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Für einen LicltCoogenofen bestimmter Tiegel, der einen metallischen
Innenmantel, einen metallischen Außenmantel und dazwischen eine Flüssigkeitskühlung
aufweist Die Erfindung betrifft einen gekühlten Tiegel für das Schmelzen von Metallen
in Lichtbogenöfen. Solche Tiegel, die unter dem Namen »Cold mold« bekannt sind,
dienen zur Herstellung von Barren oder Gußstücken unmittelbar im Elektrolichtbogenofen
und bestehen aus einem vorzugsweise aus Kupfer hergestellten Tiegelgefäß, welches
mit einem Kühlmantel umgeben ist. Durch den Raum zwischen Tiegelgefäß und Kühlmantel
wird eine Kühlflüssigkeit, normalerweise Wasser, geleitet. In Tiegeln dieser Art
können hochschmelzende Metalle, wie Titan oder Zirkon, geschmolzen werden. Das Kühlmittel
sorgt dafür, daß die vom Tiegel aufgenommene Wärme in ausreichendem Maße abgeführt
wird, so daß es nicht zu einem Schmelzen des Tiegelwerkstoffes kommt. Für das Schmelzen
der genannten Metalle werden sowohl selbstverzehrende wie auch nicht selbstverzehrende,
sogenannte permamente Elektroden verwendet. Da hierbei bekanntlich der Tiegel mit
einem Pol der Stromquelle verbunden ist und die Elektrode mit dem anderen Pol, besteht
die Gefahr, daß beim Betrieb eines solchen Ofens ein Kur zschluß entsteht und/oder
der Lichtbogen von der Elektrode statt auf das geschmolzene Metall im Schmelztiegel
auf die Wand desselben überspringt. Hierdurch ist es möglich, daß die Tiegelwand
infolge der großen Hitze des Lichtbogens aufgeschmolzen wird, so daß Wasser aus
dem Kühlmantel des Tiegels in die Schmelzzone eindringt und mit dem geschmolzenen
Metall in Berührung kommt. Je nach der Menge des eindringenden Wassers tritt eine
leichte bis explosionsartige Dampfentwicklung ein. In jedem Fall wird- der herzustellende
Barren infolge der bei der hohen Temperatur leicht eintretenden Oxydation praktisch
unbrauchbar; bei Barren aus wertvollen Metallen sind damit beträchtliche Verluste
verbunden. Bei Lichtbogenöfen, welche unter Vakuum arbeiten, ist die Gefahr eines
Kurzschlusses oder eines Überspringens des Lichtbogens noch größer, da sich der
Lichtbogen in solchen Öfen schwieriger einstellen läßt. Hinzu kommt, daß sich das
eindringende Wasser infolge des Druckunterschiedes noch schneller in das geschmolzene
Metall ergießt, so daß auch die hierdurch auftretenden Schäden noch größer sind.
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Die Erfindung bezweckt nun die Nachteile der bekannten Schmelztiegel
auszuschalten und damit einen Elektrolichtbogenofen bzw. einen Vakuum-Elektrolichtbogenofen
zu schaffen, welcher praktisch völlig betriebssicher arbeitet. Insbesondere bezweckt
die Erfindung einen Tiegel für derartige Öfen zu schaffen, bei welchem die Kühlflüssigkeit
nicht in die Schmelzzone eindringen kann, wenn der Lichtbogen zur Wand des Schmelztiegels
überspringt und diese beschädigt. Die Lösung der vorliegenden Aufgabe ergibt sich
aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist eine
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schmelztiegels als Beispiel veranschaulicht.
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Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Tiegel, Fig.
2 ein horizontaler Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, und Fig. 3 gibt dieAusbildung
des Schmelztiegelmantels in genauerer Darstellung wieder.
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Der in Fig. 1 dargestellte Schmelztiegel ist von einem Außenmantel
10 umgeben, welcher am unteren Ende durch eine Platte 12 verschlossen ist.
Am oberen Ende des Mantels ist zwechmäßigerweise ein nach außen gehender Flansch
14 vorgesehen, mit dem der Boden des eigentlichen Ofens 16 durch Bolzen 18 verbunden
sein kann.
