DE3618531A1

DE3618531A1 - Verfahren zur herstellung eines barrens aus metallschrott

Info

Publication number: DE3618531A1
Application number: DE19863618531
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Urawa Saitama Mae; Tsutomu Omiya Saitama Oka
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1985-06-03
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1986-12-11
Also published as: FR2587366B1; US4681627A; GB2178059A; DE3618531C2; GB8613366D0; FR2587366A1; GB2178059B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Barrens aus Metallschrott, speziell aus Schrott, der aus schwerschmelzbaren Metallen, wie Titan, Zirkonium und Legierungen dieser Elemente besteht, entweder durch Schmelzen in einem Vakuumschmelzofen mit Hilfe eines Elektronenstrahls oder eines Plasmaelektronenstrahls oder durch Schmelzen in einem Lichtbogenschmelzofen unter Anwendung von sich verbrauchenden Elektroden, die aus dem Metallschrott gebildet sind.

Zur Herstellung von Barren aus geschmolzenem Schrott von schwerschmelzbaren Metallen, wie Titan, Zirkonium und deren Legierungen werden z. Zt. hauptsächlich zwei verschiedene Methoden angewendet. Bei einer Methode wird der Schrott in Form von Spänen oder kleinen Klumpen in den Herd bzw. Schmelzraum eines Vakuumschmelzofens gegeben und unter der Einwirkung eines Elektronenstrahls oder Plasmaelektronenstrahls geschmolzen, die erhaltene Schmelze (Puddel) in dem Herd in eine wassergekühlte Form übergeführt und der verfestigte Gußkörper wird aus dem unteren Teil der Form entfernt. Bei der zweiten Methode wird das Lichtbogenschmelzen mit Hilfe einer sich verbrauchenden Elektrode angewendet, die aus dem Metallschrott gebildet ist und in einem wassergekühlten Kupfertiegel aufgehängt ist. Dabei wird ein Gleichstrom-Lichtbogen zwischen der Spitze der Elektrode und der Impfschmelze in dem Tiegel ausgebildet und während die Elektrode allmählich schmilzt, tropft sie in den Tiegel und sammelt sich auf dessen Boden an. Die geschmolzene Masse verfestigt sich dann vom Boden aus nach oben zu einem Barren.

Diese Methoden sind jedoch mit verschiedenen Schwierigkeiten verbunden. Bei der zuerst genannten Methode unter Anwendung eines Elektronenstrahls oder Plasmaelektronenstrahls in einem

Vakuumschmelzofen muß der Schrott nach der Größe klassiert sein. Außerdem kann mit Hilfe dieser Methode nur Schrott in Form von Teilchen kleiner Größe im Bereich von Spänen bis kleinen Klumpen verarbeitet werden und es ist ein großer Zeitaufwand dafür erforderlich, Schrott mit gleichmäßiger Größe zu erhalten. Zusammenfassend bestehen die Nachteile der ersten Methode darin, daß mit Hilfe dieser Methode nur ein begrenzter Bereich von Schrott verarbeitet werden kann. Bei der zweiten Methode, die auf dem Lichtbogenschmelzen unter Anwendung einer sich verbrauchenden Elektrode beruht, muß das Verfahren der Elektrodenherstellung in Abhängigkeit von der Teilchengröße des Schrottes abgeändert werden, was erfordert, daß der Schrott klassiert wird. Schrott in Form von Spänen oder kleinen Klumpen macht eine zusätzliche Preßstufe erforderlich und Klumpen mit mittlerer Größe müssen vor dem Vorpressen auf kleinere Größe geschnitten werden. Daher ist die Herstellung einer sich verbrauchenden Elektrode mit zahlreichen Stufen und großem Zeitaufwand verbunden.

20/I Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vor-

*ⁱ stehend angegebenen Probleme zu beseitigen und ein einfaches Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem unsortierter Metallschrott mit unterschiedlichen Teilchengrößen verarbeitet werden kann.

Es wurde gefunden, daß diese Schwierigkeiten durch eine der nachstehenden Methoden beseitigt werden können : Gemäß einer Methode wird unsortierter Metallschrott mit unterschiedlichen Teilchengrößen in ein rohrförmiges Teil mit einem geschlossenen Ende gefüllt, welches aus dem gleichen Material wie der Metallschrott gebildet ist, und das rohrförmige Teil von dem geschlossenen Ende her mit Hilfe eines Elektronenstrahls oder Plasmaelektronen-Strahls erhitzt und geschmolzen, während es horizontal in einem Vakuumschmelzofen gehalten wird.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden zwei solche rohrförmige Teile mit dem Metallschrott gefüllt und als Paar sich verbrauchender Elektroden verwendet, die derart einander gegenüber angeordnet werden, daß ein Lichtbogen zwischen den Spitzen der Elektroden ausgebildet wird und dabei der Metallschrott in den rohrförmigen Teilen geschmolzen wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die auf den Untersuchungen der Anmelderin beruht, wird

