DE2805660A1 - Vacuum arc furnace for melting refractory metals - has walls cooled by liq. sodium potassium alloy to reduce explosion risk - Google Patents
Vacuum arc furnace for melting refractory metals - has walls cooled by liq. sodium potassium alloy to reduce explosion riskInfo
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Abstract
Description
OFEN ZUM VAKUUM-LICHTBOGENSCHMELZEN VON REAKTIVEN METALLEN Die vorliegende Erfindung betrifft Öfen zum Vakuum-Lichtbogenschmelzen von reaktiven Metallen, wie Titan und Zirkonium, und kann beim Schmelzen von hochschmelzenden Metallen, wie Wolfram und Molybdän, Verwendung finden. FURNACE FOR VACUUM ARC MELTING OF REACTIVE METALS The present Invention relates to furnaces for vacuum arc melting of reactive metals such as Titanium and zirconium, and can be used in the melting of refractory metals, such as Tungsten and molybdenum, find use.
Es ist ein Ofen zum Vakuum-Lichtbogenschmelzen von Titan oder Legierungen auf Titanbasis bekannt (sieh. Anlagenblatt Er. L'/A03, April 71, Firma Leybold Heraus). Dieser Ofen besitzt eine Vakuumkammer, mit einem Deckel, in dem ein Elektrodenhalter oberhalb der Kühlkokille befestigt ist, @@ bei die Kühlkokille von unten mit einen. abnehrbaren gekühlten Untersatz dicht abgeschlossen wird. Die Kühlräume der Kühlkokille, des Untersatzes und des Elektrodenhalters sind mit einem Flüssigmetallwärmeträger(der eutektischen Legierung NaK) gefüllt. It is a furnace for vacuum arc melting of titanium or alloys on a titanium basis known (see Appendix sheet Er. L '/ A03, April 71, Leybold Out). This oven has a vacuum chamber, with a lid, in which an electrode holder is attached above the chill, @@ at the chill from below with a. removable refrigerated saucer is sealed tightly. The cold rooms of the chill mold, of the stand and the electrode holder with a liquid metal heat transfer medium (the eutectic alloy NaK).
Als Kühf wird in der Vakuumkammer Wasser eines ersten Kühlkreislaufes eingesetzt. Der Kühlraum der Kokille und der des Untersatzes sind untereinander und mit einer Ausdehnungskammer sowie durch Rohre mit einem getrennt aufgestellten luft- oder wassergekühlten Warmeaustrluscher eines zweiten Kühlkreislaufes verbunden. Der Kühlraum des Elektrodenhalters wird ebenfalls durch Rohre jedoch nit einem aneines deren (eigenen) Wärmeaustauscher dritten Kühlkreislaufes verbunden. Water from a first cooling circuit is used as cooling in the vacuum chamber used. The cooling space of the mold and that of the base are one below the other and with an expansion chamber and through pipes with a separately erected one connected air or water-cooled heat outlet of a second cooling circuit. The cooling space of the electrode holder is also made up of tubes, but not one at a time their (own) heat exchanger connected to the third cooling circuit.
Für den Fall einer eventuellen therqischen Ausdehnung des Flüssigmetallwärmeträgers ist der Ofen mit zwei mit einem inerten Gas (Argon) gefüllten Ausdehnungsgefäßen versehen. Außerdem ist in den Kreislauf der Kokille und des Untersatzes eine Vorrichtung zur Reinigung des Flüssigmetallwärmeträgers von Oxiden eingeschaltet. Infolge von Erosions- und Korrosionsangriffen auf die Rohrleitungen, die durch den umlaufenden Flüssigmetallwärmeträger hervorgerufen werden, kann jedoch während des Betriebes ein Auswurf flüssigen Alkalimetalls aus dem Außenteil des Kreislaufs erfolgen. Die Voraussage und die Kontrolle von Zerstörungen dieser Art sind recht beschränkt. In the event of a possible thermal expansion of the liquid metal heat transfer medium is the furnace with two expansion vessels filled with an inert gas (argon) Mistake. In addition, a device is in the circuit of the mold and the base switched on to clean the liquid metal heat transfer medium from oxides. As a consequence of Erosion and corrosion attacks on the pipelines, which run through the surrounding Liquid metal heat transfer medium can be caused, however, during operation an expulsion of liquid alkali metal will occur from the outer part of the circuit. the Prediction and control of this type of destruction are quite limited.
