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Die Erfindung bezieht sich auf einen Plasmalichtbogenofen zum Herstellen von aus verzehrbaren
Elektroden erschmolzenen Metallblöcken, mit einer gasdichten Kammer, in die ein vertikaler Elektrodenhalter dicht und verschiebbar eingesetzt ist und die mit einer Schleuse zum Einbringen von Schlackenbildnern sowie mit Zu- und Ableitungen für Gase ausgestattet ist, und mit einer unterhalb des Elektrodenhalters angeordneten, kühlbaren Kokille.
Bekannt sind Vorrichtungen zur Veredelung von Metallen (deutsche Offenlegungsschrift 1928256), bei welchen mit Hilfe von Plasmatronen dem bereits schmelzflüssig eingebrachten Metall Wärme zugeführt und hiedurch eine Bewegung des Metallbades angestrebt wird. Auch sind schon Lichtbogenöfen vorgeschlagen worden (deutsche Auslegeschrift 1926287), in deren gasdichtem Gehäuse eine Kokille und über dieser eine vertikale, unverzehrbare und nicht abbrennende Elektrode angeordnet ist. Diese Elektrode weist einen Schaft auf, der in einem in das Gehäuseinnere einspringenden Rohr drehbar gelagert ist. Der Schaft ist hohl und trägt an einem inneren Ende eine hohle Scheibe mit eingewölbter Stirnfläche. In dem Scheibenhohlraum ist eine Kühlspirale untergebracht, deren Anschlussleitungen durch den Schaft herausgeführt sind. Eine andere Vorrichtung (österr.
Patentschrift Nr. 274265) weist eine vakuumdichte Kammer auf, in der eine seitlich eingeführte Elektrode mittels eines Plasmatrons oder mehrerer abgeschmolzen wird. Die Kammer, in der eine kühlbare Kokille zur Ausbildung des herzustellenden Blockes angeordnet ist, kann über einen seitlichen Stutzen evakuiert bzw. mit
Stickstoff gefüllt werden. Die erwähnten Vorrichtungen dienen entweder dem Umschmelzen verzehrbarer
Elektroden überhaupt nicht, weil sie dazu weder bestimmt noch eingerichtet sind, oder die verzehrbare Elektrode bildet einen von dem Plasmatron völlig getrennten Teil. Dieser Umstand bedingt Wärmeverluste, einen verhältnismässig komplizierten Aufbau sowie eine aufmerksame Bedienung und auch eine ungenügende Ausnutzung bzw. einen erhöhten Verbrauch von zur Schaffung einer inerten Atmosphäre zugeführten, in manchen Fällen teuren Gasen, wie z. B.
Helium.
Ziel der Erfindung ist ein Plasmalichtbogenofen, der sowohl hinsichtlich seines Aufbaues als auch seiner Bedienung einfach ist, der seiner Konstruktion nach für das Erschmelzen von grösseren Blöcken gebaut werden kann als mit den bekannten Anlagen möglich ist, und bei dem der Gasverbrauch wesentlich kleiner ist als bisher.
Dieses Ziel ist mit einem Plasmalichtbogenofen des eingangs erwähnten Aufbaues erreichbar, bei dem erfindungsgemäss der als rohrförmiger Schaft ausgebildete Elektrodenhalter einen an seiner Stirnseite mündenden Axialkanal aufweist, wobei an der Stirnseite eine mit einem durchlaufenden Längskanal versehene, verzehrbare Elektrode, gegebenenfalls unter Zwischenlage eines Dichtungsringes lösbar befestigt ist und die Achsen der Kanäle im wesentlichen fluchten, und bei dem die Schleuse sowie die Zuleitung an das aus der Kammer vorragende Ende des Schaftes angeschlossen sind. Die verzehrbare Elektrode bildet einen mit niedriger Temperatur arbeitenden Plasmagenerator, und es wird keine Wärme nach aussen abgeführt, vielmehr ausschliesslich die abzuschmelzende Elektrode erwärmt.