(1) anstelle des rohrförmigen Teils ein oben offener Kasten angewendet, der eine solche Gestalt hat, wie sie durch Schneiden in Axialrichtung eines Rohres mit polygonalem Querschnitt gebildet wird, wobei der Metallschrott in einfacher Weise von oben in den Kasten eingefüllt werden kann. Der Zustand, in welchem der Schrott in dem Kasten gepackt ist, kann visuell festgestellt werden und der Schrott kann beliebig und willkürlich so in jeden Teil des Kastens gefüllt werden, daß auf einfache Weise eine gleichförmige und dichte Packung erzielt werden kann. Zusätzliche Vorteile der Verwendung eines oben offenen Kastens liegen darin, daß der Kasten aus einer geringeren Menge an Material hergestellt werden kann, wie sie zur Herstellung eines Rohres benötigt wird, wobei eine beträchtliche Verminderung der Herstellungskosten erreicht wird.

(2) Wenn das Material des Kastens nicht das gleiche wie das des einzufüllenden Metallschrottes ist, verändern die Verunreinigungen die endgültige Zusammensetzung des Barrens, der aus dem geschmolzenen Gemisch aus dem Schrott und dem Kasten gebildet wird. Wenn jedoch die erzielte Veränderung der Zusammensetzung des Barrens innerhalb tolerierbarer Grenzen ist, ist es nicht notwendig, daß der Kasten aus einem Material besteht, welches völlig identisch mit dem des Metallschrotts ist, vorausgesetzt, daß dieses Material min-

destens eine der Komponenten enthält, die in dem Metallschrott vorhanden sind.

Die Erfindung beruht auf den vorstehend erläuterten Untersuchungen .

Gemäß einer Ausführungsform ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Barrens aus Metallschrott, bei dem zunächst der Schrott in einem Vakuumschmelzofen oder einem Lichtbogenschmelzofen mit sich verbrauchender Elektrode geschmolzen und dann die Schmelze in einer wassergekühlten Form zu einem Barren verfestigt wird. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß 1.) der Metallschrott in ein rohrförmiges Teil mit einem geschlossenen Ende gefüllt wird, das aus dem gleichen Material wie der Schrott besteht, das rohrförmige Teil mit Hilfe eines Elektronenstrahls oder Plasmaelektronenstrahls von dem geschlossenen Ende her in Richtung zu dem anderen Ende erhitzt wird, während das rohrförmige Teil horizontal in einem Vakuumschmelzofen gehalten wird, und danach die gebildete Schmelze in die wassergekühlte Form eintropfen gelassen und in der Form verfestigt wird oder

2) der Metallschrott in zwei rohrförmige Teile mit jeweils einem geschlossenen Ende, die aus dem gleichen Material wie der Schrott bestehen, eingefüllt wird, ein Lichtbogen zwischen den geschlossenen Enden der beiden als sich verbrauchende Elektroden dienenden rohrförmigen Teile ausgebildet wird, während diese horizontal in einem Lichtbogenschmelzofen gehalten werden, und die gebildete Schmelze in die wassergekühlte Form eintropfen gelassen und dort verfestigt wird, wobei in Methode 1) oder 2) die Schmelze vorübergehend in einem Herd gehalten werden kann, bevor sie in die Form überfließt.

Gemäß einer anderen Ausfuhrungsform ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Barrens aus

Metallschrott, bei dem zunächst der Schrott in einem Vakuumschmelzofen oder einem Lichtbogenschmelzofen mit sich verbrauchender Elektrode geschmolzen und dann die Schmelze in einer wassergekühlten Form zu einem Barren verfestigt wird. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß 1.) Metallschrott in einen oben offenen Kasten gefüllt wird, der mindestens einen der in dem Metallschrott vorhandenen Bestandteile enthält und eine solche Gestalt hat, wie sie erhalten wird, indem ein rohrförmiges Teil mit polygonem Querschnitt in Axialrichtung geschnitten wird, wobei der Kasten an einem oder beiden Enden mit einem Festhalteteil versehen ist oder an keinem Ende ein Festhalteteil aufweist, der Kasten mit Hilfe eines Elektronenstrahls oder Plasmaelektronenstrahls von einem Ende her in Richtung zu dem anderen Ende erhitzt wird, während der Kasten horizontal in einem Vakuumschmelzofen gehalten wird, und danach die gebildete Schmelze in die wassergekühlte Form tropfengelassen und dort verfestigt wird, oder

2) der Metallschrott in zwei Kästen oder mehrere Paare von

Kästen mit den vorstehend unter 1) angegebenen Merkmalen gefüllt wird, ein Lichtbogen zwischen den Enden der beiden jeweils ein Paar bildenden Kästen, die als sich verbrauchende Elektroden dienen, ausgebildet wird, während diese horizontal in einem Lichtbogenschmelzofen gehalten

werden und danach die gebildete Schmelze in die wassergekühlte Form tropfen gelassen und dort verfestigt wird, wobei in der Methode gemäß 1) oder 2) die Schmelze vorübergehend in einem Herd gehalten werden kann, bevor sie in die wassergekühlte Form überfließt.

