DE2609220B2

DE2609220B2 - Lichtbogen-Tiegelofen zum Erschmelzen von hochreaktiven Metallen unter Vakuum oder in einer neutralen Atmosphäre

Info

Publication number: DE2609220B2
Application number: DE2609220A
Authority: DE
Inventors: Semen M. Bejzerov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-02-16
Filing date: 1976-03-05
Publication date: 1978-12-14
Also published as: GB1488784A; US4065634A; DE2609220A1

Description

)ie Erfindung bezieht sich auf einen Lichtbogen-Tieafen zum Erschmelzen von hochreaktiven Metallen er Vakuum oder in einer neutralen Atmosphäre, haltend ein auf einem Tragrahmen montiertes, in der rizontalebene geteiltes Gehäuse mit einem in diesen in vertikaler Richtung verschiebbar angebrachten Elektrodenhalter, unterhalb von dem, und zwar oberhalb einer auf einem Untersatz aufgestellten Kokille mit Trichter ein Kipptiegel mit Antrieb angeordnet ist, der Doppelwände und einen Boden aufweist, welche einen Hohlraum für ein Kühlmittel bilden.

Bei Lichtbogen-Tiegelöfen dieser Art, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 20 54 283 bekannt sind, ist der Tiegel einer hohen Wärmebelastung ausgesetzt, da durch seine Wände gewöhnlich 40 bis 70% der vom elektrischen Lichtbogen entwickelten Wärme abgeleitet werden müssen. Eine Wasserkühlung bringt dabei die Gefahr einer Explosion infolge Eindringens von Wasser in die Ofenkammer mit sich und diese Explosion ist mit heftiger Dampfbildung verbunden, wenn Wasser an das flüssige Metall gelangt Es kann sich auch Knallgas in der Ofenkammer bei der Zersetzung des Wasserdampfes unter dem Einfluß der hohen Temperaturen und der chemischen Aktivität des geschmolzenen hochreaktiven Metalls bilden. Es sind auch Lichtbogen-Tiegelöfen (Electr. Review, 1968, 182 Nr. 19, Seite 683) bekannt bei denen ein Flüssigmetall als Kühlmittel verwendet wird. Das Flüssigmetall-Kühlsystem stellt dabei ein recht kompliziertes Aggregat dar. Der Wärmeaustauschkreis enthält eine Kokille mit Natrium-Kalium-Kühlmittel, elektromagnetische Pumpen, einen Luftwärmeaustaus-her mit leistungsstarkem Ventilator, einen Fänger für Oxide mit Ventilator, einen Abfluß und einen Ausdehnungsbehälter, Rohrleitungen mit Flüssigmetallabsperrarmatur und Meßgeräte, unter anderem elektromagnetische Durchflußmesser. Die große Länge der Rohrleitung und das Vorhandensein von konstruktiv komplizierten Baugruppen und Teilen des Flüssigmetallkühlsystems haben zur Folge, daß außerhalb des Kühlraums der Kokille sich ständig erhebliche Mengen der als Flüssigmetall verwendeten eutektischen Natrium-Kalium-Legierung befinden. Das ist wegen deren hohen Preises und der Gefährdung des Bedienungspersonals bei der Bedienung der äußren Abschnitte des Wärmeaustauschkreises unvorteilhaft. Selbst wenn die Geschwindigkeit des Kühlmittels im Wärmeaustauschkreis den maximal zulässigen Wert von 8 m/s nicht übersteigt, erfolgt eine intensive Korrosionserosionszerstörung der Wände der Rohrleitungen. Das ist gefährlich für den Betrieb, da in jedem Augenblick ein Durchbruch der Wand und ein Auswurf der Natrium-Kalium-Legierung in die Werkhalle erfolgen kann. Eine besondere Gefahr stellt die Zerstörung auf dem Abschnitt der Zuführung des erhitzten Kühlmittels aus dem Kühlraum der Kokille in den Luftwärmeaustauscher dar, da die flüssige Natrium-Kalium-Legierung eine hohe Temperatur besitzt und folglich deren Entzündung unter Gefährdung des Bedienungspersonals möglich ist. Daher sind an die Werkstoffe für die Elemente des Wärmeaustauschers besondere Anforderungen zu stellen und auch die Dichtigkeit des gesamten Systems muß durch vielfache Qualitätskontrollen der Verbindungen einschließlich Durchleuchtung mit Röntgen- oder Gammastrahlen und Dichtigkeitspriifung mittels eines Halogen- oder Heliumlecksuchgerätes ständig überprüft werden. Eine Undichtigkeit des Systems während des Betriebs führt nämlich bei der großen Länge der Rohrleitungen und der beträchtlichen Anzahl von Baugruppen und Teilen zusammen mit dem Korrosionserosionsverschleiß der Wände des Kühlsystems dazu, daß sich ständig feste Oxide im Kreislauf ansammeln, die die Rohrleitungen verstopfen können.

