NO116958B - - Google Patents

Description

Apparatur til fremstilling av en ildfast blokk.

Fra forste stund av har fremstilling av varmefaste materialer ved hjelp av elektrisk smeltning foregått diskontinuerlig ved at en varmefast forbindelse eller en passende blanding av varmefaste forbindelser ble smeltet i elektrisk ovn og den smeltede blanding ble st5pt i former hvor den stivnet for å danne formstykker.

Hver form inngrenser en væskemengde som ikke i seg selv alene er istand til efter ferdigstivning å fylle det disponible volum, da der under stivningen foregår krympning som gir opphav til kaviteter, såkalte lunkere, i det stivnede produkt. ,

For å redusere denne ulempe fyller man under stopningen væske i én eller flere matetrakter ovenfor formhulrommet, og det har vært foreslått å holde materialet i disse matetrakter smeltet, f.eks. med en hjelpe-lysbue, for å fylle kavitetene efterhvert som de dannes under stivningen av stykket.

Imidlertid er man ved ildfaste materialer remstilt ved hjellav elektrisk smeltning aldri nådd frem til fullsL^^dig å unngå lunkei dannelse, og hvis man vil ha absolutt massive produkter, er man hen-vist til å sage bort de deler av stykkene som inneholder de rosterenc kaviteter, noe som medforer et meget betydelig tap av smeltet og stopt materiale.

Et beslektet problem melder seg innen metallurgien, og i denr industri har der allerede vært foreslått metoder som kalles "kontinuerlig stopning", og hvor man jevnt og uavbrudt helderCdet smeltede metall (fra en stopelomme eller en smelteovn og gjennem "e.n mengde-regulator) til inngangen av en beholder som er uten bunn & g kjoles kraftig, og ved hvis utgang man likeledes kontinuerlig og med passene regulert hastighet tar ut en stav hvis ennu flytende kjerjrie når å stivne under virkningen av en sekundær avkjoling. Stavenjblir slutte lig kappet opp med en saks eller en brenner.

En slik metode er vanskelig anvendelig i tilfellet av varmefaste materialer, da disses bestanddeler krever meget hoye temperatur (av storrelsesordenen 2000° C og derover) for å smelte og holde seg flytende. De antar meget raskt en grotaktig konsistens såsnart de er fjernet fra varmekilden.

Den foreliggende oppfinnelse går ut på en apparatur som gjor det mulig å lose det spesielle problem med kontinuerlig smeltning og stivning av varmefaste forbindelser.

Denne apparatur, som tjener til fremstilling av en ildfast blokk fra et partikkelformet ildfast materiale og omfatter en smeltesone og en til denne umiddelbart grensende stivningssone, er i forste rekkekarakterisert vedat disse soner er begrenset av en loddrett metallvegg som har hovedsakelig sylindrisk form, og som har en loddrett spalte lukket med en ildfast elektrisk isolerende tetning og kjoles med et sirkulerende kjolefluidum, at metallveggen på hver side av den loddrette spalte er tilsluttet en hoyfrekvent elektrisk stromkilde til opphetning av inneholdt partikkelformet ildfast materiale, hvorved metallveggen danner smeltedigel og stope-elemént for material og at der under metallveggen er anordnet en bunn som kan beveges lang den sylindriske metallveggs akse bort fra smeltesonen efterhvert som det smeltede materiale stivner i stivningssonen.

Denne apparatur, hvor der ikke forekommer noen som helst over foring av volum av væske fra en beholder til en annen, gjor det mulig med de varmefaste forbindelser å få en konstant fylling av krympe-volumet ved hjelp av det tilgrensende flytende materiale og dermed å oppnå en stav av varmefast materiale som har god massivitet, og som derefter kan skjæres opp i passende stykker ved saging f.eks. med diamantbesatte skiver.

Apparaturen gjor det dessuten mulig å sloyfe stopningen i form, som utgjor en meget kostbar operasjon i tilfellet av elektrisk smeltede varmefaste materialer med hoye smeltepunkter, d.v.s. fra 2000° C og oppover.

Apparaturen ifol.ge oppfinnelsen er anvendelig for varmefaste produkter av enhver art, enten det dreier seg om varmefaste produkter på basis av oksyder som aluminiumoksyd, zirkoniumoksyd, magnesium-oksyd, thoriumoksyd o.s.v. eller om slike varmefaste produkter som karbider, nitrider, borider o.s.v. I tilfellet av de sistnevnte vil det imidlertid i betraktning av disse stoffers betydelige reaktivitet i smeltet tilstand like overfor atmosfærens oksygen være hensikts-messig å beskytte materialet som smeltes, mot enhver kontakt med atmosfæren. Apparaturen må da anvendes på den måte at det varmefaste materiale som undergår smeltning i hoyfrekvens-smelteovnen, holdes inngrenset mellem det stivnede varmefaste materiale nedentil og det pulverformede faste materiale som tilfores oventil, og som derved tjener som isolerende dekke på oversiden av smeiten under hele varig-heten av operasjonen, slik at atmosfærens virkning blir neglisjerbar.

