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Die
Anmeldung beansprucht die Priorität der Provisional Application
mit dem Titel „Elektroschlacken-Raffinationsofen
mit kontinuierlicher Zuführung" von Knudsen et.
al., US Serien Nr. 60/121,184, die am 23. Februar 1999 eingereicht
wurde.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf Raffinationssysteme und Verfahren. Im
Besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein Abschmelzelektroden-Zuführungssystem
und Verfahren für
Raffinationssysteme.
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Einige
konventionelle Raffinationssysteme verwenden Gussblöcke als
Quelle des zu raffinierenden Metalls. Zum Beispiel kann bei der
Elektroschlacken-Raffination ein Elektroschlacken-Raffinationssystem
eine Abschmelzelektrode sowohl als Quelle für das Rohmetall als auch als
Teil des elektrischen Stromkreises zum Schmelzen des Gussblocks
verwendet werden. Diese Elektroschlacken-Raffinationssysteme und
Verfahren erfordern wesentliche Vorbereitung für die Bestückung und Verwendung der Abschmelzelektroden.
Typischerweise wurden Abschmelzelektroden an einer Vorrichtung zur
Kontrolle der vertikalen Bewegung, wie bspw. einem Stummel, der
an einer Bewegungsvorrichtung befestigt ist, die für eine mechanische
Bewegung der Abschmelzelektrode in das Elektroschlacken-Raffinationssystem
hinein sorgt. Die Vorrichtung zur Kontrolle der vertikalen Bewegung
kann eine Schweißnaht zwischen
der Abschmelzelektrode und dem Stummel der Vorrichtung zur Kontrolle
der Vertikalbewegung, eine Schraube oder eine bolzenartige Verbindung zwischen
der Abschmelzelektrode und dem Stummel der Vorrichtung zur Kontrolle
der Vertikalbewegung, Klammern zwischen der Abschmelzelektrode und dem
Stummel der Vorrichtung zur Kontrolle der Vertikalbewegung, und
andere Strukturen zur Kontrolle der Vertikalbewegung zwischen der
Abschmelzelektrode und dem Stummel der Vorrichtung zur Kontrolle der
Vertikalbewegung umfassen. Die Vorrichtung zur Kontrolle der Vertikalbewegung
sorgt auch für
den elektrischen Kontakt zwischen der Abschmelzelektrode und der
elektrischen Energieversorgung.
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Bei
der Elektroschlacken-Raffination wird das Schmelzen der Abschmelzelektrode
und die Bewegung der Abschmelzelektrode typischerweise bevor ein
Ende der Abschmelzelektrode erreicht wird gestoppt, das von dem
Abschmelzelektrodenende entfernt liegt, das mit dem Elektroschlacken-Raffinationssystem
zusammenwirkt. Das Abstoppen der Bewegung ist erforderlich, um die
noch vorhandene Abschmelzelektrode auszuwechseln, indem in dem Elektroschlacken-Raffinationssystem
eine neue Abschmelzelektrode für
die Raffination zur Verfügung gestellt
und die neue Abschmelzelektrode mit der Vorrichtung zur Kontrolle
der Vertikalbewegung verbunden wird. Das Abstoppen der Bewegung
ist erforderlich, um die Beschädigung
der Bestandteile der Vorrichtung zur Kontrolle der Vertikalbewegung
zu vermeiden, z.B. wenn die Bestandteile der Vorrichtung zur Kontrolle
der Vertikalbewegung zu nahe an die Schmelze des Elektroschlacken-Raffinationssystems
gelangen. Das Abstoppen der Bewegung soll die Kontamination der
Elektroschlacken-Raffinationsschmelze
vermeiden, wobei die Kontaminationen z.B. von der Vorrichtung zur
Kontrolle der Vertikalbewe gung stammen. Das Abstoppen der Bewegung, obwohl
bei den konventionellen Elektroschlacken-Raffinationssystemen erforderlich,
ist unerwünscht,
weil es die Betriebszeit des Elektroschlacken-Raffinationssystems
verringert, was in Verlusten der durch Elektroschlacken-Raffination
erzielten Ausbeuten resultiert, die Ausfallzeit des Elektroschlacken-Raffinationssystems
erhöht
und die Kontaminationen gegenüber
dem Elektroschlacken-Raffinationssystem erhöhen kann.
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Elektroschlacken(ESR)-Systeme
und Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel
sind Elektroschlacken-Raffinationssysteme, Verfahren, und damit
im Zusammenhang stehende Merkmale im US Patent No. 5,160,512 von
Benz et al., das auch eine Kalt-Induktions-Steuerung (CID) -Übertragungsvorrichtung
offenbart, so wie in GB-A 2 058 528, US-A 3,752,896 und JP-A 4072039
dargelegt.
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Zusätzliche
Elektroschlacken-Raffinationssysteme, Verfahren und damit im Zusammenhang stehende
Merkmale sind in den folgenden US-Patenten, die alle vom Anmelder
der vorliegenden Erfindung angemeldet wurden, dargelegt: US Patent
No. 5,160,532 von Benz et al., US Patent No. 5,310,165 von Benz
et al., US Patent No. 5,325,906 von Benz et al., US Patent No. 5,348,566
von Sawyer et al., US Patent No. 5,366,206 von Sawyer et al., US
Patent No. 5,472,177 von Benz et al., US Patent No. 5,480,097 von
Carter Jr. et al., US Patent No. 5,649,992 von Carter Jr. et al.,
US Patent No. 5,649,993 von Carter Jr. et al., US Patent No. 5,683,653
von Benz et al., US Patent No. 5,769,151 von Carter Jr. et al.,
US Patent No. 5,809,057 von Benz et al., und US Patent No. 5,810,066
von Knudsen et al.
