DE2211456C3 - Verdampfungskühlung mit natürlichem Wasserumlauf für einen Vakuum-Lichtbogenofen - Google Patents

Description

25 stalt der Kühlräume, deren Anordnung und Häufig-

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine keit des W^^^f^bfraifnichTfc k? Verdampfungskühlung mit natürlichem Wasser- Wärmebelastung ^_^_ä "^ ",J^J^_n umlauf für linen Vakuum-Lichtbogenofen, welcher tische überschreiten. Die Warmebelastung bei einem einen Elektrodenhalter, eine Elektrodenkammer, eine Elektrolichtbogenofen "t aber üb?raU auße,rorden Kokille und eine Unterlegplatte mit Kühlräumen für 30 Hch verschieden, wobei die .^K°^ ""d d'e ^Unte dieselben besitzt, wobei das System eine Sammel- setzplatte d.e am meisten ^w»^r™^P™^c]"f" J*? leitung zum dauernden Zuführen von Kühlwasser und der Elektrodenhalter und du^Elek odenkarnrner _{h t} ⁵ weniger wärmebeanspruchte Abschnitte darstellen,

Ein Vakuum-Lichtbogenofen, welcher einen Elek- die aber nach Möglichkeit auch tiefer gekühlt sein trodenhalter, eine Elektrodenkammer, eine Kokille 35 sollen. „„,„a* „;„„

und eine Untersetzplatte mit Kühlräumen für die- Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine

selben besitzt, ist aus der US-PS 2 727 936 bekannt. Verdampfungskühlung mit natürlichem Wasser-

Bei derartigen öfen erfolgt die Wasserkühlung umlauf für einen Vakuum-Lichtbogenofen, welcher nach dem Prinzip der individuellen Wasserversor- einen Elektrodenhalter, eine Elektroden kammer, eine gung, d. h. durch jeden gekühlten Anlagenabschnitt 40 KokiUe und eine Untersetzplatte mit Kuhlraumen fur wird selbständig Wasser gepumpt, das aus der Sam- dieselben besitzt, anzugeben, die bei verhältnismäßig melleitung, welche dauernd Kühlwasser unter einem niedrigem Kühlwasserverbrauch eine der Wärme-Druck von bis 5 Atü zuführt, zugeleitet und in einen belastung der einzelnen Teile entsprechende Kühlung Kühlturm oder in einen Kühiteich abgeleitet wird. gewähricistet, einfach im Aufbau ist und betnebs-Hierbei wird danach gestrebt, dem durchgepumpten 45 sicher und explosionssicher arbeitet.
Wasser hohe Geschwindigkeiten zu erteilen, um Dies wird erfindungsgemaß dadurch erreicht, dali

Sieden des Wassers oder zumindest Schichtsieden zu die Sammelleitung zum dauernden ^Zufuh^{ren von} verhindern. Das Einhalten dieser Bedingung erfor- Kühlwasser mit dem Kühlrohr des Elektrodenhalters dert einen hohen Kühlwasserverbrauch, der bei einem verbunden ist, das wiederum durch eine Rohrleitung neuzeitlichen Vakuum-Lichtbogenoien 100m^s/Stunde 50 mit den Kühlräumen der Kokille und der Untersetz- und mehr betragen kann. Selbst bei einem solchen platte in Verbindung ist, wobei das System einen an Verbrauch bedecken sich die am höchsten wärme- sich bekannten Ausdampfbehälter besitzt, dessen belasteten Teile, wie z. B. die Kokille, mit dichtem Bodenteil nicht niedriger als die Oberkante des Kesselstein, wodurch die Wärmeaustauschbedingun- Vakuum-Lichtbogenofens liegt und der über die gen stark verschlechtert werden. Wenn man, um dies 55 Rohrleitungen mit den Kuhlraumen der Kokille der zu vermeiden, chemisch gereinigtes oder destilliertes Untersetzplatte und der Kammer der Elektrode verWasser verwendet, ist dafür ein zusätzlicher Aufwand bunden ist.

