DE2305276C2 - Verfahren zur Herstellung von Überzügen auf Kohlenstoff-Werkstücken - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Überzügen auf Kohlenstoff-WerkstückenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Überzügen auf Kohlenstoff-Werkstückea insbesondere Elektroden für Lichtbogen-Schmelzöfen, sowie
eine Kohlenstoffelektrode, die nach diesem Verfahren hergestellt ist
Aus der DE-OS 2040 511 ist ein Verfahren zur
Herstellung von Überzügen auf zylindrische Kohlenstoff-Werkstücken aus AIi;miniumlegierungen durch
Lichtbogen-Metallspritzen (Metallisierung) bekannt geworden. Auf der durch Metallspritzen aufgetragenen
Schicht werden pulverartige Stoffe, die Aluminium und Legierungselemente enthalten, aufgetragen. Danach
wird eine Lichtbogenbearbeitung der aufgetragenen Materialien durchgeführt, indem zwischen der Oberfläche des Kohlenstoffwerkstücks und einer Seitenelektrode ununterbrochen ein Lichtbogen brennt, wobei die
Oberfläche gleichzeitig mit einer bestimmten Geschwindigkeit gegenüber dem Lichtbogen bewegt wird,
während die kleine Seitenelektrode langsam parallel zur Achse des Werkstücks bewegt wird. Die Spur des
Lichtbogens bildet dabei einen schraubenförmigen Streifen.
Das Verfahren wird mittels eines elektrischen Lichtbogens bei einer Stromstärke von 200 A und mit
einer Steigung von 6,4 mm in Form einer Schraubenlinie
über die Elektrodenoberfläche durchgeführt
Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf. daß die Lichtbogenbearbeitung nur langsam vorgenommen
werden kann und deshalb viel Zeit in Anspruch nimmt, se daß die Produktivität sinkt Soll die Produktivität der
Lichtbogenbearbeitung erhöht werden, so müssen an dem Spritzgerät mehrere Schweißköpfe angebracht
werden. In diesem Fall aber beeinflussen die eigenen Magnetfelder an den Knotenstellen Elektrode-Lichtbogen-Seitenelektrode die Geradlinigkeit der Lichtbögen,
wobei die Anodenflecken seitlich in verschiedenem Maße auswandern, wodurch beispielsweise durch die
Ausbildung von Poren in der alten Schicht eine Qualitätsverminderung des Überzuges eintritt
Auch bei dem aus der DE-OS 16 71 065 bekannten Verfahren zur Herstellung eines Kohle- oder Graphitformkörpers wird dieser mittels Flammspritzen mit
einer Schutzschicht überzogen, die anschließend auf 5500C aufgehitzi wird, um die Komponenten der
aufgetragenen Schicht miteinander zu einer niedrigschmelzenden eutektischen Legierung zu verbinden. Bei
der Herstellung eines solchen Kohlen- oder Graphitformkörpers treten aber ebenfalls die obengenannten
Nachteile auf.
Aus der DE-PS 6 25 000 ist lediglich eine Stabilisierung eines Lichtbogens durch ein elektromagnetisches
Feld als allgemein bekannt zu entnehmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Schutzüberzügen auf Kohlenstoffelektroden, mit dem die Lichtbogenbearbeitung schnell mit
erhöhter Produktivität ausgeführt und bei dessen Anwendung die Qualität des Überzuges verbessert wird,
sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Kohlenstoffelektrode zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des Verfahrens entsprechend den im kennzeichnenden Teil
des Anspruches 1 und bezüglich der Kohlenstoffelekrode entsprechend den im kennzeichnenden Teil des
Anspruches 6 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine deutliche Erhöhung der Produktivität der Lichtbogenbearbeitung gegenüber bekannten Verfahren erzielt
Diese Erhöhung wird durch die Verwendung eines Lichtbogenstroms mit mehr als 600A ermöglicht,
wodurch die Steigerung der Lichtbogenspur mehr als 10 mm betragen kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird der Lichtbogen von einem Magnetfeld stabilisiert,
wodurch eine weitere Verbesserung des Verfahrens erzielt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 3 wird ein Lichtbogenstrom zwischen 1000 und 2500 A bei
der Lichtbogenbearbeitung von Kohlenstoffelektroden verwendet. Insbesondere im Zusammenhang mit der
Anwendung eines elektromagnetischen Feldes füh.t dies zu unerwartet guten Ergebnissen. So wird eine
starke verbesserte KoMsion des Überzugs mit der Kohlenwasserstoffoberfläche erreicht, wobei sich die
Kohäsion über die gesamte Oberfläche erstreckt. Für die genaue Ausrichtung des Lichtbogens und zur
Erzielung einer gleichmäßigen und guten Lichtbogenspur ist es dabei nicht mehr notwendig, auf die zu
bearbeitende Schicht Materialien aufzustreichen, die eine gute lonenemission besitzen. Damit entfallen für
einige Schichten das Bestreichen und die damit verbundenen technologischen Komplikationen. Außer-
dem können Überzüge mit einem sehr hohen Alummiumgehalt,
beispielsweise mit ca. 95%, erzielt werden. Darüber hinaus kann das Verfahren einfach durchgeführt
werden. Ein Überzug mit uen genannten
hervorragenden Eigenschaften kann bei auch beträch lhchen Abweichungen bzw. Schwankungen des Stroms
von ±20% und der Länge des Lichtbogens von +4 mm aufgetragen werden. Hierdurch wird es möglich, hei der
Lichtbogenbearbeiiung einfache Typenschweißsiromrichter
oder Aggregate zu benutzen.
