DE1133085B

DE1133085B - Vacuum arc melting system for melting small amounts of refractory materials of a metallic nature

Info

Publication number: DE1133085B
Application number: DEH24755A
Authority: DE
Inventors: Raimund Eppelt; Dipl-Phys Helmut Gruber; Werner Pieper; Helmut Scheidig
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1955-08-22
Filing date: 1955-08-22
Publication date: 1962-07-12

Description

Vakuumlichtbogenschmelzanlage zum Schmelzen kleiner Mengen hochschmelzender Werkstoffe metallischen Charakters Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumlichtbogenschmelzanlage zum Schmelzen kleiner Mengen hochschmelzender Werkstoffe metallischen Charakters. Es kommen insbesondere Metalle der Nebenreihen der IV. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems in Frage wie Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, aber auch Metalle wie Rhenium, Iridium, Osmium, Palladium, Platin und Eisen, Nickel, Kupfer sowie Legierungen dieser Metalle als auch Metallverbindungen von metallischem Charakter, wie Metallkarbide und Metallboride.Vacuum arc melting system for melting small amounts of high melting point Metallic materials The invention relates to a vacuum arc melting system for melting small amounts of refractory materials of a metallic character. In particular, metals from the secondary rows of IV. To VI. Periodic group Systems in question such as titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, Tungsten, but also metals such as rhenium, iridium, osmium, palladium, platinum and iron, Nickel, copper and alloys of these metals as well as metal compounds from metallic character, such as metal carbides and metal borides.

Es ist bekannt, in Vakuumlichtbogenschmelzanlagen zur technischen oder großtechnischen Metallherstellung gleichzeitig sowohl mit Dauerelektroden als auch mit selbstverzehrenden Elektroden zu arbeiten. Diese bekannten Anlagen sind für ein bestimmtes Schmelzverfahren ausgelegt und können aus diesem Grunde nicht abgewandelt und in verkleinerter Ausführung nicht für Labor- und Versuchszwecke Verwendung finden.It is known in vacuum arc melting systems for technical or large-scale metal production simultaneously with both permanent electrodes also to work with self-consuming electrodes. These well-known plants are designed for a specific melting process and therefore cannot modified and in a reduced version not for laboratory and experimental purposes Find use.

Eine bekannte Ausführung arbeitet gleichzeitig mit einer Dauerelektrode und einer selbstverzehrenden Elektrode in .einer zweistufigen Anlage. Sie weist zwei in einiger Entfernung übereinander angeordnete, wassergekühlte Schmelzräume auf, in denen je ein Metallbarren erschmolzen wird. Der in dem oberen Ofenraum mittels einer wassergekühlten. Dauerelektrode erschmolzene Metallbarren wird über eine Transportvorrichtung in den unteren Raum eingeführt und dort als selbstverzehrende Dauerelektrode verwandt.A known design works simultaneously with a permanent electrode and a self-consuming electrode in a two-stage system. She knows two water-cooled melting chambers arranged one above the other at a distance in each of which a metal bar is melted. The in the upper furnace chamber means a water-cooled. Permanent electrode melted metal ingot is transported over a transport device introduced into the lower room and used there as a self-consuming permanent electrode.

Bei einer anderen bekannten Ausführung wird ein zugeführter gepreßter Metallstab mit Hilfe einer Dauerelektrode und des von ihr aus zum Schmelzsee sowie zum Metallstab brennenden Bogens geschmolzen.In another known embodiment, a fed press is used Metal rod with the help of a permanent electrode and from it to the melting lake as well melted into the metal rod of a burning bow.

