DE1214360B - Verfahren zur Entnahme von fluessigem Metall aus einem elektrisch beheizten Mehrkammer-Herdschmelzofen und hierfuer geeigneter Ofen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F 27.

Deutsche Kl.: 31 a-2/40

IL

Nummer: 1214 360 ^Jl₀

Aktenzeichen:' U 9414 VI a/31 a

Anmeldetag: 23. November 1962

Auslegetag: 14. April 1966

Die Erfindung betrifft Herdschmelzöfen hoher Schmelzleistung zum Schmelzen von Metallen, insbesondere Leichtmetallen, speziell Aluminium, bei denen ein Salzbad als Widerstandsheizung dient. Die Temperatur des Salzbades muß dabei höher liegen als die angestrebte Gießtemperatur, mit welcher das Metall ausgetragen wird. Bei diesen Öfen wird dem Salzbad über Elektroden die elektrische Energie zugeführt. Das Salzbad kann entweder auf dem Metall schwimmen und es vor Luftzutritt schützen, oder es ist auch möglich, daß das Metall auf einem Schlakkenbad schwimmt. Es gibt verschiedene Elektroofen mit einem oder mehreren Vorherden, wobei die Elektroofen mit Widerstandsheizung und die Vorherde manchmal durch Induktionsheizung beheizt werden. Die Vor- und Sammelherde können in einer Ofeneinheit zusammengefaßt oder getrennt und beweglich angeordnet sein.

Soweit derartige Schmelzöfen nicht so kleine Einheiten sind, daß sie wie eine Pfanne entleert werden können oder als Kippofen ausgeführt sind, muß eine Vorrichtung für die Entnahme der Metallschmelze vorgesehen sein, wenn man nicht, wie z. B. bei Siemens-Martin-Öfen, über ein Abstichloch entnehmen will.

Aus der deutschen Patentschrift 726445 ist ein elektrisch beheizter Herdschmelzofen zum Schmelzen von Leichtmetallen u. dgl. bekanntgeworden, bei dem die Metallschmelze von einer Salzschicht bedeckt ist, welche in Verbindung steht mit Salzschmelze in Kammern, welche neben dem eigentlichen Schmelzherd angeordnet sind. In diese Kammern tauchen die Elektroden ein und die leitende Verbindung der Salzschmelzen in den Kammern geht über die Salzschicht auf die Metallschmelze. Die Ofenentleerung geschieht durch Kippen, Ausschöpfen oder Abstechen.

Es wurde auch bereits die Verwendung eines Verdrängers bekannt, welcher in das geschmolzene Metall im Herdgefäß eingetaucht wird, wodurch die Standhöhe der Schmelze in dem Ofengefäß erhöht und das flüssige Metall über die hier vorgesehene Gießrinne in eine Pfanne ausgetragen werden kann.

Ein derartiger Ofen ist in der deutschen Patentschrift 511052 beschrieben. Der Verdränger steht während des Einschmelzens, also zwischen den Ofenentleerungen, mit der Schmelze nicht in Berührung und befindet sich daher auf Raumtemperatur. Beim Einsenken des Verdrängers in die Schmelze entzieht der kalte Verdränger der Metallschmelze viel Wärme. Um diesen Verlust auszugleichen, muß die Schmelze überhitzt werden, was aus Verfahren zur Entnahme von flüssigem Metall
aus einem elektrisch beheizten Mehrkammer-Herdschmelzofen und hierfür geeigneter Ofen

Anmelder:

Upton Electric Furnace Company, Inc.,

Roseville, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und
Dipl.-Chem. Dr. xer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Richard Carr Upton,

Mt. Clemens, Mich. (V. St. A.)

metallurgischen und wirtschaftlichen Gründen zu vermeiden ist.

Um die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, nicht den Verdränger in das geschmolzene Metall einzusenken, sondern diesen in das Salzbad zu tauchen und damit das flüssige Metall in einer besonderen Entnahmekammer anzuheben und zum überlaufen zu bringen.