Darüber hinaus, ist es möglich, daß bei einer mangelhaften Reinigung der eutektischen Legierung die Rohrleitungen des Kühlkreislaufes der Kühlkokille und des Untersatzos mit festen Oxiden des Wärmeträgers dicht varstopft werden, wodurch der Betrieb des Ofens gestört werden kann. In addition, it is possible that if the cleaning is inadequate of the eutectic alloy, the pipes of the cooling circuit of the chill mold and the saucer tightly stuffed with solid oxides of the heat carrier which can disrupt the operation of the furnace.
Aus diesem Grunde stellt der Betrieb des Außenteils des Kühlkreislaufes mit einem Flüssigmetallwärmeträger eine gewisse Gefahr dar und demzufloge wird die Betriebssicherheit des Schmelzofens scharf herabsgesetzt. Weiter kann die Zerstörung der Rohre im luftgekühlten oder wassergekühlten Wärmeaustauscher eine Explosion bzw. ein Feuer hervorrufen. For this reason, the operation of the outer part of the cooling circuit with a liquid metal heat transfer medium poses a certain risk and therefore the The operational safety of the melting furnace is sharply reduced. The destruction can continue the pipes in the air-cooled or water-cooled heat exchanger cause an explosion or cause a fire.
Erfinern Von den wurde eine Einrichtung zum Vakuum-Lichtbogenschmelzen von Titan oder dessen Legierungen unter Ansatzbildung entwickelt, welche ohne Außenteil des Kühlkreislaufes mit einem Flüssigmetallwärmeträger arbeitet el Bei dieser Einrichtung befindet sich das Kühlmitt (die eutektische Legierung KaK) nur im Kühlraum der mit der Ausdehnungskammer verbundenen Kokille In diesen mit dem Kühlmittel gefüllten Kühlraum ist ein wassergekühlter Wärmeaustauscher eingebaut, der ein Signal über eine eventuelle Leckage von Wasser oder eutektischer Legierung NaK bei einer Störung an den Rohrleitungen des Wärmeaustauschers algibt. Invention of the was a device for vacuum arc melting developed from titanium or its alloys with formation of roots, which without an outer part of the cooling circuit with a liquid metal heat transfer medium works with this device the coolant (the eutectic alloy KaK) is only located in the cooling chamber of the with The mold connected to the expansion chamber In this filled with the coolant A water-cooled heat exchanger is installed in the cold room, which sends a signal over a possible leakage of water or eutectic alloy NaK in the event of a fault on the pipes of the heat exchanger.
Der Versuch einen eventuellen Kontakt zwischen dem Wase ser und der Legierung NaK mit Hilfe vorgesehner Konstrukzu vermeiden tionselemente und eine dauernde Überwachung der Dichtigkeit zu gewährleisten, des Wärmeaustauschers während des Schmelzvorganges @@@@ti bedingt jedoch einen etwas komplizierten Ofenaufbau <> und gewährleistet eine völlig sicheren Betrieb des Ofens.The attempt to establish a possible contact between the water and the Alloy NaK with the help of intended construction elements and a to ensure constant tightness monitoring of the heat exchanger during However, the melting process @@@@ ti requires a somewhat complicated furnace structure <> and ensures a completely safe operation of the furnace.
<nicht.> Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Beseitigung der erwähnten Schwierigkeiten. <not.> The purpose of the present invention consists in eliminating the difficulties mentioned.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen zum Vakuum-Lichtbogenschmelzen von reaktiven Metallen zu schaffen, dessen Allfbau eine Explosionssicherheit des Ofens gewährleistet, die Betriebssicherheit des Ofens ernöht und eine bessere Bedienung ermöglicht. The invention is based on the object of a furnace for vacuum arc melting of reactive metals, the construction of which is explosion-proof Oven guarantees, the operational safety of the oven increases and better operation enables.
