DE1126621B

DE1126621B - Melting plant for the inductive melting of metal

Info

Publication number: DE1126621B
Application number: DEH41487A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Helmut Gruber
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1961-01-19
Filing date: 1961-01-19
Publication date: 1962-03-29

Description

Schmelzanlage zum induktiven Schmelzen von Metall Die Erfindung bezieht sich auf eine Schmelzanlage zum induktiven Schmelzen von Metall unter reduziertem Druck.Melting plant for the inductive melting of metal The invention relates on a melting plant for the inductive melting of metal under reduced Pressure.

Es ist eine Schmelzanlage bekannt, bei der ein Metallbarren induktiv unter Vakuum in einen gekühlten Tiegel abgeschmolzen wird. Die Induktionsspule umgibt dabei dasjenige Ende des Metallbarrens. das abgeschmolzen werden soll. Unterhalb der Induktionsspule ist in gewissem Abstand ein gekühlter Tiegel angeordnet, in dem das geschmolzene Metall, das von dem Barrenende abtropft, gesammelt wird. Die Schmelze kühlt im Tiegel sehr schnell ab und erstarrt darin zu einem Schmelzblock. Dieser Schmelzblock ist aus einzelnen Metalltropfen aufgebaut. Er ist nicht lunkerfrei und weist große Inhomogenitäten auf.A smelting plant is known in which a metal bar is inductive is melted under vacuum in a cooled crucible. Surrounds the induction coil thereby the end of the metal bar. that is to be melted off. Below A cooled crucible is placed in a certain distance from the induction coil which collects the molten metal that drips off the end of the ingot. the Melt cools down very quickly in the crucible and solidifies in it to form a melt block. This melt block is made up of individual metal droplets. It is not free of voids and has great inhomogeneities.

Bekannt ist ferner eine Schmelzanlage, bei der ein Metallbarren induktiv unter Vakuum in einen Tiegel abgeschmolzen wird. Der Tiegel besteht bei dieser Anlage aus elektrisch leitendem Material und wird induktiv erhitzt, um den Abkühlungseffekt des 'Tiegels auf das abgeschmolzene Metall zu reduzieren. Hierunter wird nur ein Vorheizen des Schmelztiegels verstanden. Da der Tiegel aus elektrisch leitendem Material besteht, schirmt er die im Tiegel sich befindende Schmelze gegenüber dem den Tiegel erhitzenden Hochfrequenzfeld ab. Außerdem ist bei dieser Schmelzanlage erforderlich, daß der Tiegel aus einem Werkstoff bestehen muß, dessen Schmelztemperatur wesentlich höher als die des geschmolzenen Metalls ist, da sonst sehr leicht Tiegelschäden, wie beispielsweise Durchbrüche, entstehen. Hierdurch ist die bekannte Schmelzanlage erheblich in ihrem Anwendungsbereich beschränkt.Also known is a melting plant in which a metal bar is inductive is melted under vacuum in a crucible. The crucible is in this system Made of electrically conductive material and is inductively heated to achieve the cooling effect of the 'crucible to reduce the melted metal. Below is only one Understand the preheating of the crucible. Because the crucible is made of electrically conductive Material, it shields the melt in the crucible from the the high-frequency field heating the crucible. In addition, this melting plant is required that the crucible must consist of a material whose melting temperature is significantly higher than that of the molten metal, otherwise the crucible is easily damaged, such as breakthroughs arise. This is the well-known melting plant considerably limited in their scope.

Der Nachteil dieser beiden bekannten Schmelzanlagen besteht ferner darin, daß sie es nicht gestatten, das in dem Tiegel gesammelte abgeschmolzene Metall längere Zeit auf mindestens Schmelztemperatur zu halten, beispielsweise so lange, bis das geschmolzene Metall zum gewünschten Grad entgast, der Schmelzblock lunkerfrei und frei von Inhomogenitäten ist.The disadvantage of these two known melting plants also exists in that they do not allow the molten metal collected in the crucible to keep at least the melting temperature for a longer period of time, for example as long as until the molten metal is degassed to the desired degree, the melt block is void-free and is free from inhomogeneities.

