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Die
Erfindung betrifft Elektroschlacke-Raffinationsvorrichtungen und
Verfahren zur Elektroschlackeraffination. Insbesondere betrifft
die Erfindung Bodenabguss-Elektroschlacke-Raffinationsvorrichtungen und Verfahren.
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Elektroschlackeraffination
(ESR) besteht aus einem Prozess, der im Allgemeinen zum Schmelzen und
Raffinieren verschiedener Metalle angewendet wird. Beispielsweise
und keinesfalls die Erfindung einschränkend, können auf Eisen (Fe), Nickel
(Ni), Kobalt (Co) und Titan (Ti) basierende Metalle und Legierungen
mittels eines Elektroschlacke-Raffinationssystems und Prozesses
raffiniert werden. Beispielsweise besteht ein Elektroschlacke-Raffinationssystem
aus einer aus der zu schmelzenden und raffinierenden Legierung erzeugten
Verzehrelektrode, einer flüssigen
Schlacke und einem gekühlten Tiegel,
wie z.B., jedoch nicht darauf beschränkt, einem wassergekühlten Kupfertiegel.
Die flüssige Schlacke
kann erwärmt
werden, indem ein elektrischer Strom aus einer geeigneten Stromquelle
zu der Verzehrelektrode, dann durch die flüssige Schlacke und dann durch
den Tiegel geleitet wird.
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Die
flüssige
Schlacke wird auf einer Temperatur gehalten, die hoch genug ist,
um die Verzehrelektrode zu schmelzen. Ein Raffinationsprozess erfolgt,
wenn die Verzehrelektrode schmilzt und durch die flüssige Schlacke
hindurch tritt. Ferner werden Einschlüsse, wie z.B. Oxideinschlüsse der
flüssigen Schlacke
ausgesetzt und gelöst,
und somit das Metall weiter raffiniert. Der Raffinationsprozess
umfasst das Schmelzen von Metall aus der Verzehrelektrode und die
Ausbildung geschmolzener Metalltröpfchen. Diese Tröpfchen fallen
bei spielsweise aufgrund von Schwerkraft durch die flüssige ,.
Schlacke hindurch und werden in einem flüssigen Metallbad gesammelt. Das
Bad wird durch den Tiegel gehalten, welcher im Allgemeinen unterhalb
des Bades angeordnet ist.
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Elektroschlacke-Raffinationssysteme
umfassen im Allgemeinen ein induktionsbeheiztes, segmentiertes,
wassergekühltes
Kupferführungsrohr oder
Kaltinduktionsführung
(CIG). Die Kaltinduktionsführung
ist typischerweise mit dem Boden des Elektroschlacke-Raffinationssystemtiegels
verbunden. Die Kaltinduktionsführung
enthält
eine Öffnung,
aus welcher ein raffinierter Metallflüssigkeitsstrom abgezogen werden
kann. Dieser Ausfluss kann als eine Quelle flüssigen Metalls für viele
Erstarrungsprozesse einschließlich,
jedoch nicht darauf beschränkt,
auf Pulverzerstäubung,
Sprühabscheidung,
Feingießen, Schmelzspinnen,
Bandgießen,
Barrengießen
und Kerngießen
verwendet werden. Elektroschlacke-Raffinationssysteme und Kaltinduktions-Führungsstrukturen
sind im Fachgebiet bekannt, wie es beispielsweise in den U.S. Patenten
Nr. 5,160,532 für
Benz et al. beschrieben ist, welches dem Zessionar der vorliegenden
Erfindung übertragen
und hierin vollständig
durch Bezugnahme beinhaltet ist.
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Obwohl
bekannte Elektroschlacke-Raffinationssysteme wirksam Metalle raffinieren,
kann eine Kaltinduktions-Führungsstruktur
verwendet werden, um den Ausfluss von raffiniertem flüssigem Metall aus
dem Elektroschlacke-Raffinationssystem zu erleichtern. Die Verwendung
einer Kaltinduktions-Führungsstruktur
beinhaltet die Zuführung
von zusätzlichem
Strom und von Wärme
zu dem Elektroschlacke-Raffinationssystem. Natürlich addieren sich dieser
zusätzliche
Strom und Wärme
zu den Kosten des Raffinationsprozesses. Ferner können die
zusätzliche
Wärme und
der Strom Wärme-
und elektrische Isolationsprobleme beinhaltende Isolationsprobleme bereiten.
