DE2344005A1

DE2344005A1 - Verfahren zum schmelzen von magnetisch anziehbaren kleinen metallteilchen

Info

Publication number: DE2344005A1
Application number: DE19732344005
Authority: DE
Inventors: Henry L Eickelberg
Original assignee: Modern Equipment Co
Current assignee: Modern Equipment Co
Priority date: 1972-09-01
Filing date: 1973-08-31
Publication date: 1974-03-21
Also published as: JPS5230123B2; DE2344005C3; DE2344005B2; CA981913A; AU471827B2; CH586753A5; IT990467B; JPS49123905A; FR2329754A1; FR2329754B1; SE383164B; AU5990473A; GB1424906A

Description

Verfahren zum Schmelzen von magnetisch ansiehbaren· kleinen Iletallteilchen

Auszug der Offenbarung

Magnetisch anziehbare kleine Iletallteilchen v/erden auf der freien Oberfläche einer Menge schmelzflüssigen Metalls abgelagert. Ein in dieser Menge schmelzflüssigen Metalls wirkendes Magnetfeld zieht die kleinen Matallteilchen unter der freien Oberfläche des schmelzflüssigen Metall» an und hält diese, bis sich die Teilchen der Curieschen Temperatur nähern. , .

Einzelheiten der Erfindung . ' , -

Die Anmeldung betrifft das Schmelzen von Metall, und insbesondere das Schmelzen von kleinen, magnetisch anziehbarea Metallteilchen, w^Le.beispielsweise Späne,

Arbeitswetsen, welche die Bearbeitung oder andere Herstellung von Eisennetallen betreffen, erzeugen eine große Henge kleiner magnetisch anziehbaraa Abfallteilchen in Form von Drehspiinen, Spänen urt-d anderen ^r% ' Jü£allen. Solche Teilehen werden allgemein gesammelt und. geschmolzen, ' .

KloineSisenmetallteiihen der eingangs beschriebenen Art weisen gegenüber ihrem Gewicht einen großen Oberflächenbereich auf, und die Oberflächenspannung bev/irkt, daß diese Teilchen auf der freien Oberfläche einer !!enge schmelz fluss igen Metalls schwimmen, Da3 führt zu einer übermäßigen Oxydation de« Teilchens und einer schlechten Wämetifaertragung vom echiiv3lzflü33igen Iletall zu den Teilchen.

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Teilchen der vorstehend beschriebenen Art sind häufig gereinigt und in leicht handbars Bündel oder Stücke komprimiert v/orden. Diese zusätzliche Handhabung ist sehr teuer.

Man kann große Wärraeübertragungsraten und Schutz gegen Oxydation erzielen, indem solche Teilchen vollständig unter der freien Oberfläche einer Menge- geschmolzenen Metalls versankt v?erden. Wenn dia Teilchen vollständig versankt sind, befindet sich jedes Teilchen mit einem großen OberflSchenbereich in Berührung Slit dem geschmolzenen Metall. Dadurch ergibt sich eine optimale Wärmeübertragung und ein schnelles Schmelzen der Teilchen. Jedoch gibt es kein bekanntes wirksames und zufriedenstellendes vollständiges Versenken solcher Teilchen unter der freien Oberfläche einer Menge geschmolzenen Metalls.

Zusammenfassung der Erfindung

Kleine ,magnetisch anziehbare Metallteilchen der eingangs beschriebenen Art Werden auf der freien Oberfläche einer !!enge geschmolzenen Metalls abgelagert. Ein Magnetfeld in der Menge geschmolzenen 1 letalIe zieht die Teilchen an und hält sie unter der freien Oberfläche, bis sich diese Teilchen ihrer Curtechen Temperatur nähern.

Die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung können durch Verwendung von Dauermagneten, Elektromagneten oder ilehrphaeen-Induktionsfeldern ausgeführt werden·

Gemäß einer Anordnung fliest geschmolzenes Metall durch eine Rinne, Auf der freien Oberfläche des durch die Rinne fließende Metalls abgelagerte kleine Metallteilchen v/erden angezogen und unter der freien Oberfläche des fließenden Metalls durch unter der Kinne angeordnete Magnetmittel gehalten. Wenn sich die Teilchen ihrer Curi^ahen Temperatur nähern, werden sie nicht mehr von den iiagnotrnitteln gehalten und können frei mit dem geschmolzenen Metall fließen.

