EP0391067A2 - Device with a metallic crucible - Google Patents

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EP0391067A2
EP0391067A2 EP90103959A EP90103959A EP0391067A2 EP 0391067 A2 EP0391067 A2 EP 0391067A2 EP 90103959 A EP90103959 A EP 90103959A EP 90103959 A EP90103959 A EP 90103959A EP 0391067 A2 EP0391067 A2 EP 0391067A2
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EP
European Patent Office
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crucible
melt
metal
coil
melting
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EP90103959A
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German (de)
French (fr)
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EP0391067A3 (en
EP0391067B1 (en
Inventor
Otto W. Dr. Stenzel
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ALD Vacuum Technologies GmbH
Original Assignee
Leybold AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Leybold AG filed Critical Leybold AG
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Publication of EP0391067A3 publication Critical patent/EP0391067A3/en
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Publication of EP0391067B1 publication Critical patent/EP0391067B1/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00Crucible or pot furnaces
    • F27B14/06Crucible or pot furnaces heated electrically, e.g. induction crucible furnaces with or without any other source of heat
    • F27B14/061Induction furnaces
    • F27B14/063Skull melting type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00Cooling of furnaces or of charges therein
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/22Furnaces without an endless core
    • H05B6/24Crucible furnaces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00Crucible or pot furnaces
    • F27B2014/008Continuous casting

