DE336727C - Verfahren zum elektrischen Schmelzen von Metall durch in ihm selbst als Widerstand erzeugte Waerme und Schmelzofen zur Ausfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung verfolgt den Zweck, Körper, die elektrische Leiter sind, unter solchen Verhältnissen zu schmelzen, daß das Metall in denkbar reinstem Zustande und mit möglichst geringem Verlust erhalten wird. Dies kommt besonders bei seltenen und teueren Metallen in Betracht. Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß ein von einem elektrischen Strom durchflossener Metallzylinder im Innern eine höhere Temperatur aufweist als an seiner Oberfläche, wenn man keine besonderen Mittel vorsieht, um die Wärmestrahlung zu verhindern, bzw. künstlich für eine Abkühlung der Außenfläche sorgt.

Es ist praktisch möglich, die Temperatur im Innern des Zylinders auf eine solche Höhe zu treiben, daß dort das Metall schmilzt, während der Körper außen fest bleibt, so daß gewissermaßen ein äußerer Rohrmantel ent-

ao steht, der im Innern geschmolzenes Metall enthält. In weiterer Ausbildung dieses Gedankens kann man von vornherein ein Metallrohr nehmen und in dieses loses Metall in Stücken-, Korn- oder Pulverform einfüllen.

Auch in diesem Falle kann man in gleicher Weise das eingefüllte Metall durch den durchgeführten Strom zum Schmelzen bringen und das Rohr durch Abkühlung in festem Zustande erhalten. In beiden Fällen kann man unter Umständen nach Schmelzen des inneren Materials durch entsprechende Steigerung der Stromstärke zuletzt auch den Mantel zum Schmelzen bringen.

Auf der Zeichnung sind verschiedene Vorschlage zur praktischen Anwendung des Erfindungsgedankens veranschaulicht. Für die Erläuterung der Ausführungsformen sei der Einfachheit halber vorausgesetzt, daß es sich in allen Fällen um das Schmelzen von Wolfram handelt.

Bei der Anordnung gemäß Fig. r wird als Schmelztiegel ein zwischen zwei Elektroden d¹, d^z eingespanntes Rohr α aus Wolfram verwendet, in welches das zu schmelzende pulverförmige Wolframmetall b eingefüllt wird. Das Metall b ist an den Enden des Tiegelrohres durch in dieses eingepaßte Scheiben c begrenzt. Im vorliegenden Falle ist angenommen, daß das Metall nicht nur geschmolzen werden, sondern nach der Verflüssigung in Formen überlaufen soll, in denen es sich rascher oder langsamer abkühlt. Zu diesem Zwecke ist in eine Vertiefung e an der unteren Seite des Rohres α ein Rohr f eingesetzt, dessen Verbindung mit dem Innenraum des Rohres a zunächst durch die stehen gebliebene Wandstärke g abgesperrt ist. Statt die Wandstärke g stehen zu lassen, kann man auch eine Öffnung vollständig durchbohren und · diese mittels eines eingesetzten Stöpsels aus dem gleichen Metall verschließen. Das Ansatzrohr f kann am äußeren Ende durch eine Leitung h mit dem gleichen Pol der Stromquellf wie die Elektrode d¹ verbunden werden, während sein inneres Ende durch eine Leitung i mit der Elektrode d ^a verbunden ist. Das Tiegelrohr α und das Ansatzrohr f sind außen mit einer Kühleinrichtung I benebiger Art versehen.

