DE2305631A1 - Plasmaofen - Google Patents

Description

5i Februar 1973 Ahw.-Akte: 75.544

PATENTANMELDUNG

Anmelderi tysoka ikola banska* Ostrava^ C.S.S. 11,

Tiiei i Plasmaofen

Die EffihdUhg betrifft einen Plasmaofen zum Schmelzen föh Metallen ühd zum Erzeugen von Ingoten unter Anwendung eineä horizontalen Kristallisators.

Die bekannten Plasmaöfen zum Schmelzen von Metallen und ztM Herstellen fön Ihgdten arbeiten nach ünterschiödiigipiöhi Eines Von ihnen besteht aus einem f'irii das äüf dem Prinzip elektrischer Lichtbogenöfeh börüiiij dii Mit iiher keramischen Auskleidung vefö8herl siiidi Sii Besitzeil eiüe besondere Elektrode, die däg Schließen des elektfischeii Kreises zwischen PläsmäbriMgr uhd dem geschmolzenen Metall sichertiBe'i eiiieiä ähdgreh iferfahfeh ist ein Plasmabrenner oberhalb eihes Ver'tikälgtt Krlstäilisators angeordnet, in welchem

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ORIGINAL INSPECTED

das Metall fortlaufend angeschmolzen wird und ifi Welchem es zu einem Ingot erstarrt0 Es ist auch e'iii Verfahren bekannt, bei welchem das Metall durcH deii Plasmabrenner geführt wird und erst im Plasmaofen zu einer Ingötförm anwächst„ Das Schmelzen der Metalle in einem vertikalen Kristallisator stellt zwar eine minimale Verunreinigung des Metalls aus dem Schmelzbehälter sicher und schließt auch die Möglichkeit einer Verunreinigung und von G-aseihschlüssen beim Gießen ätisj jedoch machen die Wärmeverluste durch fcönvektiöii in die Kristallisatorwände vor allem bei hdchschmelz^ehden. Metallen ein Schmelzen eines größeren Volumens .und damit eine große Homogenität deö ganzen Produktes unmöglich,, Die Homogenität wird beim Schmelzen in einem vertikalen Kriställisator durch Verarbeiten des Einsatzes zu Absehmeizeiektrödenj zu Tabletten öder zu Preßlirigeh aus vorher hom'ögenisiertem Abfall erzielt. Bei keinem derzeit bekannten Plasmaofen kann eiiie hohe Heiniieit des üngesehmolzeneh Metalls ohne Eiiischlüsse bei gleichzeitig lioheitt G-räd an HoMögeriitat erzielt weriehi I3ie SehauÖffiiungeh, mit welchen die Plasmaöfen ium Steuern des Schmelzvorganges im ÄrbeitsrätM versehen sihd^ werden durch das äbgedainpfte Metall verunreinigt und ätißer Betrieb gesetzt. Sin Schütz der Schöiiöllhünglfri gegen· Verunreinigen durch abgedampftes Material tifi deshalb durch statische oder rotierende' Blenden äüsgöfühfli .in manchen Fallen auch durch Auswechseln besonderer Schütz-r glaser während des Betriebes, ■

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INSPECTED

Die Einführung des elektrischen Stromes in die in den metallischen Kristallisatoren befindliche Schmelze wird bekanntlich so vorgenommen, daß ein Gleichstrompol an den Kristallisator unter der Düse des verwendeten Plasmabrenners angeschlossen wird. Falls an einem horizontalen Kristallisator der elektrische Stromanschlup außerhalb der Düsenachse des Plasmabrenners angeordnet ist, entsteht ein unsymmetrischer Ausfluß des Plasma und sein sogenanntes Austragen durch das entstehende magnetische Feld. In solchen Fällen muß bei einem beweglichen horizontalen Kristallisator die Anschlußstelle des elektrischen Stromes fortwährend geändert werden, was mit Kücksicht auf die hohen Stromintensitäten zum Beispiel mit Berührungskontakten technisch schwer ausführbar ist«, Ein unsymmetrischer Plasmaausfluß verursacht ein Herabsetzen der Konzentration der V/ärmeIeistung und macht oft das notwendige Steuern des Metallerstarrens im Kristallisator unmöglich«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile zu beseitigen und einen Plasmaofen zu schaffen, der ein kontinuierliches Arbeiten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig bei einem Plasmaofen mit einem horizontalen trogförmigen Kristallisator, der in Längsrichtung durch Stirnwände begrenzt ist und der im Bereich der Schmelzwirkung eines Plasmabrenners in Längsrichtung beweglich ist, wobei der Ofen mit einer

