-
Elektrodensalzbadofen zur oxydationsfreien Warmbehandlung von Metallen
Bei der reduzierenden Warmbehandlung von Stahl- und anderen Metallteilen ist es
bekannt, Salzbadöfen mit Außenbeheizung zu verwenden und die Reduktionswirkung durch
Schmelzflußelektrolyse hervorzurufen. Insbesondere haben sich hierbei für das Salzbad
molere Mischungen der Alkalikarbonate als geeignet erwiesen. Die aus solchen Salzen
durch die Elektrolyse frei gemachten Alkaliionen wandern von der Anode zu dem als
Kathode gepolten Werkstück und üben dort eine reduzierende Wirkung aus. Als Anwendungsgebiet
einer derartigen oxydationsfreien Warmbehandlung kommt jede Erhitzung metallischer
Werkstücke in Betracht, bei welcher die Werkstückoberfläche von dem Angriff von
Sauerstoff oder anderen schädlichen Gasen bewahrt werden soll, beispielsweise das
oxydationsfreie Glühen und Härten sowie das Hartlöten von Stahlteilen mit Messinglot.
-
Gegenstand der Erfindung ist ein Elektroäensalzbadofen, der sich zur
Durchführung der vorstehend erwähnten Warmbehandlung als besonders geeignet erweist,
und zwar ist dieser Elektrodensalzbadofen dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb
des Salzbades als Heizmittel und zu anderen Zwecken, z. B. als Abschirmvorrichtung,
angeordnete elektrisch leitende Teile anodisch mit einer Gleichstromquelle verbunden
sind, während die zugehörige Kathode durch das Behandlungsgut gebildet wird. Vorzugsweise
wird man dabei den Salzbadofen so
ausbilden, daß die von einer Ein-
oder Mehrphasenstromquelle mit Wechselstrom ;gespeisten Heizelektroden, gegebenenfalls
durch Zwischenschaltung einer Drosselspule, anodisch gepolt sind. Man kann statt
dessen aber auch zur anodischen Polung eine zum Erhitzen des Salzbades vorgesehene
Widerstandsheizvorrichtung verwenden, die z. B. als den Gutbehandlungsraum gegen
die Heizelektroden abdeckender Zwischenrost ausgebildet ist. In diesem Fall ist
es zweckmäßig, die anodisch gepolten Erhitzungswiderstände als mit Längsschlitzen
versehene eiserne Rohre auszubilden, die mit kohlenstoffabgebender Masse, z. B.
Koksstücken, beschickt werden. Derartige Rohre kann man dann beispielsweise zu mehreren
hintereinandergeschaltet in. aufrechter Stellung im Salzbad so anordnen, daß sie
mit ihrem oberen Ende über den Salzbadspiegel hinausragen und dort durch Deckel
verschlossen sind. Dabei empfiehlt es sich, die anodisch gepolte Widerstandsheizvorrichtung
zum Schutz gegen Korrosion mit einem kohlenstoffhaltigen oder metallischen Überzug
oder mit einem oder mehreren auswechselbaren metallischen Schutzmänteln zu versehen.
Falls der Elektrodensalzbadofen einen Metalltiegel besitzt, dessen Innenwandung
in an sich bekannter Weise die Heizelektroden in geringem Abstand gegenüberstehen,
ist es zweckmäßig, die innere Tiegelwandung zumindest im Bereich der betriebsmäßigen
Schwankungen des Salzbadspiegeis mit einem korrosionsbeständigen Überzug oder mit
einem auswechselbaren, den Gutbehandlungsraum weitgehend umfassenden keramischen
oder metallischen Schutzmantel zu versehen.
-
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen
veranschaulicht.
-
Fig. i zeigt ein Schaltungsschema eines an ein Drehstromnetz angeschlossenen
Elektrodensalzbadofens g°mäß der Erfindung mit m-etallischemTiegel, bei welchem
die Heizelektroden und gegebenenfalls eine zugleich als Abschirmvorrichtung dienende
Wid-erstandsheizvorrichtung anodisch gepolt sind.
-
i ist der primärseitig mit einer Anzahl Schaltstufen versehene Regeltransformator,
der den Heizstrom liefert. Seine im Dreieck geschaltete Sekundärwicklung ist zu
diesem Zweck unmittelbar mit den Heizelektroden 2 leitend verbunden, die in dem
Salzbad 3 der metallischen Tiegelwandung 4. nahe gegenüber angeordnet sind. Der
das Werkstück 5 aufnehmende Nutzraum des Salzbades ist durch einen zugleich die
Anheizvorrichtung darstellenden Zwischenrost 6 gegen die Heizelektroden abgeschirmt.
