DE1758772C - Lichtbogenofen mit wenigstens einer nicht abschmelzenden und nicht abbrennenden Elektrode - Google Patents

Description

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. Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenofen mit Auf diese Welse wird die WaTrnebelaetung' der ge-

wenigstens einer nlcht-abschmelzenden und nicht-ab- samten Elektrudenfltiche Mein gfihalten, so daß auch

brennenden Elektrode zum Schmelzen und Gießen von In Hochtemperaturanlagen die Gefahr von Erosion ge·

elektrisch leitendem Material, mit einem geschlosee· ring ist. Wenn für die Lichtbogenerzeugung eine

nen Gehäuse zur Erzielung einer definierten Atmo- s kleine wirksame Elektrodenflache günstig Ist, Kann

sphare und einer In diesem Gohliuse angeordneten hierfür der schmal ausgebildete Umfangsrand des

Form, worin das Material geschmolzen wird. Rades verwendet werden, «ο daß für KUhlungszwecke Bei Lichtbogenöfen wird gewöhnlich zwischen der dennoch eine möglichst große Gesamt-Elektroden- SchmelzbadoberflUche und einer Elektrode in einer flitche vorhanden 1st. Außerdem kann das Rad mit

unter vermindertem Druck stehenden Atmosphäre xo einer inneren Wasserkühlung versehen werden. Wäh-

eine elektrisch« Bogenentladung aufrechterhalten, wo- rend jedes Flächenelement der ElektrodenflHche nur

bei durch die dabei entstehende Wärmeenergie Mate- kurzzeitig der Hitze des Lichtbogens ausgesetzt ist und

rial geschmolzen wird. Bei einem allgemein angewand- daher nicht die Endtemperatur einer stillstehenden

ten Verfahren ist die Elektrode als Abschmelzelek- Elektrode erreichen kann, wird gleichzeitig ein kon-

trode ausgebildet und besteht aus dem gewünschten »5 tinuierlicher Lichtbogen aufrechtei'halten.

zu erschmelzenden Material. Bei diesem Verfahren ist Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung wer-

es allerdings erforderlich, daß der zu verarbeitende , den nachstehend an Hand einiger in der Zeichnung

Werkstoff vorher in die Form einer Elektrode gebracht dargestellter Ausführungsbeispiele erlüutert. Es zeigt

wird. In Fällen, wo der Werkstoff in pulvriger, kör- F i g. 1 im Schnitt einen Lichtbogenofen mit der

niger, schwammartiger oder sonstiger loser oder porö- »0 Elektrodenanordnung,

ser Form vorliegt, muß zur Lichtbogenerzeugung eine F i g. 2 die Elektrode dieses Ofens im Schnitt ge-

nicht-abschmelzende Elektrode verwendet werden. maß Linie 2-2 von F i g. 1,

Bei entsprechender Kühlung erfüllen solche Elektro- Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer

den gut ihrem Zweck, so daß durch Energieumwand- anderen Ausführungsform der Erfindung und

lung im Lichtbogen dem Schmelzbad so viel Wärme- as F i g. 4 oine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer

energie zugeführt werden kann, daß zugesetztes pul- weiteren Ausführungsform der Erfindung,

vriges oder körniges Material ebenfalls geschmolzen Zunächst wird auf die FMg. 1 und 2 verwiesen. Der

wird. Die Hitze des Lichtbogens wirkt aber selbst- Lichtbogenofen 1 besitzt ein Gehäuse 15, in welchem

verständlich auch auf die Spitze der Elektrode und hat der Druck mit Hilfe einer Vakuumpumpe 16 vermin-

dort eine starke Erosion zur Folge, so daß bei Hoch- 30 dert werden kann. Die im Gehäuse 15 herzustellenden

temperaturanwendungen diese Technik sehr schwierig, Vakuumbedingungen hängen von dem zu bearbeiten-

wenn nicht unmöglich wird. Dies gilt besonders für die den Material und vom Zweck der Bearbeitung ab.