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Der unten durch eine Platte 22 abgeschlossene und konzentrisch zum
Außenmantel 10 angeordnete rohrförmige metallische Innenmantel des Tiegels
besteht aus den beiden eng aneinanderliegenden Rohrstücken 20 und 34. Dieser Innenmantel,
in dem sich während
des Schmelzens das Metall befindet, ist aus
einem verhältnismäßig dicken Rohrkörper hergestellt. In die nicht mit der Metallschmelze
in Berührung kommende Seite dieses Rohres sind Nuten eingearbeitet, durch welche
ein inertes Gas geführt werden kann. Bei der in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsform haben diese Nuten die Form eines schraubenartigen Kanals 24. Ein
über das Rohrstück 34 geschobenes Kupferrohr 20 wird an den zwischen den Windungen
des schraubenförmigen Kanals verbleibenden Flächen 28 angelötet. Am oberen und unteren
Ende dieses Kanals sind Rohrstutzen 30 und 32 vorgesehen. Diese Rohrstutzen reichen
durch den Außenmantel 10 und sind mit Leitungen zum Einführen von inertem Gas in
den Kanal 24 verbunden.
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Am oberen Ende des Innenmantels ist ein nach außen gerichteter Flansch
vorgesehen, der mit dem Außenmantel 10 verlötet oder verschweißt ist, wodurch
um den Innenmantel die Kühlzone 36 gebildet wird. Der Einlaßstutzen 38 und der Auslaßstutzen
40 dienen zur Kühlwasserzu- und -abfuhr. Sowohl das Kühlwasser wie auch das durch
den Kanal 24 geleitete inerte Gas kann hierbei in einem geschlossenen Kreislauf
geführt werden, wobei Mittel vorzusehen sind, um die zirkulierenden Kühlmittel,
welche sich im Innern der Vorrichtung erwärmt haben, wieder abzukühlen.
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Als inertes Gas, welches beim Schmelzen durch den Kanal 24 geleitet
wird, kommt beispielsweise Argon oder Helium in Frage. Da diejenigen Stellen der
Innenfläche des Tiegels, welche seitlich neben dem Kanal 24 liegen, eine schlechtere
Wärmeableitung aufweisen als die übrigen Stellen der Innenfläche des Tiegels, werden
diese Stellen etwas wärmer sein als die anderen. Wie bekannt, tritt ein Kurzschluß
durch einen Lichtbogen häufiger mit den heißeren als den kühleren Teilen der Tiegelinnenfläche
ein, so daß, hierdurch bedingt, der Lichtbogen - wenn er schon infolge schlechter
Führung der Elektrode oder durch andere Ursachen auf den Innenmantel des Tiegels
überspringt - stets zu bestimmten Stellen der Tiegelinnenwandung gelenkt wird. Tritt
an diesen Stellen eine Beschädigung der Tiegelinnenwandung ein, die so weit geht,
daß die Tiegelwand durchlöchert wird, so tritt keine Kühlflüssigkeit in das Innere
des Tiegels ein, sondern lediglich inertes Gas. Eine Explosion ist durch diese Maßnahme
mit Sicherheit vermieden. Weiter wird aber erreicht, daß infolge des in das Ofeninnere
eindringenden Gases der Druck etwa in einem Vakuum-Lichtbogenofen sofort erhöht
wird, wodurch das Bedienungspersonal in die Lage versetzt ist, den Schaden sogleich
zu erkennen und den Ofen abzuschalten.
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Wie bereits gesagt, wird als inertes Gas vorzugsweise Helium benutzt.
Ionisations-Unterdruckmesser, bei welchen a-Teilchen als Ionisationsquelle verwendet
werden, sind gegen Helium sehr empfindlich. Bei Verwendung eines solchen Meßgerätes
wird in der Ofenatmosphäre anwesendes Helium und damit eine Undichtigkeit in dem
Innenmantel ebenfalls sofort angezeigt. Der Ofen kann dann unverzüglich abgestellt
und so Schaden vermieden werden. Für den Betrieb des Tiegels wird eine ausreichende
Menge Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, durch den Kühlmantel geleitet, um die
Tiegelinnenfläche auf einer Temperatur von ungefähr 200° C oder niedriger zu halten.
Die Geschwindigkeit, mit der das obenerwähnte inerte Gas, durch welches das geschmolzene
Metall nicht verunreinigt wird und das keine Explosionsgefahr bedingt, wenn es mit
dem geschmolzenen Metall in Berührung kommt, etwa Helium, im Kreislauf umgeführt
wird, ist weitgehend von der Größe und den Betriebsbedingungen des Ofens abhängig.