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Daher
besteht ein Bedarf nach einem Elektroschlacke-Raffinationssystem,
das die Zuführung von
zusätzlicher
Wärme und
Strom zu dem Elektroschlacke-Raffinationssystem zur Erleichterung
des Flusses des raffinierten flüssigen
Metalls vermeidet.
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Nachstehend
ist die Bedeutung des Wortes "System" die von "Vorrichtung".
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Gemäß 1 schafft
ein Aspekt der Erfindung ein Bodenabguss-Elektroschlacke-Raffinationssystem.
Ein Bodenabguss-Elektroschlacke-Raffinationssystem
raffiniert Rohmaterial aus einer Rohmaterialquelle in raffiniertes
flüssiges
Metall. Das Bodenabguss-Elektroschlacke-Raffinationssystem besteht
aus einem Elektroschlacke-Raffinationstiegel; einer Schlacke; einer
Bodenabgussstruktur, die eine Öffnung
aufweist, aus welcher raffiniertes flüssiges Metall aus dem Elektroschlacke-Raffinationstiegel als
ein Ausfluss raffinierten flüssigen
Metalls abfließen
kann; und aus einem Strompfad. Der Strompfad ist in dem Bodenabguss-Elektroschlacke-Raffinationssystem
definiert, um dem Rohmaterial Strom zum Schmelzen und Raffinieren
des Rohmaterials zuzuführen.
Das geschmolzene und raffinierte Rohmaterial bildet ein Bad aus
raffiniertem flüssigem
Metall in dem Elektroschlacke-Raffinationstiegel. Der Strom, der
durch den Strompfad zugeführt
wird, reicht aus, um das raffinierte flüssige Metall in dem Bad aus
raffiniertem flüssigem
Metall mit einer Viskosität
zu versehen, aufgrund welcher das raffinierte flüssige Metall durch die Öffnung aufgrund
seiner eigenen Viskosität
abfließen
kann.
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Ein
weiterer in Anspruch 6 angegebener Aspekt der Erfindung schafft
ein Bodenabguss-Elektroschlacke-Raffinationsverfahren zum Raffinieren
von Rohmaterial aus einer Rohmaterialquelle in raffiniertes flüssiges Metall,
in welchem das raffinierte flüssige
Metall aufgrund seiner eigenen Viskosität abfließen kann. Das Verfahren umfasst
das Bereitstellen eines zu raffinierenden Rohmaterials; Bereitstellen eines
Elektroschlacke-Raffinations-Spalttiegels; Bereitstellen einer Schlacke
in dem Elektroschlacke-Raffinationstiegel; Bereitstellen einer Bodenabgussstruktur
für den
Elektroschlacke-Raffinationstiegel
mit einer Öffnung,
aus welcher raffiniertes flüssiges
Metall aus dem Elektroschlacke-Raffinationstiegel als ein Ausfluss
von raffiniertem flüssigem
Metall abfließen
kann; Aufbauen eines Strompfades; Zuführen von Strom zu dem Rohmaterial
von der Rohmaterialquelle aus, um das Rohmaterial zu schmelzen und
zu raffinieren; und Erzeugen eines Bades aus raffiniertem flüssigem Metall
in dem Elektroschlacke-Raffinationstiegel. Der Schritt der Stromzuführung umfasst
das Zuführen
von Strom in einer Menge, die ausreicht, das raffinierte flüssige Metall
in dem Bad aus raffiniertem flüssigem
Metall mit einer solchen Viskosität bereitzustellen, dass das
raffinierte flüssige
Metall aus der Öffnung
aufgrund seiner eigenen Viskosität
ausfließen
kann.
