DE2150904A1 - Elektronenstrahlofen - Google Patents

Description

ELEKTRONENSTRAHLOFEN

Die Erfindung betrifft Elektronenstrahlofen zum Umschmelzen von Metall oder Legierung im Vakuum oder in Schützatmosphäre ·

Der Elek bronenstr ahlof en ist zum Umschmelzen von Bietallrohlingen zwecks Erzeugung hochwertiger Metalle und Legierungen bestimmt, die einen minimalen Gehalt an schädlichen Beimengungen und bessere physikalisch-chemische und mechanische Eigenschaften aufweisen«

In bezug auf die Bauart erscheinen als einfachste diejenigen öfen, bei denen nach dem Schmelzen und Abkühlen des Blocks die Schmelzkammer enthermetisiert und zur nächstfolgenden Schmelze vorbereitet wird. Die für diesen Zweck in der Indus-

trie benutzten öfen haben keine Schleuseneinrichtungen zum Einbringen der Rohlinge, in die Schmelzkammer und zum Entladen

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der Blöcke aus derselben«

Diese öfen sind von geringer Leistung, da viel Leerzei'ten und Rüstzeiten anfallen: Abküiilen der Blöcke in der

Schmelzkammer, Verladen der Rohlinge und Entladen der Blöcke sowie auch Evakuieren der Schmelzkamner oder Füllen derselben mit einem Schutzgasmedium, z.B. mit Argon.

Es wurden Versuche unternommen, die Leistung der öj?en durch Verladen/in die 3chmelzkammer\einiger BohlingeJ zur gleichzeitige* Erzeugung einiger Blöcke zu erhöhen. Jedoch ist für diesen Fall in der Praxis die Benutzung der öfen infolge der Kompliziertheit der Behandlung von Blöcken und Rohlingen in der Schmelzkammer erschwert, da die Kontinuität des Schmelzverlaufes des ^Metalls dabei nicht gewahrleistet wird.

Es sind auch öfen zum Schmolzen im VakUum oder in einer

Schutzgasatmosphäre bekannt, die Schleuseneinrichtungen in Gestalt von Vorkammern zur Unterbringung den zu schleusenden Rohlinge und Blöcke auf v/eisen. Die erwähnten Vorkammern enthalten Luft Schleusenverschlüsse, welche die Hohlräume der Vor- und

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Schmelzkammer beim Schleusen luftdicht abschließen, wobei die Vorkammer in der . Kokillenachse liegend angeordnet wird u. zw. oben und unten oder nur unter der Schmelzkammer·

Dabei werden die Vorkammern entweder ortsfest auf der Schmelzkammer montiert oder abtrennbar von der Schmelzkammer und seitwärts verschiebbar von der ^^okillenv_^achse angeordnet.

Durch das Vorhandensein von Vorkammern kann beim Schleusen-

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Vorgang eine Enthermetisierung der Schmelzkammer vermieden werden, aber in diesem Falle wird die Ofenhöhe and die Dauer der

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Hilfsarbeitsabläufe wesentlich vergrößert, da die den Vorkammern augehörenden Verschlüsse betätigt werden müssen oder im Falle der ortsfesten Anordnung der Vorkammern der Schmelzablauf für die Schleusungsdauer zu unterbrechen ist»

Zwecks Verringerung der Ofenhöhe und der Dauer für Hilfsablaufe wurde eine Anlage zum Umschmelzen von Metall und Legierungen im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre vorgeschlagen^ die mit einer Schleuseneinrichtung ^um Verladen von Rohlingen und Entladen von Blöcken ohne Enthermetisierung der Schmelzkammer ausgerüstet ist. . '. « Diese

Kammer steht durch den Luftschleusenverschluß mindestens mit einer Vorkammer in Verbindung, die zum Behandeln von Blocken und Rohlingen dient, welche mittels mindestens einer Einrichtung verschoben werden, die an ihrem drehbaren Glied in Vertikalrichtung verschiebbare Kokillenuntersätze zum Einschmelzen des Blocks trägt.

Das drehbare Glied der Einrichtung zum Verschieben der Blöcke und Rohlinge mit den Untersätzen gemeinsam ist in der

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Schmelzkammer untergebracht und weist mehrere zur Hermetisierung dienende Luftschleusenverschluß-VentxJLe auf, die durch diese Einrichtung an den SchmelzkammerwOberdeckel gedrückt werden, auf dem die erwähnte Vorkammer angeordnet» ist.

