DE2121439B2

DE2121439B2 - Verfahren zum Umschmelzen von Blöcken mittels Plasmastrahlen

Info

Publication number: DE2121439B2
Application number: DE19712121439
Authority: DE
Inventors: Konstantin P. Bakanow; Walentin G. Kapelnickij; Wiktor I. Lakomskij; Boris E. Paton; Gennadij F. Torchow
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: 1970-06-29
Filing date: 1971-04-30
Publication date: 1974-08-01
Also published as: FR2096550B1; GB1305671A; FR2096550A1; SU324863A1; BE766338A; AT322123B; DE2121439A1; SE366487B; DE2121439C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Umschmelzen von Blöcken mittels mehrerer unter einem spitzen Winkel auf den umzuschmelzenden Block gerichteter Plasmastrahlen.

Aus der US-PS 3 496 280 ist ein derartiges Verfahren zur Raffination von Stahl durch Umschmelzen in einem Plasmabogen bekannt, der die Umschmelzelektrode durch Strahlung und Konvektion so erwärmt, daß diese schmilzt und in Form von Tropfen in das Schmelzbad flüssigen Metalls in der Kokille übergeht, wobei diesem Schmelzbad ein Flußmittel zugeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Umschmelzen von Blöcken mittels mehrerer unter einem spitzen Winkel auf den umzuschmelzenden Block gerichteter Plasmastrahlen anzugeben, das die Herstellung von Blöcken ermöglicht, die einen ungeschmolzenen Kern und eine darauf festhaftende äußere Randschicht aus umgeschmolzenem und raffiniertem Metall besitzt.

Dies wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß diese Plasmastrahlen mit einer solchen Energie auf den sich in einer Kokille erstreckenden Block gerichtet werden, lI^iD nur die äußere Randschicht des Blocke!, abgeschmolzen und zwischen dem ungeschmolzenen Korn des Blockes und der Kokillenwiind em Schmelzbad gcbildet wird, das nach Impfung in bekannter Weise bei kontinuierlichem Durchziehen des Blockes durch die Kokille mit einer dem Abschmelzen der Randschicht entsprechenden Geschwindigkeit zu einem den ungeschmolzenen Kern des Blocks umhüllenden Forminan-

tel erstarrt.

Vorteilhaft erfolgt das Umschmelzen der Randschicht des Blockes unter Relativdrehung oder hin und hergehender Drehbewegung des Blockes, der Kokille und des Schmelzbades relativ zu den Plasmastrahlen.

<S Zum Umschmelzen von flachen Barren wiru vorzugsweise den Plasmabrennern entlang den Seitenv. anden des Barrens unter Konstanthaltung des Absu-ndes zu diesen eine hin- und hergehende Bewegung erteilt. Eine andere vorteilhafte Ausgcsuiiuiig des Veii.ih-

ao rens besieht uemaß der Erfindung darin, daß * ah; end des Umschmel/.ens der Randschicht des Blocke /u dem Formmantel durch Eingaben eines Legierung n.ietalls auf das Schmelzbad ein Legieren des den I ernimaniel bi'denden Werkstoffes erfolgt.

a₅ Zur Entfernung von nichtmetallischen Einschüssen an der Grenzflache zwischen dem Schmelzbad und dem ungeschmolzenen Kern wird vorteilhaft auf das Schmelzbad ein Flußmittel aufgegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es,

Blöcke herzustellen, deren ungeschmolzener Kern mit einer fest darauf haftenden äußeren Randschicht aus von schädlichen Beimengungen gereinigten und gegebenenfalls auch zusätzlich legierten Metall besteht.
Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungs-

beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Ls zeigt

F i g. I schematisch der Längsschnitt durch eine Umschmelzanlage zur Durchführung des erfindungsgemiißen Plasmalichtbogen-Umscnmelzverfahrens zur Her-

stellung zylindrischer Blöcke mit ?iner umgeschmolzenen äußeren Randschicht.

