DE975682C - Verfahren und Ofen zum Schmelzen von Magnesium und dessen Legierungen - Google Patents
Verfahren und Ofen zum Schmelzen von Magnesium und dessen LegierungenInfo
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/22—Furnaces without an endless core
- H05B6/24—Crucible furnaces
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- Electromagnetism (AREA)
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
Description
(WiGBl. S. 175)
AUSGEGEBEN AM 3. MAI 1962
J 580 VI a 131
a
(Ges. vom 15. 7. 1951)
Das Schmelzen und Raffinieren hochmagnesiumhaltiger Legierungen, beispielsweise Elektron, stellt
gegenüber dem Schmelzen von gewöhnlichen Aluminiumlegierungen an den Schmelzofen bestimmte
Anforderungen, so daß die zum Schmelzen von Aluminium verwendeten Elektroofen für diesen
Zweck nicht oder jedenfalls nicht ohne weiteres brauchbar sind. Ein wesentlicher Grund hierfür
liegt darin, daß das Schmelzbad beim Schmelzen ίο von hochmagnesiumhaltigen Legierungen auch bei
großer Ofenleistung durch elektrodynamische Kräfte nur wenig bewegt sein darf. Auf keinen Fall
darf die das Bad bedeckende Salzdecke durch die Badbewegung zerstört werden. Dagegen ist eine
geringe, beherrschte Badbewegung für das Raffinieren und Legieren, d. h. bei einzelnen Schmelzstufen,
von Vorteil und auch wünschenswert.
Aus den genannten Gründen ist das Schmelzen von Magnesium und dessen Legierungen bisher allgemein
in widerstandsbeheizten Tiegelöfen vorgenommen worden. Hierbei ist es schwierig, die zum
Schmelzen und Überhitzen erforderliche Leistung in möglichst kurzer Zeit zuzuführen, da eine genügend
hohe Temperaturdifferenz zwischen den
209 572/2
Heizelementen und der Schmelze erforderlich ist die auf die beheizte Fläche unterzubringende Leistung
aber bei Öfen mit Heizelementen begrenzt ist Es ist daher schon vorgeschlagen worden, zum
Schmelzen von Magnesium und dessen Legierungen Induktions-Rinnenöfen zu benutzen, die auch bereits
mit Niederfrequenz betrieben wurden. Diese haben aber den Nachteil, daß sich die Rinnen leicht
verstopfen sowie ferner daß sie nicht mit festem ίο Einsatz in Betrieb genommen werden können,
sondern die Ausfüllung der Rinne mit flüssigem Metall verlangen, weil nur dieser flüssige Metallring
als Sekundärwicklung zu wirken vermag.
Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, für das elektrische Schmelzen von Magnesium und
Magnesiumlegierungen einen getrennten Einschmelztiegel mit Induktionsheizung und einen besonderen
Abstehtiegel zu verwenden, welche durch im Betriebe von außen regelbare und verschließbare
Kanäle verbunden sind. Der Einschmelztiegel ist hierbei so ausgebildet, daß im Schmelzgut
Ströme induziert werden, die eine Badbewegung erzeugen, während der Abstehtiegel eine induktive
Heizeinrichtung besitzt, die nur in der Tiegelwand induzierte Ströme entstehen läßt, so daß das Erhitzen
des Schmelzgutes nur durch Wärmeleitung von der Tiegelwand erfolgt und keine Badbeweguiig
erzeugt wird. Der Tiegel des Einschmelzteils soll bei diesem Ofen entweder aus einem keramischen
Material oder in seinem unteren Teil aus einem keramischen Material und im oberen Teil aus Stahl
oder ganz aus Stahl und der Abstehtiegel aus Stahl bestehen. Besteht der Tiegel des Einschmelzteiles
aus einem keramischen Material, so besteht der Verbindungskanal zwischen den beiden Tiegeln aus
Stahl. Die Wahl des Materials des Einschmelztiegels und dessen Formgebung ist in jedem Falle
so gewählt, daß im Schmelzgut Ströme induziert werden. Diese Unterteilung des Schmelzprozesses
von Magnesium in einen Einschmelz- und Abstehofenteil wurde für erforderlich gehalten. Daraus
ergibt sich ein sehr umständliches Schmelzverfahren, das eine verlängerte Schmelzzeit zur Folge
hat und einen Schmelzofen erfordert, der erhebliche Abmessungen besitzt und umständlich zu bedienen
ist. Außerdem ist es nachteilig, daß der Schmelzbehälter und der Kanal zwischen den Tiegeln nur
umständlich zu reinigen sind und daß es unmöglich ist, den Tiegel zum Vergießen aus dem Ofen herauszunehmen.
