DE422004C - Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen, insbesondere von Leitern u. dgl. durch elektrische Induktionsstroeme - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich in erster Linie mi: einem. Schmelzverfahren, bei welchem das Schmelzgut durch induktive Ströme erhitzt und gleichzeitig durch elektrodynamische Wirkung frei schwebend erhalten wird. Hierbei können, nicht nur metallische Leiter, sondern auch Stoffe mit negativem Temperaturkoeffizienten (des spezifischen Widerstandes), wie z. B. C, CaO, SiO₂, MgO, ίο Al₂O₃ usw. geschmolzen werden, welche man eventuell auch durch eine äußere Wärmequelle, gegebenenfalls vorher auf entsprechende Temperatur und damit auf genügende Leitfähigkeit bringt. Ebenso können auch Nichtleiter geschmolzen werden, wenn sie durch beigemengte Leiter miterhitzt werden. Neben der reinen Schmelzung kann man durch Einschalten eines transversalen GleichstromfeMes bzw. Gleichstromlichtbogens auch di-2 Schmelzflußelektrolyse von Metallverbindungen bzw. die Raffination verunreinigter Metalle nach diesem Verfahren durchführen. Das Prinzip desselben, ist folgendes:

Wenn, man die Wicklung eines Elektromagneten M (Abb. 1) mit Wechselstrom beschickt und über den Magneten einen nicht ferromagnetischen. elektrischen Leiter K bringt, so werden in K sekundäre Ströme induziert; der sekundäre Strom vektor schließt mit dem primären eine Phasendifferenz ein, deren Tangente durch das Verhältnis: Differenz des induktiven und kapazitiven Widerstandes zum Olimschen Widerstände gekennzeichnet ist. Diese Phasendifferenz löst bekanntlich dem Werte ihres Sinus proportionale Krafnvirkungen zwischen dan primären und dem sekundären Stromkreise aus, und zwar resultiert Anziehung, wenn der sekundäre, Abstoßung, wenn der primäre Strom voreilt.

Bringt man als Sekundärkreis einen in sich geschlossenen, d.h. entweder homogenen oder gefristeten oder gesinterten bzw. sonstwie leitend gemachten metallischen bzw. unmetalli- ! sehen Körper ein, so wirkt er wie eine ein- ! windige Sekundärspule mit im Vergleich zum [ Ohmschcn höherem induktiven Widerstände. Es tritt also kräftige Abstoßung durch den Elektromagneten M und zugleich intensive Erhitzung von K durch die auf hohe Amperezahlen transformierten Sekundärströme auf.

Bringt man, wie in Abb. r, den Magneten M senkrecht unterhalb des Körpers K oder mehrere Magnette derart an, daß die resultierende Kraft der Schwere entgegengesetzt wirkt, so wirkt das Magnetsystem als Hubmagnet, d.h. man kann durch entsprechende Stromregelung im Primärkreise den Sekundärkreis K, jederzeit frei schwebend erhalten.

Nach diesem grundsätzlichen Verfahren ist es also möglich, einen als Schmelzgut eingebrachten Körper K induktiv (durch induzierte Sekundärströme) zu erhitzen bzw. zu schmelzen und ihn zugleich dabei durch elektrodynamische Wirkung (Hubmagnet) frei schwebend zu erhalten, ohne also auf eine wie immer geartete Unterlage (Futter) angewiesen zu sein.

Im allgemeinen ist die zulässige maximale Hubkraft gleich dem Eigengewicht des Schmelzgutes. Bei leichten Schmelzstücken (Leichtmetallen, leichten Metalloxyden u. dgl.) kann jedoch der Fall eintreten, daß die der geringen zulässigen Hubwirkung annähernd proportionale Wärmewirkung zu gering' erscheint. In diesem Fall schaltet man dem Magneten M₁ (Abb. 2) einen zweiten Magneten AL₂ entgegen, so daß die Differenz der ponderomotorischen und die Summe der Wärmewirkungen im Schmelzgut A" wirksam ist.

