DE1204415B

DE1204415B - High vacuum furnace for the production of very pure metals

Info

Publication number: DE1204415B
Application number: DET23696A
Authority: DE
Inventors: Charles D Ancona Hunt
Original assignee: Temescal Metallurgical Corp
Current assignee: Temescal Metallurgical Corp
Priority date: 1962-03-30
Filing date: 1963-03-25
Publication date: 1965-11-04

Description

Hochvakuumofen zur Herstellung sehr reiner Metalle Die Erfindung betrifft einen Hochvakuumofen zur Herstellung sehr reiner Metalle, mit einem Gehäuse, einem darin angeordneten länglichen horizontalen Herdteil zur Aufnahme von geschmolzenem Metall und Bildung eines Schmelzsumpfes sowie Einrichtungen zur Aufnahme des gereinigten Metalls aus dem Herdteil und zum Abführen aus dem Ofen.High vacuum furnace for the production of very pure metals The invention relates to a high vacuum furnace for the production of very pure metals, with a housing, a arranged therein elongated horizontal hearth part for receiving molten Metal and formation of a melt sump as well as facilities for receiving the cleaned Metal from the hearth part and for discharge from the furnace.

Es ist bei der Behandlung von Metallen wohlbekannt, hohe Temperaturen zum Schmelzen des Produktes zu verwenden, so daß das Metall auf verschiedene Arten bearbeitet werden kann, wie beispielsweise zur Entfernung der Schlacke daraus und zum Vergießen des Metalls zu Gußblöcken oder in geeignete Formen. Die üblichen Schmelzöfen sind so eingerichtet, daß durch rohe Kontrolle der Temperaturen ein gewisser Reinigungsgrad erzielt werden kann, wobei die in festem Zustand verbleibenden Verunreinigungen entfernt werden und außerdem die Verunreinigungen, die gewöhnlich auf der Metallschmelze schwimmen, abgeschöpft werden können. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die üblichen Lichtbogenöfen beispielsweise zur Entfernung von flüchtigen Verunreinigungen völlig ungeeignet sind, wenn eine bessere Reinigung angestrebt wird, da in dieser Art von Öfen eine besondere Atmosphäre aufrechterhalten werden muß, um die Erhitzung des Metalls durch den Lichtbogen zu ermöglichen. Es wurden daher verschiedene Arten von Vakuumöfen entwickelt, in welchen flüchtige Verunreinigungen und eingeschlossene Gase in dem Ausmaß, in dem sie sich aus dem behandelten geschmolzenen Metall entwickeln, aus dem Ofen entfernt werden können.It is well known in the treatment of metals to have high temperatures to use to melt the product, making the metal in different ways can be processed, such as to remove the slag therefrom and for casting the metal into ingots or in suitable shapes. The usual melting furnaces are set up in such a way that a certain degree of purification through rough control of the temperatures can be achieved with the impurities remaining in the solid state are removed and also the impurities that are usually on the molten metal swim, can be skimmed off. However, it has been found that the conventional electric arc furnaces, for example for removing volatile impurities are completely unsuitable when a better cleaning is sought, as in this Kind of ovens a special atmosphere must be maintained in order to keep the heating up of the metal through the arc. There were therefore different types evolved from vacuum furnaces in which volatile and trapped impurities Gases to the extent that they evolve from the molten metal being treated, can be removed from the oven.

Vakuumöfen, wie sie zum bekannten Stand der Technik zählen, besitzen gewöhnlich elektrische Heizvorrichtungen, die beispielsweise die Wärme auf das Metall strahlen können; verbesserte Typen von Vakuumöfen verwenden Elektronenstrahlen, um dem Metall die benötigte Energie zum Schmelzen zuzuführen. Elektronenstrahlöfen haben sich auf bestimmten Gebieten ziemlich weitgehend durchgesetzt, insbesondere dort, wo nur relativ geringe Metallmengen zu bearbeiten sind. Es hat sich gezeigt, daß ein unterbrochenes Verfahren möglich ist, wenn größere Produktionsmengen an Metall geschmolzen, vergossen und gereinigt werden sollen, indem man das Schmelzgut mit einem oder mehreren Elektronenstrahlen beschießt und gleichzeitig auch einen Schmelzsumpf des Metalls, in welchen dieses vom Schmelzgut heruntertropft, ebenfalls beschießt. Die Elektronenener-ie wird so zunächst zum Schmelzen des Metalls verwendet und dann zur weiteren Wärmezufuhr an dieses, um es zusätzlich zu reinigen. Mit den relativ hohen Pumpgeschwindigkeiten, die bei diesen Ofenarten verwendet werden, kann man eine beträchtliche Menge der aus dem Metall in Freiheit gesetzten Gase und Dämpfe bei dessen Erhitzung und Schmelzen entfernen. Diese Ofenart hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, insbesondere bei hochschmelzenden Metallen, bei welchen damit ein sehr hoher Reinigungsgrad erreicht werden kann.Vacuum ovens, as they are part of the known state of the art, have usually electric heaters, which for example apply heat to the metal can shine; improved types of vacuum furnaces use electron beams, to supply the metal with the energy it needs to melt. Electron beam ovens have gotten pretty widespread in certain areas, in particular where only relatively small amounts of metal need to be processed. It has shown, that an interrupted process is possible when larger production quantities are required Metal should be melted, potted and cleaned by removing the melt bombarded with one or more electron beams and one at the same time Melt sump of the metal, into which it drips down from the melt material, likewise shoots at. The electron energy is first used to melt the metal and then for further heat supply to this in order to additionally clean it. With the relatively high pumping speeds used in these types of ovens, one can see a considerable amount of the gases released from the metal and remove vapors as it is heated and melted. This type of oven has become proved to be very advantageous, especially with refractory metals, where so that a very high degree of purification can be achieved.

Wie oben ausgeführt, arbeiten Elektronenstrahlvakuumöfen für Schmelz- und Gießverfahren in größerem Maßstab nach dem sogenannten unterbrochenen Abschmelzverfahren, wobei das Material in einen oder mehrere Elektronenstrahlen geführt wird, welche dieses beschießen, dadurch erhitzen und schmelzen, so daß das Metall dann in eine unterhalb des Schmelzgutes angeordnete Form tropft oder fließt. Innerhalb dieser Form wird weitere Wärme durch Elektronenbeschuß zugeführt, um die Temperatur des Metalls weiter zu steigern und dadurch eine weitere Reinigung zu erzielen. In dieser Art von Öfen ist ein relativ kontinuierliches Verfahren möglich, wenn man den in der gekühlten Form gebildeten Gußblock kontinuierlich entfernt und das Schmelzgut kontinuierlich in den oder die Elektronenstrahlen führt.As stated above, electron beam vacuum furnaces work for melting and casting processes on a larger scale according to the so-called interrupted melting process, wherein the material is guided into one or more electron beams, which Shoot it, heat it up and melt it, so that the metal then turns into a The mold arranged below the melting material drips or flows. Within this Further heat is added to the mold by electron bombardment to keep the temperature of the mold Metal to further increase and thereby achieve further cleaning. In this Type of furnace, a relatively continuous process is possible if one uses the in The ingot formed in the cooled mold is continuously removed and the material to be melted leads continuously in the electron beam or beams.

Eine sorgfältige Prüfung der Elektronenstrahlvakuumöfen ergibt, daß sich, obwohl durch Verwendung von Elektronenstrahlen für Heizzwecke und durch Verwendung des Hochvakuums für weitgehende Reinigung beträchtliche Vorteile erzielt werden, auch bestimmte Nachteile daraus ergeben. Die vorliegende Erfindung zielt insbesondere darauf ab, einen verbesserten Vakuumofen vorzusehen, bei welchem Beschußenergie zur Wärmezufuhr an das zu verarbeitende Metall verwendet wird und sowohl flüchtige Verunreinigungen als auch unlösliche Schlacken während der Bearbeitung entfernt werden, während gleichzeitig ein wirklich kontinuierliches Verfahren erzielt wird, welches sich ausgezeichnet zum Schmelzen und zur Reinigung sowohl von niedrig als auch von hoch schmelzenden Metallen eignet. Außerdem kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein wesentlich höherer Reinigungsgrad erzielt werden, als dies bei den üblichen Elektronenstrahlvakuumöfen möglich ist. In dieser Beziehung ist es bei der Vakuumreinigung gewöhnlich nötig, daß diese des öfteren beim gleichen Metall wiederholt wird, um eine wirklich hohe Reinheit des Metalls zu erzielen. Infolge der Art der bekannten Verfahren ist das Ausmaß der Reinigung, das iA einem einzigen Durchgang durch den Ofen erzielt werden kann, beschränkt. Die vorliegende Erfindung weist diese Einschränkung nicht auf.Careful examination of electron beam vacuum furnaces reveals that though by using electron beams for heating purposes and by use of high vacuum for extensive Cleaning considerable benefits can also result in certain disadvantages. The present invention particularly aims to provide an improved vacuum furnace in which Bombardment energy is used to supply heat to the metal to be processed and both volatile impurities and insoluble slags during processing removed while at the same time achieving a truly continuous process which is excellent for both melting and cleaning from low as well as high-melting metals. In addition, according to the present Invention a much higher degree of purification can be achieved than with the usual electron beam vacuum ovens is possible. In this respect it is at For vacuum cleaning it is usually necessary to do this more often with the same metal is repeated to achieve a really high purity of the metal. As a result The type of known method is the extent of cleaning, which is generally a single Passage through the furnace can be limited. The present invention does not have this limitation.

Die Erfindung besteht darin, daß zwischen den Enden des Herdteiles eine im wesentlichen lotrechte Schranke zur Teilung des Gehäuses in eine Schmelz-und eine Reinigungskammer angeordnet ist, daß im Gehäuse ein Elektronenstrahlerzeuger zum Schmelzen einer Menge von Rohmaterial und zum Erhitzen des Schmelzsumpfes in der Schmelzkammer des Herdteiles sowie ein weiterer Elektronenstrahlerzeuger zum Erhitzen des Schmelzsumpfes in der Reinigungskammer des Herdteiles vorgesehen sind und daß Einrichtungen zum Evakuieren der Schmelz-und der Reinigungskammer vorhanden sind, um flüchtige Verunreinigungen zu entfernen.The invention consists in that between the ends of the hearth part an essentially vertical barrier for dividing the housing into a melting and a a cleaning chamber is arranged that an electron gun in the housing for melting a lot of raw material and heating the melt puddle in the melting chamber of the hearth part and another electron beam generator for Heating of the melt sump are provided in the cleaning chamber of the stove part and that there are devices for evacuating the melting and cleaning chambers to remove volatile impurities.

Dadurch ermöglicht der erflndungsgemäße Ofen eine wirklich kontinuierliche Arbeitsweise, wobei auch schwimmende Verunreinigungen vom behandelten Metall entfernt werden können, während sich dieses noch in flüssigem Zustand befindet, und ein maximaler Schutz für die Quelle der Beschußenergie gewährleistet ist. Bezüglich des letzteren Punktes sei bemerkt, daß beim Bearbeiten von Metallen mit hohen Dampfdrücken oder mit größeren Mengen an besonderen Verunreinigungen die Bildung von Gasausbrüchen bewirkt wird und ein äußerst unerwünschtes Spritzen im Ofen stattfindet. Diese Umstände wirken sich äußerst schädlich bezüglich der Erhaltung der Beschußquelle, wie beispielsweise Elektronenkanonen, aus. Durch die Anordnung von Dampfschranken und verschiedenen Druckzonen innerhalb des erfindungsgemäßen Vakuumofens mit Abschmelzanode wird ein maximaler Schutz für die Quelle der Beschußenergie, die hierin verwendet wird, erzielt.As a result, the furnace according to the invention enables a really continuous one Working method that also removes floating contaminants from the treated metal while it is still in the liquid state, and a maximum Protection for the source of the bombardment energy is guaranteed. Regarding the latter Point it should be noted that when machining metals with high vapor pressures or with larger amounts of particular impurities the formation of gas outbreaks and extremely undesirable splashing takes place in the furnace. These circumstances are extremely detrimental to the preservation of the source of fire, such as Electron guns, off. By arranging steam barriers and various Pressure zones within the vacuum furnace according to the invention with a consumable anode is a maximum protection for the source of bombardment energy used herein is achieved.

