DE3904607A1

DE3904607A1 - Direkt beheizbarer schmelzenbehaelter fuer induktionsschmelzoefen

Info

Publication number: DE3904607A1
Application number: DE3904607A
Authority: DE
Inventors: Friedrich-Werner Dr Thomas
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1989-02-16
Filing date: 1989-02-16
Publication date: 1990-08-23
Also published as: US5022044A

Description

Die Erfindung betrifft einen direkt beheizbaren Schmelzen behälter für Induktionsschmelzöfen, insbesondere zum Schmelzen schwerschmelzbarer und hochreiner Metalle mit einer den Schmelzenbehälter umschlingenden Induktionsspule und einem Induktionsspule und Schmelzenbehälter zumindest teilweise einhüllenden und mit der Schmelzenbehälter- Außenwand eine geschlossene Ringkammer bildenden Gehäuse.

Es ist ein Verfahren zum Schmelzen schwerschmelzbarer Metalle, insbesondere von Tantal, Wolfram, Thorium oder Legierungen dieser Metalle, in einem wassergekühlten Be hälter bekannt (DE 5 18 499), bei dem der Schmelzenbehälter aus Stoffen mit niedrigerem Schmelzpunkt als das Schmelz gut besteht, z. B. aus Quarzglas, Kupfer oder Silber, und die Zuführung der zum Schmelzen erforderlichen Energie sowie die Kühlung des Behälters derart erfolgt, daß ein restloses Einschmelzen des Schmelzguts ohne Verunreinigung durch das Tiegelmaterial bewirkt wird.

Weiterhin ist ein auswechselbarer, gestampfter Tiegel für rinnenlose Induktionsschmelzöfen mit einem den Tiegel umgebenden oder in den äußeren Teil seiner Wandung einge betteten metallischen, nichtstromführenden, korbartigen Gerippe bekannt (CH 3 15 944), bei dem das Gerippe aus wassergekühlten, flachen oder ovalen Rohren aus unmagne tischem Werkstoff besteht.

Bekannt ist auch ein Induktionsschmelzofen mit einem auswechselbaren Tiegel (US 31 62 710), der einen Einsatz aus feuerfestem Material aufweist, der in eine äußere, aus einem Metallblech gewickelten Hülle einsetzbar ist, wobei die äußere Hülle von einer Induktionsspule umschlossen ist, die gleichzeitig eine Kühlschlange bildet und wobei die Induktionsspule ihrerseits wiederum von einem als Hohlzylinder ausgebildeten Stützgestell gehalten ist.

Darüber hinaus ist eine Vorrichtung zum Schmelzen und Gießen von Titan vorgeschlagen worden (US 34 84 840), bei der der Tiegel aus einer Hülse aus Graphit besteht, die von einem topfförmigen Mantelteil aus relativ dünnwandiger Keramik umschlossen ist, und die Induktionsspule, die wiederum den Graphitmantel umschließt, von einer Haube umschlossen ist, die ebenso wie der Tiegel auf einer Grundplatte ruht.

Schließlich ist eine Vorrichtung zum Schmelzen reaktions fähiger Metalle und Metallegierungen vorbekannt (EP 02 76 544), bei der der Tiegel aus faßdaubenförmigen Metallstä ben gebildet ist, die jeweils vertikal verlaufende Sack lochbohrungen aufweisen, in die dünnwandige Rohrleitungen einmünden, über die Kühlwasser in die Sacklochbohrungen eingespeist wird. Die Metallstäbe, die enge, sich vertikal erstreckende Spalte zwischen zwei jeweils benachbarten Stäben bilden, sind über eine Bodenplatte einstückig mit einander verbunden, unter der auch die Kühlmittelzufluß leitungen zu den dünnwandigen Rohrleitungen angeordnet sind.

Die bekannten Schmelzenbehälter haben insbesondere den Nachteil, daß ein großer Teil der für den Schmelzvorgang notwendigen elektrischen Energie schon im Tiegel verloren geht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schmelzenbehälter zu schaffen, der den Nachteil der bekannten Tiegel nicht aufweist und darüber hinaus geeig net ist, hochreine Schmelzen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ringkammer von einem Kühlmittel durchströmt und der Schmelzenbehälter aus dem zu schmelzenden Material gebil det ist.

Vorzugsweise ist der Schmelzenbehälter topfförmig, aus reinem Metall oder einer hochreinen Metallegierung und einstückig ausgebildet.

Mit Vorteil bildet das die Schmelzenbehälter-Außenwand einhüllende Gehäuse mit dem Bodenteil des topfförmigen Schmelzenbehälters eine vom Kühlmittel durchströmte, etwa kreiszylindrische, flache Kühlkammer.

Zweckmäßigerweise weist der etwa topfförmige Schmelzen behälter an seinem oberen, umlaufenden Rand sich radial nach außen zu erstreckende Arme oder einen flanschartigen Wulst oder ein Randteil auf, mit dem er auf dem oberen Rand des äußeren Gehäuses aufliegt oder abgestützt ist, wobei das äußere Gehäuse ebenfalls topfförmig ausgebildet und das Bodenteil des Gehäuses im Abstand zum Bodenteil des Schmelzenbehälter gehalten ist.

Um eine sichere Kühlung des Schmelzenbehälters und der Induktionsspule zu ermöglichen, ist die Induktionsspule in einem bestimmten Abstand zum Schmelzenbehälter mittels eines Halterahmens fixiert, der sich seinerseits an der Grundplatte und/oder dem Gehäuseflansch abstützt und die Induktionsspule an einer Berührung mit dem Schmelzenbehäl ter oder dem Gehäuse hindert.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglich keiten zu; eine davon ist in der anhängenden Zeichnung beispielhaft näher dargestellt, die einen Schmelzenbehäl ter im Längsschnitt, und zwar rein schematisch, zeigt.