Deshalb muß ein spezieller Fänger für Oxide vorgesehen sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Liehtbogen-Tiegelofen zum Erschmelzen von hochreaktiven Metallen unter Vakuum oder in einer neutralen Atmosphäre mit einem gekühlten Kipptiegel anzugeben, der Explosionssicherheit des Ofens während des Betriebs gewährleistet, die Betriebssicherheit erhöht, die Bedienung des Ofens vereinfacht und eine Steigerung dei Ofenleistung ermöglicht.

Dies wird bei einem Liehtbogen-Tiegelofen der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Ofen mit einem Ausdehnungsbehälter für das aus Flüssigmetall bestehende Kühlmittel versehen ist, der mit einem Inertgas gefüllt ist und daß im Hohlraum eine Kühlwasserschlange untergebracht ist, die an eine Kühlwasser zuführende Rohrleitung und an eine Kühlwasser abführende Rohrleitung angeschlossen ist

Das Vorhandensein eines mit Inertgas gefüllten Ausdehnungsbehälters für das Flüssigmetallkühlmittel gewährleistet eine frei Voiumenausdehnung des Kühlmittels bei dessen Erhitzung während der Metallerschmelzung, ohne daß es im Tiegelmantel oder -Körper zu verformenden oder zerstörenden Druckerhöhungen kommen kann und die Kühlmittelschlange ermöglicht es, auf einen Zwangsumlauf des Flüssigmetalls mit außen angeordneten Pumpen zu verzichten und außerhalb des Ofens nur eine normale Wasserkühlung anzuordnen, die betriebssicher und ungefährlich zu bedienen ist

Vorteilhaft ist der Ausdehnungsbehälter mit einem Elektrokontaktmanometer, das mit einer Warneinrichtung elektrisch gekoppelt ist, und (oder) einem anzeigenden Manometer versehen, das an eine biegsame Rohrleitung angeschlossen ist, welche den Ausdehnungsbehälter mit einer Inertgasflasche verbindet, die sich außerhalb des Ofengehäuses befindet.

Dadurch ist es möglich, während des Schmelzvorganges eine kontinuierliche Kontrolle der Dichtigkeit des Hohlraums idr das Kühlmittel im Tiegel durchzuführen, denn im Falle eines Durchschmelzens oder einer Zerstörung des Tiegelkörpers findet ein Entweichen von Flüssigmetall-Kühlmittel und Inertgas durch die entstandene Undichtigkeit in dem Ofen statt, wodurch der Druck des gasförmigen Mediums im Ausdehnungsbehälter stark abfällt, was das Manometer sofort anzeigt und sich über elektrische Kontakte die Warneinrichtung einschalten läßt, worauf der Schmelzvorgang sofort unterbrochen werden ksmn.