Erfindungsgemäß wird unter anderem die Aufrechterhaltung einer Vielzahl evakuierter Zonen oder Regionen vorgesehen. Innerhalb einer ersten dieser Regionen wird das zu behandelnde Metall durch Beschuß erhitzt und geschmolzen, und dieses geschmolzene Metall fließt dann durch den erfindungs-(Ye , mäßen Ofen. Die vorerwähnte erste Vakuumregion ist vom übrigen Teil des Ofens getrennt, und außer-C, dem wird die Oberfläche des darin geschmolzenen Metalls ebenso von der ersten Region getrennt gehalten, so daß relativ leichte Verunreinigungen, die auf dem geschmolzenen Metall schwimmen, in dieser Region leicht davon entfernt werden können. Das fließende Metall oder, wie es im folgenden genannt werden kann, die Anode, strömt dann durch eine zweite evakuierte Region, in welcher es zusätzlich mit Elementarteilchen wie Elektronen oder anderen geladenen Teilchen beschossen wird. Kontinuierliche und schnelle, Evakuierung dieser zweiten Region gestattet die Entfernung von flüchtigen Verunreinigungen, die aus dem weiter erhitzten durchfließenden Metall entwickelt werden. Diese zweite Region kann weiterhin in getrennte Vakuumstufen unterteilt werden. Das fließende Metall wird dann beispielsweise in eine wassergekühlte Form od. dgl. zur Bildung von Gußblöcken gewünschter Größe und Gestalt geleitet. Eine dritte Vakuumregion des erlmdungsgemäßen Ofens umgibt die Quellen der Beschußenergie. Diese letztere Region wird auf dem höchsten Vakuum aller Regionen gehalten und ist lediglich mit der vorerwähnten ersten und zweiten Region durch kleine Schlitze od. dgl. in der Wandung der dritten Region verbunden. Auf diese Weise werden erfindungsgemäß optimale Arbeitsbedingungen in jeder der drei getrennten Regionen des Ofens vorgesehen, d. h. eine ursprüngliche Schmelzregion, die durch eine Dampfschranke vom übrigen Teil des Ofens getrennt ist, eine weitere Heizregion, in welcher das geschmolzene Metall einen längeren Weg fließt und mehrfachem Beschuß ausgesetzt ist, um die Temperatur dieses Metalls wie gewünscht zu erhöhen und dieses darin während eines aewünschten Zeitraumes zu halten, und eine dritte hochevakuierte Region, in welcher die Beschußquellen wie Elektronenkanonen angeordnet sind, um diese möglichst gut zu schützen und eine lange Lebensdauer und eine verbesserte Leistung zu erzielen. In der ersten Region können kondensierte Verunreiniaungen entfernt oder »abgepumpt« und in der zweiten Region verflüchtigte oder nicht kondensierte Verunreinigungen abgepumpt werden.According to the invention, among other things, the maintenance of a large number of evacuated zones or regions is provided. Within a first of these regions which is heated metal to be treated by bombardment and melted, and this molten metal then flows through the inventiveness (Ye, MAESSEN oven. The aforementioned first vacuum region is separated from the remaining part of the furnace, and non-C, the the surface of the metal molten therein is also kept separate from the first region so that relatively light impurities floating on the molten metal in that region can be easily removed therefrom. the anode, then flows through a second evacuated region in which it is additionally bombarded with elementary particles such as electrons or other charged particles. Continuous and rapid evacuation of this second region allows the removal of volatile impurities that are developed from the further heated metal flowing through This second region can continue to be separated te vacuum levels can be divided. The flowing metal is then, for example, into a water-cooled mold or the like to form cast blocks of the desired size and shape. A third vacuum region of the furnace according to the invention surrounds the sources of the bombardment energy. This latter region is kept at the highest vacuum of all regions and is only connected to the aforementioned first and second regions by small slits or the like in the wall of the third region. In this way, according to the invention, optimal working conditions are provided in each of the three separate regions of the furnace, i.e. H. an original melting region separated by a vapor barrier from the remainder of the furnace, another heating region in which the molten metal flows a longer path and is subjected to multiple bombardments to raise the temperature of this metal as desired and to keep it therein during a desired period To keep time period, and a third highly evacuated region in which the sources of fire such as electron guns are arranged in order to protect them as well as possible and to achieve a long service life and improved performance. In the first region, condensed impurities can be removed or "pumped out" and in the second region volatilized or uncondensed impurities can be pumped out.

Unter den besonderen erzielten Vorteilen seien die Möglichkeit von außerordentlicher Reinigung bei einem einzigen Materialdurchgang durch den Ofen erwähnt. Es wird ein im allgemeinen rechteckiger Materialschmelzsumpf aufrechterhalten, vorzugsweise mit Materialfluß entlang der längsten Ausdehnung, so daß eine maximale Materialfläche und Behandlungszeit bei großen Durchsatzmengen für den Ofen erzielt werden. Dieser großflächige Sumpf wird erhitzt und bewegt, wodurch die bestmögliche Entfernung von eingeschlossenen Gasen und flüch- tigen Verunreinigungen erreicht wird, ohne die bisher vorhandenen Beschränkuncren bezüglich der verfügbaren Erhitzungszeit, die sich aus der Abhängigkeit des Ausstoßes von der Oberfläche des gegossenen Ingots ergab.Among the particular advantages achieved, there is the possibility of extraordinary cleaning in a single pass of material through the furnace. A generally rectangular pool of material melt is maintained, preferably with material flow along the longest extent, so that maximum material area and treatment time are achieved with large throughputs for the furnace. This large-area sump is heated and moved, whereby the best possible removal of trapped gases and volatile impurities is achieved without the previously existing restrictions on the available heating time, which resulted from the dependence of the output on the surface of the cast ingot.

Der erfindungsgemäße verbesserte Vakuumofen wird beispielsweise in besonders bevorzugten Ausführungsforinen in den Zeichnungen erläutert. Hierin bedeutet F i g. 1 eine Seitenansicht im Schnitt, die eine vorzugsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen verbesserten Vakuumofens zeigt, F i g. 2 eine teilweise Draufsicht im Schnitt längs der Ebene 2-2 von F i g. 1, F i g. 3 eine Seitenansicht im Schnitt einer der Elektronenkanonen, die im Ofen von F i g. 1 verwendet werden können und darin nur in Blockforin angedeutet sind, F i g. 4 eine Draufsicht auf die in F i g. 3 gezeigte Elektronenkanone, F i g. 5 eine Seitenansicht im Schnitt einer mehrfachen Kanone, wie sie beim erfindungsgemäßen Ofen zweckmäßig verwendet wird, F i g. 6 eine schematische Illustration der gleichen Kanone wie in F i g. 5, wobei jedoch der Schnittpunkt der Elektronenstrahlen an anderer Stelle liegt, F i g. 7 eine seitliche Ansicht im Schnitt einer anderen Ausführungsform des verbesserten erfindungsgemäßen Vakuumofens, der besonders zum Schmelzen, zur Reinigung und zum Vergießen von hochschmelzenden Metallen eingerichtet ist, F i g. 8 einen Querschnitt durch den Herd des Ofens mit Metall darin, welcher zusätzlich Vorrichtungen zur Bewegung der Elektronenstrahlen über die Oberfläche des geschmolzenen Metalls im Ofen zeigt, F i g. 9 einen teilweise vertikalen Längs-schnitt des Herdes von einer anderen Ausführungsform des Ofens und F i g. 10 eine schematische Darstellung einer Vielfach-Herdanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.The improved vacuum furnace according to the invention is illustrated, for example, in particularly preferred embodiments in the drawings. Herein, F i means g. 1 is a side sectional view showing a preferred embodiment of the improved vacuum furnace of the present invention, FIG . FIG. 2 is a partial plan view in section along the plane 2-2 of FIG. 1, Fig. 3 is a side sectional view of one of the electron guns used in the furnace of FIG. 1 can be used and are only indicated in block form therein, FIG . 4 is a plan view of the FIG. 3 electron gun shown, FIG. 5 shows a side view in section of a multiple cannon as it is expediently used in the furnace according to the invention, FIG . 6 is a schematic illustration of the same cannon as in FIG. 5, the point of intersection of the electron beams being elsewhere, however, FIG. 7 shows a side view in section of another embodiment of the improved vacuum furnace according to the invention, which is particularly adapted for melting, cleaning and casting refractory metals, FIG. 8 is a cross-section through the hearth of the furnace with metal therein, additionally showing devices for moving the electron beams over the surface of the molten metal in the furnace, FIG. 9 is a partially vertical longitudinal section of the range of another embodiment of the oven; and FIG. Figure 10 is a schematic representation of a multiple oven assembly in accordance with the present invention.

Es sei zunächst auf die F i g. 1 und 2 verwiesen, in welchen eine vorzugsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vakuumofens gezeigt ist, die insbesondere zum Schmelzen, Reinigen und Vergießen von relativ niedrig schmelzenden Metallen geeignet ist. Der Ofen weist einen im allgemeinen rechteckigen Herd 11 auf, der innerhalb eines vakuumdichten Gehäuses 12 angeordnet ist. Der Herd kann aus einer äußeren wassergekühlten Schale 13 und einer inneren hochtemperaturfesten Auskleidung 14 und dazwischen angeordnetem Isoliermaterial 16 bestehen. Geeignete Befestigungsvorrichtungen sind unterhalb der Schale 13 vororesehen, so daß der Herd horizontal, wie gezeigt, innerhalb des Vakuumgehäuses 12 angeordnet ist. Das Gehäuse 12 ist im Inneren in drei getrennte Regionen geteilt, die in F i g. 1 mit 1-7, 18 und 19 bezeichnet sind, und diese Regionen sind durch Dampfschranken 21 und 22, die später genauer beschrieben sind, getrennt. Der oben beschriebene Herd erstreckt sich in beide der getrennten Regionen 17 und 18, und es sind Mittel vorgesehen, um ein Schmelzgut 23 in die Region 17 oberhalb des Herdes zu bringen, um das Material des Schmelzgutes darin zu schmelzen, so daß das geschmolzene Material abwärts in den offenen Oberteil des Herdes tropft oder fließt. Diese Zufuhr- und Unterstützungsvorrichtungen für das Schmelzgut können zahlreiche Formen aufweisen und das Schmelzgut selbst kann wie gewünscht, entweder vertikal, schräg oder horizontal zugeführt werden. In F i g. 1 ist eine horizontale Zufuhr des Schmelzgutes gezeigt, wobei das Schmelzgut 23 auf einem wassergekühlten Tisch 24 aufruht und mit einer Zufuhreinrichtung in Berührung steht, die das Schmelzgut einstellbar weiter in die Region 17 oberhalb des Herdes bewegt in dem Maße, in welchem nach und nach das Schmelzgut von der vorderen Kante27 weggeschmolzen wird. Das Schmelzgut kann zur Gänze innerhalb des Gehäuses angeordnet sein oder kann durch Vakuumdichtungen, die in der Zeichnung schematisch bei 26 angedeutet sind, sich vom Gehäuse auswärts erstrecken. Da die tatsächliche Zufuhreinrichtung des Schmelzgutes keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, sondern nur dessen besondere Anordnung gegenüber dem übrigen Teil des Ofens, ist die Angabe von weiteren Einzelheiten dieses Ofenteils nicht nötig.Let us first refer to FIG. 1 and 2, in which a preferred embodiment of the vacuum furnace according to the invention is shown, which is particularly suitable for melting, cleaning and casting of relatively low-melting metals. The oven has a generally rectangular hearth 11 disposed within a vacuum-tight housing 12. The stove can consist of an outer water-cooled shell 13 and an inner high-temperature-resistant lining 14 and insulating material 16 arranged in between. Appropriate fasteners are provided below the tray 13 so that the oven is positioned horizontally within the vacuum housing 12 as shown. The interior of the housing 12 is divided into three separate regions, which are shown in FIG. 1 are designated 1-7, 18 and 19 , and these regions are separated by vapor barriers 21 and 22, which will be described in more detail later. The hearth described above extends into both of the separate regions 17 and 18 and means are provided for bringing a melt 23 into the region 17 above the hearth to melt the material of the melt therein so that the melted material downward drips or flows into the open top of the cooker. These supply and support devices for the melt material can have numerous shapes and the melt material itself can be fed either vertically, obliquely or horizontally as desired. In Fig. 1 shows a horizontal supply of the material to be melted, the material to be melted 23 resting on a water-cooled table 24 and being in contact with a feed device that moves the material to be melted adjustably further into the region 17 above the hearth to the extent that the Melting material is melted away from the front edge27. The material to be melted can be arranged entirely within the housing or can extend outward from the housing by means of vacuum seals, which are indicated schematically in the drawing at 26. Since the actual supply device for the material to be melted does not form part of the present invention, but only its special arrangement in relation to the rest of the furnace, it is not necessary to provide further details of this furnace part.

Wie bereits erwähnt, ist das Vakuumgehäuse 12 in drei separate Regionen geteilt, die durch Dampfschranken getrennt sind, und es wird weiterhin festgehalten, daß diese drei Regionen auf verschieden starken Vakua gehalten werden. Das Schmelzen des über den Herd in die Region 17 geführten Schmelzgutes verursacht eine beträchtliche Entwicklung von Gasen und Dämpfen zusätzlich zum flüssigen Metall und den anderen damit gemischten Verunreinigungen, die in den Herd tropfen. Die Evakuierung der Region 17 wird durch Vakuumpumpen mit großer Kapazität, wie bei 31 angedeutet, bewerkstelligt. Durch Anordnung von Vakuumpumpen mit entsprechender Kapazität wird in der Region 17 trotz der obenerwähnten Entwicklung von beträchtlichen Mengen Gasen und Dämpfen während des Schmelzens ein starkes Vakuum in der Größenordnung von 1 bis 20 1iHg aufrechterhalten. Diese Region 17 ist von den anderen Vakuumregionen 18 und 19 des Ofens durch die obenerwähnte Dampfschranke 21 getrennt, die sich als im wesentlichen vertikale Wandung von der Decke des Gehäuses 12 abwärts in einen durch Schmelzen des Schmelzgutes im Herd gebildeten Sumpf 33 aus flüssigem Metall erstreckt. Die Dampfschranke erstreckt sich auch vom Herd auswärts zu den Seitenwänden und zum Boden des Gehäuses 12, hat jedoch eine öffnung, so daß flüssiges Metall durch die Wandung der Schranke vom Herd abfließen kann. Durch die Ausdehnung dieser Wandung der Dampfschranke in den Sumpf 33 wird eine Dichtung gebildet, und der untere Teil der Wandung oder der Schranke, die in den Sumpf reicht, kann aus einem eigenen hochtemperaturfesten Metall oder Material, wie bei 34 angedeutet, bestehen.As previously mentioned, the vacuum housing 12 is divided into three separate regions which are separated by vapor barriers, and it is further noted that these three regions are kept at different levels of vacuum. The melting of the molten material passed through the hearth into region 17 causes a considerable development of gases and vapors in addition to the liquid metal and the other impurities mixed with it, which drip into the hearth. The evacuation of the region 17 is accomplished by vacuum pumps with large capacity, as indicated at 31. By arranging vacuum pumps of appropriate capacity, a strong vacuum of the order of 1 to 20 1iHg is maintained in region 17 despite the aforementioned development of considerable quantities of gases and vapors during melting. This region 17 is separated from the other vacuum regions 18 and 19 of the furnace by the above-mentioned vapor barrier 21, which extends as a substantially vertical wall from the ceiling of the housing 12 down into a sump 33 of liquid metal formed by melting the material in the hearth. The vapor barrier also extends from the hearth outwards to the side walls and to the bottom of the housing 12, but has an opening so that liquid metal can flow away from the hearth through the wall of the barrier. The expansion of this wall of the vapor barrier into the sump 33 forms a seal, and the lower part of the wall or the barrier that extends into the sump can consist of its own high-temperature-resistant metal or material, as indicated at 34.