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Die Figuren 1 bis 3 sind Seitenansichten, welche die Ausbildung von Barren mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ver-fahrensprinzips verdeutlichen. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 und 2 den Betrieb des Vakuumschmelzvorgangs mit Hilfe eines Elektronenstrahls oder Plasmaelektronenstrahls als Wärmequelle und Fig. 3 zeigt den Betrieb der Lichtbogenschmelzmethode unter Anwendung von zwei sich verbrauchenden Elektroden.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für den Kasten, der erfindungsgemäß verwendet werden kann.

Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren zur Herstellung eines Barrens aus Metallschrott mit Hilfe des Vakuumschmelzverfahrens nach dem erfindungsgemäßen Verfahrensprinzip wird unsortierter Schrott 1 mit unterschiedlichen Teilchengroßen in ein rohrförmiges Teil 2 mit einem geschlossenen Ende 2a eingefüllt und während dieses Rohr in horizontaler Lage in einem Vakuumschmelzofen oberhalb einer wassergekühlten Form 8 gehalten wird, wird es allmählich in eine Zone 5 bewegt, in der aufgrund des Erhitzens mit Hilfe eines Elektronenstrahls oder Plasmaelektronenstrahls 3 hohe Temperaturen herrschen. Der Metallschrott 1 wird zusammen mit dem Rohr 2 geschmolzen und die gebildete Schmelze tropft in die Form 8 und bildet im oberen Teil der Form ein Schmelzebad 7, während die Schmelze sich im unteren Teil der Form unter Bildung eines Barrens 9 verfestigt.

INSPECTED

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, in der die Schmelze des Schrottes und des Rohres vorübergehend in einem Herd gehalten wird, aus dem die überstehende Schmelze in die wassergekühlte Form überfließt. Im einzelnen tropft bei diesem Verfahren die Schmelze des Schrottes 1, der mit dem Rohr 2 zusammen geschmolzen ist, in einen Herd 6, in welchem sich ein Bad aus der Schmelze 7 bildet, wobei der überstand der geschmolzenen Masse 7 kontinuierlich aus dem Herd 6 in die wassergekühlte Form 8 überfließt. Im oberen Teil der Form 8 bildet sich wiederum ein Schmelzebad 7, während die Schmelze im unteren Teil der Form gekühlt wird und sich zu einem Barren 9 verfestigt. Die in Fig. 2 gezeigte Methode ist wirksam, wenn ein Barren hergestellt werden soll, der frei von Wolframcarbid oder anderen schweren Verunreinigungen ist, die ursprünglich in dem Schrott 1 vorhanden sind.

Fig. 3 ist die zeichnerische Darstellung der Barrenherstellung mit Hilfe des Lichtbogenschmelzverfahrens, bei dem sich verbrauchende Elektroden angewendet werden, welche aus den im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 beschriebenen rohrförmigen Teilen gebildet werden. Rohrförmige Teile 2, die mit Schrott gepackt sind, werden einander gegenüber (Seite an Seite) in der Weise angeordnet, daß ihre geschlossenen Enden 2a einander gegenüberstehen. Die als sich verbrauchende Elektroden dienenden Rohre werden horizontal über einer wassergekühlten Form, wie einer wassergekühlten Kupferform 8, angeordnet und eine Bogenentladung 4 wird zwischen den Spitzen der Elektroden ausgebildet. Der Metallschrott 1 in den Elektroden schmilzt zusammen mit den Rohren 2 und tropft in die Form 8, in der im oberen Teil der Form ein Schmelzebad 7 gebildet wird, während die Schmelze 7 im unteren Teil der Form gekühlt wird und sich unter Bildung eines Barrens verfestigt.

