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DE1057291B - Process and device for arc melting of metals in a continuous casting mold in twin design - Google Patents

Process and device for arc melting of metals in a continuous casting mold in twin design

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Publication number
DE1057291B
DE1057291B DED20436A DED0020436A DE1057291B DE 1057291 B DE1057291 B DE 1057291B DE D20436 A DED20436 A DE D20436A DE D0020436 A DED0020436 A DE D0020436A DE 1057291 B DE1057291 B DE 1057291B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
mold
strand
molds
melt
metal
Prior art date
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Pending
Application number
DED20436A
Other languages
German (de)
Inventor
Dr Alfred Boettcher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Degussa GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Degussa GmbH filed Critical Degussa GmbH
Priority to DED20436A priority Critical patent/DE1057291B/en
Publication of DE1057291B publication Critical patent/DE1057291B/en
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B34/00—Obtaining refractory metals
    • C22B34/10—Obtaining titanium, zirconium or hafnium
    • C22B34/12—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
    • C22B34/1295—Refining, melting, remelting, working up of titanium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/0401—Moulds provided with a feed head
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/10—Handling in a vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B5/00—Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated
    • F27B5/04—Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

DEUTSCHESGERMAN

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.The invention relates to a method and a device for melting and remelting metallic materials Materials with the help of an electric arc in inert gas and especially in vacuum furnaces. The new The process is particularly suitable for refractory metals such as titanium, zircon and their alloys.

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.When it comes to arc melting metals, one is more and more into a continuous mode of melting passed in which the metal is most conveniently via the arc electrode, i. H. as so-called consumable electrode that is fed to the melting point. Requirement for the application This very convenient method of working is, however, that the metal to be melted is in appropriate Forms, be it by fusing or pressing, can be transferred what z. B. with as sheet metal pieces, Cutting off ingots or sponge metal can be difficult or even impossible. the end This raw material can therefore often not be used as a self-consuming electrode could be used. But also with pure metals or alloys that are unmelted must, you always need corresponding molds in several sizes in order to have the electrodes in corresponding sizes for the first and the second melting to be able to pour.

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.It is a process for the continuous melting of metals with the help of the electric arc known, after which the insert to be melted continuously from below in the form of a strand towards the arc is fed. As a result, when the solid material is introduced from above into the collecting vessel occurring fluctuations in the arc resistance can be avoided. The metal is after the melting down continuously withdrawn from the sump through a side drain pipe. The pipe, in which the strand is led from bottom to top, and the drainpipe are close together and in arranged essentially vertically; they can be referred to as molds that are open at the top and bottom. at This process falls to the Sctmelzgut, which must be removed in liquid form in order to create the mold can, unshaped, d. i.e., it needs to be further processed nor the additional shape.

Auch das Stranggießen mit Abzug eines erstarrten Stranges als solches wird als bekannt vorausgesetzt.Continuous casting with the withdrawal of a solidified strand as such is also assumed to be known.

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 VorrichtungIn contrast, the invention relates to a method for melting metallic materials with Using an arc in a protective gas atmosphere or in a vacuum, in a cooled one that is open at the bottom and top Continuously cast cociHe in twin design, consisting of consists of two individual molds standing close together perpendicularly, with the current supply Method and device

zum Lichtbogenschmelzen von Metallenfor arc melting of metals

in einer Stranggußkokillein a continuous casting mold

in Zwillingsausführungin twin design

Anmelder:Applicant:

Deutsche Gold- und Silber-ScheideanstaltGerman gold and silver refinery

vormals Roessler, Frankfurt/M., Weißfrauenstr. 9formerly Roessler, Frankfurt / M., Weißfrauenstr. 9

Dr. Alfred Boettcher, Frankfurt/M., ist als Erfinder genannt wordenDr. Alfred Boettcher, Frankfurt / M., Has been named as the inventor

des zu schmelzenden Metalls in Form eines Stranges durch die untere Öffnung der einen Kokille erfolgt.of the metal to be melted takes place in the form of a strand through the lower opening of a mold.

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.The new procedure is. characterized according to the invention, that the molten metal as a solidified strand through the lower opening of the other. The mold is continuously withdrawn downwards parallel to the strand supplied.

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.In the numerous cases where the Extraction of pure metals, e.g. B. titanium, zirconium, or other nuclear pure materials, to be remelted several times, - the procedure according to the invention a significant advance, because it allows, by simply reversing the direction of movement of the strands to expose the metal as often as desired to the action of the arc and so subject to a multitude of melting processes before it is finally removed as a strand from the mold will.

