DE4020098A1 - Verfahren zum vermindern der verunreinigung von schmelzen hoher temperatur sowie vorrichtung zum schmelzverarbeiten von metallen mit hohen schmelzpunkten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Schmelzverarbeitung hochschmelzender Metalle. Mehr im besonderen bezieht sie sich auf Verfahren, mit denen die Verunreinigung von Schmelzen hoher Temperatur vermindert und/oder vermieden werden kann.

Es ist bekannt, daß beim Verarbeiten von Schmelzen gerin­ gerer Temperatur die Verunreinigung durch atmosphärische Oxidation oder durch Verunreinigungen, die vom Schmelz­ tiegel oder mittels Staubteilchen in die Schmelze einge­ führt werden, gering ist. Die üblichen Verfahren und Praktiken gestatten das Schmelzen und Gießen, ohne daß in solchen Metallen akzeptable Verunreinigungsmengen überschritten werden. Metalle, wie Blei, Zink, Zinn, Wismut sowie Legierungen, wie Messing, Bronze und ähnliche, wurden üblicherweise erfolgreich vermittels der Schmelze verarbeitet, ohne daß das feste Produkt durch Einführung zu vieler Verunreinigungen aufgrund der Verarbeitung be­ einträchtigt wurde. Solche Metalle werden bei tieferen Schmelztemperaturen in der Größenordnung von 100 bis wenigen Hundert Grad erschmolzen. Wärme kann solchen Schmel­ zen durch die Tiegel, in denen sie sich befinden, zugeführt werden, und ein solches Erhitzen erzeugt sehr wenig optisch verdunkelndes dampfförmiges oder teilchenförmiges Material.

Für Metalle, die bei höheren Temperaturen und insbeson­ dere oberhalb von etwa 1000°C schmelzen, sind die Tech­ niken, die beim Schmelzen und beim Freihalten der Schmelze von Verunreinigung, sei es aus der Atmosphäre oder von Verunreinigungen, angewandt werden, von anderer Art.

Zuerst sind die Mittel zum Schmelzen der Metalle, die bei sehr viel höheren Temperaturen schmelzen, anders und sie können im Fall hochreaktiver Metalle, wie Titan, den Ge­ brauch einer Plasmaflamme oder eines Elektronenstrahles oder eine ähnliche Schmelztechnik einschließen. Die An­ wendung von Wärme solcher Quellen auf das Metall erfolgt direkt auf die Schmelzoberfläche statt durch eine Tie­ gelwand. Darüber hinaus muß wegen der hohen Reaktivität von Metallen, wie Titan, das Metall vor der üblichen Sauerstoff und Stickstoff enthaltenden Atmosphäre ge­ schützt werden. Da Metall, wie Titan, darüber hinaus stark mit jeglichem Tiegelmaterial reagiert, wird das Metall in einem kalten schädelförmigem Tiegel erschmol­ zen, bei dem eine Schicht aus festem Titan als Tiegel für das flüssige oder geschmolzene Titan dient. Wegen dieser besonderen Umstände und wegen der Natur des dampfförmigen, tröpfchenförmigen und teilchenförmigen Materials, das beim Schmelzen von hochschmelzenden Metallmaterial erzeugt wird, ergeben sich spezielle Probleme.

Ein solches Problem schließt die Abscheidung dampfför­ migen und teilchenförmigen Materials auf den inneren Ober­ flächen von Umhüllungen ein, die vorgesehen sind, das geschmolzene Metall vor dem Kontakt mit üblichen Atmo­ sphären zu schützen. Der Grad der Verdampfung und der Bildung von teilchenförmigem Material ist für hoch­ schmelzende Materialien recht hoch, zumindest teilweise wegen der Art, in der die Wärme beim Schmelzen zuge­ führt wird. Diese Wärme stammt von Quellen hoher Tempe­ ratur und wird mit einer hohen Intensität einer Metall- oder Schmelzoberfläche zugeführt. Wärme eines Plasma­ brenners wird zum Beispiel bei Temperaturen von mehr als 10 000°C zugeführt. Es wurde festgestellt, daß eine beträchtliche Menge an dampfförmigem und teilchenförmigem Material durch Plasmaflammen erzeugt wird, die nach unten auf das Oberteil einer Schmelze in einem kalten Herdtiegel gerichtet sind. Auch beim Erhitzen mittels Elektronen­ strahl findet ein beträchtliches Spritzen, Spratzen und Verteilen des festen und flüssigen Materials zu dem Grade statt, daß sich auf den inneren Oberflächen des umhül­ lenden Gefäßes eine Abscheidung des verdampften und/oder teilchenförmigen Materials bildet.