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Das rohrförmige Teil kann jede beliebige Gestalt des Querschnitts aufweisen, bevorzugt wird aber ein kreisförmiger oder rechtwinkeliger Querschnitt. Das rohrförmige Teil ist an einem Ende oder an beiden Enden verschlossen, um ein Verstreuen des Schrottes zu irgendeinem Zeitpunkt zwischen dem Beschickungsvorgang und dem Schmelzen des Schrotts in dem Ofen zu vermeiden. Das rohrförmige Teil kann mit irgendeiner Einrichtung verschlossen werden, die zu diesem Zweck geeignet ist. Wenn beispielsweise die Größe des Schrotts ziemlich groß ist, kann die Verschlußeinrichtung bzw. das Verschlußteil perforiert sein und aus einem Netz oder Gitter bestehen oder kann wahlweise mit Schlitzen versehen sein. Das Verschlußteil ist gewöhnlich an einem Ende des rohrförmigen Teils vorgesehen, kann jedoch erforderlichenfalls an beiden Enden des Rohres angebracht sein. Nachdem das Verschlußteil des Rohres geschmolzen ist, kann etwas Schrott aus dem Rohr, der noch nicht geschmolzen ist, in das im oberen Teil der wassergekühlten Form ausgebildete Schmelzebad fallen, obwohl dies äußerst selten eintritt. Der Schrott, der herunterfällt, hat jedoch vergleichsweise geringe Teilchengröße und schmilzt daher rasch in dem Schmelzebad durch das Erhitzen mit einem Elektronenstrahl, Plasmaelektronenstrahl oder Lichtbogen.

Zum Erzielen einer höheren Produktionsrate können mehrere mit Schrott gefüllte rohrförmige Teile gleichzeitig in die Heizzone 5 eingeführt werden. Aus dem gleichen Grund können beim Lichtbogenschmelzen zwei oder mehrere Paare aus schrottgefüllten rohrförmigen Teilen als sich verbrauchende Elektroden eingesetzt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird anstelle des rohrförmigen Teils mit geschlossenem Ende ein Kasten mit offener Oberseite als Gehäuse, in welches der Metallschrott gefüllt wird, angewendet.

1. Material des Kastens

Der mit Schrott beschickte Kasten schmilzt zusammen mit dem Metallschrott und geht in die Masse des schließlich erhaltenen Barrens ein, wodurch Schwankungen der Qualität verursacht werden können. Um dieses Problem völlig auszuschalten, wird am stärksten bevorzugt, daß der Kasten aus dem gleichen Material wie der Schrott besteht. Bei der praktischen Herstellung des Barrens besteht jedoch die Schrottbeschickung manchmal aus einem Gemisch aus zwei oder mehr Materialien mit etwas unterschiedlicher Zusammensetzung und für die Zusammensetzung des gebildeten Barrens sind daher gewisse Schwankungen zulässig. Im Hinblick auf diese Tatsachen ist es nicht notwendig, daß das Material des Kastens völlig identisch mit dem des Schrottes ist, solange die Schwankungen, die durch das Einbringen des umgeschmolzenen Kastens in die Zusammensetzung des Barrens verursacht werden nicht außerhalb der Grenzwerte sind, die für die Zusammensetzung des Barrens gefordert werden. Anders ausgedrückt, wenn die durch das Einbringen des umgeschmolzenen Kastens verursachten Änderungen innerhalb des zulässigen Bereiches für die Zusammensetzung des Barrens liegen, ist es ausreichend, wenn der Kasten einen der Bestandteile enthält, die ursprünglich in dem Metallschrott vorhanden sind.

Der Kasten kann irgendeine Querschnittsform haben, die einem Polygon entspricht, von dem eine oder mehr Seiten entfernt sind. Normalerweise wird ein Kasten mit U-förmigem Querschnitt, wie er durch 11 in Fig. 4 gezeigt ist, bevorzugt verwendet, weil er leicht herzustellen und zu handhaben ist.

Der Kasten ist entweder an einem Ende oder an an beiden Enden mit einem Halteteil versehen, wie durch Ziffer 11a in Fig. 4 gezeigt ist. Dieses hat den Zweck, ein Verstreuen des Schrotts zu irgendeinem Zeitpunkt zwischen dem

Beschickungsvorgang und dem Schmelzen des Schrottes in dem Ofen zu verhindern. Die Art des Halteteils kann beliebig sein, solange dieses befähigt ist, diesen Zweck zu erreichen. Typischerweise wird eine Platte angewendet, wenn jedoch der Schrott ziemlich große Teilchengröße hat, kann die Platte perforiert sein, ein Netz oder Gitter angewendet werden oder kann die Platte wahlweise mit Schlitzen versehen sein. Wenn keine Möglichkeit besteht, daß der Schrott verstreut wird, kann das Halteteil nur an einem Ende des Kastens vorgesehen sein oder völlig weggelassen werden.

Der Kasten kann mit Hilfe einer beliebigen Methode hergestellt werden, wird jedoch gewöhnlich durch Verschweißen von heißgewalzten und abgeschliffenen Metallplatten zu der gewünschten Form hergestellt. Diese Konstruktionsmethode ist deshalb vorteilhaft, weil der Kasten aus Metallplatten hergestellt werden kann, die nicht so breit sind, wie sie zur Herstellung eines runden Rohres sein müssen. Der Kasten hat den zusätzlichen Vorteil, daß er auch ohne Anwendung von Heißwalzen oder anderen in der Hitze durchgeführten Verfahrensstufen hergestellt werden kann, die eine exakte Temperaturregelung erfordern.

