DE2121439A1

DE2121439A1 - Plasmalichtbogen-Umschmelzverfahren

Info

Publication number: DE2121439A1
Application number: DE19712121439
Authority: DE
Inventors: Boris E.; Lakomskij Wiktor L; Torchow Gennadij F.; Kiew; Kapelnickij Walentin G.; Bakanow Konstantin P.; Moskau; Paton (Sowjetunion). M
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1970-06-29
Filing date: 1971-04-30
Publication date: 1972-01-05
Also published as: AT322123B; BE766338A; FR2096550B1; GB1305671A; SU324863A1; FR2096550A1; DE2121439C3; DE2121439B2; SE366487B

Description

212U39

Institut Elektrosvarki imeni 30. April 1971

E.O. Patona Akademii Nauk BZ/Hu Ukrainskoö SSR,

Kiew / UdSSR P 37 ^J

PLASMALICHaJBOGEN-ÜMSCHMELZVERFAHBEN

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Elektrometallurgie und kann zur Produktion wertvoller bimetallischer Werkstoffe verwendet v/erden.

Zur Produktion bimetallischer Werkstoffe wird zur Zeit eine gemeinsame Warmumformung von Blechen, Rohren, Stäben u. dgl. m« aus verschiedenartigen Materialien angewendet.

Das genannte Verfahren weist jedoch erhebliche Nachteile auf.

Eine sich bei gemeinsamer Warmumformung von Metallen bildende Diffusionsverbindung besitzt keine feste Haftung·

Bei diesem Verfahren ist das Metall in der Verbindungszone durch sich auf der Oberfläche der zu verbindenden Metalle ausbildende Gase und Oxyde verunreinigt.

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Bei einer Diffusionsverbindung von Metallen in festem Zustand ist es unmöglich, sie von schädlichen Beimengungen zu raffinieren.

Es ist auch ein Plasmalichtbogen-Umschmelzverfahren für abschmelzendes metallisches Halbzeug unter regelbarer Atmosphäre bekannt, bei dem das Umschmelzen mittels über att Kokille angeordneter Piasmatrone zustande kommt, während der Barren in der an eine Stromquelle angeschlossenen gekühlten KoJc¹Ue (DT-PS 17584-37) geformt wird.

Bei diesem Verfahren werden als Wärmeenergiequelle Lichtbogenplasmatrone eingesetzt· Die Plasmabrennzone befindet sich über der Kokif/e , db mit einem Ziehmechanismus für den Barren ausgerüstet ist· Das abschmelzende metallische Halbzeug wird der Plasmabrennzone mittels einer Vorschubvor-

rnit

richtung fortschreitend der Abschmelzung sei η er unteren Stirnseite zugeführt. Hierbei wird zwischen dem unteren Ende des durch die Vorschubvorrichtung gehaltenen Halbzeuges und

der

dem Schmelzbad in KoKTtIe ein Spalt ausgebildet, durch den das flüssige Metall in die. Kokille in Form von Tropfen und Strahlen übertragen wird»

Dieses Verfahren ermöglicht es, durch Verwenden verschiedener Gasmedien Redoxreaktionen zu steuern und das Metall von schädlichen Beimengungen zu raffinieren. Indem man sum Beispiel ein reduzierendes Mittel herstellt» kann man das Metall von

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Sauerstoff reinigen, und indem man ein oxydierendes Mittel herstellt, kann man aus dem Metall Kohlenstoff entfernen.

Jedoch gestattet es dieses Verfahren nicht, bimetallische üaz'ren zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Plasmalichtbogen-Umschmelzverfahren für ein abschmelzendes metallisches Halbzeug unter regelbarer Atmosphäre zu schaffen, das es ermöglicht, aus zwei Teilen bestehende Barren herzustellen: einem ungeschmolzenen Kern und einer äußeren Handzone aus umgeschmolzenem und raffiniertem Metall.

Es wird ein Plasmalichtbogen-Umschmelzverfahren für ein abschmelzendes metallisches Halbzeug unter regelbarer Atmosphäre vorgeschlagen, bei dem das Umschmelzen ti weh überefner KokiHe angeordnete Piasmatrone ei-fol^t, und der Barren in der an eine Stromquelle angeschlossenen gekühlten Kokille geformt wird. Gemäß der Erfindung wird in Ko Jt ϊ Ue ein Impf keim untergebracht, an diesem das Halbzeug angeordnet, die äußere Randschicht des HaIb-

s ich

zeuges erschmolzen, wodurch ein Schmelzbad bildet , dessen Spiegel cinder Außenseite durch die Wand der Kokille

und von der Innenseite durch den ungeschmolzenen Kern des Halbzeuges begrenzt ist, und das Halbzeug mit dem Fortschreiten des Aufschmelzens dessen äußerer Randschicht durch die Kokille gezogen wiVd.

Zur Erhaltung einer gleichen Schichtdicke des umgeechmol-

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zenen Metalls am ganzen Umfang eines zylindrischen Barrens ist es zweckmäßig, der Kokilie mit dem Impfkeim und dem Halbzeug beim Umschmelzvorgang eine Dreh- bzw. eine hin- und hergehende Drehbewegung um die Längsachse der Kokille zu verleihen.