Definitions

  • the invention relates to a device with a crucible in which there is a metal or a metal alloy according to the preamble of patent claim 1.
  • ceramic particles can flake off from the crucible and get into the melting material, where after the melting material solidifies, they form inclusions, which are often referred to as "low density inclusions". Such inclusions reduce the quality of the solidified melt, since they are e.g. B. Starting point of cracks.
  • This problem is solved in a simple manner in that the material to be melted is heated electrically, specifically by inductive heating.
  • a coil is provided around the crucible, which supplies electrical energy through the crucible wall to the melting material.
  • an induction furnace without an iron core in which the density of the turns of the induction coil decreases from bottom to top or from top to bottom (DE-PS 563 710). This is intended to achieve regulation of the bath movement. If, for example, strong oxidation of a liquid iron or steel is to be achieved, a coil is used, the turns of which are wound more densely in the upper part than in the lower part, as a result of which a strong surface movement of the bath is achieved. On the other hand, if, for example, overheating liquid aluminum in the induction furnace, excessive bath movement, especially on the surface of the bath, is to be avoided, a coil is advantageously used, the turns of which are wound more densely in their lower part than in their upper part. However, the crucible used here is not slotted.
  • a method for vacuum sintering powder products in an electrically heated vacuum oven is also known, in which the heating of the oven is controlled as a function of the pressure in the oven (DE-A-2 152 489).
  • the vacuum oven used here is also not slotted.
  • an elongated, electrically insulated and water-cooled crucible which is open at the top and bottom and which has the same cross-section over its entire length (US Pat. No. 3,775,091).
  • This crucible is divided into at least two segments by vertical slots, each segment being electrically insulated from the other segment, so that no electrical short circuits occur.
  • the slots serve to reduce the shielding effect of the crucible against electric fields.
  • a ceramic lining is provided which, in the solid state, has electrical insulating properties and which has a melting point temperature which differs from the melting point temperature of the metal to be melted.
  • This insulating lining contains, for example, an alkaline earth metal fluoride. This creates a self-generating insulation liner.
  • the disadvantage here is that the use of slag when melting reactive metals entails the risk of contamination of the metal. It has also been found that even with a partial pressure of argon or helium, the quality of the molten material left much to be desired.
  • Insulating slags between the melt and the cooled segments is not necessary for electrical reasons, as described in DE-PS 518 499.
  • Insulating layers between the melt and the cooled segments represent an advantage in that they represent a heat insulation layer and thus significantly reduce the heat flow from the melt to the cooled segments, so that melting can be carried out with lower electrical induction heating outputs.
  • the size of the power supply can be smaller and the current forces limiting the process are not yet so noticeable.
  • a method for inductively melting reactive metals and alloys in a non-reactive environment is also known, in which the melting material is melted in a crucible divided into segments in the absence of insulating slag (EP-A-0276544).
  • This process is intended to produce high-quality products that are not contaminated by slag or the like.
  • the wall segments of the crucible are not electrically insulated from one another, but on theirs Base connected to each other and thus electrically short-circuited, as has already been described in previous publications and in DE-PS 518 499.
  • the crucible is provided in an evacuated room with less than 500 ⁇ m Hg.
  • a disadvantage of this method is that the inductively introduced electrical heating power is the same over the entire height of the crucible, which does not lead to an optimal melting time.
  • a fundamental disadvantage of the above-described melting process with a cooled crucible is the high energy losses which the melting material suffers from the dissipation of heat to the crucible wall.
  • the thermal process efficiency can only be kept acceptable by the fact that the melting process runs as quickly as possible and thus the amount of energy dissipated as heat losses - as a product of power loss and time - becomes small.
  • the invention is therefore based on the object of creating a device according to the preamble of patent claim 1, with which it is possible to produce high-purity metal by melting and to reduce the heat losses.
  • the advantage achieved by the invention is in particular that the electrical energy can be efficiently brought to the melting material without it being contaminated with electrically insulating parts, because the slots between the segments of the crucible are only in the area facing away from the melt with an insulator replenished.
  • the area facing the melt is empty at the depth of approximately one slot width.
  • the melting process can be carried out evenly and quickly because the radiation pressure of the inductive energy supply counteracts the gravitational pressure of the melt.
  • the height-dependent power density achieves the maximum possible heating power at a selected operating frequency. At the same time, the heat losses from the melt to the crucible are reduced, since the mechanical contact surface between the melt and the crucible is kept as small as possible.
  • the height-dependent power distribution also has the advantage during temperature maintenance that the melt can degas quickly due to the relatively large surface area that forms. so that treatment time and losses are reduced.
  • a large coherent vortex is formed in the melting area as the power density increases, which mixes the melt well thermally and metallurgically.
  • the invention also has advantages when the melt solidifies.
  • the inductive melting of materials in a cooled crucible has the general advantage over conventional induction melting that the melt does not have to be poured into a mold.
  • FIG. 1a The principle of an induction melting furnace 1 is shown in FIG. 1a, which has an inductor 2 and material 3 to be melted.
  • the inductor 2 consists of a coil which has an inductance and an ohmic resistance.
  • a current flows through the inductor 2, which induces a voltage in the melting material 3, which consists of conductive material, which in turn causes a current flow in the melting material 3, which results in heating of the melting material.
  • is the penetration depth of the current.
  • ⁇ 1 the depth of penetration for the frequency f1 is called; it is the point on a flat, very thick wall at which the current density g has decreased from 1 to l / e, where e is Euler's number. It can be seen from this that the higher its frequency, the less deep the current penetrates.
  • the currents flowing in the melt 3 are also called eddy currents. Eddy currents always arise when there are electrically conductive substances in an alternating magnetic field. They flow on paths that are linked with the magnetic induction lines. The formation and properties of eddy currents are known (cf. K. Kupfmüller, introduction to theoretical electrical engineering, 11th edition, 1984, p. 304 ff.) And are therefore not to be described in detail.
  • the specific heat output also plays an important role in induction melting furnaces.
  • H. the power converted into heat in the volume unit of the melting material 3.
  • the distribution of this heat output is also known (K. Simonyi, Theoretical Electrical Engineering, 1956, p.304), so that it cannot be derived.
  • FIG. 2a shows an induction melting furnace 1 according to the invention, which has a crucible 4 which is divided into different segments 5, 6, 7.
  • an inductor 2 ie a coil, arranged, which acts on the melting material 3.
  • cooling tubes 8, 9 run with a water inflow 10 and a water outflow 11.
  • the crucible 4 preferably consists of a relatively good heat-conducting metal, since glass or ceramic would contaminate the melt too much. Since metals that conduct heat well are also good electrical conductors, the magnetic energy generated by the coil 2 penetrates mainly through the slots 12, 13 between the segments 5, 6, 7 of the crucible 4 to the melting material 3.
  • This melting material is liquid in the upper region 14 and is supported on a cooled plate 16 via a solidified layer 15. The plate 16 can be moved up or down with a rod 17.
  • the electromagnetic energy which is supplied from the coil 2 to the melting material 3, penetrates mainly through the slots 12, 13 and generates a radiation pressure in the volume of the melt. If the Local radiation pressure is the liquid pressure exerted on the walls of the crucible, so that the melting material at the point where the slits are located is pushed so far inwards that a weakening of the field results from a weakening of the field strength and / or an increase in the liquid height from the displaced material. As a result, an optimal melting process is not possible.
  • the radiation pressure on the inside of the crucible 4 must therefore not be greater than the hydrostatic pressure of the melt 3.
  • the radiation pressure is also designed according to the invention in such a way that it also depends on the z coordinates. This happens e.g. B. in such a way that the square of the amplitude of the magnetic field penetrating into the melting material 3 increases linearly from top to bottom.
  • the wall has a finite conductivity, which applies to the melting material 3, the incident wave is not completely, but only partially reflected, so that the electric field strength on the wall does not completely disappear; therefore in this case the electric field strength also contributes to the pressure, but the magnetic field strength is correspondingly smaller than before. If the shaft still partially penetrates the wall, so there is also pressure on the back, which is to be subtracted from the one acting on the front.
  • the power density or radiation power per unit area is known as the Poynting vector (cf. Simonyi, loc. Cit., P. 28 ff). This vector is defined as the vector product of the electric field strength and the magnetic field strength:
  • the electromagnetic power penetrating into the melting material generates mechanical forces in the melt.
  • the volume force density is described for the case of constant electrical conductivity and permeability over the volume by: in which the current density and which are magnetic induction.
  • the volume force density is directly proportional to the amount of the Poynting vector.
  • the quantity "pressure" forming in the volume of the melt is calculated from the integral over the dot product of the volume force density and the path: Since only one force density component occurs normally, ie perpendicular to the surface, for a flat field:
  • the electromagnetic radiation pressure does not appear abruptly on the surface of the material, but builds up normally via the path to the surface. Since the depths of penetration are small at the usual heating frequencies, one can assume in a first approximation for the formation of the molten bath surface that the electromagnetic pressure acts on the surface. The electromagnetic radiation pressure is therefore proportional to the power density radiated to the melt.
  • 2b shows a plan view of the melting furnace 1, in which the segments 5 to 7 and 18 to 22 and the slots 12, 13 and 23 to 28 between the segments 5 to 7, 18 to 22 can be seen.
  • the melting process begins in the middle of the individual segments 5 to 7 and 18 to 22 and not behind the slots 12, 13 and 23 to 28. If the melting material 3 is in the liquid state, it is pushed inwards and it radial furrowing forms in the melt, which is most pronounced on the surface of the bath. The webs protruding from the melt stand outwards in a star shape and are located opposite the middle of the segments 5 to 7 and 18 to 22. A field incidence on the top of the crucible from the top of the molten bath tip must be avoided, as this would otherwise result in the tent tip being deformed comes and the formation of wrinkles is supported. The field incidence on the edge of the crucible can, for. B. can be prevented that the induction coil 2 does not reach beyond the edge of the crucible.
  • FIG. 3 shows a variant of the invention in which a differently arranged cooling system is provided and which has a coil with a downward gradient.
  • the crucible 4, which again has several segments 5, 6, 7 and z. B. has a volume of 5.5 dm3, has a coolant inlet opening 10 and an outlet opening 11 for cooling water.
  • Liquid metal e.g. B. Na or NaK or an organic liquid, e.g. B. a flame retardant oil can be used.
  • liquid salt as a coolant, for example NaNO2, NaNO3 or KNO3.
  • the upper turns 29, 30 of the coil 2 are further apart than the lower turns 31, 32.
  • the coil 2 is connected to a power supply 34, which is an AC power source with a frequency of 1000 to 5000 Hz.
  • the current flowing through the windings 29 to 32 is therefore the same at all points.
  • the molten material 3 flows in the crucible 4. In the lower to middle coil region, it flows inwards, where it is deflected upwards and downwards and flows downwards again to the outside of the melt; the inward-looking forces are also greatest there.
  • the material flowing upwards in the area of the center of the melt is visible on the surface of the melt pool and can cause instability of the bath tip.
  • the due of the melt webs formed by the radiation pressure results in a passive flow, which is generated by frictional forces of the tip flow.
  • the power supply delivers a voltage with frequencies of 2500 Hz or 5000 Hz.
  • the penetration dimensions are then calculated using the known formula with aluminum as melt liquid to 4.8 mm or 3.4 mm and with titanium as melt liquid to 13.3 mm or 9.4 mm. Increasing the frequency leads to a reduction in the penetration dimension.
  • FIG. 4 A further variant of the invention, in which the current strengths through the coil windings are not the same everywhere, is shown in FIG. 4.
  • a first partial coil 36 with turns 29, 30 in the upper region which are connected to a first power supply 35.
  • the number of turns of this coil section is relatively large.
  • a second partial coil 37 with the turns 38 to 41 is provided in the lower region of the crucible 4.
  • This second and shorter coil section 37 can be connected to its own power supply 42 and has a smaller number of turns than the first coil section 36.
  • the melt pool tip is designated by the reference number 60 in FIG. 4.
  • This crest 60 should be raised as little as possible and should not be furrowed by the radiation pressure.
  • the measure of reducing the field strength can be selected against an increase.
  • the grooves 61 to 64 of the dome 60 are essentially due to the penetration of the electromagnetic radiation through the slots 12, 13 between the segments 5, 6, 7.
  • the ratio of the segment width a to the slot width b is therefore essential for the properties of the bath tip 60. In order to optimally determine this ratio, various aspects have to be considered.
  • the number of segments 5, 6, 7 should be as large as possible so that the electromagnetic field can penetrate into the melt 3 through many slots 12, 13.
  • it is desirable that their number is not too large so that the lengths of the current path in which eddy currents can be induced do not become too large.
  • the circumference of the crucible 4 divided by the number of segments 5, 6, 7 should result in a segment width a such that the segment width a becomes comparable or even smaller with the depth ⁇ of the field into the melt 3.
  • the segment width a determines the periodicity of the field in the circumferential direction.
  • the bulges or lamellae 65, 66, 67 on the dome 60 at its tip and bottom have such a large curvature that the surface forces for reducing the bulges 65, 66, 67 increase.
  • the field strength in the dome area can be reduced or the frequency of the field increased, as already mentioned.
  • narrow segments 5, 6, 7 can also be used.
  • the electrical voltages prevailing between two segments 5, 6, 7 do not depend on the width b of a slot 12, 13, but rather result from the circulating voltage divided by the number of segments 5/6/7.
  • the segments 5, 6, 7 are bent towards the melt by the field of the induction coil 36, 37. An inward deformation of the segments 5, 6, 7 also results from the melting-side heating, the so-called furnace box effect.
  • the segments 5, 6, 7 can z. B. are supported by insulating elements between the segments 5, 6, 7. These also prevent the melt from escaping in the event of a power failure.
  • the insulation materials should be offset by one or two column widths.
  • the bottom 68 of the crucible 4 is expediently designed as a radially slotted, water-cooled block. It is isolated from segments 5, 6, 7 in the upper area. It is also adjustable in height so that it can be optimally adapted to the melting height.
  • FIG. 5 shows a further variant of the invention, in which only one coil 2 is provided, which is supplied with electrical energy via the alternating current source 34.
  • a capacitor 45 is connected in parallel with this coil 2, so that the coil 2 forms an oscillating circuit with this capacitor 45.
  • An inductance 46 is connected in series with this parallel resonant circuit 2, 45, which causes a frequency change and which can be short-circuited via a switch 50.
  • a direct current source 47 Also connected in parallel with the power supply 34 and the parallel resonant circuit 2, 45 is a direct current source 47, which superimposes a direct current on the alternating current in the coil. With the direct current source 47 it is achieved that the melt flow is calmed and the bath tip formation is stabilized. In this case, the DC magnetic field has the same direction as the AC field. However, it is also possible to place the DC field perpendicular to the AC field and, in particular, to provide it in the upper region of the melt. It is understood that the DC field can also be generated by a separate winding
  • heating source 48 above the melting material, which is shown only symbolically in FIG. 5.
  • This can be an electron gun, a plasma source, an externally powered resistance heater or the like.
  • a reactive gas can be introduced into the space between the molten bath surface 60 and the heating source 48 if, for. B. a plasma torch or a glow discharge anode is used. Nitrides, oxides or the like or undesired compounds of these which float in the melt as inclusions can thus be chemically destroyed.
  • the bottom 68 is shifted in such a way that the melt pool tip 60 is held at approximately the same location relative to the crucible 4 or the coil 2.
  • the division of the set electromagnetic power can be different for the different processes “melting down”, “maintaining temperature” and “block solidification”.
  • FIG. 6 shows schematically how this power density distribution can look in the case of an arrangement with several partial coils.
  • the crucible 4 should be designed to be very slim in order to achieve high efficiency. However, in order to limit the thermal load on the coils and segments in the case of very high crucibles, a power distribution should be sought, as is shown in FIG. 7.
  • the crucible 4 as already mentioned, has a volume of 5.5 dm3, for example. However, it can also have a volume of 100 to 1000 dm3.

