-
Vorrichtung zum Messen der Masse von in Elektroöfen umzuschmelzenden
Elektroden Die Erfindung betrifft die Elektrometallurgie, insbesondere eine Vorrichtung
zum Messen der Masse von in Elektroöfen umzuschmelzenden Elektroden.
-
Das kontinuierliche Messen der Masse einer selbstverzehrenden Elektrode
in Elektroöfen, insbesondere Vakuum-Lichtbogenöfen ist bei weitem nicht gelöst.
Die Ermittlung der Elektrodenmasse während der Umschmelzung ist nötig, um den Beginn
der Herausführung eines Lunkers, die Beendigung des Schmelzens und die Augenblickswerte
der Schmelzgeschwindigkeit der selbstverzehrenden Elektrode
zu
bestimmen. Das Vorhandensein von komplizierten Bedingungen, unter denen die Umschmelzung
vor sich geht, wie Durchgang des Schmelzstromes, der öfter Meßgeräte durchfließt,
elektrische und magnetische Felder, Störungen der Lichtbogenentladung, Wärmestrahlungen
des Metallbades, Druck in der Ofenkammer, dynamische Beanspruchungen beim Elektrodenwechsel
und Lichtbogenzünden, erschweren die Messung der Elektrodenmasse und verursachen
mit dem MeBwert vergleichbare Fehler.
-
Als Massengeber für Vorrichtungen zum Messen der Masse selbstverzehrender
Elektroden finden Tensogeber (vgl. z. B. DT-PS 1 157 739 aus dem Jahre 1964 oder
US-PS 3 179 734, Kl. 13-12 aus dem Jahre 1965), die in der Seilaufhangung einer
Stange angebracht werden, an der die selbstverzehrende Elektrode befestigt ist,
Verwendung.
-
Der Hauptmeßfehler ergibt sich bei dieser Anordnung der Tensogeber
durch Reibung in der Stangendichtung, Gewichtsänderung elektrischer und wassergekühlter
Kabel, Druckanstieg in der Kühlflüssigkeit je nach dem Schmelzen und Absenken der
Stange.
-
Bekannt sind auch Vorrichtungen (s. z. B. Alperovitsch M. E., Belyantschikov
L. N., Laktinov V. S. "Programnoe upravlenie protsesom vakuumnodugovogo pereplava
s raskhoduemym elektrodem", Zeitschrift "Metallurg" Nr.
-
4, 1971, S. 14 bis 16), bei denen zusätzlich zum Tensogeber ein Zähler
verwendet wird, der zum Messen der Masse der Elektrode nach deren abgeschmolzenem
Teil (Länge) bestimmt ist. Über eine Drehmelderübertragung ist der Zähler mit dem
Elektrodenhalter verbunden. Wegen unterschledltcher Dichte und unterschiedlichen
Querschnitts der Elektrode auf deren Länge besitzen jedoch die erwähnten Vorrichtungen
keine genügende Meßgenauigkeit.
-
Die niedrige Meßgenauigkeit liefert keine Möglichkeit, die Kontrolle
der Umschmelzung mit den erwähnten Vorrichtungen insbesondere nach Beendigung des
Schmelzens durchzuführen, die Größe des Ionisations- und Seitenentladungseinflusses
auf die Umschmelzgeschwindigkeit der Elektrode zu ermitteln.
-
Auf die Anzeigen der Fühlelemente der Massengeber hat auch die Schlingenform
der an die Stange angeschlossenen Kabel Einfluß, die vom Wert des diese durchfließenden
Stromes abhängig ist.
-
Von der US-Firma Consary wurde ein Geber vom Ringtyp entwickelt (s.
"Elektroshlakovy pereplav", Ubersetzung aus dem Englischen, redigiert von Medovar,
korrespondierendes Mitglied der Akademie der Wissenschaften der Ukrainischen Sozialistischen
Sowjetrepublik, Kiew, 1973, S. 68), der unmittelbar unter der Vakuumdichtung der
Stange angeordnet ist. Bei dieser Anordnung wird der Einfluß des Gewichts der Kabel
auf die Meßgenauigkeit der Elektrodenmasse beseitigt. Teilweise haben aber das Gewicht
der eigentlichen, in die ofenkammer eingetauchten Stange und der Druck der diese
Stange kühlenden Flüssigkeit Einfluß.
-
Zur Erhöhung der Empfindlichkeit und der Meßgenauigkeit der Masse
der selbstverzehrenden Elektrode finden verschiedene Typen von Massengebern Verwendung,
die sich zwischen der Stange und dem Elektrodenhalter befinden.
