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Schmelzofen für Messing Zum Schmelzen von Messing wurden bisher wegen
seines außerordentlich hohen Schmelzpunktes ausschließlich Schmelztiegel aus Graphit
oder Ton verwendet. Diese Materialien sind schlechte Wärmeleiter, bedingen also
einen relativ hohen Aufwand an Brennmaterial.
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Man war daher bestrebt, im Einzelfalle Schmelztiegel möglichst kleiner
Abmessungen zu verwenden, die jedoch der intensiven Wärmeeinwirkung wegen nur eine
sehr geringe Lebensdauer besaßen.
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Messing in gewöhnlichen Metalltiegeln zu schmelzen war bisher nicht
möglich, weil derartige Metalltiegel der Wärmeeinwirkung nicht so erfolgreich widerstehen
wie ein Graphittiegel und die Gefahr besteht, daß beim Überhitzen des Messings im
Metalltiegel dieser selbst zum Schmelzen gebracht wird. Diese Möglichkeit wird erst
durch die Erfindung gegeben, die sich auf einen Metallschmelztiegel bezieht, mit
dem man in der Lage ist, Messing mit weniger als der Hälfte von Brennmaterial, welches
bei Verwendung von Graphittiegeln erforderlich ist, zu schmelzen und zu überhitzen.
Die Gefahr hierbei, den Metalltiegel selbst zum Schmelzen zu bringen, wird dadurch
vermieden, daß als Tiegel eine Metallflasche in Form eines Rohres verwendet wird,
deren Enden aus einem harten, widerstandsfähigen Material bestehen. Diese Flasche
wird während des Schmelzvorgangs in eine gleichmäßige langsame Umdrehung um ihre
Längsmittellinie versetzt, so daß sie jeweils nur einer parallel zur Drehachse verlaufenden
streifenförmigen Beheizungszone ausgesetzt ist, ohne daß sie an irgendeiner Stelle
überhitzt werden kann. Die Flasche befindet sich zweckmäßig in liegender Stellung,
um ein bequemes Füllen und Entleeren zu ermöglichen. Wird nun der obere, von dem
im unteren Teile liegenden Schmelzgut entfernte Teil der Flasche erhitzt, so gelangt
die erwärmte Decke der Flasche bei ihrer Drehung nach unten, kommt so mit dem Schmelzgut
in Berührung und bringt dieses zum Schmelzen. Infolge der guten Wärmeleitfähigkeit
des Metalles, aus dem die Flasche besteht, kann dieser Schmelzprozeß mit im Vergleich
zu denen der bisher üblichen Verfahren wesentlich geringeren Brennstoffkosten durchgeführt
werden.
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Der Schmelzbehälter kann eine erhebliche Länge im Verhältnis zum Durchmesser
erhalten. Durch diese Form wird die Wärme äußerst vorteilhaft ausgenutzt; ein solcher
langgestreckter Metalltiegel von verhältnismäßig geringem Durchmesser erweist sich
als wesentlich wirkungsvoller zur Durchführung derartiger Schmelzprozesse als ein
Tiegel von großem Durchmesser bekannter Art.
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Die Beheizung der neuartigen Schmelzvorrichtung erfolgt zweckmäßig
durch Gasbrenner, die eine streifenförmige Beheizungszone bilden, die bei der Drehbewegung
der Flasche von den einzelnen Punkten derselben durchlaufen wird. Wenn der Schmelzvorgang
beendet ist, wird die Flasche um Zapfen gewendet, um das geschmolzene Metall auszugießen.
Zu diesem Zweck ist die Flasche in dem Ofen so gelagert,
daß sie
mit diesem zusammen durch den Bedienungsmann gekippt werden kann.
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Da die Flasche dicht verschlossen wird, kann eine innere Oxydation
nicht stattfinden; Luft oder schädliche Gase können nicht mit dem Arbeitsgut in
Berührung kommen. Ferner läßt sich hierdurch während des Schmelzvorgangs im Innern
des an seiner Mündung verschlossenen Tiegels ein Druck erzeugen, der den Siedepunkt
des schmelzenden Messings erhöht, ohne den Schmelzpunkt selbst zu erhöhen, indem
nämlich der Verdampfungspunkt des Zinks heraufgesetzt wird. Zweckmäßig besteht der
flaschenförmige Schmelztiegel aus einer Legierung von Eisen und Chrom. Die Schmelzflasche
besitzt einen Boden oder ein geschlossenes Ende, das in einen Schaft oder eine Nabe
von relativ geringem Durchmesser ausläuft, die mit der Flasche aus einem Stück gegossen
wird. Mit dieser Nabe ragt die Flasche durch die Wandung des Ofens hindurch. Auch
an ihrem anderen Ende ist die Flasche verengt und bildet hier einen Hals und ein
Mundstück. Mit diesem Hals ragt sie ebenfalls durch eine Öffnung auf der der vorbeschriebenen
Nabe gegenüberliegenden Seite des Ofens hindurch. Diese gegenüberliegende Ofenwandung
ist so ausgebildet, daß der ringförmig den Hals der Schmelzflasche umgebende Teil
zusammen mit dieser von dem Ofen abgenommen werden kann.
