DE2110274C2

DE2110274C2 - Vorrichtung zum Einschmelzen von Metallschwamm durch inerte Gasplasmen

Info

Publication number: DE2110274C2
Application number: DE2110274A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Herbert Dr.-Ing. 4300 Essen Ulrich
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1971-03-04
Filing date: 1971-03-04
Publication date: 1973-01-04
Also published as: DE2110274A1; BE780175A; GB1357473A; US3771585A; FR2127986A5; NL7202571A; DE2110274B2; LU64883A1; ZA721360B

Description

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden tialgradienten HegL

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Art

Plasmabrenner (2) zusammen mit dem ihn umge- des Einschmelzens besteht darin, daß der bei den bis-

benden Isoliermantel (7) während des Schmelz- 45 her bekannten Umschmelzprozessen erforderliche

Vorganges gegenüber dem Kokillenboden (6) hö- Arbeitsgang der Herstellung einer zum Abschmelzen

henverschiebbar ist bestimmen Elektrode aus dem Metallschwamm ent-

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis fällt. Es kann in einfacher Weise nach dem bekannten 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (6) der Prinzip des übertragenen Lichtbogens gearbeitet wer-Kokille (1) während des Schmelzvorganges zu- 50 den.

sammen mit der zu einem Metallblock erstarren- Bei einei besonders zweckmäßigen Ausgestaltung

UGii ovuiüciZc w äuäcHiiuäi ist. Cd Hiunüuilg isi zur Aindc uca έΐιΐίϊ LiiisCiiiü^i-

7. Vorrichtung nach Ansprach 6, dadurch ge- zen nachzufahrenden Metallschwammes zwischen kennzeichnet, daß der Kokillenboden (6) zum dem den Plasmabrenner umgebenden Isoliermantel

: Ausbringen des erstarrten Metallblockes (S) kon- 55 und senkrechter Kokillenwand eine Art Ringraum

tinuierlich absenkbar ist. mit im oberen Teil zur Abfuhr der heißen Verbren

nungsgase angebrachten öffnungen vorgesehen. Diese Ausbildung der Schmelzeinrichtung besitzt den

——— Vorteil, daß der zum Schmelzen nachzuführende Me-

6c tallschwamm vor der Einschmelzung durch die abziehenden heißen Gase vorerhitzt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Nash einem weiteren Schritt der Erfindung ist der

zum Einschmelzen von Metallschwamm durch inerte Kokille am oberen Ende zumindest eine Vakuum-Gasplasmen in einer gekühlten gasdichten Kokille. kammer zum Absaugen der in dem einzuführenden Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen be- 63 Eisenschwammgut befindlichen Gase vorgeschaltet, kannt, um durch Reduktion gewonnene Metalle aus Der Eisenschwamm durchläuft diese Vakuumkamder 4'. und 5. Gruppe des Periodensystems durch Ein- mer vor Eintritt in die Kokille diskontinuierlich. Die schmelzen der jeweils erzeugten Metallschwämme zu Vakuumkammer ist an ihrem unteren und oberen

killendeckel 10 erreicht. Das im Piasmabrenner 2 zugeführte Edeiga. bildet die Plasmaflamme, pie neißen Plasmagase durchströmen die nocn ment geschmolzene Metallschwammsaule 3, warmen niese 5 dabei vor und verlassen die gasdicht verscniosstne Kokille durch eine Düse 9 im Kokillendeckei w.

Da die Wirtschaftlichkeit des ertmdungsgemauen Schmeizverfahrens wesentlich von dem Edelgasverbrauch für die Plasmabildung beeinflußt wird ist vorll 1 dh d uuse j venas

wieder zugeführt. Even g

aus einem Vorratsbehälter 14 ergänzt.

Die Zuführung des Metallschwammes_3 ertolgt entsprechend der Einschmelzler,tunf; durcn die vakk 15 Die m der Vakuun^p-nmer is oe-

Ende jeweils mit Absperrventilen versehen, von denen jeweils immer nur eins geöffnet ist.

Zur gleichmäßigen Verteilung des durch eine oder mehrere parallel angeordnete Vakuumkammern in die Kokille eingeführten Metallschwammes iäßt sich die Kokille nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung um die Längsachse des Plasmabrenners drehen.