-
Dazu gehören Meßdosen (hergestellt von der DT-Firma Heraeus, dynamometrische
Geber, s. z. B. US-PS 3 379 818 aus dem Jahre 1968, Magnetostriktionsgeber, s. z.
B. US-PS 3 272 9e5, Kl. 13-9, aus dem Jahre 1966).
-
Die Meßgenauigkeit der Elektrodenmasse mit Vorrichtungen, die diese
Geber enthalten, wird jedoch von allen oben angeführten Störungen beeinflußt, was
letzten Endes trotz hoher Empfindlichkeit der eigentlichen Geber keine ausreichende
Meßgenauigkeit gewährleistet.
-
Bekannt ist auch eine Vorrichtung zum Messen der Masse der in Elektroöfen
umzuschmelzenden Elektrode, die eine gekühlte hohle Stange mit daran befestigtem
Gehäuse des Massengebers enthält, dessen in Form eines Stabes mit Ringvorsprung
ausgeführtes bewegliches Element mit seinem einen Stirnende mit dem Halter der selbstverzehrenden
Elektrode starr verbunden ist und mit der Arbeitsfläche des Ringvorsprunges mit
dem Fühlelement dieses Gebers zusammenwirkt (sX z. B. US-PS 3 272 905, Kl. 13-9,
aus dem Jahre 1966).
-
Bei der erwähnten Vorrichtung durchfließt der Strom beim Durchgang
von der Stange zur Elektrode teilweise auch das Fühlelement vom magnetostriktiven
Typ, das in Form einer Wicklung mit Kern ausgeführt ist, der die magnetische Permeabilität
in Abhängigkeit von der angelegten Kernbelastung ändert. Das vom das Fühlelement
durchfließenden Teil des Stromes erzeugte Magnetfeld kann ebenfalls den Kern sättigen
und dessen magnetische Permeabilität ändern. Verschiedene Schmelzströme können die
Anzeige der magnetostriktiven Fühlelemente mehrdeutig beeinflussen. Die magnetische
Permeabilität der Kerne ist außerdem von der Belastungskraft nichtlinear abhängig.
-
Bei der bekannten Vorrichtung wird nur jener Teil der Stange mit
Flüssigkeit gekühlt, der sich oberhalb der magnetostriktiven Elemente befindet,
weshalb die Erwärmung der Fühlelemente durch den Elektrodenhalter unvermeidlich
ist.
Da bekanntlich die magnetische Permeabilität temperaturabhängig ist, ist gegebenenfalls
der durch die Änderung der magnetischen Permeabilität eingehende Meßfehler unumgänglich.
Einen Fehler beim Messen mit der genannten Vorrichtung kann auch die Reibung des
beweglichen Elements während dessen Verformung unter dem Einfluß der Elektrodenmasse
verursachen. Außerdem erschwert die kleine Größe des Ausgangssignals des Massengebers
die Messung von Signalen bei mehrstündiger Umschmelzung, die sich in einigen Mikrovolt
unterscheiden, und erfordert hochempfindliche Präzisionsgeräte.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen
der Masse von in Elektroöfen selbstverzehrenden Elektroden zu entwickeln, die durch
Verwendung eines hydraulischen Fühlelements im Massengeber die Meßgenauigkeit erhöht
und den Einfluß von dynamischen Beanspruchungen auf die Meßgenauigkeit beseitigt.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung zum Messen
der Masse von in Elektroöfen umzuschmelzenden Elektroden, mit einer gekühlten Hohlstange
einschließlich daran befestigtem Gehäuse eines Massengebers, dessen als ein Stab
mit einem Ringvorsprung ausgeführtes bewegliches Element mit seinem einen Stirnende
mit einem Halter der selbstverzehrenden Elektrode starr verbunden ist und mit der
Arbeitsfläche des Ringvorsprungs mit dem Fühlelement des Massengebers zusammenwirkt,
dadurch gelöst, daß das Fühlelement als zwei Wellrohre mit unterschiedlichem Durchmesser
ausgebildet ist, die längs der Achse des beweglichen Elements übereinander angeordnet
sind und mit den zueinander gerichteten Enden am Ringvorsprung des beweglichen Elements
und mit den entfernten
Enden am Gehäuse befestigt sind, daß durch
die Wellrohre selbst, das Gehäuse und den Ringvorsprung gebildete Hohlräume der
Wellrohre miteinander verbunden und mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, aus deren
Druckänderung die Masse der selbstverzehrenden Elektrode ermittelt wird und daß
das bewegliche Element des Massengebers eine Ausnehmung hat, die das zu diesem beweglichen
Element gerichtete Stirnende der Stange aufnimmt und mit einer elektrisch leitenden
Flüssigkeit gefüllt ist.