Es ist ebenfalls zweckmäßig, zur Erhaltung einer gleichen Schichtdicke des umgeschmolzenen Metalls . am Umfang eines flachen Barrens den Piasmatronen im Umschmelzvorgang eine hin- und hergehende Bewegung z</ verleihen ., wobei der Abstand zwischen den Piasmatronen und den Barren unverändert bleibt.

Es ist auch zweckmäßig, zum Legieren des Metalls der aufgeschmolzenen Schicht des Halbzeuges auf den Badspiegel ein Legierungsmetall zu geben.

Zur Reinigung des Metallbarrens von unmetallischen Einschlüssen ist es erwünscht, an der Grenze des flüssigen Metalls mit dem ungeschmolzenen Kern des Halbzeuges auf den Badspiegel ein Flußmittel zu geben.

Infolge der Erfindung ist ein Plasmalicht-

bogen-Umschmelzverfahren geschaffen, das es ermöglicht, aus zv/ei Teilen bestehende Barren mit einer festen Haftung herzustellen: einerseits, aus einem ungeschmolzenen Kern, zum anderen, aus einer von schädlichen Beimengungen gereinigten Außenschicht.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungs-

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beispiels und der Zeichnungen näher erläutert werden, es zeigt:

Fig.1 schematisch den Längsschnitt durch einen Ofen zur Realisierung des Plasmalichtbogen-Umschmelzverfahrens

ζ or Herstellung zylindrischer Barren mit einer umgeschmolzenen äußeren Randschicht; Fig.2 dasselbe zur Herstellung flacher Barren; Fig.? den Schnitt HI-III der Fig.2;

Fig.4 schematisch einen Ofen zur Realisierung des Plasmali chtbogen-Uinschmelzverfahrens . zur Herstellung von Barren mit einer während des ümschmelzvorganges legierten Außenschicht.

Das abschmelzende metallische Halbzeugi(Fig.1) wird an

sieh

dem vorher in einer }1ώ. einer hermetisch abgedichteten Kammer 4 befindlichen Κοκϊ/fc ? untergebrachten Impf keim 2 angeordnet. Im folgenden wird die äußere Randschicht des Halbzeuges 1 mittels Piasmatronen5 aufgeschmolzen, wobei sich ein dünnflüssiges Schmelzbad 6 bildet, dessen Spiegel von der Außenseite durch die Wand 7 der KoKfIIe J, und von der Innenseite durch den ungeschmolzenen Kern 8 des Halbzeuges 1 begrenzt ist, und das Halbzeug 1 mit dem Fortschreiten des Aufschmelzens dessen äußerer- Randschicht und der Formung des Barrens 9 durch die Kokille ? gezogen wird.

Der ausgezogene Pfeil zeigt die Zugrichtung des HaIbzeugesi

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Das Plasmalichtbogen-Umschmelzen des Halbzeuges 1 und das Unterhalten des dünnflüssigen Bades 6 wird, durch die Wärme des in den Piasmatronen 5 erhaltenen niedrigschmelzenden Plasmas erreicht.

Zur Erhaltung einer gleichen Schichtdicke des umgeschmolzenen Metalls can ganzen Umgang eines zylindrischen Barrens 9 wird der Kokille J mit dem Impfkeim 2 und dem Halbzeug 1 im Umschmelzvorgang eine Drehbewegung um die Längsachse der Kokille 3 verliehen, deren Richtung durch punktierte Pfeile gezeigt ist.

Zv/ecks Vereinfachung der Konstruktion der Ofeneinrich tungen zur Wasser- und Elektroenergiezufuhr .ar de K

kann die Drehbewegung de*· K.oKälle 3 mit dem Impf keim 2 und dem Halbzeug 1 durch eine hin- und hergehende Drehbewegung ersetzt werden.

Zur Erhaltung einer gleichen Schichtdicke des umger» ' : .' i·- schmolzezien Metalls .am Umfang eines flachen Barrens 10 (Fig.2_? 3) wird den Piasmatronen 5 i-^m Umschmelzvorgang eine hin- und hergehende Bewegung verliehen, wobei der Abstand zwischen den Piasmatronen 5 und- dem Barren 10 unverändert bleibt. Die Richtungen der hin- und hergehenden Bewegung sind in Fig.3 durch Pfeile angegeben.

Zum Legieren des Metalls der aufgeschmolzenen Schicht des Halbzeuges 11 (Fig.4) wird auf den Spiegel des Jiacies 12 ein Legierungsmetall gegeben.

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Das schüttbare Legierungsmetall 13 wird mit Hilfe eines Dosierapparates 14 zugeführt. Das Legierungsmetall in Form von Stangen 15 wird durch den Mechanismus 16 zugeführt.

Der Dosierapparat 14 wird auch für die ^

In rf« Bad

eines Flußmittels ausgenutzt.

Das Flußmittel wird Mer zur Reinigung des Metallbarrens von unmetallischen Einschlüssen an der Grenze des flüssigen Metalls mit dem ungeschmolzenen Kern des Halbzeuges verwendet.

