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Verfahren und Vorrichtung zum regelbaren kontinuierlichen Schmelzen
von Metallspänen Die Erfindung bezieht sich auf ein regelbares kontinuierliches
Verfahren zum Einschmelzen von Spänen aus Metallen und Metallegierungen, besonders
aus Kupfer - Blei - Legierungen, das ein direktes kontinuierliches Vergießen der
entstehenden Schmelze gestattet.
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Es ist bekannt, für verschiedene Anwendungszwecke, z. B. die Herstellung
von Gleitlagern, Bimetallbänder, bestehend aus einem Stahlrücken und einem Aufguß
von Metallegierungen, in kontinuierlichem Gießverfahren herzustellen. Dieses Band
soll die Gießanlage in einer solchen Form verlassen, das es unmittelbar zu Platinen
verarbeitet und spanlos verformt werden kann. Da die hierzu erforderlichen sehr
engen Dickentoleranzen mit Rücksicht auf die Gefügeausbildung des Aufgußmetalls
und wegen der Welligkeit des Ausgusses nicht eingehalten werden können, wird das
Band bereits in der kontinuierlichen Gießanlage auf diese Toleranzen gefräst. Hierbei
fallen große Mengen von Spänen an, ,die nur aus der Aufgußlegierung in vorgeschriebener
Zusammensetzung bestehen. Es liegt daher nahe und wird auch immer wieder versucht,
diese Späne direkt erneut der Gießeinrichtung zuzuführen und zum Begießen des Stahlbandes
zu verwenden.
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Bislang scheiterten jedoch alle Versuche hierzu an dem Fehlen eines
geeigneten Verfahrens zum kontinuierlichen Einschmelzen der Späne. Es sind zwar
Verfahren bekannt, um durch kontinuierliches Nachchargieren feste Legierungsbestandteile
kontinuierlich und regelbar zu schmelzen, und es ist ebenso bekannt, bei diskontinuierlichem
Schmelzen ein kontinuierliches Gießen zu erreichen, z. B. durch Verdrängungskörper
oder Ventile. Bei Anlagen, die mit diskontinuierlichem Schmelzen arbeiten, ergeben
sich jedoch zwei schwerwiegende Nachteile, und zwar muß 1. der Schmelztiegel sehr
groß sein und ?. in eigentliche Gießtiegel umgefüllt werden, aus denen kontinuierlich
vergossen werden soll. Abgesehen davon, daß durch das Nachfüllen .der eigentlichen
Gießtiegel die Kontinuität .des Gießens nicht in vollem Umfang gewahrt werden kann,
macht bei diesem Verfahren .die Einhaltung genauer Temperaturen sowie die oftmals
nötige Abdeckung mit Schutzgas infolge des diskontinuierlichen Schmelzens und Nachfüllens
Schwierigkeiten.
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Es wurde daher versucht, durch kontinuierliches Nachchargieren von
Spänen bei gleichzeitiger Regelung der zugeführten Wärmemenge ein regelbares kontinuierliches
Schmelzen zu erzielen. Hierfür sind gasbeheizte Öfen nicht zu verwenden, weil deren
Regelung infolge des großen Wärmeinhalts der Ofenmasse und der -daraus resultierenden
großen Wärmeträgheit mit zu großer Verzögerung behaftet ist. Die Versuche wurden
daher in induktiv .beheizten Öfen vorgenommen. Hierbei nehmen die Späne nur sehr
geringe Energiemengen auf, so daß man bekanntlich gezwungen ist, z. B. am Boden
des Tiegels einen ringförmigen Raum vorzusehen, in dem sich die entstehende Schmelze
sammelt und nunmehr induktiv große Mengen Energie aufnehmen kann. Wenn nun auf diesem
Ring geschmolzenen Metalls stets ein Vorrat zu schmelzender Späne aufliegt, so müßte
infolge der unmittelbaren Berührung von fester und flüssiger Phase des Metalls die
Temperatur der Schmelze stets auf oder unwesentlich über dem Schmelzpunkt des 1fetalls
bleiben, weil die überschüssige Wärme zum Schmelzen der auf der Schmelze aufliegenden
Späne verbraucht würde. Die Geschwindigkeit des Schmelzvorgangs wäre damit durch
die Energiezufuhr genau regelbar, solange ein Vorrat Späne auf -der Schmelze vorhanden
ist.
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Es hat sich nun aber überraschenderweise gezeigt, daß der Wärmeübergang
zwischen der Schmelze und den Spänen so schlecht ist, daß selbst bei einer außerordentlichen
Überhitzung der Schmelze über den für das Metall zulässigen Bereich hinaus eine
genügende Schmelzgeschwindigkeit nicht zu erreichen ist, wenn nicht die Oberfläche
der Schmelze ganz unverhältnismäßig groß gehalten wird. Dies ist jedoch, abgesehen
von dem baulichen und räumlichen Aufwand, auch deswegen sinnlos, weil infolge des
Wärmeeinhalts der dann vorhandenen großen Menge überhitzter Schmelze eine verzögerungsfreie
Regelung der Schmelzgeschwindigkeit nicht mehr möglich ist.
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Das Ziel der Erfindung ist daher edn Verfahren zum regelbaren kontinuierlichen
Schmelzen von Metallspänen,
bei dem die Temperatur der Schmelze
nicht oder nur in erwünschten Grenzen - über der Schmelztemperatur des Metalls liegt.