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Weiterhin
können
die Schwierigkeiten bei der Bildung von Gusskörpern, wie z.B. Gusskörpern mit großem Durchmesser,
so wie jene mit Durchmessern von größer als etwa 18 Inches (etwa
45 cm) und während
dem Abstoppen der Bewegung, dem Verbinden und dem Wechseln der Abschmelzelektrode
verstärkt
auftreten. Der Vorgang des Gießens
eines Gussblocks mit großem
Durchmesser nutzt typischerweise mehrere Abschmelzelektroden, die
mit einer Vorrichtung zur Kontrolle der Vertikalvorrichtung verbunden
sind. Inhomogene Bereiche können sich
in dem entstehenden Gusskörper
während
jeder Handlung zur Anbringung der Abschmelzelektroden ergeben. Die
inhomogenen Bereiche können
aus geringfügigen
Variationen der Zusammensetzung in den Abschmelzelektroden, aus
Kontaminantien, die während
des Abstoppens der Bewegung und Handlungen zur Anbringung der Abschmelzelektroden
in die Elektroschlacken-Raffinationsschmelze eindringen mögen, aus
voneinander abweichenden Elektroschlacken-Raffinationsbedingungen vor und nach dem
Abstoppen der Bewegung und aus anderen derartigen Variablen der
Elektroschlacken-Raffination resultieren. Diese inhomogenen Bereiche
sind natürlich
in dem entstehenden Gusskörper
und jedem Gegenstand, so wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein,
in den aus dem Gusskörper
geformten Turbinen-Komponenten, unerwünscht.
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Daher
besteht ein Bedarf zur Schaffung von Abschmelzelektroden für Elektroschlacken-Raffinationssysteme
und – Verfahren,
die das Abstoppen der Bewegung bei der Elektroschlacken-Raffination
vermeiden. Weiterhin besteht ein Bedarf für die Schaffung von Elektroschlacken-Raffinationssystemen und
-Verfahren, die Ausbeuteverluste, Kontaminationen während der
Elektroschlacken-Raffination und Beschädigung gegenüber der
Vorrichtung zur Kontrolle der Vertikalbewegung vermeiden. Weiterhin
besteht ein Bedarf für
Elektroschlacken-Raffinationssysteme und -Verfahren, welche die
Bildung inhomogener Bereiche während
des Abstoppens der Bewegung der Elektrode und den Handlungen der
Anbringung der Abschmelzelektrode vermeiden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Aspekt der Erfindung legt ein Abschmelzelektroden-Zuführungssystem
für ein
Raffinationssystem dar. Das Abschmelzelektroden-Zuführungssystem
weist eine Seitenzuführungsvorrichtung
auf, welche die Abschmelzelektroden einem Raffinationssystem in
einer ersten Richtung zuführt;
eine Raffinationszuführungsvorrichtung,
die einem Raffinationssystem Abschmelzelektroden in einer zweiten
Richtung zuführt,
wobei die zweite Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten
Richtung ist; wobei die genannte Raffinationsvorrichtung, die mit
den Abschmelzelektroden sowohl oberhalb als auch unterhalb einer
Verbindungsplattform in Eingriff steht; und ein Verbindungssystem,
das die Abschmelzelektroden miteinander verbindet. Das Abschmelzelektroden-Zuführungssystem
erlaubt es, dass eine vorbestimmte Menge einer Abschmelzelektrode
in einem Raffinationssystem raffiniert wird und dass eine weitere
Abschmelzelektrode über
einer vorhergehend zugeführten
Abschmelzelektrode positioniert wird. Das Verbindungssystem kann
dann eine zugeführte Abschmelzelektrode
mit einer vorhergehend zugeführten
Abschmelzelektrode verbinden und so ein Stoppen des Raffinationsvorgangs
vermeiden.
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Die
Erfindung legt ein Verfahren zur Zuführung von Abschmelzelektroden
in einem Raffinationssystem dar. Das Zu führungsverfahren beinhaltet die
Zuführung
von Abschmelzelektroden zu einem Raffinationssystem in einer ersten
Richtung; die Zuführung
von Abschmelzelektroden zu einem Raffinationssystem in einer zweiten
Richtung, wobei die zweite Richtung im Wesentlichen senkrecht zu
der ersten Richtung ist; das Verbinden der zugeführten Abschmelzelektroden miteinander;
und die Raffination der Abschmelzelektroden, sobald sie dem Raffinationssystem
zugeführt
werden. Das Verfahren erlaubt die Raffination einer vorbestimmten
Menge der Abschmelzelektrode in dem Raffinationssystem, die Zuführung einer
anderen Abschmelzelektrode oberhalb einer vorhergehend zugeführten Abschmelzelektrode,
und das Verbinden der Abschmelzelektrode mit einer vorhergehend
zugeführten
Abschmelzelektrode zur Vermeidung eines Abstoppens des Raffinationsvorgangs.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Abschmelzelektroden-Zuführungssystem
zur Versorgung eines Elektroschlacken-Raffinationssystems mit Abschmelzelektroden
zur Verfügung.
Das Elektroschlacken-Raffinationssystem weist eine Kalt-Induktionsführung auf.
