DE1074220B

DE1074220B - Crucible intended for an electric arc furnace, which has a metallic inner jacket, a metallic outer jacket and liquid cooling in between

Info

Publication number: DE1074220B
Application number: DENDAT1074220D
Authority: DE
Inventors: Las Vegas Nev. Robert John Krieger (V. St. A.)
Original assignee: Continental Titanium Metals Corporation S. A., Luxemburg
Publication date: 1960-01-28

Description

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.Crucible designed for a LicltCoogen furnace, which has a metallic Inner jacket, a metallic outer jacket and liquid cooling in between The invention relates to a cooled crucible for melting metals in electric arc furnaces. Such crucibles, which are known under the name of "cold mold", are used for the production of bars or castings directly in the electric arc furnace and consist of a crucible vessel preferably made of copper, which is surrounded by a cooling jacket. Through the space between the crucible vessel and the cooling jacket a cooling liquid, usually water, is passed through. In crucibles like this refractory metals such as titanium or zirconium can be melted. The coolant ensures that the heat absorbed by the crucible is dissipated to a sufficient extent so that the crucible material does not melt. For melting of the metals mentioned are both self-consuming and non-self-consuming, so-called permanent electrodes are used. Since this is known to include the crucible one pole of the power source is connected and the electrode is connected to the other pole the risk that a short circuit occurs during the operation of such a furnace and / or the arc from the electrode instead of on the molten metal in the crucible skips onto the wall of the same. This makes it possible that the crucible wall as a result of the great heat of the arc is melted, so that water is out the cooling jacket of the crucible penetrates into the melting zone and with the melted Comes into contact with metal. Depending on the amount of water entering, one occurs slight to explosive development of vapor. In any case, it will be the one to be produced Ingot practically as a result of the oxidation that occurs easily at high temperatures unusable; In the case of bars made of valuable metals, there are therefore considerable losses tied together. With arc furnaces that work under vacuum, the risk is one Short-circuit or a jump of the arc is even greater because the Arc can be set more difficult in such furnaces. In addition, the penetrating water even faster into the melted one due to the pressure difference Metal pours, so that the resulting damage is even greater.

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.The invention aims to address the disadvantages of the known crucibles switch off and thus an electric arc furnace or a vacuum electric arc furnace to create which is practically completely operationally reliable. Particularly intended the invention to provide a crucible for such furnaces, in which the cooling liquid cannot penetrate the melting zone when the arc hits the wall of the crucible skips and corrupts it. The solution to the problem at hand arises from the following description and drawings. In the drawings is a Embodiment of the crucible according to the invention illustrated as an example.

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.Fig. 1 is a longitudinal section through the crucible according to the invention, Fig. Figure 2 is a horizontal section on line 2-2 of Figure 1 and Figure 3 gives the formation of the crucible shell in a more detailed representation.

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.The crucible shown in FIG. 1 is surrounded by an outer jacket 10 which is closed at the lower end by a plate 12. At the upper end of the jacket, an outwardly extending flange 14 is expediently provided, to which the bottom of the actual furnace 16 can be connected by bolts 18.

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.The tubular metallic inner shell of the crucible, closed at the bottom by a plate 22 and arranged concentrically to the outer shell 10 , consists of the two closely spaced tube pieces 20 and 34. This inner shell, in which the metal is located during melting, is made from a relatively thick tubular body. In the side of this tube that does not come into contact with the molten metal, grooves are machined through which an inert gas can be passed. In the embodiment illustrated in the drawing, these grooves are in the form of a helical channel 24. A copper pipe 20 pushed over the pipe section 34 is soldered to the surfaces 28 remaining between the turns of the helical channel. Pipe sockets 30 and 32 are provided at the upper and lower ends of this channel. These pipe sockets extend through the outer jacket 10 and are connected to lines for introducing inert gas into the channel 24.

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.At the upper end of the inner jacket an outwardly directed flange is provided which is soldered or welded to the outer jacket 10 , as a result of which the cooling zone 36 is formed around the inner jacket. The inlet connection 38 and the outlet connection 40 serve to supply and discharge cooling water. Both the cooling water and the inert gas passed through the channel 24 can be conducted in a closed circuit, means being provided to cool down the circulating coolants which have warmed up inside the device.

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.As an inert gas, which is passed through the channel 24 when it melts argon or helium can be used, for example. Since those places of the Inner surface of the crucible, which are laterally next to the channel 24, a poorer one Have heat dissipation than the other places on the inner surface of the crucible these places will be a little warmer than the others. As is known, a short circuit occurs by means of an electric arc more frequently with the hotter than the cooler parts of the inner surface of the crucible one, so that, due to this, the arc - if it is already worse as a result Leading of the electrode or other causes on the inner surface of the crucible skips - is always directed to certain points on the inner wall of the crucible. Kick Damage to the inner wall of the crucible at these points goes so far as to that the crucible wall is perforated, no cooling liquid enters the interior of the crucible, just an inert gas. An explosion is caused by this measure certainly avoided. But it is also achieved that as a result of the in the furnace interior penetrating gas immediately increases the pressure, for example in a vacuum arc furnace is, whereby the operator is able to deal with the damage immediately and turn off the stove.

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.As already said, helium is preferably used as the inert gas. Ionization vacuum gauges in which a-particles are used as the ionization source are very sensitive to helium. When using such a measuring device becomes helium present in the furnace atmosphere and thus a leak in the Inner jacket also displayed immediately. The furnace can then be switched off immediately and thus damage can be avoided. For the operation of the crucible a sufficient Amount of cooling liquid, preferably water, passed through the cooling jacket to the Keep the inner surface of the crucible at a temperature of approximately 200 ° C or lower. The rate at which the above-mentioned inert gas, through which the molten Metal is not contaminated and there is no risk of explosion if it is with comes into contact with the molten metal, such as helium, circulated depends largely on the size and operating conditions of the furnace.

Claims

PATENT CLAIM: Crucible designed for an electric arc furnace, the one metallic inner jacket, a metallic outer jacket and liquid cooling in between has, characterized in that a preferably in its metallic inner jacket helical channel for inert gas is arranged.