DE1813056A1

DE1813056A1 - Device for melting without a crucible

Info

Publication number: DE1813056A1
Application number: DE19681813056
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Thomas
Original assignee: S E A V O M
Current assignee: S E A V O M
Priority date: 1967-12-12
Filing date: 1968-12-06
Publication date: 1969-07-03
Also published as: FR1576364A; BE722660A

Description

Vorrichtung zum Schmelzen ohne Schmelztiegel Die Erfindung bezieht sich auf das Schmelzen von Metallen und Legierungen und insbesondere auf eine Vorrichtung zul Schmelzen durch elektromagnetische Induktion bei niedriger, mittlerer oder hoher Frequenz, welche die Verwendung eines Schmelztiegel. überflüssig macht. Apparatus for melting without a crucible The invention relates on the melting of metals and alloys and in particular on a device perm melting by electromagnetic induction at low, medium or high Frequency indicating the use of a crucible. makes redundant.

Auf diesem Gebiet der Technik trifft nil bekanntlich zahlreiche Schwierigkeiten an, welche auf der Anwesenheit von Schmelztiegeln beruhen, die tum Halten der geschmolzenen Metalle oder Legierungen erforderlich sind.In this area of technology, nil is known to encounter numerous difficulties based on the presence of crucibles to hold the molten one Metals or alloys are required.

Es wurde bereits oftmals versucht, den Schmelztiegel wegzulassen. Zu diesem Zweck nutzt man Reaktionskräfte der in dem erhitzten Körper induzierten elektrischen Ströme auf die Induktionsströme aus, so daß der behandelte Körper in stabilem Gleichgewicht ohne unmittelbare Beruhrung im Raum gehalten wird. Die Erzielung eines zufriedenstellenden Ergebnisßes hängt offensichtlich von zahlreichen Faktoren ab, unter welchen Form und elektrische Ausbildung der Induktionsvorrichtung hervorragen.Many attempts have been made to omit the crucible. For this purpose, one uses the reaction forces induced in the heated body electric currents on the induction currents, so that the treated body in stable equilibrium is kept without direct contact in the room. Achievement Obviously, a satisfactory result depends on numerous factors from under which shape and electrical design of the induction device protrude.

Keine bekannte Induktionsvorrichtung gestattet tatsächlich die Behandlung von größeren flüssigen Massen, beispielsweise in der Größenordnung von Kilogramm, ohne Schmelztiegel.No known induction device actually allows the treatment of larger liquid masses, for example of the order of kilograms, without a melting pot.

Die bekannten Vorrichtungen weisen alle irgendwo auf der Umhaltung der FlUssigkeit Zonen auf, wo die resultierenden Kräfte der Gewichte und der Laplaceschen Kräfte nicht ausreichen, um das statische Gleichgewicht der fltissigen Masse zu gewährleisten.The known devices all point somewhere on the hold the liquid zones on where the resulting forces of the weights and the Laplace Forces are insufficient to maintain the static equilibrium of the liquid mass guarantee.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bezweckt die Beseitigung dieser den bekannten Vorrichtungen anhaftenden Nachteile durch die Verwendung mehrerer Induktionsströme unterschiedlicher Art, welche gekreuzte Magnetfelder in dem Raum erzeugen, wobei sich diese Felder nicht zusammensetzen, sondern sich derart Gberlagern, daß sie unabhängig vonelnander wirken.The purpose of the device according to the invention is to eliminate this known devices inherent disadvantages due to the use of several induction currents of different types which create crossed magnetic fields in the room, where These fields are not composed, but are superimposed in such a way that they act independently of one another.

Genauer gesagt, die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens zwei Ijeitermantel aufweist, welche den Körper umgeben und jeweils von periodischen Induktionsströmen mit unterschiedlicher Intensität und/oder Frequenz durchflossen werden.More precisely, the device according to the invention is characterized in that it has at least two Ijeitermantel, which surround the body and each of periodic induction currents with different intensity and / or frequency are flowed through.