-
Es ist zweckmäßig, daß die elektrisch leitende Flüssigkeit eine Legierung
ist, die eine Schmelztemperatur von 10,3 OC und folgende Bestandteile in Gew.-%
hat: Ga - 62, In - 25, Sn - 13.
-
Es ist vorteilhaft, daß die Arbeitsfläche des Ringvorsprunges des
beweglichen Elementes des Massengebers kegelförmig mit Divergenz in Richtung zum
Wellrohr größeren Durchmessers ausgebildet ist.
-
Es empfiehlt sich zumindest eine Isolierstoffzwischenlage, die im
Massengeber derart untergebracht ist, daß in ihm Leckströme über die Wellrohre beseitigt
sind.
-
Es ist auch zweckmäßig eine Isolierstoffzwischenlage zwischen dem
Stab und dem Ringvorsprung des beweglichen Elements.
-
Es ist vorteilhaft-eine Isolierstoffzwischenlage zwischen dem Gehäuse
des Massengebers und der Stange an ihrer Befestigungsstelie.
-
Es ist zweckmäßig, daß die Ausnehmung im beweglichen
Element
des Massengebers mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
-
Die Erfindung wird weitergebildet durch ein becherförmiges zusätzliches
Wellrohr, das an seinem Boden eine Stange trägt, dessen mit Flüssigkeit gefüllter
Bafilraum mit dem Hohlraum der Wellrohre des Massengebers in Verbindung steht, sowie
durch einen Stellantrieb der Stange, der mit ihr kinematisch verbunden ist.
-
Vorteilhaft ist eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch ein
an einem der Wellrohre des Massengebers befestigtes Thermoelement und einen Thermosignal-Steuersignal-Wandler,
dessen Eingang mit dem Thermoelement und dessen Ausgang mit dem Stellantrieb der
Stange des zusätzlichen Wellrohres elektrisch verbunden ist.
-
Es ist von Nutzen, daß das Gehäuse und das zweite Stirnende des beweglichen
Elements des Massengebers von der Seite der Ausnehmung des beweglichen Elements
mit kegelförmigen Ringvorsprüngen ausgebildet sind, die in Richtung der Ausnehmung
konvergieren, daß der Innendurchmesser des einen Ringvorsprunges am Gehäuse größer
als der Innendurchmesser des an deren Ringvorsprunges am Stirnende des beweglichen
Elements, jedoch kleiner als dessen Außendurchmesser ist, und daß die Kegelflächen
der beiden Ringvorsprünge sich in der oberen Lage des beweglichen Elements in unmittelbarer
Nähe voneinander befinden.
-
Durch die Verwendung von Wellrohren als Fühlelement des Massengebers
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen der Masse von in Elektroöfen umzuschmelzenden
Elektroden
wird ein lineares Signal hoher Leistung erhalten. Auf die Meßgenauigkeit der Masse
der selbstverzehrenden Elektrode haben die Magnetfelder, was durch den Einsatz der
Wellrohre bedingt ist, sowie der Druck der die Stange kühlenden Flüssigkeit keinen
Einfluß.
-
Letzteres ist durch die Anordnung des Stirnendes der Stange in dem
mit der elektrisch leitenden Flüssigkeit gefüllten Hohlraum des beweglichen Elements
bedingt.
-
Dies ermöglicht auch, das bewegliche Element um eine beliebige Größe
zu verschieben, ohne daß der Schmelzstromkreis unterbrochen werden mu-. Die Verwendung
der elektrisch leitenden Flüssigkeit in der erfindungsgem§-ßen Vorrichtung gestattet,
das bewegliche Element reibungslos und ohne Kräfte zu verschieben, die die Meßgenauigkeit
beeinflussen könnten.
-
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mittels
der Zeichnung näher erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 einen Elektroofen mit der darin angeordneten erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Messen der Masse von in Elektroöfen umzuschmelzenden Elektroden
(im Längsschnitt), Fig. 2 einen Massengeber der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei
dem die Arbeitsfläche des Ringvorsprunges des beweglichen Elements kegelförmig ausgebildet
ist (im Längsschnitt), Fig. 3 den Massengeber wie in Fig. 2 mit im Massengeber untergebrachten
Isolierstoffzwischenlagen,
Fig. 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung,
die mit einem Rohr ausgeführt ist, das den Hohlraum des Massengebers mit der Atmosphäre
verbindet (im Längsschnitt), Fig. 5 die erfindungsgemäße Vorrichtung (im Längsschnitt)
mit Temperaturfehlerausgleich, Fig. 6 den Massengeber wie in Fig. 2 mit kegelförmigen
Ringvorsprüngen, die am Gehäuse und oberen Stirnende des beweglichen Elements des
Massengebers ausgebildet sind.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Masse von in Elektroöfen
umzuschmelzenden Elektroden enthält eine hohle Stange 1 (Fig. 1), die mit über ein
in deren Hohlrau.* befindLiches Rohr 2 zugeführtem Wasser gekühlt und mit Hilfe
eines Antriebs 3 in Lotrichtung rerctellt wird. Beim W;schmelzen einer Elektrode
4 in einem Elektroofen, hier einem Vakuum-Lichtbogenofen 5, erstreckt sich die Stange
1 durch einen Dichtungsring 6 in die Kammer des Vakuum-Lichtbogens 5.
