DE1926287C - Lichtbogenofen mit wenigstens einer nicht-abschmelzenden und nicht-abbrennenden Elektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lichtbogen- Lichtbogenerzeugung benutzten Teiles der Elektroofen mit wenigstens einer nicht-abschmelzenden denfläche gewährleistet ist.

und nicht-abbrennenden durch ein Kühlmedium ge- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gekühlten Elektrode zum Schmelzen und Gießen von löst, daß die Elektrode als im wesentlichen den Einelektrisch leitendem Material, mit einem geschlos- 5 füllquerschnitt des Kokillenbodens ausfüllendes Rad senen Gehäuse zur Erzielung einer definierten Atmo- ausgebildet ist, das auf der dem Schmelzspiegel zusphäre und einer in diesem Gehäuse relativ zur gewandten Seite eine in gleicher Größe wie das Rad Elektrode bewegbaren Kokille. · gehaltene ebene kreisförmige ElektrodenPHche auf-

Es ist bekannt, aus dem zu erschmelzenden Mate- weist und dessen als Strahlungsabschirmung über der

rial Abschmelzelektroden zu formen und in Licht- io Schmelze dienende Nabe in eine Achse ausläuft, die

bogenöfen einzusetzen. durch eine Antriebsvorrichtung derart in Drehung

Liegt das zu schmelzende Material jedoch in pul- versetzbar ist, daß die Elektrodenfläche des Rades veriger, körniger, schwammartiger oder sonstiger in stets der gleichen zur Aufrechterhaltung eines loser oder poröser Form vor, muß zur Lichtbogen- Lichtbogens erforderlichen geringen Entfernung über erzeugung eine nicht-abschmelzende Elektrode ver- 15 dem Schmelzspiegel in der Kokille verbleibt,
wendet werden, die durch Energieumwandlung im Es wurde gefunden, daß bei einer derartigen AusLichtbogen dem Schmelzbad soviel Wärmeenergie bildung zwischen dem Elektrodenrad und der zuführt, daß ein Material selbst in dieser Form ge- Schmelze ein oder mehrere Lichtbogen gezündet schmolzen werden kann. werden können, die in bezug auf die Schmelze an-

Die Hitze des Lichtbogens wirkt sich aber auch 20 nähernd stationär bleiben, wohingegen ein in bezug

auf die Elektrodenoberfläche aus und hat dort eine auf den Schmelzbadspiegel um eine horizontale

starke Erosion zur Folge. Werden nun hochschmel- Achse in Drehung versetztes Elektrodenrad Licht-

zende und reaktive Metalle, wie Niob, Molybdän, bögen entstehen läßt, die innerhalb eines gewissen

Wolfram, Zircon oder Titan, verarbeitet, die die Bereiches zwischen Schmelzbadspiegel und dem

Anwendung entsprechend hoher Schmelztemperatu- 35 unteren Rand des Elektrodenrades wandern,

ren voraussetzen, so unterliegen die Elektroden einer Mit der Anordnung des den Einzelquerschriiit des

hohen Abnutzung, und ein häufiger Austausch ist Kokillenbodens ausfüllenden Elektrodenrades wird

erforderlich. gleichzeitig eine besonders gute Strahlungsabschir-

Die Anwendung eines Lichtbogenofens der ein- mung über der Schmelze erzielt.
gangs genannten Bauart ist beispielsweise in »Iron & 30 In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist Steel«, 1960, S. 4 veranschaulicht. Die hierbei ver- die Achse mit dem drehbaren Rad in stets gleichwendete Elektrode mit zum Einfüllquerschnitt des bleibendem Abstand zur Kokille angeordnet und der Kokillenbodens kleingehaltener Wirksamer Elektro- Boden kontinuierlich absenkbar. An sich ist das denfläche läßt sich lediglich in ihrer Höhe zum Absenken des Kokillenbodens in bezug auf die Elek-Schmclztiegel verschieben. Der Elektroden-Abbrand 35 trode während des Schmelzens aus der USA.-Patentführt bei Verarbeitung von hochschmelzenden Me- schrift 1 354 286 bekannt, jedoch um ausschließlich tauen jedoch zu einer schnellen Zerstörung derartig die Kokille aus dem geschlossenen Gehäuse herausdimensionierter und angeordneter Elektroden. nehmen zu können.

Gemäß einem nicht zum Stand der Technik ge- Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in

hörenden Vorschlag (USA.-Patentschrift 3 420 939) 40 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles

wurde zur Lösung dieses Problems eine rotierende erläutert. Es zeigt

Elektrode in Form eines Rades verwendet, wobei F i g. 1 einen Lichtbogenofen mit der erfindungs-

sich immer nur ein Abschnitt des die Elektroden- gemäßen Elektrodenanordnung im Schnitt,

fläche bildenden Radumfanges in einer zur Aufrecht- Fig. 2 die Elektrode im Schnitt gemäß der

erhaltung des Lichtbogens erforderlichen geringen 45 Linie H-II der Fig. 1.