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Schauöffnung versehen ist, dadurch gelöst, daß die Schauöffnung an die Zufuhr des Arbeitsgases für den · Plasmabrenner angeschlossen ist und hier ein Überdruck gegenüber dem Schmelzraum erzeugt wird. Der Kristallisator wird erfindungsmäßig beiderseitig über zwei parallele Zweige von Leitern an eine elektrische Stromquelle angeschlossene Dabei können ein oder beide Zweige an die Stromquelle über einstellbare Miederstände angeschlossen werden., Dadurch können die Nachteile der bestehenden Plasmaofen beseitigt werden, die durch ein unsymmetrisches magnetisches Feld verursacht werden. Der horizontale Kristallisator kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung einen durch Wasser gekühlten üoppelmantel besitzen, der sowohl den Boden als auch die Stirnwände kühlt, wobei dieser Doppelmantel aus,parallelen, mit Wasser durchflossenen Rohren bestehen kann₀ "

Der erfindungsgemäße Plasmaofen, der auf dem Prinzip eines bandförmigen Schmelzens arbeitet, weist den Vorteil auf, ein kontinuierliches Schmelzen und Erstarren der Metalle zu ermöglichen. Der horizontale Kristallisator erfüllt hier die Aufgabe eines Schmelzbehälters und einer Kokille. Unter Anwendung eines horizontalen Kristallisators ist es möglich, Metalle in Pulverform umzuschmelzen, ferner Stückschrot, Bruchteile von elektrolytisch raffinierten Metallen und dergleichen ohne eine vorherige besondere Behandlung dieses Materials einzuschmelzen. Ein horizontaler Kristallisator mit einem Trog mit einem

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doppeltem Boden, der einen ilaum für den Durchfluß einer Kühlflüssigkeit bildet, ist für das Umschmelzen der Metalle aus Pulver und für die Bandraffination geeignet. Ein Kristallisator, dessen Boden aus gekühlten Itohren besteht, ist besonders zum Umschmelzen und Schmelzen von Stückgut mit hohem Schmelzpunkt geeignet. Beim Schmelzen ist hier das Metall nur mit einem Teil der den Trog bildenden ?iohre in Berührung, wodurch ein vollkommenes Durchschmelzen des Ingots bis zu dessen Oberfläche gesichert ist. In diesem Fall entstehen wegen der kleinen Kontaktfläche des Ingots mit dem Kristallisator keine hohen Verluste an ι /armeenergie.

Die Zufuhr des Arbeitsgases in den Raum der Schauöffnung des Ofens verursacht schon beim Zuführen nur einer geringen Menge des Arbeitsgases eine Strömung von der Schauöffnung in den Arbeitsraum des Ofens und dadurch ein Mitreißen des verdampften Materials, welches üblicherweise das Verschmutzen des Schauglases verursachte, wobei die technische Einfachkeit der Schauöffnung beibehalten bleibt. Durch den Anschluß der Zufuhr des Arbeitsgases zur Schauöffnung des Ofens wird ein dauernder Gasüberdruck im iiaum der Schauöffnung gesichert. Der Anschluß des elektrischen Stromes an beide Enden des horizontalen Kristallisators über zwei parallele Zweige der elektrischen Leitung sichert einen Plasmastroffl in Sichtung der Längsachse der Düse des Plasmabrenners während des Vorschubes des Kristallisators aus

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einer in die andere Grenzlage, ohne daß es nötig ist, die Zufuhrstellen des elektrischen Stromes zu ändern. Durch Anwendung paralleler Zufuhrleitungen des elektrischen Stromes mit einstellbaren Widerständen kann die Richtung des aus der Düse austretenden Plasmastromes eingestellt werden. Auf .diese Weise kann der Schmelzvorgang beim Verarbeiten eines Einsatzes aus Stückgut, Klumpen oder Pulver vor allem in der Iahe der Stirnwände des horizontalen Kristallisators erleichtert werden, wobei ein schräg eingestellter Austritt des Plasmastromes aus der Düse vorteilhafter ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: ·' ■

Fig. 1 ein Schaubild des ganzen Plasmaofens,

Fig„ 2 ein Querschnitt eines Kristallisators, der aus Rohren zu einer Trogform zusammengestellt ist, ■ die durch Kühlwasser durchflossen werden und

3 ein Querschnitt eines horizontalen Krlstalli sators mit einem Doppelmantel, durch welchen das Kühlwasser durchströmt.