bei em Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß ein Ofen zum Vakuum-Lichtbogenschmelzerl von reaktiven Metall n der eine Kühikokille besitzt, wobei diese von unten mit einem abnehmbaren gekühlten Untersatz und von oben mit einer gekühlten Vakuumkammer dicht abgeschlossen wird,und in dem Deckel der Vakuumkammer ein gekühlter Elektrodenhalter beweglich befestigt ist und die Kühlräume der Kühlkokille des Untersatzes und des Elektrodenhalters init einem Flüssigmetallwärmeträger gefüllt und mit einer Ausdehnungskammer verbunden werden und der Ofen mit einem Wärmeaustauschumlaufkreis einschließlich eines wassergekühlten Wärmeaustauschers versehen ist, gefläß der Erfindung im Ofen < > Röhrenwärmeaustauscher <je ein> im Kühlraum der Kühlkokille, des Untersatzes, des Elektrodenhalters und der Vakuumkammer, vorgesehen ist und gefüllten diese mit dem Umlaufkreis, <mit einem dem Flüssigmetallwärmeträger und Wasser gegenüber chemittel> misch neutralen Kühl verbunden sind, wobei zwischen der Innenwand der Kühlkokille und dessen Röhrenwarmeaustauscher eine Abschirmung in Form einer hohlen Zylinderwand angebracht ist und zwischen der Abschirmung und der Außenwand der Kühlkokille im Ober- und Unterteil Metallstreifen beentlang festigt sind, die mehrgängigen Schraubenlinien verlaufen und Kanäle bilden, denen gegenüber an Außenseite Förderer der Kühlkokille elektromagnetische aufgestellt sind. in em, the problem is solved by using a furnace for vacuum arc melting of reactive metal n which has a cooling mold, this from below with a removable cooled base and sealed from above with a cooled vacuum chamber is completed, and a cooled electrode holder in the lid of the vacuum chamber is movably attached and the cooling chambers of the cooling mold of the pedestal and the Electrode holder filled with a liquid metal heat transfer medium and with an expansion chamber are connected and the furnace with a heat exchange circuit including a water-cooled heat exchanger is provided, vessel of the invention in the furnace <> Tubular heat exchanger <one each> in the cooling chamber of the cooling mold, des Base, the electrode holder and the vacuum chamber, is provided and filled this with the circulation circuit, <with a liquid metal heat transfer medium and water compared to chemical agents> mixed neutral cooling are connected, with between the Inner wall of the chill and its tubular heat exchanger a shield in Mounted in the form of a hollow cylinder wall is and between the Shielding and the outer wall of the chill in the upper and lower part are metal strips be along, the multiple helical lines run and form channels, opposite which on the outside conveyor of the chill mold electromagnetic set up are.
n Die Unterbringung von Röhrenwärmeaustauscher in den Kühlräumen der Kühlkokille, des Untersatzes, der Vakuumkammer und des Elektrodenhalters läßt den Aufbau des Wärmeaustauschkreislaufes des Ofens durch die Reduzi rung der Anzahl von Armaturen, Rohren und Umwälzpumpen für die fliissige Legierung NaK vereinfachen. Bei einer Beschädigung der Wand des Röhrenwärmeaustauschers entstehen keine explosionsgefährlichen Situationen, weil die Legierung NaK dem Diphenylgemisch gegenüber, mit welchem die erwähnten Röhrenwärmeaustauscher gefüllt sind, chemisch neutral ist. n The placement of tubular heat exchangers in the cold rooms the chill, the base, the vacuum chamber and the electrode holder the structure of the heat exchange circuit of the furnace by reducing the number of fittings, pipes and circulation pumps for the liquid alloy NaK. If the wall of the tubular heat exchanger is damaged, there is no explosion hazard Situations because the alloy NaK compared to the diphenyl mixture with which the tube heat exchangers mentioned are filled, is chemically neutral.
Die Ausführung der Abschirmung mit einem mit Argon gefüllten Hohlraum ermöglicht im Falle eines Durchbrandes der Abschirmungswand mit dem Lichtbogen eine Notmeldung zu erhalten. The design of the shield with a cavity filled with argon allows in the event of a burn through the shielding wall with the arc Receive emergency notification.
Die Abschirmung im Kühlraum der Kokille gemeinsam mit dessen Innen- und Außenwänden bilden im Kühlraum der kokille einen Wärmeaustauschkrei sl auf, der die besten Kühlbedingungen für die Arbeitswand (Innenwand) der Kühlkokille beim Ein mittel satz der Legierung NaK als Kühl gewährleistet. The shielding in the cooling chamber of the mold together with its interior and outer walls form a heat exchange circuit sl in the cooling chamber of the mold, which provides the best cooling conditions for the working wall (inner wall) of the chill mold A medium rate of the alloy NaK as cooling is guaranteed.
