DE2344005C3 - Verfahren zum Schmelzen von magnetisch anziehbaren kleinen Metallteilchen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schmelzen von magnetisch anziehbaren kleinen Metallteilchen, insbesondere von Metallspänen, durch Eintauchen der Teilchen in eine in einem Behälter angeordnete Menge flüssigen Metalls.

Zum Schmelzen insbesondere von Metallspänen, die als Drehspäne od. dgl. bei der spanenden Bearbeitung von Werkstücken als Abfall abfallen, empfiehlt es sich", die Teilchen in eine Menge bereits schmelzflüssigen Metalls einzubringen und dort zu schmelzen. Die Teilchen schwimmen jedoch auf der Oberfläche des Metallbades und erschweren so den Wärmeübergang zwisehen der Schmelze und dem Teilchenmaterial. Eine Beschleunigung des Schmelzvorgangs ist durch Reinigung der Teilchen, Einpressen in einen entsprechenden Ballen und anschließendes Einschmelzen dieses Ballens in dem Behälter, der bereits eine Menge flüssigen Metails enthält, unter Wärmezufuhr zum Behälter möglich. Die Kompression der Teilchen zu einem Ballen ist jedoch teuer.

Die Erfindung befaßt sich daher mit der Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zum Schmelzen von kleinen, *· magnetisch anziehbaren Teilchen zu schaffen, das es auf einfache Art und Weise ermöglicht, die kleinen Teilchen in dem Behälter unter Vermeidung der Kompression zu einem Bündel oder Ballen bei optimaler Wärmeübertragung auf die Teilchen und optimaler tj Schnelligkeit des Schmelzvorgangs in dem Behälter zu schmelzen.

Diese Aufgabe wird der vorliegenden Erfindung entsprechend bei Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art gelöst, indem die im Kennzeichen des anliegenden Anspruchs 1 angegebenen Verfahrensschritte durchgeführt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung weist dabei insbesondere den Vorzug auf, daß die Teilchen, die normalerweise bei relativ geringem Gewicht eine große Oberfläche aufweisen, entgegen der Oberflächenspannung des im Behälter befindlichen schmelzflüssigen Metalls schnell unter die Oberfläche dieses Metalls gezogen und damit in innigen Wärmekontakt mit der Schmelze gebracht werden. Es wird dadurch eine übermäßige Oxydation der Teilchen im schwimmenden Zustand auf der Schmelze vermieden. Die Wärmeübertragungsraten zwischen der Schmelze und den zu schmelzenden Teilchen sind entsprechend groß, so daß die Schmelzgeschwindigkeit in dem gewünschten Bereich liegt.

Diese Wirkung wird im wesentlichen durch ein Magnetfeld in der Menge geschmolzenen Metalls, das die Teilchen anzieht und unter der freien Oberfläche der Schmelze hält, erreicht. Wird das Material der Teilchen in der Schmelze bis zur Curie-Temperatur erwärmt, wird es durch das Magnetfeld in der Schmelze nicht mehr beeinflußt und mit dem schmelzflüssigen Metall frei beweglich.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Anordnung derart zu treffen, daß die Teilchen unter der Wirkung des Magnetfeldes im Strom des einem beheizten Behälter entnommenen, einen Durchflußkanal durchströmenden flüssigen Metalls festgehalten und geschmolzen werden.

Die Anordnung ist dabei mit Vorteilen derart getroffen, daß der Durchflußkanal als Zirkulationsrinne ausgebildet ist, die in den Behälter zurückgeführt wird.

Zur Erzeugung des Magnetfeldes sind Permanentmagnete, Elektromagnete oder Induktoren geeignet, die mehrphasige Induktionsfelder in Form von Wanderfeldern erzeugen, die gleichzeitig zum Transport des schmelzflüssigen Metalls nach Art bekannter Induktionsrinnen oder -pumpen dienen können.

Die Zeichnungen erläutern die Erfindung an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele.

F i g. 1 zeigt einen Seitenaufriß im Querschnitt durch eine erste Vorrichtung, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbar ist;

F i g. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel eine andere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung;

F i g. 3 zeigt den Seitenaufriß eines Querschnitts durch eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung;

F i g. 4 zeigt in Schnittdarstellung als Ausführungsbeispiel eine vierte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung;

F i g. 5 zeigt in entsprechender Darstellung ein fünftes Auisführungsbeispiel in Form einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

F i g. 1 zeigt eine Vorrichtung A zum Schmelzen von Eisenmetall. Die Vorrichtung weist einen Behälter B auf, der erhitzbar ist und schmelzflüssiges Metall Cdarin durch Induktion, Verbrennen von Brennstoff oder Verwendung von Elektrizität zu schmelzen imstande ist. Der Behälter B weist eine Rinne D auf, welche aus diesem nach oben verläuft.