Zur Vermeidung all dieser Nachteile wird eine Schmelzanlage zum induktiven Abschmelzen von Metallbarren unter reduziertem Druck in einen gekühlten Tiegel vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der gekühlte Tiegel aus Segmenten zusammengesetzt ist, die mittels elektrisch isolierenden Werkstoffes miteinander verbunden sind, und um den Tiegel in an sich bekannter Weise eine Induktionsspule zur Erhitzung der Schmelze, vorzugsweise im Bereich des Schmelzseespiegels, angeordnet ist. Die Benutzung eines Segmenttiegels bietet die Gewähr dafür, daß keine elektrischen Ströme im Tiegel induziert werden und somit der Tiegel selbst nicht aufgeheizt wird. Der Segmenttiegel schirmt auch nicht die Schmelze gegenüber dem elektromagnetischen Wechselfeld ab, wie das bei bekannten Schmelzanlagen der Fall ist. Zur Kühlung der Tiegelsegmente können beispielsweise Kühlkanäle innerhalb der Tiegelwand vorgesehen werden. Selbstverständlich können auch doppelwandige Tiegelsegmente benutzt werden. In diesem Fall dient der Zwischenraum zwischen äußerer und innerer Tiegelwand zur Durchleitung des Kühlmittels. In bevorzugter Ausführung kann ein Tiegel mit dünnen Wänden verwendet werden. Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Schmelzanlage besteht also darin, daß die im Segmenttiegel gesammelte Schmelze beliebig lange auf mindestens Schmelztemperatur gehalten werden kann, ohne daß eine Aufheizung des Tiegels selbst stattfindet. Es lassen sich so Schmelzblöcke herstellen, die nicht nur lunkerfrei und frei von Inhomogenitäten sind, sondern die auch weitestgehend entgast sind. Außerdem kann die erfindungsgemäße Schmelzanlage für beliebige Metalle verwendet werden, sie ist also nicht in ihrem Anwendungsbereich beschränkt. , Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung beispielsweiser Schmelzanlagen.In order to avoid all these disadvantages, a melting system becomes inductive Suggested melting of metal ingots under reduced pressure in a cooled crucible, which is characterized in that the cooled crucible is composed of segments which are connected to one another by means of electrically insulating material, and around the crucible in a manner known per se an induction coil for heating the melt, preferably in the area of the melting lake level, is arranged. the Use of a segment crucible ensures that no electrical currents are induced in the crucible and thus the crucible itself is not heated. Of the Segment crucibles also do not shield the melt from the electromagnetic Alternating field, as is the case with known melting plants. To cool the Crucible segments can, for example, provide cooling channels within the crucible wall will. Of course, double-walled crucible segments can also be used. In this case, the space between the outer and inner crucible wall is used for Passage of the coolant. In a preferred embodiment, a crucible with thin Walls are used. The main advantage of the melting plant according to the invention consists in the fact that the melt collected in the segment crucible is as long as desired can be kept at at least the melting temperature without heating of the crucible itself takes place. Melting blocks can be produced in this way that Not only are they free of voids and inhomogeneities, but also as far as possible are degassed. In addition, the melting plant according to the invention can be used for any metals can be used, so it is not limited in its scope. , Further Features of the invention emerge from the following description by way of example Melting plants.

Fig. 1 zeigt eine Schmelzanlage mit festem TieLyelboden; Fig. ? zeigt eine Schmelzanlage mit absenkbarem Tiegelboden.Fig. 1 shows a melting plant with a solid TieLyelboden; Fig.? shows a melting plant with a lowerable crucible bottom.