-
Im unteren Teil des Vakuum-Lichtbogenofens 5 ist ein wassergekühlter
Kristallisator 7 angeordnet, der zum Herstellen eines Gußblocks 8 bestimmt ist,
zwischen dessen Metallspiegel und der Elektrode 4 ein Lichtbogen 9 brennt.
-
Um Unterdruck in dem Vakuum-Lichtbogenofen 5 oder ein Schutzmedium
darin zu erzeugen, ist der Vakuum-Lichtbogenofen 5 mit einem Stutzen 10 ausgeführt,
der zum Anschluß an ein entsprechendes (nicht dargestelltes) Aggregat dient.
-
An der Stange 1 der Vorrichtung ist ein Gehäuse 41 eines Massengebers
12 der Elektrode 4 befestigt. Der Massengeber t2 enthält ein stabförmiges bewegliches
Element 13, an dessen Mantelfläche ein Ringvorsprung 14 ausgebildet ist. Das bewegliche
Element 13 ist mit einem Halter 15 der Elektrode 4 starr verbunden und wirkt mit
einer Arbeitsfläche 16 seines Ringvorsprunges 14 mit dem Fühlelement des Massengebers
12 zusammen.
-
Das Fühlelement ist in Form von zwei Wellrohren bzw.
-
Faltenbälgen 17 und 18 mit unterschiedlichem Durchmesser ausgeführt,
die längs der Achse des beweglichen Elements 13 im Gehäuse 11 des Gebers übereinander
angeordnet sind. Mit den gegeneinander gerichteten Enden sind die Wellrohre 17 und
18 am Vorsprung 14 des beweglichen Elements 13 und mit den entfernten Enden am Gehäuse
11 befestigt. Der durch die Wellrohre 17, 18 selbst, das Gehäuse 11 und den Ringvorsprung
14 gebildete Hohlraum 19 ist mit Flüssigkeit gefüllt und über einen im Gehäuse 11
ausgebildeten Kanal 21 und ein im Hohlraum der Stange 1 befindliches und an seiner
Verbindungsstelle zum Kanal 21 mit einer Gummieinlage 23 abgedichtetes Rohr 22 an
ein Meßgerät 20 angeschlossen. Die Gummieinlage 23 dient gleichzeitig zum Abdichten
des Massengebers 12.
-
Als Meßgerät 20 gelangt ein in Masseneinheiten geeichtes Manometer
zum Einsatz.
-
Es kann auch ein Druckgeber Verwendung finden, der ein der Masse
der selbstverzehrenden Elektrode verhältnisgleiches elektrisches Signal abgibt.
-
Im Stab des beweglichen Elements 13 ist eine Ausnehmung 24 vorgesehen,
in der das untere Stirnende der
Stange 1 Platz findet und die mit
einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, hier Quecksilber, gefüllt ist.
-
Es ist auch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung möglich,
bei dem eine eine Schmelztemperatur von 10,3 OC aufweisende Legierung Verwendung
findet, die sich aus folgenden Bestandteilen in Gew.-% zusammensetzt: Ga - 62, In
- 25, Sn - 13. Diese Legierung besitzt eine hohe elektrische und Wärmeleitfähigkeit.
Der Hauptvorteil dieser Legierung besteht jedoch darin, daß sie nicht toxisch ist.
-
Der Schmelz strom durchfließt die Stange 1, die elektLlach leitende
Flüssigkeit, das bewegliche Element 13, den Halter 15 und die Elektrode 4. Die während
der Umschmelzung der selbstverzehrenden Elektrode 4 freiwerdende Wärme erwärmt den
Halter 15 unter dem Einfluß der Wärmestrahlung des Metallbades und des Lichtbogens
9. Da die Erwärmung des Halters 15 die Meßgenauigkeit der Vorrichtung beeinflußt,
wird der Wärmeüberschuß von diesem mit dem die Stange 1 kühlenden Wasser abgeleitet,
wobei die Kühlwirkung dadurch erhöht wird, daß der in der Ausnehmung 24 befindliche
stirnseitige Teil der Stange 1 kegelförmig ausgebildet ist.
