DE490963C - Verfahren zum Schmelzen von Quarz im Hochfrequenz-Induktionsofen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Schmelzen von Quarz bzw. zur Herstellung von Gegenständen daraus, bei dem der Rohstoff auf elektrischem Wege geschmolzen wird.
Es ist bekannt, Quarz in einem Tiegel zu schmelzen, der in einem Ofen oder durch. Gebläse bzw. durch Einschaltung in einen Stromkreis als Widerstand, also durch unmittelbare elektrische Widerstandsheizung erhitzt wird.

Es ist auch schön vorgeschlagen worden, Quarz durch Anwendung der sogenannten Hochfrequenz-Induktionsheizung zu schmelzen; über diesen allgemeinen Vorschlag hinaus sind jedoch Regeln hierfür bisher nicht bekannt geworden.

Das Verfahren nach der Erfindung bezieht sich auf eine besondere Anwendung der Hochfrequenz-Induktionsheizung zum Schmelzen von Quarz, bei der in das Schmelzgut ein aus leitendem, schwer schmelzbarem Material, vorzugsweise Graphit oder Kohle, hergestellter Heizkörper beliebiger Gestalt eingebettet wird. Dieser wird unter dem Einfluß der Induktionsströme, die beispielsweise eine Frequenz von wenigstens 5000 Perioden je Sekunde besitzen, schnell auf die zum Schmelzen von Quarz notwendige Temperatur gebracht, so daß der ihn umgebende Quarz schmilzt. Das neuartige Verfahren weist außerordentliche Vorteile den bekannten Erhitzungsmethoden gegenüber auf und stellt daher einen beträchtlichen technischen und wirtschaftlichen Fortschritt dar.

Bei der Widerstandserhitzung geht der Strom durch den aus dem Widerstandsmaterial hergestellten Tiegel, der im allgemeinen beim Schmelzen von Quarz aus Kohlenstoff besteht, hindurch. Dies setzt außer einem überall gleichen Querschnitt der Wandungen dieses Tiegels voraus, daß er mit Anschlüssen für die Stromeinführung versehen ist und durch diesen mit den Klemmen eines Stromerzeugers verbunden werden kann. Bei den auftretenden hohen Temperaturen ist dieser Anschluß sehr schwierig herzustellen. Ferner ist es bei der Erhitzung durch Widerstand notwendig, Ströme von sehr starker Intensität zu verwenden, um Tiegel von großem Durchmesser auf hohe Temperatur zu bringen.

Bei dem neuartigen Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird dagegen der die Erhitzung bewirkende leitende Heizkörper in einem elektrischen Felde vollkommen isoliert und lediglich durch die Induktionsströme auf die zum Schmelzen erforderliche hohe Temperatur erhitzt. Eine Wärmeableitung findet also überhaupt nicht statt. Der Heizkörper kann außerdem beliebige Gestalt haben, ohne daß dadurch die Gleichmäßigkeit der Erhitzung leidet.

Die Erhitzung geht mit großer Geschwindigkeit vor sich; der Heizkörper wird in ganz g₀ wesentlich kürzerer Zeit als bei der Widerstandserhitzung und mit wesentlich geringeren Strom-

stärken auf die benötigte gleichmäßige Temperatur von 2000 ° C etwa gebracht. Beispielsweise wird ein Körper von 600 mm Länge und 120 mm Durchmesser bereits in 3oMinuten durch eine Energieaufwendung von 15 kW auf 2000 ° erhitzt.

Um eine entsprechende Erhitzung durch Widerstand bis auf diese Temperatur durchzuführen, müßte man eine Stromstärke von ungefähr 8000 Amp. aufwenden; der Körper müßte wenigstens auf das Doppelte verlängert werden, um die Anschlußklemmen für die Einführung des Stromes auf genügend niedriger Temperatur zu halten; und diese Anschlüsse selbst würden sehr schwer herzustellen sein und eine große Komplikation bedingen.

Bei der Erhitzung des in das Schmelzgut eingebetteten Heizkörpers durch elektromagnetische Induktion wird ein außerordentlich guter thermischer Wirkungsgrad erzielt, weil keinerlei Verlust durch die Stromanschlüsse stattfindet und der Körper gänzlich isoliert ist. Der Wärmewirkungsgrad ist am günstigsten im Falle der Verwendung von Graphit als Material für den Heizkörper, der gerade beim Schmelzen von Quarz hierfür in erster Linie in Frage kommt. Die neuartige Schmelzmethode gestattet weiterhin eine große Einfachheit in der Konstruktion der Schmelzofen. Ferner kann man nach dem Verfahren gemäß der Erfindung Gegenstände aus geschmolzenem Quarz von beliebiger Form erhalten, auch in einem Arbeitsgange fertig glasierte ebenso wie Hohlkörper, die an einem Ende oder an beiden Enden geschlossen sind. In den Zeichnungen sind beispielsweise verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Abb. ι ist ein axialer Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines an seinem unteren Ende geschlossenen Hohlkörpers.

Abb. 2 zeigt eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung von Tiegeln.

Abb. 3 zeigt eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung eines Stückes von komplizierterer Form.

Abb. 4 zeigt eine entsprechende Vorrichtung zum Formen von Stücken aus geschmolzener Kieselerde.