Der Schmelzenbehälter 3 weist eine etwa topfförmige Form auf und ist aus dem Material gefertigt, das auch in ihm geschmolzen werden soll, also beispielsweise aus reinem Titan für den Fall des Aufschmelzens einer reinen Titan- Beschickung. Der obere, umlaufende Rand 4 des Schmelzen behälters 3 ist mit einem flanschförmigen Randteile 5 ver sehen, mit dem dieser auf der oberen Kante bzw. auf dem Flansch 16 eines kreiszylindrischen Gehäuseteils 6 auf liegt. Das Gehäuseteil 6 seinerseits stützt sich auf einer Grundplatte 7 ab und ist mit dieser fest verbunden, bei spielsweise verschweißt. Die Höhe des Gehäuseteils 6 ist dabei so gewählt, daß das Bodenteil 8 des Schmelzenbehäl ters 3 mit Abstand zur Grundplatte 7 gehalten ist, wodurch eine die Seitenwand 9 und das Bodenteil 8 mit Abstand um hüllende Kammer 10, 10′ gebildet ist.

Im kreiszylindrischen Teil 10 der Kammer 10, 10′ ist die Induktionsspule 11 untergebracht und ist dort von einem besonderen Halterahmen 12, 12′ abgestützt. Der Schmelzen behälter 3 und das in diesen eingefüllte Gut erfüllt während des Schmelzvorgangs in bekannter Weise bei der Übertragung der Leistung nach dem Transformatorprinzip die Funktion einer kurzgeschlossenen Sekundärwicklung.

Während des Aufschmelzens des Guts wird ständig Kühlmittel vom Anschlußstutzen 14 durch die Kammer 10, 10′ zum Aus laßstutzen 15 gepumpt. Damit wird einerseits die Induk tionsspule 11 gekühlt, andererseits die Wandung des Schmelzenbehälters 3 vor Überhitzen geschützt und so die mechanische Stabilität des Schmelzenbehälters 3 gewähr leistet. Unterstützt wird dies noch durch entsprechende Wahl der Betriebsfrequenz. Im Bereich der Behälterwand 3 entsteht bei der beschriebenen Vorrichtung infolge der Überlagerung von induktivem Aufheizen und gleichzeitigem intensiven Kühlen eine feste Behälterwandstärke, in der die Temperatur vom Schmelzpunkt im Inneren des Schmelzen behälters 3 auf die Temperatur der gekühlten Behälterwand abfällt. Entscheidend hierbei ist, daß eine Verunreinigung der Schmelze nicht stattfinden kann, da der Schmelzenbe hälter 3 selbst aus hochreinem Material bzw. der gleichen Legierung des Schmelzenguts gefertigt ist. Je nach zu erschmelzendem Material kann die komplette Vorrichtung an Atmosphäre oder bei entsprechender Auslegung unter Vakuum betrieben werden.

Auflistung der Einzelteile

3 Schmelzenbehälter
4 oberer Rand
5 flanschförmiges Randteil
6 kreiszylindrisches Gehäuseteil
7 Grundplatte des Gehäuses
8 Bodenteil des Schmelzenbehälters
9 Seitenwand des Schmelzenbehälters
9′ Bodenwand des Schmelzenbehälters
10, 10′ Kammer, Kühlkammer
11 Induktionsspule
12, 12′ Halterahmen
13 Schmelze, Gut
14 Anschlußstutzen
15 Auslaßstutzen
16 Gehäuseflansch

Claims

1. Direkt beheizbarer Schmelzenbehälter (3) für Induk tionsschmelzöfen, insbesondere zum Schmelzen schwer schmelzbarer und hochreiner Metalle, mit einer den Schmelzenbehälter (3) umschlingenden Induktionsspule (11) und einem Induktionsspule (11) und Schmelzbehäl ter (3) zumindest teilweise einhüllenden und mit der Schmelzenbehälteraußenwand (9, 9′) eine geschlossene Ringkammer (10, 10′) bildenden Gehäuse (6, 7, 16), dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (10, 10′) von einem Kühlmittel durchströmt und der Schmelzenbe hälter (3) aus dem zu schmelzenden Material gebildet ist.

2. Schmelzenbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schmelzenbehälter (3) topfförmig, aus reinem Metall oder einer hochreinen Metallegie rung und einstückig ausgebildet ist.

3. Schmelzenbehälter nach den Ansprüchen 1 und 2, da durch gekennzeichnet, daß das die Schmelzenbehälter außenwand (9, 9′) einhüllende Gehäuse (6, 7, 16) mit dem Bodenteil (8) des topfförmigen Schmelzenbehälters (3) eine vom Kühlmittel durchströmte, etwa kreis zylindrische, flache Kühlkammer (10′) bildet.

4. Schmelzenbehälter nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der etwa topfförmige Schmelzenbehälter (3) an seinem oberen umlaufenden Rand (4) sich radial nach außen zu erstreckende Arme oder einen flanschartigen Wulst (5) oder ein Randteil aufweist, mit dem er auf dem oberen Rand (16) des äußeren Gehäuses (6) aufliegt oder ab gestützt ist, wobei das äußere Gehäuse (6) ebenfalls etwa topfförmig ausgebildet und das Bodenteil oder die Grundplatte (7) des Gehäuses (6) im Abstand zum Bodenteil (8) des Schmelzenbehälters (3) gehalten ist.

5. Schmelzenbehälter nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (11) von einem Halterahmen (12, 12′) fixiert ist, der sich seinerseits an der Grund platte (7) und/oder dem Gehäuseflansch (16) abstützt.