DE1925484C

DE1925484C - Device for heating a metal melt during vacuum degassing with medium-cooled, coaxial electrodes that do not consume electricity

Info

Publication number: DE1925484C
Authority: DE
Inventors: Serafino M Media Pa DeCorso (V St A)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Publication date: 1972-11-30

Description

Die Erfindung Detrifft eine Vorrichtung zur Beheizung einer Metallschmelze während einer Vakuumentgasung mittels sich nicht verbrauchender, strömungsmittelgekühlter, koaxialer Elektroden.The invention relates to a device for heating a metal melt during a vacuum degassing by means of non-consumable, fluid-cooled, coaxial electrodes.

Eine derartige Vor.ichtung ist beispielsweise in der britischen Patentschrift 871715 beschrieben. Diese bekannte Vorrichtung weist ein Vakuumgefäß auf, innerhalb welchem die in einem wassergekühlten Schmelztiegel von der Form eines aufrecht stehenden Zylinders befindliche Metallschmelze die eine Elektrode bildet, während als andere Elektrode eine über der Metallschmelze vertikal angeordnete, wassergekühlte Elektrode mit ringförmigem Querschnitt vorgesehen ist, duich deren Längsmittelkanal der zu erschmelzende Werkstoff vorzugsweise in Pulverform in das Vakuumgefäß eingeführt wird. Bei der bekannten Vorrichtung erfolgt also der Lichtbogenübergang zwischen der Vertikalelektrode einerseits und der Metallschmelze andererseits.Such a device is described in British patent specification 871715, for example. This known device has a vacuum vessel, within which the in a water-cooled Melting crucible in the shape of an upright cylinder, the one electrode forms, while the other electrode is a water-cooled one arranged vertically above the molten metal Electrode with an annular cross-section is provided, duich whose longitudinal central channel is to be melted Material is preferably introduced into the vacuum vessel in powder form. With the well-known In this device, the arc transition takes place between the vertical electrode on the one hand and the molten metal on the other hand.

Bekanntlich soll bei der Vakuumentgasung von Metallschmelzen eine vorzeitige Überhitzung der Metallschmelze vor Beginn des Entgasungsvorganges vermieden werden, ferner soll die Lichtbogenbildung vom Elektrodenmaterial und von der Elektrodenform möglichst {inabhängig sein, weiterhin soll die dem Vaku'im ausgesetzte Metallschmelzenoherfläche möglichst groß sein, wobei trotzdem eine Wärmeabführung aus der Metallschmelze möglichst vermieden werden soll, und schließlich soll die Geschwindigkeit des Entgasungsvorganges möglichst hoch sein (s. beispielsweise Aufsatz von Helmut Knüppel, Karl Brotzmann, Karl Rüttiger und Arnulf Diener »Beheizungsfragen bei der großtechnischen Entgasung von Stahlschmelzen«, erschienen in vStahl und Eisen«, Jahrgang 79 (1959), Nr. 5 vom 5. März 1959). Diese sich teilweise gegenseitig ausschließenden Bedingungen werden bei der bekannten Vorrichtung nur unvollkommen erfüllt Während die beiden erstgenannten Bedingungen bei der bekannten Vorrichtung in einigermaßen befriedigendem Maße gelöst sind, muß bei dieser Vorrichtung wegen der koaxialen Anordnung der beiden Elektroden übereinander im Interesse der angestrebten Wärmekonzentration die Metallschmelzenobertläche möglichst klein gehalten werden, wodurch aber die angestrebte große Entgasungsgeschwindigkeit beeinträchtigt wird.It is known that during the vacuum degassing of molten metal, premature overheating of the molten metal should occur be avoided before the start of the degassing process, and the formation of arcing should also be avoided be as independent as possible of the electrode material and the shape of the electrode, furthermore the dem Vacuum exposed molten metal surface be as large as possible, while avoiding heat dissipation from the molten metal as far as possible should be, and finally the speed of the degassing process should be as high as possible (see, for example, the essay by Helmut Knüppel, Karl Brotzmann, Karl Rüttiger and Arnulf Diener »Heating issues in large-scale Degassing of steel melts ", published in vStahl und Eisen", volume 79 (1959), no. 5 from March 5, 1959). These partially mutually exclusive conditions are used in the known Device only incompletely fulfilled While the first two conditions in the known Device are solved to some extent satisfactory, must be because of this device the coaxial arrangement of the two electrodes one above the other in the interest of the desired heat concentration the metal melt surface can be kept as small as possible, whereby the desired large degassing speed is impaired.