Aus diesen technischen Einzelheiten und der bekannten Konstruktion folgt, daß es nur möglich ist, diese Anlagen und somit das Schmelzverfahren geringfügig vor allem in seinen elektrischen Betriebsdaten zu ändern. Die bekannten Anlagen sind nicht zur Ermittlung neuer Schmelzverfahren geeignet, da sie zu sehr auf ein Verfahren ausgerichtet sind und eine vielseitige Verwendbarkeit nicht .gegeben ist.From these technical details and the known construction it follows that it is only possible to use these plants and thus the melting process insignificantly especially in its electrical operating data. The well-known systems are not suitable for identifying new melting processes as they are too focused on one Processes are oriented and a versatile usability is not given.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für die Erfordernisse des Laboratoriums eine Vakuumlichtbogensehmelzanlage herzustellen, in der man wahlweise nach den verschiedenen Verfahren hochwertige Proben von den obengenannten Werkstoffen erzeugen kann, .die in jeder Hinsicht mit den großtechnisch hergestellten Stücken vergleichbar sind. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vakuumlichtbogenschmelzanlage zum Schmelzen kleiner Mengen hochschmelzender Werkstoffe metallischen Charakters vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, daß in den Deckel des Vakuumkessels wahlweise und auswechselbar Elektrodenköpfe entweder mit einer Dauerelektrode oder einer Abschmelzelektrode eingesetzt werden können.The present invention is based on the object for Laboratory requirements to produce a vacuum arc furnace, in which you can choose from the various methods of high-quality samples from the Above materials can produce, .which in every respect with the large-scale produced pieces are comparable. A vacuum arc melting system is used to solve this problem for melting small amounts of refractory materials of a metallic character proposed, which is characterized in that in the lid of the vacuum vessel optional and exchangeable electrode heads either with a permanent electrode or a consumable electrode can be used.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist der Vakuumkessel, der auch den Schmelztiegel mit Kühlmantel und den Deckel mit dem auswechselbaren Elektrodenkopf trägt, mittels des Absaugstutzens an einem Bedienungspult ini einer Höhe angebracht, die eine bequeme Bedienung und Beobachtung ermöglicht.In an advantageous embodiment of the subject matter of the invention is the vacuum kettle, which also includes the crucible with cooling jacket and the lid the exchangeable electrode head, by means of the suction nozzle on a control panel Mounted at a height that enables convenient operation and observation.

Derartige Anlagen haben in ihrem bestimmungsmäßigen Anwendungsbereich, d. h. im Laboratoriumsbetrieb, besondere überzeugende Vorteile. Bei der Prüfung, ob ein gegebenes Material oder Metall sich einerseits überhaupt und andererseits unter welchen speziellen Bedingungen im Lichtbogenofen schmelzen läßt, bedarf es einer vielseitigen Anlage. So muß es beispielsweise möglich sein, diese Anlage leicht und in kurzer Zeit umzustellen, um bei leitenden Materialien, also vorwiegend Metallen, diese als selbstverzehrende Elektrode oder bei nichtleitenden Materialien diese als Schmelzmaterial in einem Lichtbogen mit Dauerelektrode benutzen zu können. Auch muß es möglich sein, sehr kleine Proben (einige wenige Gramm) und auch etwas größere Proben (bis etwa 100.g) zu schmelzen, um einwandfreie Resultate und gleichzeitig Hinweise für eine halbtechnische Fertigung zu erhalten. Diese halbtechnische Fertigung kann dann ihrerseits wiederum in eine großtechnische Fabrikation entwickelt werden.Such systems have in their intended scope of application, d. H. in the laboratory, particularly convincing advantages. During the exam, whether a given material or metal is on the one hand at all and on the other hand The special conditions under which it can melt in the arc furnace is required a versatile system. For example, it must be possible to use this system easy and can be converted in a short time in order to be able to use conductive materials, i.e. mainly metals, this as a self-consuming electrode or, in the case of non-conductive materials, this to be able to use it as a melting material in an arc with a permanent electrode. Even it must be possible to take very small samples (a few grams) and also slightly larger ones Melt samples (up to about 100.g) to get perfect results and at the same time To receive instructions for a semi-technical production. This semi-technical manufacturing can then in turn be developed into large-scale production.

Die Laboratoriumsarbeiten sind aber wegweisend dafür, ob ein zugeführtes Material beispielsweise in loser Form als Pulver und Schwamm oder besser in nur gepreßter Form benutzt werden kann oder ob vielleicht ein Sinterprozeß noch zusätzlich eingeschaltet oder nur kompaktes Material in Form von Kugeln usw. verwendet werden muß. Von der Form des zugeführten Materials hängt in bekannter Weise dessen Oberfläche und damit die ins Vakuum eingebrachten adsorbierenden Gase, darüber hinaus aber auch die im Metall selbst eingeschlossenen Gase ab, deren Menge und Zusammensetzung das Lichtbogenschmelzen unmöglich oder auch nur unrationell machen können.However, the laboratory work is indicative of whether a Material, for example, in loose form as a powder and sponge or better in just Pressed form can be used or perhaps a sintering process in addition switched on or only compact material in the form of balls, etc. can be used got to. In a known manner, its surface depends on the shape of the material supplied and thus the adsorbing gases introduced into the vacuum, but beyond that also the gases trapped in the metal itself, their quantity and composition make arc melting impossible or even inefficient.