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Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Plasmaofen besitzt einen äußeren Mantel 3 und einen inneren Mantel b, die zusammen mit den Deckeln 7 den Innenraum des Ofens bestimmen. Zwischen dem inneren Mantel 5 und dem äußeren Mantel 3 fließt das Kühlwasser« Innerhalb des Baumes des Plasmaofens wird in wirksamer Reichweite des Plasmabrenners 2 an einem Tragrohr 4 der Kristallisator vorgeschoben. Das Tragrohr 4 führt durch den Ofen über Öffnungen, die in den Deckeln 7 vorgesehen sind und dient gleichzeitig der Kühlwasserzufuhr für den Kristallisator 1. Das durch den Zerfall des Plasma erzeugte Gas wird aus dem Ofen durch eine im Deckel 7 angeordnete Öffnung abgeführt· Die Bewegung des Kristallisators 1 in Sichtung seiner Längsachse in einer wirksamen Entfernung vom Plasmabrenner 2 wird durch eine durch einen Motor 10 angetriebenen Schraube 8 und einer, einen Mitnehmer tragenden Mutter 9 bewirkt, deren Bewegung auf das Tragrohr 4 des Kristallisators 1 übertragen wird« Der Kristallisator 1 besitzt an beiden Enden durch Wasser gekühlte Stirnwände 6, die ihn an beiden Seiten begrenzen. Die Schauöffnung 11 des Plasmaofens ist an die Zufuhr des Arbeitsgases aus einem Druckbehälter 15 angeschlossen. Die Zufuhr 14 des Arbeitsgases ist gleichzeitig an den Plasmabrenner 2 angeschlossen. Der positive Pol des Speisegleichstromes wird dem Kristallisator 1 aus der Speisequelle 13 über zwei parallele Zweige elektrischer Leiter an beide Enden des horizontalen Kristallisators zugeführt.

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In Fig. 2 ist ein Querschnitt des Kristallisators 1 dargestellt, der aus einer Reihe von Rohren 16 zusammengesetzt ist, die einen mit Stirnwänden 6 versehenen Trog bilden. Alle Rohre 16 werden von Wasser durchflössen,"

Fig. 3 ist ein Querschnitt eines Kristallisators 1 dargestellt, dessen Boden aus einem von Wasser durchflossenem Doppelmantel 17 besteht.

Im erfindungsgemäßen Plasmaofen können nicht nur Metalle mit hohem Schmelzpunkt umgeschmolzen werden, sondern auch bei geringen Vorschubgeschwindigkeiten des Kristallisators (z. B₀ von einigen cm/Stunde ) auch durch Bandschmelzen eine Bandraffination von Metallen ausgeführt werden,.

Die Zufuhr des Arbeitsgases in den Raum der Schauöffnung des Ofens kann auch durch eine selbständige Rohrleitung aus einem Druckbehälter oder mittels einer Gaspumpe-ausgeführt werden.

Durch eine Änderung des elektrischen Widerstandes 12 der parallelen Speiseleitungen des elektrischen Stromes kann ein achsialer oder geneigter Ausfluß des Plasma erreicht werden.Alternativ wäre es auch möglich, den Ausfluß des Plasma durch die Wahl verschiedener Querschnitte beider Leitungen oder der Anschlußstellen an das Tragrohr des Kristallisators gegenüber seiner Quersymmetrieachse zu erzielen,

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Claims (1)

1. PATS Ii TANSPR ϋ CHE :

   1_f Plasmaofen zum Schmelzen von Metall und zum Erzeugen von Ingoten mit einem horizotalen trogförmigen Kristallisator, der in Längsrichtung durch Stirnwände begrenzt ist und der im Bereich der Schmelzwirkung eines Plasmabrenners in Längsrichtung beweglich ist, wobei der Ofen mit einer Schauöffnung versehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Schauöffnung βη <U# Zufuhr des Arbeitsgases für den Plasmabrenner angeschlossen ist und hier ein Überdruck gegenüber dem Sehaelzraum erzeugt wird»

   2, Plasmaofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristallisator (1) beideran sing elektrische Stromquelle (13) über zwei Zweige von Leitern angeschlossen ist.

   Plasmaofen nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η H i @ilH t ι daß ein oder beide Zweige an die über einstellbare Wi4erstände (12) ange-

   4» ¥l&um®i§n nmh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale trogförmige

   (1) einen mit i/asser gekühlten Boden

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   bzw. Stirnwände aufweist, der aus parallelen von Kühlwasser durehflossenem Rohren feesteht.

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