Bei fortgesetztem Gebrauch des Gefäßes neigt das an der Oberfläche abgeschiedene Material zum Abspalten oder Abtropfen in einer Weise, die die Verunreinigung der Schmelze gestattet. Wird ein Tank oder Gefäß beim Schmel­ zen oder Schmelzverarbeiten einer Anzahl verschiedener Legierungen benutzt, dann besteht die Gefahr, daß eine während der Verarbeitung einer Legierung gebildete Ab­ scheidung in die Schmelze einer anderen Legierung ge­ langt, was zu einer Verunreinigung der später verarbei­ teten Legierung führt.

Es werden Anstrengungen unternommen, eine solche Ver­ unreinigung zu vermeiden, und diese können das Reinigen des Ofeninneren zwischen den einzelnen Verarbeitungs­ läufen einschließen. Ein anderes Problem tritt jedoch während einer einzigen Verarbeitung auf und kann durch Reinigen zwischen zwei Verarbeitungen nicht beseitigt werden. Dieses Problem besteht darin, daß das Kondensat auf dem Inneren eines Gefäßes eine höhere Konzentration der flüchtigeren Elemente aufweist, wie Aluminium, als die Schmelze, aus der der Dampf stammt. Der Aluminium­ gehalt einer Titanlegierung mit 6% Aluminium kann an­ fänglich bis zu 50% betragen. Bildet sich ein Aluminium­ kondensat während einer einzelnen Verarbeitung und tropft unmittelbar vor dem Gießen in die Schmelze, dann können beträchtliche Eigenschaftsunterschiede im Gieß­ körper auftreten.

Eine andere Art der Verarbeitung von Metallen mit hohen Schmelztemperaturen, ist die Plasmaabscheidung unter rascher Erstarrung. Bei diesem Verfahren werden Teilchen des zu schmelzenden Metalles mittels eines Trägergases durch eine Plasmaflamme geführt. Die Erzeugung fein­ teiliger Festkörper und von Metalldämpfen während des Plasmaspritzens eines Pulvers aus einer Schmelzphase ist ähnlich dem, was während des oben beschriebenen Schmelzens hochschmelzender Metalle auftritt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das die Verunreinigung von Schmel­ zen, die in Schmelzvorrichtungen für hohe Temperatur ver­ arbeitet werden, begrenzt. Weiter soll eine Vorrichtung geschaffen werden, die es gestattet, das Maß der Ver­ unreinigung zu begrenzen bzw. zu vermindern.

Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines Verfahrens zur Schmelz- und/oder Plasma-Verarbeitung von Schmelzen hoher Temperatur, wie Superlegierungen auf Nickelbasis, bei verminderter Verunreinigung. Und schließlich soll ein Verfahren zur Schmelzverarbeitung sehr reaktiver Metalle, wie Titanlegierungen, mit verringerter Verun­ reinigung aufgrund der Verarbeitung geschaffen werden.