Insbesondere sind die Verhältnisse der Frequenzen und Strom stärken stärken der Induktionsströme der zwei Leitermäntel ganze Zahlen oder Brachte. Die verwendeten Ströme können sinusförmig, rechteck- oder dreieckförmig usw. sein.In particular, the ratios of frequencies and current are strengthening strengthen the induction currents of the two conductor sheaths are whole numbers or brought. The used Currents can be sinusoidal, square or triangular, etc.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen Figuren 1 bis 7 schematisch verschiedene mögliche gegenseitige Anordnungen von eine erfindungsgemäße Induktionavorrichtung bildenden Leiterummantelungen um einen zu behandelnden Körper mit zylindrischer Form, Figuren 8 und 9 geometrische Leiteranordnungen um einen zu behandelnden Körper, Figur 10 die Anordnung im Fall eines Körpers mit langgestreckter Fond, Figuren ii bis 15 praktische Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Figuren 16 bis 19 die Verwendung eines magnetischen HilRskreises mit Luftspalt.The invention is explained in more detail, for example, with the aid of the figures. Figures 1 to 7 show schematically various possible mutual arrangements of conductor sheathing forming an induction device according to the invention a body to be treated with a cylindrical shape, Figures 8 and 9 geometric Conductor arrangements around a body to be treated, FIG. 10 the arrangement in the case a body with an elongated base, Figures ii to 15 practical embodiments the device according to the invention and FIGS. 16 to 19 show the use of a magnetic Help circle with air gap.

Im folgenden besieht sich die mit F bezeichnete Frequenz der Induktionsströme stets auf die Grundfrequenz des Signals, dessen mit I bezeichnete Signalstärke auf den betrachteten Leitermantel gegeben wird.In the following, the frequency of the induction currents denoted by F is considered always to the fundamental frequency of the signal, its signal strength marked with I. is given to the conductor sheath in question.

In der Mehrzahl der Beispiele ist zwar der su behandelnde Körper als gerader Kreiszylinder dargestellt, es ist Jedoch klar, daß die Erfindung auf einen beliebigen, allgemein zylindrischen zylindrischen oder kreiszylindrischen Körper oder auch auf Jeden langgestreckten Körper anwendbar ist, wobei die Kugel den Grenzfall darstellt.In the majority of the examples, the body to be treated is as straight circular cylinder shown, however, it is clear that the invention is based on a any, generally cylindrical cylindrical or circular cylindrical Body or any elongated body is applicable, the ball represents the borderline case.

In Figur 1 ist der zu behandelnde Körper 10 in der Form eines geraden Kreiszylinders dargestellt. llA, lIB sind zwei Jeweils von Strömen mit der Stärke I1 bzw.' 11 und der Frequenz F1 durchflossene Leiter, welche einen ersten Mantel mit kreiszylindrischer Form bilden. 12A, 12B, 12C sind drei andere Jeweils von Strömen mit der Stärke -I2/2, I2 und -I2/2 und der Frequenz F2 durchflossene Leiter, welche den zweiten Mantel ebenfalls mit kreiszyllndrischer Form bilden. Die Pfeile zeigen die Richtung der entsprechenden Ströme an, wobei diese Ströme durch elektrische oder elektronische Einrichtungen erzeugt werden, deren Art für die vorliegende Erfindung ohne Bedeutung ist. Diese Leiter sind daher alle parallel zur Achse des Zylinders 10 und ihr Querschnitt hat die Form eines Teils eines koaxialen Kreisrings, wie aus der Figur ersichtlich.In Figure 1, the body 10 to be treated is in the shape of a straight line Circular cylinder shown. IIA, IIB are two each of currents with strength I1 or ' 11 and the frequency F1 traversed conductors, which have a first jacket form with a circular cylindrical shape. 12A, 12B, 12C are three other three streams, respectively with the strength -I2 / 2, I2 and -I2 / 2 and the frequency F2 traversed conductors, which also form the second coat with a circular cylindrical shape. The arrows show the direction of the corresponding currents, these currents being electrical or electronic devices are produced, their types for the present invention is irrelevant. These conductors are therefore all parallel to the axis of the cylinder 10 and its cross-section has the shape of part of a coaxial annulus, such as can be seen from the figure.

Das Verhältnis F 1/F2 ist eine ganze Zahl oder ein Bruch.The ratio F 1 / F2 is an integer or a fraction.

Figur 2 zeigt eine andere Anordnung, bei welcher die beiden Leiter llA, 11B des ersten Mantels, welche Jeweils von Strömen mit der Stärke -I1, + I1 und der Frequenz F1 durchflossen werden, durch drei Leiter 13A, 13B, 13C des zweiten Mantels eingerahmt sind, welche Jeweils von Strömen mit der Stärke -I2/2, I2 und bei2/2 und der Frequenz F2 durchflossen werden.Figure 2 shows another arrangement in which the two conductors 11A, 11B of the first jacket, which are each of currents with the strength -I1, + I1 and the frequency F1 are traversed by three conductors 13A, 13B, 13C of the second Mantle are framed, which are each of currents with the strength -I2 / 2, I2 and flow through at 2/2 and the frequency F2.

