IT9020747A1 - Cassa di forno avente percorso di esame trasparente - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale

La presente invenzione riguarda in generale uno schema mediante il quale un forno usato per fondere leghe di processo ad alta temperatura, impiegante fusione ad arco in plasma (PAM) o fusione mediante fascio elettronico (EBM), può essere osservato visualmente. Più particolarmente, riguarda uno schema per fornire e conservare un percorso ottico nella camera del forno mentre prosegue il processo di fusione e consentire un esame di quasi il completo interno della camera del forno mediante uno specchio a superficie pulita.

Si è trovato che materiale in particelle il quale viene generato dalla superficie di fusione di pezzi sottoposti a PAM o EMB tende a depositarsi su aperture di esame e su associati apparati usati per sorvegliare il processo di fusione di questi pezzi sia visualmente che otticamente. Tali depositi di materiale in particelle interferiscono con l'osservazione visiva usata per sorveglianza del processo e anche interferiscono con misure quantitative di temperatura mediante raggi infrarossi usate per controllo di processo e anche con altre tecniche ottiche, come visione mediante specchio, usate per controllo o sorveglianza del processo che avviene entro il forno. Per esempio, l’osservazione visiva del livello nel bagno fuso è talvolta necessaria allo scopo di sorvegliare il livello per scopi del processo.

Soluzioni anteriori impiegate per affrontare l’insudiciamento di finestre di percorsi ottici di questa natura hanno compreso una varietà di accessori meccanici ed ottici. Alcuni di questi hanno compreso, per esempio, pellicole mobili, scovoli, spazzole, lenti a foro puntiforme, specchi e una varietà di otturatori. Tuttavia, nessuno di questi mezzi è stato soddisfacente per un uso prolungato.

Per esempio, rispetto a pellicole mobili, queste pellicole non si sono mostrate affidabili e quando la pellicola si rompe, presenta una possibilità di introdurre il materiale estraneo nella camera di fusione. Inoltre, tali pellicole non sono sempre adatte in termini di qualità ottica o in termini di risposta spettrale quando si impiega un’osservazione strumentale.

In un altro modo, scovoli e spazzole sono impiegati periodicamente per pulire la superficie interna di un'apertura di esame o di uno specchio associato. Tuttavia, questo lascia le proprietà ottiche di queste finestre e specchi dipendenti dal tempo e, per la maggior parte, imprevedibili. Inoltre, da tale scovolamento o spazzolamento, i depositi sono allontanati dalla superficie della finestra o dello specchio, ma possono essere obbligati a cadere nella camera e quindi nel bagno fuso, provocando contaminazione del medesimo bagno.

In un altro modo vengono quindi impiegati degli otturatori di tipo manuale e motorizzato. Tuttavia, gli otturatori solamente riducono la velocità di deposizione e non impediscono che avvenga la deposizione. Inoltre, gli otturatori introducono parti mobili e tenute e questa introduzione può compromettere l’atmosfera del forno. L’uso di otturatori significa che la presenza o l'assenza di depositi sulla finestra o sullo specchio rimane dipendente dal tempo, e, inoltre, non c’è una visione continua quando il meccanismo dell’otturatore sta funzionando.

Convenzionali finestre o specchi purgati da gas non sono stati efficaci nell'impedire deposizione. Questo avviene perchè il convenzionale schema di purga mediante gas implica un alto flusso di gas attraverso una finestra e l’alto flusso induce correnti disperse che provocano contro flusso del materiale contaminante in particelle, portando quindi a una deposizione regolare di materiale sull 'interno della finestra. La deposizione non uniforme aumenta effettivamente il problema di usare tali aperture di esame.

Una finestra di successo è descritta nella domanda di brevetto USA in corso No. 390.052, depositata il 7 Agosto 1989. Questo meccanismo richiede un flusso di gas e tale flusso è adatto a parecchie operazioni in forno. Tuttavia, per fusione mediante fascio elettronico deve essere mantenuto un buon vuoto entro la camera. Tale vuoto non può essere mantenuto quando viene usato o è necessario un gas di purga. Inoltre, il libero cammino medio di particelle di gas è molto grande a bassa pressione e si richiede un tubo di intercettazione molto lungo quando si usa un’apertura o uno specchio di esame assieme con una purga di gas, come descritto nella domanda in corso.

