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Vakuum-Lichtbogenofen
Für viele Metalle mit hohem Schmelzpunkt oder mit grosser Empfindlichkeit gegenüber oxydieren- den und sauerstoffhaltigen Gasen werden in letzter Zeit Lichtbogenöfen benutzt, die unter Vakuum arbei- ten. In diesen Öfen ist jeweils eine Elektrode vorhanden, die das Metall bei der hohen Temperatur des
Lichtbogens schmilzt. Dabei werden sowohl Dauerelektroden aus Wolfram oder andern Metallen, die meist auch wassergekühlt sind, oder Abschmelzelektroden benutzt. Hier schmilzt das Material der Elek- trode selbst ab und bildet den Schmelzblock. In beiden Fällen sind die Elektroden an einer Vorschub- stange verschiebbar angeordnet, um entweder bei einer Dauerelektrode die Materialzunahme und damit das Anwachsen des Blockes auszugleichen, oder um bei Abschmelzelektroden die Elektrode nachzufüh- ren und damit abzuschmelzendes Material nachzuliefern.
Allen diesen Verfahren ist nun gemeinsam, dass die Durchführung der Elektrodenhalterung von aussen in den Vakuumkessel Schwierigkeiten bereitet und zu
Dichtungsschwierigkeiten Anlass gibt. Bisher wurden nur gleitende Dichtungen verwendet.
Es hat sich nun gezeigt, dass man alle diese Schwierigkeiten in sehr einfacher Weise dadurch ver- meiden kann, dass die Elektroden-Vorschubstange durch eine Druckstufenstrecke hindurch in den Vakuumraum eingeführt wird.
Eine solche Druckstufenstrecke hat den grossen Vorzug, dass sie nicht unbedingt gleitende Durchführungen erfordert, die schwer vakuumdicht zu halten sind. Denn sie werden gerade in der Richtung in den Vakuumraum hinein gleitend beansprucht. Dabei'werden die Lippen der Dichtungen sehr oft verletzt und bewirken dann nur noch eine ungenügende Abdichtung. Ausserdem sind durch das Spiel zwischen den Wänden der Druckstufenstrecken und der Elektroden-Vorschubstange selbst kleine Unebenheiten der Tragestange unwichtig geworden, denn sie bewirken entweder nur eine Vergrösserung oder Verkleinerung des Abstandes zwischen den Dichtungswänden und der Tragstange selbst.
Im Vakuumbetrieb eines Lichtbogenofens passiert es trotz aller Vorsichtmassnahmen gelegentlich, dass sich geringe Mengen des zu schmelzenden Metalles an der Stange absetzen. Solche kleinen Metallmengen verursachen bei gleitenden Dichtungen eine starke Verletzung der Dichtungslippen. Diese Verletzungen können aber bei Verwendung einer Druckstufenstrecke vernachlässigt werden.
Ausserdem lassen sich noch gewisse Vorsichtsmassnahmen treffen, um das Absetzen von kleinen Metallmengen zu beseitigen. Hier ist zunächst daran zu denken, dass man unterhalb der innersten Durchgangsöffnung der Druckstufenstrecke einen Abstreifring vorsieht, der grössere Metallspritzer von der Stange entfernt, ehe sie beim Zurücklaufen wiederum in die Druckstufenstrecke selbst eintritt.
Es lässt sich aber auch eine teleskopartig auseina. 1derschiebbare schutzvorrichtung anbringen, die die Elektroden-Vorschubstange selbst, solange sie sich innerhalb des Vakuumraumes befindet, vor solchen Spritzern schützt. Dieser teleskopartige Schutz hat sich auch ohne die gleichzeitige Anbringung einer Druckstufenstrecke als sehr vorteilhaft erwiesen ; denn er bewirkt das Sauberhalten der Stange selbst, was auch in andern Anordnungen schon einen grossen Vorteil bedeutet. Solche Anordnungen haben sich auch im laufenden Betrieb als sehr zuverlässig erwiesen.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen Vakuum-Lichtbogenofens. Der Vakuumlichtbogenofen besteht aus einer Glocke 1, die sich oberhalb eines wassergekühlten Schmelztiegels 2 befindet und durch das schematisch gezeichnete Pumpenaggregat 3 evakuieren lässt. Am oberen Ende wird die Elektrode 4 durch die Elektroden-Vorschubstange 5 gehalten, die durch die Druckstufenstrecke 6,7
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eingeführt wird. Diese Druckstufenstrecke besteht aus den beiden Räumen 6 und 7 mit den Trennwänden
8,9 und 10, deren innere Öffnungen etwas grösser sind als der Durchmesser der Tragestange 5. Die Räume
6 und 7 werden evakuiert, z. B. durch die Vakuumpunpenaggregate 11.
Die Elektroden-Vorschubstange selbst wird durch die Kette 12 gehalten, die durch irgendeine der bekannten Vorrichtungen in beiden Richtungen 13 bewegt wird und dadurch ein Heben oder Senken in der Elektrode 4 bewirkt. Ein solches Heben oder Senken kann dazu dienen, entweder den Bogen 14 zu verlängern oder zu verkürzen oder auch die Elektrode entsprechend der Zunahme des Schmelzblockes 15 anzuheben.
Die Druckstufenstrecke bewirkt nun einen Druckabfall von der äusseren Atmosphäre zum ersten Raum der Druckstufe 6, der sich weiterhin fortsetzt zur zweiten Kammer der Druckstufenstrecke 7 und wiederum zu dem Inneren der Glocke 1. Dadurch ist es möglich, durch die Pumpenaggregate 11 die durch die Undichtigkeiten eindringende Luft soweit zu entfernen, dass das Nachdringen von Luft in den eigentlichen Schmelzraum ausserordentlich gering und nicht mehr störendist. Die Luftmenge ist gleich oder im allgemeinen kleiner als die beim Schmelzen frei werdende Gasmenge. Auf der inneren Seite der Trennwand 10 ist in der Figur ein teleskopartiger Schutz für die Tragestange 5 gezeichnet, der aus den drei verschiebbaren ineinandergreifenden Rohren 16 besteht.
Sie bewirken, dass irgendwelche kleinen Metallmengen sich nicht mehr auf der Tragestange selbst, sondern nur auf diesen Rohren 16 absetzen und damit die Dichtigkeit der Druckstufenstrecke selbst nicht mehr behindern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vakuum-Lichtbogenofen mit von aussen verschiebbarer Elektrode zum Schmelzen von Metallen, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden-Vorschubstange der Elektrode durch eine Druckstufenstrecke hindurch in den Vakuumraum eingeführt ist.