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Ein
weiterer in Anspruch 11 angegebener Aspekt der Erfindung schafft
ein Bodenabguss-Elektroschlacke-Raffinationsverfahren zum Raffinieren von
Rohmaterial aus einer Rohmate rialquelle in raffiniertes flüssiges Metall,
in dem das raffinierte flüssige Metall
aufgrund seiner eigenen Viskosität
abfließen kann.
Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines zu raffinierenden
Rohmaterials; Bereitstellen eines Elektroschlacke-Raffinations-Spalttiegels;
Bereitstellen einer Schlacke in dem Elektroschlacke-Raffinationstiegel;
Bereitstellen einer Bodenabgussstruktur für den Elektroschlacke-Raffinationstiegel
mit einer Öffnung,
aus welcher raffiniertes flüssiges
Metall aus dem Elektroschlacke-Raffinationstiegel als ein Ausfluss
von raffiniertem flüssigem
Metall abfließen kann;
Aufbauen eines Strompfades; Zuführen
von Strom zu dem Rohmaterial von der Rohmaterialquelle aus, um das
Rohmaterial zu schmelzen und zu raffinieren; und Erzeugen eines
Bades aus raffiniertem flüssigem
Metall in dem Elektroschlacke-Raffinationstiegel. Der Schritt der
Zuführung
von Strom umfasst wenigstens eines von: Ausbilden eines Bades aus
raffiniertem flüssigem
Metall, das eine ausreichende Tiefe aufweist, dass das raffinierte
flüssige Metall
in dem Bad eine Viskosität
beibehält,
aufgrund welcher das raffinierte flüssige Metall durch die Öffnung aufgrund
seiner eigenen Viskosität
abfließen kann;
und Zuführen
eines Stroms mit einem Wert der ausreicht, um das Bad aus raffiniertem
flüssigem
Metall auf eine Temperatur zu erwärmen, in welchem das Bad aus
raffiniertem flüssigem
Metall eine Viskosität
beibehält,
unter welcher das raffinierte flüssige Metall
durch die Öffnung
aufgrund seiner eigenen Viskosität
abfließen
kann.
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Ein
weiterer in Anspruch 12 angegebener Aspekt der Erfindung beschreibt
ein Bodenabgusssystem zur Elektroschlackenraffination von metallischem
Rohmaterial. Das Bodenabgusssystem besteht aus einer Einrichtung
zur Elektroschlackeraffina tion; einer Einrichtung zum Zuführen von
elektrischem Strom an die Einrichtung zur Elektroschlackeraffination;
und einer Einrichtung zum Erzeugen eines Bades aus raffiniertem
flüssigem
Metal. Der mittels der Zuführeinrichtung
zugeführte
Strom reicht aus, um dem raffinierten flüssige Metall in dem Bad aus
raffiniertem flüssigem
Metall eine Viskosität
zu erteilen, aufgrund derer das raffinierte flüssige Metall aufgrund seiner
eigenen Viskosität
abfließen
kann.
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Diese
und weitere Aspekte, Vorteile und wesentlichen Merkmale der Erfindung
werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung ersichtlich,
die in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen, in denen gleiche Teile durchgängig durch die Zeichnungen
mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, Ausführungsformen der Erfindung
offenbaren.
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Die
Erfindung wird nun detaillierter im Rahmen eines Beispiels unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
schematische Teilschnittseitenansicht einer Bodenabgussstruktur
für ein
Elektroschlacke-Raffinationssystem nach dem Stand der Technik ist;
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2 eine
schematische Teilschnittseitenansicht einer weiteren Bodenabgussstruktur
für ein Elektroschlacke-Raffinationssystem
nach dem Stand der Technik ist;
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3 eine
schematische Teilschnittseitenansicht einer Bodenabgussstruktur
gemäß Verkörperung
durch die Erfindung ist.