Das Abschmelzelektroden-Zuführungssystem
weist eine Seitenzuführungsvorrichtung
auf, die einem Raffinationssystem Abschmelzelektroden in einer ersten
Richtung zuführt,
wobei die Seitenzuführungsvorrichtung
mindestens aus einem von Fördereinrichtungen,
Kränen,
Schienen, Hebeeinrichtungen und Kombinationen daraus ausgebildet
ist, um eine Abschmelzelektrode in einer Anordnung zur Zuführung zu
der Raffinationszuführungsvorrichtung
auszurichten; sowie eine Raffinationszuführungsvorrichtung für die Zuführung der
Abschmelzelektroden zu einem Raffinationssystem in einer zweiten
Richtung, wobei die zweite Richtung im Wesentlichen senkrecht zu
der ersten Richtung ist und wobei die Raffinationszuführungsvorrich tung
aus Rollkettenvorrichtungen, Gleisvorrichtungen, Riemenvorrichtungen,
Kettenvorrichtungen und Kombinationen davon ausgewählt ist
um eine kontrollierte Bewegung der Abschmelzelektrode zum Raffinationssystem
hin zu erreichen; und ein Verbindungssystem zur Verbindung der zugeführten Abschmelzelektroden
untereinander. Das Verbindungssystem ist ausgewählt aus mindestens einem von
Schweißverbindungssystemen,
Hartlötungsverbindungssystemen,
Lötverbindungssystemen,
Schmelzverbindungssystemen und Kombinationen davon. Nachdem in dem
Raffinationssystem ein vorbestimmter Betrag der Abschmelzelektrode
raffiniert wurde, wird eine andere Abschmelzelektrode oberhalb der
vorhergehenden Abschmelzelektrode durch eine Seitenzuführungsvorrichtung
positioniert. Das Verbindungssystem verbindet dann die zugeführte Abschmelzelektrode
mit der vorhergehend zugeführten Abschmelzelektrode,
wobei ein Stoppen des Raffinationsvorgangs, in welchem Abschmelzelektroden
zur Raffination bereitgestellt werden, vermieden wird.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung stellt ein Elektroschlacken-Raffinationssystem
zur Verfügung, das
ein Abschmelzelektroden-Zuführungssystem aufweist.
Ein Elektroschlacken-Raffinationssystem weist eine Elektroschlacken-Raffinationsstruktur; eine
Kaltherdstruktur; und ein Abschmelzelektroden-Zuführungssystem
für die
Zuführung
der Abschmelzelektroden zu dem Elektroschlacken-Raffinationssystem auf. Das Abschmelzelektroden-Zuführungssystem
enthält
eine Seitenzuführungsvorrichtung,
welche die Schmelzelektroden dem Elektroschlacken-Raffinationssystem
in einer ersten Richtung zuführt;
eine Raffinations-Zuführungsvorrichtung,
welche die Abschmelzelektroden dem Elektroschlacken-Raffinationssystem
in einer zweiten Richtung zuführt,
wobei die zweite Richtung im We sentlichen senkrecht zu der Ersten
ist; und ein Verbindungssystem, das die zugeführten Abschmelzelektroden miteinander
verbindet. Das Elektroschlacken-Raffinationssystem mit dem Abschmelzelektroden-Zuführungssystem
erlaubt, dass eine vorbestimmte Menge der Abschmelzelektroden in
dem Elektroschlacken-Raffinationssystem raffiniert und eine andere
Abschmelzelektrode oberhalb der vorhergehend zugeführten Abschmelzelektrode
durch eine Seitenzuführungsvorrichtung
positioniert wird. Das Verbindungssystem verbindet eine zugeführte Abschmelzelektrode
mit einer vorhergehend zugeführten
Abschmelzelektrode, so dass das Stoppen des Raffinationsvorgangs
bei der Zuführung
von Abschmelzelektroden zur Raffination durch ein Elektroschlacken-Raffinationssystem
vermieden wird.
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Diese
und andere Aspekte, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden deutlicher
durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung, die, wenn sie
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden wird,
in denen die entsprechenden Teile in den sämtlichen Zeichnungen durch
entsprechende Bezugszeichen bezeichnet sind, die Ausführungsformen
der Erfindung offenbaren.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Abschmelzelektroden-Zuführungssystems,
als Ausführungsform
der Erfindung, in der Seitenansicht; und
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2 ist
eine schematische Darstellung einer beispielhaften Elektroschlacken-Raffination (ESR)
mit einem Kalt-Induktionsführungs(CIG)-System;
und
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3 ist
eine weitere schematische Darstellung einer beispielhaften Elektroschlacken-Raffinations-/Kalt-Induktionsführungs-Systems.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Das
Abschmelzelektroden-Zuführungssystem,
wie in der Erfindung ausgeführt,
stellt einem Raffinationssystem, das Gussblöcke als Quelle für das zu
raffinierende Rohmetall verwendet, Abschmelzelektroden bereit. Das
Abschmelzelektroden-Zuführungssystem
stellt die Abschmelzelektroden in einer Art bereit, die das Vermeiden
des Abstoppens der Bewegung der Abschmelzelektroden und des Abstoppens
des Raffinationsvorgangs während
des Verbindens einer neuen Abschmelzelektrode gewährleistet.
Das Abschmelzelektroden-Zuführungssystem
verbindet eine Abschmelzelektrode mit einer Abschmelzelektrode,
die bereits im Raffinationssystem ist, in einer Art und Weise, welche
das Abstoppen des Raffinationsvorgangs vermeidet, die Raffinationsausbeute
erhöht,
die Abschaltdauer des Raffinationssystems verringert und die Verunreinigung
des Raffinationssystems verringern kann.
