DE2211456B2 - Verdampfungskühlung mit natürlichem Wasserumlauf für einen Vakuum-Lichtbogenofen - Google Patents

Description

unter Hinweis auf die Zeichnung ausführlich beschrieben, auf der schematisch das Verdampfungssystem dargestellt ist.

Vakuum-Lichtbogenöfen werden zum Umschmelzen von hochreaktiven Metallen und Legierungen verwendet. Der Block wird bei einem Vakuum von l,10^-1 bis l,10~²mmWS geschmolzen und erstarren gelassen. Das umzuschmelzende Metall dient als Elektrode. Durch Untersuchungen der Wärmebelastungen von Vakuum-Lichtbogenöfen wurde festgestellt, daß diese Belastungen die kritischen Belastungen der Untersetzplatte und der Kokille überschreiten, aber unbedeutend in der Elektrodenkammer und am Elektrodenhalter sind.

Die erfiniungsgemäße Verdampfungskühlung enthält einen Ausdampfbehälter, im folgenden kurz Behälter 1 genannt, der in der Höhe der Ofenoberkante aufgestellt ist. Die Höhe, in der der Behälter 1 aufgestellt wird, wird so gewählt, daß das Dampf-Wasser-Gemisch am höchsten Punkt des Kühlraums *<> der Elektroden kammer unbehindert austreten kann. Der Rauminhalt des Behälters 1 hängt vom Ofendurchsatz und der Dauer eines Schmelzzyklus ab, wobei davon ausgegangen wird, daß während dieses Zyklus keine Zuspeisung im Kühlsystem erforderlich as ist. Der Behälter 1 ist mit den Kühlräumen jedes Ofenabschnitts durch Zu- und Ableitungen bildende Rohrleitungen, und zwar folgendermaßen verbunden: mit dem Kühlraum 2 der Kokille 3 durch eine Zuleitrohrleitung 4 und eine Ableitrohrleitung 5; mit dem Kühlraum 6 der Untersetzplatte 7 durch Rohrleitungen 8 und 9; mit dem Kühlraum 19 der Kammer 10 der Elektrode 11 durch Rohrleitungen 12 und 13.

Die Einflußöffnungen der Zuleitrohrleitungen 4, 8 und 12 befinden sich im Boden des Behälters 1, wanrend die Ausflußöffnungen der Ableitrohrleitungen 5, 9 und 13 über dem Wasserniveau im Behälter 1 liegen. Im Oberteil des Behälters 1 befindet sich ein Stutzen 14, durch den Dampf in die Außenluft oder zum Wärmeverbraucher strömt. Das Wasserniveau im Behälter 1 wird durch einen Stutzen 15 bestimmt, der zum Überlauf dient. Das aus dem Behälter 1 abfließende Wasser verläßt das System und gelangt in die Sammelleitung, die zur äußeren (aus der Zeichnung nicht ersichtlichen) Kühlwasserquelle führt.

Der Abstand zwischen den Wänden des Ofens und den seine Elemente umgebenden Mänteln, welche die Kühlräume bilden, wird so gewählt, daß das in diesen Räumen entstehende Dampf-Wasser-Cemisch ungehindert in den Behälter 1 ausströmen kann.

Das aus der Sammelleitung kommende Kühlwasser wird in das Kühlrohr 16 eines Elektrodenhalters 17 geleitet. Die öffnung, durch die das Wasser aus dem Elektrodenhalter 17 ausströmt, ist durch eine Rohrleitung 18 mit dem Unterteil des Kühlraums 2 der Kokille 3 und mit dem Kühlraum 6 der Untersetzplatte 7 verbunden.

Die Verdampfungskühlung arbeitet folgendermaßen: Beim Vakuum-Lichtbogenofen dient der umzuschmelzende Metallblock als Elektrode 11. Beim Anschließen der Elektrode 11 und der Untersetzplatte 7 an die Pole der (aus der Zeichnung nicht ersichtlichen) Stromquelle wird zwischen ihnen ein Lichtbogen gezündet. Das umzuschmelzende Metall tropft auf die Untersetzplatte 7 herab, und in der Kokille 3 wird ein Block geformt.

Während des Schmelzprozesses werden Strahlungswärme und Wärme vom erstarrenden Block über die Wände der Kokille 3 und der Untersetzplatte 7 aufs Kühlwasser übertragen, das bis zum Sieden erhitzt wird.

Das entstandene Dampf-Wasser-Gemisch gelangt über die Rohrleitungen5,9 und 13 in den Behälter 1, wo der Dampf abgeschieden wird und in die Außenluft ausströmt, während das Wasser über die Rohrleitungen 4, 8 und 12 von neuem in die Kühlräume 2 und 6 der Kokille 3 und der Untersetzplatte 7 strömt.

Ebenso wird die Kammer 10 der Elektrode 11 gekühlt, welche durch die schmelzende Elektrode 11 und das flüssige Metallbad in der Kokille 3 erwärmt wird.