In Fig. 1 wird der Metallbarren 1 vakuumdicht, beispielsweise über eine oder mehrere Druckstufen 2, in die Schmelzkammer 3 eingeführt. Die Schmelzkammer 3 ist über den Stutzen 4 an ein Vakuumpumpenaggregat angeschlossen und wird während des Schmelzprozesses evakuiert. Auf einer Tragvorrichtung 5 ist der aus Segmenten zusammengesetzte Tiegel 6 angeordnet, der mit den Kühlmittelzu- bzw. -abfuhrleitungen 7, 8 verbunden ist. Das untere Ende des Metallbarrens 1 ist von einer gekühlten Induktionsheizspule 9 umgeben. Die Leitungen 10, 11 sind mit einer Stromquelle 12 verbunden und dienen gleichzeitig als Kühlmittelzu- bzw. -abfuhrleitungen. Der Tiegel 6 ist von einer gekühlten Induktionsheizspule 13 umgeben, die über die Leitungen 14, 15 an einer Stromquelle 16 angeschlossen ist. Vorzugsweise ist die Spule 13 in geringem Abstand vom Tiegel angeordnet, so daß sich zwischen Induktionsspule und Tiegel ein Vakuumspalt befindet. Die Leitungen 14, 15 dienen ebenfalls zur Kühlmittelzu- bzw. -abfuhr. Das mittels der Induktionsspule 9 auf Schmelztemperatur erhitzte Metall tropft in den gekühlten Tiegel 6 und wird dort nochmals mittels der Induktionsspule 13 auf Schmelztemperatur erhitzt. Entsprechend der abgeschmolzenen Metallmenge wird der Metallbarren 1 in die Induktionsspule 9 nachgeschoben. Die dargestellte Anordnung erlaubt es beispielsweise, den gesamten Schmelzblock 17 beliebig lange auf Schmelztemperatur im Tiegel 6 zu halten. Es ist andererseits auch möglich, an Stelle der Spule 13 eine an sich bekannte Spulenanordnung zu benutzen, bei der nacheinander je nach Höhe des Schmelzspiegels im Tiegel 6 nur einzelne Abschnitte der Spule mit Strom versorgt werden, so daß der Schmelzblock 17 nur im Bereich des Schmelzspiegels erhitzt wird. Es können auch unterteilte Spulen mit gleichem oder entgegengesetztem Wicklungssinn ihrer Teile zur Erhitzung des Schmelzblockes benutzt werden.In Fig. 1, the metal ingot 1 is vacuum-tight, for example over one or more pressure levels 2, in the melting chamber 3 introduced. The melting chamber 3 is connected to a vacuum pump unit via the nozzle 4 and is evacuated during the melting process. On a support device 5 is the crucible 6, which is composed of segments and which is connected to the coolant supply or discharge lines 7, 8 is connected. The lower end of the metal bar 1 is surrounded by a cooled induction heating coil 9. The lines 10, 11 are with connected to a power source 12 and serve at the same time as coolant supply and discharge lines. The crucible 6 is surrounded by a cooled induction heating coil 13, which via the Lines 14, 15 are connected to a power source 16. Preferably the Coil 13 arranged at a short distance from the crucible, so that there is between induction coil and crucible is a vacuum gap. The lines 14, 15 also serve to supply coolant or discharge. The metal heated to the melting temperature by means of the induction coil 9 drips into the cooled crucible 6 and is there again by means of the induction coil 13 heated to melting temperature. According to the amount of melted metal the metal bar 1 is pushed into the induction coil 9. The arrangement shown For example, it allows the entire melt block 17 to remain at the melting temperature for any length of time to keep in crucible 6. On the other hand, it is also possible to replace the coil 13 to use a coil arrangement known per se, in which one after the other depending on Height of the melting level in the crucible 6 only individual sections of the coil with current are supplied so that the melting block 17 is heated only in the area of the melting surface will. Subdivided coils with the same or opposite winding sense can also be used their parts are used to heat the fusible block.

Auch kann die Schmelzanlage entsprechend Fig.1 dahingehend ausgebildet sein, daß das abzuschmelzende Metall nicht in Form vorgefertigter Barren zugeführt wird, sondern in aus Metallpulver, Schwamm-oder Schrottstücken gepreßten Stücken, die beispielsweise mittels einer weiteren koaxial oberhalb der Induktionsspule 9 angeordneten Induktionsspule zu einem Barren gesintert werden.The melting system can also be designed in accordance with FIG be that the metal to be melted is not supplied in the form of prefabricated ingots but in pieces pressed from metal powder, sponge or scrap pieces, which, for example, by means of another coaxially above the induction coil 9 arranged induction coil can be sintered to form an ingot.