Vorteilhaft ist die Kühlwasserschlange als Doppelrohr ausgeführt, zwischen deren Wänden Kanäle ausgebildet sind, die in Längsrichtung verlaufen, wobei die Endabschnitte der Kühlwasserschlange durch öffnungen in der Wand des Tiegels hindurchgeführt und hermetisch dicht befestigt sind, und am Austritt Leckanzeiger für das Kühlmittel angebracht sind, welche mit der Warneinrichtung elektrisch gekoppelt sind.

Dadurch ist eine kontinuierliche und rechtzeitige Kontrolle der Dichtigkeit des Wärmeaustauschers möglich und bei Undichtwerden der Wände des Wärmeaustauschers kann zuverlässig ein Signal über das Erscheinen des Kühlmittels in den Kanälen erhalten werden, weil es die elektrischen Kontakte des Leckanzeigers schlieft. Die Ermittlung von Defekten im Wärmeaustauscher gestattet es, eine Betriebsstörung rechtzeitig zu verhindern und die ermittelten Defekte zu beseitigen.

Vorteilhaft ist der Tiegel mit mindestens einem Inertgassammler versehen, der mit den zwischen r!en Wänden der Kühlschlange befindlichen Kanälen in Verbindung steht, wobei der Sammler so ausgeführt ist, daß als deren Wand einerseits die Wand des Tiegels und andererseits die Wände eines das Kühlwasser zuführenden Sammlers und eines das Kühlwasser abführenden Sammlers dienen.

to Eine derartig konstruktive Ausführung der Gas- oder Wassersammler bietet die Möglichkeit, die Dichtigkeit des Wärmeaustauschers wie auch die der Durchtrittsstellen durch die Wand des Tiegelmantels und durch die Wände der Wassersammler zuversichtlich zu kontrollieren.

Bei einem Undichtwerden an diesen Stellen und Durchfluß der Flüssigmetallkühlmittels oder des Wassers in den Gassammler werden ciort die elektrischen Kontakte des Leckanzeigers, der beispielsweise eine Zündkerze sein kann, geschlossen und es wird ein Notsignal gegeben. Hierbei verhinivxt der Gassammler, der zwischen dem Hohlraum für aar Kühlmittel und dem Wassersammler angeordnet ist, vollkommen das Eindringen eines Kühlmittels in das andere und eine chemische Wechselwirkung derselben. Als Warneinrichtung, die über ein Undichtwerden des Hohlraums für das Kühlmittel im Tiegel, in der Kühlwasserschlange, im Gassammler und/oder im Wassersammler informiert, können elektrische Schall- und/oder Lichtsignalgeber jo verwendet werden. Dadurch ist es möglich, visuell oder akustisch den Betriebszustand des Kipptiegels zu überwachen und dadurch die Zuverlässigkeit der Kontrolle über die Arbeitsweise des Lichtbogen-Tiegelofens während des Erschmelzen vom Metall zu erhöhen.

Zur Erläuterung der Erfindung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel eines Lichtbogen-Tiegelofens mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt

Fig. 1 einen Liehtbogen-Tiegelofen im Vertikalschnitt entlang der Längsachse,

.•ig. 2 einen Schnitt nach Linie H-II der F i g. 1 im vergrößerten Maßstab,

Fig.3 einen Schnitt nach Linie Ili-III aer Fig. 2 im 5 vergrößerten Maßstab.

Der Tiegel-Ofen zum Erschmelzen von hochreaktiver Metallen unter Vakuum oder in einer neutralen Atmosphäre besitzt einen Tragrahmen 1 (Fig. 1), auf dem ein in der Horizontalebene geteiltes Gehäuse 2 montiert ist, welches ein Gewölbe 3, das in einem Gelenk 4 in bezug auf die waagerechte Achse drehbar ausgeführt ist, und einen Unterteil 5 besitzt, zwischen denen sich eine Dichtung 6 aus Vakuumgummi befindet, sowi oinen Deckel 7 aufweist, der an der Stelle seines Anliegens am oberen Teil des Gewölbes 3 durch eine Zwischenlage 8 au» Vakuumgummi abgedichtet ist.

