DE2531853B2 - Vorrichtung zum Tragen und zur Stromversorgung einer Abschmelzelektrode mit einer Meßeinrichtung für die Elektrodenmasse - Google Patents
Vorrichtung zum Tragen und zur Stromversorgung einer Abschmelzelektrode mit einer Meßeinrichtung für die ElektrodenmasseInfo
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- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/16—Remelting metals
- C22B9/18—Electroslag remelting
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Tragen und zur Stromversorgung einer in einem
Elektroofen umzuschmelzenden Elektrode, mit einer an einer Vorschubeinrichtung befestigten gekühlten Hohlstange,
mit einem an deren unterem Ende befestigten Gehäuse einer Meßeinrichtung für die Elektrodenmasse,
mit einem an dem oberen Ende der Elektrode befestigten Stab, der beweglich in das Gehäuse ragt und
darin einen Ringvorsprung aufweist, und mit einem zwischen dem Ringvorsprung und dem Gehäuse
angeordneten Druckwandler.
Das kontinuierliche Messen der Masse einer Abschmelzelektrode in Elektroöfen, insbesondere Vakuum-Lichtbogenöfen
ist bei weitem nicht gelöst Die Ermittlung der Elektrodenmasse während der Umschmelzung
ist nötig, um den Beginn der Erwärmung des Blockkopfes, die Beendigung des Schmelzens und
die Augenblickswerte der Schmelzgeschwindigkeit der Abschmelzelektrode 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 Eiektrodenmasse und
verursachen mit dem Meßwert vergleichbare Fehler.
Zur Erhöhung der Empfindlichkeit und der Meßgenauigkeit der Masse der Abschnelzelektroden finden
verschiedene Typen von Meßeinrichtungen Verwendung, die sich zwischen der Stange und dem
Elektrodenhalter befinden.
Es ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt (US-PS 32 72 905), bei der der Strom beim
Durchgang von der Stange zur Elektrode teilweise auch den Druckwandler durchfließt, der aus einer magnetostriktiven
Meßdose besteht, die in Form einer Wicklung mit Kern ausgeführt ist, der die magnetische Permeabilität
in Abhängigkeit von der angelegten Kernbelastung ändert. Das vom die Meßdose durchfließenden Teil des
Stromes erzeugte Magnetfeld kann ebenfalls den Kern sättigen und dessen magnetische Permeabilität ändern.
Verschiedene Schmelzströme können die Anzeige der magnetostriktiven Meßdose 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 Meßdose befindet, weshalb deren Erwärmung 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 5 mehrstündiger Umschmelzung, die sich in einigen
Mikrovolt unterscheiden, und erfordert hochempfindliche Präzisionsgeräte.
Andererseits sind hydraulische Druckgeber an sich, bei Waagen allgemein bekannt (DE-PS 8 86 228). ι ο
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch zu
verbessern, daß durch Verwendung eines !speziell anzupassenden hydraulischen Druckgebers statt der
magnetostriktiven Meßdose die Meßgenauigkeit erhöht und der Einfluß von dynamischen Beanspruchungen auf
die Meßgenauigkeit beseitigt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den Stab zwei Wellrohre verschiedenen Durchmessers
konzentrisch umgeben, von denen dasjenige mit dem größeren Durchmesser oberhalb und dasjenige mit
dem kleineren Durchmesser unterhalb des Ringvorsprungs mit diesem dicht verbunden sind, daß die jeweils
anderen Enden der Wellrohre mit dem Gehäuse dicht verbunden sind, daß der Hohlraum zwischen der
Außenseite der Wellrohre, dem Ringvorspnmg und dem Gehäuse mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, aus deren
Druck die Masse der Abschmelzelektrode ermittelt werden kann, und daß das obere Ende des Stabes
becherförmig ausgebildet und mit einer elektrisch jo
leitenden Flüssigkeit gefüllt ist, in die das untere Ende der Hohlstange eintaucht.
Es ist zweckmäßig, als elektrisch leitende Flüssigkeit eine Legierung aus 62 Gewichtsprozent Gallium, 25
Gewichtsprozent Indium und 13 Gewichtsprozent Zinn zu verwenden; diese hat eine Schmelztemperatur von
10,30C.
Es empfiehlt sich zumindest eine Isolierstoffzwischenlage, die in der Meßeinrichtung derart untergebracht ist,
daß Leckströme über die Wellrohre unterbunden sind. Diese Isolierstoffzwischenlage kann zwischen dem Stab
und dem Ringvorsprung oder auch zwischem dem Gehäuse der Meßeinrichtung und der Stange an ihrer
Befestigungsstelle angebracht sein.