Dies wird erreicht, indem die zum Schmelzen der Späne notwendige Wärme nicht in
der Schmelze oder in .der Tiegelwand erzeugt wird, sondern in Körpern aus geeignetem
leitfähigem Material, die mit den Spänen nachchargiert oder oberhalb des Spiegels
der Schmelze im Späneraum angebracht werden.
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Diese Körper können z. B: aus Scheiben, Rohren oder Ringen aus Reingrafit
bestehen, wie sie mit Erfolg zum erfindungsgemäßen Schmelzen von Blei-Bronze-Spänen
benutzt wurden. Es sind jedoch für andere zu schmelzende Metalle auch Körper aus
anderen Werkstoffen erfindungsgemäß denkbar.
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Der Schmelzvorgang spielt sich nunmehr wie folgt ab Die mit den Spänen
eingebrachten leitfähigen Körper werden ,induktiv erhitzt und schmelzen die sie
berührenden Späne, wobei sie sich mit der entstehenden Schmelze auf dem Boden des
Tiegels sammeln. Infolge ihres geringeren spezifischen Gewichtes schwimmen sie auf
der Schmelze auf, so -daß sie stets in unmittelbarer Berührung mit den nachdrückenden
Spänen bleiben und daher ihre Wärme überwiegend an diese abgeben. Der gewünschte
Höchststand der Schmelze kann durch einen Überlauf am Schmelztiegel festgelegt werden.
Wenn nunmehr die um den Tiegel gelegte Induktionsspule in der Höhe verschiebbar
angeordnet wird oder .die unteren Windungen zu-und abschaltbar gemacht werden, dann
kann durch ihre Einstellung bestimmt werden, wieviel Wärme in den auf der Schmelze
aufschwimmenden Körpern und wieviel Wärme in der Schmelze selbsterzeugt wird. Die
Höhenlage der Spule bestimmt daher die Temperatur der Schmelze im Tiegel, wohingegen
die von der Spule auf die Körper induzierte Energie die Geschwindigkeit des Schmelzvorgangs
bestimmt. Da nunmehr die Temperatur der Schmelze genau auf dem Schmelzpunkt,des
Metalls gehalten werden kann und der Wärmeinhalt der leitfähigen Körper sehr gering
ist, läßt sich der Schmelzvorgang fast verzögerungsfrei durch die Menge der zugeführten
Energie regeln und durch Abschalten der Energiezufuhr fast augenblicklich unterbrechen.
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Damit ist ein kontinuierliches Gießverfahren geschaffen, bei dem ein
:direktes kontinuierliches Vergießen der Schmelze möglich ist, weil die Schmelzgeschwindigkeit
praktisch verzögerungsfrei beliebig geregelt werden kann. Das Verfahren ist auch
nicht an ein kontinuierliches Nachchargieren der Späne gebunden. Da die leitfähigen
Körper sich nur langsam verbrauchen, brauchen sie der Charge auch nur in gewissen
Abständen zugegeben zu werden. Wenn der Vorrat an leitfähigen Körpern im Tiegel
ein gewisses Maß unterschreitet, so ist dies sofort an einem Nachlassen der Energieaufnahme
erkennbar.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens schematisch im Querschnitt dargestellt.
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Der Schmelztiegel l ist in bekannter Weisse mit einem Überlauf 2 versehen,
der so in der Mitte des Tiegels angeordnet .ist, daß sich im Tizgelboden ein ringförmiger
Raum ergib, in dem sich die Schmelzei sammelt.
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Bei der Vorrichtung nach Fig.1 wird die zum Schmelzen nötige Wärme
in .den Körpern 4 erzeugt, die aus einem geeigneten leitfähigem Material, z. B.
Reingrafit, bestehen und z. B. Scheiben-, Ring- oder Rohrform haben. Auf die Körper
4 drückt der Vorrat an Spänen 5, der von den Körpern 4 erhitzt und
geschmolzen wird. Die Induktionsspule 6 ist in der Höhe verstellbar, so daß geregelt
wenden kann, welcher Anteil der Energie den Körpern 4 bzw. der Schmelze 3 zugeführt
wird. Die Spule 6 ist so hoch, daß mit den Spänen 5 nachchargierte Körper 4 bereits
im oberen Teil des Tiegels in das Feld der Spule 6 gelangen und damit sofort .beim
Einbringen in den Tiegel wirksam werden.
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Die Vorrichtung nach Fig. 2 unterscheidet sich nur insofern von der
nach Fig. 1, als an Stelle der zahlreichen Körper 4 ein leitfähiger Ring aus geeignetem
Material 7 auf dem ,zentralen Überlauf 2 angeordnet ist, der von Spänen ,umgeben
ist und die in ihm induzierte Wärme unmittelbar .an diese abgibt. An seiner unteren
Begrenzung ist der Ring 7 mit Durchbrüchen 8 versehen, .die ein ungehindertes Abfließen
der entstehenden Schmelze gestatten.
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Selbstverständlich sstdas erfindungsgemäße S chmelzverfahren auch
unabhängig von einem kontinuierlichen Gießverfahren zu verwenden. Ferner kann die
entstehende Schmelze, anstatt unmittelbar vergassen zu werden, auch zunächst in
bekannter Weise in ein Vorratsgefäß fließen, indem ihr auch erforderlichenfalls
eine etwa gewünschte von der Schmelztemperatur abweichende Temperatur gegeben werden
kann. Weiterhin kann der zentrale Überlauf im Schmelztiegel in bekannter Weise so
ausgebildet werden, daß die Metallentnahme unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen
Metalls erfolgt.