Entfernung über der Schmelze befindet. Nach dem Der Lichtbogenofen 10 besitzt ein Gehäuse 15, in

Zünden eines Lichtbogens zwischen dem Radumfang welchem der Druck mit Hilfe einer Vakuumpumpe

und der Schmelze wird das Rad in gleichförmige 16 vermindert werden kann. Die im Gehäuse 15

Drehung versetzt, um den Teil der Elektrodenfläche, herzustellenden Vakuumbedingungen hängen von

von welchem der Lichtbogen ausgeht, ständig zu 50 dem zu bearbeitenden Material und vom Zweck der

wechseln. Bearbeitung ab. Der Schmelzprozeß kann aber auch

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß in einer Atmosphäre von inerten Gasen oder Gas-

cin in bezug auf den Schmelzbadspiegel rotierender gemischen unter Druck durchgeführt werden. Letzte-

Elcktrodcnkörper geringere Abnutzungserscheinun- res ist manchmal erforderlich, um ein Verdampfen

gen zeigt als Elektroden mit einer dem Sclmelzbad- 55 des Materials oder einzelner Legierungsbestandteile

spiegel stets gleichbleibend ausgesetzter Oberfläche. hiervon zu verhindern.

Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Teil, von Die Form, in der das Material geschmolzen wird,

welchem der Lichtbogen ausgeht, ständig wechselt. besteht aus einem im Gehäuse 15 angeordneten

Die spezielle Aufgabe der Erfindung ist darin zu Zylinder 19 mit lotrechter Achse, in welchem ein

sehen, die Elektrode bei einem Lichtbogenofen der 60 Boden 20 auf- und äbbewegbar ist, so daß eine

eingangs genannten Bauart so anzuordnen, daß die Stranggußkokille gebildet ist. Der Boden 20 sitzt auf

bei deren Rotation gegenüber dem Schmelzbad- einer Stange21, die während eines Schmelzvorganges

spiegel noch auftretenden Schwankungen im Ent- mittels der Vorrichtung 22 abwärts bewegbar ist

Mehungsort des Lichtbogens weitgehend ausgeschal- Damit wird die Oberseite 25 der Schmelze 26 auf

tet werden, der Lichtbogen also an stets der gleichen 65 einer vorbestimmten Höhe gehalten. Beim Zusetzen

Stelle in die Schmelzbadoberfläche übergeht, so daß von Material in die Schmelze 26 wird der Boden 20

«in stationärer Lichtbogen und damit eine stationäre entsprechend abgesenkt. Die hier beschriebene Ko-

Schmelzzone trotz ständigem Wechseln des für die killenausbildung ist nur eine von vielen Möglich*

keiten, und die erfindungsgemäß ausgebildete und engeordnete Elektrode kann selbsfverständlich auch mit anderen Gießformen oder Schmelztiegeln kombiniert werden.

Die Elektrode ist als Rad 30 ausgebildet und über der Schmelze 26 angeordnet. Der Umfang des Rades JO ist als vorspringende Elektrodenfläche 30a ausgebildet. Das Rad 30 ist waagerecht über der Schmelze 26 angeordnet, so daß sich die gesamte Elektrodenfläche 30a im wesentlichen in der gleichen zur Aufrechterhaltung eines Lichtbogens erforderlichen Entfernung von der Oberseite der Schmelze befindet. Das Rad 30 ist mittels einer lotrechten Achse 36 drehbar, die in Lagern 31 und 32 gelagert ist, welche an Armen 33 bzw. 34 hängen. Diese Arme sind mit Hilfe eines Isolators 35 elektrisch isoliert am Gehäuse 15 befestigt. Die Achse 36 des Rades 30 ist durch eine elektrisch isolierende und drucksichere Dichtungsanordnung 39 aus dem Gehäuse 15 nach außen geführt und wird durch ei^en außerhalb des Gehäuses 15 angebrachten Motor 40 in Drehung versetzt.

Im Innern des Rades 30 befindet sich eine Rohrschlange 42 mit einem Einlaß 45 und einem Auslaß .,6, die beide bei der Achse 36 angeordnet sind. Wenigstens eine vollständige Windung 48 der Rohrschlange 42 ist in unmittelbarer Nähe des Umfanges 50 des Rades 30 vorgesehen. Die Achse 36 ist außerhalb des Gehäuses 15 von einem Anschlußstück 51 umgeben, durch welches Kühlwasser für die Rohrschlange 42 zugeführt und aus dieser wieder abgeliihrt wird. An das Anschlußstück51 sind ein Zuleitungsrohr 55 und ein Ableitungsrohr 56 für das Kühlwasser angeschlossen, das durch Kanäle in der hohlen Achse 36 weitergeleitet wird. Die Zu- und Ableitung 55, 56 für Wasser oder ein anderes Kühlmittpl und der Motor 40 sind vom Gehäuse 15 elektrisch isoliert.