Es ist zweckmäßig, dem an die Innenseite des Wellrohres mit größerem Durchmesser grenzenden
Hohlraum mit der Atmosphäre zu verbinden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der die Druckflüssigkeit enthaltende Hohlraum mit einem
außerhalb der Vorrichtung angeordneten zusätzlichen Hohlraum von einstellbarem Volumen in Verbindung
steht Vorteilhaft ist die Vorrichtung dabei durch einen an einem der Wellrohre der Meßeinrichtung befestigten
Temperaturgeber gekennzeichnet, der mit einer Einrichtung zur Verstellung des Volumens des zusätzlichen
Hohlraums verbunden ist.
Schließlich ist es zweckmäßig, die Vorrichtung so auszubilden, daß das Gehäuse und der Rand der
Ausnehmung des Stabes mit kegelförmigen Ringvorsprüngen versehen sind, die nach innnen und unten zur
Ausnehmung gerichtet sind, daß der Innendurchmesser des einen Ringvorsprungs am Gehäuse größer als der
Innendurchmesser des anderen Ringvorsprunges am Rand der Ausnehmung, jedoch kleiner als dessen
Außendurchmesser ist, und daß die Kegelflächen der beiden Ringvorsprünge sich in der oberen Lage des
Stabes in kleinem Abstand voneinander befinden.
Durch die Verwendung von Wellrohren als Fühlelement der Meßeinrichtung bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung wird ein lineares Signal hoher Leistung erhalten. Auf die Meßgenauigkeit der Masse der
Abschmelzelektrode 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 mit 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 muß. Die Verwendung der elektrisch leitenden Flüssigkeit in der
erfindungsgemäßen 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 zeigt
F i g. 1 einen Elektroofen mit der darin angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung (im Längsschnitt),
F i g. 2 eine Meßeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Arbeitsfläche des Ringvorsprunges
des beweglichen Elements kegelförmig ausgebildet ist (im Längsschnitt),
F i g. 3 die Meßeinrichtung wie in F i g. 1 mit darin untergebrachten Isolierstoffzwischenlagen,
Fig.4 die erfindungsgemäße Vorrichtung, die mit einem Rohr ausgeführt ist, das den Hohlraum der
Meßeinrichtung mit der Atmosphäre verbindet (im Längsschnitt),
F i g. 5 die erfindungsgemäße Vorrichtung (im Längsschnitt) mit Temperaturfehlerausgleich,
F i g. 6 die Meßeinrichtung wie in F i g. 2 mit kegelförmigen Ringvorsprüngen, die am Gehäuse und
oberen Stirnende des beweglichen Elements der Meßeinrichtung ausgebildet sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Tragen und zur Stromversorgung einer Abschmelzelektrode mit
einer Meßeinrichtung für die Elektrodenmasse enthält eine Hohlstange 1 (Fig. 1), die mit über ein in deren
Hohlraum befindliches Rohr 2 zugeführtem Wasser gekühlt und mit Hilfe eines Antriebes 3 in Lotrichtung
vestellt wird. Beim Umschmelzen 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-Lichtbogenofens 5.
Im unteren Teil des Vakuum-Lichtbogenofens 5 ist ein wassergekühlter Tiegel 7 angeordnet, der zum
Herstellen eines Gußbiocks 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 11 einer Meßeinrichtung 12 der Elektrode 4 befestigt. Die
Meßeinrichtung 12 enthält einen beweglichen Stab 13, an dessen Mantelfäche ein Ringvorsprung 14 ausgebildet
ist. Der Stab 13 ist mit einem Halter 15 der Elektrode 4 starr verbunden und wirkt mit einer Arbeitsfläche 16
seines Ringvorsprunges 14 mit dem Fühlelement der Meßeinrichtung 12 zusammen.
Das Fühlelement als Druckwandler ist in Form von zwei Wellrohren bzw. Faltenbälgen 17 und 18 mit
unterschiedlichem Durchmesser ausgeführt, die längs
der Achse des Stabes 13 im Gehäuse 11 übereinander angeordnet sind. Mit den gegeneinandergerichteten
Enden sind die Wellrohre 17 und 18 am Ringvorsprung
14 des Stabes 13 und mit den entfernten Enden am Gehäuse 11 befestigt. Der durch die Wellrohre 17, 18
selbst, das Gehäuse 11 und den Ringvorcprung 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 der Meßeinrichtung 12.