Die Ventile des Luftschleusenverschlusses sind mit den Untersätzen, auf denen die Blöcke pe schmolz on werden, oder

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mit den Rahmen für die Rohlinge verbunden.

Jedoch sind bei dieser Ofenlage der Untersatz für den Block und der Becher für den Rohling gegeneinander um einen 180° -Winkel verschoben, deshalb sind relativ viele Betätigungen des drehbaren Gliedes an der Einrichtung zum Verschieben der Rohlinge und Blöcke erforderlich, um die Blöcke :zu entladen

und die Rohlinge für die nächstfolgende Schmelze einzubringen Die erwähnten Blockuntersätze und Rohlingsbecher sind einseitig

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^am Unterende der vertikalen Stange befestigt, die zum Verschieben dieser Teile in vertikaler Richtung und zum Schwenken um die Stangonachse bestimmt ist« Daraus folgt, daß die Tragfähigkeit der Schleuseneinrichtung von der Steifigkeit der Stange abhängig ist. Außerdem gewährleistet das Umschmelzen des Metallrohlings direkt in der Kokille nicht die besten Ergebnisse in bezug auf die Güte der zu erzeugenden Metallblöcke,

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Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der erwähnten Schwierigkeiten«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektronenstrahlofen zu entwickeln, der infolge der Vergrößerung (Ver-

längerung) der effektiven Arbeitszeit eine höhere Leistung

aufweist und der von einer gedrängteren sow ie einfacheren Bauart und leichter zu bedienen ist«

Ausgegangen wird dabei von einem Elektronenstrahlofen zum Umschmelzen von Metall oder Legierung im Vakuum oder in Schutzatmosphäre,. der eine kühlbare Kokille,

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eine Vorrichtung zur Zufuhr des umzuschmeißenden Rohlings in die Sclunelzzone und eine Wechseleinrichtung mit Untersätzen für die Blöcke und Bechern für die Rohlinge und den Abbrand enthält, die um ihre vertikale Achse schwenkbar sowie mittels einer Stange in vertikaler Richtung verschiebbar ausgebildet ist und die Ventile zur luftdichten Verbindung mit einer Vorkammer beim Schleusen von Untersätzen und Bechern aufweist. Erfindungsgemäß weist die Viechseieinrichtung eine drehbare Säule mit einem axialen hohlraum für die Stange und einen in Längsrichtung verlaufenden Führungsschlitz für einen Lenker auf, der die Stange gelenkig mit einem Wagen verbindet, welcher an gegenüberliegenden Seiten je eine aus Becher und Untersatz mit gemeinsamem Luftabdichtungsventil bestehende Gruppe trägt, wobei Untersätze und Becher in gleichem Abstand von der Drehachse der Wechseleinrichtung entfernt sind wie Kokille und Vorrichtung zur Zufuhr des unizuschmelzenden Rohlings.

Bine solche Ausführung der Einrichtung zum Verschieben der Untersätze und Becher ermöglicht es, den Ofen in gedrungener Bauart, zuverlässig abgedichtet und für einfache Bedienung auszuführen· Außerdem werden infolge der verfahrensgerechten Ausbildung und der Tragfähigkeit des Antriebswerkes die Leer- und Rüstzeit verringert und die Leistung des Ofens gesteigert.

us ist zweckmäßig, den Elektronenstrahlofen mit einem

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Zwischenbehälter zu versehen, der an der Stange des Antriebs drehbar um die horizontale Achse und längs derselben verschiebbar befestigt und zum Beschicken der Kokille mit flüssigem Metall bestimmt ist, welches beim Abschmelzen des Rohlings entsteht·

Das Vorhandensein eines Zwischenbehälters zum Metallumschmelzen verhindert das Eindringen vom .abgeschkolzenen Rohling abfallender. Me talist ticke in die Kokille und ermöglicht es, die chemische Zusammensetzung des flüssigen Metalls auszugleichen und damit die Gute des zu erzeugenden Hartblocks zu erhöhen«

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der beigelegten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 Grundriß des erfindungsgemäßen Elektronenstrahlofens; Fig. 2 derselbe Elektronenstrahlofen, Schnitt II-II zu Fig.1

Fig. 3 derselbe Elektronenstrahlofen. Schnitt III-III zu Fig. 2.

