DE945780C

DE945780C - Induktionsofen zum Schmelzen von Magnesium und seinen Legierungen

Info

Publication number: DE945780C
Application number: DEA9148D
Authority: DE
Inventors: Franz Linnhoff
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1941-04-29
Filing date: 1941-04-29
Publication date: 1956-07-19

Description

Induktionsofen zum Schmelzen von Magnesium und seinen Legierungen Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsofen zum Schmelzen von, Magnesium und: seinen Legierungen und bezweckt die Schaffung eines solchen Ofens, bei dem sämtliche hierfür erforderlichen Schmelzstufen in einem einzigen induktivbeheizten Stahltiegel durchgeführt werdem können. Bisher hat man Magnesium und seine; Legierungen meist in Stahltiegeln geschmolzen, die vorn: außen öl-, gas- oder koksgefeuert wurden. Die Nsederfrequenz-Schmelzrinnenöfen mit geschlossenen Rinnen, eignen sich zum Schmelzen, von Magnesium und. seinen Legierungen aus dem Grunde nicht, weil sich die Rinnen sofort verstopfen. Auch kernlose Hochfrequenz-Induktionsöfen konnten bisher zum Schmelzen von Magnesium und seinen. Legierungen nicht benutzt werden, weil bei der für diese Ofengattung charakteristischen. starken Bad'-bewegung das Magnesium stark Gase aufnimmt, wodurch die Erzeugung eines einwandfreien Magnes:iumgusses unmöglich wird. Auch konnte man bei, den bisherigen Bauarten der Niederfrequenz- und Hochfrequenz-Induktionsöfen alle zum Schmelzen von Magnesium und seinen Legierungen erforderlichen. Schmelzstufen nicht mit der nötigen Sorgfalt und Genauigkeit in dem gleichen Tiegel durchführen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe und besteht darin, daß die Wanddicke des Stahltiegels von oben nach unten derart stetig oder stufenweise abnimmt, daB bei einer gegebenen Frequenz des die Ind.uktionsspule speisenden Stromes im oberen, Tiegelteil keine, im unterem. dagegen eine zum Durchmischen ausreichende Badbewegung erzeugt wird.: Die Erfindung beruht auf der bekannten Tat .sache, daß die in einem Körper durch eine wechselstromge@speiste Induktionsspule erzeugtem. Induktionsströme eine bestimmte Eindringtiefe besitzen, die von der Frequenz des Spulenstromes und dem spezifischen Widerstand dies Werkstoffes des Körpers abhängt. Man ist deshalb in der Lage, die Eindringtiefe für eine bestimmte Frequenz und einen bestimmten Werkstoff zu berechnen.
Es ist bekannt, die Bordbewegung in einem Induktionsofen dadurch in gewünschter Weise zu steuern, daß komplizierte Spulenanordnungen vorgesehen sind, die, mit verschiedenen -Frequenzen gespeist werden:. Ebenfalls bekannt ist,: die Intensität des Feldes durch besondere Schaltungsmaßnahmen zweckentsprechend abzustufen. Der Vorteil der Erfindung ist nun darin zu sehen., daß die gleiche Wirkung auf die Bordbewegung einfacher und damit billiger erreicht wird, indem. durch entsprechende Abstimmung der Wanddicke des Stahltiegels mit der Frequenz jedes beliebige Maß der Bordbewegung an jeder beliebigen Stelle des Tiegels erzielt werden kann, und zwar für jede Schmelzstufe entsprechend den an diese Schmelzstufe zu stellenden Anforderungen. Bekanntlich müssen Magnesium und seine Legierungen zuerst bei einer bestimmten Temperatur eingeschmolzen und dann bei. einer etwas höheren Temperatur kräftig mit Salzen: durchmischt wenden., um das Bad von Oxyden und sonstigem nichtmetallenen Verunreinigungen zu reinigen, wobei die Oberfläche des. Bades in Ruhe bleiben oder mit Salzen gut abgedeckt werden muß, damit keine zusätzliche Oxydation, des Bades erfolgt. ?Nach ausreichendem Durchmischen muß das- Bad aus metallurgischen, Gründen auf eine höhere Temperatur überhitzt werden, wobei aber auch die Oberfläche des Bades ruhig bleiben muß. Schließlich wird das Bad, von der Überhitzungstemperatur bis auf die Gießtemperatur abgekühlt und dann vergossen. Alle diese Anforderungen können erfindungsgemäß durch die Kombination der Wanddicke in den verschiedenen Höhen des Stahltiegels mit der zu wählenden Frequenz genau eingehalten werden.