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Gemäß einer Anordnung erzeugt eine Kehrphasen-Induktionsspule ein wanderndes Magnetfeld, welches geschmolzenes Mstall durch eine Rinne pumpt. Dieses !magnetfeld wirkt auf kleine Festteilchen und hUlt diese Teilchen an den Wänden der Rinne, bis sie ihre Curische Temperatur erreichen.

Der Erfindung liegt hauptsächlich die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Schmelzen von kleinen, magnetisch anziebbaren Teilchen zu schaffen.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Halten von kleinen, magnetisch anziehbaren-Metallteilchen unter der.freien Oberfläche einer Menge geschmolzenen Metalls zu schaffen.

Es ist eine vreitere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren .zum Schmelzen von kleinen Iletallteilchen zu schaffen, das wirksamer und wirtschaftlicher ist, als bislang möglich war.

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Kurze Beschreibung der Abbildung

Die Erfindung kann in verschiedenen Teilen und Anordnungen von Teilen verkörpert sein, und bevorzugte Ausführungsbeispiele sind nachstehend in dieser Beschreibung und unter Bezug auf die zugehörigen Abbildungen näher beschrieben und dargestellt.

Fig. 1 ist ein Seitenaufriß im Querschnitt durch ein

Gerät, welches zur Durchführung der erfindungsgemäßen Vorfahren verwendet werden kann.

Fig. 2 1st eine mögliche Darstellung eines anderen Gerätes, mit welchem die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können.

Fig· 3 ist ein Seitenaufriß im Querschnitt durch ein

weiteres Gerät, mit welchem die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können.

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Fig. 4 ist ein Seitenaufriß im Querschnitt durch ein *· weiteres Gerät,, mit welchem die*Grundgedanken

der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können, und

Fig. 5 ist ein Aufriß im Querschnitt und zeigt ein

weiteres Gerät, mit welchem die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ausgeführt v/erden können.

Beschreibung der bevorzugten Ausführuncfsbeispiele

In den Abbildungen, die nur zum Zwecke der Darstellung gewisse bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, die aber nicht auf diese beschränkt sind, seigt Fig. 1 ein Gerät A zum Schmelzen von Eisenmetall. Das Gerät A weist einen Behälter B auf, der erhitzbar ist und schmelzflüssiges MetallCdarin durch Induktion, Verbrennen von Brennstoff oder Verwendung von Elektrizität schmelzen kann. Der Behälter B weist eine Rinne D auf, welche von diesem nach oben verläuft.

Gemäß einer Anordnung ist eine Dreiphasen-Induktionsspule E unter der Rinne D angeordnet und verläuft im wesentlichen über ihre gesamte Länge. Durch Erregen der Induktionsspule E wird schmelzflüssiges Metall C in der Rinne D nach oben gepumpt und in einer Form oder einem anderen Behälter abgeladen. Vorrichtungen dieser allgemeinen Art sind bekannt, z.B. aus dem US Patent 3 534 886 von Von Starck. Die Erregung der Induktionsspuele E erzeugt ein wanderndes Magnetfeld, welches sich rinnenaufwärts (D) bewegt und durch die Feile F angezeigt ist. Dieses wandernde Magnetfeld induziert eine elektromotorische Kraft im schmelzflüssigen Metall C, welches von der Papierebene weg wandert, wie durch Kreise 12 angedeutet ist. Die induzierte elektromotorische Kraft erzeugt ferner ein durch die Pfeile 14 angedeutetes Magnetfeld, durch welches das Metall C in der Rinne D aufwärtsgepumpt wird.