Als Meßgerät 20 gelangt ein in Masseneinheiten geeichtes Manometer zum Einsatz. An dessen Stelle
kann auch ein Druckgeber Verwendung finden, der den Flüssigkeitsdruck in ein der Masse der Abschmelzelektrode
proportionales elektrisches Signal umwandelt.
Im Stab 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 10,30C aufweisende Legierung Verwendung ;?■-,
findet, die sich aus folgenden Bestandteilen in Gewichtsprozent 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 Schmelzstrom durchfließt die Stange 1, die elektrisch leitende Flüssigkeit, den Stab 13, den Halter
15 und die Elektrode 4. Die während der Umschmelzung der selbstverzehrenden Elektrode 4 frei werdende
Wärme erwärmt den Halter 15 unter dem Einfluß der r, 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 4-, Meßgenauigkeit gewährleisten. Beim Füllen des Hohlraumes
19 verbliebene Gasblasen in der Flüssigkeit können zu einem Meßfehler führen, der bei Verminderung
der Masse der Abschmelzelektrode 4 zunimmt.
Um die Ansammlung von Luftblasen zu vermeiden, ist ,0
die Arbeitsfläche 16 (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 Stabes 13
ein und bringt einen Fehler in die Messung durch w> 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 13 und
seinem Ringvorsprung 27 befindlichen Isolierstoffzwi- hr>
schenlage 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 der Meßeinrichtung 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 verhindern, ist das Ende des Rohres 22, das diesen Kanal 21 mit dem
Meßgerät 20 (F i g. 1) verbindet, mit Hilfe einer Hülse 33 (F i g. 3) aus festem Dielektrikum gegen das Gehäuse 11
isoliert.
Während der Umschmelzung der Elektrode 4 bleibt die Temperatur der Meßeinrichtung 12 nicht konstant.
Unter dem Einfluß der Wärmestrahlung wird die Luft, die den Hohlraum 34 (Fig.4) der Meßeinrichtung 12
füllt, erwärmt. Bei der Erwärmung nimmt der Luftdruck zu, wird über den Ringvorsprung 14 auf die Wellrohre
17,18 der Meßeinrichtung 12 übertragen und verursacht einen Meßfehler der Masse von der Elektrode 4.
Außerdem bewirkt diesen Fehler die durch die Verschiebung des Stabes 13 verursachte Volumenänderung
des Hohlraumes 34 während der Umschmelzung.
Zur Beseitigung dieses Fehlers ist im Gehäuse 11 der
Meßeinrichtung 12 ein Kanal 35 ausgebildet, der den Hohlraum 34 und die im Stab 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 erleidet dynamische Beanspruchungen, die mit technologischen Besonderheiten
des Wechsels der Elektrode 4 zusammenhängen und das Fühlelement der Meßeinrichtung 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 (F i g. 5) versehen, das mit einem Boden zu einem Becher geschlossen 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 der Meßeinrichtung 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 vollkommer
zu beseitigen.
Zum Ausgleich der Temperaturänderung ist bei dei erfindungsgemäßen Vorrichtung ein am Wellrohr 17
befestigtes Thermoelement 42 vorgesehen, desser Enden über das Rohr 36 aus der Stange 1 hinausgeführ
und an den Eingang eines Thermosignal-Steuersignal Wandlers 43 angeschlossen sind. Der Thermosignal
Steuersignal-Wandler 43 ist nach einer bekannter automatischen Brückenschaltung mit Verstimmungsab
gleich ausgeführt, und sein Ausgang steht mit den Stellantrieb 39 in elektrischer Verbindung. Das Überset
zungsverhältnis des Getriebes 40 des Stellantriebs 39 is so bemessen, daß die Volumenänderung des Hohlrau
mes des zusätzlichen Wellrohres 37 während dei Verschiebung seiner Stange 38 gleich der Volumenän
derung wird, die durch die Wärmeausdehnung dei Flüssigkeit im Hohlraum 19 der Wellrohre 17, 18 de
Meßeinrichtung 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 Stabes 13 in den Hohlraum 34 der
Meßeinrichtung 12 möglich. Zur Beseitigung des Überlaufs sind das Gehäuse 11 der Meßeinrichtung 12
und das obere Stirnende des Stabes 13 von der Seite der Ausnehmung 24 jeweils mit kegelförmigen Ringvorsprüngen
44 (F i g. 6) und 45 ausgebildet, die in Richtung ι ο 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.