Durch Beschuß des Schmelzgutes schmilzt dieses in der Region 17 und zwar, indem ein oder mehrere Strahlen aus subatomaren Teilchen an die Vorderkante des Schmelzgutes gerichtet werden, wenn dieses über den Herd gebracht wird. Der hierfür vorgesehene Strahl 36 kann beispielsweise aus Elektronen oder Ionen gebildet werden, die durch eine Quelle 37 erzeugt und ausgerichtet werden, welche Quelle in der Vakuumregion 19 an der anderen Seite der Dampfschranke 21 von der Region 17 angeordnet ist. Der Strahl 36 wird durch eine kleine öffnung 38 in dieser Dampfschranke fokussiert und, wie weiter unten gezeigt, erlaubt eine möglichst kleine Ausführung dieser öffnung die Aufrechterhaltung von verschiedenen Drücken an beiden Seiten der Dampfschranke.When the molten material is bombarded, it melts in the region 17 by directing one or more beams of subatomic particles to the front edge of the molten material when it is brought over the hearth. The beam 36 provided for this purpose can be formed, for example, from electrons or ions that are generated and aligned by a source 37 , which source is arranged in the vacuum region 19 on the other side of the vapor barrier 21 from the region 17 . The beam 36 is focused through a small opening 38 in this vapor barrier and, as shown further below, the smallest possible design of this opening allows different pressures to be maintained on both sides of the vapor barrier.

Wenn nun das Schmelzgut durch Beschuß erhitzt wird und in den Herd tropft, werden verschiedene Verunreinigungen des Metalls in Form einer Schlackenschicht 39 darauf schwimmen. Da nun der untere Teil 34 der Dampfschranke 21 in den Herd unter die Oberfläche des Metallschmelzsumpfes 33 reicht, ist es ersichtlich, daß die schwimmende Schlacke 39 nicht entlang des Herdes weiterschwimmen kann, sondern in der Region 17 auf dem Teil des Metallschmelzsumpfes darin zurückgehalten wird. Es sind Mittel im Ofen vorgesehen, um diese Schlacke periodisch von der Oberfläche des geschmolzenen Metalls zu entfernen und diese Mittel sind in F i g. 2 schematisch bei 41 angedeutet. Diese schwimmenden Verunreinigungen, die durch die Schlackenentfernungsvorrichtung 41 entfernt werden, können von der Oberfläche des geschmolzenen Metalls abgeschoben oder -gestoßen werden mittels eines Schiebers od. dgl., welcher vakuumdicht durch das Gehäuse durchgeführt sein kann und weiterhin durch geeignete regulierbare Antriebsmechanismen betätigt werden kann. Die Schlacke wird von der Oberfläche des Sumpfes in einen weiteren Sumpf 42 geschoben, aus welchem sie abgezogen oder auf andere Weise aus dem Ofen entfernt werden kann. Das gezeigte Abzugsrohr 43 kann für eine derartige Entfernung geeignet sein, wenn die Schlacke hinreichend flüssig ist, sonst können andere Einrichtungen verwendet werden, um die Feststoffe zu entfernen. Es soll darauf hingewiesen werden, daß dieses Abzugsrohr 43 natürlich nahe dem Boden des Sumpfes 42 angeordnet ist, damit darin eine Flüssigkeitsdichtung aufrecht erhalten wird, um das Vakuum in der Region 17 des Ofens zu erhalten.If the molten material is heated by bombardment and drips into the hearth, various impurities in the metal will float on it in the form of a layer of slag 39. Since the lower part 34 of the vapor barrier 21 now extends into the hearth below the surface of the molten metal sump 33 , it can be seen that the floating slag 39 cannot continue to swim along the hearth, but is retained in the region 17 on the part of the molten metal sump therein. Means are provided in the furnace for periodically removing this slag from the surface of the molten metal and these means are shown in FIG. 2 indicated schematically at 41. These floating contaminants, which are removed by the slag removal device 41, can be pushed or pushed off the surface of the molten metal by means of a slide or the like, which can be carried out vacuum-tight through the housing and furthermore can be actuated by suitable adjustable drive mechanisms. The slag is pushed from the surface of the sump into another sump 42 from which it can be drawn off or otherwise removed from the furnace. The drain pipe 43 shown may be suitable for such removal if the slag is sufficiently fluid, otherwise other means can be used to remove the solids. It should be noted that this vent pipe 43 is of course located near the bottom of the sump 42 to maintain a liquid seal therein to maintain the vacuum in region 17 of the furnace.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgesehen, daß das Metall oder das andere hierin zu bearbeitende Material zunächst in einer Vakuumregion des Ofens geschmolzen wird, die aus vakuumtechnischen Gründen von der übrigen Region getrennt ist. Dieses geschmolzene Material oder Metall fließt dann zur weiteren Erhitzung entlang des offenen Herdes 11, um zusätzlich flüchtige Verunreinigungen darin zu verdampfen unddadurch eine bessere Reinigung des Metalls zu erzielen. Alle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Quellen an Beschußenergie sind innerhalb der Vakuumregion 19 angeordnet, die auf dem höchsten Vakuum aller Ofenteile gehalten wird. Diese Region 19 ist von der ersten Schmelzregion 17, die oben beschrieben wurde, durch die Dampfschranke21 und vom restlichen Teil des Herdes und anderen Ofenteilen durch die im wesentlichen horizontale Dampfschranke22, die sich längs des Ofens oberhalb des Herdes erstreckt, getrennt. Innerhalb der Region 19 sind verschiedene Strahlenquellen angeordnet, wie beispielsweise Elektronenstrahlenquellen51, wie dies schematisch illustriert ist. Jede Quelle erzeugt wenigstens einen Elektronenstrahl 52, der durch eine kleine Öffnung 53 in der Dampfschranke 22 fokussiert wird. Diese Elektronenkanonen können direkt auf der Dampfschranke 22 angeordnet sein, die dann als Decke für den Herdteil des Ofens, worin die Reinigung des Metalls hauptsächlich stattfindet, und auch als Boden für die Region 19, worin sich die Elektronenkanonen befinden, dient. Die Evakuierung der Region 19 wird durch starke Vakuumpumpen 54 bewerkstelligt, die mit der Region 19 durch öffnungen des Gehäuses 12 in Verbindung stehen und innerhalb der Region 19 ein Vakuum in der Größenordnung von 0,02 bis 0,2 #t Ilg aufrechterhalten. Um ein Vakuum dieser Größenordnung in der Region 19 zu erzielen und insbesondere aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, die Größe, der Öffnungen zwischen der Region 19 und den anderen Regionen, die bei einem niedrigeren Vakuum arbeiten, zu begrenzen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Größe der Elektronenstrahlöffnungen 53, die zum Durchtritt der Elektronenstrahlen in die Region 18 vorgesehen sind, und auch die Größe einer ähnlichen Öffnung 38, welche die Region 19 mit der Anfangsschmelzregion 17 verbindet, auf ein Minimum beschränkt ist. Bezüglich der Art und Weise, wie diese Öffnungen auf eine minimale Größe gebracht werden, wird auf einen späteren Teil der Beschreibung verwiesen, der sich auf mögliche Gestaltungen von Elektronenkanonen bezieht.According to the present invention it is provided that the metal or the other material to be processed therein is first melted in a vacuum region of the furnace which is separated from the rest of the region for reasons of vacuum technology. This molten material or metal then flows along the open hearth 11 for further heating in order to additionally evaporate volatile impurities therein and thereby achieve better cleaning of the metal. All sources of bombardment energy used in accordance with the present invention are located within vacuum region 19 , which is maintained at the highest vacuum of all furnace parts. This region 19 is separated from the first melting region 17 described above by the steam barrier 21 and from the remainder of the range and other furnace parts by the substantially horizontal steam barrier 22 which extends along the length of the furnace above the hearth. Various radiation sources are arranged within the region 19 , for example electron beam sources 51, as is illustrated schematically. Each source generates at least one electron beam 52 which is focused through a small opening 53 in the vapor barrier 22. These electron guns can be arranged directly on the vapor barrier 22, which then serves as a ceiling for the hearth part of the furnace, in which the cleaning of the metal mainly takes place, and also as a floor for the region 19 in which the electron guns are located. The evacuation of the region 19 is accomplished by powerful vacuum pumps 54, which are connected to the region 19 through openings in the housing 12 and maintain a vacuum within the region 19 of the order of magnitude of 0.02 to 0.2 #t Ilg. In order to achieve, and in particular to maintain, a vacuum of this magnitude in the region 19 , it is necessary to limit the size of the openings between the region 19 and the other regions operating at a lower vacuum. This is achieved according to the invention in that the size of the electron beam openings 53, which are provided for the passage of the electron beams into the region 18 , and also the size of a similar opening 38 which connects the region 19 with the initial melting region 17 , are kept to a minimum. With regard to the manner in which these openings are brought to a minimum size, reference is made to a later part of the description which relates to possible designs of electron guns.

Bezüglich der weiteren Verarbeitung des in diesem Ofen zu schmelzenden, zu reinigenden und zu gießenden Metalls wird bemerkt, daß nach dem erstmaligen Schmelzen des Schmelzgutes 23, wobei dieses nach unten in den Herd 11 tropft, ein Metallschmelzsumpf gebildet wird, der sich durch den Herd erstreckt und eine maximale Oberfläche an geschmolzenem Metall ergibt. Auf die Oberfläche dieses Sumpfes werden Beschußstrahlen hoher Energie gerichtet, um das Metall zusätzlich zu erhitzen. Dieser Beschuß dient nicht nur dazu, das Metall in geschmolzenem Zustand zu erhalten, sondern außerdem dazu, dessen Temperatur zusätzlich zu erhöhen, um so die Entfernung von flüchtigen Verunreinigungen darin zu unterstützen. Diese Unterstützung wird zusätzlich gefördert, indem eine wesentliche Bewegung oder Rührung in geschmolzenem Metall vorgesehen wird, das vom Einlaßende des Herdes zu dessen Auslaßende durch den vorerwähnten Sumpf fließt. Diese Rührwirkung wird auf einfache Weise durch thermische Gradienten im geschmolzenen Metall erzielt, die durch örtlich begrenzten Beschuß der Oberfläche des geschmolzenen Metalls verursacht werden.With regard to the further processing of the metal to be melted, cleaned and cast in this furnace, it should be noted that after the melting material 23 has been melted for the first time, which drips down into the hearth 11 , a molten metal sump is formed which extends through the hearth and gives a maximum surface area of molten metal. High-energy bombardment beams are directed onto the surface of this sump in order to additionally heat the metal. This bombardment serves not only to maintain the metal in a molten state, but also to additionally raise its temperature so as to aid in the removal of volatile impurities therein. This assistance is further promoted by providing substantial agitation or agitation in molten metal flowing through the aforesaid sump from the inlet end of the hearth to its outlet end. This stirring effect is achieved in a simple manner by thermal gradients in the molten metal, which are caused by localized bombardment of the surface of the molten metal.

Das Einlaßende des Herdes kann als das Ende bezeichnet werden, in welches das anfänglich geschmolzene Metall vom Schmelzgut tropft, und das Auslaßende des Herdes ist in einiger Entfernung davon nach einem Fließweg des geschmolzenen Metalls durch den Herd angeordnet und ist mit Auslaßeinrichtungen, um das geschmolzene Metall in eine Form zu gießen, versehen. Wie in F i g. 1 angedeutet, ist ein Trichter oder eine Rinne 61 vorgesehen, die sich vom Auslaßende des Herdes über eine Form 62 erstreckt, in die das geschmolzene Metall fließt. Um den Fluß des geschmolzenen Metalls durch diese Rinne oder diesen Gießtrichter sicherzustellen, ist deren Oberseite offen und es ist, wie gezeigt, ein Elektronenstrahl hineingerichtet. Außerdem ist die Möglichkeit vorgesehen, einen Elektronenstrahl in den offenen Oberteil der Form 62 zu richten, so daß das vom Herd in die Gußform fließende geschmolzene Metall zusätzlich in der Gußform selbst beschossen wird. Dadurch wird dann ein Schmelzsumpf des Metalls am Oberteil einer Pfanne in der Form aufrechterhalten, wodurch verfestigtes Metall kontinuierlich aus dem Unterteil der Form herausgezogen werden kann. In F i g. 1 ist ein verfestigter Ingot 63 gezeigt, der innerhalb der Gußform 62 durch Verfestigung des aus dem Herd über die Gießrinne 61 hineinfließenden geschmolzenen Metalls gebildet wird. Dieser Ingot kann durch den Boden des Ofengehäuses 12 reichen, und in der Praxis wird unterhalb dieses Ofens ein beträchtlicher Raum vorgesehen, so daß ein relativ langer Ingot in einem Arbeitsgang geformt und kontinuierlich aus dem Ofen in dem Maß, in dem sich das Metall in der Gußform bzw. Kokille verfestigt, herausgezogen werden kann. Selbstverständlich muß die Geschwindigkeit, mit welcher das verfestigte Material herausgezogen wird, der Geschwindigkeit des erstmaligen Schmelzens des Schmelzgutes entsprechen sowie der tatsächlichen Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls vom Herdende in die Kokille. Evakuierung der Region 18 über dem Großteil des Herdes, worin der Beschuß des geschmolzenen Metalls zu dessen Reinigung durchgeführt wird, und um die Gießeinrichtungen für den Ingot am Ende des Herdes können durch starke Vakuumpumpen, wie schematisch bei 64 angedeutet, durchgeführt werden. Die Stärke des innerhalb der Region 18 aufrechterhaltenen Vakuums liegt zwischen dem außerordentlich hohen Vakuum, das in der Elektronenkanenenregion 19 und dem Vakuum, das in der Anfangsschmelzregion 17 des Ofens aufrechterhalten wird.The inlet end of the hearth may be referred to as the end into which the initially molten metal drips from the melt, and the outlet end of the hearth is located some distance therefrom after a flow path of the molten metal through the hearth and is provided with outlet means around the molten metal to pour into a mold, provided. As in Fig. As indicated in Fig. 1, a funnel or chute 61 is provided which extends from the outlet end of the hearth over a mold 62 into which the molten metal flows. To ensure the flow of molten metal through this trough or sprue, the top thereof is open and an electron beam is directed into it as shown. It is also possible to direct an electron beam into the open top of the mold 62 so that the molten metal flowing from the hearth into the casting mold is additionally bombarded in the casting mold itself. This then maintains a molten pool of metal on the top of a ladle in the mold, allowing solidified metal to be continuously pulled out of the bottom of the mold. In Fig. 1 , a solidified ingot 63 is shown which is formed within the mold 62 by solidifying the molten metal flowing into it from the hearth via the launder 61. This ingot can extend through the bottom of the furnace housing 12, and in practice a considerable space is provided below this furnace so that a relatively long ingot is formed in one operation and continuously out of the furnace as the metal is in the Casting mold or chill solidified, can be pulled out. Of course, the speed at which the solidified material is pulled out must correspond to the speed at which the molten material is melted for the first time and the actual flow speed of the molten metal from the hearth end into the mold. Evacuation of the region 18 over the majority of the hearth where the bombardment of the molten metal is carried out to clean it, and around the ingot pouring facilities at the end of the hearth can be performed by powerful vacuum pumps as indicated schematically at 64. The strength of the vacuum maintained within region 18 lies between the extremely high vacuum that is maintained in electron gun region 19 and the vacuum that is maintained in initial melting region 17 of the furnace.

