DE2522754C3 - Abschmelzbare Elektrode - Google Patents
Abschmelzbare ElektrodeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine abschmelzbare Elektrode zum Herstellen von Metallgegenständen durch Wiedererschmelzen unter elektrisch leitfähiger Schlacke, mit
einem sich in Längsrichtung der Rleklrode erstreckenden Metallkörper, der mit mindestens einer Pulverschtcht 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 aes sogenannten ESR-Verfahren (Electro Slag
Remelting-Verfahren) geeignet ist
Es ist bereits eine Elektrode für das ESR-Verfahren bekannt (DE-PS 23 60 883), die im wesentlici-an 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
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 Metallpulver
schicht praktisch konstant gehalten wird. Dieses
Elektrodensystem erbringt hervorragende Ergebnisse, jedoch sind die erzielbaren Durchmesser der Elektrode
begrenzt, da sonst die gesinterte Schicht zu gering wird,
um das Gewicht des darüberliegenden ungesinterten
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 Pulverschicht dick genug ist, um
nicht zu brechen, und sich andererseits über eine Länge
erstreckt die dem Umfang des zv/ischen den beiden konzentrischen Rohren gebildeten Ringraumes entspricht
Weiter ist eine für das ESR-Verfahren geeignete
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
ist offensichtlich äußerst attraktiv, bringt jedoch einige Nachteile mil sich, wie beispielsweise die durch den
Kompaktierungsvorgang erhöhten Kosten und die Schwierigkeit, daß gleichzeitig mehrere Elektroden zur
Herstellung von Behältern oder Rohren großen
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
M) 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
f>r>
besteht aufgrund der geringen Querabmessuiigen
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 s
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-Phase ist, weisen die so hergestellten großen Blöcke entlang ihrer Längsachse eine kontinuierliche ι ο
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 od. dgL 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-Metallmenge der Elektrode aus, wodurch die
Möglichkeit des Entstehens von Seigerungen 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 -»o
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 auci? 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 Verstarkungselemente
mindestens eine schmelzbare Metallnetz-Lage umfassen und der Metallkörper als schmelzbare Rohrummantelung ausgebildet sein. Ein solches Metallnetz bildet
eine ausreichende Verstärkung, um dit Verwendung eines zweiten stärkeren Trägerrohres überflüssig zu &o
machen, und gibt der Pülvefschichl zusammen mit deffi
Bindemittel die erforderliche Kompaktheit und mechanische Festigkeit.
|e nach den Einsatzzwecken kann die erfindungsgemäßc Elektrode aber auch einen anderen strukturellen f>r>
Aufbau hinsichtlich der Anordnung von Verstärkungselementen und Metallkörper aufweisen. So kann die
Pulverschicht auf der Innenfläche des als schmelzbares
Metallrohr ausgebildeten Metallkörpers angeordnet
sein, wobei auf einer freien Innenfläche der Pulverschicht 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
Verstärkungselemente 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 ein Metallnetz vorgesehen sein kann, das je nach
den Anforderungen an die Zusammensetzung der Elektrode als einfache Lage oder z. El. auch spiralförmig
angeordnet werden kann. Statt eines Vt/stärkungselementes in Form eines Metallnetzes kann man in dem
Pulver als Verstärkungselemente auch einen Satz von Metallrohren 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 als Verstärkungselemente können nach einer anderen Ausbildungsform der
Erfindung Gruppen fester Metallstäbe als Verstarkungselemente 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 Abfallstücke 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 Stromleiterdienen.