Das Vorhandensein von mehrgängigen Kanälen im oberen und unteren Teil des Kühlraums der Kokille und denen gegeförderern es nüber liegenden elektromagnetischen laßt zu, die Legierung NaK in vorgegebener Richtung, nämlich längs der Wände der Kühlkokille einzuleiten. Dabei wird eine ausreichende Abkühlung der Wände erzielt. Die Kühlung der Kodem kille mit einem Flüssigmetallwärmeträger und Wasser gegenüber chemisch neutralen Kühl stoff gewährleistet völlige Explosionssicherheit und erhöh folglich die Betriebssicher heit des Kühlumlaufkreises. The presence of multi-pass canals in the upper and lower Part of the cold room of the mold and those counter-promoted it over lying electromagnetic allow the alloy NaK in a given direction, namely to initiate along the walls of the chill mold. This is a sufficient Cooling of the walls achieved. The Kodem kille is cooled with a liquid metal heat transfer medium and water against chemically neutral coolant ensures complete explosion protection and consequently increases the operational safety of the cooling circuit.
Eine solche Ausführung des Ofens schließt aus, daß Wasser in die Schmelzkammer des Ofens und in die Legierung hohe NaR geraten wird, unci gewährleistet Betriebssicherheit des Umlaufkreises und einen einfachen Aufbau desselben. Such a design of the furnace precludes water from entering the Melting chamber of the furnace and getting into the alloy high NaR is guaranteed Reliability of the circulation circuit and a simple structure of the same.
Es ist zweckmäßig, im unteren Teil der hohlen Abschirmung einen Leckanzeiger vorzusehen, der eine Vorrichtung mit E-Eontakten darstellt. It is useful to have a leak detector in the lower part of the hollow shield to be provided, which represents a device with e-contacts.
Falls die Abschirmung beschädigt wird und in den Hohlraum derselben Metall eindringt, spricht der Leckanzeiger an und erteilt ein elektrisches Notsignal. If the shield is damaged and into the cavity of the same If metal penetrates, the leak detector responds and emits an electrical emergency signal.
Es empfiehlt sich an der hohlen Abschirmung einen Druck geber vorzusehen, der elektrisch mit einem Störungsmelder verbunden wird. It is advisable to provide a pressure transducer on the hollow shield, which is electrically connected to a malfunction indicator.
Der an der Abschirmung vorhandene und mit dem Störung es melder elektrisch verbundene Druckgeber läßt zu, ein Signal über die Beschädigung der Wand der hohlen Abschirmung recht zeitig zu erhalten. The one present on the shield and with the malfunction detector electrical connected pressure transducer allows a signal about the damage to the wall of the hollow Get shielding in good time.
Zur Erläuterung der Erfindung wird nachstehend ein Aus eines führungsbeispiel Ofens unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung des Ofens gemäß der Erfindung in einem vertikalen Längsschnitt, Fig. 2 den unteren Teil der Abschirmung it einem Leckanzeiger und einer Signallampe in einem vertikalen Schnitt, Fig. 3 den oberen Teil der Kühlkokille mit der Abentlang schirmung und Metallstreifen, die mehrgängigen Schraubenlinien verlaufen und Kanäle bilden, in stellung Der Ofen zum Vakuum-Lichtbogenschmelzen von reaktiven eine Metallen besitzt Kühlkokille 1 (Fig.1), die von unten mit einem abnehmbaren gekühlten Untersatz 2 und von oben mit einer gekühlten Vakuumkammer 3 mit einem btAckel 4 dicht abgeschlossen wird, wobei in dem Deckel der Vcikllunkammer ein gekühlter Elektrodenhalter 5 mit einer selbstverzehrenden Elektrode 6 befestigt wird. To explain the invention, an exemplary embodiment is shown below Furnace with reference to the enclosed Drawings described. It shows: FIG. 1 a schematic representation of the furnace according to the invention in FIG a vertical longitudinal section, Fig. 2 the lower part of the shield with a Leak detector and a signal lamp in a vertical section, Fig. 3 the upper one Part of the chill with the downshield and metal strips, the multi-thread Helical lines run and channels form, in position The furnace for vacuum arc melting of reactive metals has a chill 1 (Fig.1), which from below with a removable cooled base 2 and from above with a cooled vacuum chamber 3 is tightly sealed with a cover 4, with the Vcikllunkammer in the cover a cooled electrode holder 5 with a consumable electrode 6 attached will.
