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Eisenloser Induktionsofen.
Bei eisenlosen Induktionsöfen hat sich in ähnlicher Weise wie bei den eisengeschlossenen Induktions- öfen herausgestellt, dass eine Schlackenarbeit zur metallurgischen Behandlung des Bades äusserst erschwert ist, weil bei diesen Induktionsöfen nur der metallische Einsatz auf Grund seiner Leitfähigkeit direkt erhitzt werden kann, die Schlacke dagegen, da sie selbst ein Nichtleiter oder ein schlechter Leiter ist, in der Hauptsache nur durch Strahlung. Es zeigt sich deshalb sehr häufig der Nachteil, dass die Schlacke, wenn sie in grösseren Mengen vorhanden ist, oberflächlich einfriert und eine feste Kruste bildet.
Eine weitere Erschwerung der metallurgischen Arbeit im eisenlosen Induktionsofen bringt die Tatsache mit sich, dass das flüssige Bad eines solchen Ofens durch den sogenannten Pincheffekt sehr stark durchgewirbelt wird und, falls man die Schlackendecke, um sie leicht flüssig zu erhalten, nur dünn hält, stark Sauerstoff aufnimmt und dadurch überoxydiert wird.
Die Erfindung bezweckt, durch eine besondere Ausbildung des Induktionsofens diesen Nachteil zu beseitigen und die Möglichkeit der metallurgischen Behandlung in dem eisenlosen Induktionsofen in ähnlicher Weise zu gewährleisten, wie es von den bekannten gasbeheizten metallurgischen Öfen her bekannt ist.
Ebenso bezieht sich die Erfindung darauf, das Schmelzen von Metalloxyden, Zuschlägen und Schlacken, also im allgemeinen von an sich nichtleitenden keramischen Körpern, durch die besondere Anordnung dadurch einzuleiten, dass der nichtleitende Einsatz teilweise so weit erhitzt wird, dass er eine elektrische Leitfähigkeit erhält und dann direkt induktiv, vornehmlich durch sehr hochfrequente Ströme, weiter beheizt werden kann.
Es ist an sich bekannt, solche elektrisch nichtleitende Stoffe im Induktionsofen dadurch zu erhitzen, dass ein elektrisch leitender Körper der Einwirkung des gesamten Kraftfeldes unterworfen und die in ihm entstehende Hitze dem elektrisch nichtleitfähigen Gut zugeführt wird, ohne dass dabei aber irgendwelche unmittelbare induktive Beeinflussung des Einsatzes infolge der Abschirmung des Kraftfeldes durch den Heizkörper stattfinden kann.
Die Erfindung besteht darin, dass in dem bekannten Schmelztiegel oder dem aufgestampften oder aufgemauerten Schmelzraum des Ofens Zonen verschiedener Leitfähigkeit vorgesehen werden. Solche Zonen können dadurch hergestellt werden, dass man einen oder mehrere Ringe, Flächen oder Bodenstüeke in der Ofenauskleidung vorsieht oder dass man diese Zone in Form von Scheiben, Ringen oder Stäben in das Schmelzbad hineinführt, die ebenso wie die vorhin genannten Ringe, Flächen, Bodenstücke usw. höhere Leitfähigkeit besitzen als die übrige Ofenzustellung. Diese Zonen können bestehen aus amorphem oder graphitischem Kohlenstoff, aus einer Mischung von keramischen Stoffen mit solchem Kohlenstoff oder aus Metall in Stückform, in Form von Spänen, Körner oder Pulver, wie auch aus einer Mischung solcher Metalle mit keramischen Stoffen.
Es ist weiterhin möglich, solche Zonen aus keramischen Stoffen herzustellen, die bei erhöhter Temperatur eine höhere Leitfähigkeit haben als ihre Umgebung.
Beim praktischen Schmelzbetrieb zeigt sich nun, dass, wenn man z. B. eine solche Zone in Höhe des Badspiegels anbringt, die Schlacke durch Strahlung und Wärmeleitung, die von der höheren Temperatur dieser Zone ausgeht, sehr hoch erhitzt wird und dadurch dünnflüssig gehalten werden kann.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen dementsprechend ausgeführten Induktionsofen oder Tiegel a, der in bekannter Weise von der aus innen wassergekühlten Kupferrohren bestehenden Induktionsspule b umgeben ist. Bei c ist gemäss der Erfindung eine Zone höherer Leitfähigkeit in Gestalt eines Ringkörpers aus Kohle od. dgl. angeordnet, u. zw. in Höhe der Schlacke d, unter der sich das Metallbad e befindet.