Nach einer weiteren Einzelheit der Erfindung kann dabei die Tiegelwanddidke von oben nach unten stetig oder stufenweise abnehmen, wobei für sämtliche Schmelzstufen die gleiche Frequenz benutzt werden kann. Der untere Teil des T'ieg'els erhält dabei eine geringe Wanddicke, so, daß das geschmolzene Metall durch die in ihm erzeugten Induktionsströme in kräftige Bewegung versetzt wird. Im oberen Teil des Tiegels wird die Wanddicke, soi gewählt, daß die durch die Spule erzeugten Indül-,tionsströme nicht bis zum flüssigen Metall -hinreichen, so, da,ß auch keine Bordbewegung in der Nähe des Bordspiegels entsteht und der Bordspiegel in völliger Ruhe verbleibt.
Es kann ferner Nieder- und Hochfrequenz gleichzeitig verwendet werden und während des gesamten Schmelzvorganges dauernd überlagert bleiben, wobei je nach der Schmelzstufe die Stromstärke der einen Frequenz gegenüber der Stromstärke der anderen Frequenz gesteigert wird., so daß entweder clie Hochfrequenz oder die Niederfrequenz einen größeren Anteil besitzt und die Bordbewegung mehr oder weniger stark wird.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind im nachfolgenden beschrieben.
Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Fig. i zeigt im Querschnitt eine Bauart des Ofens mit einem Tiegel veränderlicher Wanddicke, Fig. 2 desgleichen einer anderen Bauart; Fig.3 zeigt einen Ofen mit mehreren überlagerten, Frequenzen; Fig. 4 zeigt einen Ofen mit zwei Spulen, die in Scottscher Schaltung an das Drehstromnetz angeschlossen sind.
Der Ofen nach Fig. i besteht aus einem Stahltiegel z, der von einer Wärmeisolation 2 umgeben ist, und einer Induktionsspule 3, die mit einem Strom einer bestimmten Frequenz gespeist wird. Die Wanddicke des Tiegels i nimmt von oben nach unten so ab, daß bei der gewählten Frequenz im unteren Teil in dem Schmelzgut auch noch Induktionsströme erzeugt werden, so- daß unten eine kräftige Bordbewegung entsteht, während im oberen Teil die Dicke so gewählt isst, dass Induktionsströme nur in der Tiegelwand entstehen und nicht bis zum Schmelzgut durchdringen. Der Badspiegel bleibt deshalb. ohne Bewegung, so daß keine Gase durch die Bordoberfläche in. das Bad eindringen können.
Bei dem Ofen. nach Fig. 2 nimmt die Wanddicke des Tiegels von oben nach unten stufenweise ab, und zwar besitzt der obere Tiegelteil 4 eine das Entstehen von Induktionsströmen im Schmelzgut verhindernde Wanddicke, der untere Tiegelteil 5 eine geringere Wanddicke, bei der das Bad in Bewegung versetzt wird. Zwischen, den beiden Stufen ist eine allmähliche Übergangsstelle 6 vorgesehen, so daß die B.adbiewegungsintensität von unten nach oben allmählich abnimmt und in der Nähe des Bordspiegels keine Bewegung mehr vorhanden ist. Auch hier wird eine einzige Frequenz angewendet.
Bei dem Ofen nach Fig: 3 ist ein abgestufter Tiegel 12 vorgesehen, Die Spule 13 ist gleichseitig an ein Hochfrequenznetz 14 tui@d ein Niederfreiquenznetz 15 angeschlossen, sot daß sich: die beiden Frequenzen dauernd überlagern. Je nach der Schmelzstufe kann durch Steigerung dr Stromstärke der einen oder der anderen Frequenz die erforderliche B'adbewegung erzielt oder vermieden werden. Dabei kann die Wanddicke des Tiegels im oberen Tiegelteil 16 so gewählt sein, daß in der Höhe des Bordspiegels auf keinen Fall eine Bordbewegung entsteht, während -die Wanddicke im unteren Tiegelteil 17 so dünn ist, daß hier durch Veränderung des Einflusses der einen: oder der anderen Frequenz eine Bordbewegung beliebiger Intensität erzielbar ist. Der Ofen. nach Fig. 4 besitzt einen Tiegel 18, dessen Wanddicke von oben nach unten allmählich abnimmt, ähnlich wie der Tiegel bei dem Ofen nach Fig. i. An Stelle einer einzigen Spule sind hier jedoch zwei Spulen i9 un;d 2o vorgesehen, die in Scottscher Schaltung über einen Schialter 21 an das Drehstromnetz 22 angeschlossen sind. Dadurch wird die Möglichkeit gegeben, den Ofen mit Drehstrom zu betreiben, wobei die Belastung der drei Phasen des. Netzes gleichmäßig ist. Die Wirkungsweise des Ofens ist die gleiche wie die des Ofens nach Fig. i.