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, vonAccording to a preferred mode of operation, the one holds the above the supplying and the withdrawing. strand standing molten metal, essentially separated by one, either with a common mold Partition wall or two closely spaced molds are used, with the mold spaces being common Mold or the two individual molds lying close together. confessed Means, such as channels, recesses or bores in the mold and the partition walls with one another stay in contact. In this way the molten metal, which is already under the egg - effect of the arc and possibly a magnetic field, is in lively motion, of

90S 510/22890S 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;one mold space into the other or from one mold into the other and is then removed by the corresponding strand after solidification from the mold or the mold part. Although it is possible to heat the metal in both mold parts or both molds to a sufficiently high level by a single powerful arc, it is generally more expedient to have a separate arc burn over each of the two partial melts. The counter-electrodes are advantageously arranged in such a way that the arcs burn in the vicinity of the junction of the two partial melts, d. H. that is, in the vicinity of the bores or channels connecting the mold spaces or the molds. This measure ensures that the metal does not freeze at the transition points, but can move vigorously from one mold to the other. In order to support the transition of the molten metal between the two mold chambers, the partial melts are advantageously subjected to a counter-rotating movement, for example by surrounding the molds or mold chambers assembled to form a double mold with a stirring coil each, which sets the melt in motion. The exchange of the partial melts can, however, also be achieved by contenting oneself with a simultaneous movement, provided that a difference in level in the two mold parts or molds is maintained due to the different speed of movement of the strands. The method of the invention can be carried out entirely with permanent electrodes, e.g. B. be operated with Wolf ramelectrodem. However, it is also possible to use self-consuming electrodes as counter-electrodes to the melt, so that in this way desired alloy additives can be added to the melt. It has already been mentioned that the conversion of the metal to be melted into strand form causes relatively few difficulties, since one is in no way bound to the observance of certain dimensions in the diameter of the strands. It is also not ruled out that the material to be melted can be fed to the melting device in some other way, apart from via the strand, by introducing the material to be melted directly into the melting sump. For example, it is also within the scope of the method of the invention to first continuously melt the material used, to pull off the metal downwards in the form of a strand after solidification and then to lead the strand thus produced again through the melting device and, after remelting, a second strand deduct this. As already mentioned, the device for carrying out the method of the invention can be constructed in the form of a double mold with respective strand withdrawal by arranging two tubular molds with parallel longitudinal axes next to one another and connecting them to one another through a recess in the upper part of the abutting walls or channels or communicating bores that the melt can overflow from one mold into the other. Since, as a prerequisite, each of the two molds is provided with an opening for the conveyance of the strand, the method of the invention can be carried out with opposing strand withdrawal in such a device to which the corresponding counter-electrodes for the arc must be assigned. Another embodiment of an expedient device results when a mold with two openings on the underside for the strand drawer is provided with a cooled partition so that the mold is divided into two spaces, each of which has an outlet opening for the strand. The intermediate wall is provided at its upper end with channels or bores or a recess in such a way that the melt can pass from one mold space into the other. In order to bring about the movement of the melt, that for the passage into the neighboring ones. Mold spaces or molds are of considerable importance, agitating rods are expediently used. When using a double mold, each individual mold or, in the case of the mold provided with a partition wall, each mold space can be surrounded by a stirring coil, which causes a movement in opposite directions in both molds or mold parts. Under certain circumstances, it can mean a significant simplification if the two mold chambers or molds are enclosed by a common stirring coil, in which case the arcs above the partial melts must have a different polarity, even if the movement at the two melting chambers is opposite in this modification of the device should go on. The method of the invention is also explained with reference to the figure, which shows a schematic representation of a melting device. In the figure, 1 and 2 denote the double-walled, cooled molds, which are connected to one another by an overflow at 3. 4 and 5 represent the electrodes assigned to each individual mold. The metal to be melted is fed to the mold 1 from below in the form of the strand 6, which is melted under the action of the electrode 4 approximately at 7. Under the influence of the stirring coil 8, the melt begins to rotate rapidly and is thrown over the overflow into the mold 2, where it forms the melt sump 9. This melt is set in opposite motion by the stirring coil 10 and, after solidification, is drawn off downward as a strand 11. As mentioned, the direction of the strand 11 can now be reversed for repeated remelting, the resulting melt can be transferred to the mold 1 and withdrawn here as strand 6 after solidification, whereby this reversal of the strand direction can be repeated as many times as that Metal is to be remelted. Claims; 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.1. Process for melting metallic materials with the help of an electric arc in Protective gas atmosphere or in a vacuum, in a cooled continuous casting mold that is open at the bottom and top in twin design, consisting of two individual ones standing close to each other and perpendicular to each other Molds exist, with the ongoing supply of the metal to be melted in the form of a Strand is carried out through the lower opening of a mold, characterized in that the molten Metal as a solidified strand through the lower opening of the other mold parallel to the supplied strand is continuously withdrawn downwards. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über jedem Strang stehenden Schmelzen durch eine Zwischenwand in der Ko-2. The method according to claim 1, characterized in that the standing above each strand Melting through a partition in the
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