CH438390A - Anlage zum kontaktlosen Durchmischen geschmolzenen Metalles - Google Patents

Description

      Anlage        zum    kontaktlosen Durchmischen     geschmolzenen        Metalles       Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum  kontaktlosen Durchmischen geschmolzenen     Metalles.     



  Zwangsweise Konvektion des geschmolzenen       Metalles    wird weitgehend zum Intensivieren metallur  gischer     Verfahren    angewandt und ist     besonders    wichtig  für die Gewinnung von Halbleitermaterialien und Fein  metallen.  



  Die bei den meisten metallurgischen Verfahren in  der flüssigen Phase auftretenden     Konzentrations-    und  Temperaturgradienten vermindern die Effektivität der  Verfahren und gestatten nicht, vollkommen die Be  triebsausrüstung auszunutzen. Bei zwangsweiser Kon  vektion werden die Gewinnungsverfahren bedeutend  intensiviert.  



  Zum Durchmischen von Metallen in der flüssigen  Phase werden meistens mechanische Mischer ver  wandt, die direkt in das Arbeitsmedium eingeführt  werden. Die Verwendung derartiger Vorrichtungen bei  metallurgischen Verfahren wird durch die Wechselwir  kung des     Mischerwerkstoffes    und des geschmolzenen       Metalles    sowie durch die dabei erforderlichen kompli  zierten Hilfseinrichtungen sehr erschwert.  



  Weit verbreitet ist das Durchmischen mittels     Bar-          botage,    wobei Gasblasen von unten nach oben im ge  schmolzenen Metall aufsteigen und die Konvektion in  der flüssigen Phase intensivieren.  



  Jedoch fand die     Barbotage    beim Durchmischen  von     Feinmetallen    keine Verwendung, da die hierbei  erforderlichen Vorrichtungen praktisch ungeeignet sind  und da ein grosser Teil der Verfahren zur Gewinnung  von Feinmetallen im Vakuum vor sich geht. Die  Versuche des amerikanischen Hüttenfachmannes W. G.       Pfann    (s. z. B. W. G.     Pfann,    Zone     Melting,    N. I. L.,  1958) sind wohlbekannt. Dieser verwandte zum  Durchmischen von Metall in der Schmelzzone ein Ver  fahren, das auf der Wechselwirkung des durch den  Rohblock geleiteten Stromes und dem äusseren  Magnetfeld besteht.

   Jedoch können beim Zuführen des  Stromes direkt an die Schmelzmulde wesentliche       Schwierigkeiten    auftreten, da immer die Gefahr be-    steht, dass das Metall durch     Stromleitermaterialien     verunreinigt wird.  



  Anlagen zum Durchmischen von Metallen, die  Vorrichtungen in Form     eines        Drehstrommotorständers     besitzen, der ein Drehfeld erzeugt, (s. z. B. die Artikel:  I. Braun, F. G. Frank, S. Marshall, G.     Meyrick,        Elec-          tromagnetic        Stirring    in Zone     Refining,        Philos.    Mag.,  V. 3, Nr. 26, S. 208, 209 [1958] und I. B.     Mullin,     K.

   F.     Hulme,        The        Use    of     Electromagnetic        Stirring    in  Zone     Refining,    I.     Electron.        Contr.    V. 4, Nr. 2,  S.170<B>...</B> 174 [1958]) zeigten neue Möglichkeiten zum  Durchmischen von Metallen, da in diesem Falle der  Strom dem Metalle nicht direkt zugeleitet werden  muss.  



       Mullin    und     Hulme    weisen darauf hin, dass bei sol  chen Anlagen zum Durchmischen geschmolzenen  Zinns und beim gleichen Reinigungsgrad die     Kristalli-          sationsgeschwindigkeit    von 2,5 auf 20     cm/h    erhöht und  folglich die Produktionsleistung achtmal vergrössert  wird.  



  Bei der in den zitierten Artikeln beschriebenen  Anlage befindet sich der     Drehstrommotorständer,    der  das Drehfeld erzeugt, beim     zonalen    Schmelzen von  Metall ausserhalb der     Heizeinrichtung,    von der er  durch einen wassergekühlten Spezialmantel getrennt  ist.  



  Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine  kompakte und betriebssichere Anlage zum kontaktlo  sen Durchmischen geschmolzenen     Metalles    zu schaf  fen, bei der das Drehfeld effektiver als bei den bekann  ten Anlagen ausgenutzt wird.  



  Bei der erfindungsgemässen Anlage wird das Dreh  feld durch einen mit Einphasenstrom gespeisten Elek  tromagnet erzeugt, dessen Magnetleiter gespaltete Pole  besitzt, die kurzgeschlossene Ringe tragen und eine  Mulde mit dem geschmolzenen Metall umfassen.  



  Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an  hand der Zeichnung erläutert.  