Demgemäß soll durch die Erfindung die Aufgabe gelöst werden, bei einer Vorrichtung der eingangs dargelegten allgemeinen Bauart eine große, dem Vakuum ausgesetzte Metallschmelzenoberfläche zu er-Accordingly, the object is to be achieved by the invention, in the case of a device of the type mentioned at the beginning a large molten metal surface exposed to the vacuum to create a

möglichen, ohne daß die gleichzeitig angestrebte Wärmekonzentration auf das Schmelzgut in irgendeiner Weise beeinträchtigt wird.possible without the simultaneously desired heat concentration on the melt material in any Way is affected.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine Vorrichtung zur Beheizung einer Me-In terms of solving this problem, the invention includes a device for heating a meter

tallschmelze während einer Vakuumentgasung mittels sich nicht verbrauchender, strömungsmittelgekühlter, koaxialer Elektroden, welche gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß zwei oder drei Elektroden, zwischen denen untereinander oder zwischen jeder von ihnen und der Schmelze ein Lichtbogen gezogen wird, ineinander angeordnet sind.metal melt during vacuum degassing by means of non-consumable, fluid-cooled, coaxial electrodes, which according to the invention is characterized in that two or three electrodes, an arc is drawn between them or between each of them and the melt are arranged one inside the other.

Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung ermöglicht es, die Metallschmelzenoberfläche größer als bei bekannten Vorrichtungen zu machen und trotzdem eine sehr große Hitzekonzentration auf d?s Schmelzgut zu richten, wobei es gleichgültig ist, ob der Lichtbogen zwischen den Elektroden selbst oder zwischen diesen und der Schmclzg-itoberfläche gezogen wird. Außerdem ergibt sich durch die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung ein besonders einfacher Aufbau einer solchen Entgasungsvorrichtung. The electrode arrangement according to the invention enables the molten metal surface to be larger than with known devices and still have a very high concentration of heat on d? s To judge melt material, it does not matter whether the arc between the electrodes themselves or drawn between these and the melt surface will. In addition, the electrode arrangement according to the invention produces a special one simple construction of such a degassing device.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine derartige Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß eine Feldspule, welche einen Lichtbogenumlauf innerhalb des Elektrodcnoberflächenbereiches erzeugt, im Innern des Elektrodenkörpers nahe der Elektrodenspitze angeordnet ist.According to a further development of the invention, such a device is characterized in that a field coil which generates an arc circulation within the electrode surface area, in Is arranged inside the electrode body near the electrode tip.

Aus der britischen Patentschrift 871 715 ist es bereits bekannt, einen Lichtbogenumlauf um die Achse der Elektrodenspitze herum dadurch zu erzielen, daß mittels einer um die Vakuumkammer herumgelegten Feldspule ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird. Abgesehen davon, daß eine um die Vakuumkammer herumgelegte Feldspule wegen ihres verhältnismäßig großen Radialabstandes von der Elektrode auf eine große Stromaufnahme ausgelegt werden muß, ist auch eine Beeinflussung der Metallschmelze durch ein solches Spulenfeld nicht immer erwünscht. Die erfindungsgemäße Anordnung der Feldspule in der Elektrodenspitze ergibt einerseits eine bessere Steuerung des Lichtbogenumlaufcs, zum anderen ermög-'.icht sie eine Auslegung der Feldspule auf geringere Stromstärken und außerdem ist bei solcher FeIdspulenanordnung die Einwirkung des Spulenfeldes auf die Metallschmelze nahezu gleich Null, obwohl trotzdem sich eine bessere Aufheizwirkung ergibt.From British patent specification 871 715 it is already known to achieve an arc revolution around the axis of the electrode tip in that a rotating magnetic field is generated by means of a field coil placed around the vacuum chamber. Apart from the fact that a field coil placed around the vacuum chamber must be designed for a large current consumption because of its relatively large radial distance from the electrode, influencing the molten metal by such a coil field is also not always desirable. The arrangement of the field coil in the electrode tip according to the invention on the one hand results in better control of the arc circulation, on the other hand it enables the field coil to be designed for lower currents and, in addition, with such a field coil arrangement the effect of the coil field on the molten metal is almost zero, although nevertheless there is a better heating effect.