Darüber hinaus hat der angefertigte Überzug eine verbesserte Oxydationsbeständigkeit. Elektroden mit
einem solchen Überzug haben ungefähr eine um 10% größere Stirnfläche, wodurch eine Erhöhung der
Wirtschaftlichkeit der Elektroden um 5% erzielt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 5
wird der Elektromagnet von einer unabhängigen Slromquelle gespeist, und nach Anspruch 6 wird das
Magnetfeld vom gesamten oder einem Teil des Lichtbogenstroms erzeugt.
Der Schutzüberzug einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kohlenstoffelektrode weist
parallele spiralförmige Streifen auf, die durch die Lichtbogenbearbeitung entstehen, und deren Breite
über 10 mm beträgt. Diese Schutzüberzüge sind im Vergleich zu den nach einem bekannten Verfahren
hergestellten Schutzüberzug erheblich widerstandsfähiger.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen
näher erläutert. Dabei zeigt im einzelnen
Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, die von einer mit dem
Lichtbogen gemeinsamen Gleichstromquelle gespeist
Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, bei dem der Elektromagnet
und der Lichtbogen unabhängig voneinander gespeist werden;
Fig. 3 einen Teil einer Elektrode, die mit einem
Lichtbogen mit einem in einem Magnetfeld stabilisier n,
ten Strom von 1200 A bearbeitet wurde und
Fig.4 einen Teil einer Elektrode, die mit einem Lichtbogen mit einem Strom von 350 A, der nicht in
einem Magnetfeld stabilisiert ist, bearbeitet wurde.
In Fig. t besteht der Elektromagnet aus einer Wicklung 1, die aus einem mit Wasser gekühlten
Metallrohr gefertigt ist. Eine Seitenelektrode 2 und ein Elektrodenhalter 3 verlaufen durch das Innere der
Wicklung 1 parallel zu deren Achse. Der Elektromagnet und der Lichtbogen werden von einer gemeinsamen
Gleichstromquelle 4 gespeist und sind in Reihe zueinander geschaltet.
Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung nach Fig.2 zur Erzeugung eines den Lichtbogen stabilisierenden
Magnetfeldes besteht der Elektromagnet aus einem hohlen Eisenkern 5, der mit Wasser gekühlt
werden kann. Um den Eisenkern 5 herum ist die Wicklung 1 angeordnet. Die vordere Seite 6 des
Elektromagneten wird ebenfalls durch Wasser gekühlt und besteht aus unmagnetischem Material, z. B. Kupfer w
oder unmagnetischem Austenitstahl. Die Seitenelektrode 2 und der Elektrodenhalter 3 verlaufen durch den
Hohlraum des Elektromagneten parallel zu seiner Achse. Der Elektromagnet und der Lichtbogen werden
unabhängig voneinander gespeist: der Elektromagnet wird von einer Gleich- oder Wechselstromquelle
gespeist, während der Lichtbogen von einer Gleichstromquelle 8 gespeist wird. Die Stabilisierung des
Lichtbogens hängt von der Kraft des Magnetfeldes ab. Diese Kraft ist proportional dem Strom, der durch den
Elektromagneten fließt. Andererseits hängt die Kraft des Magnetfeldes bei dem Lichtbogen von dem Abstand
zwischen dem Ende des Elektromagneten und dem Lichtbogen ab. Durch Steuerung dieser Parameter
(Strom und Abstand) wird die gewünschte Stabilisierung des Lichtbogens erreicht. Bei sehr starkem Magnetfeld
erlischt der Lichtbogen, bei schwachem Magnetfeld sind der Kathodenfleck und der Lichtbogen Schwankungen
ausgesetzt. Die Elektrodenoberfläche weist schraubenförmige Streifen auf, deren Breite 9 der Steigung, mit
dem die Bearbeitung mit dem Lichtbogen ausgeführt ist, gleich ist Da die Bearbeitung mit einem in einem
Magnetfeld stabilisierten Lichtbogen mit einer Steigung über 10 mm (normalerweise 12 bis 15 mm) durchgeführt
wird, siehe Fig.3. während die Bearbeitung mit einem
nicht im Magnetfeld stabilisierten Lichtbogen, siehe Fig.4, mit einer Steigung 10 unter 10mm (normalerweise
6 bis 8 mm) durchgeführt wird, ist es möglich aus der Breite der Streifen festzustellen, wie der Überzug
einer Kohlenstoffelektrode angefertigt ist, d. h. ob der Lichtbogen im Magnetfeld stabilisiert war oder nicht.