Unter der Rinne D ist eine dreiphasige Induktionsspule E angeordnet, die im wesentlichen über die gesamte Länge der Rinne verläuft. Durch Erregung der

Induktionsspule E wird das schmelzflüssige Metall C in der Rinne D nach oben gepumpt und in eine Form oder einen anderen geeigneten Behälter überführt. Vorrichtungen dieser allgemeinen Art sind z. B. aus der USA.-Patentschrift 35 34 886 bekannt. Die Erregung der Induktionsspule E erzeugt ein magnetisches Wanderfeld, das rinnenaufwärts in Richtung des Pfeils Fverlruft. In dem schmekflüssigen Metall C wird durch das elektromagnetische Wanderfeld eine elektromotorische Kraft induziert, die aus der Ebene der Darstellung, wie durch die Kreise 12 angedeutet, herausgerichtet ist.

Die induzierte elektromotorische Kraft erzeugt ferner ein durch die Pfeile 14 angedeutetes Wanderfeld, durch welches das Metall C in der Rinne D aufwärts gepumpt wird.

Lagert man auf der freien Oberfläche 16 des Metalls C eine Masse G kleiner Metallteilchen ab, so würden die geringe Masse der Teilchen und die Oberflächenspannung des flüssigen Metalls Cnormalerweise bewirken, daß die Teilchen mit dem schmelzflüssigen Metall ao weiterbefördert werden, bevor sie vollständig geschmolzen sind.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Magnetfeld Fdie Teilchen G magnetisiert, so daß sie unter die freie Oberfläche 16 gezogen und gegen die Bodenwand 18 »5 der Rinne gedrückt werden. Es hat sich gezeigt, daß die Anziehung zwischen den Teilchen G und dem Feld F stark genug ist, um die Teilchen an der Bodenwand 18 gegen die Kraft des in der Rinne C aufwärts fließenden Metalls C festzuhalten. Die Teilchen G werden an der Bodenwand 18 gehalten und sind vollständig im fließenden Metall versenkt, bis sie sich ihrer Curieschen Temperatur nähern. Die Curiesche Temperatur ist bekanntlich abhängig vom Legierungsgehalt der Teilchen G. Oberhalb des Curie-Punkts geht der Ferromagnetismus der Eisenmetallteilchen in den Paramagnetismus über, so daß sich die Teilchen dann frei mit dem in der Rinne D aufwärts gepumpten flüssigen Metall C bewegen können.

Es hat sich gezeigt, daß die zu schmelzenden Teilchen, sofern sie einmal in die Schmelze eingebracht worden sind, in der Schmelze schnell schmelzen und somit der weiteren Verwertung zugänglich gemacht werden.

In F i g. 2 bezeichnen Weine Gießpfanne und Ceinen Vorrat schmelzflüssigen Metalls. Eine gebogene und nach oben geneigte Rinne / steht mit dem Behälter H über eine untere Auslaßöffnung 22 und eine obere Einlaßöffnung 24 in Verbindung.

Mit E ist eine Dreiphasen-Induktionsspule bezeich- jo net, die unter der Rinne /angeordnet ist und Metall aus dem Behälter Hüber die Rinne /zur Einlaßöffnung 24 pumpt.

Wenn das schmelzflüssige Metall Cdurch die Rinne / fließt, lagern sich kleine Metallteilchen C auf der freien Oberfläche des Metalls ab, die durch das elektromagnetische Wanderfeld der Induktionsspule E magnetisiert werden. Sie werden demzufolge unter die freie Oberfläche des durch die Rinne / fließenden Metalls gezogen, worauf sie wieder an tier Bodenwand der Rinne «o festgehalten werden, solange sich die Materialtemperatur unterhalb des Curie-Punktes befindet. Danach sind die Teilchen wieder frei im schmelzflüssigen Metall beweglich.

Der Behälter H kann durch Kippen od. dgl. entleert werden.

Gemäß einer anderen Anordnung in F i g. 3 enthalten die voneinander im Abstand angeordneten, beheizten Gefäße / und K schmelzflüssiges Metall C, das z. B. vom Gefäß / zum Gefäß K durch Schwerkraft nach unten fließt. Eine unter dem Boden der Rippe L, welche die Gefäße J und K miteinander verbindet, angeordnete Mehrphasen-Induktionsspule E erzeugt ein Magnetfeld in dem durch die Rinne L fließenden Metall. In die Rinne L eingebrachte Teilchen G werden angezogen und unter der freien Oberfläche des durch die Rinne L fließenden Metalls Cdurch das von der Induktionsspule E erzeugte Magnetfeld gehalten. Die Induktionsspule E kann auf ein elektromagnetisches Wanderfeld in Richtung entweder vom Gefäß / zum Gefäß K oder vom Gefäß K zum Gefäß /erzeugen.