Die Winkel oc, />, welche die Teile oder Ausschnitte eines Kreisrings, d.h.ie Querschnitte Jedes Leiters, begrenzen, können unter der Bedingung beliebig sein, daß ihre Abmessungen in in Abhängigkeit von der Berechnung der Laplaceschen Kräfte im Inneren des flüssigen Zylinders gewählt sind, so daß das beste mechanische Gleichgewicht gegen die Schwerkraft gewährleistet ist.The angles oc, />, which the parts or sections of a circular ring, i.e. the cross-sections of each conductor, limit, can be arbitrary under the condition be that their dimensions are in depending on the calculation of the Laplace forces inside the liquid cylinder are chosen so that the best mechanical balance against gravity is guaranteed.

Bei der in Figur 3 gezeigten Anordnung werden sechs Leiter verwendet, wobei der erste Mantel die Leiter 14A, 14B, 14C umfaßt, welche Jeweils von Strömen mit der Stärke In/2, Ii/2 und -I1 und der Frequenz F1 durchflossen werden, und wobei der zweite Mantel die entsprechenden Leiter 15A, 15B, 15C umfaßt, welche Jeweils von Strömen mit der Stärke 12/2, I2/2 und -I2 und mit der Frequenz F2 durchflossen werden.In the arrangement shown in Figure 3, six conductors are used, the first jacket comprising conductors 14A, 14B, 14C, each of which carries currents with the strength In / 2, Ii / 2 and -I1 and the frequency F1, and where the second jacket comprises the respective conductors 15A, 15B, 15C, which respectively Currents with the strength 12/2, I2 / 2 and -I2 and with the frequency F2 flow through them will.

Bei dieser Ausführungsform kann die gegenseitige Lage der Leiter 14C und 15C ausgetauscht werden.In this embodiment, the mutual position of the conductors 14C and 15C.

Figur 4 zeigt noch eine weitere Anordnung, bei welcher der erste Mantel die Leiter 16A, 16B, 16C, 16D umfaßt, welche paarweise von Strömen mit der Stärke I1 und 11 und mit der Frequenz F1 durchflossen werden, während der zweite Mantel die Leiter 17A, 17B, 17C, 17D umfaßt, welche ebenfalls paarweise von Strömen mit der Stärke I2 und -I2 und der Frequenz F2 durchflossen werden.Figure 4 shows yet another arrangement in which the first jacket the conductors 16A, 16B, 16C, 16D, which in pairs of currents with the strength I1 and 11 and are traversed with the frequency F1, while the second coat the conductors 17A, 17B, 17C, 17D, which also in pairs of currents with the strength I2 and -I2 and the frequency F2 are traversed.

Die Figuren 5 bis 7 zeigen die Verwendung von Induktionsströmen mit drei verschiedenen Frequenzen. In Figur 5 weist ein erster Mantel ein Paar von Leitern 21A, 21B auf, welche Jeweils von Strömen mit der Stärke I1, -I1 und der Frequenz F1 durchflossen werden. Ein zweiter Mantel umfaßt die Leiter 22A, 22B, 22C, welche Jeweils von Strömen mit der Stärke 12/2, -I2, I2/2 und der Frequenz F2 durchflossen werden.Figures 5 to 7 show the use of induction currents three different frequencies. In Figure 5, a first jacket has a pair of conductors 21A, 21B, which respectively of currents with the strength I1, -I1 and the frequency F1 are flowed through. A second jacket includes conductors 22A, 22B, 22C, which In each case, currents with a strength of 12/2, -I2, I2 / 2 and the frequency F2 flowed through them will.

Ein dritter Mantel umfaßt die Leiter 23A, 23B, 23C, welche von Strömen mit der Stärke I3/2, -I3, I3/2 durchflossen werden.A third sheath comprises the conductors 23A, 23B, 23C which carry currents with the strength I3 / 2, -I3, I3 / 2 flow through.

Bei Bei den in den Figuren 6 und 7 gezeigten Anordnungen sind die Jeweiligen Lagen der Leiter der drei Mäntel vertauscht> Die Figuren 8 und 9 zeigen Ausführungsformen und geometrische Anordnungen von Leitermänteln C um den zu behandelnden zylindrischen Körper 10. Dieselben sind hier in ebener Form mit rechteckigem Querschnitt dargestellt, wobei alle einen den Kdrper 10 einhüllenden koaxialen Zylinder berühren (Figur 8) oder auch bestimmte Leiter Ct, C2 eine radiale Lage haben können (Figur 9). at In the arrangements shown in FIGS the respective positions of the ladder of the three coats are reversed> the figures 8 and 9 show embodiments and geometrical arrangements of conductor sheaths C around the cylindrical body to be treated 10. The same are here in plane Shown with a rectangular cross-section, all one enveloping the body 10 touch coaxial cylinder (Figure 8) or certain conductors Ct, C2 a radial Can have location (Figure 9).