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Abstract

The invention relates to a device with a crucible (4), in which there is a metal or metal alloy, a location-dependent inductive power density being supplied to the metal or metal alloy. The crucible (4) is preferably a cooled crucible (4) with slots (12, 13) in the circumference, which is surrounded by a coil (2). The radiation pressure, which is exerted on the metal or metal alloy by the magnetic field of the coil (2), is for example location-dependent in that it corresponds to the hydrostatic pressure of the molten metal or of the molten metal alloy. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einem Tiegel, in dem sich ein Metall oder eine Metall-Legierung befindet nach dem Oberbegriff des Patent­anspruchs 1.The invention relates to a device with a crucible in which there is a metal or a metal alloy according to the preamble of patent claim 1.

Beim Schmelzen von Stoffen in Tiegeln ist darauf zu achten, daß der Tiegel eine höhere Schmelztemperatur hat als der zu schmelzende Stoff, denn bei herkömmlichen Tiegeln wird die Innenfläche des Tiegels genauso warm wie die Schmelze. In den meisten fällen genügen Tiegel aus Keramik den An­forderungen, da sie eine sehr hohe Schmelztemperatur besitzen. Allerdings kann die stark erhitzte Innenfläche eines Keramik-Tiegels chemisch mit der Schmelze reagieren, wodurch die Schmelze durch das Tiegelmaterial ver­unreinigt wird. Die Verunreinigung besteht in der Regel darin, daß die Schmelze unter Reduktion der Tiegeloxidkeramik oxidiert wird. Es ist jedoch auch möglich, daß Verunreinigungen des Tiegels, z. B. Schwefel in Lösung gehen. Außerdem können Keramikpartikel vom Tiegel abplatzen und in das Schmelzgut gelangen, wo sie nach der Erstarrung des Schmelz­guts Einschlüsse bilden, die oft als "low density inclusions" bezeichnet werden. Solche Einschlüsse mindern die Qualität der erstarrten Schmelze, da sie z. B. Ausgangspunkt von Rissen sind.When melting substances in crucibles, make sure that the crucible has a higher melting temperature than the substance to be melted, because with conventional crucibles the inner surface of the crucible becomes as warm as the melt. In most cases, ceramic crucibles meet the requirements because they have a very high melting temperature. However, the highly heated inner surface of a ceramic crucible can react chemically with the melt, as a result of which the melt is contaminated by the crucible material. The contamination generally consists in the fact that the melt is oxidized while reducing the crucible oxide ceramic. However, it is also possible that contamination of the crucible, for. B. sulfur in solution. In addition, ceramic particles can flake off from the crucible and get into the melting material, where after the melting material solidifies, they form inclusions, which are often referred to as "low density inclusions". Such inclusions reduce the quality of the solidified melt, since they are e.g. B. Starting point of cracks.

Eine Möglichkeit, diese Nachteile zu vermeiden, besteht darin, den Tiegel nicht aus Keramik, sondern aus Metall herzustellen. In diesem Fall tritt jedoch das Problem auf, daß Stoffe mit hoher Schmelztemperatur nicht im Tiegel geschmolzen werden können. Würde man z. B. versuchen, Metalle wie Tantal, Wolfram oder Thorium ohne besondere Maßnahmen in einem Kupfertiegel zu schmelzen, so wäre der Tiegel schon lange geschmolzen, bevor die Schmelztemperatur dieser Metalle erreicht ist.One way to avoid these disadvantages is to make the crucible not from ceramic, but from metal. In this case, however, there arises a problem that materials having a high melting temperature cannot be melted in the crucible. Would you z. If, for example, you try to melt metals such as tantalum, tungsten or thorium in a copper crucible without special measures, the crucible would have melted long before the melting temperature of these metals was reached.

Um Stoffe mit hoher Schmelztemperatur in Tiegeln niedrigerer Schmelz­temperatur schmelzen zu können, ist es seit langem bekannt, die Tiegel mit Wasser zu kühlen. Hierdurch wird der Tiegel fortwährend auf einer Temperatur unterhalb seines eigenen Schmelzpunkts gehalten. Allerdings tritt nun das Problem der Erwärmung des Schmelzguts auf, denn wenn der Behälter selbst gekühlt wird, kann er keine höheren Temperaturen an das Schmelzgut abgeben.In order to be able to melt substances with a high melting temperature in crucibles with a lower melting temperature, it has long been known to cool the crucibles with water. This keeps the crucible at a temperature below its own melting point. However, the problem of heating the melting material now arises, because if the container itself is cooled, it cannot release higher temperatures to the melting material.

Dieses Problem wird auf einfache Weise dadurch gelöst, daß das Schmelz­gut elektrisch beheizt wird, und zwar durch induktive Erwärmung. Hierbei wird um den Tiegel herum eine Spule vorgesehen, die elektrische Energie durch die Tiegelwand hindurch dem Schmelzgut zuführt.This problem is solved in a simple manner in that the material to be melted is heated electrically, specifically by inductive heating. Here, a coil is provided around the crucible, which supplies electrical energy through the crucible wall to the melting material.

Damit bei induktiver Beheizung ein aus Metall bestehender Tiegel nicht selbst induktiv zu stark durch Wirbelströme erwärmt wird, ist es bereits bekannt, den Tiegel aus einzelnen Segmenten zusammenzusetzen, die gegen­einander durch eine isolierende Schicht getrennt sind (DE-PS 518 499). Zur Isolierung kann z. B. Glimmer verwendet werden.So that a crucible made of metal is not inductively heated too much by eddy currents during inductive heating, it is already known to assemble the crucible from individual segments which are separated from one another by an insulating layer (DE-PS 518 499). For insulation z. B. Mica can be used.

Weiterhin ist ein Induktionsofen ohne Eisenkern bekannt, bei dem die Dichte der Windungen der Induktionsspule von unten nach oben oder von oben nach unten abnimmt (DE-PS 563 710). Hierdurch soll eine Regelung der Badbewegung erzielt werden. Will man beispielsweise starke Oxidation eines flüssigen Eisens oder Stahls erzielen, so verwendet man eine Spule, deren Windungen in ihrem oberen Teil dichter gewickelt sind als in dem unteren, wodurch eine starke Oberflächenbewegung des Bads erzielt wird. Soll dagegen beispielweise bei Überhitzung von flüssigem Aluminium im Induktionsofen eine allzu starke Badbewegung, insbesondere an der Bad­oberfläche, vermieden werden, so verwendet man zweckmäßig eine Spule, deren Windungen in ihrem unteren Teil dichter gewickelt sind als in ihrem oberen Teil. Der hierbei verwendete Tiegel ist jedoch nicht geschlitzt ausgebildet.Furthermore, an induction furnace without an iron core is known in which the density of the turns of the induction coil decreases from bottom to top or from top to bottom (DE-PS 563 710). This is intended to achieve regulation of the bath movement. If, for example, strong oxidation of a liquid iron or steel is to be achieved, a coil is used, the turns of which are wound more densely in the upper part than in the lower part, as a result of which a strong surface movement of the bath is achieved. On the other hand, if, for example, overheating liquid aluminum in the induction furnace, excessive bath movement, especially on the surface of the bath, is to be avoided, a coil is advantageously used, the turns of which are wound more densely in their lower part than in their upper part. However, the crucible used here is not slotted.