Die Dicke der umgeschmolzenen Schicht des Barrens wird

durch Änderung der Leistung der Piasmatrone 5 und die der Ziehcle.·

geschwindigkeit des Halbzeuges in Kokille 3 reguliert.

Bei der Herstellung eines zylindrischen oder flachen Barrens wird das geschmolzene Metall im Bad 6, 12 zur Entfernung ^aus dem Metall <^Les Säuerstoffes^mit einem wasserst offhaltigen Gas bearbeitet, oder es wird auf das Metall ein stickstoffhaltiges Gas zum Legieren des Metalls mit Stickstoff gegeben.

Die Regelung der Gasatmosphäre wird sowohl durch Änderung der Zusammensetzung des den Piasmatronen zugeführten plasmabildenden Gases als auch, durch Druckänderung in der Ofenkammer verwirklicht.

Nach dem vorgeschlagenen Verfahren wurde eine Umschmelzung der abschmelzbaren Halbzeuge aus Stählen und Legierungen durch Ziehen der Halbzeuge durch ei« gekühlte KokMf e

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bt\ AufSchmelzung der äußeren Randschicht unter Beibehaltung des ungeschmolzenen Kernes der Halbzeuge durchgeführt.

Das Umschmelzen erfolgte mit Hilfe der mit einem Gleich- und Wechselstrom in der Atmosphäre von Argon, Helium, Wasserstoff und deren Gemischen arbeitenden Piasmatrone.

Zusammen mit dem erhitzenden Plasma wurde auf das Metall aer das Umschmelzgut legierende Stickstoff gegeben. ψ Während des Umschmelzvorganges wurden auf den Badspiegel auch feste Legierungsmetalle und ein Flußmittel gegeben.

Hierbei war der Verbrauch an Elektroenergie und plasmabildendem Gas pro Tonne Barrenmasse um zwei- bis dreimal geriger gegenüber den bestehenden Plasmalichtbogen-Umschmelzverfahren.

Infolge der Umschmelzung nach dem vorgeschlagenen Verfahren sind aus zwei 'feilen bestehende Barren hergestellt: . einem ungeschmolzenen Kern und einer äußeren Handschicht aus umgeschmolzenem, bei der Umschmelzung legiertem Metall.

Die Haftung des Kernes der Barren mit der umgeschmolzenen Schicht war fest.

Das Barrenmetall enthielt in der Verbindungszone und in der Außenschicht keine schädlichen Beimengungen, falls das abschmelzende Halbzeug in der Atmosphäre von Argon, Helium, Wasserstoff und deren Gemischen umgeschmolzen worden war.

Bei der umschmelzung des abschmelzenden Halbzeuges in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre wurden Barren hergestellt,

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deren Bandschicht mit Stickstoff legiert war, während der Kern der Barren keinen Stickstoff enthielt. Die Barren wiesen eine ebene Oberfläche ohne Bisse auf, die keiner Be arbeitung vor der plastischen Deformation bedurfte.

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Claims

30. April 1971 RZ/Hu P 37 714/2 PATENTANSPRÜCHE:

1. Plasmalichtbogen-Umschmelzverfahren für ein abschmelzendes metallisches Halbzeug in regelbarer Atmosphäre, bei dem das Umschmelzen durch über eme*· Kokille angeordnete Piasmatrone erfoi^t, und der Barren in der an eine Stromquelle angeschlossenen gekühlten KoKilie geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kokille ein Impf keim untergebracht wird, an dem das Halbzeug angeordnet wird, die äußere Randschicht des Halbzeuges erschmolzen wird, wodurch sich ein Schmelzbad bildet, dessen Spiegel on der Außenseite durch die Wand der Kokille- und von der rmi©as©it'S durch den ungeschmol-

daß

ζ en en Kern des Halbzeuges begrenzt ist, und das Halbzeug mit dem Fortschreiten des Aufschmelzens dessen äußerer Randschicht durch die Kokille gezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch; gekennzeichnet , daß zur Erhaltung einer gleichen Schichtdicke des umgeschmolzenen Metalls qm

Umfang eines zylindrischen Barrens der Kok Γ Lie mit dem

Impfkeim und dem Halbzeug bei der Umschmelzung eine Drehbzw, eine hin- und hergehende Drehbewegung um die Längsachse de>* Kokille verliehen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

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kennzeichnet , daß zur Erhaltung einer gleichen Schichtdicke des umgeschmolzenen Metalls am Umfang

eines flachen Barrens den Piasmatronen bei der Umschmelzung eine Pendelbewegung verliehen wird, wobei der Abstand zwischen den Piasmatronen und den Barren unverändert bleibt.

4·. Verfahren nach Anspruch 1 bis J, dadurch gekennzeichnet , daß zum Legieren des Metalls

der aufgeschmolzenen Schicht des Halbzeuges auf den Badspiegel ein Legierungsmetall gegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß zur Reinigung des Metallbarrens von den unmetallischen Einschlüssen an der Grenze des flüssigen Metalls mit dem ungeschmolzenen Kern des Halbzeuges auf den Badspiegel ein Flußmittel gegeben wird.

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