-
Die Kompressibilitäts- und Temperaturausdehnungskoeffizienten der
Flüssigkeit, die den Hohlraum 19 des Fühlelements füllt, müssen minimal sein und
eine hohe Meßgenauigkeit gewährleisten. Beim Füllen des Hohlraumes 19 verbliebene
Gasblasen in der Flüssigkeit können zu einem Meßfehler führen, der bei Verminderung
der Masse der selbstverzehrenden Elektrode 4 zunimmt.
-
Um die Ansammlung von Luftblasen zu vermeiden, ist
die
Arbeitsfläche 25 (Fig. 2) des Ringvorsprunges 14 kegelförmig mit Konvergenz in Richtung
zum Wellrohr 17 größeren Durchmessers ausgebildet.
-
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung sind
Leckströme durch die Wellrohre 17, 18 hindurch nicht ausgeschlossen, was eine Erwärmung
der den Hohlraum 19 der Wellrohre 17, 18 füllenden Flüssigkeit und deren Volumenzunahme
herbeiführen kann. Dies wirkt wiederum auf die Lage des beweglichen Elements 13
ein und bringt einen Fehler in die Messung durch Änderung der Kraft, die für die
Überwindung der Steifigkeit der Wellrohre 17, 18 aufgewandt wird.
-
Die Beseitigung der Leckströme über das Fühlelement erfolgt mit Hilfe
einer zwischen dem Stab des beweglichen Elements 13 und seinem Ringvorsprung 27
befindlichen Isolierstoffzwischenlage 26 (Fig. 3) und einer Gummidichtung 28. Beim
beschriebenen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung erfüllt eine mittels Schraubbolzen
29 an der Seitenfläche des Stabes befestigte Scheibe mit einer Öffnung die Funktion
des Ringvorsprunges 27.
-
Zur Vermeidung der Leckströme ist zwischen dem Gehäuse 11 des Massengebers
12 und der Stange 1 an deren Befestigungsstelle eine Gummieinlage 30 angebracht.
Es ist auch eine in der Bolzenschraubverbindung 32 vom Gehäuse 11 zur Stange 1 angeordnete
Hülse 31 vorgesehen.
-
Um das Eindringen von Gummi in den im Gehäuse 11 ausgebildeten Kanal
21 zu verbinden, ist das Ende des Rohres 22, das diesen Kanal 21 mit dem Meßgerät
20 (Fig. 1) verbindet, mit Hilfe einer Hülse 33 (Fig. 3) aus festem Dielektrikum
gegen das Gehäuse 11 isoliert.
-
Während der Umschmelzung der Elektrode 4 bleibt die Temperatur des
Massengebers 12 nicht konstant. Unter dem Einfluß der Wärmestrahlung wird die Luft,
die den Hohlraum 34 (Fig. 4) des Massengebers 12 füllt, erwärmt.
-
Bei der Erwärmung nimmt der Luftdruck zu, wird über den Ringvorsprung
14 auf die Wellrohre 17, 18 des Massengebers 12 übertragen und verursacht einen
Meßfehler der Masse von der Elektrode 4. Außerdem bewirkt diesen Fehler die durch
die Verschiebung des beweglichen Elements 13 verursachte Volumenänderung des Hohlraumes
34 während der Umschmelzung.
-
Zur Beseitigung dieses Fehlers ist im Gehäuse 11 des Massengebers
12 ein Kanal 35 ausgebildet, der den Hohlraum 34 und die im beweglichen Element
13 eingearbeitete Ausnehmung 24 über ein innerhalb der Stange 1 angeordnetes Rohr
36 mit der Atmosphäre verbindet. Ebenso wie das Rohr 22 ist das Rohr 36 mit der
Gummieinlage 23 abgedichtet.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Masse von in Elektroöfen
umzuschmelzenden Elektroden erleidet dynamische Beanspruchungen, die mit technologischen
Besonderheiten des Wechsels der Elektrode 4 zusammenhängen und das Fühlelement des
Massengebers 12 und das Meßgerät 20 beeinflussen, was sich später auf die Meßgenauigkeit
der Masse der Elektrode 4 auswirkt.