Die erfindungsgemäß mit der Salzschicht überdeckte Metallschmelze wird also, ohne mit einem kalten Verdränger in Berührung zu kommen, in die Entnahmekammer und von dort in die Gießrinne gefördert. Da der Verdränger nur in das Salzbad taucht, dessen Temperatur über der Temperatur der Metallschmelze liegt, wird der Metallschmelze keine Wärme bei der Ofenentleerung entzogen. Es ist daher möglich, die Gießtemperatur in dem erfindungsgemäßen Ofen genau einzustellen und Schmelze mit dieser Temperatur zu entnehmen. Ein unerwünschtes Überhitzen der Schmelze und eine Gefahr der Unterkühlung sind erfindungsgemäß vermieden.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Entnahme von flüssigem Metall aus einem elektrisch beheizten Mehrkammer-Herdschmelzofen, bei dem eine oder mehrere Salzschichten über und/oder unter dem flüssigen Metall vorhanden sind, welche mit Elektroden verbunden und als Widerstand geschaltet sind und ist dadurch gekennzeichnet, daß wie bei

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Herdschmelzöfen ohne Salzschicht über der Metall- Wärme entzieht. Auf diese Weise wird xlie für das

schmelze zum Heben des Niveaus bekannt, ein Ver- Einschmelzen erforderliche Wärme vollständig durch

dränger benutzt wird, der jedoch hier nur in das das Salzbad übertragen.

Salzbad über der Metallschmelze in der Schmelz- Hat sich genügend Metallschmelze 5 im Sumpf der kammer eingetaucht wird, um das Niveau in der 5 Kammer 1 gesammelt, so wird ein Verdränger 7 von Schmelzkammer der Sammelkammer und der Ent- oben in das Salzbad 2 eingesenkt, wodurch aus dem nahmekammer zu heben, so daß aus der Entnahme- Sumpf der Kammer 1 das geschmolzene Metall durch kammer in dieser nicht durch ein Salzbad abgedeck- den Kanal 10 in die Kammer 11 gedrückt und von tes Metall über eine Gießrinne od. dgl. ausläuft. "Die dort in die Gießrinne 12 gelangt, solange die Stand-Aufgabe des Schmelzgutes erfolgt auf das Salzbad, io höhe der Metallschmelze über der Entnahmestelle Zur genauen Einstellung der Gießtemperatur der liegt. Durch entsprechende Dimensionierung der Metallschmelze befindet sich zweckmäßigerweise Kammern 1 und 11 sowie des Verdrängers 7 und der zwischen Schmelzkammer und Entnahmekammer Tiefe des Einsenkens läßt sich unter Berücksichtigung eine Sammelkammer und in dieser ein heizbares des Verhältnisses der spezifischen Gewichte des Salzbad mit höherem spezifischen Gewicht als das 15 Salzes und des Metalls jede gewünschte Menge an flüssige Metall. Metallschmelze entnehmen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- Nach den Ausführungsformen der F i g. 3 und 4 fahrens dient ein elektrisch beheizter Mehrkammer- weist der Ofen drei Kammern auf, und zwar außer Herdschmelzofen der vorstehend beschriebenen Art, den Kammern 1 und 11 der Fig. 1 und 2 noch die der gekennzeichnet ist durch eine Schmelzkammer, 20 Sammelkammer 9, die durch Kanal 8 mit der Kamverbunden über einen Kanal mit einer mit einer merl verbunden ist. Die Kammer 9 ist auf der an-Gießrinne versehenen Entnahmekammer, wobei im deren Seite durch den Kanal 10 mit der Entnahme-Bereich des Salzbades zwei Elektroden und zur Be- kammer 11 verbunden, so daß das geschmolzene heizung des Salzbades angeordnet sind, und einen Metall von Kammer 1 über Kanal 8, Kammer 10 und oberhalb der Schmelzkammer in der Höhe verstell- 25 Entnahmekammer 11 in die Gießrinne gelangt,
baren und in der Kammer einsenkbaren Verdränger. Im Sumpf der Sammlekammer 9 befindet sich ein Zwischen Schmelzkammer und Entnahmekammer zweites Salzbad 13, wobei dieses Salz ein höheres kann auch eine Sammelkammer angeordnet sein, spezifisches Gewicht als das geschmolzene Metall welche über einen Kanal mit der SchmeLzkammer besitzt. Dieses Salzbad dient dazu, um der darüber- und über einen Kanal mit der Entnahmekammer 30 stehenden Metallschmelze die jeweils gewünschte verbunden ist. Im Sumpf der Sammelkammer kön- Gießtemperatur zu verleihen., Die Beheizung des nen sich auch Elektroden, befinden, um ein Salzbad, Salzbades 13 geschieht über die Elektrodenpaare welches spezifisch schwerer ist als die Metall- 14, 15 und 16, 17.

schmelze, zu beheizen. Zweckmäßigerweise zweigt Der Kanal 8 zwischen Kammer 1 und Kammer 9

der zur Entnahmekammer führende Kanal aus der 35 steigt zu letzterer an. Dadurch wird erreicht, daß die