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% SAD ORlSINAL

Das In der Rinne D aufwärtsfließende schmelzflussige Metall C weist eine obere freie Oberfläche 16'auf. Bei Ablagerung einer Masse G kleiner Metallteilchen auf der oberen Oberfläche 16 des 'schmelzflüssigen Metalls C in der Rinne D würde normalerweise bewirken, daß diese. Teilchen mit den schmelzflüssigen Metall weiterbefördert würden, bevor diese Teilchen vollständig geschmolzen sind. Die Oberflächenspannung und geringe Hasse solcher Teilchen vtrde verhindern, daß diese Teilchen unter die Oberfläche 16 sinken» Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Magnetfeld F diese Teilchen G magnetisiert, so daß sie unter der freien Oberfläche 16 angezogen und gegen die Bodenwand 18 der Rinne D gehalten werden. Der Induktionsstrom in den Iletallteilchen G erzeugt ein vernachlässigbares Magnetfeld, welches nicht so stark ist, daß die Teilchen G in der Rinne D nach oben wandern verglichen nit der magnetischen Anziehung zwischen den Teilchen G und dem Feld F. Es hat sich ferner gezeigt, daß die Anziehung zwischen den Teilchen G und dem Feld F stark genug ist, um diese Teilchen-an der Bodenwand 10 gegen die Kraft des" in der Rinne D aufwärts fließenden Metalls C zu halten. Diese"Teilchen G werden an der Eäenwand 18 gehalten und sind vollständig im fließenden Metall C versenkt, bis sie sich ihrer Curtschen Temperatur nähern. Die Curische Temperatur variiert in Abhängigkeit von der speziellen Eisenlegic 'ng, aus der die Teilchen G bestehen. Im allgemeinen kann die Curxsche Temperatur bei ungefähr bei 7o4,4°C angesetzt werden. Bei dieser Temperatur ist die relative Durchlässigkeit der Teilchen G praktisch einheitlich. Oberhalb der Curischen Temperatur sind die Eisenmetallteilchen paramagnetisch, aber nicht mehr ferromagnetisch. Die Teilchen können dann frei mit tf«**¹ in der Rinne D aufwärts gepumpten schmelsflüssigen Metall v, fließen. Es versteht sich, daß Teilchen G aus der Haltewirkung des Feldes F freigegeben werden können bevor diese Teilchen die Curieschc Temperatur erreichen. Auf jeden Fall

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wird die Temperatur der Teilchen G wesentlich erhöht, so daß eine verhältnismäßig geringe, zusätzliche Wärmeübertragung erforderlich ist, damit sie vollständig geschmolzen werden, wenn einmal die Curische Temperatur erreicht ist. Zusätzlich werden solche Teilchen G vollständig mit schmelzflüssigem

Metall C bedeckt und steigen nicht zu der freien Oberfläche auf. Wenn die Oberflächenspannung gebrochen ist, so daß die Teilchen G vollständig unter die freie Oberfläche 16 versenkt sind, neigen diese Teilchen G dazu, versenkt zu bleiben, weil die Dichtigkeit der Festteilchen größer ist als die Dichtigkeit des schmelzflüssigen Metalls. Folglich kann eine außergewöhnlich gute und v/irksame Wärmeübertragung stattfinden.

Gemäß.einer anderen Anordnung, wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist eine geeignete Gießpfanne H schmelzflussiges Metall C darin auf. Eine gebogene und nach oben geneigte Rinne I steht mit dem "Behälter II über eine untere Auslaßöffnung 22 und eine obere Einlaßöffnung 24 in Verbindung. Eine Dreiphasen-Indulctionsspule lf^!ist unter der Rinne I angeordnet und nunpt Metall C aus dem-Behälter H und zirkuliert dieses durch die Rinne I zur Einlaßöffnung 24. Wenn das schmelzflussige Metall C durch die Rinne I fließt, lagern sich kleine lietalitelichen G auf der freien Oberfläche des durch die Rinne I fließenden schmelzflussigen Metalls ab. Diese kleinen Teilchen G werden durch das wandernde Ilagnetfeld magnetisiert, das durch die Induktionsspule E erzeugt wird und werden unter der freien Oberfläche des durch die Rinne I fließenden Metalls angezogen. Diese kleinen Teilchen G worden an der Bodenwand der Rinne I durch dieses ilagnetfeld festgehalten, bis sich die Teilchen ihrer Cur^^chen Temperatur nähern und von Ilagnetfeld freigegebc werden und mit dem schmelaflüssigen Metall strömen können. Der Behälter II kann durch Kippen oder dergleichen entlaart werd Wenn die kleinen Teilchen G unter der freien Oberfläche des durch die Rinne I fließenden schmelzflüssigen Metalls versenkt sind, werden sie dort durch das Magnetfeld gehalten, bis sie sich ihrer Curi^chen Temperatur nähern. Diese Teilchen strönen