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dass etwa nachteilige Folgen für das Bad überhaupt sich daraus ergeben könnten. Macht man diese
Zone aus Kohlenstoff, so kann man je nach der Breite oder der Lage, in der sie sich befindet, über dem Bad eine sauerstoffarme Atmosphäre schaffen, ohne aber das Bad durch die Gegenwart der Kohle unnötigerweise aufzukohlen, was für bestimmte metallurgische Operationen durchaus unerwünscht wäre.
Anderseits kann man, da der Grad der Oxydation des Bades an sich bekannt ist, eine solche Zone entsprechend tief unter dem Badspiegel einsetzen, wie Fig. 2 zeigt, und damit erreichen, dass die Kohlung so weit erfolgt, dass sie mit der Oxydation Schritt hält, das Bad also in seiner Zusammensetzung praktisch gleich bleibt.
Will man nur eine Erhitzung der Schlacke erreichen, ohne irgendwelche unmittelbare metallurgische
Beeinflussung durch den Heizkörper, so kann man diese Zone e gemäss Fig. 3 in die Ofenauskleidung oder den Tiegel a einsetzen und derart abdecken, dass die Schlacke d oder das Bad e nicht in unmittelbare
Berührung mit dem Material der Zone kommt.
Je nach den metallurgischen Erfordernissen lässt sich diese Art der Zonenbeheizung variieren.
Sind im Induktionsraum z. B. Erze zu schmelzen, so kann man den Einsatz durch eine solche Zone hoch- erhitzen und durch die abgegebene Kohle oder dem Einsatz noch zugegebene Kohle reduzieren. Das reduzierte Metall tropft dann in den bisher kaltgebliebenen übrigen Sehmelzraum hinunter, wird dort aber selbst vom Induktionsstrom erfasst und weitererhitzt und kann dann durch Oxydation und Ent- fernung der fremden schädlichen Bestandteile gegebenenfalls unmittelbar rein dargestellt werden. Auf diese Weise kann z. B. in einem kontinuierlichen Verfahren Stahl unmittelbar aus Erz hergestellt werden.
Ein weiteres Anwendungsgebiet des vorliegenden Ofens besteht darin, dass rein keramische Massen, wie z. B. Quarz, geschmolzen werden können und durch ihr Herabfliessen ebenfalls einer Kohlung und in diesem Falle der Bildung von Siliziumkarbid entzogen werden. Infolge der durch die mittelbare Erhitzung nun erhaltenen elektrischen Leitfähigkeit wird bei entsprechend hohen Frequenzen der Einsatz dann weiter induktiv unmittelbar erhitzt und das so durch die Heizzone eingeleitete mittelbare Schmelzen unmittelbar fortgesetzt.
Die Erfindung lässt sich auch in der Weise ausführen, dass die Zone höherer Leitfähigkeit nicht unmittelbar in den Ofen oder Tiegel eingebaut wird, sondern mit Hilfe beliebiger Tragvorrichtungen in das Schmelzbad eingeführt und in der gewünschten Stellung gehalten wird.
Unter gewissen Umständen kann es sich als zweckmässig erweisen, die Zone höherer Leitfähigkeit sich nicht scharf gegen die übrige Ofenauskleidung absetzen, sondern einen allmählichen Übergang von der Auskleidung der Zone niederer Leitfähigkeit auf diejenige höherer Leitfähigkeit stattfinden zu lassen.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass die Ausbildung eines Ofens oder Sehmelzraumes mit einer oder mehreren, in verschiedener Höhe gelegenen Zonen von höherer Leitfähigkeit die Möglichkeit ergibt, ausgezeichnete Schlackenarbeit zu leisten, die Oxydation, wenn es gewünscht wird, zu verzögern oder ganz aufzuheben oder aber eine Kohlung in ganz bestimmter Höhe vorzunehmen. Erze lassen sich damit kontinuierlich zu Metallen reduzieren, die anschliessend entkohlt und raffiniert werden können. Bei nicht- metallischen Massen lässt sich damit der Schmelzprozess einleiten und dann durch unmittelbare induktive
Erhitzung fortsetzen, ohne die Nachteile der Beeinflussung durch ein Heizelement.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Eisenloser Induktionsofen zum Erhitzen, Schmelzen oder metallurgischen Behandeln von Metallen, Metalloxyde, Zuschlägen oder Schlacke, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel oder die Ofenausklei- dung (a) eine oder mehrere Zonen (t) höherer elektrischer Leitfähigkeit aus Leitern 1. oder 2. Klasse oder Mischungen derselben aufweist, die unterhalb oder oberhalb des Badspiegels oder auch in Höhe des Spiegels liegen.