Die Kühlkokille 1 verfügt über einen Metallschmelzraum 7 und einen Hohlraum 8 zwischen der Innenwand 9 und der mitte Außenwand 10, durch welchen sich ein Kühl bewegt. In diesem Hohlraum 8 ist ein Röhrenwärmeaustauscher 11 untergebracht, wobei zwischen diesem und der Innenwand 9 die Abeiner schirmung 12 (Fig. 2 und 3) in Form hohlen Zylinderwand vorgesehen wird. Zwischen der Abschirmung 12 und der Außenwand 10 der Kühlkokille 1 sind im oberen und unteren Boent t:in. The chill 1 has a metal melting chamber 7 and a Cavity 8 between the inner wall 9 and the middle outer wall 10, through which a cool moves. A tubular heat exchanger 11 is housed in this cavity 8, between this and the inner wall 9, the Abeiner shielding 12 (Fig. 2 and 3) is provided in the form of a hollow cylinder wall. Between the shield 12 and the Outer wall 10 of the chill 1 are in the upper and lower Boent t: in.
reich derselben Metallstreifen 13 befestigt, die mehrgängigen Schraubenlinien verlaufen und Kanäle 14 bilden. Gogenüber den Streifen sind an der Außenseite der Kühlkokille 1 elektromagnetische Förderer 15 (Fig. 1), zum Beispiel Wechelstromständer installiert, wobei diese ein elektromagnetisches Drehfeld erregen, daß die Legierung NaK durch die helikoidalen Kanäle 14 (Fig. 3) und folglich durch den ganzen Umlaufkreis in Bewegung versetzt. Im unteren Teil der Abschirmung 12 (Fig. 2) ist ein Leckanzeiger 16 vorgesehen, der eine Vorrichtung mit F-Kontakten (eine Kerze) darstellt und elektrisch mit einer Signallampe 17 und einer Stromquell e 18 verbunden ist. Wenn das Flüssigmetall ön die gontokto des Leckanzeigers 16 bei einer Leckage des Flüssigmetallwärsich meträgers gelangt, schließt der Stromkreis, und dies wird von der Signallampe 17 gemeldet. richly attached to the same metal strip 13, the multiple helical lines run and channels 14 form. Gogenüber the stripes are on the outside of the chill 1 electromagnetic conveyor 15 (Fig. 1), for example AC stands installed, which excite a rotating electromagnetic field, that the alloy NaK through the helicoidal channels 14 (Fig. 3) and consequently through set the whole orbit in motion. In the lower part of the shield 12 (Fig. 2) a leak detector 16 is provided, which is a device with F-contacts (a candle) and electrically with a signal lamp 17 and a power source e 18 is connected. When the liquid metal ön the gontokto of the leak detector 16 If the liquid metal heat carrier leaks, the circuit closes, and this is reported by the signal lamp 17.
Außerdem wird an der Abschirmung 12 (Fig. 1) ein Druckgeber 19 angebracht, der mit einem Störungsmelder (in den Zeichnungen nicht dargestellt) elektrisch verbunden ist. Die Abschirmung 12 bildet einen geschlossenen Wärmeaustauschkrei lauf, der mit Argon (Ar) mit einem Druck von max. 1,1 ata gefüllt ist, und schützt den Röhrenwärmeaustauscher 11 gegar. In addition, a pressure transducer 19 is attached to the shield 12 (Fig. 1), which is electrically connected to a malfunction indicator (not shown in the drawings) is. The shield 12 forms a closed heat exchange circuit, the is filled with argon (Ar) with a pressure of max. 1.1 ata and protects the tubular heat exchanger 11 cooked.
die Zerstörungsangriffe des Lichtbogens bei einem Durchbrand der Innenwand 9 der Kühlkokille 1. Das Argon wird in die Abschirmung 12 durch ein Rohr 20 eingeleitet. Der Druckgeber Z (ein Manometer) spricht bei einem Druck unter 1,05 ata an In mittleren Teil der Außenwand 10 der Kühlkokille 1 ist ein Kompensator - 21 für die Beseitigung von axle len Verformungsbeanspruchungen, die bei der Wärmeausdehnung der Kühlkokille 1 während des Schmelzens des i.etalls im Ofen entstehen, vorgesehen.the destructive attacks of the arc when the inner wall burns through 9 of the chill 1. The argon is introduced into the shield 12 through a pipe 20. The pressure transmitter Z (a manometer) responds to a pressure below 1.05 ata in medium Part of the outer wall 10 of the chill 1 is a compensator - 21 for removal from axle len deformation stresses that occur during thermal expansion the cooling mold 1 arise during the melting of the i.etalls in the furnace, provided.