Die, wenn notwendig mit einem Dichtungsring erreichte, praktisch leckfreie Verbindung zwischen der Elektrode und dem Schaft hindert das Austreten von Gasen an einer Stelle, wo diese zur Plasmabildung nichts beitragen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Boden der Kammer mit einer Öffnung versehen, deren Querschnitt grösser als jener der Elektrode ist, und die Kokille ist an den Boden von aussen dicht ansetzbar. Bei dieser Ausführung ist der mit zugeführtem Gas zu erfüllende Raum sehr klein und deshalb der Gasverbrauch besonders klein.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht ist. Die Zeichnung zeigt einen erfindungsgemässen Plasmalichtbogenofen im Längsschnitt.
Der dargestellte Plasmalichtbogenofen weist eine gasdichte Kammer--l--mit einem Boden auf, der mit einer Öffnung--14--versehen ist. An die Aussenseite des Bodens ist eine mit dieser Öffnung im wesentlichen koaxiale, kühlbare Kokille --2-- angesetzt. Koaxial mit der zur Aufnahme des zu erschmelzenden Blockes --3-- bestimmten Kokille verläuft ein von einem Axialkanal-8-durchsetzter Elektrodenhalter in Form eines rohrförmigen Schaftes--5--, der in die Decke der Kammer dicht und verschiebbar eingesetzt ist. Der aus der Kammer--l--vorstehende Abschnitt des Schaftes--5--ist mit einer Vorschubvorrichtung--6-verbunden.
Auf das Schaftende ist eine dicht abschliessbare Schleuse--10--aufgesetzt, von der eine Zuleitung für Gas ausgeht und die zum Einbringen schlackenbildender Zusätze bestimmt ist. An der Stirnseite des innerhalb der Kammer befindlichen, mit einer Befestigungsvorrichtung, z. B. mit einem Flansch versehenen
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--8-- mündet,- und der Elektrode --4-- kann mittels eines Dichtungsringes --11-- hergestellt oder verbessert werden.
An den Schaft bzw. über diesen an die Elektrode --4-- ist die eine, an die Kokille --2-- die andere Klemme einer elektrischen Stromquelle, z. B. eines Transformators angeschlossen. Eine Zuleitung für plasmabildendes Gas, die in einen oberhalb und in einen unterhalb einer in die Schleuse --10-- eingebauten Dosiervorrichtung angeschlossenen Zweig gegabelt sein kann, geht von einem Regelventil--9--od. dgl. aus, von dem eine Leitung zu einem Reinigungsgerät--12--führt, das dazu dient, das der Kammer zuzuführende
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Gas von unerwünschten Beimengungen, wie Sauerstoff und Wasserdampf zu befreien.
Zum Ableiten von Gasen aus der Kammer-l-dient ein an diese angesetzter Abzugsstutzen-13--, an den eine Rohrleitung angeschlossen sein kann.
Der beschriebene Plasmalichtbogenofen arbeitet in folgender Weise : Zunächst wird die verzehrbare Elektrode --4-- an dem rohrförmigen Schaft --5-- befestigt und dann an die öffnung --14-- des Kammerbodens die Kokille --2-- dicht angesetzt. Die Achsen des Schaftes --5-- sowie der Elektrode --4-- und damit auch des Axialkanals--8--bzw. des Elektrodenlängskanals fluchten im wesentlichen untereinander und mit der Achse der Kokille-2-.
In die Schleuse --10-- wird granulierte Schlacke eingebracht, und nach dem Verschliessen der Schleuse sowie des Regelventils --9-- in der Zuleitung wird die Kammer-l-sowie die Kokille --2-- über den Stutzen --13-- bis auf einen vorgegebenen Druck evakuiert. Sodann wird über die Zuleitung das plasmabildende Gas oder Gasgemisch eingeführt und der Druck in dem Hohlraum des Ofens bis auf einen den Druck der umgebenden Atmosphäre nur wenig übertreffenden Wert eingestellt, worauf die Gaszuleitung auf die für die Durchführung des Umschmelzprozesses notwendige Menge pro Zeiteinheit gedrosselt und die Gasableitung durch den Stutzen freigegeben wird. Anschliessend wird zwischen der Elektrode --4-- und dem gekühlten Kokillenboden ein Lichtbogen gezündet.