F i g. 2 schcmatisch den Längsschnitt durch eine Umschmelzanlage zur Herstellung flacher Blöcke,
F i g. 3 einen Schnitt 111-111 der Fi g. 2.

Fig. 4 schemalisch eine Umschmelzanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Plasmalichtbogen-Umschmclzvcrfahrens für die Herstellung von Blöcken mit einer während des Umschmelzvorganges legierten Außenschicht.

Der abschmelzende metallische Rohblock (Fig. I) wird an der Impfscheibe 2 in einer sich in einer hermetisch abgedichteten Kammer 4 befindlichen Kokille 3 angeordnet. Im folgenden wird die äußere Randschicht des Rohblockes 1 mittels Plasmabrennern 5 abgeschmolzen, wobei sich ein dünnflüssiges Schmelzbad 6 bildet, dessen Spiegel an der Außenseite durch die Wand 7 der Kokille 3 und an der Innenseite durch den ungeschmolzenen Kern 8 des Rohblockes 1 begrenzt ist, und wobei der Rohblock 1 mit dem Fortschreiten des Aufschmelzens der äußeren Randschicht und deren Formung durch die Kokille 3 gezogen wird.

Der ausgezogene Pfeil zeigt die Zugrichtung des Rohblockes. Das Plasmalichtbogcn-Umschmelzen des Blockes 1, und das Aufrechterhalten eines dünnflüssigen Schmelzbadcs 6 wird durch die Wärme der von den Plasmabrennern 5 er/ciigicn Plasmastrahlen erreicht.
Zur Erhaltung einer gleichen Schichtdicke des Form-

mantels aus umgeschmolzenen Metall um gun/en Umfang eines zylindrischen Blockes 9 wird der Kokille 3 mit der impfseheibe 2 und dem Rohblock I im Um-Mchmel/vorgang eine Drehbewegung um die Längsachse der Kokille 3 verliehen, deren Richtung durch punktierte Pfeile angedeutet ist.

Zur Vereinfachung der Konstruktion der Umschmelzanlage bezüglich der Wasser- und Elektroenergie/ufuhr zur Kammer 4 kann die Drehbewegung der Kokille 1 mit der Impfseheibe 2 und dem Rohblock 1 durch eine hin- und hergehende Drehbewegung ersetzt werden.

Um eine gleichmäßige Schichtdicke des Formmaniels aus umgeschmolzenem Metall auf einem flachen Block 10 (F i g. 2, 3) zu erhalten, wird den Plasmabrennern 5 beim Umschmelzvorgang eine hin- und hergehende Bewegung verliehen, wobei der Abstand zwischen den Plasmabrennern 5 und dem Block 10 unverändert bleibt. Die Richtungen der hin- und hergehenden Bewegung sind in F i g. 3 durch Pfeile angegeben.

/um Legieren des Metalls der aufgeschmolzenen Randschicht auf dem Rohblock 1 (F i g. 4) wir:! auf den Spiegel des Schmelzbades 12 ein Legierungsmetall gegeben.

Legierungsmetall 13 wird als Schüttgut mit Hilfe eines Dosierapparates 14 zugeführt. Das Legierungsmetall in Form von Stangen 15 wird durch einen Mechanismus 16 zugeführt.

Der Dosierapparat 14 wird auch für die Zuführung eines Flußmittels in das Bad benutzt.

Das Flußmittel dient hier zur Reinigung des Metallbiockes von unmetallischen Einschlüssen an der Grenze des flüssigen Metalls und des ungeschmolzenen Kernes.

Die Dicke der umgeschmolzenen Schicht des Blökkes wird durch Änderung der Leistung der Plasmabrenner 5 und der Ziehgeschwindigkeit des Rohblockes durch die Kokille 3 geregelt.

Bei der Herstellung eines zylindrischen oder flachen Blockes wird das geschmolzene Metall im Schmelzbad 6. 12 zur Entfernung von Sauerstoff aus dem Metall mit einem wasserstoffhaliigen Gas bearbeitet, oder es wird auf das Metall ein stickstoffhaltiges Gas zum Legieren des Metalls mit Stickstoff gegeben.