erforderlich. Der erhöhte Wasserdruck im Kühl- Durch die erfindungsgemäße Verdampfungskuh-

Wasserzuführungssystem bedingt eine zusätzliche Bc- lung, bei der das aus der Sammelleitung kommende lastung der Ofenwände. 60 Wasser zunächst zum Kühlen des Elektrodenhalters

Beim Umschmelzen von beispielsweise Titan und verwendet wird, während das von dort ausströmende seinen Legierungen kann es vorkommen, daß die Wasser in die Kühlräume der Kokille und der Unter-Kokillenwände oder die Untersetzplatte infolge einer setzplatte geleitet wird, wird der Kühlwasserverinstabilen Lichtbogenentladung durchgeschmolzen brauch bei gleichzeitiger Erhöhung der Betriebswerden. Das in die Schmelzzone geleitete Wasser 65 sicherheit und der Explosionssicherheit erheblich wird in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. Der vermindert.

Sauerstoff wird durch das geschmolzene Titan auf- Nachstehend wird eine Ausführung der Verdamp-

genommen, während die in den Ofen gelangende fungskühlung für einen Vakuum-Lichtbogenofen

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unter Hinweis auf die Zeichnung ausführlich be- Während des SchmeSzprozesses werden Strahlungsschrieben, auf der schematisch das Verdampfungs- wärme und Wärme vom erstarrenden Block über die system dargestellt ist. Wände der Kokille 3 und der Untersetzplatte 7 aufs

Vakuum-Lichtbogenöfen werden zum Umschmel- Kühlwasser übertragen, das bis zum Sieden erhitzt

zen von hochreaktiven Metallen utd Legierungen 5 wird.

verwendet. Der Block wird bei Inem Vakuum von Das entstandene Dampf-Wasser-Gemisch gelangt 1,1O¹ bis 1,10~* mm WS geschmolzen und erstarren über die Rohrleitungen S. 9 und 13 in den Behälter 1. gelassen. Das umzuschmelzende Metall dient als wo der Dampf abgeschieden wird und in die Außen-Elektrode. Durch Untersuchungen der Wärme- luft ausströmt, während das Wasser über die Rohrbelastungen von Vakuum-Lichtbogenöfen wurde fest- io leitungen 4, 8 und 12 von neuem in die Kühlräume 2 gestellt, daß diese Belastungen die kritischen Be- und 6 der Kokille 3 und der Untersetzplatte 7 strömt, lastungen der Untersetzplatte und der Kokille über- Ebenso wird die Kammer 10 der Elektrode 11 schreiten, aber unbedeutend in der Elektrodenkam- gekühlt, welche durch die schmelzende Elektrode 11 mer und am Elektrodenhalter sind. und das flüssige Metallbad in der Kokille 3 erwärmt

Die erfindungsgemäße Verdampfungskühlung ent- 15 wird.