Die Umschmelzung der Abschmelzelektrode 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 der Meßeinrichtung 12 im ersten Schnitt beim
Ziehen des nicht abgeschmolzenen Teils der Abschmelzelektrode 4 oder bei plötzlichem Hub der neuen
Elektrode mit dem Stellantrieb 39 (F i g. 5) zu vermeiden, wird der Boden des zusätzlichen Wellrohrs 37 so jo
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 ungepumpt wird.
Dabei legt sich der Ringvorsprung 14 des Stabes 13 der Meßeinrichtung 12 auf deren Gehäuse 11, 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
bei der Berührung der Elektrode mit dem Boden des Tiegels 7 dynamische Beanspruchungen auf, die durch
das Aufsetzen der Elektrode 4 hervorgerufen sind. Bei diesen Beanspruchungen wird der Boden des zusätzlichen
Wellrohres 37 mit Hilfe des Stellantriebs 39 (F i g. 5) in die andere Endstellung gebracht, indem die
Flüssigkeit so lange in das Fühlelement der Meßeinrichtung 12 umgepumpt wird, bis der Stab 13 in die obere
Endstellung übergeht.
Nach dem Zünden des Lichtbogens 9 (F i g. 1) wird die erforderliche Länge der Lichtbogenstrecke mit Hilfe
des Antriebs 3 eingestellt, und das Fühlelement der Meßeinrichtung 12 wird durch die Bewegung des
Bodens des zusätzlichen Wellrohres 37 (F i g. 5) in der der obengenannten 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 eo Elektrode 4 zur Umschmelzung zu Ende, und die
Umschmelzung setzt mit der folgenden Messung der Masse der Elektrode 4 ein.
Der der Masse der Abschmelzelektrode 4 verhältnisgieiche Druck der den Hohlraum 19 der Wellrohre 17, (,5
18 der Meßeinrichtung 12 füllenden Flüssigkeit wird über das Rohr 22 auf 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 Stabes
13 füllt, den Stab 13, den Halter 15 der Elektrode 4 und die Elektrode 4 selbst durchfließt, am Fühlelement der
Meßeinrichtung 12 vorbeigeleitet.
Durch das Fehlen von Trockenreibung im Stab 13 der Meßeinrichtung 12 bei dererfindungsgemäßen 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 Abschmelzelektrode gewährleistet.
Der Druck im Fühlelement der Meßeinrichtung 12 errechnet sich gemäß:
r — ^ "T y η ,
P = Flüssigkeitsdruck im Hohlraum 19 der Meßeinrichtung 12,
G = Masse der Elektrode 4 und des Stabes 13,
k = Steifigkeitszahl sämtlicher Federungselemente im Meßsystem,
χ = Hub des Stabes 13,
Sg = Wirkfläche der Meßeinrichtung 12,
γ = Dichte der den Hohlraum 19 der Meßeinrichtung 12 füllenden Flüssigkeit,
H = Lotabstand zwischen der Meßeinrichtung 12 und dem Meßgerät 20 (F i g. 1).
Die Größe yH übt keinen Einfluß auf die Anzeigen des Meßgerätes 20 aus; und es gilt kx<
G, weil der Hub χ wegen Inkompressibilität der Flüssigkeit gering ist.
Auf die Anzeige der Meßeinrichtung 12 hat der Druck in der Kammer des Vakuum-Lichtbogenofens 5 Einfluß.
Die Schwankung des darin aufrechtzuerhaltenden Drucks ungefähr von 10-' bis 10-4mbar schafft aber
beim Messen der Masse einen nur noch einige 10 g betragenden Unterschied, was vernachlässigbar ist. Der
Unterschied des Atmosphärendrucks vom Vakuumdruck bleibt hingegen eine praktisch 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 der Meßeinrichtung 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.
Bei dynamischen Beanspruchungen, die mit dem Auswechseln der Abschmelzelektrode 4 zusammenhängen
und längs der Achse der Stange 1 angreifen, läuft die die Ausnehmung 24 des Stabes 13 füllende elektrisch
leitende Flüssigkeit mit Hilfe des kegelförmigen Ringvorsprunges 45 (F i g. 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 der Meßeinrichtung
12 und fließt dann über die Kegelflächen der Ringvorsprünge 44 und 45 in die Ausnehmung 24 ab.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei Vakuum-Lichtbogen, Elektroschlacken- und Plasma-Umschmelzöfen
Verwendung finden. Die Vorrichtung vermeidet die Einwirkung von vielen Faktoren auf das
Fühlelement der Meßeinrichtung, 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, Gewichtsund Formänderung von flexiblen Strom- und Wasserzuführungskabeln.