Diese Nachteile und Schwierigkeiten haben einer Einführung dieser Öfen für das Schmelzen von
Magnesiummetallen bis heute hindernd im Wege gestanden.
Es ist auch bereits zum Schmelzen von Magnesiummetallen ein Niederfrequenztiegelofen entwickelt
worden, der eine Kombination des Widerstandstiegelofens mit dem bisher bekannten Induktionsofen
darstellt. Der bei diesem Ofen benutzte eiserne Tiegel besitzt einen dreieckigen Querschnitt,
wobei die einzelnen Tiegelseiten in Stromschleifen von hoher elektrischer Leitfähigkeit einbezogen
sind, denen drei Einzeltransformatoren mit geschlossenem Transformatorkern zugeordnet sind.
Der Aufbau dieses Ofens ist kompliziert und verwendet zusätzliche Stromschleifen aus Kupfer, die
den mehrfachen Querschnitt des Tiegelquerschnittes besitzen. Durch entsprechende Dimensionierung
der Tiegelwandstärke hat man bei diesem kombinierten Widerstands-Induktions-Ofen die Badbewegung
auf den jeweiligen Verwendungszweck des Ofens abgestellt. Die Versuche mit diesem
Ofen sind über verhältnismäßig kleine Chargen nicht hinausgekommen. Die baulichen Abmessungen
und die Gestehungskosten des Ofens werden bei größeren Schmelzleistungen durch die entsprechenden
Abmessungen der drei benötigten Einzeltransformatoren unwirtschaftlich.
Wie eingangs bereits erwähnt, sind die zum Schmelzen von Aluminium und dessen Legierungen
verwendbaren Induktionsöfen, bei denen die Induktionsströme und damit die Wärme in dem Schmelzgut selbst erzeugt wird, zum Schmelzen von Magnesium
und dessen Legierungen im Hinblick auf die dabei eintretende starke Badbewegung nicht geeignet.
Da Magnesium eine sehr hohe Affinität zu Sauerstoff besitzt, ist es notwendig, die Schmelze
mittels Abdecksalzen gegen den Zutritt von Sauerstoff zu schützen. Bei zu starker Badbewegung
würde diese Salzabdeckung aufreißen und hierdurch ein zu hoher Abbrand und außerdem Brandgefahr
hervorrufen.
Dies gilt auch für Hochfrequenz-Induktionsöfen, da selbst bei dieser Ofengattung die Badbewegung
so beträchtlich ist, daß das Magnesium während des Einschmelzprozesses Gase aufnimmt und hierdurch
die Erzeugung eines einwandfreien Magnesiumgusses unmöglich gemacht wird.
Wegen dieser generellen Nachteile induktiv beheizter, für andere Metalle an sich bewährter
Schmelzofen hat auch ein seit langem bekannter Hochfrequenztiegelofen zum Schmelzen von insbesondere
Metalloxyden keinen Eingang in die Praxis des Schmelzens von Magnesium gefunden,
bei dem ein metallischer, sehr dünnwandiger Tiegel alternativ einen Teil der Induktionsströme in
der Tiegelwand aufnimmt. Der Tiegel dieses bekannten Ofens ist trichterförmig ausgebildet und
wird kontinuierlich beschickt, wobei in dem oberen, weiteren Teil des trichterförmigen Tiegels das Einsatzgut
nur vorerhitzt wird, während es erst im unteren, engeren Bereich des Tiegels verflüssigt
wird und durch eine Öffnung kontinuierlich ausfließt. Da bei dieser Bauart ein wesentlicher Teil
der Induktionsströme unmittelbar im Schmelzgut selbst zur Auswirkung gelangt, wäre dieser vorbekannte
Ofen auch für das Schmelzen von Magnesium aus den weiter oben bereits erörterten Gründen
nicht geeignet.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die iao
speziell beim Einschmelzen von Magnesium bisher bestehenden Schwierigkeiten zu beseitigen und ein
Verfahren zu ermöglichen, das unter Verwendung eines einfachen und leicht zu bedienenden Ofens
ein einwandfreies und gefahrenloses Einschmelzen von Magnesium gestattet.