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Die
durch die Erfindung verkörperte
Bodenabgussstruktur kann mit Raffinationssystemen versehen werden,
um das Raffinationssystem mit einem Auslass für die Ausgabe eines Stromes
von raffiniertem flüssigem
Metall zu versehen. Die Schaffung einer durch die Erfindung verkörperten
Bodenabgussstruktur vermeidet die Notwendigkeit einer Kaltinduktions-Führungsstruktur,
wenn das raffinierte flüssige Metall
in dem Raffinationssystem ausreichend erwärmt wird, um einen Ausfluss
ohne zusätzliche
Erwärmung,
wie z.B. durch Induktionsheizelemente einer Kaltinduktions-Führungsstruktur,
zu erzeugen. Das Raffinationssystem kann aus jedem geeignetem Metallschmelz-
und Raffinationssystem bestehen, wie z.B., jedoch nicht darauf beschränkt, aus
Elektroschlacke-Raffinationssystemen, Vakuuminduktionsschmelz(VIM)-Systemen,
Vakuumlichtbogen-Aufschmelz-(VAR)-Systemen und anderen derartige Systemen,
die die Reinigung von Metallen betreffen. Die nachstehende Beschreibung
eines Elektroschlacke-Raffinationssystems ist lediglich exemplarisch, und
diese Beschreibung soll in keinerlei Weise die Erfindung einschränken.
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Die
Bodenabgussstruktur für
ein durch die Erfindung verkörpertes
Elektroschlacke-Raffinationssystem kann lediglich auf Wärme beruhen,
die durch ein Elektroschlacke-Raffinationssystem erzeugt wird, um
einen Strom von raffiniertem flüssigem
Metall daraus ausfließen
zu lassen. Die Bodenabgussstruktur für ein Elektroschlacke-Raffinationssystem
beruht nicht auf Wärme,
die durch eine Kaltinduktions-Führungs- struktur zum Ausgeben
eines Stromes von raffiniertem flüssigem Metall erzeugt wird.
Die Gießstruktur
für ein
durch die Erfindung verkörpertes
Elektroschlacke-Raffinationssystem ermöglicht ein Bodenabgießen eines
Stromes von raffiniertem flüssigem
Metall, in welchem der Strom von raffinierten flüssigen Metalls durch die Wärmemenge
gesteuert werden kann, die dem Elektroschlacke-Raffinationssystem
zugeführt
wird. Zusätzlich
beruht die Bodenabgussstruktur für
ein Elektroschlacke-Raffinationssystem unabhängig von der Form der Energiequelle nicht
auf Wärme,
die von irgendeiner anderen äußeren Energiequelle
erzeugt wird.
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Elektroschlacke-Raffinationssysteme
können
einen flüssigen
Metallstrom erzeugen, der durch eine Öffnung eines Elektroschlacke-Raffinationssystems
(hierin nachstehend als "Öffnung" bezeichnet) bei
Fehlen einer Kaltinduktionsenergie unter bestimmten Betriebsbedingungen
abfließen
kann. Eine dieser Bedingungen kann vorliegen, wenn ein Pegel von
raffiniertem flüssigem
Metall in einem Tiegel des Elektroschlacke-Raffinationssystem ausreichend niedrig
ist. Der Pegel des raffinierten flüssigen Metalls ist ausreichend
niedrig, wenn Energie, die zum Schmelzen und Raffinieren des Metalls
zugeführt wird,
das raffinierte flüssige
Metall ausreichend viskos halten kann, was bedeutet, das die Viskosität des raffinierten
flüssigen
Metalls ausreicht, dass das raffinierte flüssige Metall durch die Öffnung abfließt, ohne
eine weitere Erwärmung
zu erfordern. Das raffinierte flüssige
Metall, das unter diesen Bedingungen raffiniert wurde, behält eine
ausreichende Viskosität
zum Abfließen
ohne weitere Erwärmung,
wie z.B. einer aus einer Kaltinduktions-Führungsstruktur stammende Erwärmung bei.