In noch weiterer Ausbildung der Erfindung ist eine derartige Vorrichtung durch einen Kanalraum gekennzeichnet, über welchen zu erschmelzenJes Material dem Bereich des Lichtbogens zugeführt wird. Eine derartige Kanalanordnung ist an sich ebenfalls bereits aus der britischen Patentschrift 871715 bc-In yet another embodiment of the invention, such a device is characterized by a channel space, Via which material to be melted is fed to the area of the arc. Such a channel arrangement is also already known from British patent specification 871715 bc-

kannt, doch ergibt deren Anwendung in Verbindung mit den übrigen Merkmalen der vorliegenden Erfindung eine besonders günstige Ausgestaltung der Elektrode, welche eine besondere Ausnutzung der Aufheizwirkung zuläßt.knows, but their use in conjunction with the other features of the present invention results in a particularly favorable embodiment of the Electrode, which allows a special use of the heating effect.

Unter Bezug auf die Zeichnungen werden nunmehr nachstehend drei bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in ihren Einzelheiten beispielsweise beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar: With reference to the drawings, three preferred embodiments of a device according to the invention will now be described in detail below, for example. In the drawings show:

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, 1 shows a schematic axial section through a device according to the invention,

F i g. 2 eine schematische Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung undF i g. 2 is a schematic plan view of another Embodiment of a device according to the invention and

F i g. 3 einen schematischen Axial-Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung. F i g. 3 shows a schematic partial axial section through a further embodiment of a device according to the invention.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausfiihrungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weist ein Vakuumgefäß 1 auf, welches beispielsweise in der dargestellten Form als Vakuumheber-Gefäß ausgeführt sein kann. Das Vakuumgefäß 1 ist durch einen Deckel mit Isolationseinsatz 2 vakuumdicht verschlossen, durch welch letzteren sich zwei koaxial ineinander angeordnete, sich nicht verbrauchet de Elektroden 3 und 4 erstrecken. Die innere, zylindrisch dargestellte Elektrode 3 wird durch Abstandshalter 5 aus hitzebeständigem isolierendem Werks'.off in koaxialer Stellung mit Bezug auf die äußere Elektrode 4 gehalten, welch letztere einen ringförmigen Querschnitt aufweist. Die beiden Elektroden 3 und 4 und das Vakuumgefäß 1 sind über Leitungsanschlüsse 6, 7 und 8 an ein Stromnetz angeschlossen, so daß sich zwischen den Elektroden 3 und 4 einerseits und der in dem Vakuumgefäß ί befindlichen Metallschmelze 9 andererseits Lichtbogen 10 und 11 ergeben. Mindestens die Elektrode 4 kann einen Strömungsmittclkanal 12 aufweisen, welcher in an sich zur Evakuierung des Vakuumgefäßes 1 dienende Vakuumpumpe ist mit P bezeichnet The embodiment of a device according to the invention shown schematically in FIG. 1 has a vacuum vessel 1 which, for example, can be designed as a vacuum lifter vessel in the form shown. The vacuum vessel 1 is closed vacuum-tight by a cover with insulation insert 2, through which the latter two coaxially arranged, non-consumed electrodes 3 and 4 extend. The inner, cylindrical electrode 3 is held by spacers 5 made of heat-resistant insulating material in a coaxial position with respect to the outer electrode 4, the latter having an annular cross-section. The two electrodes 3 and 4 and the vacuum vessel 1 are connected to a power supply via line connections 6, 7 and 8, so that arcs 10 and 11 result between the electrodes 3 and 4 on the one hand and the molten metal 9 in the vacuum vessel ί on the other hand. At least the electrode 4 can have a fluid channel 12, which is denoted by P in a vacuum pump which is used per se for evacuating the vacuum vessel 1

Das in Fig.2 in schematischer Aufsicht dargestellte abgewandelte Ausführungsbeispiel einer erfin-S dungsgemäßen Vorrichtung weist drei ineinander koaxial angeordnete Elektroden 14, 15 und 16 inner halb eines Vakuumgefäßes Γ auf, weiche über Stromleitungen 17, 18 und 19 an ein Drehstromnelz 20 angeschlossen sind. Zur gegenseitigen Isolation ίο und gegenseitigen Abstandshalterung der Elektroden 14, IS und 16 dienen jeweils Abstandsringe 21, 22 und 23 aus feuerfestem, isolierendem Werkstoff. The modified embodiment of a device according to the invention, shown in a schematic plan view in FIG. 2, has three electrodes 14, 15 and 16 arranged coaxially one inside the other within a vacuum vessel Γ, which are connected to a three-phase coil 20 via power lines 17, 18 and 19. Spacer rings 21, 22 and 23 made of refractory, insulating material are used for mutual isolation and mutual spacing of the electrodes 14, IS and 16.

