DE1057291B - Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenschmelzen von Metallen in einer Stranggusskokille in Zwillingsausfuehrung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen und Umschmelzen von metallischen Werkstoffen mit Hilfe eines Lichtbogens in Schutzgas- und insbesondere in Vakuumöfeni. Das neue Verfahren ist besonders geeignet für hochschmelzende Metalle, wie Titan, Zirkon und deren Legierungen.

Beim Lichtbogenschmelzen von Metallen ist man mehr und mehr zu einer kontinuierlichen Schmelzweise übergegangen, bei der das Metall am zweckmäßigsten über die Lichtbogenelektrode, d. h. als sogenannte selbstverzehrende Elektrode, der Schmelzstelle zugeführt wird. Voraussetzung für die Anwen^ dung dieser sehr zweckmäßigen Arbeitsweise ist jedoch, daß das zu schmelzende Metall sich in entsprechende Formen, sei es durch Verschmelzen oder Pressen, überführen läßt, was z. B. bei als Blechstücke, Barrenabhiebe oder Schwammetall anfallendem Material schwierig oder sogar unmöglich sein kann. Aus diesem Rohmaterial lassen, sich daher häufig keinerlei Formen gewinnen, die als selbstverzehrende Elektrode eingesetzt werden könnten. Aber auch bei Reinmetallen oder Legierungen, die Uimgeschmolzem werden müssen, benötigt man zur Herstellung der selbstverzehrenden Elektroden stets entsprechende Kokillen in· mehreren Größen, um für die erste und die zweite Schmelzung die Elektroden in entsprechenden Größen gießen zu können.

Es ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen von Metallen mit Hilfe des elektrischen, Lichtbogens bekannt, nach dem der zu schmelzende Einsatz laufend von unten in Strangform dem Lichtbogen entgegen zugeführt wird. Dadurch sollen die bei der Einführung des festen Gutes von oben in das Sdhmelzgefäß auftretenden Schwankungen des Lichtbogenwiderstandes vermieden werden. Das Metall wird nach dem Niederschmelzen aus dem Sumpf durch ein seitliches Abflußrohr laufend abgezogen. Das Rohr, in dem der Strang von unten nach oben geführt wird, und das Abflußrohr sind dicht nebeneinander und im wesentlichen senkrecht angeordnet; sie können als oben, und unten offene Kokillen bezeichnet werden. Bei diesem Verfahren fällt das Scttmelzgut, das flüssig abgeführt werden muß, um die Kokille verfassen zu können, ungeformt an, d. h., es bedarf zu seiner Weiterverarbeitung noch der zusätzlichen Formgebung.

Auch das Stranggießen mit Abzug eines erstarrten Stranges als solches wird als bekannt vorausgesetzt.

Demgegenüber betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schmelzen von metallischen Werkstoffen mit Hilfe eines Lichtbogens in Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum, in einer unten und oben offenen, gekühlten StranggußkokiHe in Zwillingsausführung, die aus zwei einzelnen dicht nebeneinander senkrecht stehenden Kokillen besteht, wobei die laufende Zuführung Verfahren und Vorrichtung

zum Lichtbogenschmelzen von Metallen

in einer Stranggußkokille

in Zwillingsausführung

Anmelder:

Deutsche Gold- und Silber-Scheideanstalt

vormals Roessler, Frankfurt/M., Weißfrauenstr. 9

Dr. Alfred Boettcher, Frankfurt/M., ist als Erfinder genannt worden

des zu schmelzenden Metalls in Form eines Stranges durch die untere Öffnung der einen Kokille erfolgt.

Das neue Verfahren ist. erfindttngsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall als erstarrter Strang durch die untere Öffnung der anderen. Kokille parallel zum zugeführten Strang kontinuierlich nach unten abgezogen wird.

In den zahlreichen Fällen, bei denen es sich für die Gewinnung reiner Metalle, z. B. Titan, Zirkon, oder anderer nuclearreiner Werkstoffe, darum handelt, mehrfach umzuschmelzen,- erbringt das Verfahren gemäß der Erfindung einen wesentlichen Fortschritt, denn es erlaubt, durch einfache Umkehr der Bewegungsrichtung der Stränge das Metall beliebig oft dfer Einwirkung des Lichtbogens auszusetzen und es so einer Vielzahl von Schmelzvorgängen zu unterwerfen, ehe es endgültig als Strang aus der Kokille entfernt wird.