Zur Lösung dieser Aufgabe verwendet die Erfindung einen kernlosen Induktions-Tiegel-Schmelzofen
mit von der Induktionsspule konzentrisch umgebenem Tiegel aus Stahl oder Eisen und kennzeichnet
sich dadurch, daß der Ofen nur mit Niederfrequenz, vorzugsweise Netzfrequenz, betrieben
wird, wobei der Tiegel über seine gesamte Höhe eine gleichbleibende Wandstärke solcher Bemessung
besitzt, daß die Sekundärströme ausschließlich oder zum weit überwiegenden Teil in
der Tiegelwand erzeugt werden.
Zur Lösung der gleichen Aufgabenstellung geht ein älterer, jedoch nicht vorveröffentlicher Vorschlag
ebenfalls von einem Induktionsofen zum Schmelzen von Magnesium und seinen Legierungen
in einem metallischen Tiegel aus, kennzeichnet sich jedoch dadurch, 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 Tiegelteil keine, im unteren dagegen eine zum
Durchmischen ausreichende Badbewegung erzeugt wird.
Abweichend von diesem älteren Vorschlag geht die vorliegende Erfindung den umgekehrten Weg:
unter ausschließlicher Verwendung von Nieder-, vorzugsweise Netzfrequenz einen metallischen
Tiegel zu benutzen, der über seine gesamte Höhe eine gleichbleibende Wandstärke solcher Bemessung
aufweist, daß die Sekundärströme über den gesamten Höhenbereich des Tiegels gleichmäßig ausschließlich
oder zum weit überwiegenden Teil in der Tiegelwand erzeugt werden. Der zur Durchführung
dieses Verfahrens bestimmte Ofen ist einfach im Aufbau und läßt sich beispielsweise dadurch
leicht an die verschiedensten Betriebs Verhältnisse anpassen, daß bei unmittelbarem Anschluß
des Ofens an das Netz die Netzfrequenz z. B. mittels eines statischen Frequenzwandlers verdoppelt
bzw. in einem anderen Verhältnis vervielfacht wird oder beispielsweise bei kleineren Öfen
dadurch, daß dem Schmelzofen eine einphasige, über einen Scott-Spar-Transformator und ein Frequenzwandlerpaar
gespeiste Wicklung zugeordnet wird, derart, daß die zwei entgegengesetzt gerichteten
einphasigen Systeme sich überlagern und der Ofen als gleichmäßige Dreiphasenlast betrieben
wird. Letzteres bringt zwar eine Verschlechterung des Leistungsfaktors mit sich, die aber im allgemeinen
deswegen nicht ins Gewicht fällt, weil der Ofen ·— wie alle kernlosen öfen — eine hohe
Streuinduktivität besitzt, die durch eine Kondensatorenbatterie kompensiert werden muß.
Die Verwendung statischer Frequenzwandler zur Veränderung der Netzfrequenz sowie die Verwendung
von über Scott-Spar-Transformatoren sowie Frequenzwandler gemäß der zuletzt behandelten
Schaltungsart angeschlossenen Induktionsöfen ist an sich bekannt und bildet daher im Rahmen der
vorliegenden Erfindung nicht Gegenstand eines selbständigen Schutzes.