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Das
Abschmelzelektroden-Zuführungssystem
kann, wie in der Erfindung ausgeführt, für jedes entsprechende Metall-Raffinationssystem
angewendet werden, das Gussblöcke
als Quelle für
das Rohmetall nutzt. Die folgende Beschreibung wird auf das mit
einem Elektroschlacken-Raffinationssystem ausgerüstete Abschmelzelektroden-Zuführungssystem Bezug
nehmen. Elektroschlacken-Raffination (ESR) enthält typischerweise ein Verfahren
zum Schmelzen und zur Raffination von Metallen. Die Metalle können jedes
entsprechende Metall so wie, ohne Beschränkung auf dieselben, Eisen
(Fe), Nickel (Ni), Kupfer (Co) und Titan (Ti)-basierte Legierungen
enthalten, wobei die Metalle als Anwendungen in Turbinenbauteilen
verwendet werden können.
Ein Elektroschlacken-Raffinationssystem
kann mit einer Kalt-Induktionsführung
(CIG) gekoppelt werden, die ein durch Induktion beheiztes, segmentiertes
und gekühltes
Kupferführungsrohr
beinhaltet. Kalt-Induktionsführung (CIG)
kann am Grund des Elektroschlacken-Raffinationssystems angeordnet
werden. Aus dem Flüssig-Metall-Pool
kann durch die Kalt-Induktionsführung
ein Flüssig-Metallstrom
extrahiert werden. Dieser Strom kann eine Flüssig-Metall-Quelle sein für viele
Verfestigungsverfahren, umfassend ohne Beschränkung auf dieselben, Pulver-Zerstäubung, Sprüh-Abscheidung,
Präzisionsgießen, Schmelzspinnen,
Dünnbandgießen, Stranggießen und
Sprühkompaktieren.
Die Beschreibung des Elektroschlacken-Raffinationssystems erfolgt nur zu beispielhaften
Zwecken und soll die Erfindung in keiner Weise beschränken. Andere
Metall-Raffinationssysteme liegen im Bereich der Erfindung.
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In 1 werden
Abschmelzelektroden 11 aus einer im Allgemeinen oberhalb
eines Elektroschlacken-Raffinationssystems 20 liegenden
Position einem Abschmelzelektroden-Zuführungssystem zugeführt. Der
Begriff „oben" und andere relativen Positionsbegriffe
werden hierin in Bezug auf die Darstellungen verwendet und sind
nicht so gemeint, dass sie die räumliche
Ausrichtung der Erfindung begrenzen. Weiterhin werden andere Begriffe,
bei fehlendem besonderen Hinweis, mit ihrer normalen Bedeutung, so
wie sie von einem Fachmann mit normalen Fähigkeiten, verwendet. Das Abschmelzelektroden-Zuführungssystem 10 weist
eine Seitenzuführungsvorrichtung
oder -System 14 (hierin „Seitenfüh rungsvorrichtung") auf, welche die
Abschmelzelektroden in eine erste Richtung (Pfeil 140)
in eine Orientierung oder Anordnung, um einer Raffinations-Zuführungsvorrichtung
oder einem System 15 (hierin beschrieben) zugeführt zu werden.
Die Seitenzuführungsvorrichtung 14 kann
jede entsprechende Vorrichtung umfassen, so wie, ohne darauf beschränkt zu sein,
Fördereinrichtungen,
Kräne,
Schienen, Hebeeinrichtungen und andere Bewegungsvorrichtungen, welche
die Abschmelzelektroden 11 in eine Ausrichtung bewegen
können,
so dass diese einem Abschmelzelektroden-Zuführungssystem 10, wie
durch die Erfindung ausgeführt,
zugeführt
werden kann.
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Die
Seitenzuführungsrichtung 14 kann
die Abschmelzelektroden 11 in eine Ausrichtung bringen, so
dass deren Längsachse 110 mit
der Längsachse 110 einer
vorhergehenden Abschmelzelektrode in der Raffinations-Zuführungsvorrichtung 15 in
Linie ist. Die Position kann vertikal sein, wie in 1 illustriert.
Die Seitenzuführungsvorrichtung 14 liefert
Abschmelzelektroden an die Raffinations-Zuführungsvorrichtung 15.
Die Raffinations-Zuführungsvorrichtung 15 kann
die Abschmelzelektroden 11 in eine zweite Richtung (Pfeil 150),
die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung 140 ist,
bewegen. Das Abschmelzelektroden-Zuführungssystem 10 weist
auch ein Verbindungssystem 16 für die Verbindung der Abschmelzelektroden
miteinander in einer Art auf, die ausreichend ist, um das Stoppen
während der
Raffination zu vermeiden.
