-
Verfahren und Induktionsofen zum induktiven Erhitzen von Metallen
und Legierungen Beim induktiven Erhitzen von Metallen und Legierungen zwecks Schmelzens
und Gießens oder Sinterns ist es erwünscht, daß die -Metalle oder Legierungen ihre
ursprüngliche Reinheit behalten. Dies bedingte die Benutzung von Schmelzgefäßen
oder Zustellungen aus gegen den Einsatz chemisch indifferenten, hochfeuerfesten
Stoffen. Solche Zustellunggen sind jedoch meist schwer herstellbar, kostspielig
und werden unter den üblichen Arbeitsbedingungen leicht zerstört. Je höher die erforderliche
Temperatur, um so schwieriger ist es, ein geeignetes indifferentes Zustellungsmaterial
zu finden.
-
Es ist zwar bereits bekanntge«-orden, das Schmelzen von pulverförmigem
Wolfram in einem aus gesintertem oder gegossenem Wolframmetall bestehenden Tiegel
vorzunehmen, jedoch kann dieses Verfahren bei Anwendung der Induktionsheizung nicht
verwendet werden, da j a hierbei der Tiegel, der infolge der höheren Dichte seines
Materials eine höhere Leitfähigkeit hat als der Einsatz, früher schmelzen würde
als dieser.
-
Weiterhin ist es bekannt geworden, Stahl in einer aus Gußeisen bestehenden
Gußforin induktiv zu erhitzen, jedoch soll hierbei die Gußform bereits bei Erhitzung
des Einsatzes in geringerem Maße mit einem Überzug aus hochfeuerfestem Stoff versehen
werden, während bei Erhitzung des Einsatzes in höherem Maße, also auf Schmelz-,
Gieß- oder Sintertemperatur die- Form sogar zum größten Teil aus hitzebeständiger
Masse bestehen soll, so daß diese dann den eingangs erwähnten Nachteil aufweist.
-
Gemäß der Erfindung wird nun der Behälter oder die Zustellung für
den Einsatz aus einem das Metall oder die Metalle des Einsatzes als Hauptbestandteil
enthaltenden Stoff hergestellt, welcher jedoch eine geringere elektrische Leitfähigkeit
hat als 'der Einsatz. Dieser Stoff soll vorzugsweise denselben Reinheitsgrad aufweisen,
wie der Einsatz . selbst. Wenn an das Endprodukt weniger hohe Anforderungen bezüglich
Reinheit gestellt (werden, so kann allerdings für die Zustellung auch ein Material
geringerer Reinheit, z. B. Erz oder mit dein Einsatz angereicherte Schlacke, verwendet
werden.
-
Es ist bekannt, daß Stoffe, die in Gestalt von zusammenhängenden,
dichten Körpern elektrisch gut leitfähig sind, ihre elektrische Leitfähigkeit und
ihre Wärmeleitfähigkeit in hohem Maße verlieren, wenn sie gepulvert oder auch nur
in größere Stücke gebrochen werden, und zwar wahrscheinlich wegen des hohen Übergangswiderstandes
zwischen den
einzelnen Teilen. Diese Erscheinung wird gemäß der
Erfindung für das Erhitzen von Stoffen in einer Zustellung der gleichen Zusammensetzung
nutzbar gemacht, indem der Einsatz in Form eines dichten zusammenhängenden Körpers
in eine aus demselben Stoff, jedoch in körniger Form bestehende Zustellung eingesetzt
und darin mittels Induktionsheizung erhitzt wird. Dabei werden im Einsatz starke
Ströme induziert, während die in der Zustellung entstehenden Ströme mit Rücksicht
auf den hohen elektrischen Widerstand derselben nur gering sein werden. Der Einsatz
wird viel rascher erhitzt als die Zustellung und erreicht die Schmelztcmperatur
oder irgendeine andere erwünschte Temperatur, lange bevor die Zustellung auf dieselbe
Temperatur erhitzt ist. Aber selbst wenn die Zustellung infolge zu langer Erhitzung
oder zu starker Überhitzung des Einsatzes schmelzen sollte, wird der chemische Charakter
des Einsatzes nicht geändert, da ja die Zustellung dieselbe chemische Zusammensetzung
hat. Im allgemeinen wird daher die einzige Grenze, die der Erhitzung der Zustellung
gezogen ist, durch den Durchbruch des Einsatzes durch die hocherhitzte Zustellung
bedingt sein.
-
Es ist jedoch nicht unbedingt notwendig, mit einem aus einem dichten,
festen Körper bestehenden Einsatz anzufahren, man kann vielmehr auch ein aus körnigem
Stoff bestehenden Einsatz nehmen und dessen elektrische Leitfähigkeit in bekannter
Weise durch Pressen erhöhen. Wenn der derart gepreßte Einsatz in eine weniger dichte
Zustellung aus demselben Stoff eingebettet wird, so bietet das Schmelzen des Einsatzes
ohne Zerstörung der Zustellung keine Schwierigkeit.