Verarbeitung hochschmelzender und reaktiver Metalle Der Schmelzprozeß kann aber auch in einer Atmo-

wie Niob, Molybdän, Wolfram, Zirkon und Titan. Sphäre von inerten Gasen oder Gasgemischen unter

Bei den zuvor erwähnten Lichtbogenöfen mit Ab- 35 Druck durchgeführt werden. Letzteres ist manchmal

schmelzelektrode ist es auch bekannt, einen ungekühl- erforderlich, um ein Verdampfen des Materials oder

ten Schmelztiegel mit einer Auskleidung aus dem um- einzelner Legierungsbestandteile hiervon zu verhin-

zuschmelzenden Material zu verwenden. Dabei kann dem.

die Abschmelzelektrode einen verdickten, etwa halb- Die Forr», in der das Material geschmolzen wird,

kugelförmigen Kopf erhalten, der in die Höhlung der 40 besteht aus einem im Gehäuse 15 angeordneten Zylin-

Auskleidung gesenkt wird; der Elektrode wird cmc der 19 mit lotrechter Aclue, In welchem ein Boden 20

Drehbewegung um ihre etwa lotrechte A_cr.<:e und zu- auf und ab bewegbar ist, so ein!} eine Stranggußko-

sät7Üch eine Taurnelhrw·-?>. >λ· c.teiu, so iiali sowohl kille gebildet ist. Der Bodr->·. 20 sitzt auf einer Stange

Uti obere X en der Auskleidung als auch die Elektrode 2t, die während eines Schinelzvorganges mittels der

je die Form eines Rotationskörpers annehmen bzw. 45 Vorrichtung 22 abwärts bewegbar ist. Damit wird die

beibehalten (USA.-Patentschrift 2 796 452). Oberseite 25 der Schmelze 26 auf einer vorbestimm-

Die Anwendung einer radförmigen Elektrode ist ten Höhe gehalten. Beim Zusetzen von Material in die

von einer Elektro-Erosionsmaschine her bekannt, die Schmelze 26 wird der Boden 20 entsprechend abge-

ähnlich wie eine Rundschleifmaschine zur materialab- senkt. Die hier beschriebene Kokillenausbildung ist

tragenden Bearbeitung von Rotationskörpern dient, 50 nur eine von vielen Möglichkeiten, und die erfindungs-

wobei die kreiszylindrische Unifangsfläche des rotie- gemäß ausgebildete und angeordnete Elektrode kann

renden Rades die Gegenelektrode zum Werkstück bil- selbstverständlich auch mit anderen Gießformen kom-

det (USA.-Patentschrift 2 015 415). biniert werden.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Licht- Die Elektrode ist als Rad 30 ausgebildet und über bogenofens mit einer verbesserten Elektrodenanord- 55 der Schmelze 26 angeordnet. Die Achse 36 des Rades nung und -ausbildung. Die Lösung hierfür ist gemäß ist in Lagern 31 und 32 gelagert, die an Armen 33 der Erfindung gekennzeichnet durch ein bei seinem bzw. 34 hängen. Diese Arme sind mit Hilfe eines Umfang mit einer elektrisch leitenden kreisförmigen Isolators 35 elektrisch isoliert am Gehäuse 15 be-Elektrodenfläche versehenes Rad, das durch eine An- festigt. Die Achse 36 des Rades 30 ist durch eine triebsvorrichtung mittels einer im Gehäuse lagenfest 60 elektrisch isolierende und drucksichere Dichtungsanin einer von der Vertikalen abweichenden Ebene ge- Ordnung 39 aus dem Gehäuse IS nach außen geführt lagerten Welle derart in Drehung versetzbar ist, daß und wird durch einen außerhalb des Gehäuses 15 anunter ständigem Wechsel des für die Lichtbogcnerzeu- gebrachten Motor 40 in Drehung versetzt,
gung benutzten Teils der Elektrodenfläche aufeinan- Im Innern des Rades 30 befindet sich eine Rohrderfolgende Stellen dieser Fläche in stets der gleichen 65 schlange42 mit einemEinlaß45 und einem Auslaß 46, zur Aufrcchterhaltung des Lichtbogens erforderlichen die beide bei der Achse 36 angeordnet sind. Weniggeringen Entfernung über dem Schmelzspiegel des !,tens eine vollständige Windung 48 der Rohrschlange Materials in der Form verbleiben. 42 ist in unmittelbarer Nähe des Umfanges 50 des

Rades 3« vorgesehen. Die Achse 36 1st außerhalb des Gehäuses 15 von einem Anschlußstück 51 umgeben, durch welehes Kühlwasser für die Rohrschlange« zugeführt und aus diesei wieder abgeführt wird An das AnschlußstUck 51 sind ein Zuleitungsrohr 55 und ein Ableitungsrohr 56 CUi-das Kühlwasser angeschlossen, das durch Kanäle in der hohlen Achse 36 weitergeleitet wird. Die Zu- und Ableitung 55, 56 fUr Wasser oder e.n anderes Kühlmittel und der Motor 40 sind vom Gehäuse 15 elektrisch isoliert.

