DE2522754B2

DE2522754B2 - Abschmelzbare Elektrode

Info

Publication number: DE2522754B2
Application number: DE2522754A
Authority: DE
Inventors: Aldo Genua Ramacciotti; Eugenio Genua Repetto; Paolo La Spezia Sommovigo
Original assignee: CENTRO SPERIMENTALE METALLURGICO SpA ROM
Current assignee: Centro Sviluppo Materiali SpA
Priority date: 1974-06-04
Filing date: 1975-05-22
Publication date: 1980-09-25
Also published as: SE427674B; JPS513326A; US3975577A; GB1515693A; FR2273876B1; DE2522754C3; SE7506139L; DE2522754A1; JPS5857266B2; FR2273876A1; IT1013366B

Description

Die Erfindung betriff! eine abschmelzbarc Elektrode zum Herstellen von Metallgegenständen durch Wiedererschmel/en unter elektrisch leitfähiger Schlacke, mit einem sich in Längsrichtung der Elektrode erstreckenden Metallkörper, der mit mindestens einer Pulverschicht versehen ist, und bezweckt die Schaffung einer Elektrode großen Durchmessers von mindestens 50 cm, die für die Herstellung großer, zum Schmieden geeigneter Metallblöcke von in der Regel 100 bis 6001 mittels des sogenannten ESR-Verfahren (Electro Slag Remelting-Verfahren) geeignet ist

Es ist bereits eine Elektrode für das ESR-Verfahren bekannt (DE-PS 2360 883), die im wesent'nchen aus

ίο einem Metallrohr besteht, das am Boden verschlossen ist und in das eine begrenzte Menge an Metallpulver mit geeigneter Zusammensetzung eingeführt wird. Dieses sammelt sich im Rohr und bildet eine Schicht relativ geringer Höhe. Aufgrund der während des Schmelzvor-

i- ganges erzeugten Wärme sintert ein Teil dieser Metallpulverschicht und bildet, wenn das Verschlußelement am unteren Ende des Rohres weggeschmolzen ist, einen Träger für die verbleibende Metallpulverschicht Bei Fortschritt des Schmelzvorganges bewegt sich die gesinterte Schicht und ermöglicht eine korrekte Fortführung des Verfahrens. Das Metallpulver wird kontinuierlich zugeführt, um den geschmolzenen, gesinterten Teil zu ersetzen, wobei die Gesamthöhe der innerhalb des Metallrohres vorhandenen Metallpulverschicht praktisch konstant gehalten wird. Dieses Elektrodensystem erbringt hervorragende Ergebnisse, jedoch sind die et mietbaren Durchmesser der Elektrode begrenzt da sonst die gesinterte Schicht zu gering wird, um das Gewicht des darüberliegenden ungesinterten Pulvers zu tragen.

Zur Abhilfe dieses Nachteils ist eine rohrförmige Elektrode (DE-PS 24 52 277) bekannt geworden, die aus zwei konzentrischen Rohren besteht Das Metallpulver wird bei dieser weiterentwickelten Elektrode in den Ringraum zwischen den beiden Rohren in ähnlicher Weise wie bei der zuerst beschriebenen Elektrode eingeführt und beseitigt deren Nachteil des zwangsläufig relativ geringen Durchmessers. Man erhält so eine Elektrode, bei der die Pulverschii.h» dick genug ist, um nicht zu brechen, und sich andererseits über eine Länge erstreckt, die dem Umfang des zwischen den beiden konzentrischen Rohren gebildeten Ringraumes entspricht.
Weiter ist eine für das ESR-Verfahren geeignete

4^r) Elektrode bekannt (FR-PS 73 07 458), die aus einem hohlen Körper beliebigen Querschnitts besteht, dessen Inneres mit Metallpulver gefüllt ist. Das Metallpulver wird innerhalb des Körpers vorzugsweise zusammengepreßt, um leichter zu sintern. Eine derartige Elektrode

^r>n ist offensichtlich äußerst attraktiv, bringt jedoch einige Nachteile mit sich, wie beispielsweise die durch den Kompaktierungsvorgang erhöhten Kosten und die Schwierigkeit, daß gleichzeitig mehrere Elektroden zur Herstellung von Behältern oder Rohren großen

■>5 Durchmessers verwendet werden müssen. Daraus ergibt sich einerseits die Notwendigkeit verhältnismäßig aufwendiger Anlagen, die benötigt werden, um gleichzeitig eine große Anzahl von Elektroden zu halten und mit Strom zu versorgen. Zum anderen haben diese

μ Elektroden notwendigerweise geringe Querabmessungen und können sich daher leicht verbiegen. Auch besteht die Gefahr, daß sie sich gegenseitig oder aber die Gußform berühren, wodurch der Vorgang des Wiedererschmclzens unterbrochen wird. Schließlich

μ besteht aufgrund der geringen Querabmessungen solcher Elektroden nicht die Möglichkeit, das Metallpulver in einfacher und wirtschaftlicher Weise einzuführen und unter dem nötigen Preßdruck zu halten.