Alcuni dei problemi di mantenere una superficie di specchio libera da contaminazione da materiale vaporizzato o in particelle depositato sono particolarmente acuti. I vantaggi effettivi dell’uso di una superficie speculare assieme con un'apertura di esame è che consente di esaminare zone molto più larghe entro la camera del forno. In altre parole, il percorso ottico disponibile per un’apertura di esame è decisamente limitato a quanto giace direttamente davanti all’elemento trasparente attraverso il quale si esegue la visione. Tuttavia, è frequentemente desiderabile vedere le proporzioni della camera del forno che non sono allineate otticamente con l’apertura di esame.

Sforzi per fornire superfici riflettenti hanno sofferto dei medesimi problemi che affligono le medesime aperture di visione. Occlusione da particelle solide e solidi finemente suddivisi che contengono livelli significativi di ossigeno oscurano la superficie e presentano la necessità di equipaggiamento o operazioni accessorie come sopra descritti per mantenerli puliti.

Inoltre, l'apertura di esame è di solito lontana dal punto dove alti livelli di calore sono applicati e viene generato il materiale in particelle fini. Una superficie di specchio è facilmente più vicina alla sorgente di contaminante e per questa ragione è più esposta ad essere contaminata.

Si è ora escogitato un sistema per mantenere il percorso ottico attraverso l'apertura di esame in un apparato che impiega il riscaldamento ad alta intensità, come riscaldamento mediante PAM o mediante EBM o simili mezzi ad alta intensità e dove questo riscaldamento ad alta intensità porta alla formazione di materiale in particelle che si sviluppa in una nuvola o nebbia entro una camera di forno.

L’apparato della presente invenzione è particolarmente adatto all’uso con riscaldamento superiore ad alta intensità di un bagno metallico come mediante fascio di elettroni o riscaldamento mediante plasma. Tale riscaldamento superficiale ad alta intensità provoca una generazione di quantità sostanziale di vapori metallici e/o di particelle molto sottili. La presente invenzione riguarda la riduzione di insudiciamento e contaminazione di percorsi ottici entro la camera del forno a causa di vapori e particelle fini. Di conseguenza, uno scopo della presente invenzione è di realizzare un percorso ottico trasparente a monte dell ’interno di una camera di forno in cui viene generato un materiale in particelle finì.

Un altro scopo è di realizzare un metodo per mantenere pulito uno specchio in una camera di forno.

Un altro scopo è di realizzare un apparato per forno capace di essere visto su essenzialmente l'interno completo benché questo materiale in particelle venga qui prodotto.

Un altro scopo è di realizzare uno specchio capace di rimanere comparativamente pulito entro una camera di forno in cui viene prodotto materiale contaminante in particelle.

Altri scopi saranno in parte evidenti e in parte precisati qui avanti.

In uno dei suoi aspetti più ampi, questi e altri scopi della presente invenzione possono essere ottenuti realizzando prima una camera di forno per riscaldare ad alta intensità metalli come mediante fascio elettronico e/o tecniche di riscaldamento a plasma. Un'apertura di esame è fornita attraverso una parete del forno. Entro la camera del forno viene impiegata una superficie metallica speculare. Mezzi per l’articolazione della superficie speculare consentono di realizzare un percorso ottico tra l’apertura di esame e buona parte dell'interno del forno. Si fa una determinazione se la carica sulle particelle di una nuvola formata in detta camera del riscaldamento ad alta intensità è positiva o negativa. Una carica è stabilita sulla superficie metallica speculare che è la medesima carica sulle particelle allo scopo di respingere depositi di materiale in particelle sulla superficie speculare.

La descrizione della presente invenzione che segue sarà capita con maggior chiarezza se si fa riferimento agli allegati disegni, nei quali:

la figura 1 è un'illustrazione schematica dell’interno di una camera di forno illustrante un riscaldamento a plasma di una suola e la disposizione di uno specchio metallico caricato nella camera.

Una cosa che si dovrebbe capire nella descrizione dell'invenzione che segue è che i forni e la camera di forno usati nel processo per fondere metalli sono tenuti i più piccoli possibili, coerentemente con le esigenze di far funzionare il forno. Inoltre, c’è un assieme complicato di equipaggiamenti di lavorazione e rivelazione che vengono forniti e che devono essere forniti affinchè un forno per fusione lavori i metalli che fondono ad alta temperatura attraverso una fase di fusione. Per esempio, benché nella figura venga illustrato solo un cannello a plasma, di solito si impiega più di un cannello allo scopo di portare il bagno fuso in un crogiolo alla sua condizione ottimale per la lavorazione. Inoltre, esiste un equipaggiamento accessorio addizionale, come ingressi e sfiati di gas e mezzi rivelatori che devono essere impiegati allo scopo di assicurare condizioni ottime di lavorazione per un bagno fuso entro un forno. A causa delle condizioni affollate entro tale forno, non è possibile scegliere una posizione ideale per ognuno degli accessori del forno. Piuttosto gli svariati accessori si contendono spazio sulle pareti nella camera del forno e pure contengono internamente per ottenere l'accesso ottimo al bagno fuso per le svariate funzioni che gli accessori eseguono.

