DE2452277A1

DE2452277A1 - Selbstsinternde elektrode

Info

Publication number: DE2452277A1
Application number: DE19742452277
Authority: DE
Inventors: Aldo Dr Ramacciotti; Eugenio Dr Repetto
Original assignee: Centro Sperimentale Metallurgico SpA
Current assignee: Centro Sviluppo Materiali SpA
Priority date: 1973-11-12
Filing date: 1974-11-04
Publication date: 1975-05-15
Also published as: SE425410B; FR2257695A1; IT1046216B; SE7413825L; US3959575A; FR2257695B1; GB1461711A; JPS5568172A; DE2452277B2; JPS5079459A; JPS5532470B2

Description

"entro Snerimentale Metallurnico S.p.A. Via di Castel Romano, Rom, Italien

Selbstsincernde Elektrode

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung von Metallgegenständen unter Zufuhr von Metall zu einem Ausgangsblock, und zwar im Elektroschlacke - Verfahren. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Vergrößerung mindestens einer Dimension eines Metallblockes unter Zuführung von Metall im Elektroschlacke - Verfahren. Dabei soll mindestens eine Schicht eines Metalls oder einer Legierung auf den ursprünglichen Metallblock aufgebracht werden, wobei die chemische Zusammensetzung des zugeführten Metalls bzw. der zugeführten Legierung mit der des Ausgangsblockes übereinstimmen oder von dieser abweichen kann,

Bekanntlich benötigt die moderne Technik immer häufiger Metallblöcke großer Dimensionen, die insbesondere frei von Fehlstellen oder Verunreinigungen sein und in der Regel eine homogene chemische Zusammensetzung besitzen sollen. Auch

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können Metallblöcke benötigt werden, deren Zusammensetzung entweder in Querrichtung oder in Längsrichtung variiert, wobei jede der Zonen unterschiedlicher Zusammensetzung vorzugsweise homogen sein soll.

Dieses Problem kann unter zwei Aspekten auftauchen und betrachtet werden:

a. Unter dem Aspekt der Herstellung großer und sehr großer Rohlinge, wie man sie beispielsweise für Rotoren von Turbinen oder im Nuklearreaktorbau für Platten beträchtlicher Abmaße benötigt. Die Herstellung derartiger Rohlinge unter Anwendung gebräuchlicher Verfahren kann problematisch, wenn nicht gar völlig unmöglich sein, und zwar auf Grund der Schwierigkeiten, die diese Verfahren beim giessen großer Gußblöcke mit sich bringen. Diese Schwierigkeiten beziehen sich auf die Homogenität, die Freiheit von Fehlstellen und Einschlüssen sowie die Anpassung an die Anforderungen hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Eigenschaften, die an die fertigen Gegenstände gestellt werden;

b. unter dem Aspekt der Herstellung von rotationssymrnetrischen Gegenständen, beispielsweise für Walzen von Walzwerken. Dabei wird ein zentraler Kern mit einer mehr oder weniger dicken Schicht eines anderen Metalls oder einer anderen Legierung überzogen, wobei die Eigenschaften dieser Schicht von denen des zen-

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tralen Kerns abweichen.

Es wurden bereits etliche Lösungen vorgeschlagen, um die Nachteile der bisherigen Verfahren zu vermeiden. Die interessanteste dieser Lösungen besteht im Wiedererschmelzen des zuzuführenden Motolls unter elektrisch leitfähiger Schlacke.

Beispielsweise wurde es zur Herstellung von zu schmiedenden Rohlingen vorgeschlagen, von einem oder mehreren Rohlingen kleiner Abmaße auszugehen, welche unter Anwendung gebräuchlicher Gießverfahren hergestellt worden waren. Diese Rohlinge wurden sodann als Elektroden für den anschließenden Schmelzprozess unter Elektroschlacke verwendet. Dieses Verfahren ist jedoch äußerst langsam und bringt den wesentlichen Nachteil mit sich, daß in dem Rohling bzw. in dem hergestellten Metallblock, oder -körper die gleichen Schichtzusammensetzungen (Segregationen) - wenn auch in etwas abgeschwächter Form reproduziert werden, die in den als Elektroden verwendeten Blööke vorhanden sind.

Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, einen Kern mit einer Außenschicht .zu versehen, während sich der Kern langsam .um seine horizontal liegende Längsachse dreht. Hierbei wird unter elektrisch leitfähiger Schlacke ein Satz von Elektoden innerhalb eines Ringraumes wiedererschmolzen. Die innere Wand des Rinnraumes besteht aus dem Gußkörper, der beschichtet werden soll. Die Außenwand besteht aus einem Kupferstück, das in geeigneter Weise gekühlt wird und konzentrisch zum Kern angeordnet ist. Dieses zweite Verfahren ist nicht nur langsam,

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sondern bringt beträchtliche Nachteile und Schwierigkeiten mit sich, und zwar im Hinblick darauf, daß mehrere elektroden gleichzeitig verwendet werden müssen und daß der Kern gedreht werden muß. Hieraus ergeben sich mechanische Schwierigkeiten. Außerdem kann auf Grund der Verwendung mehrerer Elektroden nicht mit Sicherheit eine gleichmäßige Zusammensetzung der aufgebrachten Schicht gewährleistet werden.