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Eine
weitere Betriebsbedingung, die einen flüssigen Metallstrom erzeugen
kann, der durch eine Öffnung
bei Fehlen einer Kaltinduktionsenergie unter bestimmten Betriebsbedingungen
abfließen
kann, kann unter Elektroschlacke-Raffinationsbedingungen bei hohen
Temperaturen auftreten. Die hohen Temperaturen, wie sie von der
vorliegenden Erfindung verkörpert
werden, umfassen Temperaturen, die durch Durchleiten eines Stroms
durch das Elektroschlacke-Raffinationssystem zur Elektroschlacke-Raffination
erzeugt werden. Die genaue Temperatur kann abhängig von dem gerade raffinierten
Metall, den Raffinationsbedingungen, dem Grad der gewünschten
Fluidität
und anderen derartigen Faktoren abhängen. Der Strom wird von einer
geeigneten Stromquelle geliefert und heizt die Elektrode auf. Wärme wird
an das raffinierte flüssige
Metall unabhängig
von der Quelle des raffinierten flüssigen Metalls weitergeleitet.
Beispielsweise kann das raffinierte flüssige Metall ein Metall sein,
das aus einer Verzehrelektrode geschmolzen und danach raffiniert wird.
Alternativ kann das Metall zum Schmelzen und Raffinieren aus einer
anderen Quelle als der Elektrode stammen. Das erwärmte raffinierte
flüssige
Metall wird auf ausreichend hohe Temperaturen dahingehend erwärmt, dass
die Viskosität
ausreicht, dass das raffinierte flüssige Metall aus der Öffnung ohne zusätzliche
Zuführung
von Wärme
abfließt.
Daher muss eine Erwärmung
beispielsweise durch ein Induktionsheizelement, wie z.B. in einer
Kaltinduktions-Führungsstruktur,
nicht dem Elektroschlacke-Raffinationssystem mit einer Bodenabgussstruktur,
wie sie durch die Erfindung verkörpert
wird, zugeführt
werden.
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1 bis 3 veranschaulichen
Konfigurationen von Elektroschlacke-Raffinationssystemen mit Bodenabgussstrukturen,
wobei die Konfiguration innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung
liegt. In den nachstehenden Figuren werden gleiche Bezugszeichen
zur Bezeichnung gleicher Merkmale verwendet. 1 veranschaulicht
eine Bodenabgussstruktur 1 für ein Elektroschlacke-Raffinationssystem 10 innerhalb
des Schutzumfangs der Erfindung. Das Elektroschlacke-Raffinationssystem 10 weist
eine Verzehrelektrode 11, beispielsweise eine Verzehrelektrode
gemäß Beschreibung
in dem U.S. Patent Nr. 5,160,532 für Benz auf. Details des Verzehrelektroden-Zuführungsmechanismus
für das
Elektroschlacke-Raffinationssystem 10 und den Tiegel für das Elektroschlacke-Raffinationssystem
sind in dem Benz-Patent beschrieben und werden hier nicht beschrieben.
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In 1 weist
die Bodenabgussstruktur 1 nach dem Stand der Technik, wie
z.B. US-A-5 649 992 eine Bodenabgussstruktur 12 (hierin
nachstehend als "Bodenabgussstruktur" bezeichnet) auf.
Die Bodenabgussstruktur 12 weist eine Öffnung oder ein Loch 13 auf,
durch welches ein Strom von flüssigem Metall
hindurchfließen
kann. In 1 weist das Elektroschlacke-Raffinationssystem 10 eine
Schlacke 14 oder "Startplatte" aus einem metallischen
Material auf, welche auf der Bodenabgussstruktur 12 angeordnet
ist. Die Bodenabgussstruktur 12 besteht aus einer unteren
Oberfläche
eines Behälters
des Tiegels 18 des Elektroschlacke-Raffinationssystems.
Die Öffnung 13 ist
zu Beginn während
der Anfangsphasen der Elektroschlacke-Raffination geschlossen. Der Begriff "Anfangsphasen" bedeutet Phasen,
in welchen die Elektroschlackeraffination einen Strom von raffiniertem
flüssigem
Metall durch die Öffnung 13 erzeugt
hat. Während
dieser Phasen kann der Strom durch die Öffnung 13 durch die
Schlacke 14 verstopft werden, welche noch nicht bis in
einem flüssigen
Zustand erwärmt
worden ist.
