DE1126074B

DE1126074B - Arrangement for the sonication of metal melts in a crucible

Info

Publication number: DE1126074B
Application number: DEI9461A
Authority: DE
Inventors: Dr Hugo Josef Seemann; Herbert Staats
Original assignee: HUGO JOSEF SEEMANN DR
Current assignee: HUGO JOSEF SEEMANN DR
Priority date: 1954-12-06
Filing date: 1954-12-06
Publication date: 1962-03-22

Description

Es ist bekannt, das Gefüge von Metallen und Metallegierungen durch Behandlung der Schmelzen mit Schall oder Ultraschall zu verbessern. Eine merkliche Beeinflussung des kristallinen Metallgefüges läßt sich durch die entgasende, dispergierende und kornverfeinernde Wirkung der Schall- oder Ultraschallwellen jedoch nur dann erreichen, wenn diese Wellen innerhalb der Schmelze in ausreichender Intensität erzeugt werden. Als brauchbarstes Verfahren hat sich bisher das elektrodynamische Verfahren erwiesen, wonach der Schall unter Verwendung eines von einer Spule umgebenen Schmelztiegels in der Schmelze selbst erzeugt wird. Die Anordnung irgendwelcher schalleitender Glieder, welche die Erzielung hoher Schallintensitäten begrenzen, wird hierbei vermieden. Ein durch die Spule geleiteter Wechselstrom induziert in der Schmelze, die sozusagen als Sekundärwicklung eines Transformators wirkt, einen sekundären Strom, wobei als sekundäre Strombahn infolge der geringen Eindringtiefe höherer Frequenzen die Mantelfläche der Schmelze wirkt. In Achsenrichtung des Tiegels, also senkrecht zu dieser Strombahn, wird ein Magnetfeld, vorzugsweise ein Gleichfeld hoher Intensität, erzeugt, wodurch radial auf die Schmelze wirkende elektrodynamische Kräfte entstehen.It is known that the structure of metals and metal alloys by treating the melt improve with sonic or ultrasound. A noticeable influence on the crystalline metal structure can be through the degassing, dispersing and grain-refining effect of the sound or ultrasonic waves However, they can only be achieved if these waves within the melt are of sufficient intensity be generated. So far, the electrodynamic method has proven to be the most useful method, after which the sound is in the melt using a crucible surrounded by a coil is self-generated. The arrangement of any sound-conducting members, which enable the achievement of higher Limiting sound intensities is avoided here. An alternating current conducted through the coil is induced in the melt, which acts as a secondary winding of a transformer, so to speak, a secondary current, where the lateral surface is the secondary current path due to the low penetration depth of higher frequencies the melt acts. In the axial direction of the crucible, i.e. perpendicular to this current path, a magnetic field is generated preferably a constant field of high intensity, generated, whereby acting radially on the melt electrodynamic forces arise.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens einen metallischen Tiegel zu verwenden, wobei die schallerregende Strombahn von der Schmelze in die Tiegelaußenfläche verlegt wurde, z. B. bei elektrisch sehr schlecht leitenden Schmelzen, wie Glas u.dgl., ohne daß dabei aber der Einfluß der elektrischen Leitfähigkeit auf den Wirkungsgrad besonders berücksichtigt wurde.It has also already been proposed to carry out this known method metallic crucible, whereby the sound-exciting current path from the melt to the outer surface of the crucible was relocated, e.g. B. in electrically very poorly conductive melts, such as glass and the like. Without that, however, the influence of the electrical conductivity on the efficiency is particularly taken into account became.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, zur Erzielung einer maximalen Schalleistung in der Schmelze den Tiegel in seiner Eigenresonanz auf diejenige der Schmelze abzustimmen. Kennzeichnend für das bekannte Verfahren ist sonach die radiale Schalleinstrahlung vom Umfang des Schmelztiegels her unter Ausnutzung der fokussierenden Wirkung mit dem Ziel der Erzeugung vertikaler Wellenfronten, die ein Aufsteigen von Gasblasen und Verunreinigungen innerhalb der Schmelze begünstigen. Dabei ist die schallabstrahlende Fläche indentisch oder in ihrer Form praktisch gleich derjenigen der schallerzeugenden Strombahn. Vor allem ist die Breite der Strombahn auf der Tiegel- oder Schmelzenoberfläche gleich der Breite der schallerzeugenden Fläche normal zur Strahlungsrichtung. Bei einer derartigen Anordnung ist die Erzeugung maximaler Induktionen, selbst bei Verwendung von Eisenjochen, kaum möglich infolge Anordnung zur Beschallung
von Metallschmelzen in einem TiegelIt has also already been proposed to adjust the crucible in its natural resonance to that of the melt in order to achieve maximum sound power in the melt. Characteristic of the known method is therefore the radial sound radiation from the periphery of the crucible using the focusing effect with the aim of generating vertical wave fronts that promote the rise of gas bubbles and impurities within the melt. The sound-emitting surface is identical or practically identical in shape to that of the sound-generating current path. Above all, the width of the current path on the crucible or melt surface is equal to the width of the sound-generating surface normal to the direction of radiation. With such an arrangement, the generation of maximum induction, even when using iron yokes, is hardly possible due to the arrangement for the acoustic irradiation
of molten metal in a crucible