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dann mit dem schmelzflüssigen Metall. Solche Fentteilchen weiseri eine größere Dichtigkeit auf als das schmelzflustige Metall, und bleiben für eine höchst wirksame V7ärmeübertragung versenkt* '

Gemäß einer anderen Anordnung enthalten voneinander in Abstand angeordnete, beheizte Gefäße J und K schmelzflüssiges Metall C. Das schmelzflussige Metall C fließt vom Gefäß .J zum Gefäß K durch Schwerkraft nach unten* Eine unter dem Boden der Rinne L, welche die Gefäße J und K miteinander vorbindet, angeordnete Mehrphasen-Induktionsspule E erzeugt ein Magnetfeld in dem durch die Rinne L fließenden Metall, . ^: In der Rinne L abgelagerte Teilchen G' werden angezogen und unter der freien Oberfläche des durch die Rinne t> fließenden Metalls C durch das von der Induktion?*spule E erzeugte Magnetfeld gehalten. Die Induktionsspule-E Jcann ein wanderndes Feld

entweder vom Gefäß J zum Gefäß K oder vom Gefäß K zum Gefäß J erzeugen. Zusätzlich kann die Induktionπspule E dazu verwendet werden, um.Metall von einem Gefäß zum anderen nach oben zu pumpen, wobei gleichzeitig kleine Metallteilchen unter der freien Oberfläche des" fließenden Metalls angezogen· werden.

Gemäß einer weiteren, in Fig, 4 gezeigten Anordnung ist unter der Bodenwand der die Gefäße J- und. K verbindenden Rinne L eina Mehrzahl von Dauermagneten 3o angeordnet. Die Magnete 3o sind so magnetisiert,, daß die einen Magnetpol auf einer der Rinne L gegenüberliegenden Oberfläche 32 und einen gegenüberliegenden Magnetpol auf der von der Rinne L weggedrehten , Oberfläche 34 aufweisen. Die Magnete 3o nind längs der Rinne L durch Material 36 geringerer magnetischer Durchlässigkeit getrennt. Andere Magneto 3o sind umgekehrt angeordnet, so da3 abwechselnde Magnetp91o entgegengesetzter Polarität längs der Rinne L in Abstand angeordnet.sind. Dadurch werden in der Rinne L wirkende Magnetfelder 38 erzeugt, welche kleine Teilchen magnetisch wirkenden Materials an die Bo'Ionv/ariö der Rinne!

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anziehen und diese Teilchen gegen die Bewegung mit dein durch die Rinne L vom Gefäß J zum Gefäß K fließenden schnelzflüssigen Metall C halten. Wenn diese Teilchen einmal ihre Curtejcrhe Temperatur erreicht haben, 1st das Magnetfeld nicht mehr stark genug, um sie zu halten, und sie können mit dem lletall fließen.

Gemäß einer weiteren, in Pig. 5 gezeigten Anordnung ein längliches, flaches Gefäß M auf geeignete Weise zura Schmelzen von schmelzflüssigem Metall C beheizt. Ein unmittelbar unter dem Gefäß M angeordneter, großer Elektromagnet N weist In einer Vertiefung 4o eine elektrische Spule 33 auf. Boi Erregung erzeugt die Spule 38 einen Ilordpol in einem Mittelbereich 44 und einen Südpol in eineai äußeren Dereich 46. Das Magnetfeld 5o wandert durch das cchmclzflüssigc Metall C im Gefäß M und zieht, auf der freien Oberfläche 52 des Metalls C abgelagerte kleine Teilchen G zur Bodenvjand 54 des Gefäßes M. Diese Teilchen werden vollständig im schmelzflüssigen "etall G versenkt gehalten, so daß das schmelzflussige Metall den großen Oberflächenbereich jedes Teilchens berühren kann.

