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Vakuum-Lichtbogen-Schmelzofen und Verfahren zum
Einsetzen der Abschmelzelektrode
Bei Vakuum-Lichtbogen-Schmelzöfen. macht die Stromzuführung gewisse Schwierigkeiten. Bei den hohen verwendeten, auftretenden Stromstärken ist die oft benutzte Stromzuführung durch Rollen an eine bewegliche Abschmelzelektrode mit gewissen Betriebsunsicherheiten, die in den grossen Stromstärken ihren Grund haben, verbunden. Ebenso unvollkommen ist das andere, bisher benutzte Verfahren, bei dem die Elektrodenhaltestange an ihrem unteren Ende eine Klemme trägt, die das obere Elektrodenende aufnimmt. Bei den grossen verwendeten, auftretenden Stromstärken ist die Übergangsfläche zu klein und besitzt einen zu hohen Widerstand, um den Strom der Elektrode betriebssicher zuzuführen.
Als besseres Verfahren hat sich ein eingeführter Stab, der Stromzuführungs- oder Elektrodenhaltestab, an den die Elektrode angeschweisst wird, sehr bewährt. Hier treten aber folgende Schwierigkeiten auf : Das Anschweissen innerhalb des Ofens ist im allgemeinen wegen der schwierigen genauen Zentrierung nicht möglich, so dass durch Neueinsetzen des Elektrodenhaltestabes zusammen mit der Elektrode gewisse Zeitverluste auftreten. Zweitens ist das Justieren von Elektrode und Haltestab zueinander auch ausserhalb des Ofens mit gewissen Schwierigkeiten verbunden.
Es wird nun ein Vakuum-Lichtbogen-Schmelzofen vorgeschlagen, der diese Schwierigkeiten vermeidet. Die Erfindung besteht darin, dass innerhalb des Ofens zur Zentrierung für die an die Haltestange anzuschweissende Elektrode von aussen betätigbare Zentriervorrichtungen, beispielsweise in Form von Greifern, vorgesehen sind, die von aussen ohne Unterbrechung des Vakuums betätigbar sind, z. B. mittels hydraulischer Einrichtungen oder von Hand aus. Dadurch wird ermöglicht, dass die Abschmelzelektrode in einwandfreier Form und Lage an den Haltestab innerhalb des Ofens angeschweisst werden kann.
Weitere Merkmale beziehen sich auf besonders zweckmässige Ausgestaltungen dieser Zentriervorrichtung sowie auf eine an sich bekannte Einrichtung zur Lichtbogenkonzentrierung und ausserdem auf besonders vorteilhafte Verfahren zum Einsetzen der Abschmelzelektrode in einen derart ausgestatteten Schmelzofen.
In der Zeichnung ist ein solcher Ofen schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt den Ofen im Schnitt, wäh- rend Fig. 2 ein Funktionsschema der wichtigsten Teile in halbperspektivischer Darstellung gibt.
Gemäss der Zeichnung ist die Elektrodenhaltestange 1 durch die Führungs- und Dichtungsmuffe 2 in den Oberteil des Ofens 3 eingeführt. Die Vakuumleitung 4 führt zu einem nicht gezeichneten Pumpenaggregat, das die Evakuierung und auch das Fluten des Ofeninnenteiles 5 ermöglicht. An den Oberteil 3 des Ofens schliesst sich ein Mittelteil 6 an, an den der Tiegel 8 unter Zwischenlegen einer Dichtung 7 angesetzt werden kann. Der Tiegel 8 selbst befindet sich fest auf einem Fahrgestell 9, das eine Hebevorrichtung 10 für den Tiegel trägt. Ausserdem befinden sich an dem Fahrgestell noch die beiden Greiferklauen lla, llb, die eine Elektrode umfassen und halten können, ohne eine Längsverschiebung zu verhindern.
Innerhalb des Mittelteiles 6 des Ofens befinden sich zwei Arme 12 und 13, die ebenfalls Halteklauen für die Elektroden tragen und um die abdichtenden Durchführungsmuffen 14 und 15 gedreht werden können. Die Bewegung der Halteklauen kann auf beliebige Weise, z. B. hydraulisch oder von Hand aus, vorgenommen werden. Ausserdem ist der Oberteil 3 des Ofens von einer Magnetspule 16 umgeben, die über die Zuleitung 17 von einem nicht dargestellten Aggregat mit Gleich- oder Wechselstrom versorgt werden kann.
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Die Arbeitsweise des Ofens ist folgende :
Die Abschmelzelektrode 18 wird im Tiegel durch irgendwelches beigegebenes Material am Boden des Tiegels 8 zentriert aufgestellt.. Das Zentriermaterial besteht vorzugsweise aus Stücken des zu schmelzenden Metalls. Dann werden die beiden Haltebacken lla und llb geschlossen, so dass die Elektrode senkrecht im Tiegel steht. Der Tiegel steht zunächst so niedrig, dass das Oberende der Abschmelzelektrode tiefer als die Dichtung 7 des Ofens ist. In dieser Lage wird das Fahrgestell unter den Ofen gefahren und der Tiegel angehoben, bis der obere Teil der Elektrode 18 über die Greifer 12, 13 hinausragt. Nunmehr werden die Greifer 12 und 13 um die Elektroden von Hand oder mittels der hydraulischen Einrichtungen 24 und 25 geschlossen.