Anmelder:Applicant:

Dr. Hugo Josef Seemann,
Saarbrücken, Planckstr. 1,Dr. Hugo Josef Seemann,
Saarbrücken, Planckstrasse. 1,

und Herbert Staats,
Dillingen/Saar, Karcherstr. 31and Herbert Staats,
Dillingen / Saar, Karcherstr. 31

Dr. Hugo Josef Seemann, Saarbrücken,Dr. Hugo Josef Seemann, Saarbrücken,

und Herbert Staats, Dillingen/Saar,and Herbert Staats, Dillingen / Saar,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

der Länge des zu magnetisierenden Luftraumes, der ja nicht kleiner als die axiale Ausdehnung der schallerzeugenden Strombahn sein kann. Hiermit ist aber der erreichbare Wirkungsgrad von vornherein beschränkt. the length of the air space to be magnetized, which is not less than the axial extent of the sound-generating Current path can be. However, this limits the efficiency that can be achieved from the outset.

Schließlich ist eine Gießvorrichtung für die Schwingungsbehandlung von Schmelzen bekannt, bei der ein Schwinger in Form einer schwingfähigen Platte als Schallwandler benutzt wird, um die Schmelze zusätzlich mit mechanischen Schwingungen zu erregen.Finally, there is a pouring device for vibration treatment known from smelting, in which a vibrator in the form of a vibratable plate as Sound transducer is used to excite the melt additionally with mechanical vibrations.

Demgegenüber beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß der Wirkungsgrad beim Beschallen von Metallschmelzen in einem Tiegel, der mittels elektrodynamischer Kräfte, die durch äußere Magnetfelder erzeugt werden, in Schwingungen versetzt wird, dadurch wesentlich verbessert werden kann, daß unabhängig von der Form der schallabstrahlenden, von der Schmelze berührten Fläche den schallerregenden Außenflächen des Tiegels eine für die Schallerzeugung günstige Form verliehen wird. Demgemäß wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Wand des Tiegels mit radial nach außen hervorragenden Verdickungen, vorzugsweise in Form ringförmiger Wülste, zu versehen, auf deren Außenflächen die schallerregenden Strombahnen erzeugt werden. Untersuchungen haben nämlich ergeben, daß der Wirkungsgrad der elektrodynamischen Anordnung angenähert proportional ist dem Quadrat der Induktion des Magnetfeldes, dem im folgenden mit α bezeichneten Verhältnis der Breite der schallerzeugenden Strombahn zu der Breite der schallerzeugenden Fläche normal zur Strahlungsrich-In contrast, the invention is based on the knowledge that the efficiency in the sonication of metal melts in a crucible, which is set in vibration by means of electrodynamic forces generated by external magnetic fields, can be significantly improved that regardless of the shape of the sound-emitting, The surface touched by the melt gives the sound-exciting outer surfaces of the crucible a shape that is favorable for the generation of sound. Accordingly, it is proposed according to the invention to provide the wall of the crucible with radially outwardly protruding thickenings, preferably in the form of annular beads, on the outer surfaces of which the sound-exciting current paths are generated. Investigations have shown that the efficiency of the electrodynamic arrangement is approximately proportional to the square of the induction of the magnetic field, the ratio of the width of the sound-generating current path, denoted below by α, to the width of the sound-generating surface normal to the radiation direction.

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tung und weiterhin proportional der Wurzel aus einem auf dessen Stirnflächen schallerregende Ströme indumittleren Wert der Leitfähigkeiten der erregenden zieren kann. Durch Veränderung der Anzahl und Spule und der sekundären Strombahn des Schwing- Form der ernndungsgemäß am Tiegel angebrachten körpers. Hieraus folgt, daß bereits eine geringe Er- Wülste können verschiedenartige Schwingungsformen höhung des Magnetfeldes wegen des quadratischen 5 desselben erreicht werden. Im allgemeinen wird man Einflusses desselben eine beträchtliche Verbesserung aber, um das Schwingungsgebilde und auch seine Abdes Wirkungsgrades ergeben kann. Die Verlegung der Stimmung auf eine bestimmte Frequenz möglichst einschallerzeugenden Strombahnen und damit des Be- fach zu halten, den Tiegel in seiner mittleren Zone reiches des Magnetfeldes nach außen von der Schmelze nur mit einem Wulst versehen. Damit wird im Gegenweg ergibt zunächst eine wirksamere Anordnung der io satz zu den bekannten Anordnungen, die entsprechend Polschuhe eines Magnetisierungsjoches als bei der den Verhältnissen bei den Induktionsschmelzöfen die bekannten Anordnung. gesamte zylindrische Mantelfläche für die Schallab-tion and furthermore proportional to the root of a sound-inducing currents on its end faces Value of the conductivities of the excitatory can grace. By changing the number and Coil and the secondary current path of the oscillating form of the according to the design attached to the crucible body. From this it follows that even a small bulge can generate various forms of oscillation increase of the magnetic field due to the square 5 of the same can be achieved. Generally one will The influence of this, however, is a considerable improvement to the oscillation structure and also to its abdes Can result in efficiency. The shift of the tuning to a certain frequency, if possible, generating sound Current paths and thus the compartment to keep the crucible in its middle zone area of the magnetic field to the outside of the melt only provided with a bead. This is in the opposite direction initially results in a more effective arrangement of the io sentence to the known arrangements, which accordingly Pole shoes of a magnetization yoke than the conditions in the induction melting furnace known arrangement. entire cylindrical outer surface for the sound insulation

