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Verfahren zum Einschmelzen loser, kleinstückiger Metallteile Die Verwertung
kleinstückiger Metallteile, insbesondere von Metallabfällen mit großer Oberfläche,
wie Späne oder Folien, wie sie in der metallverarbeitenden Industrie in wachsendem
Umfang anfallen, gewinnt in der Praxis in zunehmendem Maße wirtschaftliche Bedeutung.
Eine wirtschaftliche Verwertung dieser Metallabfälle durch Umschmelzen ist aus einer
Reihe von Gründen, die im wesentlichen mit ihrer klein:stückigen Beschaffenheit
zusammenhängen, problematisch. Einer der wesentlichen Gründe, die sich einer wirtschaftlichen
Umschmelzung entgegenstellen, ist die übermäßige Oxydbildung, die sich aus der im
Verhältnis zu ihrem Volumen außerordentlich großen Oberfläche erklärt. Diese übermäßige
Oxydbildung ist einerseits deshalb nachteilig, weil sie zu sehr hohen Schmelzverlusten
durch Abbrand führt, zum anderen deswegen, weil sie die metallurgische Beschaffenheit
gegenüber dem Einsatzmaterial unter Umständen nachteilig verändert; schließlich
hat die übermäßige Oxydbildung noch den weiteren Nachteil, daß der Zeitaufwand für
das Einschmelzen gegenüber den Verhältnissen bei grobstückigem Einsatz im Hinblick
auf den höheren thermischen Widerstand der Metalloxyde größer wird.
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Soweit das Einschmelzen solcher kleinstückigen Metallabfälle in nach
dem Prinzip der Wärmeübertragung durch Strahlung und Konvektion arbeitenden Ofenanlagen
erfolgt, können Späne zudem nur in begrenzter Menge zugesetzt werden, und zwar mit
Rücksicht darauf, daß dem auf eine bestimmte Übertemperatur erhitzten Eisen nur
so viel Späne hinzugefügt werden können, als der hierdurch bewirkte Wärmeverlust
nicht zu einer Unterschreitung der Vergießtemperatur der Schmelze führt. Ferner
ist hierbei nachteilig, daß Stahlspäne - wenn überhaupt - nur unter größten Schwierigkeiten
und jedenfalls nur in im Verhältnis zum Gesamteinsatz sehr kleiner Menge eingeschmolzen
werden können und schließlich nasse oder ölige Späne, die bekanntlich den größten
Prozentsatz der insgesamt anfallenden Abfallmenge umfassen, vor dem Einschmelzen
umständlichen Reinigungsverfahren unterworfen werden müssen.
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Um insbesondere den sich aus der übermäßigen Oxydbildung ergebenden
Nachteil zu mildern, sind seit langem Vorschläge bekannt, solche kleinstückigen
Metallabfälle, wie Späne und Folien, paketiert oder brikettiert einzusetzen sowie
- gemäß anderen Vorschlägen - die Späne unter Luftabschluß auf mechanischem Wege
unmittelbar in das Schmelzbad einzubringen sowie insbesondere mittels Stickstoff
oder anderer inerter Gase in die Schmelze einzublasen.
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Abgesehen davon, daß diese Maßnahmen umständlich sind und einen erheblichen
Kostenfaktor darstellen, steht einer breiten wirtschaftlichen Verwendung die Schwierigkeit
entgegen, daß kleinere und mittlere metallverarbeitende Betriebe wegen des in der
Menge begrenzten Anteils an Spänezusatz die mehrfach größere Menge an grobstückigem
Einsatzgut beschaffen müssen, so daß eine wirtschaftliche Verwertung im eigenen
Betrieb vielfach ausgeschlossen ist.
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Die Möglichkeit, ausschließlich kleinstückige Metallabfälle zu erschmelzen,
ist zwar grundsätzlich durch d.ie Verwendung von Induktionsöfen gegeben. Soweit
hierfür Rinnenöfen in Betracht kommen, wird jedoch durch ihre Anwendung nicht der
Nachteil übermäßiger Oxydbildung vermieden, so daß auch in diesem Falle die weiter
oben geschilderten Hilfsmaßnahmen, wie Paketieren oder Brikettieren der Späne, angewendet
werden müßten. Wegen der kleinstückigen Beschaffenheit dieser Metallabfälle scheiden
andererseits die wegen ihrer Wirtschaftlichkeit in zunehmendem Maße in Anwendung
kommenden, mit Niederfrequenz, d. h. in der Regel mit unmittelbarem Netzanschluß
arbeitenden kernlosen Induktions-Schmelzöfen aus, da die für ein unmittelbares induktives
Erschmelzen erforderliche Mindestabmessung des Einsatzgutes je nach der Leitfähigkeit
des Materials für Netzfrequenz bei etwa 200 mm Durchmesser liegt, eine Größe, die
die meisten Metallabfälle, wie Späne oder Folien, erheblich unterschreiten.
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Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, ein besonders wirtschaftliches
Verfahren zum Einschmelzen solcher losen kleinstückigen Metallteile zu entwickeln,
die durch unmittelbare Induktion mit Niederfrequenz nicht mehr erschmelzbar sind,
und welches es unter Vermeidung der den bekannten Vorschlägen anhaftenden Nachteile
gestattet, als Einsatz ausschließlich solchen kleinstückigen Abfall zu verwenden.
Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, daß unter Verwendung
eines
rinnenlosen Induktionsofens mit vorgeschmolzenem Metallsumpf
während des Einschmelzvorganges die durch Induktion erzeugten ponderomotorischen
Kräfte jeweils im Bereich der Oberfläche des flüssigen Einsatzteiles derart gegenüber
dem unteren Badteil erhöht werden, daß die auf der Oberfläche des Bades schwimmenden
festen Metallteile durch die verstärkte Badbewegung in das Bad hineingespült und
innerhalb des Bades geschmolzen werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde,
daß die bisher bei kernlosen Nieder- insbesondere Netzfrequenz-Induktions-Ofen bewußt
bekämpfte Badbewegung in Verbindung mit einem bei dieser Ofentype im Gegensatz zu
Binnenöfen bisher nicht regelmäßig benutzten vorgeschmolzenen Metallsumpf die Möglichkeit
eröffnet, die einer unmittelbaren induktiven Erschmelzung in diesem Frequenzbereich
nicht zugänglichen kleinstückigen Metallabfälle zufolge der Badbewegung selbsttägig
in das Schmelzbad hineinzuspülen und unter völligem Luftabschluß innerhalb des Schmelzbades
durch Konvektion zu schmelzen. Hierbei ist es nur beim erstmaligen Anfahren des
Ofens notwendig, grobstückigen Einsatz zu verwenden, da der im Ofentiegel jeiveils
verbleibende erkaltete Sumpf beim jedesmaligen späteren Anheizen des Ofens wegen
seines großen Durchmessers aus dem kalten Zustand ohne weiteres erschmolzen werden
kann. Die besonderen Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung liegen außer in
der Möglichkeit, unter Verzicht auf Paketierung oder Brikettierung, ausschließlich
kleinstückige Späne einsetzen zu können, ferner darin, daß die Abbra.ndverluste
auf etwa 2 bis 3% des Einsatzes herabgesetzt werden und sich die Einschmelzzeit
wesentlich verkürzt. Weitere Vorteile sind darin zu sehen, daß sowohl Stahlspäne
als auch nasse und ölige Späne eingesetzt und gegebenenfalls Stahlspäne sogar während
des Einschmelzens in kurzer Zeit ohne Schwierigkeiten auf einen C-Gehalt von etwa
3 bis 4% aufgekohlt werden können.
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Es ist an sich bekannt. bei rinnenlosen Induktions-Schmelzöfen für
den Niederfrequenzbereich während der Durchführung der Schmelzverfahren mit einer
unterschiedlichen elektrischen Leistungsintensität in den verschiedenen Phasen des
Schmelzprozesses zu arbeiten. Die höhere Leistungsintensität soll hierbei jedoch
nur so lange angewendet werden, wie sich das zu schmelzende Gut noch im festen Zustand
befindet, d. h. einem Zustand, bei welchem eine Badbewegung überhaupt nicht eintritt.
Dagegen soll die Leistungsintensität im oberen Bereich nach Verflüssigung des Einsatzes
verringert werden, um hierbei eine Badbewegung zu verhindern. Diese bekannten Maßnahmen
betreffen ausschließlich solche Verfahren, bei welchen der feste Einsatz eine Stückgröße
aufweist, die einer unmittelbaren induktiven Erschmelzung zugänglich ist, was bei
den kleinstückigen Metallabfällen, von denen die Erfindung ausgeht, nicht möglich
Ist.
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Die Badbewegung kann bei dem Verfahren gemäß der Erfindung in an sich
bekannter Weise erhöht werden, z. B. durch Anwendung von Netzfrequenz und/ oder
durch Anordnung des oberen Spulenrandes innerhalb oder oberhalb des Bereiches der
Badoberfläche und/oder durch Erhöhung der Leistungsdichte in diesem Bereich und/oder
durch Vergrößerung der Spulenhöhe gegenüber dem Durchmesser, d. h. durch Umkehrung
derjenigen bekannten Maßnahmen, die bisher - im Widerspruch zum vorliegenden Erfindungsgedanken
- gerade zur Verminderung der Badbewegung angewandt worden sind. Der Ofen kann derart
ausgebildet sein, daß bei laufender oder insbesondere absatzweiser Beschickung mit
festen Metallteilen das flüssige Metall mittels Abstich abgezogen werden kann.
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Bei Verwendung an sich bekannter Induktionsöfen mit in Längsrichtung
in zwei oder mehrere Abschnitte unterteilter Heizspule kann das Verfahren gemäß
der Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch noch verbessert werden, daß der wesentliche
Teil der zum Schmelzen erforderlichen elektrischen Energie durch den jeweils im
Bereich des Badspiegels des flüssigen Einsatzteiles angeordneten Spulenabschnitt
induziert wird, wobei der im unteren Bereich des Schmelzbades angeordnete Teil während
des Schmelzvorganges entweder abgeschaltet sein kann oder mit einer zur Warmhaltung
des geschmolzenen Gutes ausreichenden geringeren elektrischen Leistung betrieben
wird. Hierdurch ist es möglich, für die Einschmelzung solcher Metallabfälle großer
Oberfläche Absteh- oder Warmhalteöfen zu verwenden, deren Gesamtanschlußwert im
Vergleich zu dem Fassungsvermögen des Ofens gering ist. Zweckmäßig wird hierbei
nach Vorschmelzen des Metallsumpfes bei steigendem Badspiegel ein jeweils höher
angeordneter Spulenabschnitt mit dem Hauptteil der elektrischen Leistung beschickt,
um auf diese Weise im Bereich der Badoberfläche stets eine ausreichend große Badbewegung
sicherzustellen. Hierbei werden jeweils die unteren Teile der Heizspule entweder
abgeschaltet oder nur mit Warmhalteleistung betrieben.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird dadurch erleichtert, daß zur
Durchführung Ofen mit solchem Tiegel verwendet werden, deren Nutzhöhe größer als
der Durchmesser bemessen ist.