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Die
Raffinations-Zuführungsvorrichtung 15 weist
eine Vorrichtung auf, welche die Abschmelzelektroden 11 durch
ein Verbindungssystem 16 in ein Raffinationssystem 20 bewegen
kann. Die Raffinations-Zuführungsvorrichtung 15 kann
irgendeine Absenkungsvorrichtung umfassen, die für eine kontrollierte Bewegung
und Absenkung der Abschmelzelektroden 11 sorgt. Die kontrollierte
Bewegung und Absenkung kann durch die Schmelzrate im Raffinationssystem 20 kontrolliert
werden. Zum Beispiel kann die kontrollierte Absenkung eine schrittweise
Bewegung und Absenkung beinhalten. Die Raffinations-Zuführungsvorrichtung 15,
welche die Abschmelzelektroden 11 in das Raffinationssystem
bewegt, kann irgendeine Vorrichtung aufweisen, die für eine entsprechende
Absenkung und Kontrolle der Abschmelzelektroden sorgt. Die Raffinations-Zuführungsvorrichtung
kann Rollkettenvorrichtungen, Gleisvorrichtungen, Riemenvorrichtungen,
Kettenvorrichtungen oder andere solcher Bewegungsvorrichtungen und
Kombinationen davon aufweisen, die für eine kontrollierte Bewegung
der Abschmelzelektroden in das Raffinationssystem sorgen können.
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Jede
Abschmelzelektrode 11 ist durch ein Verbindungssystem 16 mit
der zuvor positionierten Abschmelzelektrode des Abschmelzelektroden-Zuführungssystems 10 verbunden.
Das Verbindungssystem 16, wie in der Erfindung ausgeführt, weist
ein System auf, das die Abschmelzelektroden so miteinander verbindet,
dass jede entsprechende Abschmelzelektrode durch die Raffinations-Zuführungsvorrichtung 15 dem
Raffinationssystem zugeführt wird,
ohne dass dazwischen Lücken
entstehen. Zum Beispiel kann das Verbindungssystem 16,
ohne die Erfindung auf irgendeine Art zu beschränken, die Abschmelzelektroden
durch zumindest eine mechanische Verbindung, metallurgische Verbindung
und Kombinationen daraus verbinden. Dementsprechend stellt das Abschmelzelektroden-Zuführungssystem 10,
so wie in der Erfindung ausgeführt,
eine Abschmelzelektrode 11, zur Verbindung mit einer vorhergehenden
Abschmelzelektrode 11 zur Verfügung, so dass das Stoppen der
Bewegung vermieden wird.
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Das
Verbindungssystem 16 kann, wie in der Erfindung ausgeführt, ein
Schweiß-Verbindungssystem
aufweisen, um die Abschmelzelektroden 11 zu verbinden.
Das Schweiß-Verbindungssystem 16 kann
jedes konventionelle Schweißsystem
umfassen. Alternativ kann das Verbindungssystem 16 irgendeine
andere Vorrichtung aufweisen, welche die Schmelzelektroden mechanisch
verbinden kann. Weiterhin kann das Verbindungssystem 16,
als andere Alternative, irgendein System aufweisen, das die Schmelzelektroden
metallurgisch verbindet. Aufweisen kann das Verbindungssystem 16 z.B.,
ohne die Erfindung in irgendeiner Art zu beschränken, Hartlötungsverbindungssysteme, Lötverbindungssysteme, Schmelzverbindungssysteme
und Systeme aufweisen, die Kombinationen davon beinhalten.
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Das
Verbindungssystem 16, welches die entsprechenden Abschmelzelektroden
verbindet, muss nicht eine Schwerlastverbindung bereitstellen, wobei der
Begriff „Schwerlast" bedeutet, dass die
Verbindung eine große
Menge an Spannung und Gewicht aushalten würde. Die Verbindung zwischen
Abschmelzelektroden trägt
nur das Gewicht der Abschmelzelektrode und ist nicht dafür gedacht,
den Strom für
den Elektroschlacken-Raffinationsprozess zu führen. Die folgende Beschreibung
wird Bezug nehmen auf das Verbindungssystem 16, das ein Schweißverbindungssystem
aufweist, jedoch ist diese Beschreibung nur zu exemplarischen Zwecken. Es
ist nicht beabsichtigt, dass die Beschreibung eines Schweißverbindungssystems
die Erfindung in irgendeiner Art beschränkt.
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Das
Schweißverbindungssystem
in dem Abschmelzelektroden-Zuführungssystem 10 kann durch
jede Schweißverbindungs-Technik gebildet werden.
Zum Beispiel kann die Schweißver bindung zwischen
den Abschmelzelektroden automatisch hergestellt werden, wie z.B.
durch einen Schweißroboter.
Alternativ kann ein Schweißer
die Schweißverbindung
herstellen. Der Schweißer
kann an der Verbindungsstation, typischerweise der Verbindungsplattform 21,
positioniert werden. Die Verbindungsplattform 21 ist oberhalb
des Elektroschlacken-Raffinationssystems 20 angeordnet.
Weiterhin kann ein beliebiges Verbindungssystem 16, welches
im Bereich der Erfindung liegt, an der Verbindungsplattform 21 angeordnet
werden.
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Das
kontinuierliche Zuführungssystem 10 und
das damit im Zusammenhang stehende Verfahren für ein Elektroschlacken-Raffinationssystem 1 ist in 1 in
Kombination mit einem untenseitig abfließenden Elektroschlacken-Raffinationssystem
veranschaulicht. Die veranschaulichte Konfiguration ist nur beispielhaft
für die
Systeme, die im Bereich der Erfindung liegen. Das kontinuierliche
Zuführungssystem 10 und
das damit verbundene Verfahren für
ein Elektroschlacken-Raffinationssystem 1 können an
ein konventionelles Elektroschlacken-Raffinationssystem, ein Abzugs-Schmelz-Elektroschlacken-Raffinationssystem,
ein Elektroschlacken-Raffinations-/Kalt-Induktionsführungssystem
(ESR/CIG) und Sprühkompaktiersysteme,
allein oder in Kombination mit ESR/CIG-Systemen, angepasst werden.