2. Barrenherstellung

Die im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 3 beschriebenen Methoden können angewendet werden, um einen Barren aus Metallschrott unter Verwendung des auf der Oberseite offenen Kastens anstelle eines rohrförmigen Teils als Behälter für den Schrott herzustellen.

Wenn keine Möglichkeit besteht, daß der Schrott während der Schmelzvorgänge aus dem Kasten rutscht oder fällt, kann der Kasten in jeder beliebigen Art angeordnet werden und die hier verwendete Bezeichnung "horizontal" soll nicht nur eine völlig horizontale Lage, sondern auch eine "im allgemeinen

- 14 horizontale" Lage bedeuten.

Um eine höhere Produktionsleistung zu erreichen, können mehrere Kästen gleichzeitig der Heizzone 5 zugeführt werden oder können mehr als ein Paar von Kästen einander gegenüber in der Weise angeordnet werden, daß zwischen den Spitzen jedes der Paare von Elektroden ein Lichtbogen 4 erzeugt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft zur Herstellung von Barren aus Schrott von schwerschmelzbaren Metallen, wie Titan, Zirkonium und deren Legierungen angewendet. Es sei jedoch betont, daß es auch zur Verarbeitung von Schrott aus beliebigen anderen Metallen anwendbar ist, die sich zur Behandlung durch Vakuumschmelzen unter Anwendung eines Elektronenstrahls oder Plasmaelektronenstrahls oder durch Lichtbogenschmelzen mit sich verbrauchenden Elektroden eig-

15 nen.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Rohr (Ti mit 6 % Al, 4 %.V)mit einem geschlossenen Ende wurde vorgesehen. Die Abmessungen waren 60 mm quadratischer Querschnitt, 1200 mm Länge und 1 mm Dicke. Das Rohr wurde mit Schrott einer Titanlegierung der gleichen Zusammensetzung wie das Rohr gefüllt. Dieser Schrott bestand aus Spänen einer Größe entsprechend einem Querschnitt von 10 mm bis 40 mm im Quadrat. Das Gesamtgewicht des mit Schrott beladenen Rohres betrug 10, 4 kg und die Schrottfüllungsrate betrug 53 %. Das Rohr wurde horizontal in der in Fig. 1 gezeigten Weise in einen Plasmastrahl-Schmelzofen eingebracht, mit einem Plasma-Elektronenstrahl unter Vakuum (0,01 mm Hg)

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bestrahlt, wobei die Plasma-Brennerspannung 35 Volt und der Brennerstrom 800 Ampere betrugen und das Rohr in einer Rate von 0,4 cm/min bewegt wurde. Auf diese Weise wurde ein zylindrischer Barren (115 mm Durchmesser χ 20 mm Länge) hergestellt. Die Analysen der Zusammensetzung der Schrottbeschickung und des als Produkt gebildeten Barrens sind in Tabelle 1 gezeigt.

TABELLE 1

	oben	Al	V	Zusammensetzung I	0	C	Gew.-%)	H	Y	andere	Ti
Schrott	Mitte	6,24					N			<0,40	Rest
	unten		4,03	Fe	0,145	0,005		0,007	<0,003		Rest
Bar		6,20					0,006			<0,40	Rest
ren	6,15	4,10	0,171	0,150	0,006		0,002	<0,003	<0,40	Rest
		4,00				0,007
	6,22		0,175	0,140	0,005		0,001	<0,003.	<0,40
	4,05	0,170			0,005
		0,148	0,006		0,001	<0,003
0,165			0,005

Beispiel 2

Ein Rohr der gleichen Legierungszusammensetzung und Abmessungen wie in Beispiel 1 wurde vorgesehen. Das Rohr wurde mit Schrott einer Titanlegierung der gleichen Zusammensetzung wie das Rohr gefüllt; dieser Schrott war ein Gemisch von unterschiedlichen Teilchengrößen im Bereich von Spanabschnitten von 40 mm im Quadrat. Das Gesamtgewicht des mit Schrott beschickten Rohres betrug 9,9 kg und der Schrottfüllungsanteil betrug 51 %. Das Rohr wurde horizontal in einem Plasmastrahlschmelzofen mit zwei Plasmabrennern gemäß Fig. 2 angeordnet und das Rohr wurde mit einem Plasmaelektronenstrahl unter Vakuum (0,01 mm Hg) bestrahlt, wobei eine Plasmabrennerspannung von 36 Volt und ein Brennerstrom von 500 Ampere angewendet wurde und das Rohr in einer Rate von 0,35 cm/min bewegt wurde. Auf diese Weise wurde ein Schmelzebad in dem Herd des Ofens erzeugt. Die Schmelze strömte aus dem Herd in eine wassergekühlte Kupferform über, in der sie gekühlt wurde und zu einem zylindrischen Barren (115 mm Durchmesser χ 200 mm Länge) verfestigt wurde. Die Analysen der Zusammensetzung der Schrottbeschickung und des als Produkt gebildeten Barrens sind in Tabelle 2 gezeigt.