hält einen Ausdampfbehälter, im folgenden kurz Be- In den Kühlkreisen der Kammer 10 der Elektrode halter 1 genannt, der in der Höhe der Ofenoberkante 11, der Kokille 3 und der Untersetzplatte 7 stellt sich iafgestellt ist. Die Höhe, in der der Behälter 1 auf- ein Siedezustand bei ungehinderter Konvektion und gestellt wird, wird so gewählt, da.°> das Dampf- bei natürlichem Umlauf ein. Die Wärme wird haupt-Wasser-Gemisch am höchsten Punkt des Kiihlraums a° sächlich durch die Verdampfungswärme abgeleitet, der Elektrodenkammer unbehindert austreten kann. Nach dem Kühlen des Elektrodenhalters 17 strömt Der Rauminhalt des Behälters 1 hängt vom Ofen- das Wasser über die Rohrleitung 18 in die Kühldurchsau und der Dauer eines Schmelzzyklus ab, räume 6 und 2 der Untersetzplatte 7 und der Kowobei davon ausgegangen wird, daß während dieses kille 3. Auf diese Weise werden die Wasserverluste Zvklus keine Zuspeisung im Kühlsystem erforderlich »5 in Form von Dampf, der aus dem Behälter 1 in die ist. Der Behälter 1 ist mit den Kühlräumen jedes Außenluft austritt oder dem Wärmeverbraucher zu-Ofenabschnitts durch Zu- und Ableitungen bildende geführt wird, wettgemacht. Überflüssiges Wasser fließt Rohrleitungen, und zwar folgendermaßen verbun- über den Stutzen 15 in die Sammelleitung ab.
den: mit dem Kühlraum 2 der Kokille 3 durch eine Daher ist der gesamte Wasserverbrauch für den Zuleitrohrleitung 4 und eine Ableitrohrleitunt, S; mit 30 Ofen gleich dem Wasserverbrauch zum Kühlen des dem Kühlraum 6 der Untersetzplatte 7 durch Rohr- Elektrodenhalters 17 und acht- bis zehnmal niedriger leitungen 8 und 9: mit dem Kühlraum 19 der Kam- als bei den bestehenden Vakuum-Lichibogenöfen.
mer HD der Elektrode 11 durch Rohrleitungen 12 Wenn im Notfall die Wasserzuleitung zum Kühl- und 13. rohr 16 des Elektrodenhalters 17 abgeschaltet wird.

Die Einrlußöffnungen der Zuleitrohrleitungen 4, 8 35 so wird das normale Kühlen der Kokille 3, der

und 12 befinden sich im Boden des Behälters 1, vväh- Untersetzplatte 7 und der Kammer 10 der Elektrode

rend die Abflußöffnungen der Ableitrohrleitungen 11 nicht unterbrochen.

5,9 und 13 über dem Wasserniveau im Behälter 1 Beim Betrieb eines Vakuum-Lichtbogenofens für

liegen. Im Oberteil des Behälters 1 befindet sich ein Versuchszwecke hat sich gezeigt, daß sich trotz der

Stutzen 14, durch den Dampf in die Außenluft oder 40 Speisung der Verdampfungskühlung mit Gebrauchs-

zum Wärmeverbraucher strömt. Das Wasserniveau wasser kein Kesselstein an den Ofenwänden bildet,

im Behälter 1 wird durch einen Stutzen 15 bestimmt. Das Kühlen der Kokille 3 durch Sieden bei unge-

der zum Überlauf dient. Das aus dem Behälter 1 ab- hinderter Konvektion macht ein genaues Zentrieren

fließende Wasser verläßt das System ind gelangt in derselben im Mantel entbehrlich,

die Sammelleitung, die zur äußeren ι jus der Zeich- 45 Da das Kühlsystem über den Stutzen 14 des Be-

nung nicht ersichtlichen) Kühlwasserquelle führt. hälters 1 mit der Außenluft verbunden ist, unter-

Der Abstand zwischen den Wänden des Ofens und scheidet sich der Druck in den Ofenkühlräumen

den seine Elemente umgebenden Mänteln, welche die wenig vom Atmosphärendruck, wodurch die mecha-

Kühlräume bilden, wird so gewählt, daß das in diesen nische Belastung der Ofenwände bedeutend vermin-

Räumen entstehende Dampf-Wasser-Gemisch unge- 50 dert wird,

hindert in den Behälter 1 ausströmen k?in. Wenn der Lichtbogen beim Schmelzen von bei-

Das aus der Sammelleitung kommende Kühlwasser spielsweise Titan oder seinen Legierungen die Wände wird in das Kühlrohr 16 eines Eleklrodenhalters 17 der Kokille 3 oder der Untersetzplatte 7 durchgeleitet. Die öffnung, durch die das Wasser aus dem schmilzt, so ist die Explosionsgefahr des Ofens da-Elektiodenhalter 17 ausströmt, ist durch eine Rohr- 55 durch bedeutend vermindert, daß praktisch so lange leitung 18 mit dem Unterteil des Kühlraums 2 der keine Luft in den Ofen gelangen kann, wie der Be-Kokillle 3 und mit dem Kühlraum 6 der Untersetz- halter 1 mit Wasser gefüllt ist, d. h. als Wasserverplatte 7 verbunden. schluß dient.