In einem seiner weiteren Aspekte werden die der Erfin­ dung zugrunde liegenden Aufgaben gelöst durch Schaffen einer Ofenhülle, in der das Erhitzen eines Metalles mit einer sehr hohen Rate und auf eine sehr hohe Temperatur erfolgt. Die Anwendung der Wärme auf das Metall erfolgt vorzugsweise an der oberen Oberfläche der Schmelze mittels einer Wärmequelle hoher Intensität, wie einem Plasmabrenner oder einem Elektronenstrahl oder einer ähnlichen Quelle hoher Intensität. Eine Schmelze kann in einer Hülle des gleichen Metalles enthalten sein, um ihre Verunreinigung durch Reaktion mit einem Behäl­ ter zu vermeiden. Die sehr intensive Anwendung von Wärme tritt während des Plasmaerhitzens an einer Teil­ chenoberfläche eines Teilchenstromes auf, wie dieser während der Schmelzverarbeitung der Teilchen bei Bil­ dung einer Metallabscheidung auf einer aufnehmenden Oberfläche durch Plasmaspritzen auftritt. Das Erhitzen mit hoher Intensität verursacht einen wolkenartigen Nebel aus dampfförmigem und/oder teilchenförmigem Material innerhalb der Ofenkammer. Ein solches Material bildet sich durch Anwendung des hochintensiven Erhitzens in einer Heizzone an der Oberfläche des Metalles. Um die Teilchenwolke und die Oberflächenabscheidung auf den Wandungen der Umhüllung zu vermindern, wird mindestens eine Metalloberfläche benachbart der Heizzone innerhalb der Kammer geschaffen. Mindestens eine elektrische Ladung wird auf die Metalloberflächen aufgebracht, um die Bildung eines elektrischen Feldes innerhalb der Zone zu verursachen. Dieses elektrische Feld verursacht die Ab­ scheidung von dampfförmigem und/oder teilchenförmigem Material aus der Heizzone auf der geladenen Oberfläche und vermindert so die Abscheidung solchen Materials auf Teilen der Umhüllung. Diese Verminderung der Abschei­ dung erfolgt an Oberflächen, von denen die Abscheidungen unter Verunreinigung der Schmelze oder unter Verunreini­ gung einer mittels Plasma abgeschiedenen Metallschmelze­ schicht fallen könnten.

Unter dampfförmig wird in der vorliegenden Anmeldung ein Material verstanden, das die erhitzte Metalloberfläche als Dampf verläßt. Es wird jedoch erkannt, daß ein sol­ ches Material beim Verlassen der Heizzone hoher Inten­ sität, in dem es gebildet wird, rasch Tröpfchen bildet. Es wird auch erkannt, daß solche Tröpfchen rasch zu Teilchen erstarren, wenn sie in eine Zone eintreten, in der die Umgebungstemperatur unterhalb ihres Schmelz­ punktes liegt.

Andererseits kann sich Material, das dampfförmig bleibt, auf den Wandungen des umhüllenden Gefäßes kondensieren.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine schematische Ansicht einer Umhüllung, wie eines Ofens, wiedergibt, innerhalb der das Oberflächenerhitzen eines Metalles mit hoher Intensität ausgeführt werden kann.

Es wurde festgestellt, daß bei kontinuierlichem Betreiben eines Ofens zum Plasmalichtbogenschmelzen (PAM) oder zum Elektronenstrahlschmelzen (EBM) oder bei der Plasmaab­ scheidung unter rascher Erstarrung (RSPD) sich teilchen­ förmiges Material, das während solcher Verfahren erzeugt wird, auf den inneren Oberflächen der Umhüllung abschei­ det. Diese Abscheidungen erfolgen im wesentlichen auf allen inneren Oberflächen der Umhüllung einschließlich der inneren Oberflächen, die oberhalb von durch Plasma­ abscheidung gebildeten Oberflächenschichten oder ober­ halb geschmolzenen Metallbädern angeordnet sind. Mit der Zeit werden die Abscheidungen dick genug, um abzu­ brechen und in das Metallbad zu tropfen. Einige dieser Abscheidungen sind reich an Sauerstoff. Andere enthalten andere Konzentrationen an Ingredenzien als die Schmelze.