Som ekstra sikkerhetsforholdsregel kan man anbringe en omhylling av begrensede dimensjoner rundt hoyfrekvens-smelteovnen og holde den fylt med noytral atmosfære, enten innestengt eller sirkulerende og f.eks. bestående av en edelgass som argon eller av nitrogen. En slik omhylling behover bare å forsynes med to tette gjennemforinger for tilforsel av elektrisk strom og kjolefluidum og en åpning med glidetetning for å la stangen som bærer smelteovnens bevegelige bunn, forskyve seg fritt uten fare for utilborlig innslipning av luft.

Likeledes kan man tenke på å forsyne hoyfrekvens-smelteovnen med en omslutning av den ovenfor omtalte art og utfort for å holde et tilstrekkelig innvendig trykk av'inert gass til å begrense fordamp-nings- eller subliraerings-tapene av varmefaste forbindelser, som f.eks. nitrider, som har betydelig dampspenning ved hSye temperaturer og spalter seg i nærheten av sitt smeltepunkt.

Som det vil forstås, avhenger reguleringen av frekvensen av den induserte elektriske strfim og bestemmelsen av induksjons- vindingens dimensjoner av der., spesifike elektriske og termiske ledningsevne av den varmefaste forbindelse som skal behandles. Det er således ikke mulig å angi generelle data i så hensee da hvert til-felle blir spesielt. Fagfolk vil allikevel være ist, ^ cil å velge passende arbeidsbetingelser for hver varmefast forbindelse som skal behandles.

Den folgende beskrivelse i forbindelse med t^~ningen s.v ikke-begrensende utfdrelseseksmpeler på apparaturen muli^^6r en bedre for-ståelse av hvorledes oppfinnelsen kan bringes til utfdreise.

Fig. 1 viser skjematisk aksialsnitt av en apparatur bestemt

for smeltning og kontinuerlig; stivning av varmefaste forbindelser,

som varmefaste oksyder, som ikke reagerer med atmosfæren ved hoy temperatur.

Fig. 2 viser tverrsnitt efter linjen II - II på fig. 1.

Fig. 3 viser skjematisk loddrett aksialsnitt av en utforelses-form av apparaturen som gjur det mulig å utfore kontinuerlig smeltning og stivning av varmefaste forbindelser som er reaktive overfor atmosfæren ved hoy temperatur.

Apparatet på fig. 1 og 2 omfatter en smeltesone A efter-fulgt av en stivningssone B og en anlopningssone C.

I smeltesonen A inngår en dobbeltvegg 1 av godt ledende metall, f.eks. kobber, og stort sett av sylindrisk form og med tverrsnitt av vilkårlig form svarende til det tverrsnitt man cnsker for den oppnådde stav av stivnet produkt. Dobbeltveggen har langs en generatrise et avbrudd stengt med en varmefast og isolerende tetningslist 2, slik at metallet i dobbeltveggen danner en spolevinding. Endene av denne er tilsluttet de respektive poler for den elektriske hoyfrekvenskilde. Tilslutninger 3°S 4 henholdsvis nedentil og oventil på dobbeltveggen muliggjor inn- og bortforing av sirkulerende kjolevann.

Den således dannede smelteovn er helt åpen oventil, og materialet som skal smeltes i den, drysses kontinuerlig ned i den gjennem en styrtrenne 5»

Bunnen av ovnen er bevegelig og utgjores opprinnelig f.eks. av et stempel 7 som består av varmefast materiale eller har innvendig fluidumsirkulasjon, og som så forskyves suksessivt nedover med en fart avpasset slik at stivningsfronten 8 holder seg stasjonær i rommet og forblir i stadig kontakt med væsken 9 i smeltesonen. Under drift vil således bunnen av ovnen dannes av det materiale 8 som, idet det under-kastes en kjoling avpasset efter betingelsene for den onskede krystallisasjon, stivner efterhvert som det fjerner seg fra smeltesonen.

Man kan dermed få en stav som ved slutten av operasjonen er fullstendig kompakt unntagen ved sin ovre ende. Denne ende kan fjernes ved saging, og ved å kappe opp staven kan man sluttelig få formstener som er fullstendig friske, altså helt frie for lunkere.

Det bor bemerkes at der i og med at de varmefaste oksyder har forholdsvis lav spesifik elektrisk ledningsevne i kold tilstand, for starten av smelteoperasjonen behoves en forvarmning av den pulverformede charge som fyller ovnen og holdes i denne av stempelet 7>som på dette stadium står ved den ovre ende av sin vei og danner bunnen av ovnen.

For denne forvarmning kan man benytte hvilke som helst kjente midler og spesielt en elektrisk hjelpe-lysbue eller også en brenner-flamme som virker på toppen av ovnen.