-
Um den Einfluß von dynamischen Beanspruchungen zu eliminieren, ist
die Vorrichtung mit einem zusätzlichen Wellrohr 37 (Fig. 5) versehen, das in Form
eines Bechers ausgebildet ist, in dessen Boden eine Stange 38 befestigt ist. Der
mit Flüssigkeit gefüllte Hohlraum des Wellrohres 37 steht mit dem Hohlraum 19 der
Wellrohre
17, 18 des Massengebers 12 in Verbindung, während die
Stange 38 mit ihrem Stellantrieb 39 kinematisch verbunden ist, der aus einem Getriebe
40 und einem Elektromotor 41 besteht.
-
Wie oben angeführt, kann die Temperaturänderung des Fühlelements
die Meßgenauigkeit beeinflussen. Es ist praktisch unmöglich, die Temperaturänderung
des Fühlelements während der Umschmelzung vollkommen zu beseitigen.
-
Zum Ausgleich der Temperaturänderung ist bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ein am Wellrohr 17 befestigtes Thermoelement 42 vorgesehen, dessen Enden
über das Rohr 36 aus der Stange 1 hinausgeführt und an den Eingang eines Thermosignal-Steuersignal-Wandlers
43 angeschlossen sind. Der Thermosignal-Steuersignal-Wandler 43 ist nach einer bekannten
automatischen Brückenschaltung mit Verstimmungsabgleich ausgeführt (s. z. B.
-
K. A. Mironov, L. I. Schipetin "Teplotekhnicheskie i izmeritelnye
pribory", Mashgiz, Moskau, 1958, S. 210 bis 216), und sein Ausgang steht mit dem
Stellantrieb 39 in elektrischer Verbindung. Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes
40 des Stellantriebs 39 ist so bemessen, daß die Volumenänderung des Hohlraumes
des zusätzlichen Wellrohres 37 während der Verschiebung seiner Stange 38 gleich
der Volumenänderung wird, die durch die Wärmeausdehnung der Flüssigkeit im Hohlraum
19 der Wellrohre 17, 18 des Massengebers 12 verursacht ist.
-
Bei der Befestigung der Elektrode 4 im Halter 15 sowie beim Zünden
des Lichtbogens 9 (Fig. 1) ist ein Überlauf von elektrisch leitender Flüssigkeit
aus der Ausnehmung 24 des beweglichen Elements 13 in den Hohlraum 34
des
Massengebers 12 möglich. Zur Beseitigung des Überlaufs sind das Gehäuse 11 des Massengebers
12 und das obere Stirnende des Stabes des beweglichen Elements 13 von der Seite
der Ausnehmung 24 jeweils mit kegelförmigen Ringvorsprüngen 44 (Fig. 6) und 45 ausgebildet,
die in Richtung der Ausnehmung 24 konvergieren. Der Innendurchmesser des Ringvorsprunges
44 ist größer als der Innendurchmesser des Ringvorsprunges 45, aber kleiner als
dessen Außendurchmesser, wobei der eigentliche Ringvorsprung 44 so angeordnet ist,
daß sich die Kegelflächen von beiden Ringvorsprüngen 44, 45 in der oberen Lage des
beweglichen Elements 13 in der unmittelbaren Nähe voneinander befinden.
-
1>ie Umschmelzung der selbstverzehrenden Elektrode 4 (Fig. 1)
in Elektroöfen, hier im Vakuum-Lichtbogenofen 5, besteht aus zwei Schritten. Zum
ersten gehört die Entladung des Vakuum-Lichtbogenofens 5 und die Vorbereitung einer
neuen Elektrode 4 zum Umschmelzen und zum zweiten der eigentliche Schmelzvorgang.
-
Um dynamische Beanspruchungen des Meßgeräts 20 und des Massengebers
12 im ersten Schnitt beim Ziehen des nicht abgeschmolzenen Teils der selbstverzehrenden
Elektrode 4 oder bei plötzlichem Hub der neuen Elektrode mit dem Stellantrieb 39
(Fig. 5) zu vermeiden, wird der Boden des zusätzlichen Wellrohrs 37 so bewegt, daß
das Volumen seines mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraumes zunimmt und die Flüssigkeit
aus dem Hohlraum 19 des Fühlelements des Massengebers 12 in den Hohlraum des Wellrohres
37 umgepumpt wird. Dabei legt sich der Ringvorsprung 14 des beweglichen Elements
13 des Massengebers 12 auf das Gehäuse 1-1 dieses Massengebers 12, und die Wellrohre
17, 18 nehmen keine dynamischen Beanspruchungen auf, die durch die Dehnung der Stange
1 verursacht sind.