Der erfindungsgemäße Elektronenstrahlofen zum Umschmelzen von Metall oder Legierung im Vakuum oder in Schutzatmosphäre enthält eine Vakuumkammer 1 (Fig. 1, 2 und 3) mit einer

Kokille 2 (Fig. 1, 2) und eine Vorrichtung 3 zum Zuführen des umzuschmelzenden Rohlings 4 in die Schmelzzone des Ofens» Die erwähnte Vakuumkammer 1 steht mit einer Vorkammer 5 in Verbindung, die zum Schleusen von Untersätzen 6 und Bechern7

(Fig»3) bestimmt ist, welche Ventile 8 (Fig. 2) zu ihrer luft-209825/0816

dichten Verbindung mit der Vorkammer 5 aufweisen.

Die Untersätze 6 fur Blöcke und Becher 7 für Rohlinge 4

und Abfände sind einseitig abgestützt an einer Antriebsstangen 10 und 11 zum Drehen um die vertikale Einrichtungsachse und zum Verschieben in vertikaler Richtung in der Vakuumkammer 1 aufweisenden Einrichtung 9 befestigt,

lour Einrichtung 9 gehört die angetriebene Säule 12 mit dem axialen Hohlraum 13 für die Stange 11 und dem längsgerfcchteten Schlitz 14 für den Lenker 15, der die Stange 11 gelenkig mit dem Wagen 16 verbindet, welcher die diametral an . gegenüberliegenden Seiten der Drehachse der Einrichtung 9 angeordneten Gruppen trägt, von denen jede ein aus Becher 7 und Untersatz 6 bestehendes Paar enthalt. Jedes der beiden Paare - weist ein ν ... . luftabdichtendes Ventil 8 auf. Dabei sind die Achsen der Untersätze 6, Becher 7» der Kokille 2 und der Vorrichtung 3 zum Zuführen des Rohlings in dia Schmelzzone in gleichem Abstand von der Drehachse der Einrichtung 9 entfernt.

In der Vakuumkammer 1 ist ein Zwischenbehälter (Tiegel) 17 vorgesehen, der starr auf der horizontal angeordneten Stange 18 befestigt ist ,u. zw. drehbar um seine horizontale Längsachse und längs derselben verschiebbar· Dieser Behälter 17 ist zur Besfihikkung der Kokille 2 mit flüssigem Metall, das beim Abschmelzen des Rohlings 4 entsteht, bestimmt.

Die Kokille 2 ist durch einen Anschlag 19 starr in der Vakuumkammer 1 festgehalten.

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über der Vakuumkammer 1 ist gleichachsig mit dem Zwischenbehälter 17 die Vorrichtung 3 zum Verschieben des umzuschmelzenden Rohlings 4- in vertikaler Richtung und zum Drehen um die vertikale Achse montiert·

Im Oberteil der Vakuumkammer 1 ist eine Kammer 20 mit Elektronenstrahlheizern 21 vorgesehen· Zur Erzeugung eines Vakuums im Ofen und zum Einhalten des Vakuums sind Vakuumpumpen 22, 23 und 24 (Figd) bestimmt. Der Ofen ist mit Steuerpult 25, Lu_ke 26 zur Bedienung des Ofens und mit Schauanlage 27 ausgestattete

Die Vorkammer 5 ist mit dem Stutzen 28 versehen, der sie mit einer der erwähnten Pumpen verbindete

Der Betrieb des Elektronenofens verläuft in folgender Weise»

Vor Beginn der Schmelze wird der Wagen 16 so angeordnet, daß eine seiner Gruppen, die den Untersatz 6 und den becher 7 enthält, in der Vorkammer 5 steht und das Ventil 8 der Gruppe fe die Vorkammer 5 von der Vakuumkammer 1 trennt» Dann wird die die Vorkammer 5 bildenden Haube entfernt und ein Rohling 4 in den Becher 7 gesenkt. Darauf wird die Haube der Vorkammer 5 auf den früheren Platz gebracht. In der Vorkammer 5 und in der Vakuumkammer 1 wird nun ein Vakuum erzeugt, wonach der 7/agen 16 durch den Antrieb mit der Stange 11 in die untere Stellung gesenkt und die Säule 12 um 180° vom Drehantrieb aus über die Stange 10 geschwenkt, wird;

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. ■ Damit ist der Untersatz 6 gleichachsig mit der Kokille 2 angeordnet, der Becher 7 mit dem Rohling 4 aber steht unter der Vorrichtung 3 *