Sammelkammer oberhalb des Sumpfes mit dem spe- leichte Salzschmelze 2 nicht in die Kammer 9 und

zifisch schwereren Salzbad ab. Um ein Durchfallen damit in Berührung mit der schweren Salzschmelze

von nicht geschmolzenem Aufgabegut in der 13 gelangt, wenn der Verdränger? eingesenkt und

Schmelzkammer bis in die Schmelze zu vermeiden, so viel Metallschmelze aus der Kammer 1 verdrängt

weist die Schmelzkammer eine Stufe auf, auf welcher 40 wird, daß die Standhöhe der Metallschmelze in

die eingebrachten Metallstücke bis zum Schmelzen Kammer 1 unter die Öffnung des Kanals 8 sinkt. Es

ruhen können. muß ein Vermischen der beiden Salzbäder verhindert

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand werden, weil dadurch ein Gewichtsausgleich erfolgen

eines zu seiner Durchführung geeigneten Herd- würde und damit ein Unwirksamwerden des gesam-

schmelzofens wie folgt näher erläutert: 45 ten Systems verbünden wäre. Steigt nämlich durch

F i g. 1 zeigt das Prinzip dieses Herdschmelzofens Vermischen von leichtem Salz 2 mit schwerem Salz

als Draufsicht; 13 dieses in der Kammer 9 auf, so würde die untere

Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt längs der Grenzfläche der Metallschmelze bis zwischen die

Linie4-4 der Fig. 1; Elektroden 14, 15, 16, 17 sinken, und es käme zu

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des 50 einem Kurzschluß des Ofens.

Ofens im Grundriß; Der Kanal 10 befindet sich in der Kammer 9 im

Fig.4 ist ein senkrechter Schnitt längs der unteren Bereich der Metallschmelze5. Auf diese

Linie 2-2 in F i g. 3, und Weise gelangt in die Entnahmekammer 11 nicht

Fig. 5 ist ein senkrechter Schnitt eines etwas ab- direkt das durch den Verdränger aus Kammer 1 in

gewandelten Ofens der Fi g. 3 und 4. 55 Kammer 9 eingedrückte Metall sondern ein solches,

In dem Herdschmelzofen gemäß Fig. 1 und 2 welches mit Hufe des Salzbades 13 auf die ge^j wird in der Ofenkammer 1 das Metall geschmolzen. wünschte Temperatur gebracht ist.
Das Salzbad 2 wird durch Stromdurchgang zwischen- Die Ausführungsform der Fig. 3 und 4 weist beden Elektroden 3 und 4 auf die erforderliche Tem- sondere Vorteile auf, da es hier möglich ist, die jeperatur erhitzt. Das spezifische Gewicht dieses Salzes 60 weils gewünschte Gießtemperatur genau einzustellen ist geringer als das des geschmolzenen Metalls 5, also und mit hoher Leistung zu fahren, weil die Temperaschwimmt das Salz auf dem geschmolzenen Metall. tür des Salzbades 2 in der Schmelzkammer 1 viel Das niederzuschmelzende Metall wird auf die Salz- höher liegen kann.

schmelze aufgeworfen. Die Stufe6 in der Ofen- Fig. 5 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform des kammer 1 dient dazu, daß sich frisch aufgegebenes 65 erfindungsgemäßen Ofens, und zwar eine Abwandfestes Metall dort sammeln kann und nicht in die lung des in Fig. 3 und 4 gezeigten/Hier sind beMetallschmelze, also in den Sumpf, einsinkt und sondere Maßnahmen vorgesehen, um ein Vermischen beim Einschmelzen· der umgebenden Schmelze des leichten Salzbades2 mit dem schweren Salzbad

13 zu verhindern. Nach F i g. 5 liegt der Sumpf 18 der Kammer 9 tiefer als bei dem Ofen entsprechend der Fig. 3 und 4. Der Kanal8a von Kammer 1 in Kammer 9 ist nach unten geneigt. Die Mündung 19 des Kanals 8 α liegt über der Flüssigkeitshöhe 20 des schweren Salzbades 13. Wird unbeabsichtigt ein Teil der leichten Salzschmelze 2 doch in Kammer 9 gedrückt, so führt dies zu keiner Vermischung mit der schweren Salzschmelze 13, da die leichte Salzschmelze aufsteigt und schließlich auf dem geschmolzenen Metall in Kammer 9 schwimmt.

Grundsätzlich läßt sich der erfindungsgemäße Schmelzofen für die Erschmelzung verschiedenster Metalle anwenden. Er ist jedoch besonders wirksam für Aluminium sowie Magnesium und deren Legierungen. Man kann natürlich auch höher schmelzende Metalle verarbeiten, wenn man entsprechend hoch schmelzende Salze bzw. Salzgemische unter Berücksichtigung der spezifischen Gewichte verwendet.

