DE606987C - Verfahren und Induktionsofen zum induktiven Erhitzen von Metallen und Legierungen - Google Patents

Description

• Verfahren und Induktionsofen zum induktiven Erhitzen von Metallen und Legierungen Beim induktiven Erhitzen von Metallen und Legierungen zwecks Schmelzens und Gießens oder Sinterns ist es erwünscht, daß die -Metalle oder Legierungen ihre ursprüngliche Reinheit behalten. Dies bedingte die Benutzung von Schmelzgefäßen oder Zustellungen aus gegen den Einsatz chemisch indifferenten, hochfeuerfesten Stoffen. Solche Zustellunggen sind jedoch meist schwer herstellbar, kostspielig und werden unter den üblichen Arbeitsbedingungen leicht zerstört. Je höher die erforderliche Temperatur, um so schwieriger ist es, ein geeignetes indifferentes Zustellungsmaterial zu finden.
• Es ist zwar bereits bekanntge«-orden, das Schmelzen von pulverförmigem Wolfram in einem aus gesintertem oder gegossenem Wolframmetall bestehenden Tiegel vorzunehmen, jedoch kann dieses Verfahren bei Anwendung der Induktionsheizung nicht verwendet werden, da j a hierbei der Tiegel, der infolge der höheren Dichte seines Materials eine höhere Leitfähigkeit hat als der Einsatz, früher schmelzen würde als dieser.
• Weiterhin ist es bekannt geworden, Stahl in einer aus Gußeisen bestehenden Gußforin induktiv zu erhitzen, jedoch soll hierbei die Gußform bereits bei Erhitzung des Einsatzes in geringerem Maße mit einem Überzug aus hochfeuerfestem Stoff versehen werden, während bei Erhitzung des Einsatzes in höherem Maße, also auf Schmelz-, Gieß- oder Sintertemperatur die- Form sogar zum größten Teil aus hitzebeständiger Masse bestehen soll, so daß diese dann den eingangs erwähnten Nachteil aufweist.
• Gemäß der Erfindung wird nun der Behälter oder die Zustellung für den Einsatz aus einem das Metall oder die Metalle des Einsatzes als Hauptbestandteil enthaltenden Stoff hergestellt, welcher jedoch eine geringere elektrische Leitfähigkeit hat als 'der Einsatz. Dieser Stoff soll vorzugsweise denselben Reinheitsgrad aufweisen, wie der Einsatz . selbst. Wenn an das Endprodukt weniger hohe Anforderungen bezüglich Reinheit gestellt (werden, so kann allerdings für die Zustellung auch ein Material geringerer Reinheit, z. B. Erz oder mit dein Einsatz angereicherte Schlacke, verwendet werden.
• Es ist bekannt, daß Stoffe, die in Gestalt von zusammenhängenden, dichten Körpern elektrisch gut leitfähig sind, ihre elektrische Leitfähigkeit und ihre Wärmeleitfähigkeit in hohem Maße verlieren, wenn sie gepulvert oder auch nur in größere Stücke gebrochen werden, und zwar wahrscheinlich wegen des hohen Übergangswiderstandes zwischen den einzelnen Teilen. Diese Erscheinung wird gemäß der Erfindung für das Erhitzen von Stoffen in einer Zustellung der gleichen Zusammensetzung nutzbar gemacht, indem der Einsatz in Form eines dichten zusammenhängenden Körpers in eine aus demselben Stoff, jedoch in körniger Form bestehende Zustellung eingesetzt und darin mittels Induktionsheizung erhitzt wird. Dabei werden im Einsatz starke Ströme induziert, während die in der Zustellung entstehenden Ströme mit Rücksicht auf den hohen elektrischen Widerstand derselben nur gering sein werden. Der Einsatz wird viel rascher erhitzt als die Zustellung und erreicht die Schmelztcmperatur oder irgendeine andere erwünschte Temperatur, lange bevor die Zustellung auf dieselbe Temperatur erhitzt ist. Aber selbst wenn die Zustellung infolge zu langer Erhitzung oder zu starker Überhitzung des Einsatzes schmelzen sollte, wird der chemische Charakter des Einsatzes nicht geändert, da ja die Zustellung dieselbe chemische Zusammensetzung hat. Im allgemeinen wird daher die einzige Grenze, die der Erhitzung der Zustellung gezogen ist, durch den Durchbruch des Einsatzes durch die hocherhitzte Zustellung bedingt sein.
• Es ist jedoch nicht unbedingt notwendig, mit einem aus einem dichten, festen Körper bestehenden Einsatz anzufahren, man kann vielmehr auch ein aus körnigem Stoff bestehenden Einsatz nehmen und dessen elektrische Leitfähigkeit in bekannter Weise durch Pressen erhöhen. Wenn der derart gepreßte Einsatz in eine weniger dichte Zustellung aus demselben Stoff eingebettet wird, so bietet das Schmelzen des Einsatzes ohne Zerstörung der Zustellung keine Schwierigkeit.
• Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, die Zustellung eines Widerstandofens mit Elektrodenheizung aus dem Material des Einsatzes selbst in lose gestampfter körniger Form herzustellen, jedoch bezieht sich die vorliegende Erfindung ausschließlich auf das induktive Erhitzen von Metallen oder Legierungen, und hierbei ist es besonders wichtig, für die schlechte elektrische Leitfähigkeit der Zustellung zu sorgen, da ja hier die die Erhitzung bewirkenden elektrischen Ströme durch die die Zustellung umgebende Induktionsspule in erster Linie in der Zustellung selbst induziert wird, während bei der Widerstandheizung durch Elektroden, welche oben und unten am Einsatz anliegen, der Strom in erster Linie sowieso .durch den Einsatz selbst fließt, weil dieser die kürzeste Verbindung zwischen den Elektroden darstellt. Bei der induktiven Erhitzung hat also die Anweildulig der genannten, nur für Widerstanderhitzung vorgeschlagenen 1@Iaßnabme eine besonders große Bedeutung, welche aus dem älteren Vorschlag in keiner Weise gefolgert werden konnte.
• In den Abbildungen sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
• Abb. i zeigt die Anwendung der Erfindung auf das Schmelzen eines Einsatzes in einem offenen Tiegel. .
• Abb. a zeigt die Anwendung der Erfindung für die Herstellung eines Gußes hoher Reinheit.
• Abb. i zeigt einen von einer Induktionsspule io umgebenen Mantel ii aus beliebigem feuerfestem Stoff, z. B. Quarz. Die Spule ist von der Stromquelle 1a über die Leitungen 13, rd. gespeist und zwecks Verbesserung des Leistungsfaktors mit einem parallel geschal-. teten Kondensator 1s versehen. Der Mantel i i ruht auf einer Unterlage 16. Innerhalb des Mantels befindet sich die Zustellung 17, die mit einem zur Aufnahme des Schmelzgutes bestimmten Hohlraum 18 versehen ist und aus demselben Stoff besteht, wie der Einsatz selbst, jedoch in körniger, loser, gestampfter Form. Der Einsatz i9 ist- dagegen entweder ein zusammenhängender dichter Körper, oder aber er besteht aus verhältnismäßig großen Stücken bzw. aus verhältnismäßig dicht gepreßten Körnern.
• Die Schmelzdauer des Einsatzes ist abhängig von der angewendeten Stromdichte. Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist ein möglichst schnelles Erschmelzen des Einsatzes erforderlich, um zu verhindern, daß die Zustellung ebenfalls geschmolzen wird. Da die Möglichkeit der Zuführung großer Energiemengen in kurzer Zeit durch die Möglichkeit der Ableitung der dabei in der Spule entwickelten Wärme begrenzt ist, ist es für die Durchführung des Verfahrens sehr wesentlich, daß die Spule außerordentlich gut gekühlt wird, indem das Kühlwasser unter hohem Druck und durch mehrere parallel geschaltete Zu-und Ableitungsrohre durch die Spulenwindungen geführt wird.
• Die in Abb. a dargestellte Anordnung entspricht im wesentlichen der in Abb. i, nur daß hier die Zustellung 17 die Wandung einer Gußform darstellt, die entweder nur zum Gießen oder auch schon zum Schmelzen des Einsatzes verwendet werden kann. \ ach Entfernung des Deckels 21 kann der Einsatz in die Gußform in Gestalt von Blöcken, Abfällen oder gepreßten Körnern eingeführt und darin geschmolzen werden. Sobald der Einsatz geschmolzen ist, kann zwecks Ausfüllung der ganzen Gußforin weiteres Einsatzmaterial zugeführt werden. Nachdem der ganze Einsatz erschmolzen ist, wird die Energiezufuhr unterbrochen und der Einsatz in der Gußform zum Erstarren gebracht. In gleicher Weise kann diese Vorrichtung auch zum Sintern benutzt werden, nur daß dann eben der Einsatz -nicht bis zur Schmelztemperatur erhitzt wird. Zwecks Regelung der Abkühlung kann dem Einsatz auch während der Abkühlungsperiode eine geringe Heizenergie zugeführt werden. Je nachdem, ob die Abkühlung rascher oder langsamer vor sich geht, entstehen im Gußstück kleinere oder größere Kristalle. Das Verfahren ist besonders geeignet für das Sintern. oder Gießen von hochschmelzenden Metallen, wie Wolfram, Molybdän, Tantal und deren Legierungen, z. B. Wo-Co-C-Legierungen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum induktiven Erhitzen von Metallen oder Legierungen auf oder bei Schmelz-, Gieß- bzw. Sintertemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung in einer Zustellung bzw. Gußform erfolgt, welche aus einem das Metall oder die Metalle des Einsatzes als Hauptbestandteil enthaltenden Stoff besteht, je- doch eine geringere elektrische Leitfähigkeit hat als der Einsatz. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zustellung bzw. Gußform Erze des oder der zu erhitzenden Metalle verwendet werden. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zustellung bzw. Gußform mit dem Metall oder den Metallen des Einsatzes angereicherte Schlacke verwendet wird. q.. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zustellung lose gestampftes, körniges Material verwendet wird, während der Einsatz aus stückigem oder festgepreßtem körnigem Material besteht. 5. Elektrischer Induktionsofen zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß die Zustellung ganz oder im wesentlichen aus dem Schmelzgut selbst in lose gestampfter, körniger Form besteht.