Das aus dem Längskanal-7- an der Stirnseite der Elektrode --4-- austretende Gas gelangt in die Zone der Lichtbogenentladung, wird ionisiert und bildet ein Niedertemperaturplasma, das trotzdem hoch genug temperiert ist, um die verzehrbare Elektrode an ihrer Stirnseite abzuschmelzen. Das abgeschmolzene Metall tropft ab und bildet ein den Kokillenboden überdeckendes Metallbad, dessen Spiegel ansteigt und aus dem der Block--3--erstarrt.
Während eines Abschmelzvorganges nimmt die Länge der Elektrode --4-- ab, die deshalb mittels der Vorschubvorrichtung --6-- abgesenkt wird.
Wenn es angezeigt oder erwünscht ist, das Metallbad mit einem auf die abschmelzenden Tropfen einwirkenden, jedenfalls aber den Badspiegel abdeckende Schlackenbad zu überschichten, kann mit Hilfe der Schleuse--10--in die Kokille --2-- granulierte Schlacke portionsweise oder kontinuierlich eingebracht werden. Die Schlackenteilchen gelangen durch die Kanäle--8 bzw. 7--in die Brennzone des Plasmagenerators, wo sie sofort schmelzen.
Nach Beendigung des Umschmelzvorganges wird die Stromquelle abgeschaltet und die Gaszufuhr abgestellt,
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--4-- von dem Schaft --5-- entfernt.
Bei den erfindungsgemässen Plasmalichtbogenöfen bildet die Elektrode selbst einen Bestandteil des
Plasmagenerators und dient der Zuführung des plasmabildenden Gases, das demnach ohne weiteres in jene Zone gelangt, in der das Plasma entsteht und daher auch praktisch vollständig zur Bildung von Plasma ausgenutzt wird. Dieser Umstand bewirkt eine Verringerung des Gasverbrauches auf die Hälfte bis zu einem Drittel des bisher notwendigen, z. B. auf 8 bis 10 m3 je Tonne des Blockgewichtes. Daher können ausser den verhältnismässig billigen Gasen oder Gasgemischen wie Argon-Stickstoff oder Argon-Wasserstoff auch Gemische mit kostspieligen Anteilen oder teure Gase, insbesondere Helium, wirtschaftlich verwendet werden.
Von der in dem Lichtbogen entstehenden Wärme wird praktisch nichts nach aussen abgeführt, so dass die pro Tonne des Blockgewichtes zuzuführende elektrische Energie 700 bis 800 kWh nicht übersteigt.
Der beschriebene Plasmalichtbogenofen zeichnet sich durch ein niedriges Gesamtvolumen aus, denn der Kokillenquerschnitt übertrifft den Elektrodenquerschnitt um nicht mehr als unbedingt notwendig ist. Auch die Abmessungen der Öffnung des Kokillenbodens brauchen nicht grösser zu sein, als für das unbehinderte Einführen der verzehrbaren Elektrode notwendig ist und um einen elektrischen Schluss zwischen Elektrode und Bodenwand auszuschliessen. Das mit zur Plasmabildung ungenutztem Gas zu erfüllende Volumen kann daher auf einen Mindestwert reduziert werden, u. zw. ohne Einbusse an Betriebssicherheit und ohne abträgliche Folgen für die Qualität der zu erschmelzenden Blöcke.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Plasmalichtbogenofen zum Herstellen von aus verzehrbaren Elektroden erschmolzenen Metallblöcken, mit einer gasdichten Kammer, in die ein vertikaler Elektrodenhalter dicht und verschiebbar eingesetzt ist und die mit einer Schleuse zum Einbringen von Schlackenbildnern sowie mit Zu- und Ableitungen für Gase ausgestattet ist, und mit einer unterhalb des Elektrodenhalters angeordneten, kühlbaren Kokille, dadurch gekenn- zeichnet, dass der als rohrförmiger Schaft (5) ausgebildete Elektrodenhalter einen an seiner Stirnseite mündenden Axialkanal (8) aufweist, wobei an der Stirnseite eine mit einem durchlaufenden Längskanal (7) versehene, verzehrbare Elektrode (9), gegebenenfalls unter Zwischenlage eines Dichtungsringes (11) lösbar befestigt ist und die Achsen der Kanäle (7, 8) im wesentlichen fluchten,
und dass die Schleuse (10) sowie die
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