Der «Vagen 16 wird vom Antrieb aus durch die Stange 11 in die obere Stellung gehoben, dabei wird der Rohling 4· am Haken der Vorrichtung 3 aufgehängt, der Untersatz 6 aber läuft in den Hohlraum der Kokille 2 ein·

Gleichzeitig bilden der zweite ^untersatz 6 und Becher 7 t die beide das zweite Paar darstellen, den Boden der Vorkammer mit dem Ventil 8 des zweiten Luftschleusenverschlusses·

Diese durch den fegen 16 an den Oberdeckel der Vakuumkammer angedrückte Gruppe trennt luftdicht die Vorkammer 5 νου d-er Vakuumkammer 1 ab·

Dor Vorkammer 5 wird Luft zugeführt, ihre Haube wird abgenommen und im Becher 7 der nächste Rohling 4· angeordnet. Dann wird die Haube der Vorkammer 5 in ihre frühere Stellung zurückgebracht und die Vorkammer 5 durch die mit dem Stutzen 28 verbundene Pumpe evakuiert.

Der Zwischenbehälter 17, der vorher durch den Antrieb mit der Stange 18 zur - Seite Verschoben wurde, um das Entnehmen des Rohlings 4- aus dem ersten Becher 7 und «ein lief estigen . an der Vorrichtung 3 nicht zu stiren, wird jetzt in seine .Arbeitsstellung zurückgebracht, d. h. so unter dem

Rohling 4 angeordnet, daß das flüssige Metall vom erwähnten

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Zwischenbehälter· in die Kokille gelangt.

Zur Durchführung der Schmelze des Rohlings 4 werden die Elektr onenstrahlhe izer 21 eingeschaltet, durch deren Einwirkung der Rohling 4 in den Zwischenbehälter 17 geschmPlzenwird, von dem aus das flüssige Metall zur Kokille 2 läuft, in der die Formung des Blocks auf dem Untersatz 6 verläuft·

Am Ende der Schmelze wird der Rohlingsrest (der Abbrand) durch die Vorrichtung 3 hochgehoben, damit er die Schwenkung des Zwischenbehälters 17 durch die Stange 18, die seine horizontale Drehachse darstellt, nicht stört; dabei fließt der Metallrest aus dem erwähnten Behälter in die Kokille 2 ab. Danach wird der Zwischenbehälter 17 durch die Stange 18 verschoben (er wird längs seiner Drehachse verschoben), der «agen 16 aber mit dem auf dem Untersatz 6 liegendem Block, der aus der Kokille herausgenommen wurde, wird in die untere Stellung versetzt und der Abbrand wird durch die Vorrichtung J> in den Becher gesenkt.

Danach werden nacheinander der Antrieb mit der Stange 10, welcher die Säule 12 mit dem V/agen 16 um 180° schwenkt, sowie der Antrieb mit der Stange 11 eingeschaltet, der den wagen 16 in vertikaler Richtung, in diesem Falle aufwärts versetzt.

Bei der oberen Stellung des Wagens 16 liegen der Block am ersten Untersatz 6 und der Abbrand im ersten becher 7 in der Vorkammer 5, der Untersatz 6 des zweiten Paares aber im Hohlraum der Kokille 2. Der zweite Rohling 4 wird dabei an der Vorrichtung 3 befestigt. .

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Das Enthermetisieren der Vorkammer 3$ ügs Entnehmen dos Blocks und Abbrandes sowie das Anordnen dos nächstfolgenden Rohlings erfolgen unter Erhaltung des Vakuums in der Vakuumkammer 1, Der Zwischenbehälter 17 wird regelmäßig abgeschoben

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und zur Schmelze in seine Ausgangsstellung zurückgebracht, Weiter verläuft der Betrieb in der oben beschriebenen Reihenfolge·

Das ^ümschmelzen des Rohlings 4 kann auch nach dem Verfahren ohne Abbrände erfolgen, dabei wird die °tirnfläcfc.e des neu zugeführten Rohlings auf das Niveau des Zwiechenbehälters

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17 eingestellt, in dem ein flüssiges Bad bereitet und in dieses der Abbrand des vorherigen Rohlings 4 eingeschmolzenlwird. Nach dem Abkühlen des Bades wird der Rohling 4- durch die Vorrichtung