-
Der für die Schmelzflußelektrolyse erforderliche Gleichstrom wird
durch einen Gleichrichter 7, z. B. eine Anzahl in Graetzschaltung angeordneter Trockengleichrichterzellen,
geliefert, der an die Sekundärwicklung des zweiten Transformators 8 angeschlossen
ist. Durch Verbindung mit dem Minuspol des Gleichrichters 7 mittels einer Leitung
9 ist das Werkstück 5 kathodisch gepolt, während der Anodenstrom vom Pluspol des
Gleichrichters 7 nach den Heizelektroden :2 über eine Drosselspule io geführt wird.
Falls erforderlich, kann auch der als Anheizvorrichtung ausgebildete Zwischenrost
6 anodisch gepolt sein. Zu diesem Zweck ist die zum Pluspol des Gleichrichters 7
führende, in Fig. i gestrichelt dargestellte Verbindungsleitung i i vorgesehen.
-
Fig. :2 zeigt ein ähnliches Schaltungsschema wie Fig. i, nur mit dem
Unterschied, daß hier der Heiztransformator eine in Stern geschaltete Sekundärwicklung
12 besitzt. Seine Primärwicklung ist ebenso wie die des Gleichrichtertransformators
fortgelassen, wodurch eine Drosselspule sich erübrigt, da die anodisch gepolten
Heizelektroden :2 hier über die Sekundärwicklung 12 des Heiztransformators an die
Nullpunktverbindung 14 zwischen Heiztransformator und Gleichrichter 15 angeschlossen
werden können, der mit dem Werkstück 5 durch eine Leitung 16 verbunden ist. Auch
hier kann die Anheizvorrichtung 6 durch eine (gestrichelt dargestellte) zum Minuspol
des Gleichrichters 15 führende Leitung 17 anodisch gepolt werden.
-
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Elektrodensalzbadofens
gemäß der Erfindung in einem aufrechten Schnitt dargestellt.
-
Fig. q. stellt den zugehörigen, nach der Linie A-B der Fig.3 geführten
waagerechten Schnitt dar. 2 sind die Heizelektroden, die im Salzbad 3 der Innenwandung
des Metalltiegels 4 dicht gegenüber angeordnet sind. Mit 18 und i9 sind zwei auf
dem Rand des Metalltiegels unter Zwischenlage von Isolierstücken 2o befestigte Leiter
bezeichnet, zwischen welchen mehrere waagerecht liegende, mit Schlitzen 2q. versehene
eiserne Rohre übereinanderliegend angeordnet sind. Diese Rohre sind, wie das teilweise
im Schnitt dargestellte mittlere Rohr 23 erkennen läßt, mit Koksstücken 25 gefüllt.
Mittels einer Zuleitung 22 wird die beschriebene Vorrichtung an den Pluspol einer
Gleichrichterstromquelle angeschlossen.
-
Während in Fig.3 ünd q. dieRohre 23 in Parallelschaltung zueinander
angeordnet sind, zeigt Fig. 5 eine etwas abweichende Anordnung, durch welche die
anodisch gepolte Vorrichtung zugleich als Anheizwiderstand verwendbar ist. Dies
wird dadurch erreicht, daß zwischen den Leitern 18 und i9 vier aufrechtstehende
eiserne Rohre 26 hintereinandergeschaltet sind. Jedes dieser Rohre ist mit Koksstücken
27 gefüllt und oben oberhalb des durch eine Marke bezeichneten Salzbadspiegels mittels
eines eisernen Deckels 28 abgeschlossen.