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorge- strahlung benutzen, bei der neuen Anordnung die schlagen, die Dicke der ringförmigen Wülste in schallabstrahlende Fläche bewußt auf die Mittelzone axialer Richtung nach außen hin entsprechend dem 15 des Tiegels beschränkt, wodurch die Schallintensität Ansteigen des Durchmessers zu vermindern, so daß innerhalb der Schmelze zum Tiegelboden und zur ihre Querschnittsfläche normal zur Strahlungsrichtung Schmelzenoberfläche hin abfällt, in ihrer Größe praktisch gleichbleibt. Damit wird er- Hierdurch werden die durch Kavitation bedingtenIn a further embodiment of the invention, pre-radiation is used, in the new arrangement the Beat the thickness of the annular beads in the sound-radiating surface deliberately on the central zone limited axial direction outwards corresponding to the 15 of the crucible, whereby the sound intensity Reduce increase in diameter, so that within the melt to the crucible bottom and to their cross-sectional area decreases normal to the direction of radiation towards the melt surface, remains practically the same in size. This is what causes cavitation

reicht, daß die Schallintensität innerhalb der Wülste Effekte, vor allem die Zerstörung des Tiegelbodens konstant ist und die schallabstrahlende Fläche wie ao durch Dispergierung in die Schmelze vermieden. Dasbei der bekannten Anordnung in ihrer Größe der selbe gilt für die auf der Schmelze schwimmende schallerzeugenden Fläche der sekundären Strombahn Schlackenschicht. Wenn auf diese Weise eine Art auf dem äußeren Umfang der Wülste gleichbleibt. Brennzone innerhalb der Schmelze in radialer und Infolge der verminderten Dicke der Außenzone der- axialer Richtung geschaffen wird und bei der vorgeselben kann jetzt aber der Abstand der Polschuhe ver- 25 schlagenen Ausführung, die bisher mit der indukmindert und dadurch die Induktion des Magnetfeldes tiven Erregung verknüpfte Rührwirkung entfällt, so beträchtlich erhöht werden. ergibt sich eine gewisse Bewegung der Schmelze durchIt is enough that the sound intensity within the bulges effects, above all the destruction of the crucible bottom is constant and the sound-emitting surface is avoided as ao by dispersing in the melt. That the size of the known arrangement is the same for the one floating on the melt sound-generating surface of the secondary current path slag layer. If that way some sort of remains the same on the outer circumference of the beads. Burning zone within the melt in radial and As a result of the reduced thickness of the outer zone of the axial direction is created and in the previous same However, the distance between the pole shoes can now be achieved, which has been reduced with the induction up to now and thereby the induction of the magnetic field tive excitation linked stirring effect is omitted, see above can be increased considerably. results in a certain movement of the melt

Eine weitere Möglichkeit der Verbesserung des den Schallstrahlungsdruck, so daß die Gefahr einer Wirkungsgrades eines solchen Tiegels besteht erfin- nur teilweisen Beschallung der Schmelze ausgeschaldungsgemäß in der Verbesserung der elektrischen 30 fet wird.Another way of improving the sound radiation pressure, so that the risk of a In accordance with the invention, the efficiency of such a crucible is only partial sonication of the melt in the improvement of the electrical 30 fet will.

Leitfähigkeit der schallerzeugenden Strombahnen auf Diese Bedenken entfallen vollends, wenn man dieConductivity of the sound-generating current paths on These concerns are completely eliminated if the

