DE2101653A1 - Raffinationsverfahren und Vorrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents

Description

Chaussee de Charleroi, 54

Brüssel 6, Belgien

Raffinationsverfahren unä Vorrichtung zu seiner Durchfuhrung

Es ist bereits ein Verfahren zur Raffination eines in einem geeigneten Tiegel untergebrachten Produktes bekannt, bei welchem eine in dem Produkt erzeugte Schmelzzone durch das Produkt verschoben wird, wo&ei die Schmelzzone durch eine Induktionsheizung erhalten wird. Dieses bekannte Verfahren kann mehrmals wiederholt werden, doch ist es auch bekannt, durch das zu raffinierende Produkt mehrere in geringem Abstand hintereinander befindliche Schmelzzonen zu verschieben, die dusch verfestigte Zonen voneinander getrennt sind. Zu diesem Zweck sind mehrere aufeinanderfolgende Indukttionsspulen vorgesehen, die von gleichphasigen Strömen durchflossen werden und so gerichtet sind, daß die Magnetfelder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spulen einander entgegenwirken. Bei diesem bekannton Verfahren werden Hochfrequenzströme durch die Induktionsspulen geschickt, und die Menge des zu raffinierenden Produkte ist verhältnismässig klein.

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Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eineo ähnlichen Verfahrens, das für die Behandlung von sehr viel größeren Massen geeignet ist·

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Tiegel auf einer oder mehreren wassergekühlten Metallschienen aufliegt, daß wenigstens eine entlang der Achse des Tiegels bewegliche Induktionsspule rings um den Tiegel und die Schienen angeordnet ist, und daß die Induktionsspule bzw. die Induktionsspulen an eine Mittelfrequenz-Wechselstromquelle angeschlossen sind·

Der Tiegel und die Schienen können ferner von einem hitzebeständigen Gehäuse umgeben sein, in dessen Innerem eins Schutzatmosphäre aufrecht erhalten wird.

Palis mehrere Induktionsspulen verwendet werden, die von gleichphasigen Strömen durchflossen werden und so gerichtet sind, daß die Magnetfelder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spulen einander entgegenwirken, kann die Heizleistung an der Stelle jeder Induktionsspule in Abhängigkeit von der Breite der gewünschten Schmelzzone geregelt werden«

Mit der Erfindung wird ferner eine Vorrichtung geschaffen, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet iot.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beicpielshalber beschrieben.Darin zeigen:

Pig. 1 eine Oberansicht des aktiven Teils einer nach der Erfindung ausgeführten Vorrichtung,

Pig.2 eine zum Teil geschnittene Seitenansicht der Enden eines Trägers für den Tiegel und

Pig.3 eine Teilschnittansicht senkrecht zu der Zeichenebene von Pig.2. 109830/1787

Ein zu raffinierendes Produkt, beispielsweise eine Aluminiuramenge 1 von mehreren 10 Kilogramm, wird in einem Tiegel 2 angeordnet, der beispielsweise aus Graphit besteht. Der Tiegel wird auf zwei Tragschienen

3 aus rostfreiem Stahl aufgelegt, die mit Wasser gekühlt sind, und er ist von einem hita£>eständigen Gehäuse umgeben, das durch ein Schutzrohr 4, beispielsweise aus Quarz , gebildet ist. Durch das Quarzrohr

4 Btrömt beispielsweise ein Schutzgas, wie Argon. Parallel zu der Produktmenge 1 und dem Schutzrohr 4 ist ein Schlitten 5 angeordnet, der entlang einer Führung verschiebbar ist, die aus zwei Stangen 6 besteht. Der Schlitten 5 trägt die (nicht dargestellten) Kondensatoren eines Schwingkreises, einen aus zwei Ppulen 7 und 8 bestehenden Induktor und einen Kurzsehlußr ring 9 mit einer EinstfeiIvorrichtung 10 für die lage des Kurzschlußrings 9 in Bezug auf die Spulen 7 und Die Spulen 7, 8 und der Kurzschlußring 9 sind über nicht dargestellte Schläuche an ein Kühlwassersystem angeschlossen. Eine durch eine Schraubenspindel 11 aargestellte Vorschubeinrichtung ermöglicht das Verschieben des Schlittens 5 in Bezug auf den Tiegel Die Einstellvorrichtung 10 besteht aus einem Handrad und einer Schraubenspindel. Natürlich kann diese Vorrichtung auch durch einen Servomotor nach einem vorgegebenen Programm oder in Abhängigkeit von Angaben, die von einem nicht dargestellten Meßgerät geliefert werden, gesteuert werden.