Im Deckel 7 ist ein über eine Dichtung 9 in der

vertikalen Richtung verschiebbarer Elektrodenhalter 10 zur Befestigung einer Abschmelzelektrode H und zur

w. Zuführung von elektrischer Energie von einer (nicht eingezeichneten) Stromspeisungsquelle befestigt.

Im Inneren des Gehäuses 2 ist ein Kipptiegel, im folgenden kurz Tiegel 12 genannt, montiert, der um eine waagerechte Achse drehbar angeordnet ist. Der Tiegel ι . 12 besitzt einen Körner 13 (F i g. 2) und einen Mantel 14, zwischen deren Wänden und Boden sich ein Hohlraum 15 für das Kühlmittel befindet.

In dem vorlieeenden Beisniel ist als Ki'ihlmittpl

eutektische Natrium-Kalium-Legierung verwendet, die als Flüssigmetall-Kühlmittel bekannt ist. Durch den Hohlraum 15 ist eine Kühlwasserschlange 16 eines Wärmeaustauschers geführt, welche als Doppelrohr aus zwei koaxial angeordneten und aneinander anliegender ■> Rohren — einem Innenrohr 17 (Fig. 3) und einem Außenrohr 18 — besteht, die eine Doppelwand bilden.

Die Außenseite des Rohres 18 des Wärmeaustauschers steht mit dem Flüssigmetall-Kühimittel in Berührung, das den Hohlraum 15 ausfüllt. In dem Wärmeaustauscher sind zwischen den Rohren 17 und 18, die die Doppelwand bilden, Kanäle 19 ausgebildet, welche in Längsrichtung verlaufen, wobei die Enden der Kühlwasserschlange 16 (F i g. 2) durch öffnungen in der Wand des Mantels 14 des Tiegels 12 (Fig. 1) hindurchgeführt und hermetisch dicht befestigt sind.

Das Außenrohr 18 (Fig. 3) der Kühlwasserschlange 16 mündet an dessen einem Ende 20 (Fig. 2) in einen Gassammler 21 und an dem anderen Ende 22 desselben in einen Gassammier H. Diese Gassammier 22 und 23 sind mit einem inerten Gas, beispielsweise Argon, gefüllt, und folglich sind die mit ihnen in Verbindung stehenden Kanäle 19 (F i g. 3) ebenfalls mit inertem Gas gefüllt.

Das Innenrohr 17 des Wärmeaustauschers ist mit 2ί seinen Endabschnitten durch die Gassammler 21 (Fig. 2) und 23 geführt, steht aber mit ihnen nicht in Verbindung. Das Eintrittsende des Innenrohrs 17 (Fig. 3) ist in einen Zulaufsammler 24 (Fig. 2) mit Stutzen 25 für die Kühlwasserzufuhr eingeführt, in während das Austrittsende des Innenrohrs 17(Fi g. 3) in einen Ablaufsammler 26 (F i g. 2) mit Stutzen 27 für die Ableitung des bei der Kühlung des Tiegels 12 benutzten Wassers eingeführt ist. Der Gassammler 21 ist durch eine Wand 28 von dem wasserzuführenden Sammler 24 s"> getrennt. Dementsprechend ist der Gassammler 23 durch eine Wand 29 von dem wasserabführenden Sammler 26 getrennt.

Durch eine öffnung 30 im Boden des Gassammlers 21 ist in den letzteren ein Leckanzeiger 31 (Fig. 1) für das ■»" Kühlmittel eingeführt und befestigt, der beispielsweise eine Zündkerze enthält. An den Stutzen 32 (F i g. 2) des Gassammlers 21 ist eine biegsame hermetisch dichte Metallrohrleitung 33 angeschlossen, die mit einer Flasche 34 verbunden ist, welche für die Zufuhr inerten ■>> Gases in den Gassammler 21 (F i g. 2) und die Kanäle 19 (Fig. 3)bestimmt ist.