Die Meßeinrichtung der Vorrichtung, die ein hydraulisches Fühlelement verwendet, hat am
Ausgang ein lineares Signal hoher Leistung.
Mit Hilfe des zusätzlichen Wellrohres, das mit dem Stellantrieb der Stange dieses Wellrohres verbunden ist,
kann der Stab der Meßeinrichtung in Endstellungen gebracht werden, wodurch der Einfluß von dynamischen
10
Beanspruchungen auf das Fühlelement der Meßeinrichtung und die Meßgeräte vollkommen beseitigt wird.
Beim Überführen des Stabes der Meßeinrichtung in Zwischenstellungen führt die Meßeinrichtung 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
ίο Meßgenauigkeit ermöglicht, was auch durch das Leiten
des Schmelzstromes vorbei an den Fühlelementen erreicht wird. Die Vorrichtung ist einfach gebaut.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Tragen und zur Stromversorgung einer in einem Elektroofen umzuschmelzenden
Elektrode, mit einer an einer Vorschubeinrichtung befestigten gekühlten Hohlstange, mit einem an
deren unterem Ende befestigten Gehäuse einer Meßeinrichtung für die Elektrodenmasse, mit einem
an dem oberen Ende der Elektrode befestigten Stab, der beweglich in das Gehäuse ragt und darin einen
Ringvorsprung aufweist, und mit einem zwischen dem Ringvorsprung und dem Gehäuse angeordneten
Druckwandler, dadurch gekennzeichnet, daß den Stab (13) zwei Wellrohre (17, 18)
verschiedenen Durchmessers konzentrisch umgeben, von denen dasjenige (17) mit dem größeren
Durchmesser oberhalb und dasjenige (18) mit dem kleineren Durchmesser unterhalb des Ringvorsprungs
(14) mit diesem dicht verbunden sind, daß die jeweils anderen Enden der Wellrohre mit dem
Gehäuse (11) dicht verbunden sind, daß der Hohlraum (19) zwischen der Außenseite der
Wellrohre, dem Ringvorsprung und dem Gehäuse mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, aus deren Druck die
Masse der Abschmelzelektrode ermittelt werden kann, und daß das obere Ende des Stabes (13)
becherförmig ausgebildet (24) und mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit gefüllt ist, in die das
untere Ende der Hohlstange (1) eintaucht
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Flüssigkeit eine
Legierung aus 62 Gewichtsprozent Gallium, 25 Gewichtsprozent Indium und 13 Gewichtsprozent
Zinn ist. J5
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Isolierstoffzwischenlage
in der Meßeinrichtung (12) derart untergebracht ist, daß Leckströme über die Wellrohre
(17,18) unterbunden sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Isolierstoffzwischenlage (26) zwischen
dem Stab (13) und dem Ringvorsprung (27).
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Isolierstoffzwischenlage (30) zwischen
dem Gehäuse (11) der Meßeinrichtung (12) und der Stange (1) an ihrer Befestigungsstelle.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —5, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Innenseite
des Wellrohres (17) mit größerem Durchmesser grenzende Hohlraum (34) mit der Atmosphäre in
Verbindung steht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -6, dadurch gekennzeichnet, daß der die Druckflüssigkeit
enthaltende Hohlraum (19) mit einem außerhalb der Vorrichtung angeordneten zusätzlichen Hohlraum
(37) von einstellbarem Volumen in Verbindung steht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen an einem der Wellrohre (17, 18) der eo
Meßeinrichtung (12) befestigten Temperaturgeber (42), der mit einer Einrichtung (39) zur Verstellung
des Volumens des zusätzlichen Hohlraums (37) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch b5
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) und der Rand der Ausnehmung (24) des Stabes (13) mit kegelförmigen
Ringvorsprüngen (44, 45) versehen sind, die nach innen und unten zur Ausnehmung (24) gerichtet
sind, daß der Innendurchmesser des einen Ringvorsprunges (44) am Gehäuse (11) größer als der
Innendurchmesser des anderen Ringvorsprunges (45) am Rand der Ausnehmung (24), jedoch kleiner
als dessen Außendurchmesser ist, und daß die Kegelflächen der beiden Ringvorsprünge (44, 45)
sich in der oberen Lage des Stabes (13) in kleinem Abstand voneinander befinden.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU742047351A SU628409A1 (ru) | 1974-07-17 | 1974-07-17 | "Устройство дл измерени веса расходуемого электрода в дуговых печах |
SU742080734A SU666439A2 (ru) | 1974-12-08 | 1974-12-08 | Устройство дл измерени веса расходуемого электрода в дуговых печах |
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