den Wülsten des Tiegels durch Aufbringen möglichst erfindungsgemäße Anordnung für eine Durchflußbegut leitender Metallschichten, beispielsweise aus Mo- schallung der Schmelze ausbildet. Gerade wegen der lybdän oder Silber. Während an das Tiegelmaterial Fokussierung ist der vorgeschlagene Tiegel besonders besondere Anforderungen bezüglich der Schwingungs- 35 für das Durchflußverfahren geeignet, wenn die festigkeit, geringer Dämpfung und chemischer Wider- Schmelze über einen rohrartigen Ansatz der Zufühstandsf ähigkeit gegenüber der Schmelze gestellt wer- rungsrinne unmittelbar in die Zone maximaler Schallden, gilt das nicht für die Außenzonen der Wülste, da intensität geleitet wird, ohne daß der rohrartige Andort nur Bewegungsbäuche und Druckknoten auf- satz selbst dieser maximalen Schallintensität ausgetreten können. · 40 setzt zu werden braucht. Dieser Umstand ist für die Im übrigen muß wie bei den bekannten Anordnun- Haltbarkeit der Anordnung und die Vermeidung einer gen der Tiegel auf die Resonanzfrequenz des flüssigen Verunreinigung der Schmelze von großer Bedeutung. Zylinders der Schmelze abgestimmt werden. Es ge- Eine direkte feste Kopplung der Masse der Gießrinne schieht dies in der Weise, daß vor allem die Abmes- mit dem Tiegel und eine damit verbundene starke sung der Wülste in radialer Richtung gleich der hai- 45 Bedämpfung desselben kann dadurch vermieden werben Wellenlänge der Resonanzfrequenz der Schmelze den, daß die Schmelze beispielsweise mit einer am oder einem Vielfachen derselben gemacht wird. Diese Tiegelrand vorgesehenen Abflußtülle, die auch die Abstimmung ist natürlich nur angenähert möglich in Höhe der Schmelze im Tiegel reguliert, in die Gieß-Anbetracht des Betriebes bei hohen Temperaturen, rinne abgeführt wird. Eine unnötige Energieabstrahdie gewissen Schwankungen unterworfen sind. Hier 50 lung in die Zuführungsrinne oder die darin befindkann man eine Feinabstimmung in der Weise errei- liehe Schmelze kann beispielsweise durch Abwinkein chen, daß man die Höhe der Schmelze, die deren der Rinne unmittelbar über der Schmelzenoberfläche Resonanzfrequenz mitbestimmt, variiert, beispiels- in eine zur Tiegelachse senkrechte Richtung oder weise durch Eintauchen eines festen Stempels. durch Querschnittsveränderungen vermieden werden, Die vorgeschlagene Ausführung des Tiegels ergibt 55 welche die in Richtung der Rinne abgestrahlte Energie noch eine weitere Möglichkeit für die Verbesserung zum größten Teil reflektieren.the beads of the crucible by applying an arrangement according to the invention as possible for a Durchflußgemut conductive metal layers, for example from the molten metal. Precisely because of the lybdenum or silver. While focusing on the crucible material, the proposed crucible is special special requirements with regard to the vibration 35 suitable for the flow method if the strength, low attenuation and chemical resistance melt via a tubular approach of the Zufühstandsf ability to be placed in relation to the melt directly in the zone of maximum sound sources, this does not apply to the outer zones of the bulges, since intensity is directed without the tube-like location only the abdomen and the pressure knot even with this maximum sound intensity emerged can. · 40 places needs to be. This fact is for the rest of the must as with the known arrangements. Durability of the arrangement and the avoidance of a Gen the crucible to the resonance frequency of the liquid contamination of the melt of great importance. Cylinder of the melt can be matched. There is a direct fixed coupling of the mass of the launder this is done in such a way that above all the dimensions with the crucible and an associated strong Solution of the beads in the radial direction equal to the hai- 45 damping of the same can thereby be avoided Wavelength of the resonance frequency of the melt that the melt, for example, with an am or a multiple thereof is made. This crucible edge provided drainage spout, which also the Adjustment is of course only possible approximately in the amount of the melt in the crucible, in the pouring consideration of operation at high temperatures, gutter is discharged. An unnecessary radiation of energy are subject to certain fluctuations. Here 50 flow into the feed chute or that can be located therein you can fine-tune the melt in this way, for example, by waving chen that the height of the melt, that of the channel immediately above the melt surface The resonance frequency is also determined, varies, for example in a direction or perpendicular to the crucible axis wisely by dipping a solid punch. can be avoided by changes in cross-section, The proposed design of the crucible results in the energy radiated in the direction of the channel For the most part, reflecting on yet another possibility for improvement.

des Wirkungsgrades, nämlich die Vergrößerung des Ein wesentlicher Umstand, der bei den bisher be-of the degree of efficiency, namely the increase in the

mit α bezeichneten Verhältnisses. Man kann nämlich kannten Anordnungen keine hinreichende Beachtung die Breite der induzierten Strombahn dadurch größer gefunden hat, ist die Halterung des Tiegels, die ein gestalten als die Breite der schallerzeugenden Fläche 60 Schwingsystem derart dämpfen kann, daß die Ernormal zur Strahlungsrichtung, daß nicht nur, wie es zeugung maximaler Amplituden verhindert wird, den bisherigen Ausführungen entspricht, die zylin- Für optimale Verhältnisse muß die Eigenfrequenz drische, in axialer Richtung verlaufende Mantelfläche der Halterung gleich derjenigen des Schwingsystems des Tiegelwulstes, sondern auch ein Teil der radial gemacht und zur Vermeidung von Reibungsverlusten verlaufenden Stirnflächen desselben als Strombahn 65 eine Relativbewegung der Berührungsstellen von benutzt wird. Zu diesem Zweck wird die erregende Schwingkörper und Halterung unterbunden werden, Spule oder Leitungsschleife so ausgebildet, daß sie d. h., die Schwingrichtung beider muß an den Berühden Wulst seitlich teilweise umfaßt und damit auch rungsstellen übereinstimmen. Außerdem soll diewith α designated ratio. Namely, one can not pay sufficient attention to known arrangements, the width of the induced current path has been found to be larger, is the holder of the crucible, which can be designed as the width of the sound-generating surface 60 vibration system so that the normal to the direction of radiation, that not only how generation of maximum amplitudes is prevented, corresponds to the previous designs, the cylindrical For optimal conditions, the natural frequency drical, axially extending outer surface of the holder must be the same as that of the oscillating system of the crucible bead, but also a part of the radially made and to avoid friction losses End faces of the same as a current path 65 a relative movement of the points of contact is used. For this purpose, the exciting vibrating body and holder are prevented, coil or line loop is designed so that it that means the direction of oscillation of both must partially encompass the sides of the touching bead and thus also coincide approximately points. In addition, the