Det vil være fordelaktig å benytte den fremgangsmåta s$>m er beskrevet i fremstillingen til Uti. skrift nr. 115.795, og som består i å kombinere en charge av materiale som skal smeltes og fyller ovnen ved begynnelsen av operasjonen, med en hjelpecharge som oppfyller det dobbelte krav å ha tilstrekkelig elektrisk ledningsevne i kold tilstand til å fore induserte strommer og, når den derved opphetes i luft, å utvikle en eksotermisk reaksjon som varmer opp materialet og dermed bringer det på en temperatur hvor det selv blir tilstrekkelig lede:".c«o for de induserte strominer.

Denne hjelpecharge kan anbringes i chargen av materiale som skal stopes, eller enda bedre i en liten grop som på forhånd er til-dannet midt i chargen. Den kan f.eks. dannes av granulat eller pulver av aluminium, zirkonium, silicium, magnesium o.s.v. eller mer generelt av ethvert stoff som, når det i kontakt med luftens oksygen oppvarmes av induksjonsstrommene, oksyderes under utvikling av en meget stor varmemengde.

Man vil selvsagt ha interesse av å velge en hjelpecharge av det element blandt de nevnte hvis oksyd allerede forekommer i chargen som skal smeltes, så man unngår enhver forurensning av denne med stoff som ikke er onskelig.

Fig. 3 viser en apparatur av samme art som den allerede be-skrevne og med tillegg av forskjellige anordninger som gjor det mulig å anvende den til kontinuerlig smeltning og stivning av varmefaste forbindelser som er reaktive overfor atmosfæren ved hoy temperatur.

En av disse anordninger består i å anbringe apparatet på

fig. 1 og 2 i en omslutning 10 som har tette gjennemforinger 11, 12 for tilforsel av elektrisk strom og kjolefluidum samt en åpning 13

med glidetetning 14 for å tillate stangen 15 som bærer smelteovnens bevegelige bunn, å forskyve seg fritt uten fare for utilbørlig innslipning av luft.

En annen av anordningene består i å plasere en trakt 16 i omslutningen ovenfor smelteovnen for å gjore det mulig å mate denne med et varmefast, pulverformet materiale. To tilslutninger 17»18 er anordnet henholdsvis nedentil og oventil på omslutningen for til- og bortforing av inert gass.

Virkemåten av denne apparatur er den samme som for apparatet "på fig. 1 og 2, når unntas at man ovenpå det varmefaste materiale som undergår smeltning, vedlikeholder en viss mengde 19 av pulverformet varmefast materiale som tjener som beskyttelseshvelv, samtidig med at man lar en inert gass sirkulere innenfor omslutningen.

Det skal bemerkes at det i tilfellet av visse karbider som SiC, som har forholdsvis hoy spesifik elektrisk ledningsevne, kan være nodvendig å kle induksjonsspolen på innsiden med et tynt lag av isolerende stoff påfort f.eks. ved hjelp av plasmablest. I tilfellet av SiC kan dette tynne lag f.eks. dannes av SiC^.

Apparaturen ifolge den foreliggende oppfinnelse gjor det mulig å oppnå stopte og formede varmefaste produkter som er av meget god kvalitet og ikke oppviser spor av oksydasjon.

Apparaturen ifolge oppfinnelsen gjor det likeledes mulig å oppnå stopte og formede varmefaste masser som egner seg særlig godt for efterfolgende knusning og fornyet sammenføyning, idet krystall-strukturen av den stivnede masse kan tilpasses dennes senere anvendelse.

Forovrig sier det seg selv at de utforelsesformer som er beskrevet, bare er anfSrt som eksempler og vil kunne modifiseres innen oppfinnelsens ramme. r

Claims (2)

1. Apparatur til fremstilling av en ildfast blokk fra et partikkelformet ildfast materiale, omfattende en smeltesone og" en til denne umiddelbart grensende stivningssone, karakterisert ved at disse soner er begrenset av en loddrett metallvegg som har hovedsakelig sylindrisk form, og som har en loddrett spalte lukket med en ildfast elektrisk isolerende tetning og kjoles med et sirkulerende kjSlefluidum, at metallveggen på hver side av den loddrette spalte er tilsluttet en høyfrekvent elektrisk stromkilde til opphetning av inneholdt partikkelformet ildfast materiale, hvorved metallveggen danner smeltedigel og stope-element for materialet, og at der under metallveggen er anordnet en bunn som kan beveges langs den sylindriske metallveggs akse bort fra

smeltesonen efterhvert som det smeltede materiale stivner i stivningssonen.

2. Apparatur som angitt i krav 1, karakterisert ved at hoyfrekvens-smelteovnen og fortrinnsvis også den bevegelige bunn befinner seg i det indre av en omslutning som kan inneholde en innestengt eller sirkulerende noytral gass, eventuelt under trykk.