In den folgenden drei Beispielen wird die Anwendung des Verfahrens bei der Anfertigung eines Überzuges mit
hohem Aluminiumgehalt beschrieben.
In den Beispielen werden die Schutzüberzüge auf nicht zylindrischen Kohlenstoffwerkstücken angefertigt.
Darum wird der Ausdruck »Peripheriegeschwindigkeit« statt Relativgeschwindigkeit benutzt Alle Stoffmengen
beziehen sich auf einen Quadratmeter der Oberfläche des Werkstücks.
Es wird die in F i g. 2 gezeigte Vorrichtung benutzt. Das Magnetfeld bei der Durchführung der Lichtbogenbearbeitung
w, eist folgende Parameter auf: Abstand von der Vorderseite des Elektromagneten bis
zur Oberfläche des Kohlenstoffwe-kstücks:40 mm; Stärke des durch den Elektromagneten fließenden
Stroms: 150A;
Spannung:8 V. . .
Spannung:8 V. . .
Auf die Oberfläche des Kohlenstoffwerkstückes wird mit Hilfe eines Eleklrometallisators 650 g Aluminium
mittels Lichtbogen-Metallspritzen aufgetragen. Auf die metallisierte Schicht werden folgende pulverartige
Materialien aufgetragen: 60 g Aluminium, 160 g Siliziumkarbid, 50 g Titanoxyd und 20 g Borsäure. Das
Werkstück wird auf 140° C erhitzt, und mit einem Lichtbogen bei folgenden Bedingungen bearbeitet:
Umfangsgeschwindigkeit: 11,2 m/min, Steigung: 13 mm.
Strom: 1250 A.
Die Oberfläche, die mit einem Lichtbogen bearbeitet wird, wird mit 550 g Aluminium metallisiert und es wird
folgende Mischung aufgetragen: Aluminium 60 g, Silizium 70 g, Titanoxyd 50 g und Borsäure 20 g. Nach
dem Abtrocknen bearbeitet man sie mit einem Lichtbogen bei folgenden Bedingungen: Umfangsgeschwindigkeit:
11,2 m/min, Steigung: 13 mm, Strom:
1300A. . .
Die zweite Schicht wird mit 400 g Aluminium metallisiert und es werden 40 g Graphit aufgetragen. Es
wird eine Lichtbogenbearbeitung bei folgenden Bedingungen durchgeführt: Umfangsgeschwindigkeit:
16,2 m/min, Steigung: 13 mm, Stronv 750 A. Zuletzt
erfolgt ein leichtes Schleifen, damit man eine glatte
Oberfläche erhält.
Es wird die in F i g. 2 gezeigte Vorrichtung benutzt. Es werden die gleichen Parameter wie in Beispiel 1
beibehalten.
Auf die Oberfläche des Kohlenstoffwerkstückes wird
mit einem Eiektrometallisator 600 g Aluminium mittels Lichtbogen-Metallspritzen aufgetragen. Die metallisierte Schicht wird mit einem Lichtbogen bei folgenden
Bedingungen bearbeitet: Umfangsgeschwindigkeit: 11 m/min, Steigung: 12 mm,Strom: 1150 A.
Die mit einem Lichtbogen bearbeitete Oberfläche \s
wird mit 500 g Aluminium metallisiert und bei folgenden Bedingungen mit einem Lichtbogen bearbeitet: Umfangsgeschwindigkeit: 13,2 m/min, Steigung: 11mm,
Strom: 1150 A.