Im vorhergehenden wurde kurz ein verbesserter Vakuumofen beschrieben, der sich außerordentlich gut zum Schmelzen, zur Reinigung und zum Vergießen von relativ niedrig schmelzenden Metallen wie Kupfer eignet.An improved vacuum furnace was briefly described above, which is extremely good for melting, cleaning and pouring relatively low-melting metals such as copper.

Wenn beispielsweise Kupfer in dem Ofen bearbeitet wird, besteht die Herdauskleidung vorzugsweise aus Graphit. Diese wird durch Kontakt mit dem geschmolzenen Kupfer erhitzt, so daß dadurch der Sauerstoff aus dem Kupfer entfernt wird. Die äußere Schale des Herdes kann beispielsweise aus Kupfer bestehen mit Wasserkühlrohren darin oder darum, während die Zwischenisolierung 16 zwischen Auskleidung und Schale beispielsweise aus porösen Kohlenblöcken bestehen kann. Die Dampfschranke 21 besteht in diesem Fall aus Kupfer mit einer Graphitspitze 34, und ebenso kann die andere Dampfschranke 22 aus Kupfer bestehen. Da im Ofen sehr hohe Temperaturen herrschen, sind vorzugsweise Einrichtungen zum Kühlen verschiedener Teile vorgesehen, wie beispielsweise die Wandungen der Dampfschranken; dies kann leicht dadurch erfolgen, daß Wasserkühlrohre in wärineleitender Verbindung angeordnet werden. Bei der Bearbeitung von Kupfer besteht der Auslaß oder die Rinne 61 ebenfalls vorzugsweise ausGraphit, und es kann derGuß in der kalten Kokille durchgeführt werden, wobei die Kokille 62 zur Verfestigung des Kupfers, wenn es durch die Rinne des Herdes fließt, auf hinreichend niedriger Temperatur gehalten wird.For example, if copper is being processed in the furnace, the hearth lining is preferably made of graphite. This is heated by contact with the molten copper, so that the oxygen is thereby removed from the copper. The outer shell of the stove can for example consist of copper with water cooling pipes in or around it, while the intermediate insulation 16 between the lining and the shell can consist for example of porous carbon blocks. The vapor barrier 21 in this case consists of copper with a graphite tip 34, and the other vapor barrier 22 can likewise consist of copper. Since very high temperatures prevail in the furnace, devices for cooling various parts are preferably provided, such as the walls of the steam barriers; this can easily be done in that water cooling pipes are arranged in a heat-conducting connection. When machining copper, the outlet or channel 61 is also preferably made of graphite and the casting can be carried out in the cold mold, the mold 62 being kept at a sufficiently low temperature to solidify the copper as it flows through the channel of the hearth will.

Es ist äußerst vorteilhaft für diesen Ofen, einen ziemlich langen Fließweg für das in der Region 18 des Ofens zu reinigende Metall vorzusehen, um eine maximale Reinigung des Metalls zu erzielen. Die Weglänge kann durch Verwendung von Teilungen 66, z. B. aus Graphit erhöht werden, die sich seitlich über dem Herd von einander gegenüberliegenden Seiten jeweils bis knapp vor die andere Seite erstrecken, so daß dadurch ein serpentinenartiger Pfad für das geschmolzene Metall vom Einlaßende des Herdes zu dessen Auslaßende vorgesehen wird. Wie oben erwähnt, wird das Schmelzgut 23 aus relativ unreinem Kupfer in den Beschußstrahl 36 gebracht, wodurch es über dem Herd- erhitzt und geschmolzen wird, dadurch abwärts in diesen tropft und den Herd mit einem Sumpf oder Strom 33 aus geschmolzenem Kupfer füllt. Am Oberteil dieses ersten Teils des Herdes zwischen dessen Einlaßende und der Dampfschranke 21, die sich wenigstens teilweise in den geschmolzenen Strom erstreckt, werden die Verunreinigungen des Kupfers gefangen, die darauf schwimmen; dies ist als Schlackenschicht od. dgl. 39 auf dem geschmolzenen Kupfer in diesem Teil des Ofens angedeutet. Die Entfernung dieser fließenden Verunreinigungen wird durch das Führen eines Schiebers od. dgl. über die Oberfläche des geschmolzenen Kupfers erzielt, wobei die Schlacke in entsprechende Einrichtungen wie die Grube 42 ge- stoßen wird, und es wird besonders darauf hingewiesen, daß die Fortsetzung der Dampfschranke 21 in dem Kupferschmelzsumpf verhindert, daß diese schwimmenden Verunreinigungen über die Länge des Herdes schwimmen und schließlich den Kupferingot, der nach der Behandlung im Herd gegossen wird, verunreinigen.It is extremely advantageous for this furnace to have a fairly long flow path for the metal to be cleaned in region 18 of the furnace in order to achieve maximum cleaning of the metal. The path length can be determined by using divisions 66, e.g. B. of graphite, which extend laterally above the hearth from opposite sides in each case to just before the other side, so that thereby a serpentine path is provided for the molten metal from the inlet end of the hearth to its outlet end. As mentioned above, the molten material 23 of relatively impure copper is brought into the bombardment beam 36 , whereby it is heated and melted above the hearth, thereby dripping down into it and filling the hearth with a sump or stream 33 of molten copper. At the top of this first part of the hearth, between its inlet end and the vapor barrier 21, which extends at least partially into the molten stream, the impurities of the copper floating on it are trapped; this is indicated as a layer of slag or the like 39 on the molten copper in this part of the furnace. The removal of these flowing impurities od by driving a slider. Like. Scored on the surface of the molten copper, the slag is discharged into appropriate devices such as the pit 42 overall, and it is particularly noted that the continuation of the vapor barrier 21 in the copper smelting sump prevents these floating impurities from swimming the length of the hearth and ultimately contaminating the copper ingot that is cast in the hearth after treatment.

Zusätzlich zum Beschuß des Schmelzgutes um dieses zu schmelzen ist auch vorgesehen, daß ein Beschußstrahl in den offenen Herd in der Region 17 gerichtet wird, um das Metall darin zusätzlich zu erhitzen um sicherzustellen, daß das Kupfer darin in flüssigem Zustand bleibt. Die öffnung im unteren Teil 34 der Dampfschranke 21 gestattet dem geschmolzenen Kupfer im Herd der Länge nach von rechts nach links zu fließen, und die Trennwände 66 im Herd ergeben einen verlängerten Fließweg, so daß das geschmolzene Kupfer serpentinenartig vom Einlaß zum Auslaßende des Herdes fließt. Nach Passage durch die Dampfschranke 21 wird das geschmolzene Kupfer zusätzlich durch Beschuß erhitzt, wie beispielsweise mittels Elektronenstrahlen 52, die in den Herd auf die Oberfläche des Kupfers gerichtet werden. Diese zusätzliche Erhitzung erzeugt wesentliche thermische Gradienten im Kupfer, so daß dadurch eine Materialbewegung oder ein Rühren des Kupfers entsteht. Die Zufuhr von weiterer Wärine an das Kupfer längs des verlängerten Fließweges und auf dessen vergrößerte Oberfläche gestattet insofern eine sehr weitgehende Reinigung des Kupfers als ein sehr hoher Prozentsatz an flüchtigen Verunreinigungen im Kupfer daraus entfernt wird. Solche Verunreinigungen sind nicht nur die Verbindungen, die bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes von Kupfer flüchtig werden, sondern außerdem solche Gase, die im Kupfer, wie es in den Ofen eingeführt wird, eingeschlossen sein können. Durch diese zusätzliche Behandlung, d. h. Zufuhr von wesentlichen Wärinemengen an das geschmolzene Kupfer über einen wesentlichen Teil seiner Fließstrecke und die kontinuierliche Evakuierung des Volumens über dem geschmolzenen Kupfer, so daß alle Gase und Dämpfe, die sich aus dem Kupfer entwickeln, schnell aus dem Volumen entfernt werden, wird eine sehr weitgehende Reinigung des Kupfers erzielt. Dieses gereinigte Kupfer fließt dann aus dem Herd durch den offenen Gießtrichter oder die Rinne 61 am linken Ende des Herdes und strömt in eine kalte Kokille 62. Dadurch, daß Beschußenergie in Form eines Elektronenstrahls 52 beispielsweise in die Rinne 61 gerichtet wird, wird sichergestellt, daß das Kupfer darin in geschmolzenem Zustand bleibt und tatsächlich durch den Auslaß in die Kokille fließt. Außerdem ist es in diesem Ofen möglich, Beschußenergie in den offenen Oberteil der Kokille 62 zu richten, so daß sich das Kupfer am Boden eines Schmelzsumpfes innerhalb dieser Kokille verfestigt und somit ein sehr dichter Ingot ohne Hohlstellen u. dgl. erhalten wird, die sich sonst bei anderen Gußverfahren bilden könnten.In addition to bombarding the molten material in order to melt it, it is also provided that a bombardment beam is directed into the open hearth in region 17 in order to additionally heat the metal therein to ensure that the copper remains in a liquid state therein. The opening in the lower portion 34 of the vapor barrier 21 allows the molten copper in the hearth to flow lengthwise from right to left, and the partitions 66 in the hearth provide an elongated flow path so that the molten copper flows in a serpentine fashion from the inlet to the outlet end of the hearth. After passing through the vapor barrier 21, the molten copper is additionally heated by bombardment, for example by means of electron beams 52 which are directed into the hearth onto the surface of the copper. This additional heating creates significant thermal gradients in the copper, causing material movement or stirring of the copper. The supply of further heat to the copper along the extended flow path and on its enlarged surface allows a very extensive cleaning of the copper insofar as a very high percentage of volatile impurities in the copper is removed therefrom. Such impurities are not only those compounds that become volatile at temperatures below the melting point of copper, but also those gases that may be trapped in the copper as it is introduced into the furnace. By this additional treatment, i. H. The supply of substantial amounts of heat to the molten copper over a substantial part of its flow path and the continuous evacuation of the volume above the molten copper so that all gases and vapors which develop from the copper are quickly removed from the volume becomes very extensive Purification of the copper achieved. This purified copper then flows from the hearth through the open sprue or the gutter 61 at the left end of the hearth, and flows into a cold mold 62. Because bombardment energy, for example, directed into the channel 61 in the form of an electron beam 52, it is ensured that the copper therein remains in a molten state and actually flows into the mold through the outlet. In addition, it is possible in this furnace to direct bombardment energy into the open upper part of the mold 62 , so that the copper solidifies at the bottom of a melt pool inside this mold and thus a very dense ingot is obtained without voids and the like that would otherwise be could form in other casting processes.