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Masse der Halterung möglichst gering sein, um Ver- achten, daß sie in ihrer Eigenfrequenz nicht mit derThe mass of the bracket must be as small as possible in order to ensure that its natural frequency does not match the

luste auf Grund der inneren Reibung derselben klein des Tiegels übereinstimmt. Da es sich nicht vermei-Losses due to the internal friction of the crucible coincide. Since it cannot be avoided

zu halten. Diese Forderungen werden durch eine be- den läßt, die Spule oder Leitungsschleife ebenfallsto keep. These requirements are passed by one, the coil or line loop as well

sondere Lagerung des Tiegels mittels des Wulstes er- dem Magnetfeld auszusetzen, so daß auch elektro-special storage of the crucible by means of the bead is exposed to the magnetic field, so that electrical

füllt. In der Nähe des mittleren Durchmessers des 5 dynamische Kräfte auf sie wirken, muß ein Mit-fills. In the vicinity of the mean diameter of the 5 dynamic forces acting on them, a co-

Wulstes läßt sich nämlich eine Zone (Drackbauch der schwingen derselben und damit ein Verlust akusti-Bead can namely create a zone (the belly of the swings and thus a loss of acoustic

radialen Komponente) finden, in der nur eine Schwin- scher Energie verhindert werden, indem man diesel-radial component), in which only a Schwinscher energy can be prevented by using diesel

gungskomponente in axialer Richtung auf Grund der ben durch Verstimmung akustisch hart macht.supply component in the axial direction due to the ben makes acoustically hard by detuning.

Poisonschen Querkontraktion auftritt. In diese Zone Da bei der Anordnung eiserner Polschuhe in un-Poison's transverse contraction occurs. In this zone Since the arrangement of iron pole pieces in un-

werden erfindungsgemäß die Berührungsstellen mit io mittelbarer Nähe der Erregerspule oder Leitungs-according to the invention, the points of contact with io direct proximity to the excitation coil or line

den Haltern verlegt. Zweckmäßig werden derartige schleife in den ersteren Wirbelströme und damit Ver-relocated to the holders. Appropriately, such loops in the former eddy currents and thus

Halter als Biegeschwinger ausgebildet, die den Vorteil luste an Wechselstromenergie auftreten müssen, wirdHolder designed as a flexural oscillator, which will have the advantage of loss of AC energy

einer geringen Masse und Beanspruchung des schwin- man diese Verlustströme möglichst gering halten,a low mass and stress of the schwin- one should keep these leakage currents as low as possible,

genden Teils und damit geringster Dämpfung haben. indem man in bekannter Weise die Polschuhe normallow and thus the lowest attenuation. by making the pole pieces normal in a known manner

Sie werden so angesetzt, daß ihre Berührungsstellen 15 zur Richtung der induzierten Ströme schlitzt oderThey are set up so that their contact points 15 slit towards the direction of the induced currents or

mit dem Schwingkörper angenähert ebenfalls in axi- lamelliert.also axially laminated approximately with the oscillating body.