  In der     Fig.    1 ist der Querschnitt einer möglichen  Ausführungsform der erfindungsgemässen Anlage sche-           matisch    gezeigt.     Fig.2    zeigt den Längsschnitt eines  Teiles dieser Anlage und     Fig.    3 den Längsschnitt einer  bekannten und demselben Zwecke dienenden     Anlage     (zum Vergleich).  



  In     Fig.1    und 2 wurden folgende Bezeichnungen  benutzt:       1-Magnetleiter    des Elektromagnets;     2-gespaltete     Pole;     3-Wicklung    des Elektromagnets;     4-kurzgeschlos-          sene        Kupferringe;        5-Quarzrohr;        6-Graphitmulde;        7-ge-          schmolzenes    Metall;     8-hartes    Metall;

       9-Wärmeisolie-          rung;        10-Erhitzer;        11-Wärmeschirm    aus     nichtferroma-          gnetischem    Material, insbesondere wassergekühlter  Schirm.  



  Auf dem Magnetleiter 1 mit den gespalteten Polen  2 sitzt eine Wicklung 3, die an die Einphasenstrom  quelle angeschlossen ist. Auf einem Teil der beiden  gespalteten Pole 2 liegen die kurzgeschlossenen Kup  ferringe 4 auf. Dank dieser Ringe, in denen Strom in  duziert wird, dessen Phase wesentlich von der des  Hauptstromes, der die Wicklung 3 speist abweicht, ent  steht ein Drehfeld, das durch das geschmolzene Metall  geht, welches sich in     unmittelbarer    Nähe der Elektro  magnetpole befindet. Das entstandene Drehfeld ge  währleistet das Durchmischen des geschmolzenen       Metalles    7, das sich in der     Graphitmulde    6 befindet,  die in einem     vakuumierten    Quarzrohr 5 sitzt.  



  Aus dem Vergleich der beschriebenen Anlage mit  einer schon früher bekannten und in     Fig.    3 gezeigten  Anlage ist folgendes ersichtlich: Bei der bekannten  Anlage, die in Form eines     Asynchrondrehstrommotor-          Ständers    ausgeführt ist und ein Gehäuse 12 mit Spulen  13, wassergekühlten Schirm 11a, der den ganzen Erhit  zer 10a umfasst, und eine massive Wärmeisolierung 9a  besitzt, die im gegebenen Falle zwischen den Spulen 13  und dem Erhitzer 10a untergebracht ist, kann das  Magnetfeld zum Durchmischen des     Metalles    nicht  effektiv ausgenutzt werden, da der Abstand zwischen  den     Elektromagnetspulen    und dem     geschmolzenen     Metall gross ist,

   was wiederum eine bedeutende Feld  streuung zur Folge hat. Der wassergekühlte Schirm,  der den Erhitzer konzentrisch umfasst, gestattet nicht,  letzteren effektiv auszulasten.  



  Im Gegensatz hierzu ermöglicht der in der erfin-         dungsgemässen    Anlage zur Erzeugung eines Drehfeldes  verwandte Elektromagnet mit einer Spule, die vom  Erhitzer relativ weit entfernt ist, den Magnetleiter der  artig an den Erhitzer heranzuführen, dass die gespalte  ten Magnetpole die Schmelzmulde in unmittelbarer  Nähe der Schmelzzone umfassen und damit die Streu  ung des Magnetfeldes auf ein Minimum zurückführen  und trotz geringeren Energiebedarfs des Elektromagne  ten das geschmolzene Metall effektiver durchgemischt  wird.  



  Hierbei besteht die Möglichkeit, nur einen wasser  gekühlten Schirm zu verwenden, der wie in     Fig.    2 ge  zeigt angeordnet wird, wobei der Nutzeffekt des     Erhit-          zers    wächst.  



  Mit der erfindungsgemässen Anlage angestellte  Versuche haben gezeigt, dass auch die Verzerrung des  Magnetfeldes eine effektivere     Durchmischung    des ge  schmolzenen     Metalles    zur Folge hat, Dank dieser       Verzerrung    fällt die     Drehfeldebene    nicht mit der senk  recht zur Längsachse der Quarzröhre stehenden Ebene  zusammen, was durch die asymmetrische Anordnung  der Pole und der auf ihnen aufgesetzten, kurzgeschlos  senen Ringe bedingt wird.  



  Ausserdem können bei der Ausführung der     erfin-          dungsgemässen    Anlage ihre Aussenmasse im Vergleich  mit den bekannten Anlagen wesentlich vermindert wer  den.  



  Die beschriebene Anlage ist, wie die durchgeführ  ten Versuche gezeigt haben, nicht nur hoch effektiv,  sondern auch vollauf betriebssicher.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Anlage zum kontaktlosen Durchmischen geschmol zenen Metalles, die eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Drehfeldes besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung in Form eines durch Einphasen strom gespeisten Elektromagneten mit gespalteten Polen ausgeführt ist, wobei die Pole kurzgeschlossene Ringe tragen und eine Mulde mit dem geschmolzenen Metall umfassen.