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Die
Elektroschlacke-Raffination läuft
durch Zuführen
von Strom durch das Elektroschlacke-Raffinationssystem weiter ab.
Der Strom schmilzt Anteile der Verzehrelektrode 11 einschließlich Anteilen
der Verzehrelektrode 11, die mit der Schlacke 14 in
Kontakt stehen. Somit wird, wenn ausreichende Anteile der Verzehrelektrode 11 geschmolzen
sind, die Schlacke 14 flüssig. Eine Elektroschlacke-Raffination des
Metalls aus der Verzehrelektrode 11 kann, wie im Fachgebiet
bekannt, erfolgen. Die Elektroschlacke-Raffination tritt dann in
eine "Fließphase" des Elektroschlacke-Raffinationsbetriebs
ein, in welcher die Schmelzung der Startplatte 14 abgeschlossen
ist. Die Schmelzung der Startplatte 14 kann ein Bad 15 aus
raffiniertem flüssigem
Metall über
der Öffnung 13 in
dem Tiegel 16 ausbilden. Sobald das Bad 15 aus raffiniertem
flüssigem
Metall ausgebildet ist, kann ein Strom 25 aus raffiniertem
flüssigem
Metall aus der Öffnung 13 austreten.
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Wie
vorstehend diskutiert, erzeugt die Bodenabgussstruktur 1 für ein Elektroschlacke-Raffinationssystem 10 einen
Abfluss ohne zusätzliche
Erwärmung
des raffinierten flüssigen
Metalls durch eine Kaltinduktions-Führungsstruktur. Eine Bodenabgussbedingung,
wie sie durch die Erfindung verkörpert wird,
liegt vor, wenn der Flüssigkeitspegel
(alternativ als "Tiefe" bezeichnet) in dem
Bad 15 aus raffiniertem Metall (wie nachstehend diskutiert)
niedrig ist. Eine weitere Bodenabgussbedingung liegt vor, wenn durch
das Durchleiten von Strom zum Schmelzen der Schlacke 14 zugeführte Wärme ausrei chend
(wie nachstehend diskutiert) hoch ist, um Hochtemperatur-Elektroschlacke-Raffinationsbedingungen
zu erzeugen. Diese zwei Bedingungen können individuell oder in Kombination
miteinander angewendet werden, um einen Bodenabguss aus einer Bodenabgussstruktur
für Elektroschlacke-Raffination,
wie durch die Erfindung verkörpert,
zu erzielen.
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Die
Elektroschlacke-Raffinationskonfiguration von 1 kann
diese beiden Bodenabgussbedingungen erreichen. Beispielsweise kann
das Bad 15 mit dem raffinierten flüssigen Metall mit einer Gesamttiefe
d erzeugt werden. Die Tiefe d liegt bei einem Pegel, der ausreicht,
um einen signifikanten Wärmeverlust
in der geschmolzenen Verzehrelektrode 11 zu vermeiden.
Die Tiefe d ist so dimensioniert, dass sie einen Flüssigkeitspegel
bereitstellt, bei welchem die aus dem zum Schmelzen und Raffinieren zugeführten Strom
erzielte Wärme
ausreicht, um das raffinierte flüssige
Metall in dem Bereich der Öffnung 13 ausreichend
viskos zu halten, so dass das raffinierte flüssige Metall durch die Öffnung 13 ohne
ihr zugeführte
zusätzliche
Wärme abfließen kann.
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Ferner
kann die Hochtemperatur-Bodenabgussbedingung mit der Elektroschlacke-Raffinationskonfiguration
von 1 erzielt werden, indem hohe Temperaturen während der
Zuführung
von Strom für die
Elektroschlacke-Raffination erzeugt werden. Der Strom für die Elektroschlacke-Raffination
wird durch die Verzehrelektrode 11, die Schlacke 14 und
den Tiegel 18 in einem in Strichlinie in 1 dargestellten Strompfad 27 durchgeleitet.