Keine dieser bekannten Elektroden beseitigt aber vor allem das beim ESR-Verfahren auftretende wesentliche Problem des Entstehens von Steigerungen, die beim Erstarren von großen Stahlblöcken dadurch verursacht werden, daß bestimmte Bestandteile des Stahls wie Kohlenstoff, Chrom oddgL dazu neigen, in der Liquidus-Phase zu verharren, statt zu erstarren. Da die Löslichkeit in der Liquidus-Phase höher als in der Solidus-Phasc ist, weisen die so hergestellten großen Blöcke entlang ihrer Längsachse eine kontinuierliche und in ihrer Quererstreckung eine veränderliche Zusammensetzung auf. Mit den bekannten Elektroden für das ESR-Verfahren läßt sich diese Gefahr nicht beseitigen, da für die Aufnahme des Pulvers zur Erzielung der notwendigen Festigkeit bzw. Steifigkeit recht starke, massive Behältnisse, z.B. gefaltete kastenförmige Bleche, Rohre oddgL benötigt werden. Die Zusammensetzung solcher Behältnisse läßt sich jedoch nicht verändern, und die durch sie anfallende Menge massiven Metalls wirkt sich sehr stark auf die Gesamt-Melalimengc der Elektrode aus, wodurch die Möglichkeit des Entstehens von Seigerung^a wesentlich erhöht wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode für das ESR-Verfahren zu schaffen, die die Gefahr von Seigerungen weitestgehend reduziert und einen möglichst niedrigen Anteil an massivem Metall enthält

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Pulverschicht aus einer Mischung von Metallpulver, Bindemittel und Schlackenpulver besteht, in die metallische Verstärkungselemente eingebettet sind. Dadurch erhält man eine Elektrode, die selbst bei sehr großen Durchmessern eine hohe Steifigkeit aufweist und entlang ihrer Achse eine veränderliche Zusammensetzung hat Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Elektrode ist es möglich, diese mit einer gegenüber den bekannten Elektroden relativ dünnwandigen Verkleidung zu versehen, die genügt um die Außenwand des Pulvers zu halten und ein übermäßiges Oxydieren der Metallbestandteile zu verhindern. Die Mischung der Pulverschicht kann man je nach den Anforderungen an den herzustellenden Metallgegenstand in ihrer Zusammensetzung einstellen. Dabei führt das Metallpulver den Hauptanteil an Metall in die Schmelze ein und verleiht zusammen mit dem Material des Metallkörpers und der Verstärkung der Schmelze die gewünschte Zusammensetzung. Als Bindemittel kommen für diesen Zweck geeignete Materialien wie z. B. Pech, Teer oder auch andere, vorzugsweise einfach zu verkokende Mittel zur Verwendung, und weiterhin umfaßt die Pulverschicht Schlacke einer Zusammensetzung, die in besonderer Weise für das Verfahren geeignet ist und entsprechend ausgewählt werden kann.

Vorzugsweise können die Verstärkungselemente mindestens eine schmelzbare Metallnetz-Lage umfassen und der Metallkörper als schmelzbare Rohrummantelung ausgebildet sein. Ein solches Metallnetz bildet eine ausreichende Verstärkung, um die Verwendung eines zweiten stärkeren Trägerrohres überflüssig zu m> machen, und gibt der Pulverschicht zusammen mit dem Bindemittel die erforderliche Kompaktheit und mechanische Festigk«i<

Je nach den Binsatzzwecken kann die erfindungsgemäße Elektrode aber auch einen anderen strukturellen t>5 Aufbau hinsichtlich der Anordnung von Verstärkungselementen und Meta;ikörper aufweisen. So kann die Pulverschicht auf der Innenfläche des als schmelzbares Metallrohr ausgebildeten Metallkörper; angeordnet sein, wobei auf einer freien Innenfläche der Puiverschicht die Verstärkungselemente als schmelzbares Metallnetz und auf diesem eine dünne Schlackeschicht vorgesehen sein können. Ebensogut kann aber auch die Pulverschicht auf der Außenfläche des als schmelzbares Metallrohr ausgebildeten Metallkörpers angeordnet und mit einem schmelzbaren Metallnetz als Verstärkungselement versehen sein. In diesen Fällen dienen die Verstärkungseiemente bzw. der Metallkörper nicht nur zum Halten des Pulvers, sondern es wird außerdem möglich, daß die Wärme einfach von innen her in die Pulverschicht eintritt während gleichzeitig die sich beim Ausheizen oder Sintern der Pulverschicht bildenden Gase und Dämpfe problemlos abziehen können.

