DE10325227A1

DE10325227A1 - Heiz- und Schmelzeinrichtung mit mehreren jeweils mindestens eine eigene Arbeitsspule aufweisenden Heizzonen

Info

Publication number: DE10325227A1
Application number: DE2003125227
Authority: DE
Inventors: Hans-Günther Fellmann; Wilfried Goy
Original assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Current assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2005-01-20
Also published as: DE112004000951D2; WO2004110103A1

Abstract

Bei einer Heiz- und Schmelzeinrichtung mit mehreren jeweils mindestens eine eigene Arbeitsspule aufweisenden Heizzonen, mit einem Tiegel (3) zum Schmelzen von Metall und einer Vorrichtung zur Aufnahme und Wärmebehandlung von der in einer Kokille (11) abgegossenen Metallschmelze ist allen Arbeitsspulen (Induktionsspulen) (4, 9, 10) ein gemeinsamer Umrichter oder Generator (14) mit einer Leistungsversorgung und mindestens drei Leistungsteilen zur Spulenversorgung zugeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heiz- und Schmelzeinrichtung mit mehreren, jeweils mindestens eine eigene Arbeitsspule aufweisenden Heizzonen, mit einem Tiegel zum Schmelzen von Metall und einer Vorrichtung zur Aufnahme und Wärmebehandlung von der in einer Kokille abgegossenen Metallschmelze, einem sogenannten Suszeptor.

Es ist seit langem bekannt, einen dünnen, aus der Bodenöffnung eines Schmelztrogs austretenden Flüssigmetallstrahl unter Vermeidung des Risikos des Einfrierens zu erzeugen, sowie gezielt dem Austritt zufrieren zu lassen und wieder aufzuschmelzen. Zu diesem Zweck umgibt die Bodenöffnung des Schmelztrogs eine Spule die an eine Stromversorgung angeschlossen ist, die Mittelfrequenzleistung in die Spule einspeist. Das Induktionsfeld dieser Spule koppelt an die Schmelze an und heizt diese auf ( DE 40 11 392 ).

Bekannt ist weiterhin eine Vorrichtung zur Gewinnung von Metallen oder Legierungen mit einem Gefäß mit lotrechter Achse, dessen Seitenwand aus scheibenförmigen, hohlen Wandelementen aus Metall gebildet ist, wobei die Metallelemente von einer Kühlflüssigkeit durchströmt sind. Das Gefäß ist außerdem von einer Spule umschlossen die an einem Wechselstromgenerator angeschlossen ist (DOS 20 11 795).

Schließlich ist auch eine Schmelzeinrichtung bekannt, bei der der Tiegel aus einer Vielzahl von einzelnen Metall-Palisaden zusammengefügt ist und von zwei einzelnen Spulen verschiedener Dimensionierung umschlungen ist, wobei für jede der beiden Spulen eine eigene Stromversorgung vorgesehen ist ( US 4,432,093 ).