-
Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, die Zustellung eines Widerstandofens
mit Elektrodenheizung aus dem Material des Einsatzes selbst in lose gestampfter
körniger Form herzustellen, jedoch bezieht sich die vorliegende Erfindung ausschließlich
auf das induktive Erhitzen von Metallen oder Legierungen, und hierbei ist es besonders
wichtig, für die schlechte elektrische Leitfähigkeit der Zustellung zu sorgen, da
ja hier die die Erhitzung bewirkenden elektrischen Ströme durch die die Zustellung
umgebende Induktionsspule in erster Linie in der Zustellung selbst induziert wird,
während bei der Widerstandheizung durch Elektroden, welche oben und unten am Einsatz
anliegen, der Strom in erster Linie sowieso .durch den Einsatz selbst fließt, weil
dieser die kürzeste Verbindung zwischen den Elektroden darstellt. Bei der induktiven
Erhitzung hat also die Anweildulig der genannten, nur für Widerstanderhitzung vorgeschlagenen
1@Iaßnabme eine besonders große Bedeutung, welche aus dem älteren Vorschlag in keiner
Weise gefolgert werden konnte.
-
In den Abbildungen sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt.
-
Abb. i zeigt die Anwendung der Erfindung auf das Schmelzen eines Einsatzes
in einem offenen Tiegel. .
-
Abb. a zeigt die Anwendung der Erfindung für die Herstellung eines
Gußes hoher Reinheit.
-
Abb. i zeigt einen von einer Induktionsspule io umgebenen Mantel ii
aus beliebigem feuerfestem Stoff, z. B. Quarz. Die Spule ist von der Stromquelle
1a über die Leitungen 13, rd. gespeist und zwecks Verbesserung des Leistungsfaktors
mit einem parallel geschal-. teten Kondensator 1s versehen. Der Mantel i i ruht
auf einer Unterlage 16. Innerhalb des Mantels befindet sich die Zustellung 17, die
mit einem zur Aufnahme des Schmelzgutes bestimmten Hohlraum 18 versehen ist und
aus demselben Stoff besteht, wie der Einsatz selbst, jedoch in körniger, loser,
gestampfter Form. Der Einsatz i9 ist- dagegen entweder ein zusammenhängender dichter
Körper, oder aber er besteht aus verhältnismäßig großen Stücken bzw. aus verhältnismäßig
dicht gepreßten Körnern.
-
Die Schmelzdauer des Einsatzes ist abhängig von der angewendeten Stromdichte.
Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist ein möglichst schnelles Erschmelzen
des Einsatzes erforderlich, um zu verhindern, daß die Zustellung ebenfalls geschmolzen
wird. Da die Möglichkeit der Zuführung großer Energiemengen in kurzer Zeit durch
die Möglichkeit der Ableitung der dabei in der Spule entwickelten Wärme begrenzt
ist, ist es für die Durchführung des Verfahrens sehr wesentlich, daß die Spule außerordentlich
gut gekühlt wird, indem das Kühlwasser unter hohem Druck und durch mehrere parallel
geschaltete Zu-und Ableitungsrohre durch die Spulenwindungen geführt wird.
-
Die in Abb. a dargestellte Anordnung entspricht im wesentlichen der
in Abb. i, nur daß hier die Zustellung 17 die Wandung einer Gußform darstellt, die
entweder nur zum Gießen oder auch schon zum Schmelzen des Einsatzes verwendet werden
kann. \ ach Entfernung des Deckels 21 kann der Einsatz in die Gußform in Gestalt
von Blöcken, Abfällen oder gepreßten Körnern eingeführt und darin geschmolzen werden.
Sobald der Einsatz geschmolzen ist, kann zwecks Ausfüllung der ganzen Gußforin weiteres
Einsatzmaterial zugeführt werden. Nachdem der ganze Einsatz erschmolzen ist, wird
die Energiezufuhr
unterbrochen und der Einsatz in der Gußform zum
Erstarren gebracht. In gleicher Weise kann diese Vorrichtung auch zum Sintern benutzt
werden, nur daß dann eben der Einsatz -nicht bis zur Schmelztemperatur erhitzt wird.
Zwecks Regelung der Abkühlung kann dem Einsatz auch während der Abkühlungsperiode
eine geringe Heizenergie zugeführt werden. Je nachdem, ob die Abkühlung rascher
oder langsamer vor sich geht, entstehen im Gußstück kleinere oder größere Kristalle.
Das Verfahren ist besonders geeignet für das Sintern. oder Gießen von hochschmelzenden
Metallen, wie Wolfram, Molybdän, Tantal und deren Legierungen, z. B. Wo-Co-C-Legierungen.