Die verschiedenen Materialien, die sich zur Verwendung im erfindungsgemäßen Ofen eignen, worin beispielsweise Kupfer bearbeitet werden soll, wurden oben angegeben, und es soll nochmals darauf hingewiesen werden, daß die Verwendung einer Graphitauskleidung 14 für den Herd und die Trennwände darin insofern äußerst vorteilhaft ist, als durch Kontakt des geschmolzenen Kupfers mit dem erhitzten Graphit eine wesentliche Menge Sauerstoff aus dem Kupfer entfernt wird. Bezüglich der Dimensionen eines Ofens, wie er zum Schmelzen, Reinigen und Vergießen von Kupfer verwendet wird, sei bemerkt, daß der rechteckige Kupferschmelzsumpf, der sich im Herd befindet, im Vergleich mit der Tiefe des geschmolzenen Metalls eine wesentlich größere Dimension der Läge nach aufweist. So kann beispielsweise der innere offene Teil des Herdes eine Dimension von 1,20 m - 1,80 in besitzen, während das geschmolzene Metall wie beispielsweise Kupfer eine Tiefe von ungefähr 5 cm darin aufweist. Bezüglich der Graphitabteilungen im Herd sei bemerkt, daß diese nur deshalb vorgesehen sind, um den Fließweg des Metalls vom Einlaßende zum Auslaßende des Herdes zu verlängern und zur Durchführung der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt notwendig sind, obwohl sie den Vorteil zeigen, den Fließweg des geschmolzenen Metalls genauer zu bestimmen und gleichzeitig einen möglichst langen Fließweg bei möglichst kleinen Herddimensionen in bezug auf die verfügbare Weglänge zum Beschuß während der Reinigung zu gestatten.The various materials which are suitable for use in the furnace according to the invention, in which, for example, copper is to be processed, have been indicated above, and it should be pointed out again that the use of a graphite lining 14 for the stove and the partitions therein is extremely advantageous in that when contact of the molten copper with the heated graphite removes a substantial amount of oxygen from the copper. Regarding the dimensions of a furnace used for the melting, cleaning and pouring of copper, it should be noted that the rectangular copper smelting sump located in the hearth has a substantially larger dimension in length compared to the depth of the molten metal. For example, the inner open portion of the hearth may be 1.20m -1.80 in, while the molten metal, such as copper, has a depth of about 5 cm therein. With regard to the graphite compartments in the hearth, it should be noted that these are provided only to increase the flow path of the metal from the inlet end to the outlet end of the hearth and are not essential to the practice of the present invention, although they show the advantage of the flow path of the molten metal to determine more precisely and at the same time to allow the longest possible flow path with the smallest possible focus dimensions in relation to the available path length for bombardment during cleaning.

Die Zufuhr von Beschußenergie im vorliegenden Ofen zum anfänglichen Schmelzen des zugeführten Materials und die Zugabe von weiterer Wärme an das geschmolzene Metall, das durch den Herd des Ofens fließt, kann durch Energiestrahlen von subatomaren Teilchen durchgeführt werden. In bezug auf die Leichtigkeit der Erzeugung und der Kontrolle ist es vorteilhaft, hierfür entweder Elektronen-oder Ionenstrahlen zu verwenden. In den F i g. 3 bis 6 sind bestimmte Konstruktionen von Elektronenkanonen gezeigt, die sich für die vorliegende Erfindung sehr gut eignen. Das wichtigste Merkmal der damit erzeugten Strahlkonfigurationen ist dabei, daß sie fokussiert werden um durch sehr kleine öffnungen in den Dampfschranken des Ofens treten zu können. Da die Technologie der Elektronenstrahlen sehr weit fortgeschritten ist und die Erzeugung und Steuerung von energiereichen Elektronenstrahlen sehr leicht durchgeführt werden kann, wird hier als Beispiel angeführt, daß zur Erzeugung der Beschußenergie in den erfindungsgemäßen öfen Elektronenstrahlen verwendet werden sollen.The application of bombardment energy in the present furnace to initially melt the feed material and the addition of further heat to the molten metal flowing through the hearth of the furnace can be accomplished by energy beams from subatomic particles. In terms of ease of generation and control, it is advantageous to use either electron beams or ion beams for this purpose. In the F i g. 3 to 6 certain designs of electron guns are shown, which are very suitable for the present invention. The most important feature of the beam configurations thus generated is that they are focused in order to be able to pass through very small openings in the steam barriers of the furnace. Since electron beam technology is very advanced and the generation and control of high-energy electron beams can be carried out very easily, it is given here as an example that electron beams are to be used to generate the bombardment energy in the furnaces according to the invention.

In F i g. 3 ist eine Elektronenquelle 71 schematisch dargestellt, die einen Elektronen emittierenden Draht 72 aufweist, der wenigstens teilweise innerhalb einer Schirmelektrode 73 angeordnet ist, und im Abstand vom Faden eine Beschleunigungselektrode 74 besitzt. Beim Fließen eines geeigneten Stroms durch den Draht 72 wird dieser auf eine Elektronen emittierende Temperatur erhitzt, so daß eine größere Menge an Elektronen davon emittiert wird. Die Beschleunigungselektrode 74 wird auf positivem Potential gegenüber dem Draht gehalten und zieht somit die von der Quelle als Strahl emittierten Elektronen an. Diese Quelle 71 kann auch als Elektronenkanone bezeichnet werden, da die Elektronen davon gerichtet und in Form eines Strahls emittiert werden. Der Elektronenstrahl 76, der dem jeweiligen Strahl 52 von F i g. 1 entsprechen kann, wird eine bestimmte Divergenz aufweisen, und es sind daher zwei getrennte Elektronenwege gezeichnet, die beispielsweise die Grenzen des Strahls darstellen soUen. Es ist von größerer Wichtigkeit bei Elektronenstrahlöfen, daß die Elektronenkanone vor dem Beschuß von positiven Ionen geschützt wird, die innerhalb des Ofens und auch von Dämpfen od. dgl. entwickelt werden, da sich diese sonst auf den Teilen der Kanone niederschlagen und die Wirkung der Kanone beeinträchtigen und eventuell völlig zunichte machen. Der erfindungsgemäße Ofen kann kontinuierlich betrieben werden und sieht einen maximalen Schutz für seine Elektronenkanonen vor, da die Kanonenregion 19 von den Regionen 17 und 18 des Ofens, in welchen wesentliche Mengen an Gasen und Dämpfen entwickelt werden können, getrennt ist. Außerdem ist ersichtlich, daß die Elektronenkanone 71 seitlich von der relativ kleinen öffnung 53 in der horizontalen Dampfschranke 22 verschoben ist. Der Elektronenstrahl 76 ist gekrümmt und fokussiert und wird mittels eines magnetischen Feldes, das zwischen einem Paar von Polschuhen 81 und 82 durch eine geeignete Spule 83 über die Enden dieser Polschuhe erzeugt wird, durch diese kleine öffnung 53 gelenkt. Die Polschuhe können beispielsweise aus Eisen od. dgl. bestehen und haben die Form von im wesentlichen flachen Platten, die sich von der Oberseite der Dampfschranke 22 zur Elektronenkanone 71 von der Spule 83 aufwärts erstrecken, so daß das magnetische Feld quer über den Oberteil der öffnung 53 erzeugt wird.In Fig. 3 , an electron source 71 is shown schematically, which has an electron-emitting wire 72 , which is arranged at least partially within a shield electrode 73 , and has an acceleration electrode 74 at a distance from the thread. When a suitable current is passed through the wire 72 , it is heated to an electron-emitting temperature so that a greater amount of electrons is emitted therefrom. The acceleration electrode 74 is held at a positive potential with respect to the wire and thus attracts the electrons emitted as a beam by the source. This source 71 can also be referred to as an electron gun, since the electrons are directed from it and emitted in the form of a beam. The electron beam 76 corresponding to the respective beam 52 of FIG. 1 , will have a certain divergence, and therefore two separate electron paths are drawn, which should, for example, represent the boundaries of the beam. It is of greater importance with electron beam furnaces that the electron gun is protected from being bombarded by positive ions which are developed inside the furnace and also from vapors or the like, as otherwise these will be reflected on the parts of the gun and the effect of the gun affect and possibly destroy completely. The furnace according to the invention can be operated continuously and provides maximum protection for its electron guns since the gun region 19 is separated from the regions 17 and 18 of the furnace in which substantial quantities of gases and vapors can be evolved. It can also be seen that the electron gun 71 is displaced laterally from the relatively small opening 53 in the horizontal vapor barrier 22. The electron beam 76 is curved and focused and is guided through this small opening 53 by means of a magnetic field which is generated between a pair of pole pieces 81 and 82 by a suitable coil 83 over the ends of these pole pieces. The pole shoes can for example consist of iron or the like and are in the form of essentially flat plates which extend upwards from the top of the vapor barrier 22 to the electron gun 71 of the coil 83 , so that the magnetic field across the top of the opening 53 is generated.

Im Unterschied zu anderen Arten der Fokussierung von Elektronenstrahlen wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Strahl in ein konvexes magnetisches Feld gerichtet und dann in einem im wesentlichen bei der öffnung 53 liegenden Brennpunkt konzentriert. Der Strahl wird in einem Gebiet eines relativ schwachen magnetischen Feldes erzeugt und durch ein »faßartiges« Feld im stärksten Teil des magnetischen Feldes fokussiert. Diese Art der Strahlsteuerung ergibt eine seitliche Zusammendrängung des Strahls, wie in F i g. 4 gezeigt, infolge der Krümmung der Feldlinien und der daraus resultierenden Ablenkkräfte auf die Elektronen. Auf diese Weise wird ein maximaler Fokussierungseffekt erzielt, und dies ist äußerst erwünscht, um den Strahl durch eine möglichst kleine öffnung in der Dampfschranke zu führen. Auf diese Weise werden die Dimensionen der Öffnung 53 bei einem absoluten Minimum gehalten. Der durch die öffnung 53 tretende Elektronenstrahl wird dann, wie auch in F i g. 3 gezeigt, divergieren und wird dann etwa eine konische Gestalt annehmen, wenn er abwärts von der Dampfschranke 22 bis zur Oberfläche des geschmolzenen Materials im Herd fortschreitet.In contrast to other types of focusing of electron beams, according to the present invention, the beam is directed into a convex magnetic field and then concentrated in a focal point located essentially at the opening 53. The beam is generated in an area of a relatively weak magnetic field and is focused by a "barrel-like" field in the strongest part of the magnetic field. This type of beam steering results in a lateral compression of the beam, as in FIG. 4, due to the curvature of the field lines and the resulting deflection forces on the electrons. In this way, a maximum focusing effect is achieved, and this is extremely desirable in order to guide the beam through the smallest possible opening in the vapor barrier. In this way the dimensions of the opening 53 are kept to an absolute minimum. The electron beam passing through the opening 53 is then, as also in FIG. 3 , it will diverge and then become approximately conical in shape as it proceeds downward from the vapor barrier 22 to the surface of the molten material in the hearth.

Auf diese Art wird erfindungsgemäß ein maximaler Schutz der Elektronenkanonen von möglichen Verunreinigungen aus dem Herdgebiet des Ofens erzielt. In den Dampfschranken 21 und 22 sind außerordentlich kleine öffnungen vorgesehen, und es ist daher auch die Möglichkeit des Durchtretens von Metalldämpfen durch die öffnungen sehr gering. Außerdem vermindert noch zusätzlich die große Elektronenmenge, die im Fokus durch die kleine öffnung 53 durchtritt, die Möglichkeit, daß Dampf durch die Öffnungen aufwärts strömt, ohne ionisiert zu werden. Es ist klar, daß der Durchtritt von Ionen durch die öffnung 53 dann bewirkt, daß diese Ionen dann in ein magnetisches Feld treten, welches zwar die entsprechende und geeignete Feldstärke besitzt, um die Elektronen durch die öffnung zu leiten, jedoch zu schwach ist, um die Ionen zurück in die Elektronenkanone zu leiten. Infolge der seitlichen Verschiebungen der Kanonen von den Öffnungen 53 existieren keine direkten Wege zwischen Dampfquellen im Ofen und den Elektronenkanonen.In this way, according to the invention, maximum protection of the electron guns from possible contamination from the hearth area of the furnace is achieved. Extremely small openings are provided in the vapor barriers 21 and 22, and the possibility of metal vapors passing through the openings is therefore also very small. In addition, the large amount of electrons which pass through the small opening 53 in the focus additionally reduces the possibility of vapor flowing upwards through the openings without being ionized. It is clear that the passage of ions through the opening 53 then has the effect that these ions then enter a magnetic field which, although it has the appropriate and suitable field strength to guide the electrons through the opening, is too weak to direct the ions back into the electron gun. As a result of the lateral displacements of the guns from the openings 53, there are no direct paths between steam sources in the furnace and the electron guns.

Obwohl Elektronenstrahlbeschuß nur beispielsweise angegeben ist, wurde gefunden, daß sehr dichte Elektronenstrahlen auf die vorhergehende Art durch außerordentlich kleine Öffnungen wie beispielsweise in der Größenordnung von 4 cm2 fokussiert werden können. Um nicht einen Weg mit kleinem magnetischem Widerstand vorzusehen, der das fokussierende Magnetfeld kurzschließt, müssen die Dampfschranken 21 und 22 aus nichtmagnetischem Material, wie beispielsweise Kupfer, bestehen, und es ist ersichtlich, daß eine bestimmte Menge an Dampf, der vom geschmolzenen Metall im Herd des Ofens entwickelt wird, auf diese Dampfschranken auftreffen wird. Es ist daher vorteilhaft, für diese Schranken Kühlvorrichtungen vorzusehen; solche sind schematisch als Kühlrohre 84 auf der Schranke 22 in F i g. 3 dargestellt, wobei die Rohre Kühlwasser entlang der Oberfläche der Dampfschranke leiten können. Diese Kühlrohre können je nach den besonderen Konstruktionserfordemissen oberhalb oder unterhalb der Dampfschranke angeordnet sein, und so sind beispielsweise in F i g. 5 die gleichen Kühlrohre oberhalb der Dampfschranke in Kontakt damit gezeigt.Although electron beam bombardment is given by way of example only, it has been found that very dense electron beams can be focused in the foregoing manner through extremely small openings such as on the order of 4 cm2. In order not to provide a low reluctance path short-circuiting the focusing magnetic field, the vapor barriers 21 and 22 must be made of a non-magnetic material such as copper, and it can be seen that a certain amount of vapor drawn from the molten metal in the hearth of the furnace is developed, will hit these vapor barriers. It is therefore advantageous to provide cooling devices for these barriers; these are shown schematically as cooling tubes 84 on the barrier 22 in FIG. 3 , the pipes being able to direct cooling water along the surface of the vapor barrier. These cooling tubes can be arranged above or below the vapor barrier, depending on the particular design requirements, and so, for example, in FIG. Figure 5 shows the same cooling tubes above the vapor barrier in contact therewith.