Der Kühlraum 8 der Kühlkokille 1 ist mit clncm Flüssigmetallwärmeträger, zum Beispiel der eutektischen Legierung 0°C liegenden NaK mit einem unter Schmelzpunkt (-12°C) gefüllt. Der Röhrenwärmeaustauscher 11, der im Kühlraum 8 der kokille 1 einem untergebracht ist, wird mit einen der Legierung NaK und mittel Wasser gegenüber chemisch neutralen Rühl (Wärmeträger) mittel gefüllt. Als Kühl können ionische und siliziumorganische Wärmeträger, zum Beispiel ein Diphenylgemisch aus 26,5 Gew.-% Diphenyl und 73,5 Gew.-% Diphenyläther mit oinem Schmelzpunkt von +12,30C eingesetzt werden. Der abnehmbare gekühlte Untersatz 2 besitzt einen hohlraum 22 zum Durchmittels gang des Kühl in welchem ein Röhrenwärmeaustauscher 23 untergebracht ist. Der Kühlraum 22 des Untersatzes 2 wird mit dem Kühlraum 8 der Kühikokille 1 über einen flexiblen Schlauch 24 verbunden. Der obere Bereich des Kühlraumes 8 der Kühlkokille 1 hat seinerseits Verbindung über einen anderen flexiblen Schlauch 25 mit einer Ausdehnungskammer 26, die ein Manometer 27 besitzt. The cooling space 8 of the chill 1 is made of liquid metal heat transfer medium, for example the eutectic alloy NaK lying at 0 ° C with a below melting point (-12 ° C) filled. The tubular heat exchanger 11, which is located in the cooling space 8 of the mold 1 one is housed, one is opposed to the alloy NaK and medium water chemically neutral Rühl (heat transfer medium) medium filled. As a cooling can ionic and organosilicon heat transfer medium, for example a diphenyl mixture of 26.5% by weight Diphenyl and 73.5% by weight of diphenyl ether with a melting point of + 12.30C are used will. The removable refrigerated base 2 has a cavity 22 for through-means passage of the cooling in which a tubular heat exchanger 23 is housed. The cold room 22 of the base 2 is connected to the cooling space 8 of the cooling mold 1 via a flexible Hose 24 connected. The upper area of the cooling space 8 of the cooling mold 1 has in turn, connection via another flexible hose 25 to an expansion chamber 26, which has a pressure gauge 27.
Das Manometer 27 ist auf einen Ansprechdruck unter 1,0' ata bei einer Zerstörung der Wand 9 der Kühlkokille 1 bzw. The pressure gauge 27 is set to a response pressure below 1.0 'ata at a Destruction of the wall 9 of the chill 1 or
der Wand des Untersatzes 2 oder der Wand der Vakuumkammer 3 sowie auf einen Ansprechdruck von 1,6 bis 1,7 ata bei einer Verletzung der Dichtigkeit der Röhrenwärmeaustauscher eingestellt.the wall of the base 2 or the wall of the vacuum chamber 3 as well to a response pressure of 1.6 to 1.7 ata with a injury the tightness of the tubular heat exchangers is set.
Die Vakuumkammer 3 wird mit der Ausdehnungskammer 26 über einen Stutzen 28 verbunden. The vacuum chamber 3 is connected to the expansion chamber 26 via a nozzle 28 connected.
Der Kühlraum 29 der Vakuumkammer 3 ist mit der Legierung NaK gefüllt, in welcher ein Röhrenwärmeaustauscher 30 angeordnet ist. The cooling space 29 of the vacuum chamber 3 is filled with the alloy NaK, in which a tubular heat exchanger 30 is arranged.
Der Kühlraum 31 des Elektrodenhalters 5 ist zu zwei metall Drittel mit einem Flüssigwärmeträger gefüllt, wobei dieser einen Röhrenwärmeaustauscher 32 umfließt. Für die Überwac=ung des Druckes des Gaskissens (des Argonkissens) Im gas-.gefüllten Raum 31 des Elektrodenhalters 5, ist ein EontaKtmanometer 33 vorgesehen, das auf einen Ansprechdruck unter 1,05 ata eingestellt ist.The cooling chamber 31 of the electrode holder 5 is two thirds of metal filled with a liquid heat transfer medium, this being a tubular heat exchanger 32 flows around. For monitoring the pressure of the gas cushion (the argon cushion) Im gas-filled space 31 of the electrode holder 5, an EontaKtmanometer 33 is provided, which is set to a response pressure below 1.05 ata.
Die Röhrenwärmeaustauscher 11, 23, 30 und 32 sind untereinander mittels Rohren 34 verbunden, die in einen Wärmeaustauscher 35 für die Kühlung des Diphenylgemisches mit Wasser einlaufen, wobei das Diphenylgemisch im Kreislauf unter Wirklung einer Pumpe 36 umläuft. The tubular heat exchangers 11, 23, 30 and 32 are mutually means Pipes 34 connected into a heat exchanger 35 for cooling the diphenyl mixture run in with water, the diphenyl mixture in the circuit under the action of a Pump 36 rotates.