Bei der in Abb. 1 veranschaulichten Vorrichtung zur Herstellung eines an seinem unteren Ende geschlossenen Hohlkörpers ist der Heizkörper «ein Stab aus Graphit oder amorphem Kohlenstoff; die Beschickung b wird von Sand oder geeignet gemahlenem Bergkristall oder irgendeinem anderen Ausgangsmaterial, das ■^jnehr als 99,5 % Kieselerde enthält, gebildet; diese^Beschickung ist in einem Behälter c enthalten, dlsr'aiJSsEprzellan, geschmolzener Kieselerde oder irgendelöem^anderen Isoliermaterial bestehen kann. Die FoniTziHaä^rd mit ihrem unteren Teil in die Beschickung^erageiaucht.

Um den Behälter c herum ist eine spiralförmige Wicklung d aus Kupfer- oder Aluminiumrohr angeordnet, welche von einem Wechselstrom von sehr hoher Frequenz (z. B. 40 000 Perioden pro Sekunde) durchflossen wird, der auf bekannte Weise mittels eines Alternators von hoher Frequenz, eines Bogen- oder Funkenerzeugers oder mittels Lampen mit drei Elektroden erzeugt wird. Die Umwicklung des Rohres d um die Isolierwandung c herum wird so bewirkt, daß das Maximalfeld erzeugt wird, welches mit der Spannung zwischen Spiralen und der Stromintensität vereinbar ist. Das Rohr kann durch einen Wasserumlauf abgekühlt werden.

Unter diesen Bedingungen wird der Heizkörper α sehr schnell auf eine sehr hohe Temperatur gebracht, und die Beschickung schmilzt gleichmäßig um den Kern. Man unterbricht den Schmelzvorgang, wenn das Stück die gewünschte Dicke erreicht hat. Der erzielte Hohlkörper ist bei e punktiert veranschaulicht. Will man dann diesen Hohlkörper in eine andere Form bringen, so braucht man nur den Stab a schnell herauszuziehen und den Hohlkörper in eine geeignete Außenform zu bringen, in der er gepreßt oder ausgeblasen werden kann. Um nach diesem Verfahren ein an beiden Enden geschlossenes festes Stück zu erhalten, braucht man nur den Kern vollständig in die Beschickung einzutauchen (s. Abb. 2).

Abb. 2 zeigt einen Heizkörper et¹, der zur Herstellung von Tiegeln bestimmt ist. Das erhaltene Stück ist bei e¹ punktiert veranschaulicht. Nach Abkühlen des Ofens teilt man dieses Stück in zwei gleiche Teile nach Linie x-x, so daß man zwei Quarztiegel erhält. Der Heizkörper a¹ kann dann für eine neue Schmelzung dienen.

Um kompliziertere Stücke zu erhalten, muß der Heizkörper natürlich aus mehreren Teilen bestehen, um das Herausheben des erschmolzenen Gegenstandes zu ermöglichen, und er muß nach Bedarf Kerne enthalten. Abb. 3 ver- X05 anschaulicht die Form a^z eines Isolators aus Kieselerde.

Die in Abb. 4 veranschaulichte Vorrichtung gestattet es, ein Stück geschmolzener Kieselerde in die geeignete Form zu bringen.

Diese Vorrichtung dient speziell dem Erweichen von Stücken aus durchsichtiger Kieselerde für optische Zwecke, um ihnen fast die endgültige Form vor dem Schleifen zu geben.

Der Heizkörper ist aus mehreren Teilen zusammengesetzt. Er umfaßt einen Teil «⁴ mit einer Aussparung, die die Form einer der Flächen der herzustellenden Linse oder eines sonstigen Stückes hat, und einen Kolben «^s mit einer Aussparung, die der Form der anderen Fläche des Werkstückes entspricht. Das zu erweichende Stück wird bei g angebracht.

Ist die Temperatur erreicht, so senkt man den Kolben a^s auf den festen Teil «⁴ hinab, und das Stück g nimmt die gewünschte Form an. Es ist in allen Fällen sehr leicht, den Behälter c mit einem dichten Deckel zu versehen, da keine Stromzuleitung durch ihn hindurchgeführt zu werden braucht. Die Erfindung eignet sich also sehr gut für Schmelzungen im Vakuum, wenn man beispielsweise geschmolzene

ίο Kieselerde ohne Blasen erhalten will. Man kann auch gewünschtenfalls bei Atmosphärendruck arbeiten; eine etwas oxydierende Atmosphäre verbessert, da sie die Rediiktion der Kieselerde bei hoher Temperatur verringert, das geschmolzene Produkt.

In der obigen Beschreibung ist angenommen worden, daß die Beschickung von Kieselerde gebildet wird; natürlich könnte auch, ohne daß an der Erfindung atwas geändert wird, die Be-

ao schickung- von einem Gemisch, welches sehr reich an Kieselerde ist, gebildet werden, um beispielsweise besondere Gläser von einem Kieselerdegehalt von über 90 °/₀ zu erhalten, deren Schmelztemperaturen sich denen nähern, welche für reine Kieselerde benutzt werden, und welche wegen ihrer Eigenschaften diesem letzteren Produkt fast gleichwertig sind.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Schmelzen von Quarz im Hochfrequenz-Induktionsofen, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem leitenden Material, vorzugsweise Graphit oder Kohle, hergestellter Heizkörper beliebiger Gestalt vollständig oder nahezu vollständig in das Schmelzgut eingebettet und durch das magnetische Hochfrequenzfeld so lange erhitzt wird, bis das ihn umgebende Schmelzgut geschmolzen ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

   BERLIN. GEDRUCKT IN DER