aler Richtung schwingen. Da das System Tiegel— Bei der Beschallung einer Schmelze sind zwei Schmelze in seiner Eigenfrequenz kaum auf ge- Größen zu beachten, einmal die Temperatur, zum wünschte Werte genau einzustellen ist, noch dazu bei anderen die Schallamplitude, die sich beide auf das einem gewissen Temperaturgang, mit dem man rech- 20 Endprodukt auswirken und deshalb getrennt voneinnen muß, ist es von Vorteil, die Eigenfrequenz der ander regelbar sein sollen. Es liegt in der Natur des Halter variabel zu gestalten. Man erreicht dies in wei- elektrodynamischen Verfahrens, daß die Leitungsverterer Ausbildung der Erfindung dadurch, daß die luste und damit die Wärmeentwicklung der schall-Temperatur der Halter und damit wegen der Tempe- erregenden Ströme ganz erheblich sind und vielfach raturabhängigkeit des Ε-Moduls ihre Eigenfrequenz 25 schon zur Erzeugung der Betriebstemperatur ausmittels einer am Halter vorgesehenen Kühlvorrichtung reichen. Man wird daher vorteilhafterweise die Am- und einer Heizvorrichtung regelbar gemacht wird. plitude durch Veränderung des Magnetfeldes regeln, Für den technischen Betrieb einer derartigen Be- ohne dadurch den Erregerstrom und dessen Heizleischallungseinrichtung ist es notwendig, gerade wegen stung wesentlich zu ändern. Einen Feinabgleich der unvermeidbarer Temperaturschwankungen die Ab- 30 Temperatur kann man dann durch eine Korrektur des Stimmung des Schwingsystems auf Resonanz und da- Erregerstromes oder mit einer zusätzlich am Tiegel mit auf maximale Amplitude oder maximalen Wir- angeordneten Heizeinrichtung erreichen,
kungsgrad automatisch vorzunehmen, ein Gesichts- In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele punkt, dem bisher keine Beachtung geschenkt wurde. der Erfindung dargestellt. Es zeigt
Dazu ist es notwendig, mit HiKe eines am Tiegel an- 35 Fig. 1 eine Vorrichtung zur Dauerbeschallung und geordneten Abgriffes dessen Amplitude zu messen, Fig. 2 eine Vorrichtung zur Durchflußbeschallung um mit diesem Meßwert in einer Art Rückkopplungs- einer Schmelze, jeweils in senkrechtem Schnitt,
schaltung die Frequenz des die Erregerwicklung spei- Gemäß Fig. 1 befindet sich die Schmelze 1 im Tiesenden Generators zu steuern. Ein solcher Meßwert gel 2, der mit einem ringförmigen Wulst 3 versehen für die Schwingungsamplitude gestattet weiterhin die 40 ist, welcher sich nach außen verjüngt und damit tra-Regelung aller die Schwingungsamplitude bestimmen- pezförmigen Querschnitt annimmt. Mit diesem Wulst den Größen, wie die Höhe der Schmelze im Tiegel ruht der Tiegel 2 auf den Spitzen 4 von drei Haltern 5, oder die Temperatur und Eigenfrequenz der Tiegel- die um 120° gegeneinander versetzt auf der die gehalterung. Die günstigste Anordnung zur Amplituden- samte Anordnung tragenden Grundplatte 6 befestigt messung ist der kapazitive Abgriff, da man dabei 45 sind. Mittels der sich an der Unterseite des Wulstes keinerlei Koppelglied mit dem Tiegel in Berührung befindlichen Vertiefungen, in welche die Spitzen 4 der zu bringen braucht. An der gewünschten Meßstelle als Biegefedern ausgebildeten Halter 5 eingreifen, ist wird gegenüber der Tiegelwand eine Meßelektrode in der Tiegel 2 gegen radiale Verschiebungen gesichert, geringem Abstand angeordnet, so daß ein Luftkon- Der Wulst 3 wird von der in zwei verschiedenen Ausdensator entsteht, dessen eine Platte die Tiegelwand 50 führungsformen dargestellten Leitungsschleifen 7 und dessen andere Platte die Meßelektrode bildet, die bzw. 8 umfaßt, die bei Speisung mit dem erregenden starr im Raum gehalten wird. Nach dem Prinzip des Wechselstrom in der Mantelfläche des Wulstes 3 als Kondensatormikrophons lassen sich auf diese Weise sekundärer Strombahn den schallerregenden Strom Wechselspannungen erzeugen, die in Frequenz und induziert. Auf der rechten Seite der Fig. 1 ist die Lei-Amplitude den mechanischen Schwingungen der Tie- 55 tungsschleife 7 in einer Ausführung dargestellt, bei gelwand entsprechen. Der Abstand zwischen Meß- welcher in Übereinstimmung mit den bisher üblichen elektrode und Tiegelwand, der die Empfindlichkeit Anordnungen die Breite der Strombahn gleich der dieses kapazitiven Abgriffes wesentlich bestimmt, muß Breite der schallerzeugenden Fläche normal zur Strahmit Rücksicht auf die Wärmeausdehnungen der ge- lungsrichtung ist. Auf der linken Seite der Fig. 1 ist samten Anordnung verstellbar und während des Be- 60 die Leitungsschleife 8 so ausgebildet, daß der Leiter triebes auf einen bestimmten Wert einstellbar gemacht mit einem U-Profil die Stirnfläche des Wulstes 3 teilwerden, z. B. in der Weise, daß man die Meßelek- weise umfaßt und damit eine Strombahn von größerer trode zunächst mit der Tiegelwand in Berührung Breite erzeugt, als sie die schallabstrahlende Fläche bringt, was man am Zusammenbrechen des angezeig- normal zur Strahlungsrichtung hat. Die Höhlung im ten Meßwertes erkennen kann, und dann diesen Ab- 65 Leiter der Leitungsschleife 7,8 dient als Kühlwasserstand Null mittels einer geeichten Schraubeinrichtung kanal. Die Strombahn ist zwischen den ringförmigen auf den Sollwert bringt. Bei der Dimensionierung der Polschuhen 9 des Magnetisierungsjoches 10 angeorderregenden Spule oder Leitungsschleife ist darauf zu net, das durch die Spule 11, die auch durch einenSwing in any direction. Since the crucible system - When sonicating a melt, two melts are hardly to be considered in terms of their natural frequency. On the one hand, the temperature must be precisely set to the desired value, and on the other hand the sound amplitude, both of which relate to a certain temperature response , with which one has to affect the final product and therefore separately from one another, it is advantageous to be able to regulate the natural frequency of the other. It is in the nature of the holder to make it variable. This is achieved in a further electrodynamic process that the line distributor design of the invention in that the losses and thus the heat development of the sound temperature of the holder and thus because of the temperature-exciting currents are quite considerable and the Ε-module is often its natural frequency as a function of the temperature 25 are sufficient to generate the operating temperature by means of a cooling device provided on the holder. It will therefore be advantageous to make the Am and a heating device controllable. regulate the amplitude by changing the magnetic field, for the technical operation of such a control without thereby the excitation current and its heating material, it is necessary to change significantly precisely because of the stung. A fine adjustment of the unavoidable temperature fluctuations the temperature can then be achieved by correcting the tuning of the oscillation system for resonance and the excitation current or with an additional heating device arranged on the crucible with maximum amplitude or maximum effect,
In the drawing, two exemplary embodiments are point to which no attention has been paid so far. of the invention shown. It shows
To do this, it is necessary to measure a device for continuous sonication and orderly tapping of its amplitude with HiKe on the crucible Cut,
circuit to control the frequency of the exciter winding. According to FIG. 1, the melt 1 is located in the Tiesenden generator. Such a measured value gel 2, which is provided with an annular bead 3 for the oscillation amplitude, continues to be 40, which tapers outwards and thus adopts a pez-shaped cross-section that determines the oscillation amplitude. With this bead of the sizes, such as the height of the melt in the crucible, the crucible 2 rests on the tips 4 of three holders 5, or the temperature and natural frequency of the crucible - which are offset by 120 ° from one another on the holder. The most favorable arrangement for the entire amplitude arrangement carrying the base plate 6 attached measurement is the capacitive tap, since there are 45. By means of the indentations which are not in contact with the crucible on the underside of the bead and into which the tips 4 need to be brought. Intervene at the desired measuring point designed as spiral springs holder 5, a measuring electrode in the crucible 2 is secured against radial displacements opposite the crucible wall, arranged a small distance so that an air con Plate, the crucible wall 50 guide shapes shown line loops 7 and the other plate forms the measuring electrode, which comprises or 8, which is held rigidly in the room when fed with the exciting. According to the principle of alternating current in the lateral surface of the bead 3 as a condenser microphone, the sound-exciting current can be generated in this way, which induces alternating voltages in the secondary current path. On the right-hand side of FIG. 1, the lei amplitude is shown in an embodiment that corresponds to the mechanical vibrations of the tieback 7 in gelwand. The distance between the measuring, which in accordance with the previously usual electrode and crucible wall, which determines the sensitivity arrangements, the width of the current path equal to that of this capacitive tap, must be the width of the sound-generating surface normal to the beam, taking into account the thermal expansion in the direction of flow. On the left side of FIG. 1, the entire arrangement is adjustable and during loading 60 the line loop 8 is designed so that the conductor drive can be made adjustable to a certain value with a U-profile, the end face of the bead 3 will part, e.g. B. in such a way that one encompasses the measuring electrode and thus creates a current path of greater width at first in contact with the crucible wall than it brings the sound-emitting surface, which is the result of the collapse of the displayed normal to the radiation direction. Can recognize the cavity in the th measured value, and then this drain 65 conductor of the line loop 7, 8 is used as a cooling water level zero by means of a calibrated screw channel. The current path is between the ring-shaped ones to bring the setpoint. When dimensioning the pole pieces 9 of the magnetization yoke 10 angeorderreenden coil or line loop is to be net that by the coil 11, which is also through a