-
Fig. 6 und 7 veranschaulichen ein weiteres Ausführungs'beispiel des
Erfindungsgegenstands, und zwar Fig. 6 in einem aufrechten Schnitt, Fig. 7 in der
zugehörigen Oberansicht. Hier wird die anodisch gepolte Vorrichtung durch einen
Schutzmantel 36 gebildet, der dieHeizelektroden 2 mechanisch und elektrisch gegen
den Behandlungsraum abschirmt. Um die (nicht dargestellte) durch das Werkstück gebildete
Kathode, die im Behandlungsraum in den oberen Teil des Salzbades eingetaucht wird,
und gleichzeitig die infolge der Schwankungen des Salzbadspiegels Anfressungen ausgesetzte
innere
Tiegelwandung zu schützen, ist dieser Teil der Tiegelwandung 38 durch einen den
Gutbehandlungsraum weitgehend umfassenden keramischen oder metallischen Schutzmantel
36 geschützt, der mittels eines kragenartigen Bandes auf dem Tiegelrand 31
aufliegt. Als Baustoff für einen keramischen Schutzmantel kann beispielsweise Porzellan,
für einen metallischen Schutzmantel, der gegebenenfalls auch anodisch gepolt werden
kann, beispielsweise ein Eisen- oder Nickelblech dienen. Der Schutzmantel 36 kann
jedoch auch fortgelassen werden, wenn statt dessen die ,innere Tiegelwandung im
Bereiche der betriebsmäßigen Schwankungen des Salzbadspiegels mit einem korrosionsbeständigen
Überzug, z. B. durch Vernickelung, versehen ist. In gleicher Weise kann die anodisch
gepolte Widerstandsheizvorrichtung 29 zum Schutz gegen Korrosion mit einem kohlenstoffhaltigen
oder metallischen Überzug versehen sein.
-
Die Schutzmäntel sind so angeordnet, daß sie leicht auswechselbar
sind. Die anodische Polung der Heizelektroden macht es möglich, diese Elektroden
zugleich als Anoden für die Schmelzflußelektrolyse zu benutzen, wodurch besondere
Gleichstromanoden eingespart werden können.
-
Die in den Rohren 23 bzw. 26 vorgesehene Koksfüllung bewirkt, daß
jede Sauerstoffaufnahme durch das Salzbad vermieden wird. Wahrscheinlich entwickelt
sich durch Reaktion zwischen der Kohle und dem Al'kalikarbonat freiesAl'kalimetall,
das, als Depolarisator wirkend, das Freiwerden schädlichen Sauerstoffs verhindert.
Das gleichzeitig bei der erwähnten Reaktion entwickelte Kohlenoxyd trägt ebenfalls
zur Desoxydation des Bades bei. Ein besonderer Vorteil der Anordnung der Koksfüllung
in der Nähe derAnode, insbesondere innerhalb eines anodisch gepolten Behälters,
besteht darin, daß die Sauerstoffbildung infolge der elektrolytischen Zersetzung
an der Anode unmittelbar an der Entstehungsstelle verhindert wird.
-
Eine ähnliche, wenn auch vielleicht nicht ganz so starke Desoxydationswirkung
kann man auch schon dadurch erreichen, daß man einen mit Koks oder Kohle gefüllten
Behälter, z. B. Eisenkorb, einfach auf den Boden des Salzbades stellt oder in im
Salzbad an derTiegelwandung aufhängt. Man kann aber auch, falls im Salzbad für die
Schmelzflußelektrolyse eine besondere Anode vorgesehen ist, diese als Kohle- oder
Graphitstab ausbilden und dadurch die gewünschte Sauerstoffbildung herbeiführen.
-
Mit den beschriebenen Einrichtungen ist es möglich, im Elektrodensalzbadofen
oxydationsfreie Warmbehandlungen von Metallen verschiedener Art durchzuführen. Insbesondere
eignet sich der Erfindungsgegenstand zur Durchführung von Hartlötungen von Stahlteilen,
da die Lötstelle des katholisch gepolten Werkstücks durch das infolge der Schmelzflußelektrolyse
reduzierend wirkende Salzbad metallisch rein gehalten wird, wodurch eine einwandfreie
Lötung sichergestellt ist. Es ist auf diese Weise auch möglich, mit Messing ohne
Anwendung besonderer Flußmittel hartzulöten, jedoch kann der beschriebene Elektrodensalzbadofen
mit Vorteil auch für andere Warmbehandlungen verwendet werden, bei denen es auf
eine Erhitzung der Werkstücke ohne Angriff der Oberfläche durch Sauerstoff oder
andere schädliche Gase ankommt, in erster Linie für oxydationsfreies Glühen und
Härten. Die Abkühlung .der geglühten bzw. auf Härtetemperatur erwärmten Werkstücke
wird man zweckmäßig in einem geeigneten zweiten Salzbad durchführen, das als Warmhaltel)ad
dienen kann und in welchem ebenfalls von den Vorteilen der Schmelzflußelektrolyse
Gebrauch gemacht wird.