Nach einer bevorzugten Arbeitsweise hält man die über dem zuführendem und dem abziehenden. Strang stehenden Metallschmelzen, im wesentlichen getrennt, indem man, entweder eine gemeinsame Kokille mit Zwischenwand oder zwei dicht nebeneinander liegende Kokillen anwendet, wobei die Kokillenräume der gemeinsamen Kokille oder die beiden einzelnen, dicht nebeneinanderliegenden Kokillen durch an. sich bekannte Mittel, wie Kanäle, Aussparungen oder Bohrungen in der Kokille und den· Zwischenwänden miteinander in Verbindung stehen. Auf diese Weise kann das geschmolzene Metall, das ohnehin unter der Eiil·- wirkung des Lichtbogens und gegebenenfalls eines magnetischen Feldes, in lebhafter Bewegung steht, von

90S 510/228

Claims (2)

einem Kokillenraum in den anderen bzw. von einer Kokille in die andere übergehen und wird dann durch den entsprechenden Strang nach Erstarrung aus der Kokille oder dem Kokillenteil entnommen. Obgleich es möglich ist, das Metall in 'beiden Kokillenteilen oder beiden Kokillen durch einen, einzigen kräftigen Lichtbogen genügend hoch zu erhitzen, ist es im allgemeinen doch zweckmäßiger, über jeder der beiden Teikchmelzen einen gesonderten Lichtbogen brennen zu lassen. Dabei werden die Gegenelektroden vorteilhafterweise derart angeordnet, daß die Lichtbogen in der Nähe der Verbindungsstelle der beiden Teilschmelzen brennen, d. h. also in der Nähe der die Kokillenräume oder die Kokillen verbindenden Bohrungen oder Kanäle. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß das Metall an den Übergangsstellen nicht einfriert, sondern lebhaft von einer Kokille in die andere sich bewegen kann. Um den Übergang des geschmolzenen Metalles zwischen den beiden Kokillenräumen zu unterstützen, unterwirft man die Teilschmelzen mit Vorteil einer gegenläufigen Rotationsbewegung, etwa indem man die zur Doppe'lkokille zusammengesetzten Kokillen oder Kokillenräume mit je einer Rührspule umgibt, die die Schmelze in Bewegung setzt. Man kann den Austausch der Teilschmelzen allerdings auch dadurch erreichen, daß man sich mit einer gleichläufigen Bewegung begnügt, sofern etwa durch unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeit der Stränge ein Niveauunterschied in den beiden Kokillenteilen oder Kokillen eingehalten wird. Das Verfahren der Erfindung kann vollständig mit permanenten Elektroden, z. B. mit Wolf ramelektrodem, betrieben werden. Es ist aber auch möglich, selbstverzehrend«: Elektroden als Gegenelektroden zur Schmelze anzuwenden, so daß auf diese Weise erwünschte Legierungszusätze der Schmelze zugefügt werden können. Es wurde schon erwähnt, daß die Überführung des einzuschmelzenden Metalls in Strangform verhältnismäßig wenig Schwierigkeiten macht, da man an die Einhaltung bestimmter Abmessungen im Durchmesser der Stränge keineswegs gebunden ist. Es ist auch nicht ausgeschlossen, der Schmelzvorrichtung das einzuschmelzende Material außer über den Strang noch in anderer Weise zuzuführen, indem man in den Schmelzsumpf das zu schmelzende Gut direkt einträgt. Es liegt beispielsweise auch im Rahmen des Verfahrens der Erfindung, zunächst das eingesetzte Gut laufend einzuschmelzen, das Metall nach der Erstarrung in Form eines Stranges nach unten abzuziehen und den so erzeugten Strang nun wiederum durch die Schmelzvorrichtung zu führen und nach dem Umschmelzen einen zweiten Strang aus dieser abzuziehen. Wie schon erwähnt, kann die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung in Gestalt einer Doppelkokille mit jeweiligem Strangabzug aufgebaut sein, indem zwei rohrförmige Kokillen mit parallelen Längsachsen nebeneinander angeordnet und durch eine Aussparung am oberen Teil der aneinanderstoßenden Wände oder Kanäle oder kommunizierende