Permanentmagneten ersetzt werden könnte, gespeist wird. Für eine Regelung der Temperatur sind am Halter 5 die Kühlleitungen 12 und die HeizwicklungPermanent magnets could be replaced, is fed. To regulate the temperature are on Holder 5 the cooling lines 12 and the heating coil

13 vorgesehen. Der Tiegel wird unterhalb des Wulstes 3, wo die Tiegelwand noch kräftig radial mitschwingt, von der isoliert befestigten Meßelektrode13 provided. The crucible is below the bead 3, where the crucible wall still vibrates strongly radially, from the insulated, attached measuring electrode

14 umgeben, die der kapazitiven Messung der radialen Schwingungsamplitude des Tiegels 2 dient. Die Meßelektrode 14 wird durch das mit Masse verbundene Reflektorblech 15 elektrisch abgeschirmt, das außerdem ebenso wie das Reflektorblech 16 zur Reflexion der Wärmestrahlung dient, um unnötige Wärmeverluste des Tiegels 2 zu vermeiden.14, which is used for the capacitive measurement of the radial oscillation amplitude of the crucible 2. the Measuring electrode 14 is electrically shielded by the reflector plate 15 connected to ground in addition, just as the reflector plate 16 is used to reflect the thermal radiation to avoid unnecessary To avoid heat losses of the crucible 2.