Diese Versuche an kleinen Mengen zeigen aber auch, ob die Schmelztemperatur eines nur zugeführten Materials ausreicht, oder die wesentlich höhere Temperatur eines als Bogen von der Elektrode abschmelzenden Materials nötig ist, um ein einwandfreies, technisch gut verwendbares Endmaterial zu ergeben. Auch in diesem letzteren Fall ist es wichtig, die günstigste Form des Elektrodenmaterials, also beispielsweise nur gepreßter oder vielleicht außerdem noch gesinterter Schwamm usw., zu bestimmen.However, these tests on small quantities also show whether the melting temperature only one supplied material is sufficient, or the much higher temperature a material that melts from the electrode in the form of an arc is required to ensure proper, To give technically well usable end material. In this latter case too it is important to choose the most favorable form of the electrode material, for example only pressed or perhaps also sintered sponge etc. to be determined.

Alle diese vielfältigen Versuche müssen in einer solchen Laboratoriumslichtbogenschmelzanlage für kleine Mengen hochschmelzender Werkstoffe durchgeführt werden können, ohne daß die Umstellung von einem zum anderen Versuch größere Umbauten der Anlage usw. erfordert. Die hier vorgeschlagene Anlage genügt diesen Anforderungen in; überraschend einfacher Weise dadurch, daß sie das einfache und schnelle Auswechseln der Dauer- gegen eine Abschmelzelektrode (oder umgekehrt) vorsieht, durch die Aufhängung des tragenden Ofenteils mittels des Absaugestutzens in bequemer Höhe am Bedienungspult das Arbeiten sehr erleichtert. Auch andere, weiter unten zu behandelnde Merkmale dienen nur dem Zweck, ein solches schnelles Umstellen und Bedienen der Anlage und ein gutes Beobachten des zu untersuchenden Schmelzvorganges zu ermöglichen.All of these diverse experiments have to be carried out in such a laboratory arc melting plant for small amounts of refractory materials can be carried out without the changeover from one experiment to another requires major modifications to the system, etc. The system proposed here meets these requirements in; surprisingly easier Way by the fact that you can easily and quickly exchange the permanent for a Consumable electrode (or vice versa) provides through the suspension of the load-bearing Part of the furnace works by means of the suction nozzle at a convenient height on the control panel very relieved. Other features to be treated below also serve only this Purpose, such a quick changeover and operation of the system and good observation of the melting process to be investigated.

Für die Entwicklung solcher Laboratoriumsanlagen können .die bisher bekannten großtechnischen: Öfen, die für einen bestimmten Anwendungszweck und ein bestimmtes Verfahren ausgelegt sind, keine Anhaltspunkte liefern. Bei ihnen liegt das Schwergewicht auf der wirtschaftlichen Durchführung eines bestimmten, immer wiederholten Prozesses an meist ein und demselben Material. Demgegenüber kommen bei dieser hier vorgeschlagenen Versuchsanlage nach dem zu schmelzenden Stoff, nach der Form dieses Stoffes, nach dem zu verwendenden Verfahren und nach den elektrischen Bedingungen praktisch alle nur möglichen Fälle in Betracht. Die vorgeschlagene Anlage erlaubt durch die hier beschriebenen Merkmale die Anpassung an alle diese Fälle. Die erfindungsgemäße Anlage wurde außerdem derart konstruiert, daß Wartung und Bedienung relativ einfach sind. Die Anlage kann deshalb von angelernten Hilfskräften bedient werden.For the development of such laboratory systems, the previously known large-scale: ovens designed for a specific application and a specific procedure are designed to provide no clues. With them lies the emphasis on the economic execution of a given, always repeated process on mostly one and the same material. Come against it in this test facility proposed here according to the substance to be melted the shape of this substance, the process to be used and the electrical Conditions practically all possible cases into account. The proposed plant allows adaptation to all these cases through the features described here. The system according to the invention was also designed in such a way that maintenance and operation are relatively simple. The system can therefore be operated by semi-skilled workers will.