Die beiden Spulen 7 und 8 des Induktors umgeben nicht nur den Tiegel 2 , sondern auch die Schienen 3 und das Rohr 4« Siewerden von dem gleichen Strom durchflossen, der von einem nicht dargestellten Mittelfrequenzgenerator geliefert wird, und sie sind so geriohtet, daß die Magnetfelder zwischen den beidenSpulen einander entgegenwirken.

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Man erhält dadurch sehr schmale und genau abgegrenzte Schmelzzonen· Aus diesem Grund kann der Abstand zwischen den beiden Spulen 7 und 8, der in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des zu raffinierenden Produktes gewählt wird, verhältnismäßig klein sein, beispielsweise das Vierfache des Durchmessers der Produktmenge 1 betragen, wenn es sich dabei um Aluminium handelt.

Die Heizleistungen der beiden Spulen 7 und 8 können sehr verschiedehvoneinander sein· Falls sich der Schlitten 5 langsam nach links bewegt, trifft die Spule 7 auf den kalten Barren, und sie benötigt daher eine größere Heizleistung als die ihr folgende Spule 8. Da durch die beiden Spulen 7 und 8 der gleiche Strom fließt, wird das Magnetfeld der Spule 8 durch den KurzSchlussring 9 abgeschwächt, der zwischen den beiden Spulen 7 und 8 in der Nähe der Spule 8 angeordnet ist. Das Anbringen des Kurzschlußrings 9 zwischen den beiden Spulen 7 und 8 ermöglicht es bei einer umkehr der Vorschubrichtung des Schlittens 5, bei welcher die Spule 8 auf den kalten Barren trifft, den Kurzschlußring 9 in die Nähe der Spule 7 zu verschieben, die in diesem Fall weniger Leistung benötigt. Der durch die beiden Spulen 7 und 8 fließende Strom kann mit einer (nicht dargestellten) üblichen Einrichtung eingestellt werden, die beispielsweise den Mittelfrequenz-Wechselstroragenorator beeinflußt.

Die Stellung des KurzschIuBrings 9 in Bezug auf die Spulen 7 und 8 muß sich normalerweise im Verlauf der Vorschubbewegung des Schlittens ändern. Diese Veränderung kann entweder von Hand erfolgen , oder mit Hilfe eines automatischen Mechanismus, der durch ein Programmwerk oder durch ein oder mehrere Meßgeräte gesteuert wird,

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.die nicht dargestellt sind·

Die frequenz de3 Heizstroms wird in Abhängigkeit von der gewünschten Eindringtiefe gewählt; sie hängt

also auch von der Art des zu raffinierenden Materials ab. Bei dieser Wahl muß u.a. berücksichtigt werden, daß die Zunahme der Stromstärke, die bei den niedrigeren Frequenzen eintritt, ein Umrühren der Schmelzzonen zur Folge haben kann. Dieses Umrühren kann in gewissem HaBe günstig sein, während es ungünstig wird, wenn es übermäßig stark wird.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß die Zahl der Spulen auf zwei beschränkt wird, obgleich dies oft vorteilhaft ist. Wenn die Zahl der Spulen mehr als zwei beträgt, braucht nur darauf geachtet werden, daß in dem Zwischenraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spulen die Hagnetfelder Jeweils einander entgegenwirken, und daß die Ströme in den Spulen gleichphasig sind. Wenn durch alle Spulen der gleiche Strom fließt, ist die letzte Bedingung automatisch erfüllt, doch ist dies nicht die einzige Möglichkeit, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten.

Das hitzebeständige Gehäuse in Form des Quarzrohrs "

4 1st nicht notwendig, wenn das zu raffinierende Produkt beispielsweise ein Edelmetall ist, oder wenn der Siegel gegenüber der Umgebungsatmosphäre inert ist.

Der Graphittiegel 2 ist verhältnismäßig zerbrechlich und liegt auf zwei Schienen 3 auf. Damit der Querschnitt dieser Schienen auf den kleinstmögllchen Wert verringert werden kann und dennoch eine ausreichende mechanische Festigkeit gewährleistet ist, und damit die Handhabung erleichtert wird, sind die Schienen von einem Träger gehalten, der in Fig.2 dargestellt ist. Der Träger besteht

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aus einer Sank: 12» die auch die aus den Stangen 6 und der Schraubeηspindel 11 bestehende Führung trägt, die in Fig.2 nicht dargestellt ist. Auf der Bank befinden sich ein feststehender Bock 13 und ein einstellbarer Bock 14. Der Bock 13 ist oit einem blinden Ende 15 für die Befestig, ig der Schienen 3 and des von dem Quarz rohr 4 gebildeten Gehäuses versehen. -Der Bock 14 ist mit einem zu öffnenden Ende versehen, das von einem Haltering 16 gebildet"wird, in dem ein Befestigungsring oder Befestigungsringsegment 17 für die Schienen 3 eingeschlossen ist, und dessen öffnung durch eine Tür 18 versohliessbar ist. Die Schienen sind an der Innenfläche des Befestigungsringsegments 17 angeschweißt und an der anderen Seite in dem blinden Ende mit Hilfe einer Mutter 19 gehalten, welche die Schienen über ein elastisches Glied 20 unter Spannung setzt. Das elastische Glied ermöglicht einerseits den Ausgleich der Wärmedehnungen der Schienen 3 Mährend des Heizvorgangs und andrerseits die Ausbildung einer Zugkraft von genau bestimmtem Wert in den Schienen.