Über eine Leitung 60 und eine Stromübertragungseinrichtung il ist ein Pol einer elektrischen Energiequelle mit der Achse 36 und damit auch mit dem Rad 30 verbunden. Der andere Pol der Energiequelle ist mit Erde 62 und mit dem Zylinder 19 verbunden, so daß auch die Schmelze 26 auf Erdpotential liegt Somit ist zwischen der Oberseite 25 der Schmelze und dem Umfang 50 des Rades eine Potentialdifferenz vorhanden.

Das zu schmelzende Material kann auf herkömm- ao liehe Weise in die Schmelze 26 geleitet werden. In F i g. 1 ist hierfür eine Schurre 70 mit einer Luftschleuse 71 angedeutet. Das untere Ende der mit Material 73 beschickten Schurre 70 endet knapp über der Form 19, 20. as

Im Betrieb wird Material 73 durch die Luftschleuse 71 über die Schurre 70 in die Form 19, 20 eingeführt. Das Innere des Gehäuses 15 wird mit Hufe der Pumpe 16 bis auf den gewünschten Druck evakuiert. Der Motor 40 wird eingeschaltet, um das Rad 30 in Drehung zu versetzen. Dann wird zwischen die Leitung 60 und Erde 62 Spannung angelegt, um zwischen dem Rand des Rades 30 und der Oberseite des Materials 26 einen Lichtbogen 75 zu zünden. Durch die im Lichtbogen in Wärme umgewandelte elektrische Energie werden die Teilchen 73 geschmolzen und bilden die Schuit 1/e 26. Infolge der Drehung des Rades 30 wird die Stelle, von welche- der Lichtbogen 75 ausgeht, dauernd geändert. Während nur wenige Bogengrade des Umfangs 50 des Rades 30 für den Licht- 'iviien tu Anspruch genommen werden, wird der gesamte übrige Teil des Umfangs unter Mitwirkung des Kiiuv-vas-vfrs in övi- Rohrschlange 42 gekühlt. Fs J/iri' also in jedem Augenblick nur ein kleiner Teil des Umfangs des Rades 30 für den Lichtbogen in Anspruch genommen, wogegen der größte Teil für die Kühlung zur Verfügung steht. Der Umriß des Meridianschnittes des Rades 30 sowie der Abstand zwischen dem Rad und der Oberseite 25 der Schmelze 26 werden auf herkömmliche Weise festgelegt. Wenn die Erhitzung der Schmelze 26 fortgesetzt wird, wird das Material durch vorzeitige Verdampfung von Verunreinigungen und deren Abführung aus dem Gehäuse 15 gereinigt. Dann wird der Schmelze 26 Material 73 zugesetzt, und der Boden 20 der Form wird abgesenkt. Auf diese Weise wird die Oberseite 25 der Schmelze stets in angenähert gleicher Höhe gehalten, damit der Spalt zwischen dieser Oberseite und der Unterseite des Rades 30, wo der Lichtbogen 75 brennt, dauernd gleich groß bleibt,

Die gezeigte und beschriebene erste Ausführungsform ist ein Lichtbogenofen zum Reinigen und Gießen von Material, das in körniger Form zugeführt wird. Das Elektrodenrad 30 kann aber auch in anderen, an sich bekannten Ofentypen Verwendung finden. 6s