Weitere Kennzeichen der erfindungsgemäßen Anlage ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung einer vorteilhaften beispielsweisen Ausführungsform.Further characteristics of the system according to the invention emerge from the subclaims and the following description of an advantageous example Embodiment.

Fig. 1 zeigt die Anlage schematisch im Querschnitt, beispielsweise mit einer eingebauten festen Elektrode; Fig.2 zeigt die mit letzterer auswechselbare Anordnung für Abschmelzelektroden; in Fig. 3 ist schließlich die am unteren Teil der Anlage angeordnete Schmelztiegeleinheit zur Aufnahme des erschmolzenen Metalls getrennt von der Anlage dargestellt.Fig. 1 shows the system schematically in cross section, for example with a built-in fixed electrode; 2 shows the interchangeable with the latter Arrangement for consumable electrodes; in Fig. 3, finally, is the one on the lower part Crucible unit arranged in the system for receiving the molten metal shown separately from the plant.

Der Lichtbogenschmelzraum 1 wird von einem vakuumdichten Kessel umschlossen, der aus dem Deckel 1 a, dem zylindrischen Mantel l b und einem Bodenteil 1c besteht, welcher aber mit dem Tiegel 7a mit Kühlmantel 7 b eine Einheit bildet und bei 1 d vakuumdicht anzupressen ist.The arc melting chamber 1 is enclosed by a vacuum-tight vessel, which consists of the cover 1a, the cylindrical jacket 1b and a bottom part 1c, but which forms a unit with the crucible 7a with the cooling jacket 7b and is to be pressed vacuum-tight at 1d.

Die Anlage wird bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung mittels eines Pumpensatzes evakuiert, dessen besonderes Merkmal es ist, daß er neben einer üblichen Vorpumpe mindestens eine Rootspumpe 2 in Hochvakuumausführung umfaßt. Eine solche ist durch doppelwandige Ausbildung des evakuierbaren Gehäuses gekennzeichnet. Sie arbeitet ohne sekundäres Pumpmedium, so daß eine Reaktion des Schmelzgutes, beispielsweise mit daraus entstehenden rückdiffundierenden Öldämpfen und eine Verunreinigung des Schmelzraumes ausgeschlossen ist. Sie ist jederzeit sofort betriebsbereit und hat eine im Vergleich zum Leistungsbedarf und zur Größe außerordentlich hohe Saugleistung. Für das Erschmelzen von Proben ist es sehr wesentlich, daß innerhalb weniger Minuten das notwendige Vakuum im Lichtbogenraum 1 hergestellt werden kann. Dabei können mit einstufiger Ausführung der Rootspumpe etwa 2 - 10-4 Torr und bei zweistufiger Ausführung sogar 10-5 Torr erreicht werden, was die besten Vorbedingungen für das Erschmelzen von Metallproben schafft. Neben dem niedrigen Energieverbrauch zeichnen sich die Rootspumpen auch durch ein geringes und im übrigen nur gleichmäßiges Pumpengeräusch, ferner durch Sauberkeit und Anspruchslosigkeit in der Wartung im Vergleich zu anderen Pumpen für den Betrieb der hier behandelten Lichtbogenschmelzanlagen aus.The system is in the preferred embodiment of the invention by means of of a pump set evacuated, the special feature of which is that it is next to a usual backing pump includes at least one Roots pump 2 in high vacuum design. One such is characterized by the double-walled design of the evacuable housing. It works without a secondary pump medium, so that a reaction of the melt material, for example with the resulting back-diffusing oil vapors and contamination of the melting chamber is excluded. It is immediately ready for use at any time has an extraordinarily high suction power compared to the power requirement and size. For the melting of samples it is very important that within a few minutes the necessary vacuum in the arc chamber 1 can be established. Here you can with a one-stage version of the Roots pump approx. 2 - 10-4 Torr and with a two-stage one Execution even 10-5 Torr can be achieved, which is the best precondition for the Melting metal samples creates. Draw in addition to the low energy consumption the Roots pumps are also characterized by a low and otherwise only uniform pump noise, also through cleanliness and unpretentious maintenance compared to others Pumps for the operation of the arc melting systems discussed here.

Die Anwendung der Rootspumpen gerade für die Lichtbogenschmelzanlage zur Herstellung von Proben hochschmelzender Werkstoffe bringt also auch einen technischen Fortschritt.The application of the Roots pumps especially for the arc melting plant for the production of samples of high melting point materials also brings a technical one Progress.