Eine ähnliche Spule ist auch aus der US-PS 1 839 801 bekannt, bei welcher die Windungen an den Enden dichter zusammenliegen als in der Mitte.A similar coil is also known from US Pat. No. 1,839,801, in which the turns are closer together at the ends than in the middle.

Es ist außerdem ein Verfahren zum Vakuumsintern von Pulverprodukten in einem elektrisch beheizten Vakuumofen bekannt, bei dem die Erwärmung des Ofens in Abhängigkeit von dem Druck im Ofen gesteuert wird (DE-A-­2 152 489). Der hierbei verwendete Vakuumofen ist ebenfalls nicht geschlitzt.A method for vacuum sintering powder products in an electrically heated vacuum oven is also known, in which the heating of the oven is controlled as a function of the pressure in the oven (DE-A-2 152 489). The vacuum oven used here is also not slotted.

Bei einem anderen bekannten Induktionsschmelzofen zum Schmelzen von Metallen ist ein länglicher, elektrisch isolierter und mit Wasser gekühlter Schmelztiegel vorgesehen, der oben und unten offen ist und der über seine ganze Länge den gleichen Querschnitt hat (US-PS 3 775 091). Dieser Schmelztiegel ist durch senkrechte Schlitze in wenigstens zwei Segmente unterteilt, wobei jedes Segment von dem jeweils anderen Segment elektrisch isoliert ist, damit keine elektrischen Kurzschlüsse auftreten. Die Schlitze dienen dazu, die Abschirmwirkung des Tiegels gegen elektrische Felder zu verringern. Um zwischen den Segmenten und auf der Innenseite des Tiegels stets eine Isolierung zu erzeugen und aufrechtzuerhalten, ist eine keramische Auskleidung vorgesehen, die im festen Zustand elektrische Isoliereigenschaften aufweist und die eine Schmelzpunkttemperatur hat, die sich von der Schmelz­punkttemperatur des zu schmelzenden Metalls unterscheidet. Diese isolierende Aus­kleidung enthält beispielsweise ein alkalisches Erdmetallfluorid. Hierdurch wird eine sich selbst erzeugende Isolierauskleidung erzeugt. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß die Verwendung von Schlacke beim Schmelzen reaktiver Metalle die Gefahr der Verunreinigung des Metalls mit sich bringt. Außer­dem hat sich herausgestellt, daß selbst bei einem Partialdruck von Argon oder Helium die Qualität des geschmolzenen Materials sehr zu wünschen übrig ließ.In another known induction melting furnace for melting metals, an elongated, electrically insulated and water-cooled crucible is provided which is open at the top and bottom and which has the same cross-section over its entire length (US Pat. No. 3,775,091). This crucible is divided into at least two segments by vertical slots, each segment being electrically insulated from the other segment, so that no electrical short circuits occur. The slots serve to reduce the shielding effect of the crucible against electric fields. In order to always generate and maintain insulation between the segments and on the inside of the crucible, a ceramic lining is provided which, in the solid state, has electrical insulating properties and which has a melting point temperature which differs from the melting point temperature of the metal to be melted. This insulating lining contains, for example, an alkaline earth metal fluoride. This creates a self-generating insulation liner. The disadvantage here, however, is that the use of slag when melting reactive metals entails the risk of contamination of the metal. It has also been found that even with a partial pressure of argon or helium, the quality of the molten material left much to be desired.

Die Verwendung von isolierenden Schlacken zwischen der Schmelze und den gekühlt en Segmenten ist aus elektrischen Gründen nicht notwendig, wie in der DE-PS 518 499 beschrieben ist. Isolierende Schichten zwischen der Schmelze und den gekühlten Segmenten stellen insoweit einen Vorteil dar, daß sie eine Wärmedämmschicht darstellen und damit den Wärmefluß aus der Schmelze zu den gekühlten Segmenten deutlich reduzieren, so daß mit geringeren elektrischen Induktions-Heizleistungen geschmolzen werden kann. Die Größe der Stromversorgung kann geringer sein und es machen sich die den Prozeß begrenzenden Stromkräfte noch nicht so bemerkbar.The use of insulating slags between the melt and the cooled segments is not necessary for electrical reasons, as described in DE-PS 518 499. Insulating layers between the melt and the cooled segments represent an advantage in that they represent a heat insulation layer and thus significantly reduce the heat flow from the melt to the cooled segments, so that melting can be carried out with lower electrical induction heating outputs. The size of the power supply can be smaller and the current forces limiting the process are not yet so noticeable.

Es ist ferner ein Verfahren zum induktiven Schmelzen reaktiver Metalle und Legierungen in nicht-reaktiver Umgebung bekannt, bei dem das Schmelz­gut in einem in Segmente unterteilten Tiegel in Abwesenheit von iso­lierender Schlacke geschmolzen wird (EP-A-0276544). Mit diesem Verfahren sollen qualitativ hochwertige Produkte erzeugt werden, die nicht durch Schlacken oder dergleichen verunreinigt sind. Hierbei sind die Wand­segmente des Tiegels nicht elektrisch voneinander isoliert, sondern an ihrer Basis miteinander verbunden und damit elektrisch kurzgeschlossen, wie dies bereits in vorhergehenden Veröffentlichungen und in der DE-PS 518 499 beschrieben wurde. Außerdem ist der Tiegel in einem evakuierten Raum mit weniger als 500 µm Hg vorgesehen.A method for inductively melting reactive metals and alloys in a non-reactive environment is also known, in which the melting material is melted in a crucible divided into segments in the absence of insulating slag (EP-A-0276544). This process is intended to produce high-quality products that are not contaminated by slag or the like. Here, the wall segments of the crucible are not electrically insulated from one another, but on theirs Base connected to each other and thus electrically short-circuited, as has already been described in previous publications and in DE-PS 518 499. In addition, the crucible is provided in an evacuated room with less than 500 µm Hg.

Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß die induktiv eingebrachte elek­trische Heizleistung über die ganze Höhe des Tiegels gleich ist, was zu keiner optimalen Einschmelzzeit führt.A disadvantage of this method is that the inductively introduced electrical heating power is the same over the entire height of the crucible, which does not lead to an optimal melting time.

Es ist indessen auch bekannt, bei Diffusionshochöfen, Vakuumöfen oder Töpferöfen den Aufheizungsbereich in verschiedene Zonen zu unterteilen, wobei für jede Zone eine andere Spule verwendet werden kann (US-PS 3 291 969, DE-A-2 152 489, US-PS 4 011 430, DE-PS 27 04 661, DE-A-­3 703 108, DE-PS 10 55 715, DE-PS 974 747, DE-PS 12 25 787, GB-PS 627 507). Diese bekannten Öfen sind jedoch nicht zum Schmelzen von Materialien geeignet, deren Schmelztemperatur über der Schmelztemperatur des Tiegels liegt.It is also known, however, to divide the heating area into different zones in the case of diffusion blast furnaces, vacuum furnaces or pottery furnaces, wherein a different coil can be used for each zone (US Pat. No. 3,291,969, DE-A-2 152 489, US Pat. No. 4 011 430, DE-PS 27 04 661, DE-A-3 703 108, DE-PS 10 55 715, DE-PS 974 747, DE-PS 12 25 787, GB-PS 627 507). However, these known furnaces are not suitable for melting materials whose melting temperature is above the melting temperature of the crucible.