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Die 2 und 3 veranschaulichen
die Merkmale des Elektroschlacken-Raffinationssystems 20,
dem die Abschmelzelektrode 11 durch ein Abschmelzelektroden-Zuführungssystem 10,
so wie in der Erfindung ausgeführt,
zugeführt
wird. Das Elektroschlacken-Raffinationssystem 20 raffiniert
die Abschmelzelektrode 11, um eine reine, raffinierte Metallschmelze 46 (hierin „Reinmetall") zu ergeben. Das Reinme tall 46 wird
erhalten und innerhalb der Kaltherdstruktur 40 aufbewahrt,
die unterhalb des Elektroschlacken-Raffinationssystems 20 befestigt
ist. Das Reinmetall 46 wird aus der Kaltherdstruktur 40 durch
eine Kaltfinger-Öffnungs-Struktur 80,
die unterhalb der Kaltherdstruktur 40 befestigt und angeordnet
ist, abgegeben.
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Das
Elektroschlacken-Raffinationssystem 20 kann im Hinblick
auf die Lieferung von Reinmetall 46 einen im Wesentlichen
kontinuierlichen Dauerbetrieb zur Verfügung stellen, sofern die Rate
der Elektroschlacken-Raffination des Metalls und die Rate der Lieferung
von raffiniertem Metall an die Kaltherdstruktur 40 sich
der Rate annähert,
mit der das geschmolzene Metall 46 aus der Kaltherdstruktur 40 durch
eine Öffnung 81 in
der Kaltfinger-Öffnungs-Struktur 80 abgelassen
wird. Auf diese Weise kann die Elektroschlacken-Raffination mit
dem Abschmelzelektroden-Zuführungssystem,
wie in der Erfindung ausgeführt,
einen kontinuierlichen Betrieb für eine
ausgedehnte Zeitdauer zur Verfügung
stellen und kann dementsprechend eine große Menge an Metall aufarbeiten.
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Das
Elektroschlacken-Raffinationssystem 20 weist einen Durchgang 201 auf,
der in einem oberen Abschnitt des Elektroschlacken-Raffinationssystems 20 angeordnet
ist. Der Durchgang 201 ist so bemessen, um den Durchtritt
einer Abschmelzelektrode 11 für die Raffination zu erlauben.
Der Durchgang 201 kann, wenn nur eine Abschmelzelektrodengröße durch
das Raffinationssystem raffiniert werden soll, von einer festen
Größe sein
und kann alternativ mit einem variierenden Durchgangsdurchmesser,
der variierenden Größen von
Abschmelzelektroden den Durchtritt erlaubt, zur Verfügung gestellt
werden. Der Durchgang 210 bildet mit der Ab schmelzelektrode eine
Abdichtung, wobei die Abdichtung ausreichend ist, um Kontaminationen
von der Passage und dem Eintritt in das Raffinationssystem abzuhalten.
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Das
Elektroschlacken-Raffinationssystem 20 umfasst eine Elektroschlacken-Raffinationsanordnung 30.
Die Elektroschlacken-Raffinationsanordnung 30 kann einen
Speicher 32 aufweisen, der durch ein entsprechendes Kühlmittel
gekühlt
ist, wie z.B. Wasser, ohne Beschränkung auf dasselbe. Der Speicher 32 weist
eine geschmolzene Schlacke 34 auf, in der ein Überschuss
der Schlacke 34 als festes Schlackengranulat 36 veranschaulicht
ist. Die Schlackenzusammensetzung kann mit dem zu raffinierenden
Metall variieren. Entlang der innenseitigen Oberfläche einer
inneren Wand 82 des Speichers kann sich aufgrund des kühlenden
Einflusses des Kühlmittels,
das so wie hiernach beschrieben gegen die Außenseite der inneren Wand 82 fließt, ein
Schlacken-Rand 75 bilden.
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Eine
Kaltherdstruktur 40 ist unterhalb der Elektroschlacken-Raffinationsstruktur 30 angeordnet.
Die Kaltherdstruktur 40 weist einen Herd 42 auf, der
durch ein entsprechendes Kühlmittel,
wie z.B. Wasser, gekühlt
wird. Der Herd 42 beinhaltet einen Rand 44 aus
verfestigtem raffiniertem Metall und einem Körper 46 aus raffiniertem
Flüssigmetall.
Der Speicher 32 kann mit dem Herd 42 aus einem
Stück gebildet
werden. Alternativ können
der Speicher 32 und der Herd 42 als getrennte
Einheiten ausgebildet sein, die verbunden werden, um das Elektroschlacken-Raffinationssystem 20 zu
bilden.
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Am
Grund des Elektroschlacken-Raffinationssystems 20 wird
in der Kaltfinger-Öffnungsstruktur 80,
die unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben wird, eine Öffnung 81 geschaffen.
Ein Reinmetall 46, das durch das Elektroschlacken-Raffinationssystem 20 raffiniert
wurde, so dass es im Wesentlichen frei von Oxiden, Sulfiden und
anderen Verunreinigungen ist, kann das Elektroschlacken-Raffinationssystem
durchqueren und aus der Öffnung 81 der
Kaltfinger-Öffnungsstruktur 80 ausfließen.