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine kombinierte Induktions – Heiz- und Schmelzeinrichtung zu schaffen, die gegenüber herkömmlichen Einrichtungen dieser Art weniger Strombedarf hat, die in der Herstellung preiswerter ist und auch einen geringeren Verkabelungsbedarf hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß allen Arbeitsspulen ein gemeinsamer Generator mit einer Leistungsversorgung und mindestens drei Leistungsteilen zur Spulenversorgung zugeordnet ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus dem Patentanspruch.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsformen zu, eine davon ist in den anhängenden Zeichnungen rein schematisch wiedergegeben und zwar zeigen:
1 eine Einrichtung nach dem Stand der Technik mit einem beheizten Tiegel und einem unterhalb des Tiegels angeordneten Suszeptor, wobei die Einrichtung insgesamt mit drei Induktionsspulen versehen ist, die jeweils einen eigenen Generator aufweisen,
2 eine andere Einrichtung nach dem Stand der Technik, wobei jedoch die beiden Spulen des Suszeptors an einen gemeinsamen Generator angeschlossen sind,
3 die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Tiegel, Suszeptor und insgesamt drei Spulen und einem einzigen Generator,
4 zeigt die zeichnerische Darstellung von Größenverhältnissen der verschiedenen Temperaturverläufe, Schmelzleistungen und Heizleistungen einer Heiz- und Schmelzeinrichtung gemäß 2,
5 zeigt die zeichnerische Darstellung von Größenverhältnissen der verschiedenen Temperaturverläufe, Schmelzleistungen und Heizleistungen einer Heiz- und Schmelzeinrichtung gemäß 3.
Die Anlage gemäß 1 besteht aus einem Tiegel 3 mit einem induktiven Heizer oder einer Schmelzspule 4 mit einem diese mit Strom versorgenden eigenem Frequenzumrichter 5 von z. B. 120 KW/4 KHZ Leistung. Unterhalb des Tiegels 3 ist ein Suszeptor 6 vorgesehen, d. h. ein Ofen zum kontrollierten Warmhalten bzw. zur gezielten Abkühlung (Erstarrung) der in der Kokille 11 befindlichen Schmelze. Der Suszeptor 6 ist aus einem oberen Gehäuseteil 7 und aus einem koaxial unterhalb diesem angeordneten zweiten Gehäuseteil 8 gebildet, wobei beide röhrenförmigen Gehäuse- bzw. Ofenteile 7, 8 jeweils mit eigenen Heizern 9, 10 versehen sind und wobei jede dieser Induktionsspulen von einem eigenen Generator 5 bzw. Umrichter mit Strom versorgt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die obere Induktionsspule 9 mit max. 40 KW/4 KHZ und die untere Spule 10 mit 80 KW/4 KHZ versorgt. Die Kokille 11 ist von einem Stempel 12 im Ofengehäuse 6 gehalten der die Kokille in Pfeilrichtung durch das Ofengehäuse (Suszeptorgehäuse) kontrolliert bewegen kann.
Die in 2 dargestellte Heiz- und Schmelzeinrichtung unterscheidet sich von derjenigen nach 1 dadurch, daß nur ein Generator 13 für die Versorgung beider Induktionsspulen 9, 10 vorgesehen ist und dazu für eine Leistung von 12 KW/4 KHZ ausgelegt ist.
In 3 ist die erfindungsgemäße Heiz- und Schmelzeinrichtung dargestellt, bei der der Generator 14 alle drei Induktionsspulen 4, 9, 10 zusammen mit Strom versorgt, wozu er für eine Leistung von 160 KW/4 KHZ ausgelegt ist. Es bleibt zu erwähnen, daß alle drei in den Zeichnungen dargestellten Gesamtanlagen jeweils auf die gleiche Gesamtkapazität ausgelegt sind.
Die zeichnerische Darstellung gemäß 4 zeigt die Größenverhältnisse bzw. Kennlinien der einzelnen Heizer 4, 9, 10 und die Leistung der diese mit Strom versorgenden Umrichter bzw. Generatoren 13, 17. Im Diagramm ist die Temperatur-Kennlinie des Tiegel-Heizers 4 mit 15, die Kennlinie für den Bodenheizer d. h. für den Suszeptor 6 mit 16, die Kennlinie der Stromaufnahme für den Tiegel-Heizer 4 mit 19 und die Kennlinie für die Stromaufnahme des Suszeptors 6 mit 18 bezeichnet. Außerdem ist gut erkennbar, daß die zu installierende Gesamtleistung für beide Generatoren 17, 13, dargestellt in den Linien 20, 21, zusammen 2 × 120 KW = 240 KW beträgt.
5 zeigt anschaulich, daß die Gesamtleistung für den einzigen Generator 14 der Anlage nach der Erfindung nur 150 KW beträgt. Mit 22 ist die Temperatur-Kennlinie des Top-Heizers 4, mit 23 die Temperaturkennlinie des Bodenheizers (des Suszeptors) 6, mit 24 die Kennlinie für die Stromaufnahme des Top-Heizers 4, mit 25 die Stromaufnahme des Bodenheizers 6, mit 26 die Schmelzleistung in KW und schließlich die zu installierende Gesamtleistung mit 27 bezeichnet.

1: –
2: –
3: Tiegel
4: Schmelzspule
5: Frequenzumrichter
6: Suszeptor
7: Gehäuseteil
8: Gehäuseteil
9: Heizer
10: Heizer
11: Kokille
12: Stempel
13: Generator
14: Generator
15: Tiegelheizer
16: Suszeptor
17: Generator
18: Suszeptor
19: Heizer
20: Linie
21: Linie
22: Temperaturlinie 4
23: Temperaturlinie 6
24: Kennlinie 4
25: Stormaufnahme 6
26: Schmelzleistung in KW
27: Gesamtleistung

Claims

Heiz- und Schmelzeinrichtung mit mehreren jeweils mindestens eine eigene Arbeitsspule aufweisenden Heizzonen, mit einem Tiegel (3) zum Schmelzen von Metall und einer Vorrichtung (6) zur Aufnahme und Wärmebehandlung von der in einer Kokille (11) abgegossenen Metallschmelze, dadurch gekennzeichnet, daß allen Arbeitsspulen (4, 9, 10) ein gemeinsamer Generator (14) mit einer Leistungsversorgung und mindestens drei Leistungsteilen zur Spulenversorgung zugeordnet ist.