-
Bei der Befestigung der Elektrode 4 im Halter 15 sowie beim Zünden
des Lichtbogens 9 (Fig. 1) treten durch die Berührung der Elektrode mit dem Boden
des Kristallisators 7 dynamische Beanspruchungen auf, die durch eine Kompression
der Elektrode 4 hervorgerufen sind. Bei diesen Beanspruchungen wird der Boden des
zusätzlichen Wellrohres 37 mit Hilfe des Stellantriebs 39 (Fig. 5) in die andere
Endstellung gebracht, indem die Flüssigkeit solange ion das Fühlelement des Massengebers
12 umgepumpt wird, bis das bewegliche Element 13 in die obere Endstellung übergeht.
-
Nach dem Zünden des Lichtbogens 9 (Fig. 1) wird die erforderliche
Länge der Lichtbogenstrecke mit Hilfe des Antriebs 3 eingestellt, und das Fühlelement
des Massengebers 12 wird durch die Bewegung des Bodens des zusätzlichen Wellrohres
37 (Fig. 5) in der der oben genannten entgegengesetzten Richtung und durch das Umpumpen
eines Teils der Flüssigkeit aus seinem Hohlraum in den Hohlraum 19 des Fühlelements
in Arbeitslage gebracht.
-
Damit ist der Vorgang der Vorbereitung der Elektrode 4 zur Umschmelzung
zu Ende, und die Umschmelzung setzt mit der folgenden Messung der Masse der Elektrode
4 ein.
-
Der der Masse der selbstverzehrenden Elektrode 4 verhältnisgleiche
Druck der den Hohlraum 19 der Wellrohre 17, 18 des Massengebers 12 füllenden Flüssigkeit
wird über das Rohr 22 auf den das Meßgerät 20 übertragen.
-
Aufgrund der Isolierstoffzwischenlage 26 (Fig. 3) wird der Schmelzstrom,
der die Stange 1, die elektrisch leitende Flüssigkeit, die die Ausnehmung 24 des
beweglichen Elements 13 füllt, den Stab des beweglichen Elements
13,
den Halter 15 der Elektrode 4 und die Elektrode 4 selbst durchfließt, am Fühlelement
des Massengebers 12 vorbeigeleitet.
-
Durch das Fehlen von Trockenreibung im beweglichen Element 13 des
Massengebers 12 bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, von elektromagnetischen Störungen,
die das Fühlelement beeinflussen, von einer Druckänderung in der die Stange 1 kühlenden
Flüssigkeit sowie eines Stromes im Fühlelement wird eine hohe Meßgenauigkeit der
Masse der selbstverzehrenden Elektrode gewährleistet.
-
Der Druck im FüLlelement das Massengebers 12 errechnet sich gemäß:
G - kx p = - Sg + γ H, mit P = Flüssigkeitsdruck im Hohlraum 19 des Massengebers
12, G = Masse der Elektrode 4 und des beweglichen Elements 13, k = Steifigkeitszahl
sämtlicher Federungselemente im Meßsystem, x = Hub des beweglichen Elements 13,
Sg = Wirkfläche des Massengebers 12, γ = Dichte der den Hohlraum 19 des Massengebers
12 füllenden Flüssigkeit, H = Lotabstand zwischen dem Massengeber 12 und dem Meßgerät
20 (Fig. 1).
-
Die Größe γ H übt keinen Einfluß auf die Anzeigen des Meßgeräts
20 aus; und es gilt kx 4< G, weil der Hub x wegen Inkompressibilität der Flüssigkeit
gering ist.
-
Auf die Anzeige des Massengebers 12 hat der Druck in
der
Kammer des Vakuum-Lichtbogenofens 5 Einfluß. Der darin aufrechtzuerhaltende Unterdruck
von 10 1 bis 10 4 mm Q.S. schafft aber beim Messen der Masse einen nur noch einige
10 g betragenden Unterschied, was vernachlässigbar ist. Der gesamte Vakuumdruck
bleibt hingegen eine konstante Größe.
-
Während der Umschmelzung bewegt sich der Ringvorsprung 14 je nach
der Verminderung der Masse der Elektrode 4 aufwärts und ändert das Volumen des Hohlraumes
34 des Massengebers 12. Der Drucküberschuß bzw. -mangel im genannten Hohlraum 34
wird durch die Verbindung des Hohlraumes 34 mit der Atmosphäre, die über das in
der Stange 1 angeordnete Rohr 36 erfolgt, immer bis zum Atmosphärendruck ausgeglichen.
-
Der Druck im Hohlraum 34 kann auch nach beliebigen bekannten Verfahren
stabilisiert werden.
