DE2531853C3

DE2531853C3 - Vorrichtung zum Tragen und zur Stromversorgung einer Abschmelzelektrode mit einer Meßeinrichtung für die Elektrodenmasse

Info

Publication number: DE2531853C3
Application number: DE19752531853
Authority: DE
Inventors: Evgeny Fedorovitsch Gavrilin; Boris Konstantinovitsch Kurgan Karavaschkin; Raschat Fascheevitsch Maksutov; Vasily Andreevitsch Muschenkov; Gennady Ivanovitsch Prokoschev; Lev Aleksandrovitsch Schivitschkin; Aleksandr Fedorovitsch Schkapa; Anatoly Dmitrievitsch Schupachin; Feliks Iosifovitsch Schved; Anatoly Borisovitsch Sergeev
Original assignee: NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKIJ INSTITUT METALLURGII TSCHELJABINSK (SOWJETUNION)
Current assignee: NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKIJ INSTITUT METALLURGII TSCHELJABINSK (SOWJETUNION)
Priority date: 1974-07-17
Filing date: 1975-07-16
Publication date: 1979-04-05
Also published as: DE2531853A1; JPS5212863A; JPS5548248B2; DE2531853B2

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 Elektroofen, insbesondere Vakuum-Lichtbogenöfen ist bei weitem nicht gelöst Die Ermittlung der Efektrodenmasse 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 J2?ektrodenmasse 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 ^r> mehrstündiger Umschmelzung, die sich in einigen Mikrovolt unterscheiden, und erfordert hochempfindliche Präzisionsgeräte.

Andererseits sind hydraulische Druckgeber an sich, bei Waagen sügemein 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 ι > 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 2» dem größeren Durchmesser oberhalb und dasjenige mit dem kleineren Durchmesser unterhalb des Ringvorsprungs mit diesem dicht verbunden sind, daü die jeweils anderen Enden der Wellrohre mit dem Gehäuse dicht verbunden sind, daß der Hohlraum zwischen der 2> 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 becherförmig ausgebildet und mit einer elektrisch so 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 r> zu verwenden; diese hat eine Schmelztemperatur von 10,3⁰C.

Es empfiehlt sich zumindest eine Isolierstoffzwischenlage, die in der Meßeinrichtung derart untergebracht ist, daß l-eckströme über die Wellrohre unterbunden sind. Diese Isoli.rstoffzwischenlage kann zwischen dem Stab und dem Ringvorsprung oder auch zwischen dem Gehäuse der Meßeinrichtung und der Stange an ihrer Befestigungsstelle angebracht sein.

Es ist zweckmäßig, dem an die Innenseite des 4-ί 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 ingeordneten zusätzlichen >o 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 v, 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 bo 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 μ beiden Ringvorsprünge sich in der oberen Lage des Stabes in kleinem Abstand voneinander befinden.

Durch die Verwendung von Wellrohren als Fühlele

ment 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 sinen Elektroofen mit der darin angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung (ir τ Längsschnitt),

F i g. 2 eine Meßeinrichtung der crfhdungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Arbeitsfläche des Ringvorsprunges des beweglichen Elements kegelförmig ausgebildet ist (im Längsschnitt),

F i p. 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,

Fig.6 die Meßeinrichtung wie in Fig.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. i), 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 Gußblocks 8 bestimmt ist, zwischen dessen Metallspiegel und der Elektrode 4 ein Lichtbogen 9 brennt

Um Unterdruck in dem Vakuum-Lichtlbogenofen 5 oder ein Schutzmedium darin zu erzeugen, ist der Vakuum-Lichtbogenofen 5 mit einem Stutzen 10 ausgeführt, der ζικη 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 untei chiedlichem D ',messer ausgeführt die länes

der Achse des Stabes 13 im Gehäuse U 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 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 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 i3 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 103° C aufweisende Legierung Verwendung findet, die sich aus folgenden Bestandteilen in Gewichtsprozent zusammensetzt: Ga-62, In —25, Sn-13. Diese Legierung besitzt eine hoh<» 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 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 Tei! 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 Abschmelzelektrode 4 zunimmt.

Um die Ansammlung von Luftblasen zu vermeiden, ist 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 Änderung der Kraft, die für die Oberwindung 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 befindiichen 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 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 i4 auf die Weiironre 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 (Fig.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 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 Thermosignai-Steuersignal-Wandler 43 ist nach einer bekannten automatischen Brückenschaltung mit Verstimmungsabgleich ausgeführt 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 der

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 (Verlaufs 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 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 nnmii»nlUi>*MH

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 der erfindungsgemäßen Vorrichtung, von elektromagnetischen Störungen, die das Fühlelement beeinflussen, von einer Druckänderung in ίο der die Stange i 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:

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 zw eiten 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 vermeid.n, 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 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 umgepiimpt 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 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 verhältnisgleiche Druck der den Hohlraum i9 der Weiirohre 17, 18 der Meßeinrichtung 12 füllenden Flüssigkeit wird 'über das Rohr 22 auf das Meßgerät 20 übertragen.

Aufgrund der Isolierstoffzwischenlage 26 (Fig.3)

P =

^G~^kx

mit

= Flüssigkeitsdruck im Hohlraum 19 der Meßeinrichtung 12,

G = Masse der Elektrode 4 und des Stabes 13,
k = Steifigkeitszahl sämtlicher Federungselemente

im Meßsystem,
^r> 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 ^if) dem Meßgerät 20(Fig. 1).

Die Größe γΗ 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

j5 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-«mbar 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

bo 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.

b5 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

ίο

Beanspruchungen auf das Fühlelement der Meßeinrichtung und die Meßgeräte vollkommen beseitigt wird. Beim Oberführen d*s Stabes der Meßeinrichtung in Zwischenstellungen führt die Meßeinrichtung hingegen ein kontinuierliches Messen der Elektrodenmasse während der ganzen Umschmclzung 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.

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Claims

Patentansprüche;

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 jeweiio 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 jo

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. j?

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 v> dem Gehäuse (U) 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 v, 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 to Meßeinrichtung (12) befestigten Temperaturgeber (42), der mi*, einer Einrichtung (39) zur Verstellung des Volumens des zusätzlichen Hohlraums (37) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch t,-, 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.