Considerando ora la figura, la figura è un’illustrazione schematica di una camera di forno e di equipaggiamento accessorio. Facendo riferimento alla figura, una camera 10 è impiegata per racchiudere una suola 12 nella quale un bagno fuso 14 viene lavorato mediante riscaldamento ad arco in plasma. L’arco in plasma è fornito da un cannello per plasma 16 posizionato sul fondo di un condotto di sostegno 18 avente un elemento tubolare strutturale esterno contenente necessari mezzi di rifornimento -di gas ed elettricità. L’elemento 18 sporge attraverso la parete 20 del forno ad una tenuta meccanica 22 che fornisce movimento verso l’interno e verso esterno dell’elemento 18 e anche movimento rotatorio il quale consente posizionamento del cannello 16 verso svariate zone entro il forno 10. Una porzione esterna 24 dell'elemento tubolare 18 termina in un'unità combinata 26 di rifornimento di gas ed elettricità. Come sopra indicato, si può usare più di una torcia 16 con un processo di fusione particolarmente quando la suola, come la suola 14, è di dimensioni maggiori come per esempio una suola allungata.

In aggiunta a tenute multiple, come la tenuta 22 aventi elementi 18 passanti attraverso la medesima, c'è un equipaggiamento ausiliario che è necessario per un funzionamento corretto del forno. Un tale apparato è l'apertura per vuoto 30 mostrata in sezione. Un’apertura per strumenti 32 può essere usata per introdurre un fascio laser del forno 10 allo scopo di misurare il livello del metallo e il fascio riflesso può essere rivelato all'apertura per strumenti 34. Un’apertura 36 per campionamento di gas consente prelievo di gas per consentire una determinazione della concentrazione di miscele gassose nella camera del forno. Inoltre, un'apertura 38 di rifornimento di gas consente l'introduzione di gas inerti o gas riducenti, come suggerisce l'attività del forno.

Nell'effettivo apparato funzionante c’è una tale folla di equipaggiamenti accessori, particolarmente nella parte superiore nella camera del forno, che è talvolta necessario prevedere certi tipi di operazioni perchè c’è spazio insufficiente per consentire agli equipaggiamenti accessori necessari di essere associati con il forno. Passando ora agli accessori che sono l’oggetto di questa invenzione, uno specchio 40 è fornito entro il forno in una posizione dove può essere eseguito l’esame della superficie del bagno fuso. Considerando ora la figura, un'apertura di esame 42 è posizionata in una parete laterale del forno in una posizione opposta e allineata con quella dello specchio 40.

Lo specchio è sostenuto da un'asta di controllo 44, la quale asta sporge attraverso una tenuta 46 nella parete laterale 48 verso il manico 50. Il manico 50 consente allo specchio di essere ruotato attorno all’asse della barra di controllo 44. Il manico consente anche allo specchio di essere deflesso ad un angolo maggiore o minore rispetto all’orizzontale mediante convenzionali mezzi di controllo di movimento, non mostrati. Inoltre, il manico consente allo specchio di essere ritirato o mosso lateralmente entro la camera. Lo specchio è mostrato in posizione parzialmente ritirata in 40’ dove il manico è mosso in una posizione indicata con 50’ e l’asta di controllo è ritirata nella posizione indicata con 44’. Il movimento dello specchio in parecchi modi indicato pur mantenendo un allineamento dello specchio con la linea di visione dell’apertura di esame 42 permette a gran parte dell’interno della camera dei forno di essere vista ed esaminata visualmente dall’apertura di esame 42. Quindi, la linea di vista verso l’apertura di esame è indicata dalla linea tratteggiata 52. La linea di vista riflessa 54 porta la superficie superiore del bagno fuso 56 in vista quando lo specchio è nella posizione 40.

Tuttavia, quando lo specchio è ritirato nella posizione 40’, la linea di vista rimane la medesima, ma la riflessione vista attraverso lo specchio è lungo la linea di vista 58 e il lato inferiore della parete di camera 20 può essere esaminato in questo modo per vedere se qualche deposito si è qui accumulato in un grado in cui possa formare fiocchi e cadere nel bagno fuso 56.