Die für den erfindungsgemäßen Ofen verwendbaren Salze sind unter anderem als Wärmeüberträger bekannt und verwendet. Man kann z. B. in Kammer 1 ein eutektisches Gemisch von 55 Gewichtsprozent Bariumchlorid + 25 Gewichtsprozent Kaliumchlorid + 20 Gewichtsprozent Natriumchlorid verwenden, Schmelzpunkt: 540° C, spezifisches Gewicht bei 775° C 2,32. Wird Aluminium erschmolzen, so ist mit dem spezifischen Gewicht bei 700° C von 2,4 zu rechnen. Das schwere Salzbad 13 in der Kammer 9 wird daher zweckmäßigerweise ein Gemisch von 88% Bariumchlorid, 8°/o Kaliumchlorid und .4% Natriumchlorid mit einem spezifischen Gewicht von 2,6 und einem Schmelzpunkt von 775° C sein.

Ein besonderer Vorteil der Einsenkung des Verdrängers in die Salzschmelze — und nicht wie bisher in die Metallschmelze — liegt noch darin, daß damit natürlich die Materialauswahl bei dem Verdränger wesentlich erleichtert und außerdem eine Verunreinigung des geschmolzenen Metalls durch eventuell von dem Verdränger abgenütztem oder gelöstem Material ausgeschlossen ist.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entnahme von flüssigem Metall aus einem elektrisch beheizten Mehrkammer-Herdschmelzofen, bei dem eine oder mehrere Salzschichten über und/oder unter dem flüssigen Metall befindlich, mit Elektroden verbunden und als Widerstand geschaltet ist bzw. sind, dadurch gekennzeichnet, daß wie bei Herdschmelzöfen ohne Salzschicht über der Metallschmelze zum Heben des Niveaus bekannt, ein Verdränger (7) benutzt wird, der jedoch hier nur in das Salzbad (2) über der Metallschmelze (5) in der Schmelzkammer (1) eingetaucht wird, um das Niveau in der Schmelzkammer (1), gegebenenfalls der Sammelkammer (9) und der Entnahmekammer (11) zu heben, so daß aus der Entnahmekammer in dieser nicht durch ein Salzbad abgedecktes Metall über eine Gießrinne (12) od. dgl. ausläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzuschmelzendes Metall in das in der Schmelzkammer (1) befindliche Salzbad (2) eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Ofen mit einer Sammelkammer (9) zwischen Schmelzkammer (1) und Entnahmekammer (11) in dieser Sammelkammer durch ein heizbares Salzbad (13) mit einem höheren spezifischen Gewicht als das geschmolzene Metall dieses auf Gießtemperatur aufgeheizt wird.

4. Elektrisch beheizter Mehrkammer-Herdschmelzofen, bei dem eine Salzschicht bzw. -schichten über und/oder unter dem flüssigen Metall befindlich, mit Elektroden verbunden und als Widerstand geschaltet ist bzw. sind zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Schmelzkammer (1), verbunden über einen Kanal (10) mit einer mit einer Gießrinne (12) versehenen Entnahmekammer (11), wobei im Bereich des Salzbades zwei Elektroden (3,4) angeordnet sind, und einen oberhalb der Schmelzkammer (1) in der Höhe verstellbaren und in diese Kammer einsenkbaren Verdränger (7).

5. HerdsChmelzofen nach Anspruch 4 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnte, daß zwischen Schmelzkammer (1) und Entnahmekammer (11) eine Sammelkammer (9) angeordnet ist, die mit der Schmelzkammer über einen Kanal (8) und mit der Entnahmekammer über einen Kanal (10) verbunden ist.

6. Herdschmelzofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Sumpf der Sammelkammer (9) Elektroden (14, 15, 16, 17) zur Beheizung eines Salzbades (13), welches spezifisch schwerer als die Metallschmelze ist, vorgesehen sind.

7. Herdschmelze nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Entnahmekammer (11) führende Kanal (10) oberhalb des Sumpfes für das spezifisch schwerere Salzbad (13) aus der Sammelkammer (9) abzweigt.

8. Herdschmelzofen nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich im unteren Bereich der Schmelzkammer (1) eine Stufe (6) für noch nicht geschmolzenes Aufgabegut befindet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 752170, 726 445, 699, 541333, 511052.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 558/164 4.66 © Bundesdruckerei Berlin.