Der Gassammler 23 (F i g. 2) besitzt einen Stutzen 35 für die Inertgaszufuhr und eine öffnung 36 zur Anbringung eines Leckanzeigers für das Kühlmittel in analog zu dem oben beschriebenen Gassammler 21. Die Leckanzeiger 31 (Fig. 1) für das Kühlmittel, die in den Gassammlern 21 und 23 (F i g. 2) angeordnet sind, haben über ein Kabel 37 (Fig. 1) eine ständige elektrische Kopplung mit einer Warneinrichtung 38, die einen elektrischen Block darstellt, welcher Licht- und (oder) Schallsignalgeber, d.h. Lampen und (oder) Sirenen einschaltet Sie machen es möglich, die Unversehrtheit der Abschnitte der Wand des Mantels 14 (Fig.2), welche Wand den Gassammlern 21 und 23 gemeinsam w> ist, die der Wände 28 und 29 in diesen Sammlern, der Wände der Rohre 17 (F i g. 3) und 18 zu überwachen, wobei folglich die Dichtheit der Gassammier 21 und 23 (Fig.2), der Wassersammler 24 und 26 und der Kühlwasserschlange 16 unter laufender Kontrolle «"· stehen.

Die Stutzen 25 und 27 der Wassersammler 24 und 26 sind im Ofengehäuse 2 mittels Dichtungen 39 und 40 aus Vakuumgummi befestigt, die reversierbare Drehungen der genannten Stutzen in bezug auf die waagerechte Achse zulassen. Solche Drehungen hängen mit der Neigung des Tiegels 12 beim Ausgießen des geschmolzenen Metalls und Rückführen des Tiegels in die Ausgangsstellung zusammen. Zur Versorgung der Kühlwasserschlange 16 mit Kühlwasser sind eine wasserzuführende Rohrleitung 41 und eine wasserabführende Rohrleitung 42 vorgesehen. Die beiden Rohrleitungen 41 und 42 sind biegsam und behindern die Drehung des Tiegels 12 um waagerechte Achse nicht.

Der Tiegel 12 (Fig. 1) des Ofens ist mit einem Ausdehnungsbehälter 43 versehen, der mit einem Inertgas, beispielsweise Argon, gefüllt ist. Dieser Behälter 43 steht mit dem Hohlraum 15 für das Kühlmittel in Verbindung und erlaubt es dem Kühlmittel, sich bei der Erwärmung während des Erschmelzens von Metall auszudehnen. Der Ausdehnungsbehälter 43 ist vermittels einer biegsamen Metallrohrleitung 44 mit einer Gasflasche 45 verbunden, die sich außerhalb des Ofengehäuses 2 befindet und zur Inertgaszufuhr zu dem genannten Behälter bestimmt ist.

Zwecks Kontrolle der Dichtigkeit des Hohlraumes 15 für das Kühlmittel des Tiegels 12 während des Erschmelzens von Metall sind an die biegsame Metallrohrleitung 44 ein Elektrokontaktmanometer 46 und ein anzeigendes Manometer 47 angeschlossen, die außerhalb des Ofengehäuses 2 angebracht sind.

Das £lektrokontaktmanometer 46 ist mit der Warneinrichtung 38 elektrisch gekoppelt (diese Kopplung ist in der Zeichnung nicht dargestellt).

Der Ausdehnungsbehälter 43 ist mit dem einer Sicherungseinrichtung 48 zur Überdruckbeseitigung bei einer Erhöhung des Drucks über den Grenzwert versehen. Sie ist außen am Ofengehäuse 2 angeordnet und mit dem Ausdehnungsbehälter 48 über eine biegsame hermetisch dichte Metallrohrleitung 49 verbunden.

Unter dem Tiegel 12 ist im Unterteil des Ofengehäuses 2 ein Hydraulikantrieb 50 zur Drehung des Tiegels 12 angeordnet, welcher einen Hydraulikzylinder 51, eine bewegliche Stange 52, eine Achse 53 und eine den Tiegel 12 unterstützende Rolle 12 besitzt.