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Eine
Energieversorgungsstruktur 70 kann dem Elektroschlacken-Raffinationssystem 20 und der
Abschmelzelektrode 11 elektrischen Raffinationsstrom zuführen. Die
Energieversorgungsstruktur 70 kann eine elektrische Energieversorgung
und einen Reguliermechanismus 74 aufweisen. Ein elektrischer
Leiter 76, der in der Lage ist, den Strom zu der Abschmelzelektrode 11 zu
leiten. Mit dem Speicher 32 ist ein Leiter 78 verbunden,
um den Stromkreis für die
Energieversorgungsstruktur 70 des Elektroschlacken-Raffinationssystems 20 zu
schließen.
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Die 2 und 3 veranschaulichen
eine detaillierte zum Teil den Querschnitt darstellende Veranschaulichung
der Elektroschlacken-Raffinationsstruktur 30 und der Kaltherdstruktur 40,
in welcher die Elektroschlacken-Raffinationsstruktur 30 einen
oberen Abschnitt des Speichers 32 festlegt und die Kaltherdstruktur 40 einen
unteren Abschnitt 42 des Speichers 32 festlegt.
Der Speicher 32 weist im Wesentlichen einen doppelwandigen
Behälter
auf, der eine innere Wand 82 und eine äußere Wand 84 beinhaltet.
Ein Kühlmittel 86,
wie z.B. Wasser, ohne darauf beschränkt zu sein, wird zwischen
der inneren Wand 82 und der äußeren Wand 84 zur
Verfügung gestellt.
Das Kühlmittel 86 kann
bis und durch den Flusskanal, der festgelegt wird, zwischen der
inneren Wand 82 und der äußeren Wand 84 von
einem Vorrat durch herkömmliche
Ein- und Ausgänge
(in den Figuren nicht veran schaulicht) fließen. Das Kühlmittel 86, das die
Wand 82 der Kaltherdstruktur 40 kühlt, sorgt für die Kühlung der
Elektroschlacken-Raffinationsstruktur 30 und der Kaltherdstruktur 40,
um zu veranlassen, dass sich der Rand 44 auf der inneren
Oberfläche
der Kaltherdstruktur 40 bildet. Das Kühlmittel 86 ist nicht
wesentlich für
den Betrieb des Elektroschlacken-Raffinationssystems 20,
das Reinmetall Sprühkompaktierungs-System 3 oder
die Elektroschlacken-Raffinationsstruktur 30.
Das Kühlen
kann sicherstellen, dass das flüssige
Metall 46 die innere Wand 82 nicht berührt oder
angreift, was eine gewisse Auflösung
der Wand 82 und eine Verunreinigung des Flüssigmetalls 46 bewirken
könnte.
Die Kaltherdstruktur 40 weist eine äußere Wand 82 auf,
welche angeflanschte röhrenartige
Abschnitte 90 und 92 beinhaltet. Zwei angeflanschte
röhrenartige
Abschnitte 90 und 92 sind in dem unteren Bereich
von 2 veranschaulicht.
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Die
Kaltherdstruktur 40 weist eine Kältefinger-Öffnungsstruktur 80 auf,
die im Detail in den 2 und 3 gezeigt
ist. Die Kaltfinger-Öffnungsstruktur 80 ist
in Bezug auf die Kaltherdstruktur 40 und einen Strom 46 von
flüssiger
Schmelze 46 veranschaulicht, welche die Kaltherdstruktur 40 durch
die Kaltfinder-Öffnungsstruktur 80 verlässt. Die
Kaltfinger-Öffnungsstruktur 80 ist
in struktureller Wechselwirkung mit dem festen Metallrand 44 und
dem flüssigen
Metall 46 und umfasst die Öffnung 81, aus der das
bearbeitete geschmolzene Metall 46 in Form eines Stroms 56 ausfließen kann.
Die Kaltfinger-Öffnungsstruktur 80 ist
mit der Kaltherdstruktur 46 und der Kaltherdstruktur 30 verbunden.
Deshalb ermöglicht
es die Kaltherdstruktur 40 der verarbeiteten und im Wesentlichen
von Verunreinigungen befrei ten Legierung, durch das Berühren der
Wände der
Kaltherdstruktur 40 die Krusten bzw. Ränder 44 und 83 zu
bilden.
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Die
Ränder 44 und 83 wirken
so als Behälter für das geschmolzene
Metall 46. Zusätzlich
ist der Rand 83 (3), der
an der Kaltfinger-Öffnungsstruktur 80 gebildet
wird, im Hinblick auf seine Dicke kontrollierbar und wird typischerweise
mit einer geringeren Dicke gebildet als der Rand 44. Der
dickere Rand 44 steht mit der Kaltherdstruktur 40 in
Berührung
und der dünnere
Rand 83 steht mit der Kaltfinger-Öffnungsstruktur 80 in
Berührung
und die Ränder 44 und 83 stehen
miteinander in Kontakt, um einen im Wesentlichen zusammenhängenden
Krustenbehälter
zu bilden.
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Sowohl
das Ausmaß des
Erwärmens
oder des Kühlens,
das durch die Kaltfinger-Öffnungsstruktur
für die
Ränder 44 und 83 als
auch für
das flüssige Metall 46 erbracht
wird, kann durch die Regulierung des Durchgangs des Flüssigmetalls 46 durch
die Öffnung 81 als
Strom 56 kontrolliert werden. Das kontrollierte Erwärmen oder
Abkühlen
wird durch die Regulierung der Strommenge und des Kühlmittels durchgeführt, das
die Induktionsspulen 85 passiert, die mit der Kaltfingerstruktur 80 verbunden
sind. Der Betrieb der Induktionsspulen 85 für das kontrollierte Erhitzen
oder Kühlen
der Kaltfingerstruktur 80 wird in den oben genannten Patenten
beschrieben. Die kontrollierte Erhitzung und Kühlung kann die Dicke der Ränder 44 und 83 verringern
oder erhöhen,
und kann die Öffnung 81 öffnen oder
schließen,
und kann den Durchgang des Stroms 56 durch die Öffnung 81 reduzieren
oder vergrößern. Mehr
oder weniger Flüssigmetall 46 kann
durch die Kältefingerstruktur 80 in die Öffnung 81 einströmen, um
den Strom 56 durch die Vergrößerung oder Verringerung der
Dicke der Ränder 44 und 83 festzulegen.