Es können verschiedene Anordnungen verwendet werden, um die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung auszuführen.

Bei dem herkömmlichen Induktionsförderer kann das Ende seiner Ablaufrinne blockiert sein, so daß das die Rinne aufwärts gepumpte schmejiflüssige Metall in eine obere Schicht unter Schwerkraft nach unten zurückströmt. Dadurch ergibt sich eine ständige Zirkulation und Wiederbeheizung des heißen iletalls, während die kleinen festen MetaUteliehen bis zum Schmelzen In der Rinne gehalten v/erden.

Elektromagnete oder Dauermagnete können unter einem Kanal oder einer Leitung angeordnet sein, welcher einen Schmelzschacht mit einem Haltegefäß bei einem mit Schwerkraft wirkenden {jber.traguncjsvorcjang verbindet. Die Grundgsdanken der Erfindung

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können auch bei einer intermittierenden oder' ständigen übertragung von schiTielzflüs*3igemEisen_yon Lichtbogen-Schmelzöfen auf Schmelzgefäße angewandt werden, Die Erfindung kann ferner angewandt v/erden bei Schwerkraft-Ubertragungsbetrleb von schmelzflüssigem Eisen aus einem Halteofen oder Gefäß auf ein Gieß- oder Übertragungsgefäß,

Es sind viele andere Anordnungen möglich, bei welchen ein Magnetfeld verwendet wird, welches das Schmelzen von magnetischen kleinen Teilchen dadurch unterstützt, daß diese vollständig unter der freien Oberfläche eines Körpers aus schmelzflüssigem Metall versenkt werden. Beispielsweise können Dauermagnettafeln oder ein Elektromagnet mit der Außenfläche durch einen feuerfesten überzug geschützt sein. Kleine magnetische Teilchen wurden an der feuerfesten Oberfläche des Magneten haften. Der Magnet selbst könnte dann unter die freie Oberfläche eines Körpers au3 schmelzflüssigen Metall gesenkt werden, um die Teilchen zu schmelzen. Die Seitenwünde von sich drehenden Trommelöfen oder Gefäßen können so ausgerüstet sein, daß sie eine intermittierende Versenkung von vrgeladenen magnetischen Bereichen bieten. Ein Teil des Bodens In einem hin- und hergehenden Gefäßofen könnte für eine intermittierende Versenkung der vorgeladenen magnetischen Tafeln verwendet werden. Viele Anordnungen sind möglich, bei welchen eine magnetisch= Tafel oder dergleichen vorgeladen oder mit magnetischen Teilchen beladen werden kann, und die Tafel mechanisch unter der freien Oberfläche eines Körpers axjsschmelzflüssigem Metall versenkt v/erden kann. Dadurch würden die Teilchen mechanisch in dem Körper aus schmelzflussigen Metall versenkt und unter dor freien Oberfläche des schmelzflussigen Metalls durch magnetische Anziehung gehalten, bis die Curlesche Temperatur erreicht ist.

Obgleich die Erfindung besonders unter Bezug auf bestimmte bevor-, zu/.e Ausfiührungsbeispiele beschrieben ist, versteht en sich, c¹ ß ähnliche Beschreibungen und Abwandlungen im Rahmen der

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- lo-

Erfindung liegen. Die vorliegende Erfindung umschließt alle ähnlichen Ahv/andlungen und ist nur durch den Umfang der Ansprüche begrenzt.