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Schmelzöfen mit einem im Ofenmantel drehbar gelagerten, von außen
beheizten und mit dem Ofenmantel kippbaren Schmelztiegel sind bereits beispielsweise
zum Schmelzen von Aluminium vorgeschlagen worden. Diese bekannten Schmelzöfen unterscheiden
sich aber vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung grundsätzlich sowohl durch die
Ausbildung des eigentlichen Schmelzbehälters, der bei den bekannten Vorrichtungen
an beiden Enden offen ist und die Erreichung eines Innendruckes im Behälter nicht
zuläßt, vor allem aber durch die Art der Beheizung und die -ganze Betriebsweise.
Eine Relativbewegung zwischen Ofen und Schmelzbehälter während- des Schmelzvorgangs
findet bei -den bekannten Vorrichtungen nicht statt, ebenso auch nicht eine, jeweils
nur streifenförmige Beheizung des übrigens gänzlich anders ausgebildeten und zum
Schmelzen von Messing in keiner Weise geeigneten Schmelzbehälters.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen
dargestellt. Von diesen zeigt Fig. = einen Längs-Höhenschnitt einer zweckmäßigen
Ausführungsform des Ofens. In dieser Figur ist die Schmelzflasche in waagerechter
Lage in vollen Linien dargestellt und die gekippte Lage durch strichpunktierte Linien
angedeutet. Die Flasche kann auch so gekippt werden, daß das geschmolzene Metall
herausfließen kann. Fig. 2 zeigt die Endansicht des Ofens, teilweise abgebrochen.
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Fig. 3 zeigt den Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. z in kleinerem
Maßstabe.
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Fig. q. zeigt den Grundriß des Ofens mit den angeschlossenen Teilen,
teilweise im Schnitt. Der Ofen xo hat zweckmäßig eine zylindrische Gestalt und ist
mit seinen Enden durch Zapfen zz auf einem Gestell oder Bock 12 gelagert. Die Ofenkammer
13 erstreckt sich vom einen Ende zum anderen und nimmt in ihrem Innern den
Schmelzbehälter in Form einer Flasche auf, die sich in der Kammer 13 zu drehen
vermag. Die Flasche besitzt eine zylindrische Form und liegt vorzugsweise in der
Nähe des Bodens der Heizkammer, während im oberen Teil der Kammer, wie insbesondere
aus Fig.3 ersichtlich ist, Brenner =5 zum Zuführen eines Gemisches von Gas und komprimierter
Luft vorgesehen sind. Die Flammen sind gegen. den jeweils oberen Teil der Schmelzflasche
gerichtet, welche infolge ihrer unausgesetzten Drehbewegung nicht ständig an einer
Stelle der Einwirkung der Flammen ausgesetzt ist, also nicht weich werden oder schmelzen
kann.
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Bei der Umdrehung der Flasche gelangt der oben vorgewärmte Teil der
Flasche nach unten, wo eine Berührung mit dem Schmelzgut im Innern der Flasche stattfindet.
Dieses absorbiert die Wärme von der Flaschenwandung, so daß keine Stelle der Flasche
über die Schmelztemperatur des Messings angewärmt wird. Mit ihren herausragenden
Enden ruht die Flasche auf Rollen 16, 17 bzw. 18 und zg. Das geschlossene Ende 2o
der Flasche kann halbkugelförmig gestaltet sein und besitzt hier einen Schaft 9,1,
der durch eine entsprechend kleine Offnung 22 durch die Endwandung 23 des Ofens
hindurchragt. Der Schaft 21 ist an seinem äußeren Teil etwas verjüngt und bildet
einen Drehzapfen 2q., auf dem die Nabe 25 befestigt ist, welche eine Kreislauffläche
26 besitzt, mit der sie auf den Rollen 16 und 17 ruht. Ferner sitzt auf der Nabe
ein Kettenrad 27, durch das die Flasche um ihre Längsmittellinie gedreht werden
kann. Die Öffnung 22 besitzt einen nur wenig größeren Durchmesser als der Schaft
2=, um Wärmeverlust nach Möglichkeit zu vermeiden.