Auf die zweite Schicht werden 700 g Aluminium und 200 g Kupfer durch Lichtbogen-Metallspritzen aufgetragen. Die Lichtbogenbearbeitung wird bei folgenden
Bedingungen durchgeführt: Umfangsgeschwindigkeit: 13,2 m/min, Steigung: 11 mm. Strom: 1150A. Danach
erfolgt ein leichtes Schleifen, um eine glatte Oberfläche zu erhalten.
Es wird die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung benutzt.
Bei der Durchführung der Lichtbogenbearbeitung hat das Magnetfeld folgende Parameter:
Abstand von der Vorderseite der Wicklung bis zur Oberfläche des Kohlenstoffwerkstücks: 30 mm;
Spannungsabfall in der Wicklung: 3 V;
Stärke des durch die Wicklung fließenden Stroms: 1900A.
Auf die Oberfläche des Kohlenstoffwerkstücks wird mit einem Eiektrometallisator 700 g Aluminium aufgetragen. Auf die metallisierte Schicht werden folgende
pulverartige Materialien aufgetragen: Aluminium: 80 g, Siliziumkarbid: 120 g, Borsäure 30 g. Das Werkstück
wird bis 1200C erhitzt und mit einem Lichtbogen bei folgenden Bedingungen bearbeitet: Umfangsgeschwindigkeit: 18,3 m/min, Steigung: 14,5 mm, Strom: 1900 A.
Auf die mit einem Lichtbogen bearbeitete Oberfläche wird 600 g Aluminium aufgetragen und mit einem
Lichtbogen bei folgenden Bedingungen bearbeitet: Umfangsgeschwindigkeit: 15,0 m/min, Steigung:
13,0 mm. Strom: 1700 A.
Auf die zweite Schicht wird 500 g Aluminium durch Lichtbogen-Metallspritzen aufgetragen. Danach wird
leicht geschliffen, um eine glatte Oberfläche zu erhalten.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von Oberzügen auf Kohlenstoff-Werkstücken — insbesondere Elektroden für Lichtbogen-Schmelzöfen — durch Lichtbo-
gen-Metallspritzen und durch anschließendes Aufschmelzen der Oberzüge durch einen Lichtbogen
zwischen dem sich drehenden Werkstück und einer nichtabschmelzenden Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogenstrom grö-
ßer als 600A ist und daß die Steigung der Lichtbogenspur (9) mehr als 10 mm beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-■ zeichnet, daß der "Lichtbogen von einem Magnetfeld
stabilisiert wird. is
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenbearbeitung mit
einem Strom von 1000 bis 2500A und mit einer
Steigung von 13 mm durchgeführt wird
4. Verfahren nach Anspruch I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Magnetfeldes mit
der Achse der Seitenelektrode übereinstimmt oder parallel zu dieser liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 1,2,3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Elektromagnet von einer unabhängigen Stromquelle gespeist wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld vom
gesamten oder einem Teil des Lichtbogenstroms erzeugt wird.
7. Kohlenstoffelektrode für elektrothermische öfen mit Schutzüberzug mit hohem Gehalt an
Aluminium, der auf der Kohlenstoff oberfläche durch Lichtbogenbearbeitung fixiert ist, hergestellt nach
dem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschichten der Schutzbedeckung parallele, durch die
Lichtbogenbearbeitung entstehende Streifen aufweist, deren Breite (9) über 10 mm beträgt
40
Priority Applications (1)
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DE19732305276 DE2305276C2 (de) | 1973-02-02 | 1973-02-02 | Verfahren zur Herstellung von Überzügen auf Kohlenstoff-Werkstücken |
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DE2305276A1 DE2305276A1 (de) | 1974-08-08 |
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Families Citing this family (2)
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DE625000C (de) * | 1932-04-26 | 1936-02-01 | Siemens Schuckertwerke Akt Ges | Elektroblasmagnet fuer elektrische Lichtbogenschweisskoepfe |
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-
1973
- 1973-02-02 DE DE19732305276 patent/DE2305276C2/de not_active Expired
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8380 | Miscellaneous part iii |
Free format text: DIE IM HEFT NR. 42 VOM 21.10.82, SEITE 6135, SPALTE 1 UNTER DIESEM AKZ VEROEFFENTLICHTE KLASSIFIKATION "B" IST IN DIE OBIGE KLASSENANGABE ZU AENDERN |
|
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
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