Der aus Tiegeleinheit 7, Kessel l und Elektrodenkopf 3 bestehende Hauptteil der Lichtbogenschmelzeinrichtung wird vorteilhafterweise mittels des Anschlußstutzens 2a zum Pumpensatz an einem Bedienungspult freitragend angebracht, das auch den Pumpensatz und andere Teile der Gesamtanlage, wie Kontroll-, Regel- und elektrische Schalteinrichtungen enthält. Die Höhenlage des Kessels l ist so .gewählt, daß Bedienung und Kontrolle mühelos möglich sind.The one consisting of crucible unit 7, tank 1 and electrode head 3 The main part of the arc melting device is advantageously made by means of the connecting piece 2a attached to the pump set in a self-supporting manner on a control panel, which also houses the pump set and other parts of the overall system, such as control, regulating and electrical switching devices contains. The height of the boiler l is selected so that operation and control are effortlessly possible.

Die feste Elektrode 11 und die mit ihr auswechselbaren Abschmelzelektroden 12, die von Hand bedient werden, sind durch einen Faltenbalg beweglich an den Deckel angeflanscht. Vorteilhafterweise kompensiert hierbei an dem Elektrodenkopf mit der festen Elektrode eine Federkombination den äußeren Luftdruck; diese Kombination besteht aus zwei Federn, von denen eine den Elektrodenhals konzentrisch umfaßt, 4a, und keinerlei zentrierende Kraft besitzt, während die andere über dem Elektrodenmittelpunkt angebracht ist, 4b, und die Elektroden mit der Absenkvorrichtung verbindet und eine zentrierende Kraft besitzt.The fixed electrode 11 and the consumable electrodes that can be exchanged with it 12, which are operated by hand, can be moved to the lid by means of a bellows flanged. Advantageously, this compensates on the electrode head with the firm Electrode a spring combination the external air pressure; these Combination consists of two springs, one of which is concentric with the electrode neck includes, 4a, and has no centering force whatsoever, while the other over the Electrode center is attached, 4b, and the electrodes with the lowering device connects and has a centering power.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Handgriffe in neuartiger Weise wie folgt ausgebildet.In a preferred embodiment of the invention, the handles are designed in a novel way as follows.

In den Handgriffen 3 a der Elektrodenköpfe sind die wichtigsten Bedienungseinrichtungen zur Lichtbogenstromregulierung, zur Elektrodenführung und zur Zündung handlich untergebracht, so d:aß der Bedienende seine Aufmerksamkeit voll der Beobachtung des Schmelzvorganges widmen kann. Die Elektrode senkt sich, wenn der oben am Griff 3 a angebrachte Druckknopf 3 b, und hebt sich, wenn ein unten am Griff angebrachter Druckknopf 3 c betätigt werden. Ein seitlicher Druckknopf 3 d schaltet die Zündung des Lichtbogens ein. Der andere Handgriff 3 a trägt die Schaltung für die Stromregulierung zweckmäßig in Form eines drehbaren Regulierringes 3 e. Die vakuumdichte Umkleidung der Elektroden mittels Faltenbälge 4, bei denen Gummi, Tombak oder andere Metalle zur Anwendung kommen können, gestattet die Bewegung des Elektrodenkopfes nach jeder Richtung. Mit der zusätzlichen Heb- und Senkvorrichtung kann der gesamte Schmelzraum ohne Kraftanstrengung mit dem Lichtbogen überstrichen werden. In dieser Weise sind also sehr wesentliche Arbeitsschritte mittels handlich angebrachter, die eigentliche Kontrolle nicht störender Bedienungsorgane zu steuern.The most important operating devices are in the handles 3 a of the electrode heads for regulating the arc current, for guiding electrodes and for ignition, conveniently housed, so d: the operator ate his full attention while observing the melting process can devote. The electrode lowers when the push button attached to the top of the handle 3 a 3 b, and rises when a push button 3 c attached to the bottom of the handle is pressed will. A push button 3 d on the side switches on the ignition of the arc. The other handle 3 a carries the circuit for current regulation expediently in the form of a rotatable regulating ring 3 e. The vacuum-tight covering of the electrodes by means of bellows 4, in which rubber, tombac or other metals are used allows movement of the electrode head in any direction. With the additional lifting and lowering device, the entire melting chamber can be operated without Exertion can be swept over with the arc. So in this way are very essential work steps by means of handily attached, the actual Control of non-disruptive operating elements.