Das in dem Haltering 16 gehaltene Segment 17 und die Muttern 19 mit den elastischen Gliedern 20 bilden zusammen eine Spannvorrichtung für die Schienen, die es ermöglicht, die Durchbiegung der Schienen unter dem Gewicht des gefüllten Tiegels trotz ihres geringen Querschnitts zu beschränken. Dichtungsringe 23 gewährleisten die Dichtigkeit des die gesteuerte Atmosphäre enthaltenden Gehäuses an der Stelle der Durchführung der Schienen durch das Teil 15.

Wie in Fig.3 gezeigt ist, ist der Tiegel 2 mit Rillen 21 versehen, in welche die Schienen 3 eingreifen. Auf diese Weise kann der gefüllte Tiegel durch die Tür 18 eingeführt oder entnommen werden» wobei er von den Rillen 21 auf den Sohienen 3 in dem Schutzrohr 4 geführt wird. Das Schutzrohr 4 wird über Umfangedichtungen 22 (Flg.2) einerseits

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In dem blind en Ende 15 and andrerseits in dem Haltering 16 gehalten. Sie Umfangsdichtungen gewährleisten die Abdichtung des Gehäuses trotz der Wärmeauadehnung des Rohres 4 während des Heizvorgange.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1, Verfahren zur Raffination eines in einen Tiegel befindlichen Produkts, bei welchem wenigstens eine in dem Produkt erzeugte Schmelzzone durch das Produkt verschoben wird, wobei die Schmelzzone bzw. die Schmelzzonen durch eine Induktionsheizung erhalten werden, die mit einer Induktionsspule durchgeführt wird, oder mit aehreren aufeinanderfolgenden Induktionsspulen, die von gleichphasigen Strömen durchflossen werden und so gerichtet sind, daß die Magnetfelder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spulen einander entgegenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel auf einer oder mehreren wassergekühlten Metallschienen aufliegt, daß wenigstens eine entlang der Achse des Tiegels bewegliche Induktionsspule rings um den Tiegel und die Schienen angeordnet ist, und daß die Induktionsspule bzw« die Induktionsspulen an eine Mittelfrequenz-Wechsel stromquelle angeschlossen sind·

   2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen und der Tiegel mit einem hitze beständige η Gehäuse umgeben sind, in dessen Innerem eine Schutzatmosphäre aufrechterhalten wird.

   3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung an der Stellender Induktionsspule mit Hilfe eines Kurschlußrings geregelt wird, der in geeignetem Abstand in der Nähe der Induktionsspule angeordnet ist.

   4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Träger für den das zu raffinierende Produkt enthaltenden Tiegel und die Haizeinrichtungen, am Träger befestigte Schienen,

   BAD ORfQlNAL 109830/1787

   die den Siegel tragen, eine am !Träger befestigte führung, die einen beweglichen Schlitten trägt, wenigstens einen am Schlitten befestigten Induktor, welcher die Schienen und den Tiegel umgibt, und durch einen Mittelfrequenz-Wechselstromgenerator, an den der bzw· die am Schlitten befestigten Induktoren angeschlossen sind.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4# gekennzeichnet durch ein hitzebeständiges Gehäuse, das die Schienen und den Tiegel umgibt, aber von dem Induktor bzw« den Induktoren umgeben ist. '

   6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5* gekennzeichnet durch eine Schienenspannvorrichtung.

   7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen einerseits an der Innenfläche eines Segments eines Befestigungsrings angeschweißt sind, der seinerseits in einem Haltering gehalten wird*

   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7t dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen andrerseits über ein elastisches

   Glied gehalten sind. .. ' j

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4' bis 8, gekennzeichnet durch einen Induktor, der aus wenigstens zwei Spulen besteht, die in Serie an einen Mittelfrequenz-Wechselstromgeaerator angeschlossen sind, der von den Schlitten getragen wird, durch wenigstens einen von dem Schlitten getragenen Kurzschlußring und durch eine Einstellvorrichtung für die Lage des Kurzschlußrlngs auf dem Schlitten.

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   10. Vor richtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kurzschlußring verstellbar zwischen zwei Induktionsspulen angeordnet ist«

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