Die Verdampfungskühlung arbeitet folgender- Außerdem behält das Wasser, welches im Behälmaßen: Beim Vakuum-Lichtbogenofen dient der um- 6o ter 1, in den Rohrleitungen 4, 8 und 12 sowie in den zuschmelzende Metallblock als Elektrode 11. Beim Kühlräumen 2, 6 und 19 des Ofens enthalten ist. Anschließen der Elektrode Il und der Untersetz- auch in den Pausen zwischen den Schmelzen eine platte 7 an die Pole der (aus der Zeichnung nicht Temperatur von etwa 100° C und fährt fort, im ersichtlichen) Stromquelle wird zwischen ihnen ein System umzulaufen, wobei es die Ofenwände erLichtbogen gezündet. Das umzuschmelzende Metall 65 wärmt. Hierdurch werden bessere Bedingungen für tropft auf die Untersetzplatte 7 herab, und in der die Evakuierung der Luft aus dem Ofen vor der Kokille 3 wird ein Block geformt. nächstfolgenden Schmelze gescharfen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Ö Luft mü dem Wasserstoff Knallgas bildet, welches

   Patentanspruch: eine Expfosion hervorruft. Daher gewahrsten die

   ,. . „, , hoVannten Kühlwassersysteme keinen gefahrlosen

   Verdampfungskühlung mit natürlichemι Wasser- ^*^?¹™ _k ^_{6 ausre}jchende Betriebssicherheit, umlauf für einen Vakuumlichtbogenofen, wel- BemeD una * _mtm __ _{SuM und Eisen 77} eher einen Elektrodenhalter, eine Elektroden- 5 aus w 1126/27 — ist die sogenannte kammer, eine Koküle und eine Unterseteplatte !957 · ««J™ natÜriichem Wasserumlauf bekannt, mit Kühlräumen fiir dieselben besitzt, wobei das «^iBk jmng« Verdampfungskühlung von System eine Sammelleitung zum dauernden Zu- Bei'^f**. Türrahmen eines Hüttenofens sind führen von Kühlwasser hat, dadurch ge- *?«P™?«ner Steigleitung an eine Ausdampfkennzeichnet, daß die Sammelleitung mit to f^^ ^S^ _md vom Wasserraum der dem Kühlrohr (16) des Elektrodenhalter» (17) bommel ^^f^ zu den beiden seitverbunden ist, das wiederum durch eine Rohr- Trommel i^rtem * _{Das KÜWwasser}

   leitung (18) mit den Kühlräumen (2 und 6) der ^hc^^e° ^dampftrommel über einen Regler einKokille (3) und der Unteisetzplatte (7) in Ver- wird m^*e Ausdampft ™ ^ ^J^ ^ bindung ist, wobei das System einen an sich be- 15 gespe^> ^¹ ^ ™. υ^ρε^η _der Trommel kannten Ausdampfbehälter (1) besitzt, dessen geordneter upenauiem ..£ , .
   Bodenteil nicht modriger als die Oberkante des verändert. Die bekannten Heißkühlung^gentte Vakuum-Lichtbogenofens liegt und der über die stehen aus einer Reihe ^J*™™⁸
   Rohrleitungen (A 8, 12 und 5, 9, 13) mit den kreiseu «Λ, natu,rlichem
   Kühlräumen (2 und 6) der Kokille (3), der Unter- » Wassers, wobei alle ^K^^e'«

   setzplatte (7) und der Kammer (1β) der Elektrode alle! an d,e Ausdampftrommel oder den p

   fllfverbunden ist behälter angeschlossen sind, der in einer bes immten

   ^{vtrbunden lst}· _{Hohe au}f_gestellt ist. die je nach dem Stromungs-

   widerstand der Verbindungsleitungen und der Ge-