Die Erfindung ist in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Der Ofen besteht
aus dem auf ganzer Höhe mit gleicher Wandstärke versehenen Stahlgußtiegel 1, dessen Wandstärke
unter Berücksichtigung des spezifischen Widerstandes des Tiegelmaterials und der Frequenz des
Induktionswechselfeldes etwa entsprechend der elektrischen Eindringtiefe bemessen ist, der den
Tiegel umgebenden Induktionsspule 2 sowie der zwischen Spule und Tiegel eingestampften Isoliermasse
3. Die Induktionsspule ist nach außen durch Blechpakete 4 abgeschirmt. Das den Ofen tragende
Ofengehäuse ist mit 5 bezeichnet.
Claims (4)
1. Verfahren zum Schmelzen von Magnesium und dessen Legierungen in einem kernlosen
Induktions-Tiegel-Schmelzofen mit von der Induktionsspule konzentrisch umgebenem Tiegel
aus Stahl oder Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen nur mit Niederfrequenz, vorzugsweise
Netzfrequenz, betrieben wird, wobei der Tiegel über seine gesamte Höhe eine gleichbleibende
Wandstärke solcher Bemessung besitzt, daß die Sekundärströme ausschließlich oder zum weit überwiegenden Teil in der
Tiegelwand erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei unmittelbarem Anschluß des Ofens an das Netz dessen Frequenz z. B. mittels eines statischen Frequenzwandlers verdoppelt
oder in einem anderen Verhältnis vervielfacht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Schmelzofen eine einphasige, über einen Scott-Spar-Transformator und ein Frequenzwandlerpaar gespeiste Wicklung
zugeordnet wird, derart, daß die zwei entgegengesetzt gerichteten einphasigen Systeme
sich überlagern und der Ofen als gleichmäßige Dreiphasenlast betrieben wird.
4. Kernloser Induktions-Tiegel-Schmelzofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (2) in an sich bekannter
Weise nach außen durch Blechpakete (4) abgeschirmt ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 1378 189;
britische Patentschrift Nr. 392764;
»Elektrowärme«, H. 4, 1938, S. 114; H. 2, 1938,
S. 33 bis 41 ;
»Metallwirtschaft« vom 20. 3. 1944, S. 98 bis 100;
»Revue de l'Aluminium«, November 1936, S. 433 bis 439;
»Die Neue Gießerei«, Juni 1949, S. 172 bis 182.
In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 945 780.
Deutsches Patent Nr. 945 780.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEJ580D DE975682C (de) | 1944-04-23 | 1944-04-23 | Verfahren und Ofen zum Schmelzen von Magnesium und dessen Legierungen |
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DEJ580D DE975682C (de) | 1944-04-23 | 1944-04-23 | Verfahren und Ofen zum Schmelzen von Magnesium und dessen Legierungen |
Publications (1)
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DE975682C true DE975682C (de) | 1962-05-03 |
Family
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DEJ580D Expired DE975682C (de) | 1944-04-23 | 1944-04-23 | Verfahren und Ofen zum Schmelzen von Magnesium und dessen Legierungen |
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Country | Link |
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DE (1) | DE975682C (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10063020A1 (de) * | 2000-12-16 | 2001-08-16 | Andre Ditze | Verfahren zum eisenfreien Schmelzen von Magnesium und Magnesiumlegierungen |
Citations (3)
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---|---|---|---|---|
US1378189A (en) * | 1919-07-30 | 1921-05-17 | Ajax Electrothermic Corp | Method and apparatus for melting oxids, &c., without contamination |
GB392764A (en) * | 1931-07-01 | 1933-05-25 | British Thomson Houston Co Ltd | Improvements in and relating to electric furnaces |
DE945780C (de) * | 1941-04-29 | 1956-07-19 | Aeg | Induktionsofen zum Schmelzen von Magnesium und seinen Legierungen |
-
1944
- 1944-04-23 DE DEJ580D patent/DE975682C/de not_active Expired
Patent Citations (3)
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DE10063020C2 (de) * | 2000-12-16 | 2002-01-24 | Andre Ditze | Stahltiegel zum eisenfreien Schmelzen von Magnesium und Magnesiumlegierungen |
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