Der Barren (etwa 9,5 kg), der aus dem Rohr und dem Schrott gebildet worden war, dessen Gewicht insgesamt etwa 10 kg entsprach, enthielt kein Wolframcarbid, das aus den Schneidewerkzeugen stammt. Andererseits wurde gefunden, daß der Rückstand in dem Herd zwei Wolframcarbidspäne enthielt, die wahrscheinlich Bruchstücke von Schneidwerkzeugen darstellten.

TABELLE 2

	oben	Al	Zusammensetzung (Gew.-%)	V	Fe	O	C	N	H	Y	andere	<0,40	Ti
	Mitte										•		Rest
	unten	6,24	4,03	0,171	0,145.	0,005	0,006	0,007	<0,003	<0,40	Rest
										<0,40	Rest
	V²¹.	4,11	0,175	0,140	0,004	0,005	0,001	<0,003		Rest
	6,18	4,05							<0,40
Schrott	6,14		0,168	0,142	0,004	0,006	0,001	<0,003
		3,98
Bar ren		0,168	0,141	0,003	0, 004	0,001	<0,003

Beispiel 3

Zwei Rohre der gleichen Legierungszusaramensetzung und der gleichen Abmessungen wie in Beispiel 1 wurden vorgesehen. Jedes Rohr wurde mit Schrott aus einer Titanlegierung der gleichen Zusammensetzung wie das Rohr gefüllt, der aus Spänen bzw. Abschnitten mit Teilchengrößen im Bereich von 10 mm bis 400 mm im Quadrat bestände Das Gesamtgewicht jedes mit Schrott gefüllten Rohres betrug 11,3 kg und die Füllungsrate mit dem Schrott betrug 58 %. Die beiden Rohre wurden Seite an Seite derart in einem Lichtbogenschmelzofen angeordnet, daß sich ihre geschlossenen Enden in der Fig. 3 gezeigten Weise gegenüberstanden und ein Lichtbogen wurde unter einem Vakuum von 2x10 mm Hg und unter einer Spannung von 40 Volt und bei einem Strom von 2000 Ampere zwischen den Spitzen dieser sich verbrauchenden Elektroden ausgebildet. Aus den geschmolzenen Elektroden wurde ein zylindrischer Barren mit den Abmessungen 115 mm Durchmesser χ 400 mm Länge hergestellt. Die Analysen der Zusammensetzung der Schrottbeschickung und des als Produkt gebildeten Barrens sind in Tabelle 3 gezeigt.

TABELLE 3

	tt	Zusammensetzung (Gew.-%)· ·	Al	V	Fe	O	C	N	H	Y	andere	Ti
	oben		6,24									Rest
	Mitte	6,22	4,03	0,171	0,145	0,005	0,006	0,007	<0,003	<0,40	Rest
	unten	6,19								<0,40	Rest
Schro	6,18	4,00	0,170	0,150	0,006	0,005	0,001	<0,003	<0,40	Rest
	3,98				•		<0,003
Bar ren		0,178	0,148	0,004	0,004	0,001		<0,40
	4,05						<0, 003
	0,174	0,145	0,003	0,004	0,001

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Beispiel 4

Ein an beiden Enden verschlossener Kasten aus reinem Titan der in Fig. 4 gezeigten Form wurde hergestellt. Der Kasten bestand aus handelsüblichem Reintitan und hatte eine Breite von 350 mm, eine Höhe von 600 mm, eine Länge von 2400 mm und bestand aus 3mm dicken Platten. Das Gewicht des Kastens betrug 54 kg. Der Kasten wurde mit Schrott aus einer Titanlegierung (Tij 6 % Al; 4 % V) beschickt, der ein Gemisch aus unterschiedlichen Teilchengrößen im Bereich von 5 mm im Quadrat bis zu Abmessungen entsprechend 150 mm χ 150 mm χ 400 mm darstellte (Gewicht 35 kg). Das Gesamtgewicht des Schrottes betrug 1600 kg und der Füllungsanteil betrug 74 %. Der Kasten wurde horizontal in der in Fig. 1 gezeigten Weise in einem Plasmastrahl-Schmelzofen angeordnet und mit einem Plasmaelektronenstrahl unter Vakuum (0,01 mm Hg) bestrahlt, wobei die Plasmaleistung 500 kW betrug und der Kasten in einer Rate von 2 cm/min weiterbewegt wurde. Auf diese Weise wurde ein zylindrischer Barren mit einem Gewicht von etwa 1,4 Tonnen und den Abmessungen entsprechend 440 mm Durchmesser χ 2100 mm Länge hergestellt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren konnte der Titanschrott gleichförmig in einem hohen Füllungsanteil in den Kasten gepackt werden. Daher konnten der Schrott und der Kasten in konstanter Rate geschmolzen werden, wodurch die zusätzlichen Vorteile einer leichten Regelung des Schmelzvorgangs, einer Verminderung der Zeit und eines verminderten Energieverbrauchs erzielt wurden.