Um den Hauptnachteil der Wiedererschmelzungsverfahren unter elektrisch leitfähiger Schlacke zu vermeiden, nämlich die Übertragung der in der Ausgangselektrode vorhandenen Inhomorenitäten der Zusammensetzung auf das fertige Produkt, wurde bereits vorgeschlagen, Metallpulver als zugeführtes Material zu verwenden. Dabei kann man in äußerst einfacher Weise durch löschen eine Ausgangszusammensetzung erzielen, die besonders exakt und steuerbar ist. Bei der Verwendung von Pulvern ergibt sich jedoch das Problem, diese Pulver in geeigneter Menge der Schmelzzone zuzuführen. Zur Lösung dieses Problems wurden unterschiedliche Vorschläge gemacht. Hierzu gehört das Verfahren nach der Hauptanmeldung P 23 60 883, die sich auf die Herstellung von Rohlingen durch Wiedererschmelzen von Pulvern unter elektrisch leitfähiger Schlacke richtet. Die vorliegende Erfindung bietet die Möglichkeit, dieses Verfahren mit allen seinen Vorteilen auf den speziellen Zweck der Herstellung von Metallkörpern zu übertragen, bei denen ein zentraler Kern mit mindestens einer Schicht aus Metall oder Legierung überzogen wird, wobei die Zusammensetzung dieser Schicht entweder mit der des Ausgangskernes übereinstimmt oder von dieser abweicht. Letzteres setzt voraus, daß die Schicht mit dem Material des Kerns verträglich ist.

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Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus einer rohrförmigen Elektrode, die konzentrisch um den zu beschichtenden Körper herumgesetzt werden kann. Die Innenabmessungen der Elektrode, gemessen in Querrichtung, sind so gewihlt, daß ein Spalt zwischen der Außenfläche des zu beschichtenden Körpers und der Innenwand der Elektrode verbleibt. Die Dicke dieses Spaltes liegt bei 2 - 15%, bezogen auf die maximale Querabmessung des zu beschichtenden Körpers. Nach einem ersten AusfUhrungsbeispiel besteht die rohrförmige Elektrode aus zwei rohrförmigen Metallwänden, die zwischen sich einen Ringraum mit einer Breite von 2 - 10 cm bilden. Um diese Metallwände in einem vorbestimmten Abstand zueinander zu halten, verwendet man Abstandsstücke. In den Ringraum wird Metallpulver eingeführt, und dieses Metallpulver sintert dort, wo die Elektrode in die Schlacke eintaucht.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiol nach der Erfindung besteht dio ringförmige Elektrode aus einer Mehrzahl konzentrischer Metallrohre, die eine Mehrzahl konzentrischer Wände bilden. Jedes Paar von einander zugeordneten Wänden schließt zwischen sich einen Ringraum ein, dessen Breite etwa zwischen 2 und 10cm liegt. Die Wände sind in ihrer Lage unter Verwendung geeigneter Abstandsstücke festgelegt, so daß sie die Breite der Ringräume über der gesammten Länge der Elektrode auf dem vorbestimmten Wert halten. Dabei beträgt die Querschnittsfläche, die die Abstandsstücke einnehmen, vorzugsweise nicht mehr als 20% der Querschnittsfläche des jeweils zugehörigen Ringraumes.

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In jeden dieser Ringräume wird ein Metallpulver von geeigneter Zusammensetzung eingeführt. Das Metallpulver sammelt sich innerhalb der Ringräume an und wird dann fortschreitend gesintert, und zwar unter der Einwirkung eines Teils der Wärme, die von der Elektrode während des Schmelzens unter Elektroschlacke entwickelt wird, wie es in der Hauptanmelduno beschrieben ist.

Die Elektrode kann kontinuierlich hergestellt und verlängert werden, in dem man schrittweise mehrere Rohre zur Ausbildung der konzentrischen Elektrodenwände ansetzt. Die konzentrischen Wände müssen nicht unbedingt starr miteinander verbunden sein. Sie können an ihrem oberen Ende von einer an sich bekannten Greifvorrichtung in ihrer Lage gehalten werden, wobei die Greifvorrichtung weiterhin dazu dienen kann, den Strom zuzuführen. An ihrem unteren Ende werden sie von der gesinterten Pulverschicht, die sich in dem Ringraum zwischen den konzentrischen Wänden befindet, ausgerichtet gehalten.