Ein prinzipieller Nachteil der oben beschriebenen Schmelzverfahren mit gekühltem Tiegel besteht in den hohen Energieverlusten, die das Schmelz­gut durch Abgabe von Wärme an die Tiegelwand erleidet. Der thermische Prozeßwirkungsgrad kann nur dadurch in akzeptabler Größe gehalten werden, daß der Einschmelz-Prozeß möglichst schnell abläuft und damit die als Wärmeverluste abgeführte Energiemenge - als Produkt von Verlust­leistung und Zeit - klein wird.A fundamental disadvantage of the above-described melting process with a cooled crucible is the high energy losses which the melting material suffers from the dissipation of heat to the crucible wall. The thermal process efficiency can only be kept acceptable by the fact that the melting process runs as quickly as possible and thus the amount of energy dissipated as heat losses - as a product of power loss and time - becomes small.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, mit der es möglich ist, durch Schmelzen hochreines Metall zu erzeugen und die Wärmeverluste zu reduzieren.The invention is therefore based on the object of creating a device according to the preamble of patent claim 1, with which it is possible to produce high-purity metal by melting and to reduce the heat losses.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved in accordance with the features of patent claim 1.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die elektrische Energie effizient zum Schmelzgut gebracht werden kann, ohne daß dieses mit elektrisch isolierenden Teilen kontaminiert wird, denn die Schlitze zwischen den Segmenten des Tiegels sind nur im von der Schmelze abgewandten Bereich mit einem Isolator aufgefüllt. Der der Schmelze zuge­wandte Bereich ist auf der Tiefe etwa einer Schlitzbreite leer. Außerdem kann der Schmelzvorgang gleichmäßig und schnell durchgeführt werden, weil der Strahlungsdruck der induktiven Energieversorgung dem Gravitationsdruck der Schmelze entgegenwirkt. Durch die höhenabhängige Leistungsdichte wird bei einer gewählten Betriebsfrequenz die maximal mögliche Heiz­leistung erzielt. Gleichzeitig werden die Wärmeverluste aus der Schmelze zum Tiegel reduziert, da die mechanische Anlagefläche zwischen der Schmelze und dem Tiegel so gering wie möglich gehalten wird. Dies ergibt sich im zylindrischen Teil der Schmelze durch die partiell zurückgedrängte Schmelzenaußenfläche, bedingt durch den höhenabhängig optimierten elektro­magnetischen Strahlungsdruck. Hierdurch wird der Querschnitt des Tiegels auf allen Schmelzbadhöhen voll ausgenutzt. Wird die Badkuppe durch zu­sätzliche Maßnahmen stabilisiert, so wird in diesem Bereich die wärme­abstrahlende Oberfläche so gering wie möglich gehalten. Die Vorteile der Erfindung treten indessen nicht nur beim Schmelzvorgang zutage, sondern auch beim sogenannten Temperaturhalten, also während der Zeit, in der das Schmelzgut bereits geschmolzen ist und für einen vorgegebenen Zeit­raum im geschmolzenen Zustand gehalten werden soll. Während der Temperatur-Haltezeit wird die Frequenz des aufheizenden Induktionsstroms so weit abgesenkt, daß sich bei reduzierter Leistung ähnlich hohe Kräfte ergeben wie beim Schmelzen. Um lokale Überhitzungen vor allem bei großen Tiegeln zu vermeiden, können bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung unterschiedliche Frequenzen in verschiedenen Heizzonen bzw. Teilspulen verwendet werden. Die höhenabhängige Leistungsverteilung bietet während des Temperaturhaltens auch noch den Vorteil, daß durch die sich ausbildende relativ große Oberfläche die Schmelze schnell entgasen kann, so daß die Behandlungszeit und die Verluste kleiner werden. Hinzu kommt, daß sich im Schmelzbereich mit nach unten ansteigender Leistungsdichte ein großer zusammenhängender Wirbel ausbildet, der die Schmelze thermisch und metallurgisch gut durchmischt. Außer beim Schmelzen und beim Temperaturhalten weist die Erfindung auch noch beim Erstarren der Schmelze Vorteile auf. Das induktive Schmelzen von Materialien in einem gekühlten Tiegel hat bekanntlich gegenüber dem herkömmlichen Induktions­schmelzen den generellen Vorteil, daß die Schmelze nicht in eine Kokille ausgegossen werden muß. Vielmehr ist es möglich, die Schmelze im Tiegel erstarren zu lassen, wodurch die Investitionskosten reduziert werden. Durch einfaches Ausschalten des Induktionsstroms wird hierbei eine ähnliche Blockqualität wie beim Kokillenguß erzielt. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, daß die unteren Heizzonen im Vergleich zu den oberen Heiz­zonen, von der Halteleistung ausgehend, stark heruntergeregelt werden, schreitet die Erstarrungszone von unten nach oben langsam fort, und es er­gibt sich eine gerichtete Erstarrungsstruktur. Für andere Legierungstypen ist es vorteilhaft, ein feinkörniges Primärgefüge zu erzeugen. Die im Liquidus-­Bereich aufrechterhaltene Rührwirkung des elektromagnetischen Feldes be­wirkt hierbei, daß Feinkorn im Block erzeugt wird.The advantage achieved by the invention is in particular that the electrical energy can be efficiently brought to the melting material without it being contaminated with electrically insulating parts, because the slots between the segments of the crucible are only in the area facing away from the melt with an insulator replenished. The area facing the melt is empty at the depth of approximately one slot width. In addition, the melting process can be carried out evenly and quickly because the radiation pressure of the inductive energy supply counteracts the gravitational pressure of the melt. The height-dependent power density achieves the maximum possible heating power at a selected operating frequency. At the same time, the heat losses from the melt to the crucible are reduced, since the mechanical contact surface between the melt and the crucible is kept as small as possible. This results in the cylindrical part of the melt due to the partially pushed back outer melt surface, due to the height-dependent optimized electromagnetic radiation pressure. This means that the cross-section of the crucible is fully utilized at all melt pool heights. If the bath top is stabilized by additional measures, the heat-radiating surface is kept as low as possible in this area. The advantages of the invention become apparent not only in the melting process, but also in so-called temperature maintenance, that is to say during the time in which the material to be melted has already melted and is to be kept in the molten state for a predetermined period of time. During the temperature holding time, the frequency of the heating induction current is reduced so much that forces are similarly high with reduced power as during melting. In order to avoid local overheating, especially in the case of large crucibles, different frequencies can be used in different heating zones or partial coils in a special embodiment of the invention. The height-dependent power distribution also has the advantage during temperature maintenance that the melt can degas quickly due to the relatively large surface area that forms. so that treatment time and losses are reduced. In addition, a large coherent vortex is formed in the melting area as the power density increases, which mixes the melt well thermally and metallurgically. In addition to melting and maintaining the temperature, the invention also has advantages when the melt solidifies. As is known, the inductive melting of materials in a cooled crucible has the general advantage over conventional induction melting that the melt does not have to be poured into a mold. Rather, it is possible to solidify the melt in the crucible, which reduces the investment costs. By simply switching off the induction current, a block quality similar to that of permanent mold casting is achieved. Due to the measure according to the invention that the lower heating zones are greatly reduced compared to the upper heating zones, based on the holding power, the solidification zone progresses slowly from bottom to top, and a directional solidification structure results. For other types of alloy, it is advantageous to produce a fine-grained primary structure. The stirring effect of the electromagnetic field maintained in the liquidus area causes fine grain to be produced in the block.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

  • Fig. 1a eine Prinzipdarstellung eines herkömmlichen und an sich bekannten Induktionsschmelzofens;
  • Fig. 1b die an sich bekannte Abhängigkeit der Eindringtiefe in einen metallischen Block;
  • Fig. 2a einen wassergekühlten und in Segmente aufgeteilten Induktions­schmelzofen, dessen Schmelzgut induktiv aufgelöst wird;
  • Fig. 2b eine Draufsicht auf den Schmelztiegel gemäß Fig. 2a;
  • Fig. 3 eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Induktionsschmelz­ofens;
  • Fig. 4 eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Induktionsschmelz­ofens;
  • Fig. 5 eine dritte Variante eines erfindungsgemäßen Induktionsschmelz­ofens,
  • Fig. 6 und 7 Leistungsdichteverteilungen über die z-Achse.
Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. Show it:
  • 1a shows a schematic diagram of a conventional induction melting furnace known per se;
  • 1b the known dependence of the depth of penetration into a metallic block;
  • 2a shows a water-cooled induction melting furnace divided into segments, the melting material of which is dissolved inductively;
  • FIG. 2b shows a top view of the crucible according to FIG. 2a;
  • 3 shows a first variant of an induction melting furnace according to the invention;
  • 4 shows a second variant of an induction melting furnace according to the invention;
  • 5 shows a third variant of an induction melting furnace according to the invention,
  • 6 and 7 power density distributions over the z-axis.