Der Fluss des Stroms 56 kann durch das Regulieren des Kühlwassers
und des Heizstroms und der Energie und durch die Induktionsheizspulen 85 bei
einem erwünschten
Gleichgewicht gehalten werden, um die Öffnung 81 bei einer festgelegten
Durchgangsgröße zu halten
und die Dicke der Ränder 44 und 83 zu
regulieren.
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Der
Prozess der Verwendung des Abschmelzelektroden-Zuführungssystems,
wie durch die Erfindung ausgeführt,
mit einem Elektroschlacken-Raffinationssystem 20 wird durchgeführt durch das
Bewegen der Abschmelzelektrode 11 („zugeführte Abschmelzelektrode") durch die Seitenzuführungsvorrichtung 14.
Die zugeführte
Abschmelzelektrode 11 wird in eine Position bewegt, die
im Wesentlichen über
einer vorhergehend zugeführten
Abschmelzelektrode 11 angeordnet ist, die sich in einer Raffinations-Zuführungsvorrichtung 15 befindet.
So kann z.B. die vorhergehend zugeführte Abschmelzelektrode 11 in
der Raffinations-Zuführungsvorrichtung 15 bereits
in dem Elektroschlacken-Raffinationssystem 20 angeordnet
oder mit einer anderen Abschmelzelektrode in dem Elektroschlacken-Raffinationssystem 20 verbunden
sein. Die Seitenzuführungsvorrichtung 14 richtet
die zugeführte
Abschmelzelektrode 11 aus und bewegt diese über die zuvor
zugeführte
Abschmelzelektrode, welche dieser unmittelbar auf dem Weg in das
Abschmelzelektroden-Zuführungssystem 10 vorausging.
Die zuvor zugeführte
Abschmelzelektrode kann die Abschmelzelektrode sein, die gerade
geschmolzen wird oder die Abschmelzelektrode, die in der Folge zu
schmelzen ist. Die zugeführte
Abschmelzelektrode 11 kann zu dem Abschmelzelektroden-Zuführungssystem 10 bewegt
werden, wenn eine vorbestimmte Masse der zuvor zugeführten Abschmelzelektrode
in das Elektroschlacken- Raffinationssystem
bewegt wurde und in dasselbe hineingeschmolzen ist.
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Nachdem
die zugeführte
Abschmelzelektrode 11 in der Raffinations-Zuführungsvorrichtung 15 abgelegt
ist, bewegt die Raffinations-Zuführungsvorrichtung 15 die
Abschmelzelektrode in Richtung des Pfeils 150 gegen das
Verbindungssystem 160 und das Raffinationssystem 20.
Die Bewegung der zugeführten
Abschmelzelektrode kann eine Bewegung und ein schrittweises Absenken
beinhalten. Die kontrollierte Bewegung und die Absenkung der zugeführten Abschmelzelektrode
durch das Raffinations-Zuführungssystem 15 ist
ausreichend, um Endabschnitte von angrenzenden zugeführten und
zuvor zugeführten
Abschmelzelektroden im Bereich des Verbindungssystems 16 bereit
zu stellen. Das Verbindungssystem 16 des Abschmelzelektroden-Zuführungssystems 10 kann
dann diese Abschmelzelektroden so verbinden, dass die Abschmelzelektroden
auf eine Art vorliegen, bei der Lücken und Trennungen zwischen
den Abschmelzelektroden vermieden werden. Weiterhin werden Abschmelzelektroden
in einer Art bereit gestellt, in der das Abstoppen der Raffination
vermieden wird, so dass das Abschmelzelektroden-Zuführungssystem
für die
Raffination eine im Wesentlichen kontinuierliche Abschmelzelektrode zur
Verfügung
stellen kann.
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Das
Abschmelzelektroden-Zuführungssystem 10 und
seine Verwendung in Raffinationssystemen vermeidet die Verunreinigung
der raffinierten Schmelze und die Beschädigung der Bewegungsvorrichtung
der Abschmelzelektroden und führt
daher nicht zu einem Ausbeuteverlust. Das Abschmelzelektroden-Zuführungssystem 10 erleichtert
auch den Erhalt von Gusskörpern
mit großem
Durchmesser ausgehend von verschiedenen Abschmelzelektroden, weil
die inhomogenen Bereiche, die in einem Abstoppen der Raffination
und der Auswechselhandlungen der Abschmelzelektroden resultieren
können,
durch das Abschmelzelektroden-Zuführungssystem 10, so wie
in der Erfindung ausgeführt,
vermieden werden.
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Während hierin
verschiedene Ausführungsformen
beschrieben sind, wird ausgehend von den Spezifikationen klar sein,
dass von einem Fachmann verschiedene Kombinationen der Elemente,
Variationen oder Verbesserungen darin, und die im Bereich der Erfindung
liegen, der durch die beiliegenden Ansprüche festgelegt wird, gemacht
werden können.