen mixture and a part is charged 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 undA slight overheating of the surface layer of the liquid bath with minimal electrical operating data and with high overpressure in the chamber 1 enables the remelting of steels and

Legierungen mit hohem Mangangehalt ohne Manganverluste. Alloys with a high manganese content without loss of manganese.

Claims

Patent claims:

as 1. Method of melting by means of several,

beams directed at an acute angle onto the end of a consumable electrode, that by means of a plasma torch connected to the same power source

ner plasma jets are directed to the end of the consumable electrode, the energy for generating it of a liquid metal bath in the desired form with HHfe one between the connected to one pole of the power source

kille and the regulator arranged against this insulated consumable electrode to a minimum electrical operating data is controllable, and that the plasma torches controllable the metallurgical Cleaning processes accelerating and self-

refining plasma-forming gases are supplied.

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

1 sheet of drawings