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Das andere Ende 28 der Flasche besitzt einen kleineren Durchmesser
als die Flasche selbst und bildet somit einen Zapfen 29, der durch die Endwandung
des Ofens durchragt und auf den Tragrollen 18 und zg ruht. Um die Schmelzflasche
zu füllen, kann der ganze Ofen schräg gerichtet werden, so daß die Mündung 3o der
Flasche eine Stellung einnimmt, in der das Material eingeworfen werden kann. Ist
dies geschehen, so kann die Flasche wieder in die Betriebslage gesenkt werden, worauf
das Anwärmen mit Hilfe der mit einer Gas-Luft-
Mischung beheizten
Brenner 15 erfolgen kann. Soll nur eine geringe Menge Messing geschmolzen werden,
so kann die Flasche in der waagerechten Lage belassen werden (Fig. i), denn da das
offene Ende einen geringeren Durchmesser besitzt als die Flasche selbst, wird so
ein Wehr 28 geschaffen, das eine beträchtliche Menge flüssigen Messings in der Flasche
zurückhalten kann, ohne daß dieses ausfließt. Dieses Wehr hält das Messing in dem
Hauptteil der Flasche, welcher noch im Innern der Feuerkammer liegt, zurück. -Da
die Flasche im unteren Teil des Ofens liegt (Fig. 3), nimmt sie die meiste Wärme
an ihrem obenliegenden Teil auf, und die Temperatur dieser Zone sinkt wieder, wenn
die Flasche sich dreht und der angewärmte Teil mit dem Messing in Berührung kommt,
wie durch die Linie 31 in Fig. 3 angedeutet ist.
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Die Flasche mit ihrem Schaft 21, dem Zapfen 24 und dem Hals 29 sowie
dem Mundstück 3o bildet ein einziges Gußstück. Sie kann aus einer hochtemperaturbeständigen
Legierung gefertigt sein, vorzugsweise aus Eisen und Chrom, und zwar zweckmäßig
65°/o Eisen und 35% Chrom. Das Eisen kann o,65 Kohlenstoff enthalten. Zum Schmelzen
gewisser Legierungen wählt man einen aus 65% Eisen, 27% Chrom und 8% Nickel bestehenden
Tiegel. Der Schmelzpunkt des Tiegels ist ungefähr 1300' C oder darüber, was praktisch
zur Erzielung einer Temperatur von über i2oo ° C, auf die das Messing vor dem Gießen
überhitzt werden muß, ausreicht. Der Schmelzpunkt des Messings ist 105o° C; das
geschmolzene Messing muß aber bis 1150' C überhitzt werden, um leicht in eine Form
gegossen werden zu können, denn bei niedrigeren Temperaturen besitzt das eben geschmolzene
Messing eine zu hohe Zähigkeit. Bisweilen steigt die Temperatur des geschmolzenen
Messings bis auf i2oo ° C oder nur rund ioo ° C unter die Schmelztemperatur des
Tiegels selbst. Der Unterschied zwischen dem Schmelzpunkt des Tiegels und des höchsten
Punktes, bis zu welchem das Messing erhitzt werden muß, um dünnflüssig zu werden,
ist sehr gering.
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Weder Chrom noch Eisen legieren sich mit dem Zink und dem Kupfer.
Die Chrom-Eisen-Legierung besitzt auch bei den höchsten im vorliegenden Falle in
Frage kommenden Temperaturen eine genügende Festigkeit und Formbeständigkeit, ohne
zu erweichen, solange die Schmelzflasche sich dreht. Eine Flasche der beschriebenen
Art hält ungefähr 16o Schmelzungen aus gegenüber 7o Schmelzungen, die bei Verwendung
eines gewöhnlichen Graphittiegels möglich sind. Das Metall besitzt eine sehr hohe
Leitfähigkeit, so daß es die Wärme von dem Ofen sehr schnell absorbiert und leicht
an das ztt schmelzende Messing abgibt. Der Schaft am Boden der Flasche verringert
die Möglichkeit, daß Wärme durch Strahlung nach außen verlorengeht, und ermöglicht
es, mit einer kleinen Öffnung in der Wandung des Ofens auszukommen.