In der Fig. 1a ist das Prinzip eines Induktionsschmelzofens 1 dargestellt, der einen Induktor 2 und Schmelzgut 3 aufweist. Der Induktor 2 besteht aus einer Spule, die eine Induktivität und einen ohmschen Widerstand auf­weist. Durch den Induktor 2 fließt ein Strom, der im Schmelzgut 3, das aus leitfähigem Material besteht, eine Spannung induziert, die ihrerseits einen Stromfluß im Schmelzgut 3 bewirkt, der eine Erwärmung des Schmelz­guts zur Folge hat. Mit δ ist die Eindringtiefe des Stroms bezeichnet.The principle of an induction melting furnace 1 is shown in FIG. 1a, which has an inductor 2 and material 3 to be melted. The inductor 2 consists of a coil which has an inductance and an ohmic resistance. A current flows through the inductor 2, which induces a voltage in the melting material 3, which consists of conductive material, which in turn causes a current flow in the melting material 3, which results in heating of the melting material. With δ is the penetration depth of the current.

Die Fig. 1b zeigt den Verlauf der Stromdichte g in Abhängigkeit von der Entfernung zum Mittelpunkt x = 0 für zwei verschiedene Frequenzen f₂ > f₁. Mit δ₁ ist die Eindringtiefe für die Frequenz f₁ bezeichnet; es handelt sich dabei um diejenige Stelle bei einer ebenen, sehr dicken Wand, an der die Stromdichte g von 1 auf l/e abgenommen hat, wobei e die Eulersche Zahl ist. Man erkennt hieraus, daß der Strom um so weniger tief eindringt, je höher seine Frequenz ist.Fig. 1b shows the course of the current density g depending on the distance to the center x = 0 for two different frequencies f₂> f₁. With δ₁ the depth of penetration for the frequency f₁ is called; it is the point on a flat, very thick wall at which the current density g has decreased from 1 to l / e, where e is Euler's number. It can be seen from this that the higher its frequency, the less deep the current penetrates.

Die Ströme, die im Schmelzgut 3 fließen, werden auch Wirbelströme genannt. Wirbelströme entstehen immer dann, wenn sich in einem magne­tischen Wechselfeld elektrisch leitende Stoffe befinden. Sie fließen auf Bahnen, die mit den magnetischen Induktionslinien verkettet sind. Das Entstehen und die Eigenschaften von Wirbelströmen sind bekannt (vgl. K. Kupfmüller, Einführung in die theoretische Elektrotechnik, 11. Auflage, 1984, S. 304 ff.) und sollen deshalb nicht näher beschrieben werden.The currents flowing in the melt 3 are also called eddy currents. Eddy currents always arise when there are electrically conductive substances in an alternating magnetic field. They flow on paths that are linked with the magnetic induction lines. The formation and properties of eddy currents are known (cf. K. Kupfmüller, introduction to theoretical electrical engineering, 11th edition, 1984, p. 304 ff.) And are therefore not to be described in detail.

Eine wichtige Rolle spielt bei Induktionsschmelzöfen auch die spezifische Wärmeleistung, d. h. die in der Volumeneinheit des Schmelzguts 3 in Wärme umgewandelte Leistung. Die Verteilung dieser Wärmeleistung ist ebenfalls bekannt (K. Simonyi, Theoretische Elektrotechnik, 1956, S.304), so daß auf ihre Herleitung verzichtet werden kann.The specific heat output also plays an important role in induction melting furnaces. H. the power converted into heat in the volume unit of the melting material 3. The distribution of this heat output is also known (K. Simonyi, Theoretical Electrical Engineering, 1956, p.304), so that it cannot be derived.

In der fig. 2a ist ein erfindungsgemäßer Induktionsschmelzofen 1 dar­gestellt, der einen Tiegel 4 aufweist, welcher in verschiedene Segmente 5, 6, 7 unterteilt ist. Um den Tiegel 4 herum ist ein Induktor 2, d. h. eine Spule, angeordnet, die auf das Schmelzgut 3 einwirkt. In den einzelnen Segmenten 5, 6, 7 des Tiegels 4 verlaufen Kühlrohre 8, 9 mit einem Wasserzufluß 10 und einem Wasserabfluß 11. Der Tiegel 4 besteht vorzugs­weise aus einem relativ gut wärmeleitenden Metall, da Glas oder Keramik die Schmelze zu sehr verunreinigen würden. Da gut wärmeleitende Metalle auch gute elektrische Leiter sind, dringt die von der Spule 2 erzeugte magnetische Energie hauptsächlich durch die Schlitze 12, 13 zwischen den Segmenten 5, 6, 7 des Tiegels 4 zum Schmelzgut 3 vor. Dieses Schmelzgut ist im oberen Bereich 14 flüssig und stützt sich über eine erstarrte Schicht 15 auf einer gekühlten Platte 16 ab. Die Platte 16 kann mit einer Stange 17 nach oben oder nach unten bewegt werden.In the fig. 2a shows an induction melting furnace 1 according to the invention, which has a crucible 4 which is divided into different segments 5, 6, 7. Around the crucible 4 there is an inductor 2, ie a coil, arranged, which acts on the melting material 3. In the individual segments 5, 6, 7 of the crucible 4, cooling tubes 8, 9 run with a water inflow 10 and a water outflow 11. The crucible 4 preferably consists of a relatively good heat-conducting metal, since glass or ceramic would contaminate the melt too much. Since metals that conduct heat well are also good electrical conductors, the magnetic energy generated by the coil 2 penetrates mainly through the slots 12, 13 between the segments 5, 6, 7 of the crucible 4 to the melting material 3. This melting material is liquid in the upper region 14 and is supported on a cooled plate 16 via a solidified layer 15. The plate 16 can be moved up or down with a rod 17.

Das flüssige Schmelzgut 3 kann bezüglich seiner mechanischen Eigenschaften als Flüssigkeit betrachtet werden. Sieht man von Strömungen des Schmelz­guts 3 ab, d. h. nimmt man an, daß das Schmelzgut 3 ruht, so gilt, daß der Druck in einem Punkt des Schmelzguts nicht von der Orientierung des Flächenelements abhängt, auf das er wirkt: Der Druck in einer ruhenden Flüssigkeit ist in allen Richtungen gleich. Hieraus folgt, daß bei einer Flüssigkeitssäule in Punkten gleicher Höhe der gleiche Druck herrscht. Allerdings hängt der Druck von der Höhenkoordinate ab. Denkt man sich z₀ als festes Niveau und wählt man das Koordinatensystem so, daß z₀ = 0 wird, dann gilt für den Druck p(z)
p(z) = P₀ - ρgz
wobei ρ die Dichte der Schmelze und g die Erdbeschleunigung bedeuten. Diese aus der Hydrostatik bekannte Formel besagt, daß in einer schweren, dichtebeständigen Flüssigkeit der Druck linear mit wachsender Höhe fällt bzw. linear mit der Tiefe ansteigt.
The liquid melt material 3 can be regarded as a liquid with regard to its mechanical properties. If one ignores flows of the melting material 3, ie if one assumes that the melting material 3 is at rest, then the pressure at a point of the melting material does not depend on the orientation of the surface element on which it acts: the pressure in a still liquid is the same in all directions. It follows from this that the same pressure prevails at points of the same height in a liquid column. However, the pressure depends on the height coordinate. If you think of z₀ as a fixed level and choose the coordinate system so that z₀ = 0, then the pressure p (z)
p (z) = P₀ - ρgz
where ρ is the density of the melt and g is the acceleration due to gravity. This formula, known from hydrostatics, says that in a heavy, density-resistant liquid, the pressure drops linearly with increasing height or increases linearly with depth.