Nach der Erfindung erfolgt das Einschmelzen das brauch für die Plasmabildung

Metallschwammes zu einem Block dadurch, daß der io gesehen, das die Kokille 1 durch die uuse j venas-

Plasmabrenner zusammen mit dem ihn umgebenden sende Gas durch ein Gasreinigungssystem ii, in mm

Isoliermantel nach oben geführt wird, wodurch sich die beim Einschmelzen verdampften verunreinigun-

ein langsam nach oben wachsender erstarrter h !"-.H- gen des Metalls abgetrennt werden, zu leiten υ Der

block unterhalb der flüssigen Schmelze au_t-MeI. einen Kompressor 12 sowie ein Pufferyolumen.-Oetaii

Eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme-: konti- 15 13 wird das gereinigte Edelgas dem Plasmabrennerί

nuierlichen Ausbildung eines Metallbaues besteht wieder zugeführt. Eventuelle Edelgasverluste werden

fhrin, den Boden der Kokille währe· α des Schmelz- bhlt 14 rgänzt Vorganges zusammen mit der .■ einem Metallblock

erstarrenden Schmelze abzusenkt... Hierdurch wird entsprechend der Einschmel;

die Eizeugung eines festen Metailblockes in der Art 20 kuumkammer 15. Die m der Vakuun^p-nmer is oe-

eines Stranggießverfahrens möglich. Zu diesem findliche Schwammenge wird einem vajcuum ausge-

Zweck wird der Kokillenboden kontinuierlich ab- setzt, um die in den Poren des Metallschwammes De-

senkbar in die Kokille eingebaut. endlichen Gasmengen und die bei Raumtempe.atu

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der flüchtigen Verunreinigungen zu enfernen, oevor aer

Zeichnung dargestellt 25 Metallschwa nm durch das untere Ventil 16 in die

In einer wassergekühlten, gasdichten, metallischen Kokille 1 gegeben wird Nach Schließen. ™

Kokille 1 wild mit einem Plasmabrenner 2 Metall- Ventils 16 wird das obere Ventil 17 der Vakuum-

schwainm3 eingeschmolzen. Dabei bildet sich unter kammer 15 erneut ™t Metollschw^m ^fullt Bei

der Plasmafiatnme ein Metallsumpi 4 aus, der in dem geschlossenen Ventilen 16 und ™^™™^™~ BereichS an den Wänden der Kokille 1 erstarrt. Der 30 kammer 15 durch das Nebenvenül «e^kiue· .Um

Plasmabrenner 2 arbeitet mit einem übertragenen eine gleichmäßige Metallscmvammverteilung mner-

Lichtbogen, der sich zwischen dem Plasmabrenner 2 halb der Kokille 1 zu erreicnor, kann die KokIe: 1

und dem an der Kokille üegenden Gegenpotential 6 über einen Zahnkranz 19 und ein R.teel Zu durch

ausbildet Das an die KoIdIIe angelegte Potential ist einen Antrieb 21 jeweils ™ «^ne "^""Λ"^ auf Grund der elektrischen Leitfähigkeit der Kokille 35 rechts oder links gedreht werden Der ™end^eckel

auch in dem Metallschwamm 3 vorhanden. Damit 10 bleibt dabei zusammen mit dem Isohe.^mantel

zwischen aem Kokillenpotential und dem Potential stehen. Die Gleitung erfolgt über eine Dichtung 22

des Plasmabrenner über den ungeschmolzenen Der wassergekühlte Boden 6 laßt sich entspie-

Metallschwamm3 kein Ausgleich erfolgen kann, ist chenr der Schmelzleistung ia der Kokille absenken der Plasmabrenner 2 von einem gegenüber der Ko- ₄° so daß bei Ausbildung emes erstarrten Metollblockes

kille und dem Brenner selbst isolierten, gekühlten, zy- der Abstand zwischen Plasmabrenner 2 und_ MetaU-

lindrischen Isoliermantel 7 umgebea. Dieser Isolier- sumpf 4 und damit die Plasmaflammenlange^onstant

mantel 7 hält den beim Schmelzen absinkenden Me- bleibt. Derselbe tffeKt Kann aoer aüca «-»»«■-·-

tallschwamm, der sich auf dem elektrischen Potential reicht werden, daß der Brenner 2 und der Isoliermander Kokille 1 befindet, von dem Mantel des Plasma- 45 tel 7 entsprechend der Schmelzleistung nach oben ge-

brenners 2 ab. Durch die Anordnung des Isolierman- fahren werden. Die Abdichtung wird dabei nut: kon-

tels 7 um den Plasmabrenner 2 wird erreicht, daß die ventionellen, im Ausführungsbeispiel nicht dargestel -

Plasmaflamme im Bereich dfs steilsten PotentiaJgra- ten Stopfbüchsen oder p-Ring-Dichtsystemenacher-

dienten, nämüch in Richtung der Längsachse des als gestellt Durch eine ebemaiis mem aargcs»«, -» Kathode wirken-ien Plasmabrenners 2 zwischen Pias- 50 dem Boden 6 der Kokille angreifende, kontinuierlich

mabrenner2 und Metallsumpf 4 stabil brennt. Die art sitt ade Verateuetanchtnng kann der ers arrte: Me-