Die Regelung der Gasatmosphäre kann sowohl durch Änderung der Zusammensetzung des den Plasmabrennern zugeführten plasmabildenden Gase als auch durch Druckänderung in der Umschmelzanlage verwirklicht werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde ein Umschmelzen von Rohblöcken aus Stählen und Legierungen durch Ziehen eier Rohblöcke durch eine gekühlte Kokille durchgeführt unter Bildung eines Formmantels auf diesen mittels Aufschmelzen der äußeren Randschicht unter Beibehaltung des ungeschmolzenen Kernes des Rohblockes.

Das Umschmelzen erfolgte mit Hilfe der mit Gleichoder Wechselstrom in einer Atmosphäre aus Argon, Helium, Wasserstoff und deren Gemischen arbeitenden Plasmabrenner.

Zusammen mit dem erhitzenden Plasma kann dem Metall legierender Stickstoff einverleibt werden. Während des Umschmelzens können auf den Badspiegel

an auch teste Legierungsmetalle und ein Flußmittel aufgegeben w erden. Der Verbrauch an Elektroenergie und plasmabildendem Gas pro > onne Blockgewicht ist zwei- bis dreimal geringer gegenüber den üblichen Plasma lichtbogen-Umschmelzverfahren.

Durch Umschmelzen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Blöcke herstellen, die aus einem ungeschmolzenen Kern und einer äußeren Randschicht aus unigeschmolzenem, bei der Umschmelzung legiertem Metall bestehen.

Die Haftung des Formmantel'- aus der umgeschmolzenen Schicht auf dem Kern ist ausgezeichnet.

Das Metall enthielt in der Verbindungszone und in der Außenschicht keine schädlichen Beimengungen, falls der Rohblock in einer Atmosphäre aus Argon, He-Num. Wasserstoff und deren Gemischen umgeschmolzen wurde.

Bei dem Umschmelzen des Rohblockes in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre wurden Blöcke erhalten, deren Randschicht mit Stickstoff legiert war, während der Kern des Blockes keinen Stickstoff enthielt. Die Blöcke wiesen eine ebene Oberfläche ohne Risse auf, die keiner Bearbeitung vor der plastischen Deformation bedurfte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Umschmelzen von Blöcken mittels mehrerer unter einem spitzen Winkel auf den umzu5chmeizenden Block gerichteter Plasmastrahlen dadurch gekennzeichnet, daß diese Plasmastrahlen mit einer solchen Energie auf den sich in eine Kokille erstreckenden Block gerichtet werden, daß nur die äußere Randschicht des Blokkes abgeschmolzen und zwischen dem ungeschmolzenen Kern des Blockes und der Kokillenwand ein Schmelzbad gebildet wird, das nach Impfung in bekannter Weise bei kontinuierlichem Durchziehen des Blockes durch die Kokille mit einer dem Abschmelzen der Randschicht entsprechenden Geschwindigkeit zu einem den ungeschmolzenen Kern des Blockes umhüllenden Formmantel erstarrt.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschmelzen der Randschicht des Blockes unter Relativdrehung oder hin- und hergehender Drehbewegung des Blockes, der Kokille und des Schmelzbades relativ zu den Plasmastrahlen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umschmelzen von flachen Barren den Plasmabrennern entlang den Seitenwänden des Barrens unter Konstanthaltung des Abstandes zu diesen eine hin- und hergehende Bewegung erteilt wir'

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn jichnet, daß während des Umsehmelzeps der randschicht des Blockes zu dem Formmantel durch Eingeben eines Legierungsmetalls auf das Schmelzbad ein Legieren des den Formmantel bildenden Werkstoffes erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entfernung von nichtmetallischen Einschlüssen an der Grenzfläche zwischen dem Schmelzbad und dem ungeschmolzenen Kern auf das Schmelzbad ein Flußmittel aufgegeben wird.