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 besteht die Form wieder aus einem Zylinder 80 mit lotrechter Achse und einem darin auf und ab bewegbaren Boden 82, Über dem sich dlo Schmelze 83 befindet. Ein als Elektrodo wirkendes Rad 85 1st in einer otwas gegen die Waagerechte geneigten Ebene drehbar angeordnet, so daß die untere Kante des Rüdes mit ihrer am tiefsten liegenden Stelle 88 sich knapp über der Oberseite 89 der Schmelze 83 befindet. Das Rad 85 wird durch einen Motor 86 in Drehung versetzt, so daß sich immer ein anderer Teil der Unterkanto des Rades über der Schmelze befindet. Das Rad 85 kann mittels Wasser gekühlt werden und ist mit einem Pol einer elektrischen Energiequelle verbunden. Die Schmelze 83 steht mit dem anderen Pol der Energiequelle in Verbindung, so daß zwischen Schmelze und Rad ein Lichtbogen 90 gezündet werden kann. Wegen der schrägen Lage des Rades 85 entsteht der Lichtbogen beiderseits der Kante 88. Infolge der Drehung des Rades werden nacheinander alle Teile der Umfangsstreifen beiderseits der Kante 88 zur Lichtbogenbildung herangezogen, wodurch trotz einer kleinen Fläche, an der sich der Lichtbogen ausbildet, eine große Kühlfläche zur Verfügung steht. Ähnlich wie gemäß Fig. 1 kann das zu schmelzende Material der Schmelze 83 über eine Schurre 92 zugeführt werden. In F i g. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei das Elektrodenrad 100 unter etwa 45° geneigt auf einer waagerechten Achse 105 montiert ist. Die Achse wird durch einen Motor in der durch den Pfeil 107 angedeuteten Richtung angetrieben. Dabei wandert der Umfang 108 des Rades, wie durch den Pfeil 109 angedeutet, knapp Über der Oberseite 101 der Schmelze 102 hin und her. Auf diese Weise wird ein Großteil der Oberseite der Schmelze abgetastet, und dementsprechend wird der Lichtbogen UO über die Oberseite 101 geführt. Das Elektrodenrad 100 wird analog wie beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 gekühlt. Infolge der Taumelbewegung ci»>s Rades bei seiner Drehung kommt die Hitze des Lichtbogens SlS μικ über die Oberseite 101 c^;.: Schmelze 102 vertei't zur Wirkung. Dadurch wird üt. Bildung überhitzter Stellen auf der Schmelzbadoberflariie sicher v*ri.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Lichtbogenofen mit wenigstens einer nichtabschmelzenden und einer nicht-abbrennenden Elektrode zum Schmelzen und Gießen von elektrisch leitendem Material mit einem geschlossenen Gehäuse zur Erzielung einer definierten Atmosphäre und einer in diesem Gehäuse angeordneten Form, in der das Material geschmolzen wird, gekennzeichnetdurchein bei seinem Umfang mit einer elektrisch leitenden kreisförmigen Elektrodenfläche versehenes Rad (30, 85, 100), das durch eine Antriebsvorrichtung (40, 86) mittels einer im Gehäuse (15) lagenfest in einer von der Vertikalen abweichenden Ebene gelagerten Welle (36, 105) derart in Drehung versetzbar ist, daß unter ständigem Wechsel des für die Lichtbogenerzeugung benutzten Teils der Elektrodenfläche aufeinanderfolgende Stellen dieser Fläche in stets der gleichen zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens (75, 90, HO) erforderlichen geringen Entfernung über dem Schmelzspiegel (25, 89, 101) des Materials (26, 83, 102) in der Form (19, 20, 80, 82) verbleiben.

2. Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß bei waagerechter Anordnung der Welle (36) das Rad (30) in einer lotrechten Ebene drehbar ist und daß die Elektrodenfläche durch die Umfangskante (SO) des Rades gebildet ist.

3. Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei waagerechter Anordnung der Welle (105) das Rad (100) schräg zur Mittelachse der Welle (105) unter einem Winkel angeordnet ist, der auf einen solchen Wert begrenzt ist, daß der untere Umfangsteil (108) des Rades nur innerhalb der lichten Weite der Form hin- und herbeweglich ist, wobei die Elektrodenfläche durch den Umfangsbereich des Rades gebildet ist.

4. Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei in schräger Neigungslage neben der Form (80, 82) angeordneter Welle das Rad (85) in einer zur Waagerechten leicht geneigten Ebene umlaufbar ist, wobei sich jeweils der die Elektrodenfläche bildende untere Umfangs- ao rand (88) des Rades über der Form befindet.

5. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Zuführen von zu schmelzendem Material (73) in die Form (19, 20; 80; 82), beispielsweise eine Schurre (70; 92), vorgesehen ist und daß eine Einrichtung (22) zum Absenken des Bodens (20; 82) der Form vorhanden ist, damit die Oberseite (25; 89) der Schmelze bzw. des Materials (26; 83) in der Form auf gleichbleibender Höhe gehalten werden kann.

6. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (30) zwei Rohranschlüsse (45, 46) zum Einführen bzw. Ableiten eines Kühlmediums besitzt, die im Rad durch eine Leitung (Rohrschlange 42) verbunden sind, welche nahe bei der Elektrodenfläche (50) vorbeigeführt (48) ist, und daß eine Einrichtung zum Zuführen des Kühlmediums an den einen Rohranschluß (Einlaß 45) und zum Abführen vom anderen Rohranschluß (Auslaß 46) vorgesehen ist, so daß ein dauernder Umlauf von Kühlmedium durch die Leitung (Rohrschlange 42) erzielbar ist.

7. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (36) druckdicht durch eine Wandung des Gehäuses (15) nach außen geführt ist, wo sich die Antriebseinrichtung (40) befindet.

8. Lichtbogenofen nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohranschlüsse (45, 46) des Rades (30) durch Kanäle in der hohlen Achse (36) fortgesetzt sind und daß außerhalb des Gehäuses (15) an ein die Achse (36) umgebendes und mit deren Kanälen in Verbindung stehendes Anschlußstück (51) ein Zuleitungsrohr (55) und ein Ableitungsrohr (56) füi das Kühlmedium angeschlossen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen