DE1845984U

DE1845984U - Vorrichtung zur fernbeobachtung in lichtbogenschmelzanlagen.

Info

Publication number: DE1845984U
Application number: DEH28584U
Authority: DE
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1958-05-29
Filing date: 1958-05-29
Publication date: 1962-02-01

Description

"Vorrichtung zur Fernbeobachtung in Lichtbogenschmelzanlagen" Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine optische Kontrolle des Lichtbogens, des Schmelzvorganges und der GUte des erschmolzenen Metalls in Lichtbogenschmelzanlagen.
Vakuum-Lichtbogenschmelzanlagen sind nach außen durch die Wände des Vakuumraumes abgeschlossen, so daß eine unmittelbare Beobachtung des Schmeizvorganges sehr schwierig ist. In vielen Vakuumanlage werden Fenster vorgesehen, die die Beobachtung der vorgehenden Prozesse gestatten. Ein wesentlicher Nachteil aller solcher Beobachtungseinrichtungen ist aber der, daß Fenster in Schmelzanlagen durch verdampfendes oder verspritztes Metall teilweise oder ganz bedeckt werden und dann eine Beobachtung ohne

Reinigung des Fensters schwierig ist. Aber auch eine Reinigung

der Fenster gibt den freien Durchblick immer nur für eine relativ kurze Zeit. Bei Lichtbogenanlagen besteht noch dazu der'Nachteile daß der Lichtbogen in der Tiefe eines wassergekühlten Tiegels brennt, der Ort des Bogens sich während des Schmelzens um eine be-

trächtliche Strecke, z. B. mehr als 2 m in der Höhenlage ver-

schiebt und darum ein seitlicher Einblick nicht möglich ist. Daher kann auch die Bogenlänge nicht unmittelbar beobachtet werden, während andererseits eine elektrische Messung der Bogenlänge mit großen Unsicherheiten behaftet ist, In der letzten Zeit werden zu Beobachtungen von verschiedenen Vorgängen relativ einfach gebaute Fernsehapparate benutzt. Solche Fernsehapparate benötigen aber ebenfalls ein nähe beim Bogen befindliches Durchblickfenster, welches leicht bedampft wird, andererseits sind sie empfindlich gegen magnetische und elektrische Felder. Da nun beim Betrieb eines Lichtbogenschmelzofens starke schwankende Magnetfelder auftreten, und ausserdem jeder Bogen gewisse Hochfrequenzspannungen erzeugt, so ist auch die Verwendung von solchen Fernsehapparaten mit ziemlich grossen technischen Schwierigkeiten verbunden. Fernsehapparate geben überdies keine wirklich plastischen Bilder und, soweit sie mit erträglichem Aufwand arbeiten sollen keine Wiedergabe der beim Schmelzvorgang auftretenden Farben, Die vorliegende Erfindung löst die auftretenden Schwierigkeiten in überraschender Weise. Es wird vorgeschlagen, ein rein optisches System zur Fernbeobachtung des Schmelzvorganses in Vakuum-Lichtbogen-Schmelzanlaen zu benutzen und am Bedienungspult ein Bild des Ofeninnern auf einer Mattscheibe zu erzeugen.
Gegen eine solche Abbildung bestand bisher insofern ein Vorteil, als die Entfernung zwischen der Einblickstelle in den Ofen und der Beobachtungsstelle am Bedienungspult sehr gross ist. Sie beträgt etwa 15, ja sogar bei grossen Schmelzanlagen bis zu 25 m.
Bei einem so langen Weg, der meist durch mehrere Schutzwände und dergl. hindurchgeht und darum nur relativ geringen Querschnitt aufweisen darf, muss mit grossen Lichtverlusten gerechnet werden.

Denn es sind eine ganze Anzahl von Linsen, Spiegeln, Blenden usw. nötig. Aus diesem Grunde hatte man auch schon mit unverhältnismässig grösserem Aufwand Fersehapparate eingesetzt, ohne aber das

zugrundeliegende Problem betriebssicher losen zu können.

Es hat sich aber gezeigte dass die rein optische Fernbeobachtung

andene Lichtstärke reicht-7

möglich lote denn die im Ofen vorhandene Lichtstarke reichte

trotz der auf dem V.'eje entstehenden Verluste-aua um auf der

weit entfernten Mattscheibe am Bed : Lenungspult ein genügend helles

Bild zu erzeugen Dieser überraschand einfache Weg zur Lösung der

gestellten Aufgabe hat eine betrie'ossichere und einwandfreie Kon-

trolle des Schmelzvorganges im Vakuumlichtbogenofen ergeben, die

I

bisher unmöglich schien. Das farbige, teilweise plastische Bild

des Ofeninnern auf der Mattscheibe am Bedienungspult erlaubt eine

Beobachtung der Bogenverhältnisse und eine einwandfreie Beurteilung

des Schelsvorganees.

Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, die Einblickrichtung des fischen Systems etwa in die Richtung der Elektrode zu legen. Dann wird das Innere des Tiegels und vor allem die Oberfläche des sich bildenden Schmelzsees abgebildet.
Disser Vorschlag 0 gibt die Möglichkeit die Ofeneinblicköffnung sehr weit von dem brennenden Bogen zu entfernen, und zwar insbesondere bis zu dem obersten Teil des Ofens, durch den auch die Elektrode, bezw. die Elektrodenhaltestange in den Ofenraum eingeführt wird. Damit liegt das Einblickfenster sehr weit vom brennenden Bogen und wird praktisch nicht mehr von Metalldämpfen oder -spritzern bedeckte Diese Einblickrichtung erfasst den brennenden Bogen nicht unmittel

bar. da er zum weitaus gröBsten Teil von der Elektrode überdeckt

wird. Überraschenderweise erlaubt sie jedoch eine senken genaue Beobachtung des Bogens, insbesondere der Bogenlänge, wie weiter unten noch ausführlich dargestellt wird.
Mit besonderem Vorteil werden 2 Systeme gleichzeitig benutzte denn bei der Benutzung eines Systems ist immer ein Teil des Blickfeldes durch die Elektrode selbst verdeckt.

Solche Systeme erlauben gerade deshalb, weil sie die vorhandenen Farben naturgetreu wiedergeben, eine gute Schätzung der Bogenlänge, und da sie in der Richtung der Elektrode selbst die Beobachtungen ausführen auch die Kontrolle t ob nicht etwa der Bogen von der Elektrode zur Tiegelwandung gezündet hato

Inden beigesebenen Figuren sind Einrichtungen zur Fernbeobachtung

dargestellt ; ; wobei

Fig. 1 eine Gesamtansicht

Fig. 2 die Wirkungsweise einer solchen Einrichtung

nach der vorliegenden Erfindung

Fig. 3 ein schematisches Beobachtungsfeld Figt 4 eine weitere Variante einer solchen Einrichtung und Fig. 5 drei schematische Schnitte durch verschie-

denlange Lichtbogen

ti

zeigt,

Eh der halbachematischen Fig. 1 ist eine Vakuum-Lichtbogenschmels-

er 1 mit der oberen Be-

anlage dargestellt, die aus der Ofenkammer 1 mit der oberen Be-

penzun, sfläche 2 besteht. In dieses Ofenteil mündet die Vakuum-

Leitung ; ; die zum Pumpenaggregat 4 führte Unten an diesem Ofen-

teil 1 ist der Tiegel 5 unter Zwischenlegen einer Isolierschicht 6

(sah. Fig. 2) befestigt, Der Ofenceil l und der Schmelztiegel 6

sind in bekannter Weise wassergekühlte Durch die obere Begrenzungsfläche 2 ist die Elektrodenhaltestange

7 durch eine Dichtung 8 (sh Fig. 2) hindurchgeführt. Sie wird

durchdas MotoT. enaggregt 9 auf-bezw. abwärt bewegt. Dieses Mo-

torenaggregat befindet sich im (bersten Teil der Halte-und Trage"

konstruktion10, die den ganzen Lichtbogenofen umgibt, und das

mehrere Bedienungsetagen aufweist.

Die ganze Ofenkonstruktion steht in einer Halle 11, die von den übrigen Räumen durch eine Schutzmauer 12 getrennt ist. In einem dieser Räume, also an einem weitgehend geschützten Ort, befindet sich das Bedienungspult 15t von dem aus alle Teile des Ofens bedient werden.

Um nun von diesem ungefährdeten Ort aus den Bogen und den Schmelz-

Vorgang beobachten zu können, wird erfindungsgemäsa vorgeschlagen,

ein optisches System 14 zu benutzen, das-auf einer Mattscheibe 15

am Bedienungspult ein Bild des Ofeninnere entwirfto Das optische

System 14 stellt einen Durchbruch durch die Schutzmauer 12 und

auch meist mehrere Etagendecken dar und muss darum möglielt ge-

ringen Querschnitt aufweisen. Die Entfernung von der oberen Be-

grenzungsfläche 2 bis zum Bedienungspult 12 beträgt meist über

grenzungsflia*che 2 bis L>

15, öftrer auch bis zu 25 m und mehr. Wie oben dargestellte be-

15,0-1 mehro Vile oben

stand e rurte o lange X xsin optische Übertragungssysteme zu

verwenden das aber durch die vorliegende Erfindung als unbegrün-

det erwiesen wurde In Fig. 2 ist der Lichtbogenofen selbst im Schnitt gezeigt und die Wirkungsweise der optischen Fernbeobachtung dargestellt. In Lichtbogen 16 schmilzt die Elektrode 17 zum Schmelzblock 18 ab ; dieses Abschmelzen wird etwa in Richtung der Elektrode durch das optische System 14 beobachtet. Dieses System ist durch die obere Begrenzung 2 Vakuumdicht in den Ofen eingeführt und besteht aus leu Spiegeln, Linsen, Blenden 19 bis 21, die nur schematisch angedeutet wurden. Das. vom Objektiv 19 durch die vakuumdicht eingesetzte Abschlussscheibe 22 gesehen Bild wird weitergeleitet zur Mattscheibe 15. Luf dieser Mattscheibe ist ein Bild zu sehen, das in Fig. 3 et-

was vereinfacht wiedergeben ist. Da Bild der Elektrodenstange 23

md der hängenden Elektrode 26 ragt schräg hinein und ist von dem

u

ler erleuchteten Tiesolwand 24 und dem des Schmelzsees 25 um-eben.

) e Bogen 27 ist nur teilweise und nicht immer zu sehen. In Bild

5 des Schmelzsees ist deutlich zu erkennen, ob der ganze Querschnitt

les Tiegelrohres von dem Schmelzsee erfüllt ist und&mit ein bis

um Rand dichter Schmelzblock 18 erwartet werden kannoßbenso leicht

sind parasitär Lichtbogen von der Elektrode 23 zur Tiegelwand 24

zu erkennn fi selbst wenn sie durch die Elektrode verdeckt und nur

ihre Lichterscheinung zu ehen ist. Auch die Höhe des noch nicht

gefüllten Tieselraumes lasst sich sehr gut erke

Es ist besonder wichtig, dass die Tiegelkante als besonders kritische Stelle gut zu sehen istpDer bogen darf sich nicht oberhalb der eigentlichen Brennzone im Tiegel befinden. Darum werden optische Systeme) die keine Veränderung der Brennweite gestatten, auf den oberen Rand 28 des Schselztiesels scharf eingestellt. Die Bildgüte des tiefer brennenden Bogens leidet zwar dadurch, aber beidem melatig grossen Objektabstand zwischen dem Durchblick durch das sehr hoch angeordnete Ofeneinblickglas 22 und dem Bogen 16 sind die sich ergebenden Unschärfen erträglich. Andererseits ist es natürlich von Vortei, immer ein scharfes Bild des Bogens und des Schmelzsees zu haben. Dann wird die Brennweitenänderung zweckmässig motorisch durch Verschieben einer Linse oder des Objektivs oder dergl. erfolgen, damit auch diese Einstellung vom Bedienungspult 12 aus durch Knopfdruck erfolgen kann.

In Fig. 4 endlich ist der obere Teil des Ofens nochmals sehematisch dargestellt. Hier wurden zwei gegenüberliegende optische Systeme 14a und 14b benutzt, die auch den Teil des Ofens,

der in Fig= 3 durch die Elektrode 23 verdeckt ird, zu beobachten

*. 6-

gestatten. Die Lage einer Marke 29 auf den beiden Mattscheibe 15a und 15b zeigt dies deutlieh. Der Lichtbogen wird also mit Hilfe der Abbildungen 26a und 26b von beiden Seiten her- beobachtet.
Obwohl es zunächst so aussieht, als ob der Bogen selbst, nicht direkt zu beobachten ist, so sind doch die natürlichen Farben, die im Ofeninnern auftreten, auf der Mattscheibe deutlich zu sehen und ergeben eine sehr gute Beobachtungsmöglichkeit der Bogenlänge und des Schmelzvorganges. Geschmolzene, hocherhitzte Metalle haben üblicherweise Farbe, die rot bis rotgelb oder gar hellgelb sind. Demgegenüber hat der Bogen im Peinvakum mejt eine blaue Farbe.
Ein kurzer Bogen ist eng begrenzt und er praktisch nur einen Raum, der kleiner ist als die untere Begrenzung der Elektrode.
Dieser Bogen verschwindet also in der hier vorgeschlagenen Beobachtuncseinrichtung praktisch unter dem Bild der Elektrode.
Einnormaler Bogen ist etwas breiter als das untere Ende der Elektrode, so dass er etwas zu sehen ist, während ein sehr langer Bogen ein intensives blaues Licht erzeugte das praktisch den ganzen Tiegelraum erfüllt. Dieses Verhalten des Bogens Ist in Figur 5 schematisch dargestellt, Dabei ist in Figur

5aein zu kurzer jSchsielzlichtboen

5b ein richtiger Bogen

50 ein zu langer Bogen

gezeichnet. Der Bogen 16 selbst zeigt t wie schon oben gesagt)

ein blaues Licht, während die Oberflache 25 des erschmolzenen Metallblockes 18 eine gelblich-rötliche Farbe besitzt.

Die Beobachtung erfasst in der durch den Pfeil 30 angedeuteten Richtung den Zwischenraum zwischen der Elektrode 17 und der Ofenwandung 31.

den drei Fällen ergibt die Beobachtung folgendes Schema !

F

Es ist zu sehen dargestellt Beurteilung

inFigur

Nur Oberfläche 25 Bogen zu kurz,

des glühenden Schmelz- 5a Block aussen wenig

blockes durchgeschmolzen.

seine Farbe: gelb

Aussen die Oberflä- Bogenlänge richtig,

ehe 25 des glühen- 5b Block 18 gut durch-

den und teils schmelz- geschmolzen.

flüssigen, gelben Me-

tallblockes, innen ein

Teil des blauen Bogens

16

Am Rand ein schmaler Bogen zu lang,

hochgezogener, gelb- 5c Block 18 schlecht

glühender fragen der durchgeschmolzen.

Oberfläche 25, der

grösste Teil des Blickfeldes

durch den blauen Bo-

gen 16 erfüllt.

@

Die Beurteilung ist relativ einfach vorzunehmen und ergibt so

fort Hinweise dafür, ob und welche Nassnahmen zur Regulierung

durchzuführensind"

In den Figgo 3, 4 und 5 ist auch die Oberfläche 25 des Schmelzblockes sehr gut zu sehen, und also auch sehr leicht der flüssig ge Teil des erschmolzenen Metalles von dem erstarrten zu unterscheiden.. So ist eine einfache Kontrolle möglich, ob das Metall auch bis zu seinem Rande wirklich durchgeschmolzen ist, oder ob ein Schmelzen nur in der Innenzone, überhaupt kein Schmelzen, oder sogar ein zu grosses Kochen des Schmelzsees auftritt. Die

; rfindungsgNäss Beobachtungainriebtung erlaubt alae auoh., die

günstigste Sebmelsbedingung für die ualiä des s ers&hmelsen

sn Metalles schon während des Sohmelzvorganges zu wählen und not

alls eine Änderung demselben zu versnl6ßsea So rlub dieae op

13

ische Fernbeobachtung eine sehr gonßue Überwachung des Schmelsvo

langes.

&1& optische Byates. e kennen nturgemse beliobig<s Linsen und

SpiegelkONbinationea. verwendet werdex Die Erfindung beschränkt

sich darauf ; dasa aein gutes Bild des Bgen dadurch erhäl

dass ein rein. optisohes System zur Frnbeobaehtung benutzt

wird.

Claims

'Schutaspruqho zu 1. Vorrichtung sur Fernbeobachtung der Bogenlänge und des Schmelzvorganges in VakuumLiohtbogen-Sohmelsanlagen, da-

durch gekennzeichnet, daß an den Schmelzofen mindestens ein, vorzugsweise zwei, rein optische Systeme (14) ange- setzt sind, deren Mattscheibe (15) am entfernt vom Schmelz-

ofen stehenden Bedienungspult der Schmelzanlage oder in dessen Nähe angeordnet ist o 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnete daß die Einblicköffnung (22) für das System sich im obersten Begrenzungsteil (2) des Schmelzofen befindet, durch den auch die Elektrode bzw. die Elektrodenhaltestange (7) in den Ofenraum eingeführt ist 0 i 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, daß das optische System aus einer an sich bekannten Anordnung aus Linsen, Spiegel, Blenden und dergl. besteht. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich-

net, daß ein Teilstück des optischen Systems so an den obersten Begrenzungsteil des Schmelzofens angesetzt ist, daß die Einblickrichtung des optischen-Systems in den Schmelzofen etwa in Richtung der Elektrode, also vorzugsweise von oben nach unten, liegt.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System mit einer motorischen Verstelleinrichtung verbunden ist, mittels deren mindestens ein Teil des optischen Systems während des Abschmelzvorganges verstellt werden kann «