Es wird nun in folgender Weise vorgegan-

gen. Zunächst wird der Heizstrom mittels der Elektroden d^l, d² nur durch das Tiegelrohr α und das darin enthaltene Metall geschickt. Dabei geht das Metall δ in den flüssigen Zustand über, während der Rohrmantel durch die Kühleinrichtung am Schmelzen verhindert wird. Der zwischen dem Innenraum des Tiegels und der Bohrung des Ansatzrohres f liegende Teil der Wandung des to Rohres α steht zwar nicht unter dem direkten Einfluß der Kühleinrichtung, wird aber doch durch die Berührung mit dem gekühlten Rohr f daran gehindert, die gleiche hohe Temperatur wie das Metall δ anzunehmen, so daß kein Durchschmelzen eintritt. Wird jedoch nachher mittels der Leitung h der Heizstrom auch durch das Rohr f geschickt, so wird infolge Erhitzung des Rohres f dessen Kühlwirkung auf den Wandteil g des Rohres a aufgehoben, so daß dieser nun sehr rasch in einigen Sekunden geschmolzen wird, worauf durch die entstehende öffnung und das Rohr f das Schmelzgut abfließt. Da das Rohr f innen durch den durchgeschickten Strom und durch Wärmeleitung vom Rohr α aus hoch erhitzt ist, kann der Abfluß des Schmelzgutes bis zur Austrittsöffnung k des Rohres f in vollkommenster Weise stattfinden, ohne daß eine Abkühlung eintritt. Nach Verlassen der Ausflußöffnung k kann dann das Metall durch weitere Maßnahmen, je nach Wunsch plötzlich oder allmählich, abgekühlt werden.

Ebenso wie das Wandstück g des Schmelztiegels α würde durch die Einschaltung des durch das Rohrstück f gehenden Stromes auch ein zum Verschließen einer an der Stelle g vorgesehenen Bohrung verwendeter Wolframstöpsel durchschmelzen.

Natürlich werden für den erörterten Schmelz-Vorgang große Stromstärken benötigt, und es war deshalb unerläßlich, eine praktische Lösung für die Erzeugung dieses starken Heizstromes zu finden. Als zweckmäßig hat es sich herausgestellt, den Schmelztiegel als indu-■45 zierten Leiter eines Transformators auszubilden. Hierdurch wird die bei den in Betracht kommenden großen Stromstärken (bis zu 10 000 Amp.) schwierige und sehr teuere Verbindung von Zuleitungen mit dem Tiegel ver- So mieden und eine elegante, handliche, praktische und billige Ausführung erzielt. Mehrere derartige Anordnungen sind in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 ist der als sekundäre Windung ausgebildete Schmelztiegel α um eine Primärspule j> herumgeführt. Der Schmelztiegel besitzt zwecks Einfüllens des Schmelzgutes oben eine ringsum laufende Spaltöffnung, die durch einen ringförmigen Deckel n verschließbar ist, und ist unten mit Ablaßöffnungen f versehen.

Gemäß Fig. 3 liegt der von einer Kühleinrichtung I umschlossene ringförmige Tiegel innerhalb der Primärspule j>. Dabei ist zum Zwecke der Verstärkung der Induktionswirkung ein ringförmiger Eisenkern m dazwischen geschaltet.

In Fig. 4 umgibt der Ringtiegel α einen massiven Eisenkern m, der auf einem verjüngten Teil unterhalb des Ringtiegels die Primär- η<τ wicklung j> trägt,

Bei Fig. 5 ist die Anordnung umgekehrt, und der Eisenkern ist durchgehend von gleicher Stärke.

Gemäß Fig. 6 besteht die Sekundärspule aus mehreren Windungen, die unten in den Ringtiegel auslaufen. Für die über dem Tiegel liegenden Windungen 0 ist Wasserkühlung vorgesehen.