Der Ofen ist mit einer Vakuumpumpe 55 zur Erzeugung eines Vakuums versehen und mittels einer Vakuumleitung 56 mit derselben verbunden. Durch die Wand der Vakuumleitung 56 sind die hermetisch abgedichteten Rohrleitungen 44 und 33 für die Inertgaszufuhr zu den Ausdehnungsbehältern 43 bzw. den Gassammlern 21 und 23 sowie das Kabel 37 des Leckanzeigers 31 für das Kühlmittel hindurchgefüb^rt

In dem erfindungsgemäßen Tiegel-Ofen ist das Erschmelzen von Metall in einer neutralen Atmosphäre möglich. Im Zusammenhang damit ist eine Rohrleitung 57 vorgesehen, die an eine auf dem Tragrahmen 1 stehende Inertgasflasche 58 angeschlossen ist In einer Vertiefung des Ofengehäuses 2 ist unterhalb des Tiegels 12 ein Untersatz 59 angeordnet, auf dem eine Kokille 60 mit Eingußtrichter 61 aufgestellt ist

Die Kokille 60 und der Untersatz 59 sind zur Ausformung eines Blocks aus Stücken 62 des in den Tiegel 12 eingebrachten und dort aufgeschmolzenen Metalls sowie des Metalls der Abschmelzelektrode 11 bestimmt, die im Tiegel 12 geschmolzen wird.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel kann der erfmdungsgemäße Tiegel-Ofen nur einen Gassammier besitzen, in welchen die Enden 20 (F i g. 2) und 22 des Rohrs 16 (Fig.3) eingeführt sind. In diesem Fall dient

als eine Wand für den Gassammler die Wand dos Mantels 14 des Tiegels 12 und als andere die Zwischenwände (Wände) 28 und 29 des das Kühlwasser zuführenden Sammlers 24 bzw. des das Kühlwasser abführenden Sammlers 26.

Der Tiegel-Ofen zum Erschmelzen von hochreaktiven Metallen arbeitet in folgender Weise.

In der Periode der Vorbereitung des Ofens zum Schmelzen von Metall befestigt man in dem geschlossenen Gehäuse 2 (Fig. I) mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens die Abschmelzelektrode 11 am Elektrodenhalter 10.

Dann legt man bei dem hochgeschwenkten Gewölbe 3 auf dem Boden des Körpers 13 (F i g. 2) des Tiegels 12 stückige Abfülle 62 (Fig. 1) eines zum Schmelzen bestimmten Metalls. Hiernach senkt man das Gewölbe herab, verschließt das Gehäuse 2 hermetisch und erzeugt mit Hilfe der Vakuumpumpe 55 über die Vakuumleitung 56 ein Vakuum innerhalb des Ofens.

Zum Erschmelzen von Metall in einer neutralen Atmosphäre wird aus der Inertgasflasche 58 über die Rohrleitung 57 dem Ofen Gas zugeführt. Dann wird die Elektrode 11 über den Elektrodenhalter 10 unter Spannung gesetzt, ein Lichtbogen zwischen der Abschmelzelektrode 11 und den stückigen Metallabfällen 62 gezündet und der Prozeß des Erschmelzens von Metall durchgeführt. Mit fortschreitendem Abschmelzen der Abschmelzelektrode 11 wird der Elektrodenhalter 10 über die ein Gleiten zulassende Dichtung 9 abgesenkt. Das Erschmelzen von Metall wird bis zur Gewinnung einer vorgegebenen Metallportion im Tiegel 12 fortgesetzt, woiauf man das Schmelzen einstellt, den Strom ausschaltet und den Elektrodenhalter 10 nach oben verschiebt. Dann schaltet man den Hydraulikantrieb 50 zur Drehung des Tiegels 12 in bezug auf die waagerechte Achse ein, wobei aus dem Tiegel 12 in den Trichter 61 und aus diesem in die Kokille 60 geschmolzenes Metall abfließt, das zur Formung eines Metallblocks bestimmt ist. Der Hydraulikantrieb 50 wird auf Rückwärtslauf geschaltet, und der Tiegel 12 kehrt in die Ausgangsstellung zurück. Nach dem Erkalten der Kruste im Tiegel 12 und des Metallblocks in der Kokille 60 auf die zum Entleeren geeignete Temperatur führt man dem Ofen Luft zu und zieht nach Heben des Gewölbes 3 des Ofengehäuses 2 den fertigen Block heraus.