Die Wirkungsweise des Ofens, beispielsweise beim Schmelzen von Magnesium, ist die folgende: Zuerst wird das Magnesium bis zu, einer Temperatur von, etwa 65o° C, je nach der Ofenbauart, mit Hoch- oder Niederfrequenz eingeschmolzen, wobei in der Nähe desBadspiegelseineBadbewegungnach Möglichkeit vermieden wird. Alsdann werden die Beziehungen der Frequenz zu der Wanddicke des Tiegels so verändert, daß eine starke Ba,dbewegung entsteht und, das Bad mit Salzen kräftig durchmischt wird,, um Oxyde und nichtmetallene Verunreinigungen zu entfernen, was bei einer Temperatur von etwa 730 bis 76o° C erfolgt. Hierbei wird aber darauf geachtet, daß die. Badoberfläche ruhig bleibt und mit Salzen gut abgedeckt ist. Sind; voränderliche Frequenzen bei der betreffenden Ofen Bauart vorhanden, so wird für den oberen Tiegelteil eine hohe und. für den unteren Tiegelteil eine niedrige Frequenz benutzt. Nach dem gründlichen Durchmischen wird das Bad aus metallurgischen Gründen auf etwa 85o bis 900° C überhitzt, wobei aber auch bei dieser Schmelzstufe die B.adoberfläche ruhig bleiben muß, um. das Eindringen von Gasen und Oxyden zu verhüten. Schließlich läßt man, das Bad abstehen, und bis zu einer Gießtemperatur von 720 bis 77o° C abkühlen, indem die zur Vermeidung der Badbeweguing geeignete Frequenz gewählt wird, beispielsweise Hochfrequenz.
Bei Magnesiumlegierungen werden die Temperaturen entsprechend der Zusammensetzung der Legierung gewählt.
Der Ofen eignet sich auch zum Schmelzen von anderen Metallen, beispielsweise zum Schmelzen von Blei. Je nach dien Eigenschaften des zu schmelzenden Stoffes werden dann, die Beziehungen zwischen der Wanddicke und. der Frequenz eingestellt. Auch Salze können in dem Ofen unier Verwendung von Hochfrequenz geschmolzen werden., auch wenn der hohe spezifische Widerstand. des Salzes zur Erzielung einer erheblichen Schmelzleistung im Salz selbst hinderlich ist. Für gewisse Zwecke kann aber auch hier der gleicbie Ofen verwendet werden, falls das Aufstellen eines besonderen Gefäßes zum Schmelzen der Salze hierdurch vermieden werden, kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Induktionsofen zum Schmelzen von Magnesium und seinen Legierungen in einem meta,llischen Tiegel, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke des Tiegels von oben nach unten derart stetig oder stufenweise abnimmt; daß bei einer gegebenen Frequenz des die Induktionsspule speisenden Stromes im oberen Tiege@lteil keine, im unteren dagegen eine zum Durchmischen ausreichende Badbewegung erzeugt wird.
2. Induktionsofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, d.aß seine Induktionsspule aus zwei Teilen besteht, die in Scottscher Schaltung an, das Drehstromnetz angeschlossen sind..
3. Induktionsofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß seine Induktionsspule gleichzeitig von Hochr und Niederfrequenzströmen gespeist ist, deren Größen unabhängig voneinander einstellbar sind,. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 767 249, 767 493, 769 io6, 79'7 875 deutsche Patentschriften Nr. 5o2 691, 531 409, 563 71o, 61o 172, 631 787, 647 322, 760 593; USA.-Patentschriften Nr. 1 378 189, 1 822 539, 1 943 802; britische Patentschriften Nr. 502 082, 508 255, 512738.