In gewissen Fällen kann unabhängig von der Form eines Leitermantels N in einer Schnittebene senkrecht zur Achse Z eines langgestreckten Körpers der Mantel auch eine Krümmung in einer durch diese Achse gehenden Ebene aufweisen, wie in Figur 10 gezeigt.In certain cases it can be independent of the shape of a conductor jacket N in a sectional plane perpendicular to the Z axis of an elongated body of the Sheath also have a curvature in a plane passing through this axis, such as shown in FIG.

Die Leitermäntel können in mehreren verschiedenen Weisen verwirklicht werden: entweder mit hoher Impedanz, wobei ein Mantel durch N Elementarleiter C1, C2, ... CN in Reihe gemäß Figur 11 gebildet und Jeder Leiter von dem Strom mit der Stärke I/N durchflossen wird; oder mit niedriger Impedanz, wobei Jeder Mantel durch einen einzigen Leiter C gemäß Figur 12 gebildet und von dem Strom mit der Stärke I durchflossen wird.The ladder sheaths can be implemented in several different ways be: either with high impedance, with a jacket consisting of N elementary conductors C1, C2, ... CN formed in series according to Figure 11 and each conductor of the current with the Strength I / N is flowing through; or low impedance, each jacket being through formed a single conductor C according to Figure 12 and from the current with the strength I flowed through.

Aus technischer Sicht ist es vorteilhaft, hohle Leiter vorzusehen, welche einen Kanal bilden, in dessen Innerem man ein Kühlmittel umwälzen kann. Figur 13 zeigt ein Beispiel für einen Leiter, welcher durch ein elektrisch gut leitendes Metallband B, beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder Silber, gebildet gebildet wird, welches auf einen Träger S aus dUnnem, nicht oxydierbarem Metall mit hoher Widerstandsfähigkeit, das den Kanal bildet, plattiert, gelötet oder durch Galvanostegie aufgebracht ist. Dieser Träger S kann ein ohne Schweißung gezogenes Rohr oder ein gefaltetes und verschweißtes Band ein, wobei die Dicke des genannten Bandes B in Abhängigkeit von der Eindringtiefe der von den verwendeten Frequenzen abhängigen Ströme gewählt ist.From a technical point of view, it is advantageous to use hollow conductors, which form a channel inside which a coolant can be circulated. figure 13 shows an example of a conductor which is connected by a highly electrically conductive Metal band B, for example made of copper, aluminum or silver, is formed educated is, which on a carrier S made of thin, non-oxidizable metal with high Resistance that forms the channel, plated, soldered or by electroplating is upset. This carrier S can be a pipe drawn without welding or a folded and welded tape, the thickness of said tape B in Dependence on the penetration depth depending on the frequencies used Currents is selected.

Die so ausgebildeten Mäntel können entweder direkt in der freien Umgebung oder in einer besonderen isolierten Umhüllung verwendet werden. Figur 14 zeigt beispielsweise den zu behandelnden Körper 10, welcher im Inneren einer zylindrischen Umhüllung 30 unter geregelter Atmosphäre (Vakuum, Edelgas oder reagierendes Ga) angeordnet und von Leitern 31, 32,...The coats formed in this way can either be placed directly in the open environment or used in a special insulated enclosure. Figure 14 shows, for example the body 10 to be treated, which is inside a cylindrical envelope 30 arranged under a regulated atmosphere (vacuum, noble gas or reactive Ga) and from ladders 31, 32, ...

umgeben list, welche gemäß Figur 13 angeordnet sind.surrounded list, which are arranged according to FIG.

Bei einer anderen, in Figur 15 dargestellten Ausführungsform sind die Bänder 32 mit hoher elektrischer Leitfähigkeit ebenso bei hoher als auch bei tiefer Impedanz im Inneren des Ringraumes angeordnet, welcher von einer Schale mit isolierender Doppelwand 33 gebildet wird und zur Umwilzung eines dielektrisbhen Kühlmittels dient, wobei diese Bänder 32 vorzugsweise auf dem inneren Rohr angeordnet sind.In another embodiment shown in FIG the ribbons 32 with high electrical conductivity also at high as well as at lower impedance located inside the annulus, which is covered by a shell insulating double wall 33 is formed and for Umwilzung a dielektrisbhen Coolant is used, these bands 32 preferably being arranged on the inner tube are.