Über eine Leitung 60 und eine Stromübertragungseinrichtung 61 ist ein Pol einer elektrischen Energiequelle mit der Achse 36 und damit auch mit dem Rad 30 verbunden. Der andere Pol der Energiequelle ist *nit 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 der Elektrodenfläche 30a des Rades eine Potentialdifferenz vorfanden. Die Polarität zwischen dem Rad 30 und der Schmelze 26 kann auch umgekehrt wc; den, so daß der elektrische Strom von der Schmelze zur Elektrode fließt.

Das zu schmelzende Material kann auf herkömmliche Weise in die Schmelze 26 geleitet werden. In F i g. 1 ist hierfür eine Schurre 70 mit einer Luftlchleuse 71 angedeutet. Das untere Ende der mit Material 7;l beschickten Schürte 70 endet knapp über der Form 119, 20.

Im Betrieb wird Material73 durch die Luftschleuse 71 über die Schurre 70 in die Form 19,20 eingeführt. Das Innere des Gehäuses 15 wird mit Hilfe 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 Eru-62 Spannung angelegt, um zwischen kleinen Bereichen des Randes des Rades 30 und der Oberseite 25 der Schmelze 26 einen oder mehrere Lichtbogen 75 zu zünden. Durch die im Lichtbogen in Wärme umgewandelte elektrische Energie werden die Teilchen 73 geschmolzen und bilden die Schmelze

26. Die Temperatur der Form 19,20 kann in an sich bekannter Weise durch Luft- oder Wasserkühlung geregelt werden. Infolge der Drehung des Rades 30 werden die Stellen seines vorspringenden Randes, von wo der (die) Lichtbogen 75 ausgeht (ausgehen), dauernd geändert. Während nur wenige Bogengrade des Umfanges 50 des Rades 30 für einen Lichtbogen in Anspruch genommen werden, wird der übrige Teil des Umfanges unter Mitwirkung des Kühlwasscrs in der Rohrschlange 42 gekühlt. Es wird also in jedem Augenblick nur ein kleiner Teil des Umfanges des Rades 30 zur Lichtbogenbildung in Anspruch genommen, wogegen der größte Teil für die Kühlung zur Verfügung steht. Das Rad 30 bildet zugleich eine

Strahlungsabschirmung über der Form 19, 20 bzw. über der Schmelze 26, um die erforderliche hohe Temperatur zu erzielen bzw. aufrecht zu erhalten.

Der Umriß des MerM'anschnittes des Randes 30 sowie der Abstand zwischen dem Rad und der Ober-

ao seite 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 dem Rand des Rades 30, wo der (die) Lichtbogen brennt (brennen), dauernd gleich groß bleibt.

Die gezeigte und beschriebene 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 Verwendnug finden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Lichtbogenofen mit wenigstens einer nichtabschmelzenden und nicht-abbrennenden durch ein Kühlmedium gekühlten Elektrode zum Schmelzen und Gießen von elektrisch leitendem Material, mit einem geschlossenen Gehäuse zur Erzielung einer definierten Atmosphäre und einer in diesem Gehäuse relativ zur Elektrode bewegbaren Kokille, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (30) als im wesentlichen den

5c EinfüllquerschniU des Kokillenbodens (20) ausfüllendes Rad ausgebildet ist, das auf der dem Schmelzspiegel (25) zugewandten Seite eine in gleicher Größe wie das Rad gehaltene ebene kreisförmige Elektrodenfläche (30a) aufweist und dessen als Strahlungsabschirmung über der Schmelze (26) dienende Nabe in eine Achse (36) ausläuft, die durch eine Antriebsvorrichtung (40) derart in Drehung versetzbar ist, daß die Elektro denfläche (30 a) des Rades (30) in stets der gleichen zur Aufrechterhaltung eines Lichtbogens (75) erforderlichen geringen Entfernung über dem Schmelzspiegel (25) in der Kokille (19) verbleibt.

2. Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (36) mit dem

drehbaren Rad (30) in stets gleichbleibendem Abstand zur Kokille (19) angeordnet und der Boden (20) in an sich bekannter Weise kontinuierlich absenkbar ist.

3. Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Rades (30) eine dns Kühlmedium im Durchfluß aufnehmende Rohrschlange (42) vorgesehen ist, die mit ihrer umfangsnahcn Windung (48) der Elektrodenflache (30o) am nächsten liegt und deren Rohranschlüssc (45, 46) zum Einführen bzw. Ableiten des Kühlmcdiums in an sich bekannter Weise durch Kanäle im Innern der hohlen Achse (36) verlaufen und außerhalb des Gehäuses (15) nach außen geführt sind.

4. Lichtbogenofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Schmelzspiegel (25) zugekehrte Seite des die Rohrschlange (42) aufnehmenden Rades (30) konkav zur Elektrodeniläche (30 a) gewölbt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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