Die mit der Erfindung insgesamt erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß man eine äußerst wirtschaftliche,
einfach herstellbare und problemlos benutzbare Elektrode erhält, die an ihrem Ende nicht mehr verschlossen
zu werden braucht, so daß sowohl die Herstellung als auch die Benutzung vereinfacht werden. Die eifrndungsgemäßen Elektroden sind aufgrund der Verstärkungselemente bemerkenswert fest und bedürfen während
des Transportes und der Lagerung keiner besonderen
Sorgfalt, und zwar selbst dann nicht, wenn die Pulvefsehicht auf der Außenseite des vorzugsweise
festen, tragenden Metallkörpers liegt. Weiterhin können die Elektroden unabhängig von der eigentlichen
Wiedererschmelzungseinrichtung zusammengesetzt werden, und es ertfallen die früher erforderlichen
Einrichtungen zum getrennten Einführen der Schlacke in das Bad der Schmelze.
den unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. I einen Schnitt durch eine Elektrode mit außen angeordnetem Metallkörper und einem Verstärkungselement aus Metallnetz.
F i g. 2 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform mit außen angeordnetem Metallkörper und einem
Verstärkungselement aus Metallnetz,
F i g. 3 einen Schnitt durch eine Ausführungsform mit innen angeordnetem Metallkörper,
F i g. 4 einen Schnitt durch eine Ausführungsform mti
außen liegendem, von der Pulverschicht ausgefülltem Metallkörper und Metallnetz als Verstärkungselement.
Fig. 5 eine Ausführungsform ähnlich der Fig. 4. jedoch mit Metallrohren als Verstärkungselemente.
F i g. 6 eine Ausführungsform ähnlich der Fig. 4,
jedoch mit einem Satz fester Metallstäbe als Verstärkungselemente,
und
form mit einem festen Metallstab als Metallkörper.
Die Ausführungsform nach Fig. I zeigt einen festen
Metallkörper I. der sowohl als Hauptträger, als auch als Stromleiter dient und aus einem Metallrohr besteht. In
dieses ist eine Packung eingelegt, die von einer oder mehreren Schichten eines Verstärkungselementes 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.
F i g. 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
Metallnet/ 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 Fig. 3 besteht der tragende Metallkörper aus einem innen angeordneten
Metallrohr 1, auf dessen Außenfläche die Pulverschichl 3 aufgebracht ist. Das aus Metailnetz 2 bestehende
Verstärkungselement 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
natürlich nicht zu massiv sein sollten.
Die F i g. 4, 5 und 6 zeigen Ausführungsbeispiele 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 besieht aus einem
spiralförmig gewickelten Metallnetz 2. das sich in Längsrichtung über die gesamte Länge der Elektrode
erstreckt (Fig. 4). oder aus einem Satz Metallrohren 6,
λ: ;» Arr τ ..„ 1 ._:.. i.^ /r : — cv „-j.*-
aber aus festen Metallstäben 8(F ig. 6).
F i g. 7 schließlich zeigt eine Elektrode, bei der der
Metallkörper aus einem festen Metallstab 9 besteht. Dieser Metallstab 9 ist von der Pulverschicht 3
umgeben, die ein Verstärkungselement 10 umfaßt, das als Metallnetz ausgebildet und in die Oberflächenzone
der Pulverschicht 3 eingelagert ist. Man kann weiter ein dünnes Blech verwenden, daß direkt auf der Außenfläche
der f^lverschicht 3 aufliegt.
Die Elektroden nach der Erfindung können so geformt sein, daß man 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 Schmelzprozeß zu unterbrechen.
Es ist weiterhin möglich, das Bindemittel mindestens teilweise durch schlackebildendes oder sinterndes
Material zu ersetzen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (12)
- Patentansprüche;J, Abschmelzbare Elektrode zum Herstellen von Metallgegenständen 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.
- 2. 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 des als schmelzbares Metallrohr (1) ausgebildeten Metallkörpers angeordnet ist, wobei auf einer freien Innenfläche der Pulverschicht (3) die Verstärkungselemente 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 Pulverschich-: (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 isL
- 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.
- 11. Elektrode nach einem der Ansprüche I 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 I bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkörper (1 bzw. 9) als feste Tragkörper ausgebildet sind.
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Owner name: CENTRO SVILUPPO MATERIALI S.P.A., ROM/ROMA, IT |
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