Das feinverteilte Material, das durch Plasmalichtbogen­ schmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen gebildet wird, absorbiert Sauerstoff leicht oder reagiert damit, und die oxidhaltige Abscheidung ist, wenn überhaupt, selten identisch hinsichtlich der Zusammensetzung mit der Zusammensetzung der fertigen Legierung oder der herzustellenden Abscheidung und stellt in diesem Sinn einen unerwünschten und potentiell nachteiligen Zusatz zum Legierungsbad oder zu einer Ober­ fläche dar, an der eine Plasmaabscheidung unter rascher Erstarrung vorgenommen werden soll. Es wurden Anstrengungen unternommen, eine solche "Rückfall"-Verunreinigung zu ver­ mindern oder zu beseitigen.

In einer Reihe von PAM-Öfen beseitigt ein konstanter Gasstrom einen Teil des gebildeten teilchenförmigen Materials, doch müßte ein solcher Gasstrom um das Mehr­ fache verstärkt werden, um solche Abscheidungen zu be­ seitigen. Beim EBM-Verarbeiten wurde ein Fangrechen bzw. Rost über der Schmelze angeordnet, um teilchen­ förmiges Material abzufangen und eine verläßlichere Bindung des abgeschiedenen teilchenförmigen Materials an den Oberflächen über dem Schmelzbad sicherzustellen. Die Idee ist, daß wenn sich das teilchenförmige Material stärker an der Rostoberfläche festsetzt, da es eine größere Sammeloberfläche hat, es eine verminderte Chance gibt, daß sich das festgesetzte Material löst und in das Schmelzbad fällt. Diese passiven Techniken, wie ein Rost über dem Schmelzbad oder große reinigende Gasvolu­ mina, hatten begrenzten Erfolg bei der Verarbeitung und in den für diese Techniken benötigten Vorrichtungen.

Beim RSPD-Verarbeiten besteht die Gefahr, daß sich die Oberflächenabscheidungen vom Inneren der Umhüllung lösen und auf die aufnehmende Oberfläche fallen und in der RSPD-Oberflächenabscheidung eingebettet werden, so daß sie einen Einschluß oder Fehler in der Oberflächenstruktur oder Legierungszusammensetzung erzeugen.

Auf der Grundlage ausgeführter experimenteller Arbeiten wird es für möglich gehalten, die Bildung teilchenför­ miger Abscheidungen auf den Wandungen eines Ofens, in dem RSPD, PAM und/oder EBM bei der Schmelzverarbeitung hochschmelzender Metalle ausgeführt werden, beträchtlich zu vermindern oder potentiell zu vermeiden. Diese Ver­ minderung in der Abscheidung von dampfförmigem und teil­ chenförmigem Material auf Oberflächen einer Umhüllung, von denen eine solche Abscheidung auf und/oder in die Plasmaabscheidung oder Schmelze fallen kann und diese verunreinigen, wird ermöglicht durch Anordnen mindestens einer Elektrode in der Umhüllung an einer Position, die wirksam ist beim Anziehen eines großen Bruchteils des teilchenförmigen Materials in der zum Verarbeiten be­ nutzten Umhüllung.

Es wurde festgestellt, daß das teilchenförmige Material in der Ofenkammer geladen wird. Die Existenz der Ladung ergab sich aus der Tatsache, daß das teilchenförmige Material von einer entgegengesetzt geladenen Platte an­ gezogen wird. Es ist daher möglich, die Abscheidung des teilchenförmigen Materials zu beeinflussen, indem man ein elektrisches Feld innerhalb der Kammer induziert, um anziehende und/oder abstoßende Kräfte auf das teil­ chenförmige Material auszuüben.