Un alimentatore 60 fornisce alta tensione allo specchio 40 attraverso il conduttore 62. Il conduttore 64 dall’alimentatore è collegato a terra con la parete laterale della camera di forno 10. Una tensione da 5 a 30 kilovolt è applicata allo specchio e lo specchio è caricato in modo che esiste un campo eletrico attorno allo specchio 40 che è del medesimo segno (positivo o negativo) della carica sulle particelle.

Un modo semplice in cui si può fare una determinazione della carica sulle particelle è mediante applicazione di una carica ad una piastra e osservazione attraverso un'apertura di esame se le particelle si depositano o no sulla piastra. La desezione che segue è presentata sulla base che la carica sulle particelle sia negativa.

Si è trovato che quando una carica negativa è applicata ad una superficie metallica in un ambiente nel quale si usa il PAM o il fascio elettronico per il riscaldamento ad alta intensità della superficie di un bagno fuso, che il materiale in particelle e vapori prodotto da tale riscaldamento ad alta intensità ha generalmente carica negativa ed è attirato verso elementi caricati positivamente e respinto da elementi caricati negativamente.

Di conseguenza, secondo la presente invenzione, una carica negativa è applicata ad una superficie metallica speculare per consentire alla superficie di respingere il deposito di materiale di particelle o in vapori caricato negativamente e, di conseguenza, mantenere una superficie pulita e mantenere un percorso ottico pulito per la luce che sia incidente sulla superficie metallica caricata.

Il metallo dello specchio metallico è di preferenza un metallo inerte, come uno dei metalli nobili. Il metallo nobile come oro o platino può essere placcato su una piastra metallica per ottenere una superficie altamente riflettente e conduttrice.

Il livello di tensione che viene usato nella presente invenzione dipende dall'apparato in cui viene usato. Per un apparato sperimentale si potrebbe applicare una tensione da 5 kV a 30 kV. Per un apparato in scala industriale si possono impiegare utilmente tensioni maggiori fino a circa 80 kV e più nel migliorare il percorso ottico di una camera di forno.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per fornire un percorso ottico trasparente all'interno di un forno in cui avviene un riscaldamento superficiale ad alta densità di un metallo, che comprende: realizzare una camera di forno, fornire un'apertura di esame attraverso una parete di detta camera, fornire ad una superficie speculare metallica articolabile in detta camera allineata otticamente con detta apertura di esame una carica uguale a quella di dette particelle, determinare la carica su particelle provenienti da un riscaldamento superficiale ad alta densità dì metallo in detto forno, fornire una sorgente elettrica ad alta tensione ed applicare detta tensione a detto specchio metallico per cui il materiale in particelle in detto forno è respinto da detta superficie speculare metallica.
2. 2. Il metodo di rivendicazione 1, nel quale la superficie speculare è una superficie metallica lucidata.
3. 3. Il metodo di rivendicazione 1, nel quale la superficie speculare è di un metallo nobile placcato su una superficie metallica lucidata.
4. 4. Il metodo di rivendicazione 1, nel quale la sorgente elettrica ad alta tensione è fino a 30 Kv.
5. 5. Il metodo di rivendicazione 1, nel quale la sorgente elettrica ad alta tensione è tra 5 e 80 Kv.
6. 6. Apparato per fonrire un perfezionato percorso ottico attraverso un forno per riscaldamento ad alta intensità di metallo, che comprende, una camera di forno adatta a riscaldamento ad alta intensità di metallo, un’apertura di esame in una parete di detta camera, uno specchio metallico allineato otticamente con detta apertura di esame e mezzi per applicare un’alta tensione su detto specchio metallico.
7. 7. L’apparato di rivendicazione 6, nel quale il forno è un forno di fusione a fascio elettronico.
8. 8. L’apparato di rivendicazione 6, nel quale il forno è un forno per deposizione da spruzzo a plasma.
9. 9. L’apparato di rivendicazione I, nel quale il forno è un forno di fusione per arco in plasma.
10. 10. L’apparato di rivendicazione 1, nel quale il mezzo per applicare tensione ha una capacità fino a 30 kv.
11. 11. L’apparato di rivendicazione 1, nel quale il mezzo per applicare tensione è capace di applicare una tensione tra 5 e 80 kv.
12. 12. L’apparato di rivendicazione 1, nel quale lo specchio metallico è una piastra lucidata placcata di oro.