DE1925484C - Vorrichtung zur Beheizung einer Metall schmelze wahrend einer Vakuumentgasung mit tels sich nicht verbrauchender stromungs mittelgekuhlter, koaxialer Elektroden - Google Patents

Description

Die Erfindung Detrifft eine Vorrichtung zur Beheizung einer Metallschmelze während einer Vakuumentgasung mittels sich nicht verbrauchender, strömungsmittelgekühlter, koaxialer Elektroden.

Eine derartige Vor.ichtung ist beispielsweise in der britischen Patentschrift 871715 beschrieben. Diese bekannte Vorrichtung weist ein Vakuumgefäß auf, innerhalb welchem die in einem wassergekühlten Schmelztiegel von der Form eines aufrecht stehenden Zylinders befindliche Metallschmelze die eine Elektrode bildet, während als andere Elektrode eine über der Metallschmelze vertikal angeordnete, wassergekühlte Elektrode mit ringförmigem Querschnitt vorgesehen ist, duich deren Längsmittelkanal der zu erschmelzende Werkstoff vorzugsweise in Pulverform in das Vakuumgefäß eingeführt wird. Bei der bekannten Vorrichtung erfolgt also der Lichtbogenübergang zwischen der Vertikalelektrode einerseits und der Metallschmelze andererseits.

Bekanntlich soll bei der Vakuumentgasung von Metallschmelzen eine vorzeitige Überhitzung der Metallschmelze vor Beginn des Entgasungsvorganges vermieden werden, ferner soll die Lichtbogenbildung vom Elektrodenmaterial und von der Elektrodenform möglichst {inabhängig sein, weiterhin soll die dem Vaku'im ausgesetzte Metallschmelzenoherfläche möglichst groß sein, wobei trotzdem eine Wärmeabführung aus der Metallschmelze möglichst vermieden werden soll, und schließlich soll die Geschwindigkeit des Entgasungsvorganges möglichst hoch sein (s. beispielsweise Aufsatz von Helmut Knüppel, Karl Brotzmann, Karl Rüttiger und Arnulf Diener »Beheizungsfragen bei der großtechnischen Entgasung von Stahlschmelzen«, erschienen in vStahl und Eisen«, Jahrgang 79 (1959), Nr. 5 vom 5. März 1959). Diese sich teilweise gegenseitig ausschließenden Bedingungen werden bei der bekannten Vorrichtung nur unvollkommen erfüllt Während die beiden erstgenannten Bedingungen bei der bekannten Vorrichtung in einigermaßen befriedigendem Maße gelöst sind, muß bei dieser Vorrichtung wegen der koaxialen Anordnung der beiden Elektroden übereinander im Interesse der angestrebten Wärmekonzentration die Metallschmelzenobertläche möglichst klein gehalten werden, wodurch aber die angestrebte große Entgasungsgeschwindigkeit beeinträchtigt wird.

Demgemäß soll durch die Erfindung die Aufgabe gelöst werden, bei einer Vorrichtung der eingangs dargelegten allgemeinen Bauart eine große, dem Vakuum ausgesetzte Metallschmelzenoberfläche zu er-

möglichen, ohne daß die gleichzeitig angestrebte Wärmekonzentration auf das Schmelzgut in irgendeiner Weise beeinträchtigt wird.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine Vorrichtung zur Beheizung einer Me-

tallschmelze während einer Vakuumentgasung mittels sich nicht verbrauchender, strömungsmittelgekühlter, koaxialer Elektroden, welche gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß zwei oder drei Elektroden, zwischen denen untereinander oder zwischen jeder von ihnen und der Schmelze ein Lichtbogen gezogen wird, ineinander angeordnet sind.

Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung ermöglicht es, die Metallschmelzenoberfläche größer als bei bekannten Vorrichtungen zu machen und trotzdem eine sehr große Hitzekonzentration auf d?s Schmelzgut zu richten, wobei es gleichgültig ist, ob der Lichtbogen zwischen den Elektroden selbst oder zwischen diesen und der Schmclzg-itoberfläche gezogen wird. Außerdem ergibt sich durch die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung ein besonders einfacher Aufbau einer solchen Entgasungsvorrichtung.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine derartige Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß eine Feldspule, welche einen Lichtbogenumlauf innerhalb des Elektrodcnoberflächenbereiches erzeugt, im Innern des Elektrodenkörpers nahe der Elektrodenspitze angeordnet ist.

Aus der britischen Patentschrift 871 715 ist es bereits bekannt, einen Lichtbogenumlauf um die Achse der Elektrodenspitze herum dadurch zu erzielen, daß mittels einer um die Vakuumkammer herumgelegten Feldspule ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird. Abgesehen davon, daß eine um die Vakuumkammer herumgelegte Feldspule wegen ihres verhältnismäßig großen Radialabstandes von der Elektrode auf eine große Stromaufnahme ausgelegt werden muß, ist auch eine Beeinflussung der Metallschmelze durch ein solches Spulenfeld nicht immer erwünscht. Die erfindungsgemäße Anordnung der Feldspule in der Elektrodenspitze ergibt einerseits eine bessere Steuerung des Lichtbogenumlaufcs, zum anderen ermög-'.icht sie eine Auslegung der Feldspule auf geringere Stromstärken und außerdem ist bei solcher FeIdspulenanordnung die Einwirkung des Spulenfeldes auf die Metallschmelze nahezu gleich Null, obwohl trotzdem sich eine bessere Aufheizwirkung ergibt.