Bei den Experimenten wurde festgestellt, daß das teil­ chenförmige Material in den Verarbeitungsöfen sehr fein ist und daß diese feinen Teilchen zu einem großen Teil eine Ladung tragen. Bei den Versuchen wurde festgestellt, daß in gewissen Verarbeitungsvorrichtungen das teilchen­ förmige Material fast ausschließlich negativ geladen ist und die Anwendung wird als negativ geladenes teil­ chenförmiges Material beschrieben. Die Hauptfeststellung besteht jedoch darin, daß die Teilchen vorherrschend eine einzige Ladung haben, und daß man das teilchen­ förmige Material wirksam behandeln kann, weil es nur eine einzige Ladung trägt. Die Teilchengröße des teil­ chenförmigen Materials ist zu einem großen Grad geringer als 1 µm. Auf der Grundlage der Kombination von Teilchen­ größe und Ladung, die von den Teilchen getragen werden, wurde ein merklicher Anteil der Teilchen an einer ge­ ladenen Platte festgehalten. Es ist nicht bekannt, daß bereits Anstrengungen unternommen wurden, teilchenför­ miges Material aus der Verarbeitungsatmosphäre von Vor­ richtungen zum RSPD, EBM oder PAM durch aktive Abschei­ dung zu beseitigen, obwohl PAM, RSPD und EBM seit vielen Jahren benutzt werden.

Um die Teilchenabscheidung und -entfernung zu bewerk­ stelligen oder zu beeinflussen, muß mindestens eine leitende Oberfläche innerhalb der Ofenumhüllung nahe der Heizzone angeordnet sein, in der die Wärme auf die zu schmelzende Probe angewandt wird. Mindestens eine solche leitende Oberfläche wird so angeordnet, obwohl auch mehr als eine benutzt werden können. Die leitende Oberfläche wird mit einer relativ hohen Spannung im Bereich von 10 bis 30 kV in einer Experimentalvorrichtung geladen, und es wird eine Leistungszuführung zur Lieferung relativ geringer Ströme in der Größenordnung von mA zur leitenden Oberfläche benutzt. Die Ladung der leitenden Oberfläche ist der der Teilchen entgegengesetzt. Je höher die angewandte Spannung, um so höher ist die Sammelrate für die Teilchen, doch sollte die Spannung nicht so hoch sein, daß sie unerwünschte Neben­ wirkungen zeigt, wie eine Lichtbogenbildung oder ähn­ liches. Eine solche Lichtbogenbildung oder ein Durch­ bruch ist eine Funktion der Art der Atmosphäre, des Druckes, der Temperatur und anderer Faktoren, wie der Teilchendichte, des Teilchenbandes und anderer ähnlicher Faktoren. Bei der Benutzung magnetischer oder elektri­ scher Felder in Verbindung mit einem Elektronenstrahl­ erhitzen ist Sorgfalt zu beachten, um ein Wegdirigieren des Strahles vom beabsichtigten Ziel zu vermeiden.

Es wurde festgestellt, daß eine negativ geladene lei­ tende Oberfläche, wie die Oberfläche einer Platte, bei den Versuchen sehr sauber blieb. Ein beträchtlicher Anteil der in der Umhüllung befindlichen Teilchen schien sich jedoch auf einer positiv geladenen Platte abzuscheiden. Obwohl diese Abscheidung nicht direkt zu einer Abnahme der Teilchenwolke in der Kammer führte, wird angenommen, daß eine solche Abnahme zumindest teilweise das erzielbare Ergebnis ist.

Durch den Einsatz mindestens einer dieser geladenen Oberflächen oder geladenen Platten war es möglich, die Abscheidung des teilchenförmigen Materials auf den inneren Oberflächen zu begrenzen und zu vermindern, was nicht direkt beobachtet werden konnte, was sich jedoch aus den gemachten Beobachtungen ergibt. Auf der Grundlage der Abscheidung negativ geladener Teilchen auf der positiv geladenen Platte ergab sich die Schlußfol­ gerung, daß mit einem Kragen solcher Platten, der sich um die exponierte Schmelzoberfläche herum erstreckt, das Auftreten von Abscheidungen, die sich unter Verun­ reinigung der Schmelze oder der RSPD-Abscheidung von den Kammeroberflächen lösen und in die Schmelze fallen, wirksam vermindert werden kann.

In der vorliegenden Anmeldung bezieht sich Ofenumhüllung auf eine Umhüllung, in der ein Erhitzen von Metallproben mit großer Intensität stattfindet. Das Erhitzen mit großer Intensität kann durch PAM, EBM, RSPD oder irgend­ ein anderes Verfahren erfolgen, mit dem Hitze hoher Temperatur rasch einer Metalloberfläche zugeführt wird, sei sie flüssig, fest oder teilchenförmig.