Dadurch wird die Elektrode 8 innerhalb des Ofens in einer definierten Lage gehalten, die durch die Greifer 12, 13 bestimmt ist und das zentrierte Anschweissen der Elektrode 8 an die Elektrodenhaltestange 1 oder eventuell an ein noch an ihr befestigtes Endstück einer früheren Elektrode ermöglicht. Dann werden die Backen lla und l1b so weit geöffnet, dass der Tiegel 8 bis zur Berührung mit der Dichtung 7 angehoben werden kann und damit der ganze Ofenraum 5 gegenüber der äusseren Atmosphäre geschlossen ist. Die Elektrode befindet sich dann in der Lage, die gestrichelt durch 18b dargestellt ist.
Nunmehr wird die Elektrodenhaltestange 1 so weit abgesenkt, bis sie mit der Elektrode 18b in Berührung kommt. Dann wird nach dem Evakuieren des Ofens der Strom des Generators 20 für den Lichtbogenstrom eingeschaltet und die Elektrode 18b mit dem Elektrodenkopf 1 verschweisst. Während des Schweissvorgan- ges wird die Magnetspule 16 über die Zuleitung 17 an eine Stromquelle angeschlossen, so dass der dann fliess-nde Strom ein Magnetfeld und damit eine Konzentrierung des Schweisslichtbogens bewirkt. Dadurch wird erreicht, dass nicht nur der äussere Rand der Elektrode 8 mit dem Kopf der Elektrodenhaltestange 1 verschweisst wird.
Eine solche unerwünschte Wirkung des eigenen Magnetfeldes des Schweissstromes wird durch das Feld der Magnetspule 16 so weit kompensiert, dass der Schweissvorgang grössere Teile der Berüh- rungsfläche von Elektrode 8 und Haltestange 1 erfasst. Insbesondere wird dadurch vermieden, dass bei einer
Verschweissung an der Aussenkante das dort dabei schmelzende Material etwa wie das Wachs einer bren- nenden Kerze herunterläuft, was zu Störungen des Schmelzvorganges und zu einer schlecht leitenden Ver- bindung zwischen Elektrode und Elektrodenkopf führen kann. Nunmehr wird die Elektrode, die fest an der
Elektrodenhaltestange 1 sitzt, etwas angehoben, und mit dem Schmelzvorgang innerhalb des Tiegels 8 be- gonnen, nachdem die Greifer 12, 13 ausgeschwenkt wurden.
Nach Beendigung des Schmelzvorganges kann der mit geschmolzenem und erstarrtem Metall, dem Ingot, gefüllte Tiegel wiederum abgesenkt und fort- gefahren werden.
Während des Schmelzvorganges ist der Tiegel ortsfest mit dem Schmelzofen verbunden und seine
Kühlung wird von dem ebenfalls ortsfest angeschlossenen Wasserleitungsnetz aus betrieben. Wird der Tie- gel jedoch vom Ofen abgenommen und an einen andern Ort verbracht, so müssen die bisher benutzten
Kühlwasserleitungen abgetrennt werden. Beim Transport des Tiegels samt dem noch warmen Ingot an eine
Stelle, an der er ohne weitere Wartung auskühlen kann, wird ein Fahrgestell benutzt, das einen für die
Transportzeit ausreichenden Kühlwasservorrat 21 und eine Kühlwasserpumpe 22 trägt. Am Abstellort erfolgt die weitere Kühlung des Tiegels wieder durch das dort vorhandene Wasserleitungsnetz.
Hiebei ist es vorteilhaft, den Tiegel vor der Trennung von dem Schmelzofen noch unter Vakuum durch einen Deckel zu verschliessen, um eine Oxydation des noch warmen Metalls zu verhindern. Das ist besonders wichtig bei stark reaktionsfähigen Metallen, wie z. B. Titan oder Zirkon.
Eine andere Variante des Grundgedankens-der Erfindung ist die folgende : Statt der Zentrierung des unteren Elektrodenendes im Tiegel 8 durch das eingefüllte Material und auch statt der Greiferklauen 11 wird ein spezieller Zentriertiegel benutzt, in den die Elektrode 8 entweder gerade hineinpasst oder in dem sie durch an ihm vorgesehene Zwischenringe oder-einlagen zentrisch gehalten wird. Mit Hilfe dieses Tiegels wird die Elektrode 8 dann in der beschriebenen Weise von unten her in das Ofeninnere 5 eingebracht und mit der Elektrodenhaltestange 1 verschweisst. Wegen der genauen Anpassung dieses Tiegels an die Masse der Elektrode wird nach dem Anschweissvorgang und zum Durchführen des Schmelzens ein anderer Tiegel angesetzt.
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