Die Pulverschicht kann aber auch den als schmelzbares Metallrohr ausgebildeten Metallkörper ganz ausfüllen, wobei in solchen Fällen ebenfalls in der Pulverschicht pin Metallnetz vorgesehen sein kann, das je nach den Anforderungen an die Zi-,Immensetzung der Elektrode als einfache Lage oder 2. D. -iuch spiralförmig angeordnet werden kann. Statt eines Verstärkungselementes in Form eines Metallnetzes kann man in dem Pulver als Verstärkungselemente auch einen Satz von Metzllrohren vorsehen, die in ihren Seitenflächen mit Öffnungen versehen sind, um dem bereits erwähnten Zweck des besseren Abzuges von Gasen oder Dämpfen durch das Innere dieser Rohre zu dienen. Statt der Verwendung von Metallnetzen ah. Verstärkungselemente können nach einer anderen Ausbildungsform der Erfindung Gruppen fester Metallstäbe als Verstärkungselemente zum Einsatz gelangen, deren Abmessungen der gewünschten Zusammensetzung der Schmelze entsprechend ausgewählt werden.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Pulverschicht mit dem Verstärkungselement in Form eines schmelzbaren Metallnetzes auf der Außenfläche des als schmelzbarer Metallstab ausgebildeten Metallkörpers angeordnet sein, der sich günstig als Kern für eine solche Elektrode eignet

Es ist weiterhin möglich, in die Pulverschicht je nach deren gewünschter Zusammensetzung im Hinblick auf das angestrebte Endprodukt Abfailstücke aus Metall einzulagern, deren Hauptabmessung kleiner als 20 mm ist

Aus Gründen der Herstellung und Lagerbarkeit sowie praktischer Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen Elektroden ist es vorteilhaft die Metallkörper als feste Tragkörper auszubilden, die zugleich als Stromleiter dienen.

Die mit der Erfindung insgesamt erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß man eine äußerst wirtschaftliche, eingeh herstellbare und problemlos benutzbare Elektrode erhält, die an ihrem Ende nicht mehr verschlossen zu werden brauc'it, so daß sowohl die Herstellung als auch die Benutzung vereinfacht werdet«. Die erfindungsgemäßen Elektroden sind aufgrund der Verstärkungselemente berr-erkenswert fest und bedürfen während des Transportes und der Lagerung keiner besonderen Sorgfalt, und zwar selbst dann nicht, wenn die Pulverschicht auf der Außenseite des voriugsweise festen, tragenden Metallkörpers liegt. W eiterhin können die Elektroden unabhängig von der eigentlichen Wiedererschmelztingseinrichtung zusammengesetzt werden, und es entfallen die früher erforderlichen Einrichtungen zum getrennten Einführen der Schlacke in das Bad der Schmelze.

AusführunesbeisDiele der Erfindung sind im folgen-

den unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Elektrode mit außen angeordnetem Metallkörper und einem Verstärkungselement aus Metnilnetz,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform mit außen angeordnetem Metallkörper und einem Verstärkungseleinent aus Metallneu,

F i g. 3 einen Schnitt durch eine Ausführungsform mit innen angeordnetem Metallkörper,

Fig.4 einen Schnitt durch eine Ausführungsform mit außen liegendem, von der Pulverschicht ausgefülltem Metallkörper und Metallnetz als Verstürkungselemcnt,

Fig.5 eine Ausführungsform ähnlich der Fig.4. jedoch mit Metallrohren als Verstärkungselemente,

Fig.6 eine Ausführungsform ähnlich der Fig.4, jedoch mit einem Satz fester Metallstäbe als Verstärkungselemente, und

F i g. 7 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform mit einem festen Metallstab als Metallkörper.

Die Ausführungsform nach Fig. 1 zeigt einen festen Metallkörper 1, der sowohl als Hauptfragen als auch als Stromleiter dient und aus einem Metallrohr besteht. In dieses ist eine Packung eingelegt, die von einer oder mehreren Schichten eines Verstiirkungselementes in Form eines Metallnetzes 2 und einer Pulverschicht 3 gebildet wird, der das Metallnetz 2 zusätzlich zu dem Metallkörper 1 als weiterer Träger und als Versteifung dient. Die Pulverschicht 3 besteht aus einer Mischung aus Metallpulver mit einem Bindemittel und mit einer Schlacke bekannter Art. Bei dem Bindemittel handelt es sich beispielsweise um Pech bzw. Teer oder ein anderes Material, das verkokt werden kann.