Die elektromagnetische Energie, die von der Spule 2 dem Schmelzgut 3 zugeführt wird, dringt hauptsächlich durch die Schlitze 12, 13 ein und erzeugt im Volumen der Schmelze einen Strahlungsdruck. Übersteigt der lokale Strahlungsdruck den auf die Wände des Tiegels ausgeübten Flüssig­keitsdruck, so wird das Schmelzgut an der Stelle, wo sich die Schlitze befinden, so weit nach innen gedrängt, daß durch Feldstärkenschwächung und/oder durch Vergrößerung der Flüssigkeitshöhe aus dem verdrängten Material sich ein Gleichgewichtszustand ergibt. Es ist folglich kein optimaler Schmelzvorgang möglich. Der Strahlungsdruck darf deshalb an der Wand­innenseite des Tiegels 4 nicht größer als der hydrostatische Druck der Schmelze 3 sein. Da dieser hydrostatische Druck von der z-Koordinaten abhängt, wird gemäß der Erfindung auch der Strahlungsdruck so ausge­legt, daß er ebenfalls von der z-Koordinaten abhängt. Dies geschieht z. B. in der Weise, daß das Quadrat der Amplitude des in das Schmelzgut 3 eindringenden Magnetfeldes linear von oben nach unten zunimmt.The electromagnetic energy, which is supplied from the coil 2 to the melting material 3, penetrates mainly through the slots 12, 13 and generates a radiation pressure in the volume of the melt. If the Local radiation pressure is the liquid pressure exerted on the walls of the crucible, so that the melting material at the point where the slits are located is pushed so far inwards that a weakening of the field results from a weakening of the field strength and / or an increase in the liquid height from the displaced material. As a result, an optimal melting process is not possible. The radiation pressure on the inside of the crucible 4 must therefore not be greater than the hydrostatic pressure of the melt 3. Since this hydrostatic pressure depends on the z coordinates, the radiation pressure is also designed according to the invention in such a way that it also depends on the z coordinates. This happens e.g. B. in such a way that the square of the amplitude of the magnetic field penetrating into the melting material 3 increases linearly from top to bottom.

Der zeitlich gemittelte Strahlungsdruck einer elektromagnetischen Welle, die senkrecht auf eine leitende Metallwand auftrifft, von der sie teil­weise reflektiert wird, ist

Figure imgb0001
worin K die elektrische Leitfähigkeit, µ die magnetische Permeabilität und
Figure imgb0002
und die elektrischen bzw. magnetischen Feldstärken der Welle be­deuten (vgl. Bergmann/Schäfer: Lehrbuch der Experimentalphysik, Band II, Elektrizität und Magnetismus, 7. Auflage, S. 501; Mathematische Ableitungen des Strahlungsdrucks über den Maxwell'schen Spannungstensor finden sich z. B. in W. Greiner, Theoretische Physik, Band 3, Klassische Elektrodynamik, 4. Auflage, 1986, S. 242 bis 247).The time-averaged radiation pressure of an electromagnetic wave that strikes a conductive metal wall perpendicularly, from which it is partially reflected
Figure imgb0001
where K is the electrical conductivity, µ the magnetic permeability and
Figure imgb0002
and mean the electrical or magnetic field strengths of the wave (see Bergmann / Schäfer: Textbook of Experimental Physics, Volume II, Electricity and Magnetism, 7th edition, p. 501; mathematical derivations of the radiation pressure via the Maxwell stress tensor can be found e.g. in W. Greiner, Theoretical Physics, Volume 3, Classical Electrodynamics, 4th edition, 1986, pp. 242 to 247).

Wenn die Wand eine endliche Leitfähigkeit hat, was auf das Schmelzgut 3 zutrifft, wird die einfallende Welle nicht vollständig, sondern nur zum Teil reflektiert, so daß die elektrische Feldstärke an der Wand nicht vollständig verschwindet; daher trägt in diesem Fall auch die elektrische Feldstärke zum Druck bei, aber entsprechend ist die magnetische Feldstärke kleiner als vorher. Wenn die Welle zum Teil noch durch die Wand hindurchdringt, so tritt auch auf der Rückseite ein Druck auf, der von dem auf die Vor­derseite wirkenden abzuziehen ist.If the wall has a finite conductivity, which applies to the melting material 3, the incident wave is not completely, but only partially reflected, so that the electric field strength on the wall does not completely disappear; therefore in this case the electric field strength also contributes to the pressure, but the magnetic field strength is correspondingly smaller than before. If the shaft still partially penetrates the wall, so there is also pressure on the back, which is to be subtracted from the one acting on the front.

Die Leistungsdichte oder Strahlungsleistung pro Flächeneinheit wird bekannt­lich als Poyntingvektor bezeichnet (vgl. Simonyi, a.a.O., S. 28 ff ). Dieser Vektor ist definiert als das Vektorprodukt der elektrischen Feldstärke und der magnetischen Feldstärke:

Figure imgb0004
The power density or radiation power per unit area is known as the Poynting vector (cf. Simonyi, loc. Cit., P. 28 ff). This vector is defined as the vector product of the electric field strength and the magnetic field strength:
Figure imgb0004

Für die ebene Anordnung ergeben sich relativ einfache mathematische Aus­drücke. Bei dem erfindungsgemäß verwendeten Tiegel handelt es sich zwar um einen rotationssymmetrischen Körper, doch sind die Unterschiede gegen­über einer ebenen Anordnung in der Praxis nicht sehr groß, weshalb es genügt, die wesentlichen Gleichungen für ebene Verhältnisse aufzustellen und auf die schwerer überschaubaren Zylinderfunktionen zu verzichten. Unter Zugrundelegung einer ebenen Anordnung ergeben sich folgende Rand­bedingungen:
E x = 0, wobei Ex die Komponente der elektrischen Feldstärke in x-­Richtung

Figure imgb0005
wobei Ey die Komponente der elektrischen Feldstärke in y-Richtung, δ die Eindringtiefe und Eo die maximale Amplitude der elektrischen Feldstärke
E z = 0, wobei Ez die Komponente der elektrischen Feldstärke in z-Richtung
H x = 0, wobei H x die Komponente der magnetischen Feldstärke in x-­Richtung
H y = 0, wobei H y die Komponente der magnetischen Feldstärke in y-­Richtung
Figure imgb0006
wobei E o die maximale Amplitude der elek­trischen Feldstärke, π die elektrische Leit­fähigkeit und j = √-1 For the flat arrangement there are relatively simple mathematical expressions. Although the crucible used according to the invention is a rotationally symmetrical body, the differences from a flat arrangement are not very great in practice, which is why it is sufficient to set up the essential equations for flat conditions and to dispense with the more difficult to understand cylinder functions. Based on a flat arrangement, the following boundary conditions result:
E x = 0, where E x is the component of the electric field strength in the x direction
Figure imgb0005
where E y is the component of the electric field strength in the y direction, δ the penetration depth and E o the maximum amplitude of the electric field strength
E z = 0, where E z is the component of the electric field strength in the z direction
H x = 0, where H x is the component of the magnetic field strength in the x direction
H y = 0, where H y is the component of the magnetic field strength in the y direction
Figure imgb0006
where E o is the maximum amplitude of the electric field strength, π is the electrical conductivity and j = √ -1

Nach den Regeln der komplexen Rechnung ergibt sich hieraus für den Betrag des Poyntingschen Vektors in x-Richtung
S x = 1 2

Figure imgb0007
Re (Ey . H * z
Figure imgb0008
)
Hierin bedeutet H* die zu H konjugierte Zahl. Der Zahlenfaktor 1/2 rührt von der zeitlichen Mittelwertbildung bei sich sinusförmig ändernden Vor­gängen her (Simonyi, a.a.O., S. 283, Gleichung 35).According to the rules of the complex calculation, this results in the amount of the Poynting vector in the x direction
S x = 1 2nd
Figure imgb0007
Re (Ey. H * e.g.
Figure imgb0008
)
Here, H * means the number conjugated to H. The numerical factor 1/2 comes from the temporal averaging of processes that change sinusoidally (Simonyi, loc. Cit., P. 283, equation 35).

Die über die Oberfläche anströmende Leistungsdichte ergibt sich nach einer Umrechnung zu:

Figure imgb0009
(vgl. Simonyi, a.a.O., S. 283, Gleichung 38).The power density flowing over the surface results from a conversion to:
Figure imgb0009
(see Simonyi, loc. cit., p. 283, equation 38).