Während des Erschmelzens von Metall im Ofen nimmt der Körper 13 (Fig.2) des Tiegels 12 beträchtliche Wärmebelastungen auf und überträgt sie zum Flüssigmetall-Kühlmittel, das sich im Hohlraum 15 für das Kühlmittel befindet, dessen freie Konvektion mit fortschreitender Erhitzung intensiviert wird. Für die Kühlung des Flüssigmetall-Kühlmittels im Hohlraum 15 sorgt die doppelwandige Kühlwasserschlange 16, in deren Innerem das Kühlwasser läuft Es fließt über die Zuführungsrohrleitung 41 dem Stutzen 25 und dem Zulaufsammler 24 zu und wird über den Ablaufsammler 26, den Stutzen 27 und die Abführungsrohrleitung 42

abgeleitet. Hierbei setzt mit der fortschreitenden Tiegelerhitzung eine Vergrößerung des Volumens des Fliissigmetall-Kühlmittels infolge der Wärmeausdehnung ein. Sein Überschuß steigt aus dem Hohlraum 5 für das Kühlmittel in den mit Inertgas gefüllten Ausdehnungsbehälter 43 (Fig. I) auf. Beim Abkühlen des Tiegels 12 nach beendetem Erschmelzens von Metall senkt sich das Flüssigmetall-Kühlmittel in den Hohlraum 15 ab.

Wenn eine Notsituation eintritt, bei der z. B. ein Diirchschmelzen der Wand des Körpers 13 (F i g. 2) des Tiegels 12 (Fig. I) erfolgt, drückt das Inertgas das Flüssigmetall-Kühlmittel aus dem Hohlraum 15 für das Kühlmittel in den Innenraum des Ofengehäuses 2.

Sofort fällt der Druck im Ausdehnungsbehälter 43 ab, es spricht das Elektrokontaktmanometer 46 an, das mit der Warneinrichtung 38 elektrisch gekoppelt ist, an welcher eine Lampe aufleuchtet, und gleichzeitig gibt die Sirene ein Schalisignal zur Unterbrechung des Erschmelzens des Metalls ab.

Sodann trifft man Maßnahmen zur Reparatur des Körpers 13 (Fig. 2) des Tiegels 12. Obwohl keine Ursachen zum Auftreten und Einwirken von mechanischen und thermischen Belastungen auf die Kühlwasserschlange 16(F ig. 2) während des Betriebs vorliegen, da die Doppelrohre in der Wand des Mantels 14 so befestigt sind, daß sie die Möglichkeit zum Ausgleich einer Verlängerung bei der Wärmeausdehnung haben, strömt doch für den Fall eines Defektes in den Rohren 17 und 18 (Fig. 3) sowie auch beim Auftreten einer Undichtigkeit in der Wand des Mantels 14 (F i g. 2), der Gassammler 21, 23 und in den Zwischenwänden 28, 29 zwischen den Gassammlern und den Wassersammlern 24, 26 das Kühlmittel (die eutektische Natrium-Kalium-Legierung oder das Wasser) in den Gassammler 21 oder 23 ein, gelangt auf die elektrischen Kontakte des Leckanzeigers 31 (Fig. 1) und schließt diese, wobei die mit dem Anzeiger verbundene Warneinrichtung 38 ein Licht- und (oder) ein Schallsignal abgibt. Herbei tritt im Falle von Defekten in den Wänden der Kühlwasserschlange 16 das Kühlmittel durch die längsverlaufende Kanäle 19 (Fig. 3) in die Gassammler 21 und 23 ein. Beim Erscheinen eines Notsignals unterbricht man die Schmelze und führt entsprechende Reparaturarbeiten durch.