Der Kreislauf enthalt ein Ausdehnungsgefäß 37, das mit Stickstoff oder Argon gefüllt ist und in welchem der Druck des Gasmediums von einem Kontaktmanometer 38 überwacht wird, wobei das Manometer auf das Ansprechen bei einer Senkung dc Druckes unter den vorgegebenen Betriebsdruck um 0,2 oder 0,3 at eingestellt ist ubd ein Signal über Undichtigkeit des Diphenylgemischkreislaufes sowie auch der Wärmeaustauscher der einzelnen Ofeneinheiten erteilt. Für den Ablaß des Diphenylgemisches ist ein Gefäß 39 vorgesehen. The circuit contains an expansion vessel 37, which is filled with nitrogen or argon is filled and in which the pressure of the gas medium from a contact manometer 38 is monitored, the pressure gauge responding to a decrease in dc pressure ubd is set below the specified operating pressure by 0.2 or 0.3 at Signal of leakage of the diphenyl mixture cycle and the heat exchanger of the individual furnace units is also issued. For the drain of the Diphenyl mixture, a vessel 39 is provided.
Das Wasser wird in den wassergekühlten Wärmeaustauscher 35 mittels einer Pumpe 40 aus einem Behälter 41 gepumpt. The water is in the water-cooled heat exchanger 35 by means a pump 40 is pumped from a container 41.
Der Ofen funktioniert wie folgt: Nachdem die selbstverzehrende Elektrode 6 (Fig. 1) am Elektrodenhalter 5 befestigt ist und das Vakuum im Ofen den vorgegebenen Wert erreicht hat, wird Spannung am Ofen angelegt und der Schmelzprozeß des Metalls einbeleitet. Je nach dem Verbrauch der Elektrode 6 und dem Wachstum des Blokkes versetzt sich die Brennzone des Lichtbogens allmählich aufwärts. Dabei nehmen die Innenwand 9 der Kühlkokille 1 sowie die Wände des Untersatzes 2, der Vakuumkammer 3 und des Elektrodenhalters 5 die vom Lichtbogen entwickelte Wärme auf und übertragen dieselbe auf den Flüssigmetallwärmeträger und danach über die Wärmeaustauscher der Ofeneinheiten auf das Diphenylgemisch, das im geschlos£,enen Würmeauntauschkreislauf umläuft. Das im wassergekühlten Wärmeaustauscher 35 gekühlte Diphenylgemisch wird mit Hilfe der Pumpe 36 über die Rohre 34 in die Wärmeaustauscher der Ofeneinheiten zurückgeführt. The oven works as follows: Having the consumable electrode 6 (Fig. 1) is attached to the electrode holder 5 and the vacuum in the oven is the specified When the value is reached, voltage is applied to the furnace and the metal is melted initiated. Depending on the consumption of the electrode 6 and the growth of the block the burning zone of the arc moves gradually upwards. They take Inner wall 9 of the chill 1 and the walls of the base 2, the vacuum chamber 3 and the electrode holder 5, the heat developed by the arc on and transferred the same on the liquid metal heat transfer medium and then on the heat exchanger of the Furnace units on the diphenyl mixture, which is in the closed Würmeauntauschkreislauf running around. The diphenyl mixture cooled in the water-cooled heat exchanger 35 is with the aid of the pump 36 via the pipes 34 into the heat exchangers of the furnace units returned.
Die Wärmeübertragung in dem Elektrodenhalter 5, der Vakuumkammer 3 und dem Untersatz 2 erfolgt bei freier Konvektion der Legierung NaK in den Kühlräume In der Kühlkokille 1, der am meisten wärmebelasteten Ofenenheit, in welcher die freie Konvektion für die Aufrecht erhaltung vorgegebenen Temperatur (25C3C bis 300°C) an der Innenwand 9 nicht ausreicht, wird Ic Zirkulotion des Flüssigmetallwärmeträgers mit Hilfe von den elektromagnetischen Förderern 15 verwirklicht. Die Förderer zwingen den Flüssigmetallwärmeträger, indem sie ihn durch mehrgängige helikoidale Kanäle in Drehbewegung versetzen, <durch> den Kreis-<> lauf zu laufen. The heat transfer in the electrode holder 5, the vacuum chamber 3 and the base 2 takes place with free convection of the alloy NaK in the cold rooms In the chill 1, the most heat-loaded furnace in which the free Convection for maintaining specified temperature (25C3C to 300 ° C) on the inner wall 9 is not sufficient, Ic is circulating lotion of the liquid metal heat transfer medium realized with the help of the electromagnetic conveyors 15. Force the sponsors the liquid metal heat transfer medium by passing it through multiple helicoidal channels set in rotary motion to run <through> the circle - <> run.