Die Analysen der Zusammensetzung der Schrottbeschickung und des als Produkt gebildeten Barrens sind in Tabelle 4 zusammengefaßt.

TABELLE 4

	Dtt	Al	V	Zusammensetzung (Gew.-%)	O	C	N	H	Y	andere	Ti
Sehr	oben	6,15-6,25	4,00-4,15						<0,001	<0,30	Rest
	Mitte	6,17	4,02	Fe	0,14-0,17	0,005-0,009	0,005-0,008	0,005-0,009	<0,001	<0,30	Rest
Bar ren	unten	6,15	4,05						<0,001	<0,30	Rest
	6,13	3/98	0/16-0,17	0,15	0,007	0,005	0,001	<0,001	<0,30	Rest

0,155	0,15	0,008	0,006	0,001

0,163	0,15	0,006	0,005	0,001

0,164

Der Schrott wurde durch das Material des Kastens aus reinem Titan nur um 3,4 % verdünnt, so daß die Zusammensetzung des endgültig erhaltenen Barrens völlig frei von den Einflüssen durch die Zusammensetzung des Kastenmaterials war.

Ein Rohr mit einem geschlossenen Ende der gleichen Abmessungen wie der Kasten wurde vorgesehen und mit Schrott der gleichen Abmessungen und analytischen Zusammensetzung wie vorstehend gefüllt. Das Füllungsverhältnis mit dem Schrott betrug etwa 50 %.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Barrens, bei dem ein rohrförmiges Teil als Schrottbehälter eingesetzt wird, die Notwendigkeit einer Klassierung des Schrottes nach der Korngröße beseitigt und das Schmelzen von Schrott, der ein Gemisch aus weitgehend variierenden Korngrößen darstellt, ermöglicht, wodurch der Bereich von Metallschrottbeschickungen, aus denen ein Barren hergestellt werden kann, vergrößert wird. Wenn die Schmelze aus dem Schrott und dem rohrförmigen Teil vorübergehend in einem Herd gehalten wird, bevor der überstand der Schmelze in eine wassergekühlte Form überfließt, kann ein Barren erhalten werden, der frei von Wolframcarbid oder anderen schweren Verunreinigungen ist. Wenn keine solchen Verunreinigungen in dem Schrott vorhanden sind, kann die Schmelze direkt ohne Verwendung eines Herdes in die Form eintropfen und diese Methode ist wirksam zur Verminderung des Energieverbrauches.

Das rohrförmige Teil kann durch einen Kasten mit offener Oberseite ersetzt werden. Die Verwendung dieses Kastens ermöglicht es, den Schrott in einfacher Weise und gleichmäßig in den Behälter zu packen, wobei die Vorteile der Verwendung des rohrförmigen Teils beibehalten werden. Wenn

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der Kasten zum Vakuumschmelzen mit Hilfe eines Elektronenstrahls oder Plasmaelektronenstrahls angewendet wird, wird eine konstante Schmelzrate erreicht. Werden ein Paar oder mehrere Paare dieser Kästen als sich verbrauchende Elektroden zum Lichtbogenschmelzen angewendet, kann ein gleich- <-mäßiger und zusammenhängender Lichtbogen zwischen den Spitzen jeden Elektrodenpaars erzielt werden. Bei jeder Methode ermöglicht der Kasten einen höheren Füllungsanteil mit dem Schrott und führt zu einer verbesserten Wirksamkeit des Schmelzverfahrens und zu einer einfacheren Durchführung der Schmelzvorgänge.

Bei den Ausfuhrungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens schmilzt der Schrott zuerst in dem rohrförmigen Teil oder dem Kasten und tropft danach in Form von Flüssigkeitskügelchen in die wassergekühlte Form, so daß der Barren keine ungelöst gebliebenen Schrotteile enthält. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher die Herstellung eines festen homogenen Barrens mit Hilfe eines einzigen Schmelzvorgangs, im Vergleich mit zwei oder drei Schmelzvorgängen, wie sie bisher bei bekannten Methoden erforderlich waren.