Ein Erhitzen hoher Intensität mittels einer Plasmaflamme erfolgt, weil die Plasmaflamme eine Hochtemperatur­ ionisation von Gas einschließt und die Betriebstemperatur eines Plasmas üblicherweise über 10 000°C beträgt, und der Kontakt einer solchen Flamme mit einer Metallprobe dieser Metallprobe Wärme hoher Temperatur und mit einer hohen Geschwindigkeit zuführt. Die gleiche hohe Heizrate tritt auf, wenn das Erhitzen durch einen übertragenen Bogen erfolgt.

Das Verfahren, nach dem die Erfindung ausgeführt wird, kann unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben werden. Diese Zeichnung gibt schematisch die Beziehung der ver­ schiedenen Teile einer Vorrichtung wieder, die die Ein­ zelheiten der mechanischen Abstützung der verschiedenen mechanischen Teile nicht zeigt, da sie dem Fachmann ohne weiteres klar sind und sie nicht wesentlich für die Aus­ führung der Erfindung sind.

In der einzigen Figur enthält eine Umhüllung 10 eine Vor­ richtung zum Erhitzen einer Metallprobe mit hoher Inten­ sität. Das zu erhitzende Metall 12 ist in einem Herd 14 enthalten. Der Herd besteht aus einem Kupfertiegel 16 mit Kühlrohren 18, die im Boden 20 eingebettet und um die Seiten 16 des Tiegels angeordnet sind, um den Kupfer­ körper des Herdes 14 zu kühlen. Das Kühlen führt zur Bildung eines Herdrestes 22, der die Schmelze 12 umgibt und so die Verunreinigung der Schmelze durch Material des Herdes vermeidet. Der Herd 14 wird von einem Rahmen 24 getragen, der durch den Draht 26 geerdet ist. Der Herd 14 selbst ist durch den Draht 28 geerdet.

Wärme wird mittels eines Plasmabrenners 30 zugeführt, der oberhalb der Schmelze angeordnet ist, um die Wärme des Brenners auf die obere Oberfläche der Schmelze 12 zu richten. Die Strom- und Gaszuführung zum Brenner 30 sind nicht dargestellt, da sie für die vorliegende Er­ findung nicht wesentlich sind.

Nach dem Zünden hat der Brenner einen Lichtbogen, der sich zwischen Elementen im Brenner erstreckt. Die Bren­ nerflamme erstreckt sich aufgrund der Gasströmung durch den Bogen von diesem weg. Nach dem Zünden kann sich der Lichtbogen jedoch aufgrund eines Übertragungsbogen-Betriebs von der Kathode des Brenners zur Oberfläche der Schmelze erstrecken, um das Erhitzen der oberen Oberfläche des Metalls mit hoher Intensität fortzusetzen. Dieses Erhitzen mit hoher Intensität erfolgt, weil die Temperatur des Plasmas vom Brenner 10 000°C oder mehr beträgt, so daß wegen der sehr hohen Temperatur, mit der diese Wärme der Schmelzoberfläche zugeführt wird, ein sehr intensives Erhitzen der Oberfläche der Schmelze erfolgt. Dabei werden Dampf und teilchenförmiges Material sehr geringer Teilchengröße gebildet. Eine ähnliche Erzeugung von Dämpfen und teilchenförmigem Material be­ gleitet andere Formen des Erhitzens mit hoher Intensität, wie das Erhitzen mittels Elektronenstrahl oder anderer Einrichtungen. Die gleiche Art von Dämpfen und teilchen­ förmigem Material wird erzeugt, wenn ein Plasmalichtbogen zum Abscheiden von Teilchen eines Materials durch Plasma­ spritzen benutzt wird, das durch die Plasmaflamme auf eine aufnehmende Oberfläche übertragen wird. Bei jeder dieser Schmelzverarbeitungsoperationen, die die Anwen­ dung einer Wärme hoher Intensität auf eine Metallober­ fläche einschließen, gibt es eine begleitende Erzeugung von Dämpfen und teilchenförmigem Material, für die die vorliegende Erfindung einige Vorteile bietet.