auf diese Weise wird der Wärmeübergang im Kühlraum der Kühlkokille viel intensiver. Durch die elektromagnetischen Förderer 15, die an den Stirnwänden der Kühlkokille 1 angebracht sind, wird die Wirkung des Drehfeldes auf den Lichtbogenschmelzprozeß und die Erstarrung des Blockes beseitigt. in this way, the heat transfer in the cooling chamber of the cooling mold much more intense. By the electromagnetic conveyor 15, which is on the end walls the chill 1 are attached, the effect of the rotating field on the arc melting process and the solidification of the block removed.
Zu Beginn des Schmelzvorganges, wenn der Lichtbogen im unteren Bereich der Kühlkokille 1 brennt, wird das obere elektromagnetische Förderer 15 betrieben. At the beginning of the melting process, when the arc is in the lower range the chill 1 burns, the upper electromagnetic conveyor 15 is operated.
Nachdem der Schmelzvorgang oberhalb der Mittelinie der Kühlkokile 1 abzulaufen beginnt, erfolgt automatisch eine Umschaltung und der untere Förderer 15 schaltet zu, wobei der obere abgestellt wird. Am Ende des Schmelzvorganges wird die abgeschaltet, es Spannung am Ofen arbeitet jedoch das Kühlsystem weiter. Bei einem Durchbrand der Innenwand 9 der Kühlkokille 1 oder der Ward des Untersatzes 2 spricht das Kontaktmanometer 27 der Ausdehnungskammer 26 an. After the melting process above the center line of the chill mold 1 begins to run down, there is an automatic switchover and the lower conveyor 15 switches on, whereby the upper one is switched off. At the end of the melting process which is switched off, there is voltage on the furnace but the cooling system continues to work. at a burn through of the inner wall 9 of the cooling mold 1 or the ward of the base 2 responds to the contact manometer 27 of the expansion chamber 26.
Der Ofen wird automatisch stillgesetzt. The furnace is automatically shut down.
Falls die Schutz;ibschirmung 12 beschädigt wird, spricht der Kontaktlekanzeiger 16 an und erteilt ein Signal zur automatischen Abschaltung des Ofens. Dabei zeigt das Manometer 19 einen entsprechenden Druckwert an. If the protective screen 12 is damaged, the contact leak indicator speaks 16 and gives a signal to automatically switch off the oven. It shows the pressure gauge 19 shows a corresponding pressure value.
Das Kontaktmanometer 33 meldet eine Undichtigkeit oder eine Zerstörung des Elektrodenhalters 5. The contact manometer 33 reports a leak or destruction of the electrode holder 5.
Der erfindungsgemäße Ofen zum Vakuum-Lichtbogenscnmelzen von reaktiven Metallen in Verbindung mit den darin eingesetzten Kontaktmeldegeräten ermöglicht es, einer Explosion beim Durchbrand der Wand der Kühlkokille 1 vorzubeugen sowie die Bedienungs- und Betriebssicherheit des Ofens zu erhöhen. The furnace according to the invention for vacuum arc melting of reactive Metals in connection with the contact reporting devices used therein it to prevent an explosion when the wall of the cooling mold 1 burns through, as well as to increase the operating and operational safety of the furnace.
genüber an der Außenseite der Eühlkokille (1) elektromagnetische Fördererinstalliert sind.Electromagnetic conveyors are installed opposite on the outside of the cooling mold (1) are.
2. Ofen nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß im unteren Abschnitt der hohlen Abschirmung (12) ein teckanzeiger montiert ist, der eine Vorrichtung (16) mit E-Kontakten darstellt. 2. Oven according to claim 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, that a teck indicator is mounted in the lower section of the hollow shield (12), which represents a device (16) with E-contacts.
3. Ofen nach Anspruch 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß an der hohlen Abschirmung (12) ein Druckgeber (19) angebracht ist, der elektrisch mit eine¢ Störungsmelder (17) verbunden ist. 3. Furnace according to claim 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, that on the hollow shield (12) a pressure transducer (19) is attached, which electrically is connected to a ¢ malfunction indicator (17).
Claims (1)
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| DE19782805660 DE2805660C2 (en) | 1978-02-10 | 1978-02-10 | Furnace for vacuum arc melting of reactive metals |
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-
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