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Es leuchtet ein, daß eine große Ersparnis an Brennmaterial auch dadurch
herbeigeführt wird, daß die Enden der Flasche einen geringeren Durchmesser besitzen,
dementsprechend auch die Öffnungen in der Ofenwandung klein sind. Der Hals der Flasche
ist nur so groß, daß das zu behandelnde Material eingeführt werden kann. Ist die
Flasche mit einer genügenden Menge zu schmelzenden Messings gefüllt, so wird der
Deckel 32 auf die Mündung 3o der Flasche aufgesetzt und mit Hilfe der Haken 33,
welche unter einen Rand 34 der Flasche greifen und durch Flügelschrauben 35 fest
angezogen werden, festgelegt, so daß die Flasche genügend gasdicht abgeschlossen
ist, um einen beträchtlichen Überdruck innerhalb der Flasche zu erzielen. Es wird
daher auch der Siedepunkt des Metalles erhöht und verhindert, daß durch Verflüchtigung
Verluste entstehen. An den Deckel kann ein Rohr 36 angeschlossen sein, um ein indifferentes
Gas unter Druck in die Flasche einführen zu können, was unter gewissen Umständen
wünschenswert sein kann.
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Ofen und Schmelztiegel können in waagerechter Lage, wie in Fig. i
gezeigt ist, gehalten oder auch in eine schräge Lage aufgerichtet werden, um evtl.
eine entsprechend größere Menge Messing einführen zu können. In der schrägen Lage
nimmt die Flasche eine entsprechend größere Menge auf. Das Aufschwenken oder Kippen
des Ofens erfolgt mit Hilfe einer Kurbel 37, durch deren Drehung mit Hilfe der Kegelräder
38, 39 eine Schnecke 40 in Umdrehung versetzt wird, die das Schneckenrad
41 erfaßt, welches auf einem Zapfen ii des Ofens angebracht ist.
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Die Flasche 14 wird durch den Motor 42 mit Hilfe eines Kettengetriebes,
eines Zwischengetriebes 43 und der Welle 44, deren Drehbewegung durch ein Kegelgetriebe
45, 46 auf die Welle 47 übertragen wird, in langsame Drehung versetzt, -wobei die
Welle 47 durch ein zweites Kettengetriebe 48, 49, 27 die Achse 24 des Tiegels antreibt.
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Der Tiegel läuft auf den Rollen 16 bis i9. Wenn der Ofen gekippt ist,
wird das Gewicht der Flasche zum Teil von dem Arm 5o aufgenommen, der durch Schraubenbolzen
51 an der Wandung des Ofens befestigt ist. Um die Reibung zu vermindern, ist eine
Ringreihe von Lagerkugeln 52 vorgesehen, die in den Nuten der Scheiben oder Ringe
53 laufen, die auf den Zentrierstift 54 aufgesetzt sind, der von dem Ende des Zapfens
24 vorragt.
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Der Tiegel wird gegen Schmelzen gesichert durch eine Wärmereguliervorrichtung,
bestehend
aus einem Pyrometer mit einem Rohr 55d, das durch eine
Öffnung oder Bohrung 56 in der Wandung des Ofens hindurchragt und unten in die Verbrennungskammer
an der Stelle hineinreicht, an der die Temperatur am niedrigsten ist. Ist das geschmolzene
Metall bis zu der für das Gießen erforderlichen Temperatur erwärmt, so wird die
Beheizung abgestellt und die Kurbel 37 gedreht, so daß der Ofen nach unten in eine
solche Stellung ausschwingt, daß der Ausguß erfolgen kann, nachdem der Deckel 32
abgenommen worden ist.
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Trotz des Wehres 28 bedarf es keiner großen Neigung des Ofens, um
die Flasche im ganzen zu entleeren. Der Hals 57 der Flasche ist außen etwas kegelförmig
erweitert, wodurch. sowohl das Entleeren als auch das Einfüllen der Flasche erleichtert
wird und auch andere Vorteile sich ergeben.
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In der nach unten geneigten Lage wird die Flasche durch einen Flansch
58 gehalten, der an der Nabe 25 angebracht ist und über die Rallen 16 und 17 greift,
so daß die Flasche beim Entleeren nicht fortgleiten kann.
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Soll der Tiegel herausgenommen werden, so wird ein Teil der Ofenwand
entfernt, der groß genug ist, um den Tiegel auswechseln zu können. Dieser herausnehmbare
Wandteil wird durch einen Ring 59 gebildet, welcher eine kreisförmige Öffnung
6o in der Endwandung des Ofens freigibt (Fig. z). Der ringförmige Teil besitzt einen
nur etwas größeren inneren Durchmesser als der Hals der Flasche, so daß nur sehr
wenig Wärme aus dem Ofen verlorengeht. Aus demselben Grunde ist die Öffnung 6o mit
stufenweise sich anschließenden Ringansätzen 6= versehen, und auch die Ofenwandung
besitzt entsprechende Abstufungen. Der Teil 58 kann auch zwei- oder mehrteilig hergestellt
werden, so daß im zusammengesetzten Zustande ein voller Ring gebildet wird. Der
Rand 34 kann aber auch selbst so niedrig sein, daß. der Ring 59
über ihn hinweggleiten
kann, in welchem Falle er aus einem Stück gefertigt sein kann. Dieser Ring oder
Wandteil wird aus einem wärmebeständigen Material hergestellt, wie es zur Herstellung
von Öfen üblich ist. Er kann durch eine Anzahl von Vorreibern oder Knöpfen 62 gehalten
werden, die durch Schrauben 63 an der Eisenbekleidung 64 des Ofenendes festgelegt
werden können.