Um die Konzentration des teilchenförmigen und dampf­ förmigen Materials, das aus dem Herd austritt, zu ver­ mindern, kann mindestens eine leitende Metalloberfläche, wie die Oberfläche 32 der Elektrode 34, bereitgestellt werden. Die leitende Oberfläche kann mit einer positiven Ladung von der Leistungszufuhr 36 durch den elektrischen Leiter 38 geladen werden, wenn die Ladung auf den Teil­ chen als negativ festgestellt wird. Ist die Teilchen­ ladung positiv, dann kann die Elektrode 34 negativ ge­ laden werden, um die Teilchenabscheidung auf der Elek­ trode zu bewirken. Der Leiter ist von der Wand der Um­ hüllung 10 durch einen Isolator 40 isoliert. Durch An­ legen einer Spannung von 5 bis 30 kV an die Platte 34 ist es möglich, die Abscheidung des teilchenförmigen Materials aus dem Herd 14 auf der Oberfläche der Platte zu induzieren. Die obere Grenze dieser Spannung, die an eine Elektrode angelegt wird, ist durch die Möglich­ keiten der Vorrichtung bestimmt. Die in der vorliegenden Anmeldung benutzte experimentelle Vorrichtung konnte 30 kV handhaben. Eine industrielle Vorrichtung könnte vorteilhaft höhere Spannungen von 50 oder 80 kV oder mehr benutzen.

Eine Art, in der die Abscheidung teilchenförmigen Mate­ rials auf der leitenden Oberfläche untersucht werden kann, besteht darin, eine Folie 42 auf der leitenden Oberfläche der Platte 34 anzuordnen, die als Sammel­ oberfläche für die teilchenförmige Abscheidung dient. Nachdem sich eine Abscheidung angesammelt hat, kann die Folie 42 von der Platte 34 weggenommen und auf die Ab­ scheidung untersucht werden, die sich darauf befindet. Auf diese Weise wurde in der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß eine beträchtliche Abscheidung von teil­ chenförmigem Material auf der Folie 42 erfolgt, wenn der Platte 34 von der Leistungsquelle 36 eine Ladung mit positiver Spannung gegeben worden ist. Durch eine ähnliche Untersuchung der Platte 44 und insbesondere einer Folie 46 auf der Platte 44 wurde festgestellt, daß im wesentlichen keine Teilchenabscheidung auf der Platte 44 auftritt, wenn die Ladung der Platte 44 negativ ist, während die Ladung auf der Platte 34 positiv ist. Die Ladung auf der Platte 44 stammt von der Leistungsquelle 36 durch den Leiter 48. Der Leiter 48 ist von der Wand der Umhüllung 10 durch den Isolator 50 isoliert. Die aus Ziegeln bestehende Stütze 52 hält die Platte 32 isolierend an Ort und Stelle und die Ziegelstütze 54 hält die Platte 44 isolierend an Ort und Stelle.

Aus den ausgeführten Experimenten wurde der Schluß ge­ zogen, daß es möglich ist, eine beträchtliche Menge des teilchenförmigen Materials zu sammeln, das beim Er­ hitzen einer Metallprobe mit hoher Intensität in einem Ofen erzeugt wird, wie oben beschrieben, wobei die ent­ sprechende Vorrichtung eine leitende Oberfläche, wie die Oberfläche 32 einschließt, die in der Nähe des Herdes 14 angeordnet ist, um der Heizzone des Herdes ein elek­ trisches Feld aufzuprägen. Die Bildung dampfförmigen und teilchenförmigen Materials während des Erhitzens mit hoher Intensität in einem Ofen ist augenscheinlich ein unvermeidbares Ergebnis der Ofenbehandlung mit Hitze großer Intensität. Die experimentellen Beobachtungen gestatten jedoch den Schluß, daß es möglich ist, eine beträchtliche Menge des teilchenförmigen Materials eines solchen Ofenbetriebes auf einer positiv oder in anderer Weise entgegengesetzt geladenen leitenden Oberfläche zu sammeln, wobei diese Oberfläche ein Element eines elek­ trischen Feldes ist, das der Heizzone des Ofens aufge­ prägt wird.