Bohrungen derart miteinander verbunden werden, daß die Schmelze von der einen Kokille in die andere überlaufen kann. Da voraussetzungsgemäß jede der beiden Kokillen' mit einer öffnung für die Förderung des Stranges versehen ist, kann in einer derartigen Vorrichtung, der die entsprechenden Gegenelektroden für den Lichtbogen zugeordnet werden müssen, das Verfahren der Erfindung mit gegenläufigem Strangabzug ausgeübt werden. Eine andere Ausführungsform einer zweckmäßigen Vorrichtung ergibt sieh, wenn eine Kokilk mit zwei an der Unterseite für den, Strangabzuig angebrachten Öffnungen mit einer gekühlten Zwischenwand derart versehen ist, daß die Kokille in zwei Räume zerlegt wird, deren jeder eine Austrittsöffnung für den Strang aufweist. Die Zwischenwand ist dabei an ihrem oberen Ende mit Kanälen oder Bohrungen oder auch einer Aussparung derart versehen, daß die Schmelze aus dem ίο einen Kokillenraum in den anderen übertreten kann. Um die Bewegung der Schmelze zu bewirken, der für den Übertritt in die benachbarten. Kokillen räume oder Kokillen eine erhebliche Bedeutung zukommt, werden zweckmäßig Rührsputen benutzt. Dabei kann bei Anwendung einer Doppelkokille jede einzelne Kokille oder 'bei der mit Zwischenwand versehenen Kokille jeder Kokillenraum mit je einer Rührspule umgeben sein, die eine in beiden Kokillen oder Kokillenteilen gegenläufige Bewegung hervorruft. Es kann unter Umständen eine wesentliche Vereinfachung bedeuten, wenn die beiden Kokillenräume oder Kokillen mit einer gemeinsamen Rührspule umschlossen sind, wobei dann die über den Teilschmelzen stehenden Lichtbogen eine verschiedene Polarität aufweisen müssen, wenn auch bei dieser Abwandlung der Vorrichtung die Bewegung an den beiden Schmelzräumen gegenläufig vor sich gehen soll. Das Verfahren der Erfindung wird zusätzlich noch an Hand d-er Abbildung erläutert, die eine schematische Darstellung einer Schmelzvorrichtung zeigt. In der Abbildung bedeuten 1 und 2 die doppelwandigen gekühlten Kokillen, die durch einen Überlauf bei 3 miteinander in Verbindung stehen. 4 und 5 stellen die jeder Einzelkokille zugeordneten Elektroden dar. Der Kokille 1 wird von unten das einzuschmelzende Metall in Form des Stranges 6 zugeführt, der unter der Einwirkung der Elektrode 4 etwa bei 7 aufgeschmolzen wird. Unter dem Einfluß der Rührspule 8 gerät die Schmelze in lebhafte Rotationsbewegung und wird über den Überlauf in die Kokille 2 geschleudert, wo sie den Schmelzsumpf 9 bildet. Diese Schmelze wird durch die Rührspule 10 in entgegengesetzte Bewegung versetzt und nach dem Erstarren als Strang 11 nach unten abgezogen. Wie erwähnt, kann zum mehrmaligen Umschmelzen nun die Richtung des Stranges 11 umgekehrt, die entstehende Schmelze in dk Kokille 1 übergeführt und hier nach dem Erstarren als Strang 6 nach unten abgezogen werden, wobei diese Umkehrung der Strangrichtung so viele Male wiederholt werden kann, wie das Metall umgeschmolzen werden soll. Patentansprüche;

1. Verfahren zum Schmelzen von metallischen Werkstoffen mit Hilfe eines Lichtbogens in Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum, in einer unten und oben offenen, gekühlten Stranggußkokille in Zwillingsausführung, die aus zwei 'einzelnen dicht ntebeneinander senkrecht stehenden Kokillen besteht, wobei die laufende Zuführung des zu schmelzenden Metalls in Form eines Stranges durch die untere Öffnung der einen Kokille erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall als erstarrter Strang durch die untere Öffnung der anderen Kokille parallel zum zugeführten Strang kontinuierlich nach unten abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über jedem Strang stehenden Schmelzen durch eine Zwischenwand in der Ko-