Der Strompfad 27 enthält
eine Stromversorgungsvorrichtung 28. Der Strom, der zum
Schmelzen der Verzehrelektrode 11 und der Schlacke 14 zugeführt wird,
wird in Größen geliefert,
welche zum Schmelzen der Verzehrelektrode und der Schlacke 14 ausreichen,
und ist auch hoch genug, um das raffinierte flüssige Metall in dem Bereich
der Öffnung 13 ausreichend
viskos zu halten, so dass das raffinierte flüssige Metall durch die Öffnung 13 ohne
ihr zugeführte
zusätzliche
Wärme abfließen kann.
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2 stellt
eine weitere bekannte Bodenabgussstruktur 1 in einem Elektroschlacke-Raffinationssystem 50 dar.
Die Elektrode 110 in dem Elektroschlacke-Raffinationssystem 50 weist
eine Nicht-Verzehrelektrode auf, wobei die Nicht-Verzehrelektrode 110 einen
Anschluss für
den Strom bereitstellt, der zum Erwärmen und Schmelzen des Rohmaterials 20 zugeführt wird.
Das Rohmaterial 20 zum Raffinieren wird dem Elektroschlacke-Raffinationssystem 50 von irgendeiner
geeigneten Quelle aus zugeführt,
die von dem Strompfad getrennt ist, und kann aus festem Rohmaterial,
flüssigem
Rohmaterial, Partikelrohmaterial, Pulverrohmaterial und Kombinationen
davon bestehen. Die Nicht-Verzehrelektrode 110 wird nicht verbraucht
und kann aus einer gekühlten
Elektrode 110 bestehen. Beispielsweise kann die Nicht-Verzehrelektrode 110 aus
einer mit Kühlmittel
gekühlten, wie
z.B. einer wassergekühlten
Kupferelektrode, bestehen. Die Nicht-Verzehrelektrode 110 kann
mit einer geeigneten Isolierung versehen sein, wie wenigstens einer
Wärme-
und Elektro-Isolierung, wie z.B., jedoch nicht darauf beschränkt, mit
einer Molybdänisolierung.
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In
dem Elektroschlacke-Raffinationssystem 50 von 2 wird
das Rohmaterial 20 aus einer Quelle in den Tiegel 18 mittels
einer (nicht dargestellten) geeigneten Zuführungsgerätes oder Einrichtung zugeführt. Strom
wird entlang einem Strompfad 27 zugeführt, der die Nicht-Verzehrelektrode 110,
die flüssige
Schlacke 14 und den Tiegel 18 des Elektroschlacke-Raffinationssystems 50 umfasst.
Die Bodenabgussstruktur 1 bei dem Elektroschlacke-Raffinationssystem 50 erreicht
die Bodenabgussbedingungen in einer vorstehend beschriebenen Weise, und
es wird die Zuführung
von zusätzlicher
Wärme vermieden.
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3 stellt
eine Bodenabgussstruktur mit einem durch die Erfindung verkörperten
Elektroschlacke-Raffinationssystem 100 dar, um Bodenabgussbedingungen
in einer vorstehend beschriebenen Weise zu erreichen, in welcher
die Zuführung
von zusätzlicher
Wärme zu
dem raffinierten flüssigen
Metall vermieden wird. Der Tiegel 18 des Elektroschlacke-Raffinationssystems
von 3 weist eine Spalttiegelstruktur 180 auf.
Die Spalttiegelstruktur 180 besteht aus wenigstens zwei
Tiegelabschnitten, einem oberen Spalttiegelabschnitt 19 und
einem unteren Spalttiegelabschnitt 21. Jeder von den Spalttiegelabschnitten
bildet einen Teil des Stromzuführungspfades 271 für die Elektroschlacke-Raffinationsoperationen.
Der obere Spalttiegelabschnitt 19 und der untere Spalttiegelabschnitt 21 sind
elektrisch voneinander mittels einer geeigneten elektrischen Isolation 201 isoliert,
wodurch der Strompfad aus dem oberen Spalttiegelabschnitt 19 in
die Schlacke 14 und in den unteren Spalttiegelabschnitt 21 verläuft.
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Das
Elektroschlacke-Raffinationssystem 100 mit einer Bodenabgussstruktur
weist eine Rohmaterialzuführung 111 auf.