Fig. 2 zeigt die Tiegelanordnung für die Durchflußbeschallung einer Schmelze. Aus der Zuführungsrinne 17 fließt die Schmelze 1 durch den rohrförmigen Ansatz 18 in die Brennzone des Tiegels 2 und fließt aus diesem über dessen seitliche Tülle 19 in die Gießrinne 20. Der Wulst 3 des Tiegels 2 wird von der aus zwei Windungen bestehenden Spule 21 umfaßt, deren mit Kühlkanälen versehene Leiter so ausgebildet sind, daß sie wie die Leitungsschleife 8 in Fig. 1 eine breite, sich teilweise über die Stirnflächen des Wulstes 3 erstreckende Strombahn erzeugen. Das Magnetisierungsjoch 22 ist mit den unsymmetrischen Polschuhen as 23, 24 versehen. Für eine zusätzliche Beheizung des Tiegels 2 sind die zusätzlichen Heizwicklungen 25 und 26 vorgesehen. Da die Heizwicklung 26 die Anbringung eines kapazitiven Abgriffs entsprechend Fig. 1 unmöglich macht, ist dieser am Tiegelboden angebracht. Diese Meßanordnung ist deshalb anwendbar, weil mit der radialen Schwingung der zylindrischen Tiegelwand eine axiale Schwingung gleicher Frequenz des Tiegelbodens gekoppelt ist. Für die kapazitive Messung dieser axialen Schwingung ist am Tiegelboden die ebene Elektrodenfläche 27 angebracht, der die Meßelektrode 28 gegenübersteht. Diese ist über das Isolierrohr 29 an der Stellschraube 30 befestigt, die in der die Anordnung tragenden Grundplatte 31 drehbar eingeschraubt ist, so daß sich der Elektrodenabstand durch Drehen der Stellschraube 30 verändern läßt. Über die Leitung 32 wird die vom Abgriff erzeugte Wechselspannung einer Meßeinrichtung zugeführt. Die Elektrodenfläche 27 des Tiegelbodens ist über die Spitzen der Halter 5 mit der geerdeten Masse verbunden.Fig. 2 shows the crucible arrangement for the flow-through sonication of a melt. From the feed chute 17, the melt 1 flows through the tubular extension 18 into the combustion zone of the crucible 2 and flows from this via its lateral spout 19 into the pouring channel 20. The bead 3 of the crucible 2 is from the comprises two turns existing coil 21, the conductors of which are provided with cooling channels are designed so that they, like the line loop 8 in Fig. 1, have a wide, generate a current path that extends partially over the end faces of the bead 3. The magnetizing yoke 22 is provided with the asymmetrical pole pieces as 23, 24. For additional heating of the Crucible 2, the additional heating windings 25 and 26 are provided. Since the heating coil 26 the attachment a capacitive tap according to FIG. 1 makes impossible, this is attached to the crucible bottom. This measuring arrangement can be used because with the radial oscillation of the cylindrical Crucible wall an axial oscillation of the same frequency of the crucible bottom is coupled. For the capacitive Measurement of this axial oscillation, the flat electrode surface 27 is attached to the crucible bottom, the the measuring electrode 28 faces. This is attached to the adjusting screw 30 via the insulating tube 29, which is rotatably screwed into the base plate 31 carrying the arrangement, so that the electrode spacing can be changed by turning the adjusting screw 30. The line 32 is taken from the tap AC voltage generated supplied to a measuring device. The electrode surface 27 of the crucible bottom is connected via the tips of the holder 5 to the grounded mass.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Arrangement for sonication of molten metal in a crucible which is caused to vibrate by means of electrodynamic forces generated by external magnetic fields, characterized in that the wall of the crucible (2) with outwardly outstanding thickenings, preferably in the form of annular beads (3), on which the sound-generating current paths are generated inductively.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the thickness of the beads (3) according to decreases on the outside.

3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the current paths serving outer surfaces of the beads (3) with layers of electrically highly conductive metals, e.g. B. Silver or molybdenum.

4. Arrangement according to claims 1 to 3, characterized in that the exciting line loop (8) or coil (21) partially surrounds the end face of the edge (3) of the crucible (2).

5. Arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that the crucible (2) one Has inflow and pouring channel (17, 20) and the inflow channel (17) with a tubular extension (18) immersed in the melt (1).

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the inflow channel (17) and the The pouring channel (20) is arranged as directly as possible on the crucible (2) and perpendicular to the crucible axis the crucible are not firmly coupled and the sound radiation through the channels (17, 20) reflective changes in cross-section thereof is prevented.

7. Arrangement according to claims 1 to 6, characterized in that the crucible (2) in preferably designed as a flexural oscillator mounts (5) is mounted, which on the natural frequency of the crucible are matched.

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the brackets (5) by regulation their temperature can be regulated in their natural frequency.

9. Arrangement according to claims 1 to 8, characterized in that the crucible (2) has a Device (14) for measuring the oscillation amplitude of the same, preferably in the form of a capacitive tap is provided.

10. The arrangement according to claim 9, characterized in that the distance between the Electrode surface (27) of the crucible (2) and the measuring electrode (28) arranged opposite it as well is adjustable and measurable during operation.

11. Arrangement according to claims 1 to 10, characterized in that the pole shoes (9, 23, 24) of the magnetizing yoke (10, 22) transversely are laminated or slotted towards the direction of the current path.

12. Method for sonicating molten metal using an arrangement according to claims 1 to 11, characterized in that the coordination of the melt on the resonance frequency of the crucible is made by regulating the height of the melt.

13. Method of sonicating molten metal using an arrangement according to claims 1 to 12, characterized in that the control of the mechanical amplitude by regulating the strength of the magnetic field.

Considered publications:
Swiss patent specification No. 227 633.

1 sheet of drawings