Abweichend kann die Induktionsspule E auch dazu verwendet werden, um Metall von einem Gefäß zum anderen nach oben zu pumpen, wobei gleichzeitig kleine Melallteilchen unter der freien Oberfläche des fließenden Metalls angezogen werden.

Gemäß einer weiteren, in Fig.4 gezeigten Anordnung ist unter der Bodenwand der die Gefäße / und K verbindenden Rinne L eine Mehrzahl von Dauermagneten 30 angeordnet. Die Magnete 30 sind so magnetisiert, daß sie 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 30 sind längs der Rinne L durch Material 36 geringerer magnetischer Durchlässigkeit getrennt. Andere Magnete 30 sind umgekehrt angeordnet, so daß abwechselnde Magnetpole 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 Bodenwand der Rinne L anziehen und diese Teilchen gegen die Bewegung mit dem durch die Rinne L vom Gefäß /zum Gefäß K fließenden schmelzflüssigen Metal! C halten. Wenn diese Teilchen einmal ihre Curiesche Temperatur erreicht haben, ist das Magnetfeld nicht mehr stark genug um sie zu halten, und sie können mit dem Metall fließen.

Gemäß einer weiteren, in F i g. 5 gezeigten Anordnung wird ein längliches, flaches Gefäß M auf geeignete Weise zum Schmelzen von schmelzflüssigem Metall C beheizt. Ein unmittelbar unter dem Gefäß M angeordneter, großer Elektromagnet N weist in einer Vertiefung 40 eine elektrische Spule 38 auf. Bei Erregung erzeugt die Spule 38 einen Nordpol in einem Mittelbereich 44 und einen Südpol in einem äußeren Pereich 46. Das Magnetfeld 50 wandert durch das schmelzflüssige Metall Cim Gefäß Mund zieht auf der freien Oberfläche 52 des Metalls C abgelagerte kleine Teilchen G zur Bodenwand 54 des Gefäßes M. Diese Teilchen werden vollständig im schmelzflüssigen Metall C versenkt gehalten, so daß das schmelzflüssige 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 blokkiert sein, so daß das die Rinne aufwärts gepumpte schmelzflüssige Metall in einer oberen Schicht unter Schwerkrafteinfluß nach unten zurückströmt. Dadurch ergibt sich eine ständige Zirkulation und Wiederbeheizung des heißen Metalls, während die kleinen festen Metallteilchen bis zum Schmelzen in der Rinne gehalten werden.

Die Elektromagnete oder Dauermagnete können un-

ler einem Kanal oder einer Metalleitung angeordnet sein, welche einen Schmelzschacht mit einem Haltegefäß verbindet. Die Grundgedanken der Erfindung können auch bei einer intermittierenden oder ständigen Übertragung von schmelzflüssigem Eisen von Lichtbogen-Schmelzöfen auf Schmelzgefäße angewandt werden. Die Erfindung kann ferner angewandt werden bei Schwerkraft-Übertragungsbetrieb von schmelzflüssigem Eisen aus einem Halteofen oder Gefäß auf ein Gieß- oder Übertragungsgefäß.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es ist vielmehr auch möglich, an Stelle des auf die zu schmelzenden Teile einwirkenden elektromagnetischen Wanderfeldes Magnetfelder zu benutzen, die durch Permanent-Msignete 5 oder Elektro-Magnete, die mit Gleichstrom gespeist werden, zu ersetzen.

Entsprechende Vorrichtungen, die ein Magnetfeld erzeugen und in der Schmelzflüssigkeit angeordnet werden, sind jeweils mit einem feuerfesten Überzug zu ίο versehen und in oder an der Schmelze anzuordnen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schmelzen von magnetisch anziehbaren kleinen Metallteilchen, insbesondere von Metallspänen, durch Eintauchen der Teilchen !P. eine in einem Behälter befindliche Menge schmelzflüssigen Metalis, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen unter dem Einfluß eines magnetischen Feldes in die Schmelze eingebracht und unterhalb des Schmelzenspiegels an dort gelegenen festen Wänden unter der Wirkung des Magnetfeldes bis zum Erreichen der Curie-Temperatur ihres Materials festgehalten und geschmolzen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen unter der Wirkung des Magnetfeldes im Strom des einem beheizten Behälter entnommenen, einen Durchflußkanal durchströmenden flüssigen Metalls festgehalten und geschmolzen werden. *>

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußkanal als Zirkulationsrinne ausgebildet ist, die in den beheizten Behälter zurückgeführt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen auf die Oberfläche des den Durchflußkanal durchströmenden flüssigen Metalls aufgebracht und im Durchflußkanal magne-. tisch festgehalten werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnetfeld ein gleichzeitig dem Transport des flüssigen Metalls dienendes elektromagnetisches Wanderfeld verwendet wird.

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