Diese Regeleinrichtungen an den Handgriffen bringen unabhängig von der anderen Gestaltung der Lichtbogernschmelzanlage zum Herstellen von Proben hochschmelzender Werkstoffe bereits als solche :einen wesentlichen technischen Fortschritt.These control devices on the handles bring regardless of the other design of the arc melting system for the production of samples with high melting points Materials as such: a significant technical advance.

Für den Aufbau der festen Elektroden 11 eignen sich beispielsweise Graphit, Wolfram oder andere hochschmelzende Metalle und Metallkarbide. In die Elektrodenhalterung, etwa in Form von Kupferrohren, sind die Elektroden eingelötet oder eingeschraubt. Die Halterung ist im Elektrodenkopf mit Schrauben auswechselbar befestigt und für Durchlaufwasserkühlung eingerichtet. Die Zuleitung 16a und Ableitung 16b für die Wasserkühlung münden in. den Elektrodenkopf 3.For example, graphite, tungsten or other high-melting metals and metal carbides are suitable for the construction of the fixed electrodes 11. The electrodes are soldered or screwed into the electrode holder, for example in the form of copper tubes. The holder is fastened in the electrode head with interchangeable screws and is set up for continuous water cooling. The supply line 16a and discharge line 16b for the water cooling open into the electrode head 3.

Besondere Fortschritte werden hierbei erzielt, wenn gleichzeitig in diese Kühlwasserleitungen auch die Stromzuführungen für die Elektrode eingebaut sind.Particular progress will be made here if at the same time in these cooling water lines also built in the power supply for the electrode are.

Eine leichte Bedienung und hohe Betriebssicherheit bei der Handhabung der Anlage werden: auch vor allem durch eine neuartige Gestaltung der Tiegeleinheit 7 gewährleistet. Der innere, eigentliche Kupfertiegel 7a ist zentrisch in einen äußeren, mit Wasseranschlüssen 8 a und 8 b versehenen Kühltopf eingesetzt. Durch den Zwischenraum wird das Kühlwasser geführt. Ein in den Kühlmantel konzentrisch eingesetztes Leitblech 8 c bewirkt, daß die gesamte Außenfläche des Tiegels 7a schnellströmend vom Kühlwasser intensiv bestrichen wird. Es können dann keine Dampfblasen entstehen, und auch. bei ungünstigsten Bedingungen und Fehlführung der Elektrode wird ein Durchschmelzen des Tiegels weitestgehend unterbunden. Das besondere Merkmal der Tiegeleinheit für die Lichtbogenschmelzanlage ist ein im wesentlichen: horizontaler Ringteller 1 c, der gleichzeitig den oberen Flansch der Tiegeleinheit und den Boden des Vakuumkessels bildet. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Ringteller 1 c entsprechend Fig.1 innen etwas hochgewölbt ist, damit er einen Strahlungsschutz für die Isolation 10 b mit den Dichtungen gewährleistet und damit außerdem der Lichtbogen nicht durch eventuelle Spitzenwirkung abgelenkt werden kann. Schmelztiegel7a und Kühlmante17b sind mit Ringteller 1 c lösbar und auswechselbar vakuumdicht verschraubt. Beim Chargenwechsel bleiben diese Teile jedoch fest verbunden, so daß in keinem Fall der dichte Absehluß der Kühleinrichtung unterbrochen wird. So können beim Wechseln der Tiegeleinheit keine Wasserspritzer in den Schmelzraum gelangen. Außerdem ist eine schnelle Säuberung möglich.Easy operation and high operational reliability when handling of the system: also above all through a new design of the crucible unit 7 guaranteed. The inner, actual copper crucible 7a is centered in one outer, with water connections 8 a and 8 b provided cooling pot used. By the cooling water is routed through the space. One concentric in the cooling jacket used baffle 8c causes the entire outer surface of the crucible 7a to flow rapidly is brushed intensively by the cooling water. There can then be no vapor bubbles, and also. If the conditions are unfavorable and the electrode is misaligned, it will melt through of the crucible largely prevented. The special feature of the crucible unit for the arc melting system is essentially a: horizontal ring plate 1 c, at the same time the upper flange of the crucible unit and the bottom of the vacuum vessel forms. It has been found to be advantageous if the ring plate 1c accordingly Fig. 1 is slightly arched on the inside so that it provides radiation protection for the insulation 10 b guaranteed with the seals and thus also the arc does not go through possible peak effect can be distracted. Crucible 7a and cooling jacket 17b are detachably and interchangeably screwed vacuum-tight with ring plate 1 c. When changing batches However, these parts remain firmly connected, so that in no case the tight closure the cooling device is interrupted. So when changing the crucible unit no water splashes get into the melting chamber. Also, it is a quick cleanup possible.