BAD ORiQlNAU 40981270434

Claims

23U005 Patentansprüche

1. Verfahren zum Schmelzen von magnetisch anziahbaren kleinen Metallteilchen in einem Behälter, der schxnslzflüssiges Metall entheil t und T-Jände auf v/eist, die un tarhalb der Oberfläche des schir.elzflüssigen Metalls angeordnet sind, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrennsehrltte: Einführen der Teilchen in das schmelzflüssige Metall, und Anlegen- eines Magnetfeldes in dem Behälter zum Anziehen und Halten der Teilchen neben den unter der Oberfläche des schmelzflussigen Metalls angeordneten Wänden, bis sich die Teilchpn ihrer Curiesehen Temperatur nähern.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Behälter einen Durchfluftkanal aufweist, durch v/elchen das schmelzflussige Metall aus einem beheizten Sohnelzbehälter fließt, und daß das schmelzflussige Metall durch diesen Durchflußkanal fließt, während die Teilchen mit dem Magnetfeld gegen die Strömung mit dem strömenden schmelzflüssigen Metall festgehalten werden, bis sich die-Teilchen ihrer· CurJsJchen Temperatur nähern.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, . ■

daß das Magnetfeld durch eine Mehrphasen-Induktionsspule angelegt wird, welche ein wanderndes Ilagnetfeld erzeugt, und daß das Metall durch den Durchflußkanal durch Induktion mit den wandernden Feld gepumpt wird, während die Teilchen an den VJänden mit dem gleichen Magnetfeld gehalten v/erden.

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4. Vorfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet/

daß das Gefäß einen Behälter auf v/eist mit Heizmitteln sun Aufheizen des darin enthaltenen Metalls, und eine Zirkulationsrinne, deren entgegengesetzte Enden mit dem Gefäß in Verbindung sind, um schmelzflüssiges Metall aus den Behälter durch die Panne und zurück zun Behälter zu zirkulieren, wobei die Rinne Wände aufweist, die unterhalb der Oberfläche des hindurchflicßenden schmelzfluss<3igen Motails angeordnet sind, und die herausgetragenen ilotallteilchen in die Rinne geleitet werden und das Magnetfeld an die Rinne gelegt wird, um die Teilchen anzuziehen und an den Rinnonwänden zu halten.

5. Verfahren nach Anspruch 4, . '"

dadurch gekennzeichnet, *' ^:,

daß das Anlegen des Magnetfeldes durch eine elektrische Ilehrphascn-Induktionsspule durchgeführt v/ird, welche ein wanderndes Hagnetfeld erzeugt, und das schmelzflussige Metall'durch die Rinne mit dem wandernden Feld gepumpt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Gefäß einen Behälter aufweist mit Reizmitteln zum Aufheizen des darin enthaltenen Hctall3 und eine Abflußrinne zum Ablassen von schmelz fluss igein Metall aus dem Behälter, wobei die Rinne Wände aufweist, die unterhalb dar Oberfläche des hindurchfließendcn schmelzflussIgen Metalls angeordnet sind, und die herausgeführten Metallteilchen in die Rinne geleitet werden, und das Magnetfeld an dio Rinne gelegt wirdj um die Teilchen anzuziehen und an den Rinnenwänden zu halten,

7. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, *

da/3 dag Anlegen den Magnetfeldes durch eine elektrische Melirphason-Induktionssjyal^ durchgeführt wird, welche ein

wanderndes Ilagnotfeld erzeugt, und dag schnelzflüssige Metall durch die Rinne mit dem wandernden Feld gepur.pt wird,

8. Verfahren zun Schmelzen von kleir.enrmgnetisch anziehenden Teilchen in einer Menge schmelzflussigen Metalls mit einer freien Oberfläche,

gekennzeichnet durch die folgenden Verfahreneschritte: Anordnung^ der Teilchen auf der Oberfläche, Herstellung eines Magnetfeldes in dem schmelzflüssigen Metall unterhalb der Oberfläche zum Anziehen und Halten der Teilchen unterhalb der Oberfläche, bis sich die Teilchen ihrer Curieschen Temperatur nähern.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Menge schmelzflussigen .Metalls durch eine Rinne fließt, und das Feld die Teilchen gegen Bewegung mit dam schmelz fills s igen Metall hält, bis sich die Teilchen im wesentlichen ihrer Curieschon Temperatur nähern.

lo. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Feld ein wanderndes Magnetfeld ist, welches das Metall induktiv durch die Rinne pumpt und auch die Teilchen hält.

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