Eine andere Ausführungsforin besteht darin, daß der zu behandelnde Körper im Luftspalt eines Magnetkreises angeordnet ist, wie es in Figur 16 gezeigt ist. Die Induktionsvorrichtung weist in diesem Fall einen magnetischen Lamellenkreis 40 in Form eines C auf, um welchen eine Wicklung 41 zur Erzeugung eines magnetischen Induktionsfeldes mit einer Frequenz F1 angeordnet ist. Der Luftspalt 43 dieses Kreises ist keilförmig.Another embodiment is that the to be treated Body is arranged in the air gap of a magnetic circuit, as shown in FIG is. In this case, the induction device has a magnetic lamellar circuit 40 in the form of a C, around which a winding 41 for generating a magnetic Induction field is arranged at a frequency F1. The air gap 43 of this circle is wedge-shaped.

Auf den Oberflächen der Polschuhe sind Ausnehmungen 44 vorgesehen, welche aus dem vergrößerten Querschnitt der Figur 17 sichtbar sichtbar sind.Recesses 44 are provided on the surfaces of the pole shoes, which can be seen from the enlarged cross section of FIG visible are.

In diesen Einkerbungen sind Wicklungen 42 angeordnet, welche durch einen Strom mit der von der Frequenz F1 unterschiedlichen Frequenz F2 gespeist werden und deren Anschlüsse und WicklungJßinn so gewählt sind, daß die durch den Fluß fl der Frequenz F1 induzierten elektromotorischen Kräfte sich aufheben und die Kraftlinien des Flusses §2 der Frequenz F2 sich auf einer Seite des Luftspalts wieder schließen, wie in Figur 17 angedeutet.In these notches windings 42 are arranged which through a current with the frequency F2 different from the frequency F1 are fed and their connections and winding are chosen so that the flow through the river the frequency F1 induced electromotive forces cancel each other out and the lines of force of the flow §2 of the frequency F2 close again on one side of the air gap, as indicated in FIG.

Es ist wesentlich, daß der Luftspalt keilförmig auagebildet ist, aber die Flächen der Polschuhe können von der ebenen Form abweichen und beispielsweise konvex oder konkav sein. Dasselbe gilt für die C-Form, welche der Magnetkreis aufweist, der auch die in den Figuren 18 und 19 als Beispiele gegebenen Formen besitzen kann.It is essential that the air gap is wedge-shaped, but the surfaces of the pole shoes can deviate from the flat shape and, for example be convex or concave. The same applies to the C-shape that the magnetic circuit has, which can also have the shapes given as examples in FIGS. 18 and 19.

PatentansprucheClaims

Claims

Claims 1. Device for melting conductive bodies, in particular metals and alloys, without a crucible through magnetic induction, at which the body to be treated by the reaction forces in this body induced electrical currents are kept on the induction currents in the room, characterized in that it comprises at least two sheaths of conductors which surround the body and each time by periodic induction currents of different types Current strength and / or frequency are flowed through.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the ratios the frequencies and the currents of the induction currents of the two different ones Ladder sheaths are whole numbers or fractions.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the body to be treated has a cylindrical or elongated shape and the same surrounding conductor sheaths arranged parallel to the longitudinal axis of the body circular cylindrical Are jackets or have a curvature in a plane passing through this axis.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the cross-section of a conductor has the shape of a rectangle or a cutout from a circular ring or more generally a quaui-equipotential magnetic vector surface owns.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that each conductor jacket consists of a single conductor.

6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that that each conductor jacket consists of elementary conductors arranged in series.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the conductors are hollow and a coolant flows through their interior.

8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the conductors are formed by a metal strip with good electrical conductivity, which on a thin tubular support made of non-oxidizable metal with high resistance is attached.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the conductor sheaths are arranged in an insulated sheath, which with a dielectric fluid is filled.

10. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the Leite ntel in an annulus and on the inner surface of an insulating Tube are arranged, which is filled with a dielectric fluid.

11. The device according to claim 1, characterized in that the to melting bodies in a wedge-shaped air gap of a lamellar magnetic circuit is arranged, which is provided with windings that of currents with with a first frequency that flows through the surfaces of the polo shoe in the longitudinal direction have extending recesses in which windings are arranged from Currents with a second frequency flow through, and that the connections and the winding sense of these latter windings are chosen so that the through the Cancel the flow at the first frequency induced electromagnetic Xforcesioh and the lines of force of the flow at the second frequency are on the same side close the air gap.

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