In den Kühlkreisen der Kammer 10 der Elektrode 11, der Kokille 3 und der Ur.tersetzplatte 7 stellt sich ein Siedezustand bei ungehinderter Konvektion und bei natürlichem Umlauf ein. Die Wärme wird hauptsächlich durch die Verdampfungswärme abgeleitet.

Nach dem Kühlen des Elektrodenhalters 17 strömt das Wasser über die Rohrleitung 18 in die Kühlräume 6 und 2 der Untersetzplatte 7 und der Kokille 3. Auf diese Weise werden die Wasserverluste in Form von Dampf, der aus dem Behälter 1 in die Außenluft austritt oder dem Wärmeverbraucher zugeführt wild, wettgemacht. Übeiflüssiges Wasser fließt über den Stutzen 15 in die Sammelleitung ab.

Daher ist der gesamte Wasserverbrauch für den Ofen gleich dem Wasserverbrauch zum Kühlen des Elektrodenhalters 17 und acht- bis zehnmal niedriger als bei den bestehenden Vakuum-Lichtbogenöfen.

Wenn im Notfall die Wasserzuleitung zum Kühlrohr 16 des Elektrodenhalters 17 abgeschaltet wird, so wird das normale Kühlen der Kokille 3, der Untersetzplatte 7 und der Kammer 10 der Elektrode 1 i nicht unterbrochen.

Beim Betrieb eines Vakuum-Lichtbogenofens für Versuchszwecke hat sich gezeigt, daß sich trotz der Speisung der Verdampfungskühlung mit Gebrauchswasser kein Kesselstein an den Ofenwänden bildet.

Das Kühlen der Kokille 3 durch Sieden bei ungehinderter Konvektion macht ein genaues Zentrieren derselben im Mantel entbehrlich.

Da das Kühlsystem über den Stutzen 14 des Behälters 1 mit der Außenluft verbunden ist, unterscheidet sich der Druck in den Ofenkühlräumen wenig vom Atmosphärendruck, wodurch die mechanische Belastung der Ofenwände bedeutend vermindert wird.

Wenn der Lichtbogen beim Schmelzen von beispielsweise Titan oder seinen Legierungen die Wände der Kokille 3 oder der Untersetzplatte 7 durchschmilzt, so ist die Explosionsgefahr des Ofens dadurch bedeutend vermindert, daß praktisch so lange keine Luft in den Ofen gelangen kann, wie der Behälter 1 mit Wasser gefüllt ist, d. h. als Wasserverschluß dient.

Außerdem behält das Wasser, welches im Behälter 1, in den Rohrleitungen 4, 8 und 12 sowie in den Kühlräumen 2, 6 und 19 des Ofens enthalten ist, auch in den Pausen zwischen den Schmelzen eine Temperatur von etwa 100° C und fährt fort, im System umzulaufen, wobei es die Ofenwände erwärmt. Hierdurch werden bessere Bedingungen für die Evakuierung der Luft aus dem Ofen vor der nächstfolgenden Schmelze geschaffen.

Hierzu \ Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. ι ²

   Luft mit dem Wasserstoff Knallgas bildet, welches

   Patentanspruch: eine Explosion hervorruft. Daher gewährleisten die

   ,. , „, v,_pV nnten Kühlwassersysteme kernen gefahrlosen

   Verdampfungskühlung mit natürlichem Wasser- bekennten^Kuttiw y ^ Betriebssicherheit umlauf für einen Vakuum-Lichtbogenofen, wel- Bett,eb ^ Jg* ^. _ stahl und Eisen, 77, eher einen Elektrodenhalter, eine Elektroden- 5 Aus deJ Facbütei_? _ ^ ^ ^- kammer, eine KokiUe und eine Unterseteplatte ^WJ^ natürlichem Wasserumlauf bekannt, mit Kühlräumen füi dieselben besitzt, wöbe, das "f™^ng _H™ß. _oder Verdampfungskühlung von System eine SammeUeitung zum dauernden Zu- ^Ξ^" _Türralimen eines Hüttenofens sind führen von Kühlwasser hat, dadurch ge- 5^? Γm^ 2 einerSteigleitung an eine Ausdampfkennzeichnet, daß die Sammelleitung mit io diese m>t J^{e em}^^r ^° ^, | _Wasserraum &, dem Kühlrohr (16) des Elektrodenhalters,<£) ?™_el S dn Falleitung zu den beiden seitverbunden ist, das wiederum durch eme Rohr- Irommei iunrleu« Türrahmen Das Kühlwasvi leitung (18) mit den Kühlräumen (2 und 6) der ^n ^henketaje Rahmen. ^Kuhlwas e,

   Koküle (3) und der Untersetzplatte (7) m Vw- ^^^^Α _Dampfraum der Trommel anbindung st, wobei das System einen an sich be- 15 gespeist, wooei cm u* _nL_rsne:_{sen der} T_rommpi kannte! Ausdampfbehäker (1) besitzt, dessen geordneter ^g^^S^^LS Bodenteil nicht niedriger als die Oberkante des verhindert. D^ ^bekannten Vakuum-Lichtbogenofens üegt und der über die stehen aus emer^ Rdte