Fig. 2 zeigt eine Fakultativlösung, bei der die Pulverschicht 3 direkt den Metallkörper 1 in Form eines Rohrs berührt, während das Metallnetz 2 auf der freien Fläche der Pulverschicht 3 ruht. Dabei kann dann das Metallnetz 2 in eine weitere Schlackeschicht 4 eingelagert sein, die sich über das Metallnetz 2 hinaus in das Innere der so gebildeten Elektrode erstreckt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 besteht der tragende Metallkörper aus einem innen angeordneten Metallrohr 1, auf dessen Außenfläche die Pulverschicht

^r> 3 aufgebracht ist. Das aus Metallnetz 2 bestehende Verstärkungselemcnt liegt hier außen auf der Pulverschicht 3, aber sie kann auch in diese Schicht eingelagert sein. Bei dieser Ausführungsform enthält die Pulverschicht 3 Abfallstücke 5 aus Draht oder Blech, die

in natürlich nicht zu massiv sein sollten.

Die F i g. 4, 5 und 6 zeigen Ausführungsbeispiclc von einander ziemlich ähnlichen Elektroden. Dabei wird ein außen liegender, fester Metallkörper 1, der aus einem Metallrohr besteht, mit einer Pulverschicht-Mischung 3

!■> gefüllt. Das Verstärkungselement besteht aus einem spiralförmig gewickelten Metallnetz 2. das sich in Längsrichtung über die gesamte Länge der Elektrode erstreckt (F i g. 4), oder aus einem Satz Metallrohren 6. die mit Öffnungen 7 versehen sein können (F i g i), oder

ot aber aus festen Metallstäben 8(F ig. b).

Fig. 7 schließlich zeigt eine Elektrode, bei der der Metallkörper aus einem festen Metallstab 9 besieht. Dieser Metallstab 9 ist von der Pulverschicht 3 umgeben, die ein Verstärkungselement 10 umfaßt, das

-'"■ als Melallnctz ausgebildet und in die Oberflächenzone der Pulverschicht 3 eingelagert ist. Man kann weiter ein dünnes blech verwenden, daß direkt auf der Außenfläche der Pulverschicht 3 aufliegt.

Die Elektroden nach der Erfindung können so

)<i geformt sein, daß >nan ohne weiteres, beispielsweise durch Schweißen, eine neue Elektrode an eine schon fast abgeschmolzene Elektrode ansetzen kann und auf diese Weise in der Lage ist, eine beliebige Anzahl von Elektroden nacheinander abzuschmelzen, ohne den ti Schmelzprozeß zu unterbrechen.

Es ist weiterhin möglich, das Bindemittel mindestens teilweise durch schlackebildendes oder sinterndes Material zu ersetzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Abschmelzbare Elektrode zum Herstellen von Metaügegenständen durch Wiedererschmelzen unter elektrisch leitfähiger Schlacke, mit einem sich in Längsrichtung der Elektrode erstreckenden Metallkörper, der mit mindestens einer Pulverschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverschicht (3) aus einer Mischung von Metallpulver, Bindemittel und Schlackenpulver besteht, in die metallische Verstärkungselemente (2, 6,8,10) eingebettet sind.

Z Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente mindestens eine schmelzbare Metallnetz-Lage (2) umfassen und der Metallkörper als schmelzbare Rohrummantelung (1) ausgebildet ist

3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverschicht (3) auf der Innenfläche desaiä schmelzbares Metallrohr (1) ausgebildeten Melaükörpcrs angeordnet ist, wobei auf einer freien Innenfläche der Pulverschicht (3) die Verstärkungseiemente als schmelzbares Metallnetz (2) und auf diesem eine dünne Schlackeschicht (4) vorgesehen sind.

4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverschicht (3) auf der Außenfläche des als schmelzbares Metallrohr (1) ausgebildeten Metallkörpers angeordnet und mit einem schmelzbaren Metallnetz (2) als Verstärkungselement versehen ist

5. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverschicht (3) den als schmelzbares Metallrohr (1) ausgebildeten Metallkörper füllt.

6. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkungselement in der Pulverschicht (3) ein Metallnetz (2) vorgesehen ist.

7. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkungselement ein Satz von Metallrohren (6) vorgesehen ist.

8. Elektrode nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallrohre (6) in ihren Seitenflächen mit Öffnungen (7) versehen sind.

9. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkungselemente eine Gruppe fester Metallstäbe (8) vorgesehen ist.

10. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverschicht (3) mit dem Verstärkungselement in Form eines schmelzbaren Metallnetzes (10) auf der Außenfläche des als schmelzbarer Metallstab (10) ausgebildeten Metallkörpers angeordnet ist.

I1. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die Pulverschicht (3) Abfallstücke (5) aus Metall eingelagert sind, deren Hauptabmessung kleiner als 20 mm ist.

12. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkörper (1 bzw. 9) als feste Tragkörper ausgebildet sind.