Erfindungsgemäß ist es höchst vorteilhaft, Beschußquellen für sehr hohe Energie vorzusehen, um die gewünschten Energiemengen dem geschmolzenen Metall im Ofen zuzuführen. Eine Art, die Beschußenergie zu erhöhen, ist die Zahl der Beschußquellen zu erhöhen. Ein Verfahren, um dieses Ergebnis zu erzielen, ist in F i g. 5 illustriert, aus welcher ersichtlich ist, daß zwei getrennte Elektronenkanonen 91 und 92 angeordnet sind. Die Kanone 91 ist in größerem Abstand vom Zentrum des Magnetfeldes als die Kanone 92 angeordnet, und es werden daher die von der Kanone 91 emittierten Elektronen durch ein schwächeres Feld laufen und somit durch das Feld weniger gekrümmt werden, so daß sie in Kurven mit geringerer Krümmung laufen. Dies ist schematisch durch die Grenzen 93 und 94 der Elektronenstrahlen dargestellt, die von den Drähten jeder der beiden Elektronenkanonen 91 und 92 kommen. Es ist ersichtlich, daß bei geeigneter Anordnung der Kanonen die Elektronenstrahlen von jeder in der Öffnung 53 in der Dampfschranke 22 fokussiert werden. Durch die Verwendung einer Anzahl von Elektronenkanonen und durch Fokussierung ihrer Strahlen durch individuelle Öffnungen ist es somit möglich, die Anforderungen für die einzelnen Kanonen zu reduzieren und trotzdem einen Beschuß von außerordentlich hoher Energie zu erhalten.According to the invention, it is highly advantageous to provide very high energy sources of bombardment in order to supply the desired amounts of energy to the molten metal in the furnace. One way to increase the fire energy is to increase the number of fire sources. One method of achieving this result is shown in FIG. Fig. 5 illustrates from which it can be seen that two separate electron guns 91 and 92 are arranged. The cannon 91 is located at a greater distance from the center of the magnetic field than the cannon 92 , and therefore the electrons emitted by the cannon 91 will pass through a weaker field and thus be less curved by the field, so that they are in curves with less curvature to run. This is shown schematically by the boundaries 93 and 94 of the electron beams coming from the wires of each of the two electron guns 91 and 92. It can be seen that when the guns are properly positioned, the electron beams from each are focused in opening 53 in vapor barrier 22. By using a number of electron guns and focusing their beams through individual openings, it is thus possible to reduce the requirements for the individual guns and still obtain a bombardment of extremely high energy.

Die oben beschriebene Elektronenstrahlenfokussierung, wobei die Elektronen in ein konkaves oder »faßförn-liges« Magnetfeld gerichtet werden, durch den stärksten Teil des Feldes laufen und darin zu einem außerordentlich kleinen Querschnitt fokussiert werden, ergibt tatsächlich, daß der Strahlfokus etwas oberhalb der Dampfschranke 22 und nicht direkt in der Öffnung 53 dieser Schranke entsteht. Dies ist in F i g. 6 illustriert, woraus ersichtlich ist, daß die beiden Strahlen 93 und 94 tatsächlich an einem Punkt unmittelbar über der Öffnung 53 fokussiert werden. Die Darstellung der F i g. 6 ist nur gezeigt, um ein Mißverständnis hinsichtlich der Fokussierung der Strahlen zu vermeiden, da in der Praxis gefunden wurde, daß der Fokus des Strahls oder der Strahlen nur leicht in Richtung oberhalb der Dampfschranke verschoben ist und daß daher die kleinen Dimensionen der öffnung 53 in der Schranke trotzdem beibehalten werden können.The electron beam focusing described above, whereby the electrons are directed into a concave or "barrel-shaped" magnetic field, pass through the strongest part of the field and are focused into an extraordinarily small cross section, actually results in the beam focus being somewhat above the vapor barrier 22 and does not arise directly in the opening 53 of this barrier. This is in FIG. 6 illustrates, from which it can be seen that the two beams 93 and 94 are actually focused at a point immediately above the aperture 53. The representation of the F i g. 6 is only shown in order to avoid a misunderstanding with regard to the focusing of the beams, since it has been found in practice that the focus of the beam or beams is only slightly shifted in the direction above the vapor barrier and that the small dimensions of the opening 53 in FIG the barrier can still be retained.

Im vorhergehenden wurde eine vorzugsweise Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, die sich besonders zum Schmelzen, Gießen und Reinigen von relativ niedrig schmelzenden Metallen der Art, wie sie gewöhnlich heute in der Industrie verwendet werden, eignet. Es wurde ein Beispiel eines Ofens zum Schmelzen von Kupfer gezeigt, wobei jedoch durch dieses Beispiel oder die obige Beschreibung und Illustration die vorliegende Erfindung nicht auf konventionelle Metalle beschränkt werden soll. Ganz im Gegenteil ist die vorliegende Erfindung sehr gut zum Schmelzen und Vergießen von allen Metallarten einschließlich nicht nur Eisen und Legierungen auf Nickelbasis, sondern auch sehr hochschmelzender Metalle, die oft als feuerfeste Metalle bezeichnet werden, geeignet. In dieser Gruppe von hochschmelzenden Metallen finden sich Elemente mit außerordentlich hohen Schmelzpunkten, so daß deren Eigenschaften denen von relativ wohlbekannten feuerfesten Materialien ähnlich sind. Beispiele dieser Metallarten sind Niob, Hafnium, Titan, Zirkon und Wolfram. Während die allgemeine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in gleicher Weise auf alle Metallarten anwendbar ist, soll doch darauf hingewiesen werden, daß gewisse physikalische Abänderungen der Ofenkonstruktion wünschenswert und auch notwendig sind, um die Metalle zu verarbeiten, die nur bei Temperaturen weit über 10001 C schmelzen oder die mit typischen Behälterrnaterialien wie Oxyden reagieren. In F i g. 7 ist eine Abänderung der vorliegenden Erfindung gezeigt, die sich besonders zur Anwendung bei der Behandlung von feuerfesten Metallen eignen.The foregoing has described a preferred embodiment of the present invention which is particularly suitable for the melting, casting and cleaning of relatively low-melting metals of the type commonly used in industry today. An example of a furnace for melting copper has been shown, but this example or the description and illustration above is not intended to limit the present invention to conventional metals. On the contrary, the present invention is very well suited for melting and potting all kinds of metals including not only iron and nickel-based alloys but also very refractory metals often referred to as refractory metals. This group of refractory metals contains elements with extremely high melting points so that their properties are similar to those of relatively well known refractory materials. Examples of these types of metals are niobium, hafnium, titanium, zirconium and tungsten. While the general embodiment of the present invention is equally applicable to all types of metal, it should be pointed out that certain physical modifications to the furnace design are desirable and also necessary in order to process the metals which only melt or melt at temperatures well above 1000 ° C which react with typical container materials such as oxides. In Fig. 7, there is shown a modification of the present invention which is particularly suitable for use in treating refractory metals.

Wie in F i g. 7 gezeigt, enthält der erfindungsgemäße Ofen einen länglichen im allgemeinen rechtwinkligen Herd 101, der in diesem Fall aus einem Material wie z. B. Kupfer besteht und Kühleinrichtungen wie die gezeigten Wasserdurchlässe 102 aufweist. Dieser längliche Herd oder oben offene Behälter 101 ist durch geeignete Fußstücke innerhalb eines Vakuumgehäuses 103 montiert. Ebenso wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auch der in F i g. 7 gezeigte Ofen in drei getrennte Vakuumregionen geteilt. Die erste Region 104 wird durch geeignete Pumpen 106 evakuiert und umschließt die erste Schmelze eines Schmelzgutes 107, das über den Oberteil des Herdes 101 gebracht wird. Hier wiederum kann das Schmelzgut 107 vertikal oder horizontal in einen Elektronenstrahl 108 zur ersten Schmelze des Schmelzgutes gebracht werden, so daß dieses abwärts in den Herd tropft. Eine Dampfschranke in Form einer im allgemeinen vertikalen Wand 109 trennt die Vakuumregion 104 vom Rest des Ofens. Diese Wand oder Schranke 109 erstreckt sich vom Oberteil des Ofens abwärts in den Herd 101 und umschließt auch den Herd an beiden Seiten und am Boden, so daß die erste Vakuumregion 104 vom restlichen Teil des Ofens praktisch völlig getrennt ist. Innerhalb des Herdes 101 befindet sich ein hochschmelzendes Metall in geschmolzenem Zustand, erhalten durch Schmelzen des Schmelzguts 107. Infolge der wesentlichen Kühlung des Herdes 101 wird sich eine verfestigte Schicht 111 aus dem Metall entlang des Bodens und der Wände des Herdes bilden. Kontinuierliche Wärinezufuhr durch Beschuß mit Elektronen oder anderen Partikeln auf die Oberfläche des in den Herd tropfenden Metalls, wie durch den Strahl 108 angedeutet, dient dazu, eine dünne Schicht oder einen Film an geschmolzenem Metall im Oberteil des Herdes oberhalb des verfestigten Materials 111 aufrechtzuerhalten. Dieses geschmolzene Metall 112 fließt der Länge nach durch den Herd vom Einlaßende zu einem Auslaßende. Die Dampfschranke 109, die auch aus einem Material wie Kupfer bestehen kann und die mit einer Wasserkühlung versehen ist, erstreckt sich in die geschmolzene Metallschicht 112. Es bildet sich daher ein verfestigter Teil 113 des Metalls über dem Ende oder der Spitze dieser Schranke, die in das geschmolzene Metall reicht.As in Fig. 7 , the oven of the present invention includes an elongated generally rectangular hearth 101, which in this case is made of a material such as e.g. B. consists of copper and cooling devices such as the water passages 102 shown. This elongated oven or open-topped container 101 is mounted within a vacuum housing 103 by suitable foot pieces. As with the previously described embodiment of the present invention, the one in FIG. 7 divided into three separate vacuum regions. The first region 104 is evacuated by suitable pumps 106 and encloses the first melt of a molten material 107 which is brought over the upper part of the hearth 101 . Here, in turn, the melting material 107 can be brought vertically or horizontally in an electron beam 108 to the first melt of the melting material, so that it drips downwards into the hearth. A vapor barrier in the form of a generally vertical wall 109 separates the vacuum region 104 from the remainder of the oven. This wall or barrier 109 extends from the top of the oven down into the oven 101 and also encloses the oven on both sides and at the bottom so that the first vacuum region 104 is practically completely separated from the remainder of the oven. Inside the hearth 101 is a refractory metal in a molten state obtained by melting the melt 107. As a result of the substantial cooling of the hearth 101 , a solidified layer 111 of the metal will form along the bottom and walls of the hearth. Continuous application of heat by bombardment with electrons or other particles onto the surface of the metal dripping into the hearth, as indicated by beam 108 , serves to maintain a thin layer or film of molten metal in the top of the hearth above the solidified material 111 . This molten metal 112 flows lengthwise through the hearth from the inlet end to an outlet end. The vapor barrier 109, which can also consist of a material such as copper and which is provided with a water cooling, extends into the molten metal layer 112. A solidified part 113 of the metal is therefore formed over the end or the tip of this barrier, which is in the molten metal is enough.

An der dem Einlaßende der Schranke 109 gegenüberliegenden Seite des Herdes befindet sich eine zweite Vakuumregion 116, um den Herd und diese Region wird durch eine im allgemeinen horizontale Dampfschranke 117 von einer oberen Region 118 des Ofens, in welcher die Kanonen angeordnet sind, getrennt. Das in Form einer Schicht 112 entlang des Herdes 101 zu dessen Auslaßende fließende geschmolzene Metall wird z. B. durch Elektronenstrahlen 121, die auf die Oberfläche dieses Metalls gerichtet sind, beschossen. Dieser zusätzliche Elektronenbeschuß dient dazu, Wärmeverluste zu vermeiden und das Metall weiter auf eine außerordentlich hohe Temperatur zu erhitzen, um zusätzlich flüchtige Verunreinigungen daraus zu entfernen. Durch die Einwirkung von großen Wärmernengen auf die Oberfläche der geschmolzenen Metallschicht 112 und durchWärmeabfuhr aus demBoden dieser fließenden Metallschicht werden wesentliche thermische Gradienten im Metall erzeugt, so daß dieses bei seinem Lauf entlang des Herdes ziemlich heftig gerührt wird. Dies ist äußerst vorteilhaft, um die Entfernung der Verunreinigungen aus dem Metall zu fördern.On the side of the hearth opposite the inlet end of barrier 109 is a second vacuum region 116 around the hearth and this region is separated by a generally horizontal steam barrier 117 from an upper region 118 of the furnace in which the guns are located. The molten metal flowing in the form of a layer 112 along the hearth 101 to its outlet is e.g. B. bombarded by electron beams 121, which are directed at the surface of this metal. This additional electron bombardment serves to avoid heat losses and to further heat the metal to an extremely high temperature in order to remove additional volatile impurities from it. The application of large amounts of heat to the surface of the molten metal layer 112 and the removal of heat from the bottom of this flowing metal layer create substantial thermal gradients in the metal, causing it to be agitated rather vigorously as it moves along the hearth. This is extremely beneficial in promoting the removal of the contaminants from the metal.