3 in seine Ausgangsstellung zur Schmelze hochgehoben·

Die paarweise Anordnung der Untersatz⁸ mit den Bechern für die Rohlinge mit gemeinsamem Luftsohleusenversuloluß ermöglicht es, beim Betrieb des Vakuumofens mehrere Operation zum Schleusen von Blöcken und Rohlingen während der Blockentladung und Rohlingsverladung zu eliminieren, wodurch die Leerheiten . wesentlich verkürzt und die Ofenloistung erhöht wird

Durch die Anordnung von zwei Paaren, die Untersätze für

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Blöcke und Becher für Rohlinge enthalten, auf dem drehbaren Glied der Einrichtung 9 zwecks Versetzung dieser Paare unter einem Winkel von 180° zueinander kann während der Aufhängung des Rohlings und des Beginns der neuen Schmelze die Schleusung

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des vorherigen Blocks, das Abnehmen desselben vom Untersatz, das Beseitigen des Abbrandes, die Aufgabe des neuen Rohlings und das Evakuieren der Schleusenkammer ausgeführt werden·

Durch die Anordnung des drehbaren Gliedes der Einrichtung zum Versetzen von Blöcken und Rohlingen auf einer drehbaren

Säule und die Gelenkverbindung der letzteren mit der Stange zur vertikalen Verschiebung ist eine große ffiragfähigteit gewähr-

nur von der - - _##

leistet, da die Biegungsbelastungen V . steife^arehbarai Säule

nit ihren
auf genommen werden, die^x. beiden Enden im Gehäuse der Vakuumkammer befestigt ist} . die Gelenkverbindung der Stange mit dem drehbaren Glied dor Einrichtung aber ermöglichte es, die Welle des Antriebs für vertikale Verschiebungen von Kragarmbeanspruchungen zu entlasten« Damit ist die Lebensdauer der Stange 11 und ihfer Vakuumabdichtung wesentlich verlängerte

Durch die beschrisbene erfindungsgemäße Einrichtung zum Blockherausziehen , kombiniert mit der Einrichtung zum Schwenken des Wagens, auf dem der Untersatz für einen Block und der becher für einen Rohling paarweise unter einem Winkel von 180° angeordnet sind und die gleichzeitig geschleust werden können, werden zum ersten Mal die oben erwähnten Schwierigkeiten beim Metallumschmelzverlauf in kontinuierlich arbeitenden elektrothermischen Vakuumöfen erfolgreich beseitigt.

Die Seschriebene Erfindung ermöglicht es, einen kontinuierlieh arbeitenden Hochleistungs-Elektronenstrahlofen für das Vakuum-Hüttenwesen zu .bauen. '

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Claims (2)

Pat e η t a a. s ρ r ü c h e

1. Elektronenstrahlofen zum Umschmelzen von stallen oder legierungen im Vakuum oder in Üciiut zgas atmosphäre mit einer gekühlten -i-okille, einer Vorrichtung zur Zufuhr des umzuschnielzenden Rohlings in die uchraelzsone und mit einer V/echseleinrichtung mit Untersätzen für die Blocke und Bechern für die Kohlinge und den Abbrand, die um ihre vertikale Achse schwenkbar sowie mittels einer Stange in vertikaler Richtung verschiebbar ausgebildet ist und die Ventile sur luftdichten Verbindung mit einer Vorkammer beim üehleusen von Untersätzen und Bechern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechseleinrichoung (9) eine drehbare Säule (12) mit einem axialen Hohlraum (13) für die Stange (11) und einen in Längsrichtung verlaufenden Fülirungsschlitz (14) für einen Lenker (15) aufweist, der die Stange (11) gelenkig ::it einem -Jagen (16) verbindet, welcher an gegenüberliegenden ueiten je eine aus Becher (7) und Untersatz (6) mit gemeinsamem Luftabdichtungsventil (8) bestehende Gruppe trügt, wobei Untersätze (6) und Becher (7) in gleichem Abstand von der Drehachse der Wechseleinrichtung (9) entfernt sind wie Kokille (2) und Vorrichtung (3) zur Zufuhr des umzuschnielzenden Rohlings.

2. Elektronenstrahlofen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zwischenbehälter (17), der zum Beschicken der Kokille (2) mit dem beim Abschmelzen des Rohlings entstehenden flüssigen Metall über eine Antriebsstange (18) drehbar um eine horizontale Ach&e und längs derselben verschiebbar befestigt ist.

BAD ORIGINAL

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