Fig.2 zeigt eine Schmelzanlage mit absenkbarem Tiegelboden, die es ermöglicht, den Schmelzblock laufend abzuziehen. Der Metallbarren 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel an einer Haltestange 18 befestigt, die ihrerseits vakuumdicht, beispielsweise über eine oder mehrere Druckstufen 2, in die Schmelzkammer 3 eingeführt ist. Die gemäß Fig.1 zur Erhitzung des Metallbarrens 1 dienende Induktionsspule 9 ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Schmelzanlage in zwei Teile 9 a, 9 b aufgeteilt. Der Teil 9a dient zur Erhitzung des abzuschmelzenden Metallbarrens 1, der Teil 9 b zur Erhitzung des Schmelzblockes 17 im Bereich des Schmelzspiegels. Die beiden Induktionsspulenteile 9 a, 9 b können gleichen oder entgegengesetzten Wicklungssinn besitzen. Selbstverständlich können an ihrer Stelle auch zwei getrennte Induktionsspulengleichen oder entgegengesetzten Wicklungssinns benutzt werden. Der Tiege16 gemäß Fig.1 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 aus zwei Hauptteilen zusammengesetzt, einem aus Segmenten bestehenden rohrmuffelartigen gekühlten Oberteil 6a und einem absenkbaren gekühlten Tiegelboden 6b. Entsprechend der abgeschmolzenen Metallmenge wird der Tiegelboden 6 b, beispielsweise wie von Vakuum-Lichtbogenöfen her bekannt, hydraulisch abgesenkt. Der bereits erkaltete Teil des Schmelzblockes 17 wird vakuumdicht über beispielsweise eine übliche Dichtung 19 so abgezogen, daß der Schmelztiegel während des Schmelzprozesses möglichst sich stets in gleicher Höhe befindet. Der Tiegelboden 6 b ist auf einem Stempel 20 gelagert, der gleichzeitig zur Aufnahme der Kühlmittelzu- bzw. -abfuhrleitungen für die Kühlung des Tiegelbodens dient.2 shows a melting plant with a lowerable crucible bottom, which makes it possible to continuously withdraw the melting block. In this exemplary embodiment, the metal bar 1 is fastened to a holding rod 18, which in turn is introduced into the melting chamber 3 in a vacuum-tight manner, for example via one or more pressure stages 2. The induction coil 9, which is used to heat the metal bar 1 according to FIG. 1, is divided into two parts 9 a, 9 b in the exemplary embodiment of a melting plant shown in FIG. 2. The part 9a is used to heat the metal bar 1 to be melted, and the part 9b is used to heat the melting block 17 in the area of the melting surface. The two induction coil parts 9 a, 9 b can have the same or opposite winding directions. Of course, two separate induction coils with the same or opposite winding directions can also be used in their place. The crucible 16 according to FIG. 1 is composed of two main parts in the exemplary embodiment according to FIG . According to the amount of melted metal, the crucible bottom 6 b is lowered hydraulically, for example as is known from vacuum arc furnaces. The already cooled part of the melting block 17 is drawn off in a vacuum-tight manner via, for example, a conventional seal 19 so that the melting crucible is always at the same height as possible during the melting process. The crucible bottom 6 b is mounted on a stamp 20 which simultaneously serves to hold the coolant supply and discharge lines for cooling the crucible bottom.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schmelzanlagen sind lediglich Ausführungsbeispiele, auf die der Erfindungsgedanke selbstverständlich nicht beschränkt werden soll. So erlaubt beispielsweise eine Schmelzanlage mit absenkbarem Tiegelboden gemäß Fig. 2 und Zuführung des abzuschmelzenden Metallbarrens gemäß Fig. 1 einen kontinuierlichen Schmelzbetrieb. Auch ist es möglich, zur Erhitzung des abzuschmelzenden Barrens und des Schmelzblocks im Bereich des Schmelzseespiegels nur eine einzige Induktionsspule zu verwenden, in deren Wirkungsbereich dann das abzuschmelzende Ende des Barrens und der Schmelzseespiegel liegen.The melting plants shown in FIGS. 1 and 2 are only Exemplary embodiments to which the concept of the invention is of course not restricted shall be. For example, a melting plant with a lowerable crucible bottom allows according to FIG. 2 and supply of the metal bar to be melted according to FIG. 1 continuous melting operation. It is also possible to heat the to be melted off The ingot and the melting block in the area of the melting lake level are only one To use induction coil, in whose area of action then the one to be melted End of the bar and the melting lake level.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Melting plant for inductive melting of metal bars under reduced pressure in a cooled crucible, characterized in that the cooled crucible is composed of segments that are electrically insulating by means of Material are interconnected, and around the crucible in a known manner an induction coil for heating the melt, preferably in the area of the melting lake level, is arranged.

2. Melting plant according to claim 1, characterized in that the Crucible has a cooled lowerable bottom.

3. Melting plant according to the claims 1. and / or 2, characterized in that for heating the. Metal bars and of the melting block a single induction coil, for example consisting of two parts, or two separate induction coils are provided.

4. Melting plant according to claim 3, characterized in that the two coil parts or the two separate induction coils have the same or opposite winding sense.

5. Melting plant after the Claims 1 to 4, characterized in that a further induction coil within of the melting chamber coaxially above the induction coil heating the metal ingot is arranged. References considered: U.S. Patent No. 2,866 700.