Bei der Elektrode nach der Erfindung handelt es sich dementsprechend um eine zusammengesetzte rohrförmige Elektrode, deren Struktur sowohl in Querrichtung, als auch in Längsrichtung verändert werden kann. Diese Elektrode ist erfindungsaemäß gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von konzentrischen Wänden, die paarweise mindestens einen Ringraum bilden. Dieser Ringraum bzw. jeder dieser Ringräume ist in der Schmelzzone der Elektrode von einer Schicht aus Metallpulver gefüllt, das über einer bestimmten Höhe gesintert ist. Diese Höhe ist nicht geringer als die Breite des Ringraums. Oberhalb der gesinterten

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Pulverschicht ist der Ringraum mit einer zweiten Schicht aus nichtgesintertem Metallpulver gefüllt, und zwar über einer Höhe, die mehr als das Zweifache der Breite des Ringraumes beträgt. Die konzentrischen Wände werden von Abstandsstücken in ihrem gegenseitigen, vorbestimmten Abstand gehalten. Die Abstandsstück- sind zwischen die Wände selbst eingesetzt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 einen Vertikalschnitt einer Vorrichtung nach der Erfindung zusammen mit einem zu beschichtenden Körper und einigen Zusatzeinrichtungen. Bei diesem Ausführungsbeispiel kommt ein einziges Paar konzentrischer, das zuzuführende Material enthaltender Rohre zur Anwendung.

Ein Metallkörper 1, der durch Aufbringen einer Metallschicht beschichtet werden soll, steht auf einer Grundplatte 3, die wassergekühlt und elektrisch leitfähig ist. Auf den Metallkörper 1 ist konzentrisch die Elektrode nach der Erfindung aufgesetzt. Sie besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einer ersten rohrförmigen Wand 4 und aus einer zweiten rohrförmigen Wand 5, wobei diese Wände einen Ringraum 6 bilden. In diesen Ringraum wird über bekannte und nicht dargestellte Einrichtungen das Metallpulver in vorbestimmter Zusammensetzung eingefüllt. Das Metallpulver bildet in der Schmelzzone der Elektrode unter der Einwirkung der dort entwickelten Wärme eine Sinterschicht 7, auf welcher eine zweite Schicht aus noch nicht gesintertem Metallpulver ruht.

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Die zum Schmelzen der Elektrode und zum Ausbilden der Sinterschicht erforderliche Warme wird in bekannter Weise durch den Joule-Eff.kt erzeugt, das heißt, durch den zwischen der Elektrode unc der Grundplatte 3 sowie der Gießform fließenden Strom. In der Schmelzzone ist eine gekühlte, ringförmige Kupferform vorgesehen, um das flüssige Metall zu halten und den Gegenstand auszuformen. Weiterhin sind Abstandsstücke 10 vorgesehen, die den Abstand zwischen den rohrförmigen Wänden 4 und 5 aufrecht erhalten.

Insgesamt schafft also die Erfindung eine selbstschmelzende, zusammengesetzte rohrförmige Elektrode, insbesondere zur Herstellung von Metallgegenständen unter Zuführung von Metall im Elektroschlacke - Verfahren, bestehend aus einer Mehrzahl von konzentrischen Wänden, von denen jedes Paar einen Ringraum bildet, der in der Schmelzzone der Elektrode eine Schicht aus gesintertem Metallpulver und darüber eine zweite Schicht aus noch nicht gesintertem Metallpulver enthält.

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Claims

Patentansprüche

1. Selbstsinternde, zusammengesetzte rohrförmige Elektrode, insbesondere zur Herstellung von Metallnegenständen unter Zuführung von Metall im Elektroschlacke - Verfahren, gekennzeichnet durch

eine Mehrzahl von konzentrischen Wänden (4, 5) von denen jedes Paar einen Ringraum (6) bildet, der in der Schmelzzone der Elektrode eine Schicht (7) aus gesintertem Metallpulver und darüber eine zweite Schicht (8) aus noch nicht gesintertem Metallpulver enthält.

2. Elektrode nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Schicht (7) aus gesintertem Metallpulver in ihrer Höhe mindestens der Breite des Ringraumes (6) entspricht, während die Schicht (8) aus nichtgesintertem Metallpulver in ihrer Höhe mehr als das Zweifache der Breite des Ringraumes (6) beträgt.

3.. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die konzentrischen Wände (4, 5) mechanisch unabhängig voneinander sind und von geeigneten Abstandsstücken (1O) in gegenseitigem konstantem Abstand gehalten werden.

4. Elektrode nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Anteil der Elektroden - Querschnittsfläche, der von den Abstandsstücken (1O) eingenommen wird, höchstens 20% der Querschnitts fläche des jeweils zugehörigen Ringraumes (6) beträgt.

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