Der Erfolg des neuen Schmelzverfahrens hängt davon ab, daß das Schmelzgut beim Übergang in den flüssigen Zustand über die ganze Länge des Tiegels den stromführenden Querschnitt gleichmäßig verändert. Diese Bedingung ist nicht erfüllt, wenn der Tiegel senkrecht angeordnet wird, denn in diesem Falle würde das schmelzende Metall sich im unteren Teile des Tiegelrohres ansammeln und hier den' stromführenden Querschnitt vergrößern, während oberhalb des geschmolzenen Metalles nur der Querschnitt des Rohres selbst verbleiben würde. Durch die Querschnittsvergrößerung im unteren Tiegelteil würde hier sofort infolge Verringerung der spezifischen Stromdichte eine Abkühlung des Schmelzgutes erfolgen. Wollte man dem durch weitere Steigerung der Belastung entgegenwirken, so würde unvermeidlich das Rohrstück oberhalb des geschmolzenen Metalles zum Schmelzen kommen, bevor im angefüllten Tiegelteil die nötige Temperatur erreicht würde. Diese Erwägung hat zu der vom Erfinder gewählten wagerechten Anordnung des Glührohres geführt. Bei dieser sammelt sich zwar auch das geschmolzene Metall im unteren Teil des Rohres an, doch ist es stets über die ganze Länge des Tiegelrohres gleichmäßig verteilt, so daß an allen Stellen der stromleitende Querschnitt gleich ist. Es tritt auch hierbei zunächst beim Übergang des Metalls in den flüssigen Zustand infolge Verminderung des Leitungswiderstandes eine Herabsetzung der Temperatur ein, doch geschieht dies gleichmäßig über die ganze Länge des Tiegels, so daß durch Erhöhung der Stromzufuhr die Temperatur wieder gleichmäßig über die ganze Länge auf die gewünschte Höhe gehoben werden kann. Die wagerechte Anordnung des Tiegels ermöglicht außerdem das Abkühlen des Schmelzgutes im Tiegel selbst durch i2q Darüberleiten eines indifferenten Gases, wie z. B. Stickstoff.

Der Querschnitt des Glührohres kann, je nach dem verfolgten Zwecke und der zu erreichenden Temperatur des Schmelzgutes, die gewöhnliche kreisrunde Form gemäß Fig. 7 5 oder aber eine geeignete andere Form, wie solche z. B. in Fig. 8, 9 und 10 dargestellt sind, erhalten. In Fig. 11 ist der Tiegel a als offene Rinne dargestellt, die von einem Wasserkühlmanten umgeben und mit einer Haube ν

xo überdeckt ist. Die Haube wird ebenso wie der Tiegel aus dem gleichen Material wie das Schmelzgut hergestellt.

Wie bereits oben erwähnt, kann man bei Verwendung eines Tiegels aus dem zu schmelzenden Metall, z. B. Wolfram, zugleich auch den Tiegel zum Schmelzen bringen.

Claims (8)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Verfahren zum elektrischen Schmelzen von Metall durch in ihm selbst als Widerstand erzeugte Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzen in einem von außen gekühlten zweckmäßig wagerecht liegenden Schmelztiegel aus dem gleichen Metall erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein durchweg gleichen Querschnitt besitzender Tiegel in wagerechter Lage derart verwendet wird, daß der Strom in der Längsrichtung des Tiegels fließt.
3. 3. Schmelzofen zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schmelztiegel unten ein Abflußrohr angeschlossen ist, dessen Verbindung mit dem Innern des Tiegels durch die Wandung des letzteren oder einen besonderen Verschlußkörper unterbrochen ist und schließlich durch Durchschmelzen der Wand bzw. des Verschlußkörpers freigegeben wird.
4. 4. Schmelzofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das an die Abflußöffnung angeschlossene Abflußrohr unten mit einem Stromanschluß versehen ist, um nach Niederschmelzen des im Tiegel eingeschlossenen Metalles durch elektrische Erhitzung des Abflußrohres den Trennkörper zum Durchschmelzen zu bringen und eine Abkühlung des Metalles beim Durchgang durch das Abflußrohr zu verhüten.
5. 5. Schmelzofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch das Abflußrohr des Schmelztiegels außen mit einer Kühleinrichtung versehen ist.
6. 6. Schmelzofen zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch r und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel ringförmig gestaltet ist und mit seinem*Inhalt die Sekundärwindung eines Transformators bildet.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung des geschmolzenen Metalls im Schmelztiegel durch Darüberleiten eines gasförmigen Kühlmittels geschieht.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel zugleich mit dem darin enthaltenen Schmelzgut niedergeschmolzen wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.