Isolation des Schirmes 7 gegen den Plasmabrenner 2 tallblock «ie in konvenüonellen Stranggußanlagen

u Λ i^l^^incat-j £ im tfrv. ahopführen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1. · ι ² "^5;

verdichten. Die durch derartiges Einschmelzen ge-

; Patentansprüche- wonnenen dichten Blöcke werden dann anschließend .,

raiemansprucne. _durch Schmieden und Walzen weiterverarbeitet. Zum

^p 1. Vorrichtung zum Einschmelzen von Metall- Einschmelzen der die Metalle aus der 4 und '

:: schwamm, insbesondere von Metallen der 4. und 5 5. Gruppe des Periodensystems enthaltenden noch-

5. Gruppe des Periodensystems, durch inerte reaktiven Schwämme wird der Metallschwamm b*-

Edelgasplasmen in einer gekühlten, gasdichten her zu einer Elektrode vorverdichtet und im Hochvj-

Kokille, dadurch gekennzeichnet, daß kuum durch einen Lichtbogen oder durch blektrc-

ein mit übertragenem Lichtbogen arbeitender, an nenbeschuß von der Elektrode abgescnmolzen Das

sich bekannter Edelgasplasmabrenner (2) in eine xo Metall tropft dabei in einen wassergekühlten Metai.-

auf Gegenpotential gelegte Metallschwammschüt- tiegel und erstarrt dort zu einem Block, tin Orotstei!

:- tung (3) in vertikaler Richtung hineinragt und in der Verunreinigungen wie Stickstoff, bauerstott unu

Umfangsrichtung zum Schutz gegen einen Polen- Chlor verdampft dabei und wird durch Vakuumpum-

tialausgleich mit dieser Metallschwammschüttung pen abgeführt. Durch die Verwendung wassergekuni-

von einem zylindrischen Isolierman.ti (7) range- 15 ter Metallkokillen wird erreicht, daß eine Reaktion

ben ist, wobei dieser Isoiiennantel entsprechend der Metalle mit keramischen! oder graphithaltigem

des Böschungswinkels der Metallschwammschüt- Tisgelmaterial vermieden wird,

tung so angeordnet is% daß der von der Plasma- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Metal!

flamme in der Metallschwammschüttung (3) er- schwämme der eingangs genannten Art in einfacher

zeugte Brennfleck nahezu ausschließlich in Rieh- ao Weise ohne spezielle Vorbehandlung, wie beispieis

tung des steilsten Potentialgradienten liegt weise Verdichten mit Hilfe von Edelgasplasmen, ein

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- zuschmelzen. Hierzu sollen mit Edelgasen, wie bei kennzeichnet, daß zwischen Isoliermantel (7) und spielsweise Argon arbeitende Plasmabrenner, deren senkrechter Wandung der Kokille (1) Tür Auf- Verwendung bei der Herbeiführung metallurgischer nähme des zum Einschmelzen nachzufahrenden 35 Reaktionen vor allem an he.chiegierten Stählen in Metallschwammes (3) eine Art Ringraum mit im herkömmlichen Ofengefäßen mit normaler kerainioberen Teil zur Abfuhr der heißen Verbrennungs- scher Zustellung an sich bekannt ist, eingesetzt wer gase angebrachten öffnungen (9) vorgesehen den.

ist. Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 u—J 2, da- 30 dadurch herbeigeführt, daß ein mit übertragenem durch gekennzeichnet, daß der Kokil'e (1) am lichtbogen arbeitender, an sich bekannter Edelgas oberen Ende eine Vakuumkammer (IS) τ .m Ab- Plasmabrenner in eine auf Gegenpotential gelegtesaugen der in dem einzuführenden Eisen- M^tallschwainmschütung in vertikaler Richtung hinschwammgut befindlichen Gase vorgeschaltet einragt und in Umfangsrichtung zum Schutz gegen ist. 35 einen Potentialaosgleich mit der Mctallschwamm-

4. Vorn .htung nach einem der vorhergehenden schüttung von einem zylindrischen Isolicrrcantel umAnsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur geben ist, wobei dieser Isoliermantei entsprechend gleichmäßige Verteilung des durch eine oder des Böschungswinkels der Metallschwammschüttung mehrere Öffnungen (16) in die Kokille eingeführ- so angeordnet ist, daß der von der Flamme in der ten Metallschwammes die Kokille (1) um die 40 Metauschwammschüttung erzeugte Brennfleck na-Längsachse des Plasmabrenners (2) drehbar is; hezu ausschließlich in Richtung des steilsten Poten-