Die aus den drei Teilen, nämlich Schmelztiegel, Kühltopf und Ringteller, bestehende Tiegeleinheit hängt in der Ruhestellung kippbar und schwenkbar in einer Gabel 13. Mittels des Fußhebels 14 läßt die Tiegeleinheit sich an den Mantel 1 b des Vakuumkessels andrücken, wo sie beim Evakuieren durch den äußeren Luftdruck selbsttätig vakuumdicht angepreßt wird. Auch die. Dichtung zwischen dem Schmelztiegel 7 a und der hochgewölbten Mitte des Ringtellers 1 c wird durch den äußeren Luftdruck zusätzlich gewährleistet.The three parts, namely the crucible, cooling pot and ring plate, existing crucible unit hangs in the rest position tiltable and pivotable in one Fork 13. By means of the foot lever 14, the crucible unit can be attached to the jacket 1 b of the vacuum vessel, where they are when evacuated by the external air pressure is automatically pressed vacuum-tight. Also the. Seal between the crucible 7 a and the arched center of the ring plate 1 c is due to the external air pressure additionally guaranteed.

Wie beim Elektrodenkopf sind auch die Stromzuführungen für den vom Tiegel gebildeten Pol des Lichtbogens mit den Zu- und Abführungsschläuchen für das Kühlwasser kombiniert, so daß beim Abheben des Tiegels keine Kontakte zu lösen sind. Im übrigen ergeben sich bei den beschriebenen Maßnahmen noch die Vorteile einer leichten Beweglichkeit des Tiegels und einer geringen Erwärmung auch im Dauerbetrieb.As with the electrode head, the power supply for the from The pole of the arc with the supply and discharge hoses for the crucible is formed Cooling water combined so that no contacts have to be loosened when the crucible is lifted off. In addition, the measures described still have the advantages of a easy mobility of the crucible and low heating even in continuous operation.

Für Schmelzen, die unter strömendem Schutzgas durchgeführt werden, wird erfindungsgemäß das Schutzgas in einer zur Lichtbogenzone geneigten Richtung in das Kesselinnere im wesentlichen entgegengesetzt zur Absaugrichtung eingeführt, 9, damit es nicht ohne Spülwirkung auf die eigentliche Schmelzzone wieder abgepumpt wird.For melts that are carried out under flowing protective gas, According to the invention, the protective gas is in a direction inclined to the arc zone introduced into the inside of the boiler essentially opposite to the suction direction, 9, so that it is not pumped out again without a flushing effect on the actual melting zone will.

Die Zarge 1 b des Vakuumkessels ist metallisch mit dem Gehäuse des Pumpensatzes verbunden. Letzteres ist durch Anschluß der Schutzerde gesichert. Durch eine doppelte Isolation 10 a und 10 b der Tiegeleinheit und der Elektrode gegenüber der Zarge wird :eine völlige Freiheit in der Verwendung von Schmelzströmen mit vorgegebener Erdung gewährleistet. Diese. Einrichtung gestattet auch den Betrieb mehrerer fest angeschlossener Schmelzanlagen verschiedener Art mit ein und derselben Hochstromquelle.The frame 1 b of the vacuum vessel is metallically connected to the housing of the pump set. The latter is secured by connecting the protective earth. A double insulation 10 a and 10 b of the crucible unit and the electrode with respect to the frame: ensures complete freedom in the use of melt currents with a given grounding. These. The device also allows the operation of several permanently connected melting plants of different types with one and the same high-current source.

Als weitere Einrichtungsteile können eine Nachschubeinrichtung 17 für die Probewerkstoffe mit Behälter 17a, Förderschnecke 17b und Fallrinne 17c vorgesehen sein.A replenishment device 17 for the sample materials with container 17a, screw conveyor 17b and chute 17c be.