-
Während der Umschmelzung von ein und denselben Elektroden oder Elektroden
verschiedener Stahl- und Legierungszusammensetzungen können die Stromverhältnisse
verschieden sein. Es können die Temperatur und die Menge der die Stange kühlenden
Flüssigkeit variieren. Dabei kann die den Hohlraum des Fühlelements des Massengebers
füllende Flüssigkeit ebenfalls die Temperatur ändern, indem sie die Wärmestrahlung
von der Stange und dem beweglichen Element aufnimmt, wodurch die Meßgenauigkeit
der Masse von selbstverzehrenden Elektroden herabgesetzt wird.
-
Zur Beseitigung des erwähnten Fehlers, der durch die Erwärmung der
den Hohlraum des Fühlelements füllenden Flüssigkeit verursacht ist, gibt das am
Wellrohr 17
befestigte Thermoelement 42 (Fig. 5) ein temperaturproportionales
Signal an den in automatischer Brückenschaltung mit Verstimmungsabgleich ausgeführten
Thermosignal-Steuersignal-Wandler 43 ab. Das Verstimmungssignal wird zunächst einem
(nicht dargestellten) phasenempfindlichen Verstärker des Thermosignal-Steuersignal-Wandlers
43 und dann dessen (nicht dargestellten) Elektromotor zugeführt, der das Verstimmungssignal
vermindert. Das Signal von dem Verstärker des Thermosignal-Steuersignal-Wandlers
43 wird gleichzeitig dem Elektromotor 41 des Stellantriebs 39 der Stange 38 des
zusätzlichen Wellrohres 37 zugeführt. Dabei ist das Obersetzungsverhältnis des Getriebes
40 des Stellantriebs 39 so bemessen, daß die Volumenänderung des Hohlraumes des
zusätzlichen Wellrohres 37 bei der Bewegung der Stange 38 gleich der Volumenänderung
wird, die durch die Wärmeausdehnung der den Hohlraum 19 der Wellrohre 17, 18 des
Massengebers 12 füllenden Flüssigkeit hervorgerufen ist.
-
Mit dem genannten Temperaturausgleich kann eine hohe Meßgenauigkeit
der Masse von selbstverzehrenden Elektroden erreicht werden.
-
Bei dynamischen Beanspruchungen, die mit dem Auswechseln der selbstverzehrenden
Elektrode 4 zusammenhängen und längs der Achse der Stange 1 angreifen, läuft die
die Ausnehmung 24 des beweglichen Elements 13 füllende elektrisch leitende Flüssigkeit
mit Hilfe des kegelförmigen Ringvorsprunges 45 (Fig. 6) wieder in die Ausnehmung
24 zurück. Ein in den engen Spalt zwischen der Stange 1 und dem Ringvorsprung 45
eingedrungener Teil der Flüssigkeit erreicht das Gehäuse 11 des Massengebers 12
und fließt dann über die Kegelflächen der Ringvorsprünge 44 und 45 in die Ausnehmung
24 ab.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Masse von in Elektroöfen
umzuschmelzenden Elektroden kann bei Vakuum-Lichtbogen, Elektroschlacken- und Plasma-Umschmelzöfen
Verwendung finden. Die Vorrichtung vermeidet die Einwirkung von vielen Faktoren
auf das Fühlelement des Massengebers, die bei der Umschmelzung der Elektrode auftreten,
wie elektromagnetischen Störungen, Stromdurchgang durch die Fühlelemente, Druckänderung
in der die Stange kühlenden Flüssigkeit, Reibung in der Stangendichtung, Gewichts-
und Formänderung von flexiblen Strom- und Wasserzuführungskabeln. Der Massengeber
der Vorrichtung, der ein hydraulisches Fühlelement verwendet, hat am Ausgang ein
lineares Signal hoher Leistung.
-
Mit Hilfe des zusätzlichen Wellrohres, der mit dem Stellantrieb der
Stange dieses Wellrohres verbunden ist, kann das bewegliche Element des Massengebers
in Endstellungen gebracht werden, wodurch der Einfluß von dynamischen Beanspruchungen
auf das Fühlelement des Massengebers und die Meßgeräte vollkommen beseitigt wird.
Beim Überführen des beweglichen Elementes des Massengebers in Zwischenstellungen
führt der Massengeber hingegen ein kontinuierliches Messen der Elektrodenmasse während
der ganzen Umschmelzung durch. Da es unmöglich ist, die Temperaturänderung des Fühlelements
zu vermeiden, besitzt die Vorrichtung eine Temperaturkompensation, die eine Erhöhung
der Meßgenauigkeit ermöglicht, was auch durch das Leiten des Schmelzstromes vorbei
an den Fühlelementen erreicht wird. Die Vorrichtung ist einfach gebaut.