Die Rohmaterialzuführung 111 bildet
keinen Abschnitt des Strompfades, aus welchem zu schmelzendes und
raffinierendes Metall stammt. Daher kann die Bodenabgussstruktur
mit einem Elektroschlacke-Raffinationssystem 100 lagermäßige Verzehrelektroden,
die als eine Rohmaterialzuführung
zu nutzen sind, verwenden, wobei jedoch eine Verbindung des Strompfades 271 zu
der Rohmaterialzuführung 111 nicht
erforderlich ist, da der Strompfad durch die Spalttiegelstruktur 180 des Elektroschlacke-Raffinationssystem 100 hindurch vollständig ist.
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Die
Elektroschlacke-Raffination durch das Elektroschlacke-Raffinationssystem 100 mit
einer Bodenabgussstruktur 100 und einer Spalttiegelstruktur 180,
wie sie durch die vorliegende Erfindung verkörpert wird, erfolgt durch Zuführen eines
Stroms aus einer geeigneten Stromquelle 28 zu dem oberen Spalttiegelabschnitt 19.
Der Strom kann dann durch die Schlacke 14 und zu den unteren
Spalttiegelabschnitt 21 und zurück durch den Strompfad 27 fließen. Die
Bodenabgussstruktur 1 mit dem Elektroschlacke-Raffinationssystem 100,
wie es durch die Erfindung verkörpert
wird, erreicht die Bodenabgussbedingung in einer wie vorstehend
beschriebenen Weise und die Hinzufügung von zusätzlicher
Wärme wird
vermieden.
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Die
Abflussrate 25 durch die Bodenabgussstruktur 1 in
Elektroschlacke-Raffinationssystemen innerhalb des Schutzumfangs
der Erfindung abfließt, kann
gesteuert und angepasst werden, falls es gewünscht ist. Die Steuerung und
Anpassung des Abflusses kann auf die Schmelzrate der Verzehrelektrode 11,
das Rohmaterial 20 und die Rohmaterialzuführung 111 bezogen
werden, die so angepasst werden können, dass sie mit der gewünschten
Abflussrate übereinstimmen.
Beispielsweise kann die Strommenge, die durch den Strompfad 27 geführt wird,
zum Starten des Abflusses wie in dem Übergang von der Anfangsphase
zu einer Abflussphase gesteuert werden. Die Abflussphase kann eine
Stabilzustands-Abflussphase aufweisen, wenn der zugeführte Strom, und
somit die zugeführte
Wärme auf
einem relativ konstanten Strompegel gehalten wird, wobei der Begriff "konstant" in seiner herkömmlichen
Bedeutung für
einen Fachmann auf diesem Gebiet verwendet wird. Ferner kann, falls
dies gewünscht
ist, die Abflussrate gesteuert und verändert werden, indem die zugeführte Stromgröße verändert wird,
wobei ein Verringern eines zugeführten
Stromflusses eine Abflussrate verringern kann. Alternativ kann eine
Erhöhung
der Stromgröße die den
Elektroschlacke-Raffinationssystemen zugeführte Wärme erhöhen und eine entsprechende
Zunahme in der Abflussrate 25 bewirken.
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Der
Pegel des Bades 15 aus raffiniertem flüssigem Metall in dem Elektroschlacke-Raffinationssystem
kann ebenfalls den Abfluss 25 durch die Öffnung 13 steuern.
Der Abfluss nimmt im Allgemeinen mit einer vergrößerten Höhe des Bades aus raffiniertem
flüssigem
Metall zu. Somit erhöht
ein tieferes Bad aus raffiniertem flüssigem Metall die Abflussrate,
da der durch das Bad selbst auf den Abfluss ausgeübte Druck
dessen Intensität
erhöht.
Ebenso stellt eine Reduzierung der Tiefe des Bades weniger raffiniertes
flüssiges
Metall in dem Bad bereit und somit wird der Abfluss im Vergleich
zu einem tieferen Pool aus raffiniertem flüssigem Metall verringert.