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jedes Ende des Tiegels kann unabhängig von dem anderen einstellbar
sein, was durch die Verwendung kleiner Öffnungen in den Endwandungen des Ofens begünstigt
wird, so daß der Tiegel in den Öffnungen 22 und 65 (Fig. 2) genau zentriert werden
kann. Diese Einstellbarkeit wird durch Stellschrauben 66 und 67 (Fig. 2) ermöglicht,
welche durch Ansätze 68 durchgeschraubt sind und sich gegen die oberen Enden der
Hebel 69 und 7o stützen, welche unten an den Bolzen 71 drehbar befestigt
sind und die Zapfen 72 für die Rollen 16 bis =g tragen. Die Hebel 69 und
7o divergieren nach oben hin, so daß, wenn eine der genannten Stellschrauben zurückgeschraubt
wird, der betreffende Hebel 69 bzw. 7o sich nach außen unter Mitnahme der
Rolle 16 bzw. 17 um ein entsprechendes Maß dreht, wodurch sich auch das eine
Ende des Flaschenhalses etwas senkt. Durch Anziehen der Flügelschrauben können die
Rollen nacheinander angehoben werden. Auf diese Weise ist eine allseitige Einstellbarkeit
für jedes Flaschenende ermöglicht (Fig.2). Diese Einstellbarkeit ist besonders von
Vorteil, wenn eine abgenutzte Flasche durch eine neue ersetzt wird, damit die neue
Flasche richtig zentriert wird. Das Auswechseln und Einstellen kann sehr leicht
und schnell erfolgen; es ist nur nötig, den Ring heraus- und ein Antriebsrad abzunehmen.
Der Ofen kann eine Eisenumkleidung oder einen Eisenendrahmen 64 erhalten, demgegenüber
ein zweites Eisengestell 73 vorgesehen sein kann. Diese Endwandungen werden durch
einen zylindrischen Gestenkörper 74 miteinander verbunden, welcher durch Ringe oder
Winkeleisen angeschlossen ist. Der zylindrische Körper 74 kann eine Ausfütterung
aus Asbest 76 erhalten, welche Blöcke umschließt, die einen rohrförmigen Körper
77 aus einem geeigneten hitzebeständigen Material bilden. In dem rohrförmigen Körper
77 befindet sich ein Zylinder 78 aus Schamotte o. dgl., an dessen Wandungen Öffnungen
79 für die Brenner 15 vorgesehen sind, während an den Enden die Öffnung z2
für den Flaschenschaft 2i bzw. die ringförmige abgestufte Öffnung 6o, 61 für den
abnehmbaren Ringteil 59 vorgesehen ist. Gewünschtenfalls kann an der linken
Endwandung ein Schauloch So (Fig. x) angebracht werden.
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Bei Herstellung eines Ofens dieser Art ist es häufig erforderlich,,
die Enden des Ofenfutters 78 abzuschleifen, um ein gutes Einpassen in die Metallrahmen
6q., 63 zu erzielen. Zweckmäßig wird daher der Schamottekörper 78 etwas verkürzt
hergestellt, um die dadurch entstandene Lücke zwischen den Enden des Schamottekörpers
78 und der Eisenrahmen oder -enden 64 bzw. 73 durch Scheiben oder Packungsringe
81 aus Asbest auszufüllen.
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Da in Anbetracht der großen Temperaturbeanspruchung, der der Tiegel
ausgesetzt ist, mit der Möglichkeit gerechnet werden muß, daß er bei etwaigen Temperaturüberschreitungen
schmilzt, ist in dem Ofen unten eine große Auslaßöffnung 82 vorgesehen, durch die
etwa geschmolzenes Metall austreten und in einem geeigneten, unter der Öffnung 82
angebrachten Behälter aufgefangen werden kann. Dadurch wird jeder Gefahr vorgebeugt,
die durch etwa geschmolzenes Metall entstehen könnte.