Weiterhin kann zur besseren Schmelzbaddurchmischun.g und Stabilisierung des Lichtbogens in verschiedenen Fällen vorteilhaft eine Magnetspule 18 verwendet werden.Furthermore, for better mixing of the melt bath and stabilization of the arc, a magnetic coil 18 is advantageously used in various cases will.

Die Pumpen können durch Abscheider, Prallbleche und Siebe vor Verunreinigungen aus den Schmelzen geschützt werden.The pumps can be protected from contamination by separators, baffles and sieves be protected from the melt.

Um eine weitere Vereinfachung in der Bedienung zu gewährleisten, kann das Fluten der Vorpumpe automatisch erfolgen.In order to ensure a further simplification in the operation, can the backing pump is flooded automatically.

Alle wesentlichen Bauteile der Anlage sind mit Wasserkühlung ausgerüstet. Dadurch ist umgekehrt auch eine Heizung mit heißem Wasser zwecks teilweiser Entfernung von verunreinigenden Gasen möglich.All essential components of the system are equipped with water cooling. This is the other way around also a heater with hot water in order to partial removal of contaminating gases possible.

Zusammenfassend ergibt sich durch die beschriebenen Maßnahmen einer Vakuumlichtbogenschmelzanlage, die für die verschiedenartigsten Teste verwendbar ist und dabei stets einfach und betriebssicher arbeitet. Sie ist darüber hinaus aber auch zur Produktion kleinerer Metallmengen vorzüglich geeignet, wenn die Verwendung größerer Ofeneinheiten unrentabel wird.In summary, the measures described result in a Vacuum arc melting system that can be used for a wide variety of tests and always works simply and reliably. She is beyond but also ideally suited for the production of smaller amounts of metal, if the use larger furnace units becomes unprofitable.

Claims

PATENT CLAIM: 1. Vacuum arc melting system for smoldering Quantities of refractory materials of a metallic character, characterized by that in the lid of the vacuum vessel an optionally exchangeable electrode head is used with a permanent electrode or a consumable electrode.

2. Vacuum arc melting plant according to claim 1, characterized in that the vacuum vessel, which is also the crucible with cooling jacket and the cover with the exchangeable electrode head, by means of the suction nozzle is attached to a control panel at a height that is a enables convenient operation and observation.

3. Vacuum arc melting system after Claim 1 or 2, characterized in that the electrode head has handles is provided, which on the one hand allow pivoting of the electrode, but on the other hand also known control buttons etc. for several of the essential for melting, carry auxiliary devices housed in the control panel that come from an ignition device for the arc, a control device for the arc current and a device to raise and lower the electrode head.

4. Vacuum arc melting plant according to claims 1 to 3, characterized in that the electrode head with the permanent electrode carries a combination of two spiral springs, one of which the swiveling electrode head is supported against the lid of the vacuum vessel and comprises the flexible electrode neck while the other is above the electrode center is attached to the top and thus a centering force on the electrode exercises.

5. Vacuum arc melting system according to claims 1 to 4, characterized in that that the bottom of the vacuum vessel is welded to the cooling jacket of the crucible, Soldering od. The like. Is united so that they form a unitary part and with The crucible used can be removed as a whole from the vacuum vessel and are not connected to the vacuum tank by bolts, screws or the like, but are only pressed vacuum-tight against the boiler by the external air pressure.

6. Vacuum arc melting plant according to claim 5, characterized in that the crucible, cooling jacket and Boiler bottom existing unitary lower part of the plant carried by a device which causes this part of the system to be raised and lowered by means of foot control.

7. Vacuum arc melting system according to claims 1 to 6, characterized in that that the ring plate (1 c) located between the crucible and vacuum vessel in its Center, on the attachment ring of the crucible tank shell, is so high that the electrical Insulation that separates the crucible from the boiler through the domed inner edge of the Ring plate (1c) is protected against thermal radiation from the arc. B. Vacuum arc melting plant according to claims 1 to 7, characterized in that the pump set has high vacuum pumps according to the root principle. Publications considered: German Patent Specifications No. 716 705, 862 220; German utility model No. 1687 234; U.S. Patents No. 2,686,822, 2,541,764; British Patent No. 519 097; French patent specification No. 1056 483; Miners and hut men. Monthly booklets, July / August 1955, pp. 193 to 201.