Da Ofen und Ofenträger geerdet sind, ist es möglich, eine geladene Platte oder eine leitende Oberfläche zu haben, die einer Heizzone ein elektrisches Feld aufprägt, ohne daß man eine zweite leitende Platte braucht. Eine solche Anordnung ist in der Figur veranschaulicht, in der nur eine einzige Platte 32 vorgesehen und eine zweite Platte, wie die Platte 44, nicht erforderlich ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform und Anordnung des elek­ trischen Feldes ist eines, bei dem sich eine einzige positiv geladene Platte in Form eines positiv geladenen Kragens vollständig um den Herd 14 erstreckt. Eine solche Anordnung wäre zum Beispiel vorhanden, wenn man die Platte 34 und die Platte 44 als Schnittansicht eines geladenen Kragens betrachtet, der sich ganz um den Herd 14 herum erstreckt.

Claims (14)

1. Verfahren zum Vermindern der Verunreinigung von Schmelzen, die durch Wärmequellen hoher Intensität er­ schmolzen werden, umfassend:
Schaffen einer Umhüllung, in der ein solches Schmelzen ausgeführt werden soll,
Schaffen einer inerten Atmosphäre oder eines Vakuums in der Umhüllung,
Anwenden von Wärme hoher Intensität auf ein Metall in einer Schmelzzone innerhalb der Umhüllung,
Schaffen mindestens einer Metalloberfläche in der Umhüllung benachbart der Heizzone und
Aufbringen einer Ladung auf die mindestens eine Metalloberfläche zur Schaffung eines elektrischen Feldes in der genannten Zone, um das Sammeln eines merklichen Teiles des teilchenförmigen und dampfförmigen Materials zu induzieren, das aus der Heizzone austritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Umhüllung eine Ofenhülle ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Metalloberfläche positiv geladen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Metalloberfläche die Oberfläche einer Metallplatte ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem es mehr als eine Metalloberfläche in der Umhüllung gibt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem es mehr als eine Metalloberfläche in der Umhüllung und Metalloberflächen bei verschiedenen Spannungen gibt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem es zwei Metalloberflächen in der Um­ hüllung gibt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem es zwei Metalloberflächen in der Um­ hüllung gibt, die entgegengesetzt geladen sind.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem es zwei Metalloberflächen in der Um­ hüllung gibt und zwischen den beiden Metalloberflächen ein Ladungsunterschied von 5 bis 80 kV geschaffen wird.

10. Vorrichtung zum Schmelzverarbeiten von Metallen mit hohen Schmelzpunkten, umfassend:
eine Umhüllung, die das genannte Metall enthält sowie eine Einrichtung zum Anwenden von Wärme hoher Temperatur auf die Oberfläche des genannten Metalles mit einer hohen Rate, wodurch dampfförmiges und teilchen­ förmiges Material erzeugt wird,
mindestens eine Metalloberfläche in dem Behälter befindet sich nahe der Oberfläche, wo Wärme hoher Inten­ sität auf die Metalloberfläche angewandt wird, und
eine Einrichtung zum Aufbringen einer Ladung auf die Metalloberfläche, um die Abscheidung teilchen­ förmigen Materials auf der geladenen Metalloberfläche zu bewirken.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der es mehr als eine geladene Metallober­ fläche in der Umhüllung gibt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Metalloberfläche die Oberfläche einer Metallplatte ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Ladung auf der Metalloberfläche zwischen 10 und 30 kV liegt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der eine Ladung zwischen 5 und 80 kV auf eine Metallplatte aufgebracht wird, die eine Oberfläche nahe der Oberfläche hat, wo Wärme hoher Intensität auf die Metalloberfläche angewandt wird.