Die Prüfungen des Tiegel-Ofens zum Erschmelzen von hochreaktiven Metallen unter Vakuum oder in einer neutralen Atmosphäre bei einer Leistung von 1000 kW zeigten dessen hohe Leistungsfähigkeit sowie die Funktionssicherheit der Systeme zur Kontrolle der Dichtigkeit der Tiegelbaugruppen und des Kühlsystems. Die Prüfergebnisse lassen die Schaffung von Tiegel- öfer₍ großer Leistung zum Erschmelzen von hochreakti ven Metallen, die mit unabhängigen Wärmequellen (Piasmatrone; Elektronenkanonen) und mit Einrichtungen zur automatischen Kontrolle ausgerüstet sind, erfolgreich erscheinen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Lichtbogen-Tiegelofen zum Erschmelzen von hochreaktiven Metallen unter Vakuum oder in einer neutralen Atmosphäre, enthaltend ein auf einem Tragrahmen montiertes, in der Horizontalebene geteiltes Gehäuse mit einem in diesen in vertikaler Richtung verschiebbar angebrachten Elektrodenhalter, unterhalb von dem, und zwar oberhalb einer auf einem Untersatz aufgestellten Kokille mit Trichter ein Kipptiegel mit Antrieb angeordnet ist, der Doppelwände und einen Boden aufweist, welche einen Hohlraum für ein Kühlmittel bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen mit einem Ausdehnungsbehälter (43) für das aus is Flüssigmetall bestehende Kühlmittel versehen ist, der mit einem Inertgas gefüllt ist und im Hohlraum (15) eine Kühlwasserschlange (16) untergebracht ist, die an eine Kühlwasser zuführende Rohrleitung (41) und an eine Kühlwasser abführende Rohrleitung (42) angeschissen ist.

2. Tiegelofen nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungsbehälter (43) mit einem Elektrokontaktmanometer (46), das mit einer Warneinrichtung (38) elektrisch gekoppelt ist, und (oder) einem anzeigenden Manometer (47) versehen ist, das an eine biegsame Rohrleitung (44) angeschlossen ist, welche den Ausdehnungsbehälter mit einer Inertgasflasche (45) verbindet, die sich außerhalb des Ofengehäuses (2) befindet

3. Tiegelofen nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwasserschlange (16) als Doppelrohr ausgeführt ist, zwischen deren Wänden Kanäle (19) ausgebildet sine, die in Längsrichtung verlaufen, und daß die Cndabschnitte (20 und 22) der Kühlwasserschlange (16) dun . Öffnungen in der Wand des Tiegels (12) hindurchgeführt und hermetisch dicht befestigt sind, und am Austritt derselben Leckanzeiger (31) für das Kühlmittel angebracht sind, welche mit der Warneinrichtung (38) elektrisch gekoppelt sind.

4. Tiegelofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (12) mit mindestens einem Inertgassammler (21 und 23) versehen ist, der mit den zwischen den Wänden der Kühlschlange (16) befindlichen Kanäle (19) in Verbindung steht, wobei der Sammler (21 und 23) so ausgeführt ist, daß als deren Wand einerseits die Wand des Tiegels (12) und andererseits die Wände (28 und 29) eines das Kühlwasser zuführenden Sammlers (24) und eines das Kühlwasser abführenden Sammlers (26) dienen.

5. Tiegelofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Warneinrichtung, die über ein Undichtwerden des Hohlraumes (15) für das Kühlmittel des Tiegels (12), der Kühlwasserschlange (16), der Gassammler (21 und 23) und der Wassersammler (24 und 26) informiert, in dem Ofen elektrische Schall- und (oder) Lichtsignalgeber (38) verwendet sind.