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   widerstand der Verbindungsleitungen und der Ge-

   25 stalt der Kühlräume, deren Anordnung und Häufig-

   Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf eine keit des

   Verdampfungskühlung mit natürlichem Wasser- ^Wä™^e^^last"ⁿg/_n.^_armSastunt bet einem

   umlauf für einen Vakuum-Lichtbogenofen, welcher tische überschreiten. Die Warm J^ng be, einem

   einen Elektrodenhalter, eine Elektrodenkammer, eine Elektrolichtbogenofen ist.aber ubera11 außerorden -

   Kokille und eine Untersetzplatte mit Kühlräumen für 30 lieh verschieden, ^wob^_n ^d* ^K°^k^

   dieselben besitzt, wobei das System eine Sammel- setzplatte die am meis eη ^™^b^JPf" ™

   leitung zum dauernden Zuführen von Kühlwasser ^^^SSS

   ^aEin Vakuum-Lichtbogenofen, welcher einen Elek- die aber nach Möglichkeit auch tiefer gekühlt sein trodenhalter, eine Elektrodenkammer, eine Kokille 35 sollen. A„f„ah,» _7imr,mH,. pin»

   und eine Untersetzplatte mit Kühlräumen für die- Der Erfindung liegt d,e AufgJe zug^nde eme

   selben besitzt, ist aus der US-PS 2 727 936 bekannt. Verdampfungskühlung mit nähern \VW

   Bei derartigen Öfen erfolgt die Wasserkühlung umlauf für einen Vakuum-Lichtbogenofen, welcher nach dem Prinzip der individuellen Wasserversor- einen Elektrodenhalter, eine Elektrodenkammei-eme gung, d. h. durch jeden gekühlten Anlagenabschnitt «o Kokille und eine Untersetzplatte mit Kühlraumen fur wird selbständig Wasser gepumpt, das aus der Sam- dieselben besitzt, anzugeben, die bei verhältnismäßig melleitung, welche dauernd Kühlwasser unter einem niedrigem Kühlwasserverbrauch eine der Wärme-Druck von bis 5 Atü zuführt, zugeleitet und in einen belastung der einzelnen Teile entsprechende Kühlung Kühlturm oder in einen Kühlteich abgeleitet wird. gewährleistet, einfach im Aufbau ist und betnebs-Hierbei wird danach gestrebt, dem durchgepumpten « sicher und explosionssicher arbeitet. Wasser hohe Geschwindigkeiten zu erteilen, um Dies wird erfindungsgemaß dadurch erreicht, daß

   Sieden des Wassers oder zumindest Schichtsieden zu die Sammelleitung zum dauernden Zufuhren von verhindern. Das Einhalten dieser Bedingung erfor- Kühlwasser mit Oem Kühlrohr des Elektrodenhalters dert einen hohen Kühlwasserverbrauch, der bei einem verbunden ist, J-λ wiederum durch eine Rohrleitung neuzeitlichen Vakuum-Lichtbogenofen lOOnWStunde 50 mit den Kühlraum».·!» der Kokille und der Untersetz- und mehr betragen kann. Selbst bei einem solchen platte in Verbiß ^g ist, wobei das System einen an Verbrauch bedecken sich die am höchsten wärme- sich bekannten Ausdampfbehalter besitzt, dessen belasteten Teile, wie z. B. die Kokille, mit dichtem Bodenteil nicht niedriger als die Oberkante des Kesselstein, wodurch die Wärmeaustauschbedingun- Vakuum-Lichtbogenofens Hegt und der über die gen stark verschlechtert werden. Wenn man, um dies 55 Rohrleitungen mit den Kühlräumen der Kokille der zu vermeiden, chemisch gereinigtes oder destilliertes Untersetzplatte und der Kammer der Elektrode verWasser verwendet, ist dafür ein zusätzlicher Aufwand bunden ist.

   erforderlich. Der erhöhte Wasserdruck im Kühl- Durch die erfindungsgemäße Verdampfungsküh-

   wasserzuführungssystem bedingt eine zusätzliche Be- lung, bei der das aus der SammeUeitung kommende lastung der Ofenwände. ^6o Wasser zunächst zum Kühlen des Elektrodenhalters

   Beim Umschmelzen von beispielsweise Titan und verwendet wird, während das von dort ausströmende seinen Legierungen kann es vorkommen, daß die Wasser in die Kühlräume der Kokille und der Unter-Kokillenwände oder die Untersetzplatte infolge einer setzplatte geleitet wird, wird der Kühlwasserverinstabilen Lichtbogenentladung durchgeschmolzen brauch bei gleichzeitiger Erhöhung der Betriebswerden. Das in die Schmelzzone geleitete Wasser 65 sicherheit und der Explosionssicherheit erheblich wird in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. Der vermindert.

   Sauerstoff wird durch das geschmolzene Titan auf- Nachstehend wird eine Ausführung der Verdamp-

   genommen, während die in den Ofen gelangende fungskühlung für einen Vakuum-Lichtbogenofen