Am Auslaßende des Herdes ist ein wassergekühlter Gußtrichter bzw. eine Rinne 122 gebildet, durch welche geschmolzenes Metall aus dem Herd fließt und abwärts in eine wassergekühlte Kokille 123 tropft. Starke Vakuumpumpen 124 evakuieren kontinuierlich die Vakuumregion 116 des Ofens, so daß ein beträchtliches Vakuum innerhalb dieses Ofenteils aufrechterhalten wird und die schnelle Entfernung von Gasen und Dämpfen, die aus dem darin bearbeiteten, bei außerordentlich hoher Temperatur geschmolzenen Metall entweichen, sichergestellt wird. Durch Kühlen der Kokille 123 wird das aus dem Herd hineintropfende Metall verfestigt, und auf die Oberfläche dieses in die Form tropfenden Metalls wird Wärme einwirken gelassen, so daß ein Schmelzsumpf des Metalls innerhalb der Kokille oberhalb dem Ingot aufrechterhalten wird.At the outlet end of the hearth, a water-cooled pouring funnel or chute 122 is formed through which molten metal flows from the hearth and drips down into a water-cooled mold 123. Powerful vacuum pumps 124 continuously evacuate the vacuum region 116 of the furnace to maintain a substantial vacuum within that furnace portion and to ensure the rapid removal of gases and vapors escaping from the extremely high temperature molten metal being processed therein. By cooling the mold 123 , the metal dripping in from the hearth is solidified, and heat is applied to the surface of this metal dripping into the mold so that a puddle of the metal is maintained within the mold above the ingot.

In der gleichen Weise wie vorher bereits beschrieben, dient dieses am Oberteil des Ingots 126 gehaltene geschmolzene Metall bei seiner Verfestigung dazu, das Auftreten von Hohlstellen oder Dichteunregelmäßigkeiten im Ingot zu vermeiden. Durch kontinuierlichen Beschuß der Oberfläche der Rinne oder des Gußtrichters 122, durch welche(n) die Metallschmelze aus dem Herd fließt, wird sichergestellt, daß dieses Metall in der Rinne geschmolzen bleibt. Auf die gleiche Weise wie vorher bereits beschrieben, ist bei der Ofenkonstruktion gemäß F i g. 7 eine Höchstvakuumregion 118 vorgesehen, innerhalb welcher eine Vielzahl von Beschußquellen 131 angeordnet sind. Eine dieser Quellen richtet einen Strom 108 subatomarer Teilchen durch die Dampfschranke 109, um das Schmelzgut 107 erstmals zu schmelzen und außerdem dem Metall innerhalb des Herdes am Eingang Wärme zuzuführen. Eine Vielzahl von Beschußquellen 131 richtet ihre Strahlen abwärts durch kleine öffnungen in der im allgemeinen horizontalen Dampfschranke 117, so daß dadurch die Oberfläche der geschmolzenen Metallschicht 112, die entlang des Herdes fließt, beschossen wird. Diese Zufuhr von zusätzlicher Wärme dient, wie vorher festgestellt wurde, dazu, das bearbeitete Metall weiter zu reinigen. Verschiedene andere Beschußquellen 131, die auch innerhalb der Hochvakuumregion 118 angeordnet sind, richten Strahlen abwärts durch öffnungen in der Dampfschranke 117, um die Aufrechterhaltung eines Schmelzsumpfes an der Spitze des sich verfestigenden Ingots 126 zu gewährleisten und außerdem den kontinuierlichen Fluß der Metallschmelze durch den Auslaß 122 des Ofens sicherzustellen. Diese Beschußquellen 131 können beispielsweise wie die in den F i g. 3 und 4 gezeigten und oben beschriebenen Elektronenkanonen konstruiert sein und deren Fokussierungseinrichtungen aufweisen. Auch sei festgestellt, daß hinreichend starke Evakuierungseinrichtungen 132 mit der Hochvakuumregion 118 des Ofens in Verbindung stehen, um das darin gewünschte extreme Vakuum aufrechtzuerhalten. Auch in diesem Fall kann ein Vakuum in der Größenordnung von 0,02 bis 0,2 R Hg erzeugt und aufrechterhalten werden.In the same manner as previously described, this molten metal held on the top of the ingot 126 serves as it solidifies to prevent voids or density irregularities from occurring in the ingot. Continuous bombardment of the surface of the trough or sprue 122 through which the molten metal flows from the hearth ensures that this metal remains molten in the trough. In the same way as previously described, the furnace construction according to FIG . 7, a maximum vacuum region 118 is provided, within which a plurality of fire sources 131 are arranged. One of these sources directs a stream 108 of subatomic particles through the vapor barrier 109 to first melt the melt 107 and also to add heat to the metal within the hearth at the entrance. A plurality of bombardment sources 131 direct their beams downwardly through small openings in the generally horizontal vapor barrier 117, thereby bombarding the surface of the molten metal layer 112 flowing along the hearth. This supply of additional heat, as previously stated, serves to further cleanse the metal being worked. Various other bombardment sources 131, also located within the high vacuum region 118 , direct jets downward through openings in the vapor barrier 117 to maintain a puddle at the tip of the solidifying ingot 126 and also to ensure the continuous flow of molten metal through the outlet 122 of the furnace. These bombardment sources 131 can, for example, like those shown in FIGS. 3 and 4 and described above may be constructed and have their focusing devices. It should also be noted that sufficiently strong evacuators 132 are in communication with the high vacuum region 118 of the furnace to maintain the extreme vacuum desired therein. In this case too, a vacuum on the order of 0.02 to 0.2 R Hg can be created and maintained.

Die in F i g. 7 gezeigte Ausführungsforrn der vorliegenden Erfindung eignet sich wie oben beschrieben insbesondere für die Verarbeitung von Eisenlegierungen auf Nickelbasis und hochschmelzenden Metallen, und es wurde gefunden, daß es, wenn nur eine sehr dünne Metallschicht oder ein Film aus geschmolzenem Metall 112 durch den Ofen fließt, möglich ist, diese hochschmelzenden Metalle so weitgehend zu reinigen, daß nur ein einziger Durchlauf durch den Ofen notwendig ist, um Metalle mit einer bisher unbekannten Reinheit zu erhalten. Insbesondere sei bemerkt, daß eine kontinuierliche Behandlung, wobei das geschmolzene Metall wiederholter Erhitzung auf sehr hohe Temperaturen ausgesetzt wird, auf einfache Weise Resultate ergibt, die vorher nur durch wiederholten Durchlauf von Metallen durch Hochtemperaturvakuurnöfen möglich war. Es ist in der Technik bekannt, daß das erstmalige Schmelzen in einem Vakuumofen unter Verwendung von Elektronenstrahlerhitzern sehr vorteilhaft ist, und es wurde weiterhin festgestellt, daß gewöhnlich wiederholtes Schmelzen von hochschmelzenden Metallen notwendig ist, wenn hohe Reinheitsgrade erzielt werden sollen. Dies ist auf zahlreichen Gebieten der modernen Technologie, wobei die wahren chemischen Eigenschaften von hochschmelzenden Metallen von außerordentlicher Bedeutung sind, sehr wichtig. Die Anwesenheit von nur wenigen Teilen pro Million an Verunreinigungen in bestimmten Metallen verändert die physikalischen Eigenschaften derartiger Metalle sehr wesentlich und macht sie so für bestimmte Anwendungsgebiete völlig ungeeignet. Andererseits eröffnet die hinreichende Verkleinerung der Prozentsätze an Verunreinigungen, wie beispielsweise Sauerstoff, in verschiedenen hochschmelzenden Metallen zahlreiche neue Möglichkeiten für Herstellungsverfahren sowie für bisher nicht erhältliche hochschmelzende Elemente. Der erfindungsgemäße Vakuumofen gestattet die Erzielung von extremen Reinheitsgraden in einem kontinuierlichen Verfahren, wobei nur ein Durchlauf des Metalls durch den Ofen erforderlich ist.The in F i g. The embodiment of the present invention shown in Figure 7 , as described above, is particularly useful for processing nickel-based ferrous alloys and refractory metals, and it has been found that if only a very thin layer of metal or a film of molten metal 112 flows through the furnace, it can is to purify these refractory metals so extensively that only a single pass through the furnace is necessary to obtain metals with a previously unknown purity. In particular, it should be noted that continuous treatment, in which the molten metal is subjected to repeated heating to very high temperatures, readily produces results previously only possible by repeatedly passing metals through high temperature vacuum furnaces. It is known in the art that initial melting in a vacuum furnace using electron beam heaters is very advantageous, and it has also been found that repeated melting of refractory metals is usually necessary if high levels of purity are to be achieved. This is very important in many areas of modern technology where the true chemical properties of refractory metals are of paramount importance. The presence of only a few parts per million of impurities in certain metals changes the physical properties of such metals very significantly and thus makes them completely unsuitable for certain areas of application. On the other hand, the sufficient reduction in the percentages of impurities, such as oxygen, in various refractory metals opens up numerous new possibilities for manufacturing processes as well as for refractory elements that were previously unavailable. The vacuum furnace according to the invention allows extreme degrees of purity to be achieved in a continuous process, with only one passage of the metal through the furnace being required.

Zusätzlich zu den vorhergehenden Ausführungen sei bemerkt, daß die Unterteilung des erfindungsgemäßen Ofens in getrennte Teile durch Dampfschranken innerhalb des Ofens dazu dient, die Schwierigkeiten der einzelnen Verfahrensschritte, die in diesen jeweiligen Regionen durchgeführt werden, auf ein Minimum herabzusetzen. So wird verhindert, daß die im Anfangsteil 104 stattfindende sehr wesentliche Dampf- und Gasentwicklung in andere Teile des Ofens gelangt und dadurch die Reinigung begrenzt oder beispielsweise die zur Erzeugung der teschußenergie verwendeten Elektronenkanonen beschädigL Diese Trennung der Beschußquellen von der Region mit einer gegebenenfalls auftretenden Entwicklung von Gasen und Dämpfen während der Metallreinigung, wie dies durch die im allgemeinen horizontale Dampfschranke 117 erzielt wird, dient dazu, die Arbeitsfähigkeit dieser Quellen wesentlich zu verbessern sowie deren Lebensdauer wesentlich zu verlängern. Schwierigkeiten, die sich früher beim Elektronenbeschuß ergaben, sind beispielsweise durch die vorliegende Erfindung fast völlig beseitigt.In addition to the foregoing, it should be noted that the subdivision of the furnace according to the invention into separate parts by steam barriers within the furnace serves to reduce the difficulties of the individual process steps which are carried out in these respective regions to a minimum. This prevents the very substantial vapor and gas development taking place in the initial part 104 from reaching other parts of the furnace and thereby limiting cleaning or, for example, damaging the electron guns used to generate the firing energy Gases and vapors during metal cleaning, as achieved by the generally horizontal vapor barrier 117 , serve to improve the operability of these sources substantially as well as to extend their service life substantially. Difficulties that previously arose with electron bombardment, for example, are almost completely eliminated by the present invention.

Es ist klar, daß bei Durchführung der vorliegenden Erfindung zahlreiche Variationen und Abänderungen möglich sind. So kann es beispielsweise unter bestimmten Umständen wünschenswert sein, die physikaliche Konfiguration des Beschußstrahls nahe dem Ofenherd zu verändern oder auch diese Strahlen über die Oberfläche des Metalls im Ofen zu bewegen. Diesbezüglich ist eine Anzahl von verschiedenen Verfahren möglich, und es ist lediglich beispielsweise die Einrichtung einer magnetischen Strahlbewegung in F i g. 8 gezeigt. Diese Figur, die den Herd des Ofens von F i g. 7 im Querschnitt zeigt, illustriert die Anordnungen von magnetischen Polschuhen 151 und 152, die sich entlang der Herdseite aufrecht erstrecken. Diese Polschuhe erstrecken sich unter dem Herd zu gegenüberliegenden Enden einer Magnetspule 153, die bei geeigneter Erregung einen magnetischen Fluß durch die Polschuhe und somit auch quer über den Oberteil des Herdes bewirkt. Durch Erregung dieser Spule 153 mit veränderlichem Strom wird ein magnetisches Feld zwischen den Magnetstücken über dem Herd erzeugt, das in seiner Intensität schwankt, und auch, wenn gewünscht, in der Richtung schwanken kann. Ein derartiges magnetisches Feld im Weg der abwärts auf die Metallschmelze im Herd gerichteten Strahlen 121 wird diese Strahlen verschieden stark ablenken. Es können daher die Strahlen wie gewünscht und unter Kontrolle der Erregung der Magnetspule 153 über die Schmelze bewegt werden.Obviously, numerous variations and modifications are possible in practicing the present invention. For example, under certain circumstances it may be desirable to change the physical configuration of the bombardment beam near the furnace hearth or to move these beams across the surface of the metal in the furnace. A number of different methods are possible in this regard and only, for example, is the establishment of magnetic beam movement in FIG . 8 shown. This figure, which depicts the hearth of the stove of Fig . Fig. 7 shows, in cross section, the arrangements of magnetic pole pieces 151 and 152 extending upright along the hearth side. These pole pieces extend under the hearth to opposite ends of a magnetic coil 153 which, when suitably energized, causes a magnetic flux through the pole pieces and thus also across the top of the hearth. By energizing this coil 153 with variable current, a magnetic field is generated between the magnet pieces above the hearth, which field varies in intensity and, if desired, can also vary in direction. Such a magnetic field in the path of the rays 121 directed downwards onto the molten metal in the hearth will deflect these rays to different degrees. The beams can therefore be moved across the melt as desired and under control of the excitation of the magnetic coil 153.