In noch weiterer Ausbildung der Erfindung ist eine derartige Vorrichtung durch einen Kanalraum gekennzeichnet, über welchen zu erschmelzenJes Material dem Bereich des Lichtbogens zugeführt wird. Eine derartige Kanalanordnung ist an sich ebenfalls bereits aus der britischen Patentschrift 871715 bc-

kannt, doch ergibt deren Anwendung in Verbindung mit den übrigen Merkmalen der vorliegenden Erfindung eine besonders günstige Ausgestaltung der Elektrode, welche eine besondere Ausnutzung der Aufheizwirkung zuläßt.

Unter Bezug auf die Zeichnungen werden nunmehr nachstehend drei bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in ihren Einzelheiten beispielsweise beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung und

F i g. 3 einen schematischen Axial-Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausfiihrungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weist ein Vakuumgefäß 1 auf, welches beispielsweise in der dargestellten Form als Vakuumheber-Gefäß ausgeführt sein kann. Das Vakuumgefäß 1 ist durch einen Deckel mit Isolationseinsatz 2 vakuumdicht verschlossen, durch welch letzteren sich zwei koaxial ineinander angeordnete, sich nicht verbrauchet de Elektroden 3 und 4 erstrecken. Die innere, zylindrisch dargestellte Elektrode 3 wird durch Abstandshalter 5 aus hitzebeständigem isolierendem Werks'.off in koaxialer Stellung mit Bezug auf die äußere Elektrode 4 gehalten, welch letztere einen ringförmigen Querschnitt aufweist. Die beiden Elektroden 3 und 4 und das Vakuumgefäß 1 sind über Leitungsanschlüsse 6, 7 und 8 an ein Stromnetz angeschlossen, so daß sich zwischen den Elektroden 3 und 4 einerseits und der in dem Vakuumgefäß ί befindlichen Metallschmelze 9 andererseits Lichtbogen 10 und 11 ergeben. Mindestens die Elektrode 4 kann einen Strömungsmittclkanal 12 aufweisen, welcher in an sich zur Evakuierung des Vakuumgefäßes 1 dienende Vakuumpumpe ist mit P bezeichnet

Das in Fig.2 in schematischer Aufsicht dargestellte abgewandelte Ausführungsbeispiel einer erfin-S dungsgemäßen Vorrichtung weist drei ineinander koaxial angeordnete Elektroden 14, 15 und 16 inner halb eines Vakuumgefäßes Γ auf, weiche über Stromleitungen 17, 18 und 19 an ein Drehstromnelz 20 angeschlossen sind. Zur gegenseitigen Isolation ίο und gegenseitigen Abstandshalterung der Elektroden 14, IS und 16 dienen jeweils Abstandsringe 21, 22 und 23 aus feuerfestem, isolierendem Werkstoff.

F i g. 3 zeigt eine in ihrem grundsätzlichen Aufbau der Anordnung nach F i g. 1 ähnliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen. Vorrichtung. Jeweils einander entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern, jedoch mit StricViindex bzw. Doppelstrichindex bezeichnet. Das Vakuumgefäß 1" ist als Form zur Herstellung von Barren 24 ausgebildet. Der ao herzustellende Barren 24 wird im Maße seiner Fertigstellung nach unten aus der Form 1" abgezogen und trägt an seiner Oberseite die Metallschmelze 9'. Die In; -jnelektrode 3' und die sie koaxial umgebende Außenelektrode 4' sind nicht durch isolierende Aba5 Standsringe, sondern durch eine gemeinsame Halterung 25 aus Isoliermaterial in gegenseitigem Abstand gehalten und die Außenelektrode4' wird durch einen Isolierring 2' innerhalb des Vakuumgefäßes 1" gehal-

Isolierring 2'

ten. Dadurch wird zwischen der Inneneleklrode 3' und der Außenelektrode 4' ein Ringkanal 26 gebildet, in welchen eine Zuleitung 27 einmündet, über welche von oben her Zusatzwerkstoff 28 in Pulverform in die Metallschmelze 9' eingeführt wird. Die Innenelcktroae 3' weist eine an sich bekannic Längsmittelbohrung 29 auf, an welche eine zur Vakuumpumpe P führende Vakuumleitung 30 angeschlossen ist. Die Innenelektrode 3' ist über einen Stromanscl.luß 6' an den einen Pol und die Außenelektrode 4' ist über Stromanschluß T an den anderen Pol eines so daß bei dieser Aus-

einen

bekannter Weise ein Kühlmittel aufnimmt. Außer- 40 Stromnetzes angeschlossen,

dem ist in der Spitze mindestens der Elektrode 4 eine führungsform der Erfindung der Lioitbogen Ji zwi-

mittels welcher der zwi- sehen den beiden Elektroden gezogen wird. Mittels

einer Feldspule 13' kann dieser Lichtbogen 31 in Umlauf versetzt werden.

Feldspule 13 angeordnet, mittels welcher der zwischen dieser Elektrode und der Metallschmelze 9 gezogene Lichtbogen 11 in Umlauf versetzt wird. Die

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

fart. „-«#·■ -. I! Sh Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Beheizung einer Metallschmelze während einer Vakuumentgasung mittels sich nicht verbrauchender, strömungsmittelgekühlter, koaxialer Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder drei Elektroden (3, 4 bzw. 3', 4' bzw. 14, 15, 16), zwischen denen untereinander oder zwischen jeder von ihnen und der Schmelze (9) ein Lichtbogen (10, 11 bzw. 31) gezogen wird, ineinander angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feldspule (13, W),-welche einen Li :htbogenumlauf innerhalb des Elektrodenoberflächenbereiches (3, 4 bzw. 3', 4') erzeugt, im Inneren des Elektrodenkörpers (4 bzw. 4') nahe der Elektrodenspitze angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Kanalraum (26), über welchen zu erschmelzendes Material (28) dem Bereich des Lichtbogens (31) zugeführt wird.