F i g. 3 zeigt eine in ihrem grundsätzlichen Aufbau der Anordnung nach F i g. 1 ähnliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen. Vorrichtung. Jeweils einander entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern, jedoch mit StricViindex bzw. Doppelstrichindex bezeichnet. Das Vakuumgefäß 1" ist als Form zur Herstellung von Barren 24 ausgebildet. Der ao herzustellende Barren 24 wird im Maße seiner Fertigstellung nach unten aus der Form 1" abgezogen und trägt an seiner Oberseite die Metallschmelze 9'. Die In; -jnelektrode 3' und die sie koaxial umgebende Außenelektrode 4' sind nicht durch isolierende Aba5 Standsringe, sondern durch eine gemeinsame Halterung 25 aus Isoliermaterial in gegenseitigem Abstand gehalten und die Außenelektrode4' wird durch einen Isolierring 2' innerhalb des Vakuumgefäßes 1" gehal- F i g. 3 shows a basic structure of the arrangement according to FIG. 1 similar embodiment of an inventive. Contraption. Parts that correspond to one another are designated with the same reference numerals, but with StricViindex or double-bar index. The vacuum vessel 1 ″ is designed as a mold for the production of ingots 24. The ingot 24 to be produced is withdrawn from the mold 1 ″ in the amount of its completion and carries the molten metal 9 'on its upper side. In the; - The electrode 3 'and the coaxially surrounding outer electrode 4' are not held at a mutual distance by insulating Aba5 stand rings, but by a common holder 25 made of insulating material, and the outer electrode 4 'is held by an insulating ring 2' inside the vacuum vessel 1 ".

Isolierring 2' Insulating ring 2 '

ten. Dadurch wird zwischen der Inneneleklrode 3' und der Außenelektrode 4' ein Ringkanal 26 gebildet, in welchen eine Zuleitung 27 einmündet, über welche von oben her Zusatzwerkstoff 28 in Pulverform in die Metallschmelze 9' eingeführt wird. Die Innenelcktroae 3' weist eine an sich bekannic Längsmittelbohrung 29 auf, an welche eine zur Vakuumpumpe P führende Vakuumleitung 30 angeschlossen ist. Die Innenelektrode 3' ist über einen Stromanscl.luß 6' an den einen Pol und die Außenelektrode 4' ist über Stromanschluß T an den anderen Pol eines so daß bei dieser Aus-As a result, an annular channel 26 is formed between the inner electrode 3 'and the outer electrode 4', into which a feed line 27 opens, via which filler material 28 in powder form is introduced into the molten metal 9 'from above. The inner tube 3 ′ has a longitudinal central bore 29, known per se, to which a vacuum line 30 leading to the vacuum pump P is connected. The inner electrode 3 'is connected to one pole via a current connection 6' and the outer electrode 4 'is connected to the other pole via a current connection T so that with this output

einena

bekannter Weise ein Kühlmittel aufnimmt. Außer- 40 Stromnetzes angeschlossen,known way absorbs a coolant. 40 connected to the power grid,

dem ist in der Spitze mindestens der Elektrode 4 eine führungsform der Erfindung der Lioitbogen Ji zwi-that is in the tip of at least the electrode 4 a guide form of the invention of the Lioitbogen Ji between

mittels welcher der zwi- sehen den beiden Elektroden gezogen wird. Mittelsby means of which the between the two electrodes is drawn. Means

einer Feldspule 13' kann dieser Lichtbogen 31 in Umlauf versetzt werden.a field coil 13 ', this arc 31 can be set in circulation.

Feldspule 13 angeordnet, mittels welcher der zwischen dieser Elektrode und der Metallschmelze 9 gezogene Lichtbogen 11 in Umlauf versetzt wird. DieArranged field coil 13, by means of which the drawn between this electrode and the molten metal 9 Arc 11 is put into circulation. the

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

fart. "-" # · ■ -. I! Sh claims:

1. Device for heating a metal melt during a vacuum degassing by means of non-consuming, fluid-cooled, coaxial electrodes, characterized in that two or three electrodes (3, 4 or 3 ', 4' or 14, 15, 16) between which an arc (10, 11 or 31) is drawn between each other or between each of them and the melt (9), are arranged one inside the other.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a field coil (13, W), - which a Li: htbogen circulation within the electrode surface area (3, 4 or 3 ', 4') generated, is arranged in the interior of the electrode body (4 or 4 ') near the electrode tip.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized by a channel space (26) over which material (28) to be melted is fed to the area of the arc (31).