Erfindungsgemäß werden daher industriell wertvolle Methoden zur Herstellung von Barren aus Metallschrott zugänglich.

Claims

STREHL SCIIÜaEL-HOPF GROUSING SCHULZ O O 1 O Γ Ο "1 I» VT H .VTAXW Λ. Ι/Γ K KUUOPK.\.XPATKNTA.TTOIINKYS I O OO I DIPt1-ISG. PETER STREIIX. DIPL4-CIIEIr. DU. URSULA SCJIÜBEL-IIOPF DIPL.-ISO. HANS W. OHOEXIXG DIPL.-PHYS, I)R. RCTOER SCHULZ WIDENMAYERSTRASSE 17 POSTFACH 22 03 45 D-SOOO MUNCHES 28 TELEFON (089)383011 TELEX 32 14 030 SSSUD TELECOPIER (089)23 39 13 DEA-23 301 3. Juni 1986 Verfahren zur Herstellung eines Barrens aus Metall schrott PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Barrens aus Metallschrott, bei dem zunächst der Schrott in einem Vakuumschmelzofen oder einem Lichtbogenschmelzofen mit sich verbrauchender Elektrode geschmolzen und dann die Schmelze in einer wassergekühlten Form zu einem Barren verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet , daß
1) der Metallschrott (1) in ein rohrförmiges Teil (2) r.iit einem geschlossenen Ende (2a) gefüllt wird, das aus dem gleichen Material wie der Schrott besteht, das rohrförmige Teil (2) mit Hilfe eines Elektronenstrahls oder Plasmaelektonenstrahls (3) von dem geschlossenen Ende her in Richtung zu dem anderen Ende erhitzt wird, während das rohrförmige Teil horizontal in einem Vakuumschmelzofen gehalten wird, und danach die ge-

bildete Schmelze in die wassergekühlte Form eintropfen gelassen und in der Form verfestigt wird/ oder 2) der Metallschrott (1) in zwei rohrförmige Teile (2) mit jeweils einem geschlossenen Ende (2a) , die aus dem gleichen Material wie der Schrott bestehen, eingefüllt wird, ein Lichtbogen (4) zwischen den geschlossenen Enden (2a) der beiden als sich verbrauchende Elektroden dienenden rohrförmigen Teile (2) ausgebildet wird, während diese horizontal in einem Lichtbogenschmelzofen gehalten werden, und die gebildete Schmelze in die wassergekühlte Form (8) eintropfen gelassen und dort verfestigt wird, wobei in Methode 1) oder 2) die Schmelze vorübergehend in einem Herd (7) gehalten werden kann, bevor sie in die Form (8) überfließt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Metallschrott aus Titan, Zirconium oder einer Legierung davon besteht.

3. Verfahren zur Herstellung eines Barrens aus Metallschrott, bei dem zunächst der Schrott in einem Vakuumschmelzofen oder einem Lichtbogenschmelzofen mit sich verbrauchender Elektrode geschmolzen und dann die Schmelze in einer wassergekühlten Form zu einem Barren verfestigt

25 wird, dadurch gekennzeichnet , daß

1) der Metallschrott in einen oben offenen Kasten (11) gefüllt wird, der mindestens einen der in dem Metallschrott vorhandenen Bestandteile enthält und eine solche Gestalt hat, wie sie erhalten wird, indem ein rohrförmiges Teil mit polygonem Querschnitt in Axialrichtung geschnitten wird, wobei der Kasten an einem oder beiden Enden mit einem Halteteil (11a) versehen ist oder an keinem Ende ein Halteteil aufweist, der Kasten mit Hilfe einer Elektronenstrahls oder Plasmaelektronenstrahls von einem Ende her in Richtung zu dem anderen Ende erhitzt wird, während der Kasten horizontal in einem Vakuumschmelzofen gehalten wird, und danach die gebildete Schmelze in die wasserge-

kühlte Form (8) tropfen gelassen und dort verfestigt wird, oder 2) der Metallschrott in zwei Kästen oder mehrere Paare von Kästen mit den vorstehend unter 1) angegebenen Merkmalen gefüllt wird, ein Lichtbogen zwischen den Enden der beiden jeweils ein Paar bildenden Kästen, die als sich verbrauchende Elektroden dienen, ausgebildet wird, während diese horizontal in einem Lichtbogenschmelzofen gehalten werden und danach die gebildete Schmelze in die wassergekühlte Form tropfen gelassen und dort verfestigt wird, wobei in der Methode gemäß 1) oder 2) die Schmelze vorübergehend in einem Herd gehalten werden kann, bevor sie in die wassergekühlte Form (3) überfließt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschrott aus Titan, Zirconium oder einer Legierung davon besteht.