Zur weiteren Erhöhung der Schmelzwirkung können gegebenenfalls transversale Wechselstrom- oder Glcichstromlichtbogen verwendet werden oder zusätzliche, hauptsächlich der

Claims (7)

induktiven Erhitzung dienende Wicklungen, daß ihre ponderomotorischen Wicklungen sich aufheben. Behufs Erhöhung der Wärmeökonomie und Verhinderung von Reaktionen zwischen K und den umgebenden Gasen empfiehlt sich die Anwendung eines entsprechenden Vakuums V. Man hat es dann in der Hand, durch Veränderung des Gasdruckes bzw. durch Ein- oder ίο Durchströmen chemisch und physikalisch nicht reagibler Kühlgase die Temperatur der Schmelze zu regeln. Auch, die zusätzliche Verwendung des Elektronenbombardements kommt in Frage, so- bald Vakuum verwendet wird. Schaltet man (Abb. 3) gegenüber oder quer zum Hubmagneten M1 einen zweiten Magneten M2, dem eine Gußform F aus geeignetem Stoff gegenüberliegt, so bläst dieser Magnet nach Einschaltung das geschmolzene Gut unter Druck in die Form (elektrodynamischer Preßguß). Zum Schütze des Gießhalses kann gegebenenfalls ein dritter Hohlmagnet M5 verwendet werden, dessen Feld die Schmelze von den Wandungen des Gießhalses fernhält. - Da das geschmolzene bzw. plastisch gewordene Gut allmählich eine durch das resultierende Kraftlinienbild' -gegebene Form annimmt, nur in dem Grenzfalle, daß das Feld rein homogen ist, nimmt die Schmelze Kugelform an, kann man eine gewisse Formung des Schmelzgutes auch durch entsprechend gerichtete, zusätzliche Felder auf rein elektrodynamischen Wege, also ohne Verwendung eigener Formen, erzielen oder auch, durch Anwendung« von Schutzwicklungerr- (analog M3 in Abb. 3) verhindern, daß eine unmittelbare Berührung zwischen Schmelze und Form eintritt (gemischtes Verfahren). Neben den bekannten Vorteilen der induktiven Schmelzung bzw. der damit koppelbären Lichtbogenschmelzung und der Anwendung eines Vakuums und eventuell _des_ Elektronenbombardements wird hier zum erstenmal die elektrodynamische Kraftübertragung (Repulsionsprinzip) bei .einem Schmelzverfahren verwendet. Man wird hierbei vollkommen unabhängig vom Auflager (Futter) für das frei schwebend erhaltene Schmelzgut. Damit erzielt man:

1. Materialersparnis durch Fortfall des Auflagers.

2. Vermeidung aller chemischen oder physikalischen Reaktionen, die sonst zwischen Schmelze und Auflager nur schwer zu verhinhindern waren, z. B. bei einzelnen besonders ak iven Leichtmetallen und den hochschmelzbaren MetaUen (Wolfram) und Metalloxyden.

3. Bessere Ökonomie des Schmelz- oder Elektrolysierprozesses: unbedingte Schlackenfreihei:.

4. Erhöhte Wärmeökonomie, da jegliche Konvektionsverluste vermieden sind und nur die relativ geringen Strahlungsverluste bestehen.

5. Möglichkeit einer dauernden, allseitigen optischen Kontrolle des Schmelzgutes.

6. Möglichkeit einer Formung der Schmelze auf rein elektrodynamischem Wege (Fortfall der Formen in einzelnen Fällen).

7. Schutz der Formen durch geeignete Schutzwicklungen in gegebenen Fällen.

Γ at ex τ- Ax Spruch E:

1. Verfahren zum Schmelzen, insbeson-• dere von Leitern u. dgl. durch elektrische Induktionsströme, dadurch gekennzeichnet, daß das durcli induktive Ströme eines oder mehrerer - mit Wechselstrom gespeister Elektromagnet e erhitzte Schmelzgut gleichzeitig durch, 'elektrodynamische Wirkung frei schwebend erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet~'daß man" dem oder den induzierenden Magneten einen zweiten Magneten entgegenschaltet, so daß die Differenz der ponderomotorischen und die. Summe def Wärmewirkungen im Schmelzgut wirksam ist.

3. -Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch, gekennzeichnet, daß zur weiteren Erhöhung dec Schmelzwirkung zusätzliche, hauptsächlich -der induktiven Erhitzung dienende Wicklungen von solcher Anordnung verwendet werden, daß ihre ponderomotorischen Wirkungen sich aufheben.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch, gekennzeichnet, daß gegenüber oder quer zum Hubmagneten (Af₁) ein zweiter Magnet (ΜΔ und diesem gegenüber eine Gußform (F) angeordnet ist, so daß der zweite Magnet nach Einschaltung das geschmolzene Gut unter Druck in die Form bläst.

5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch, gekennzeichnet, daß untsr Wegfall eigener Formen eine Formung des Schmelzgutes auf rein -elek:rodynamischem Wege durch Anordnung cn.sprechend gerichteter, zusätzlicher Felder durchgeführt wird, oder daß geeignete Formen mit Schutz wicklungen versehen werden, welche eine unmittelbare Berührung der Form mit dem Schmelzgut verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.