Die oben im Zusammenhang nüt einer Anzahl von verschiedenen Ausführungsformen beschriebene vorliegende Erfindung kann auf zahlreiche Weisen abgeändert werden, um besonderen Forinwünschen oder besonderen Konstruktionserfordernissen zu entsprechen. So kann beispielsweise die Befestigung des Herdes auf verschiedene Arten durchgeführt werden, und auch die konstruktive Anordnung des Vakuumgehäuses des Ofens kann geändert werden, insbesondere bezüglich eines Raumes, um einen langen Metallingot aus einem Ende des Gehäuses herauszuziehen. So kann beispielsweise das Gehäuse selbst am Boden montiert sein und eine Ausnehmung oder Grube vorgesehen sein, um den Ingot aus dem Ofen entsprechend absenken zu können oder es kann der Ofen selbst im Abstand über dem Fußboden eines Gebäudes od. dgl. montiert sein, so daß ein entsprechender freier Raum unterhalb des Gehäuses zur Entfernung des Ingots vorgesehen ist. Es sei weiter darauf hingewiesen, daß verschiedene elektrische Systeme, die mit dem erfindungsgemäßen Ofen verwendet werden können, nicht gezeigt sind, da dabei auch bekannte Schaltungen Verwendung finden können. Es ist klar, daß Stromversorgungsmöglichkeiten von beträchtlicher Kapazität verfügbar sein müssen, um die im Ofen verwendeten Beschußquellen zu speisen. Außerdem muß die Erregung der Magnetspulen zur Führung und Fokussierung der Strahlen gewährleistet sein und es müssen geeignete Pumpen und Rohrleitungen zur Abfuhr der Wänne wie oben beschrieben vorhanden sein. Die Vakuumpumpen müssen entsprechend kräftig sein, um die gewünschten Vakuumbedingungen innerhalb des Gehäuses sowie in den einzelnen Regionen des Gehäuses aufrechtzuerhalten, insbesondere wenn angenommen wird, daß beträchtliche Mengen an Gasen und Dämpfen in wenigstens bestimmten Teilen des Vakuumgehäuses entwickelt werden können.The above in the context of a number of different embodiments The present invention described can be modified in numerous ways, to meet special shape requests or special construction requirements. For example, the attachment of the stove can be carried out in different ways and the structural arrangement of the vacuum housing of the furnace can also be changed be a long metal ingot from a Pull out the end of the housing. For example, the housing itself can be on the floor be mounted and a recess or pit provided to remove the ingot from the The oven can be lowered accordingly or the oven itself can be spaced over the floor of a building od. Like. Be mounted, so that a corresponding free Space is provided below the housing for removing the ingot. It is on noted that various electrical systems that can be used with the inventive Oven can be used, are not shown, since there are also known circuits Can be used. It is clear that power supply possibilities of considerable Capacity must be available to feed the sources of fire used in the furnace. In addition, the excitation of the magnetic coils must be used to guide and focus the beams be guaranteed and there must be suitable pumps and pipelines to discharge the Should be present as described above. The vacuum pumps must accordingly be vigorous to the desired vacuum conditions inside the enclosure as well Maintain in each region of the housing, especially if adopted will that considerable amounts of gases and vapors in at least certain parts of the vacuum housing can be developed.

Zusätzlich zur Unterteilung des Vakuumofens in drei getrennte Vakuumregionen ist es auch möglich, den Strom des geschmolzenen Materials durch eine Mehrzahl von getrennten Vakuumregionen zu leiten. So ist in F i g. 9 ein Teil eines Vakuumofens gezeigt, in welchem geschmolzenes Material 33 während der Behandlung dieses Materials durch eine Vielzahl von getrennt evakuierten Regionen führt. Bei Verwendung der gleichen Bezeichnungsweise wie in F i g. 1 umfaßt der Ofen von F i g. 9 den Herd 11 mit einer vertikalen Dampfschranke 21, die eine Anfangsschmelzregion 17 vom restlichen Teil des Fließweges des geschmolzenen Materials innerhalb des Ofens trennt. Vertikalwände oder Trennwände 66, die sich teilweise über den Herd erstrecken, erzeugen einen serpentinenartigen Weg für das geschmolzene Material; wenigstens einige dieser Wände erstrecken sich auswärts und aufwärts und bilden Dampfschranken W. Diese Wände 66' erstrecken sich um den Herd herum wie die Schranke 21, und jede hiervon ist mit öffnungen unterhalb der Oberfläche des durch den Ofen fließenden geschmolzenen Materials 33 versehen. Die Reaktions- oder Reinigungsregion ist somit in getrennte Abschnitte 18 und ff geteilt, wobei jede der Regionen separate Evakuierungsanschlüsse 151 besitzt. Bei dieser Konstruktion wird die getrennte Evakuierung von aufeinanderfolgenden Reaktions- oder Reinigungsregionen, durch welche das geschmolzene Material 33 fließt, ermöglicht, und es kann daher ein besseres Vakuum in aufeinanderfolgenden Regionen entlang des Fließweges aufrechterhalten werden, um eine möglichst gute Reinigung des geschmolzenen Materials zu erzielen. Es sei darauf hingewiesen, daß F i g. 9 nur die Möglichkeit einer Anordnung von aufeinanderfolgenden getrennten Vakuumregionen entlang des Fließweges zeigt, und nicht alle Elemente eines kompletten Ofens; diesbezüglich sei auf die F i g. 1 und 7 verwiesen.In addition to dividing the vacuum furnace into three separate vacuum regions, it is also possible to direct the flow of molten material through a plurality of separate vacuum regions. Thus in FIG. 9 shows part of a vacuum furnace in which molten material 33 passes through a plurality of separately evacuated regions during the treatment of this material. When using the same notation as in FIG. 1 comprises the furnace of FIG. 9 the hearth 11 with a vertical vapor barrier 21 which separates an initial melting region 17 from the remainder of the flow path of the molten material within the furnace. Vertical walls or partitions 66 partially extending above the hearth create a serpentine path for the molten material; at least some of these walls extend outwards and upwards and form vapor barriers W. These walls 66 ' extend around the hearth like barrier 21 and each of them is provided with openings below the surface of the molten material 33 flowing through the furnace. The reaction or cleaning region is thus divided into separate sections 18 and ff , each of the regions having separate evacuation connections 151 . With this construction, the separate evacuation of successive reaction or purification regions through which the molten material 33 flows is enabled, and therefore a better vacuum can be maintained in successive regions along the flow path in order to achieve the best possible purification of the molten material . It should be noted that F i g. 9 shows only the possibility of arranging successive separate vacuum regions along the flow path, and not all elements of a complete furnace; in this regard, refer to FIG. 1 and 7 referenced.

Bei außerordentlich großen öfen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine Vielzahl von Herden vorzusehen, durch welche geschmolzenes Material quer von einer Anfangsschmelzregion zu einer Kokille fließt, in welcher das gereinigte Material erstarrt. Wie oben erwähnt, ist eine Verlängerung des Fließweges und eine Vergrößerung der Oberfläche des geschmolzenen Materials äußerst vorteilhaft, um sehr hohe Reinigungsgrade zu erzielen. Wenn sehr große Materialmengen zu bearbeiten sind, beseitigt die Anordnung von aufeinanderfolgenden Herden, durch welche das geschmolzene Material ohne Unterbrechung fließt, verschiedene Schwierigkeiten bezüglich Konstruktion u. dgl., die sonst auftreten würden. Eine derartige vielfache Herdanordnung ist schematisch in F i g. 10 gezeigt, worin drei aufeinanderfolgende Herde 11 a, 11 b und 11 c gezeigt sind, die durch Gießrinnen 61 a und 61 b verbunden sind und schließlich das gereinigte Material durch eine letzte Gießrinne 61 c in eine Kokille 62 leiten.In the case of extremely large furnaces, it has proven to be expedient to provide a plurality of hearths through which molten material flows transversely from an initial melting region to a mold in which the cleaned material solidifies. As mentioned above, a lengthening of the flow path and an enlargement of the surface of the molten material is extremely advantageous in order to achieve very high degrees of purification. When very large amounts of material are to be processed, the arrangement of successive hearths through which the molten material flows uninterruptedly eliminates various construction and the like difficulties that would otherwise arise. Such a multiple oven arrangement is shown schematically in FIG . 10 , in which three successive flocks 11 a, 11 b and 11 c are shown, which are connected by casting channels 61 a and 61 b and finally guide the cleaned material through a last casting channel 61 c into a mold 62 .

Obwohl in der schematischen Darstellung der F i g. 10 keine Details des Ofens gezeigt sind, sei doch bemerkt, daß ein oder mehrere Gehäuse 12' um die Herde angeordnet sind, und natürlich auch geeignete Evakuierungsvorrichtungen vorgesehen sind, um ein Hochvakuum innerhalb dieses Gehäuses herzustellen. Getrennte Teile des Gesamtgehäuses 12' können getrennt evakuiert werden, und können weiterhin von den folgenden Teilen abgetrennt werden, wie beispielsweise durch die strichlierten Linien in F i g. 10 in übereinstimmung mit der obigen Beschreibung der vorliegenden Erfindung angedeutet ist. So ist die Region um den ersten Herd lla durch Dampfschranken in getrennte Teile geteilt, wie dies bereits im Zusammenhang mit F i g. 1 erläutert wurde, und die Regionen um die weiteren Herde 11 b und 11 c können durch Dampfschranken in getrennte Vakuumregionen geteilt werden, wie dies oben in Verbindung mit F i g. 9 diskutiert wurde. Wie oben erwähnt, ist die Verwendung einer Vielzahl von Herden, die einen einzigen langen Fließweg bilden, bei sehr großen Ofenkonstruktionen besonders zweckmäßig. Es können natürlich die verschiedenen Ausführungsfonnen und Möglichkeiten der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin beschrieben wurden, und die Variationen, die dem Fachmann geläufig sind, auf jede gewünschte Art je nach den gegebenen Umständen kombiniert werden, um besondere Probleme im Zusammenhang mit der Reinigung und dem Vergießen von anderen Materialien in beliebigen Mengen zu lösen.Although in the schematic representation of FIG. 10 no details of the furnace are shown, but it should be noted that one or more housings 12 'are arranged around the cooker, and of course suitable evacuation devices are also provided in order to create a high vacuum within this housing. Separate parts of the overall housing 12 'can be evacuated separately, and can still be separated from the following parts, such as by the dashed lines in FIG . 10 is indicated in accordance with the above description of the present invention. The region around the first hearth 11a is divided into separate parts by steam barriers, as has already been done in connection with FIG. 1 has been explained, and the regions around the other flock 11 b and may be divided by vapor barriers in separate vacuum regions 11 c, as shown above in connection with g i F. 9 was discussed. As noted above, the use of multiple hearths forming a single long flow path is particularly useful with very large furnace designs. Of course, the various embodiments and possibilities of the present invention as described herein and the variations that are known to those skilled in the art can be combined in any desired way, depending on the circumstances, to solve particular problems in connection with cleaning and the To solve the pouring of other materials in any quantity.

Claims

Claims: 1. High vacuum furnace for the production of very pure metals, with a housing, an elongated horizontal hearth part arranged therein for receiving molten metal and forming a melt sump, as well as devices for receiving the cleaned metal from the hearth part and for discharging it from the furnace, characterized in that, that between the ends of the hearth part a substantially vertical barrier for dividing the housing into a melting and a cleaning chamber is arranged, that in the housing an electron gun for melting a quantity of raw material and for heating the melt sump in the melting chamber of the hearth part and another electron gun are provided for heating the melting sump in the cleaning chamber of the hearth part and that devices are provided for evacuating the melting and cleaning chambers in order to remove volatile impurities.

2. High vacuum furnace according to claim 1, characterized in that the barrier with its head part down to below the normal level of the molten material so that it dips into the melt sump present in the hearth part. 3. High-vacuum furnace according to claim 1 or 2, characterized in 'that is provided in the melting chamber a movable across the surface of melt pool stripper to eliminate shimmering impurities. 4. High vacuum furnace according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the barrier has at least one opening at a point above the hearth part to allow an electron beam to pass through, that in the cleaning chamber between the hearth part and the openings in the vertical barrier a substantially horizontal one Barrier is arranged, which with the housing and the vertical barrier forms a chamber for electron guns, that the horizontal barrier has at least one opening for the passage of an electron beam, that the first electron gun is arranged in the chamber for electron guns and an electron beam through the opening (s ) in the vertical barrier and that the second electron gun is arranged therein and directs at least one electron beam through the opening (s) in the horizontal barrier. 5. High vacuum furnace according to claim 4, characterized by means for evacuating the cleaning chamber to an absolute pressure which is lower than that in the melting chamber, and for evacuating the chamber for the electron guns to an absolute pressure which is lower than that in the cleaning chamber . 6. High vacuum furnace according spoke 4 or 5, characterized by devices for evacuating the melting chamber to a pressure of not more than 20 9 Hg, for evacuating the chamber for the electron guns to a pressure of not more than 0.02 #t Hg and for evacuation the cleaning cararner to a pressure that lies between these two values. 7. High vacuum furnace according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the hearth part has a heat-resistant graphite lining which is separated from the outer, cooled shell by a thermal insulation layer. 8. High vacuum furnace according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the hearth part contains an open-topped, continuously cooled container in which part of the molten metal solidifies and forms a shell with a thin layer of molten metal on it. 9. High vacuum furnace according to one or more of the preceding claims, characterized in that a flow path with a large surface area is formed in the hearth part between an inlet and an outlet for the molten metal, the width and length being large in relation to the depth and a plurality of upright Partition walls are provided, which partition walls extend laterally alternately inwardly from opposing walls and form a long serpentine path for the molten metal through the hearth. 10. High vacuum furnace according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cleaning chamber is subdivided into a plurality of separate cleaning regions by a plurality of additional, essentially upright barriers which extend into the melt sump and which rise in the direction of the flow path of the molten metal are evacuated to an ever higher vacuum. 11. High vacuum furnace according to one or more of the preceding claims, characterized in that the beams of the electron gun are directed to separate, limited areas of the surface of the flowing molten metal in the melt sump in order to heat the individual areas differently, so that thermal gradients arise in the melt sump and cause a stirring effect therein. Documents considered: German Patent No. 638 931; German Auslegeschriften Nos. 1097 590, 1111833; French Patent No. 661217; British Patent No. 619,527; Metallkunde magazine, 1961, pp. 291 to 307.