Die in das Schmelzgut eindringende elektromagnetische Leistung erzeugt mechanische Kräfte in der Schmelze. Die Volumenkraftdichte

Figure imgb0010
wird für den Fall einer über das Volumen konstanten elektrischen Leitfähigkeit und Permeabilität beschrieben durch:
Figure imgb0011
wobei
Figure imgb0012
die Stromdichte und
Figure imgb0013
die magnetische Induktion sind.The electromagnetic power penetrating into the melting material generates mechanical forces in the melt. The volume force density
Figure imgb0010
is described for the case of constant electrical conductivity and permeability over the volume by:
Figure imgb0011
in which
Figure imgb0012
the current density and
Figure imgb0013
which are magnetic induction.

Die Volumenkraftdichte ist direkt proportional zum Betrag des Poynting' schen Vektors. Die sich im Volumen der Schmelze ausbildende Größe "Druck" berechnet sich aus dem Integral über das Skalarprodukt der Volumenkraftdichte und dem Weg:

Figure imgb0014
Da für ein ebenes Feld nur eine Kraftdichtenkomponente normal, d. h. senkrecht zur Oberfläche auftritt, gilt:
Figure imgb0015
The volume force density is directly proportional to the amount of the Poynting vector. The quantity "pressure" forming in the volume of the melt is calculated from the integral over the dot product of the volume force density and the path:
Figure imgb0014
Since only one force density component occurs normally, ie perpendicular to the surface, for a flat field:
Figure imgb0015

Setzt man in diese Gleichung das Ergebnis für die Leistungsdichte an der Oberfläche ein, so ergibt sich

Figure imgb0016
If you insert the result for the power density on the surface into this equation, the result is
Figure imgb0016

Der elektromagnetische Strahlungsdruck tritt also nicht sprungartig an der Oberfläche des Materials auf, sondern baut sich über den Weg normal zur Oberfläche auf. Da die Eindringtiefen bei den üblichen Heizfrequenzen klein sind, kann man für die Ausbildung der Schmelzbadoberfläche in erster Näherung annehmen, daß der elektromagnetische Druck auf die Oberfläche wirkt. Der elektromagnetische Strahlungsdruck ist somit proportional der der Schmelze zugestrahlten Leistungsdichte.The electromagnetic radiation pressure does not appear abruptly on the surface of the material, but builds up normally via the path to the surface. Since the depths of penetration are small at the usual heating frequencies, one can assume in a first approximation for the formation of the molten bath surface that the electromagnetic pressure acts on the surface. The electromagnetic radiation pressure is therefore proportional to the power density radiated to the melt.

In der Fig. 2b ist eine Draufsicht auf den Schmelzofen 1 dargestellt, bei dem man die Segmente 5 bis 7 und 18 bis 22 sowie die Schlitze 12, 13 und 23 bis 28 zwischen den Segmenten 5 bis 7, 18 bis 22 erkennt.2b shows a plan view of the melting furnace 1, in which the segments 5 to 7 and 18 to 22 and the slots 12, 13 and 23 to 28 between the segments 5 to 7, 18 to 22 can be seen.

Gemäß der Erfindung beginnt der Schmelzvorgang in der Mitte der einzelnen Segmente 5 bis 7 und 18 bis 22 und nicht hinter den Schlitzen 12, 13 und 23 bis 28. Befindet sich das Schmelzgut 3 im flüssigen Zustand, so wird es nach innen gedrängt, und es bildet sich in der Schmelze eine radiale Zerfurchung aus, die an der Badoberfläche am ausgeprägtesten ist. Die aus der Schmelze hervorstehenden Stege stehen sternförmig nach außen und befinden sich gegenüber den Mitten der Segmente 5 bis 7 bzw. 18 bis 22. Ein Feldeinfall über den Tiegeloberrand von oben auf die Schmelzbadkuppe muß vermieden werden, da es sonst zu einer zeltartigen Verformung der Badkuppe kommt und die Faltenbildung unterstützt wird. Der Feldeinfall über den Tiegelrand kann z. B. dadurch verhindert werden, daß die Induktionsspule 2 nicht über den Tiegelrand hinausreicht.According to the invention, the melting process begins in the middle of the individual segments 5 to 7 and 18 to 22 and not behind the slots 12, 13 and 23 to 28. If the melting material 3 is in the liquid state, it is pushed inwards and it radial furrowing forms in the melt, which is most pronounced on the surface of the bath. The webs protruding from the melt stand outwards in a star shape and are located opposite the middle of the segments 5 to 7 and 18 to 22. A field incidence on the top of the crucible from the top of the molten bath tip must be avoided, as this would otherwise result in the tent tip being deformed comes and the formation of wrinkles is supported. The field incidence on the edge of the crucible can, for. B. can be prevented that the induction coil 2 does not reach beyond the edge of the crucible.

Die Fig. 3 zeigt eine Variante der Erfindung, bei der ein anders ange­ordnetes Kühlsystem vorgesehen ist und die eine Spule mit nach unten abnehmender Steigung aufweist. Der Tiegel 4, der wieder mehrere Segmente 5, 6, 7 und z. B. ein Volumen von 5,5 dm³ aufweist, besitzt eine Kühl­mittel-Einlaßöffnung 10 und eine Auslaßöffnung 11 für Kühlwasser. Als Kühlmittel kann auch flüssiges Metall, z. B. Na oder NaK oder eine orga­nische Flüssigkeit, z. B. ein schwerentflammbares Öl verwendet werden. Desgleichen ist es möglich, als Kühlmittel flüssiges Salz zu verwenden, beispielsweise NaNO₂, NaNO₃ oder KNO₃. Die oberen Windungen 29, 30 der Spule 2 liegen weiter auseinander als die unteren Windungen 31, 32. Hierdurch tritt im unteren Bereich der Spule 2 ein großer Strombelag auf, der einen großen Druck auf das Schmelzgut 3 ausübt. Am oberen Rand des Tiegels 4 befindet sich ein Kurzschlußbügel 33, der eine gewisse Lineari­sierung des Magnetfelds bewirkt. Eine solche Linearisierung ist erforderlich, weil die Spule an ihrem oberen Rand abrupt aufhört und somit zunächst zu einem Knick in der magnetischen Feldstärke führt, aber andererseits das Fernfeld nur langsam abklingt. Dadurch, daß der Feldeinfall über den Tiegelrand mittels des Kurzschlußbügels oder -rings 33 stark reduziert wird, ergibt sich eine Feldschwächung im Bereich der Schmelzoberfläche und somit eine Begrenzung der Badüberhöhung. Dieser Kurzschlußring 33 liegt auf den Segmenten 5, 6 auf und ist mit diesen verbunden.FIG. 3 shows a variant of the invention in which a differently arranged cooling system is provided and which has a coil with a downward gradient. The crucible 4, which again has several segments 5, 6, 7 and z. B. has a volume of 5.5 dm³, has a coolant inlet opening 10 and an outlet opening 11 for cooling water. Liquid metal, e.g. B. Na or NaK or an organic liquid, e.g. B. a flame retardant oil can be used. Likewise, it is possible to use liquid salt as a coolant, for example NaNO₂, NaNO₃ or KNO₃. The upper turns 29, 30 of the coil 2 are further apart than the lower turns 31, 32. As a result, a large current deposit occurs in the lower area of the coil 2, which exerts a large pressure on the melting material 3. At the upper edge of the crucible 4 there is a shorting bar 33, which brings about a certain linearization of the magnetic field. Such linearization is necessary because the coil ends abruptly at its upper edge and thus initially leads to a kink in the magnetic field strength, but on the other hand the far field decays only slowly. The fact that the field incidence across the crucible edge is greatly reduced by means of the shorting bar or ring 33 results in a field weakening in the area of the melting surface and thus a limitation of the bath elevation. This short-circuit ring 33 rests on the segments 5, 6 and is connected to them.

Die Spule 2 liegt an einer Stromversorgung 34, bei der es sich um eine Wechselstromquelle mit der Frequenz 1000 bis 5000 Hz handelt. Der durch die Wicklungen 29 bis 32 fließende Strom ist somit an allen Stellen gleich.The coil 2 is connected to a power supply 34, which is an AC power source with a frequency of 1000 to 5000 Hz. The current flowing through the windings 29 to 32 is therefore the same at all points.

Bei der erfindungsgemäßen Schmelz-Induktionsanlage strömt das geschmolzene Schmelzgut 3 im Tiegel 4. Im unteren bis mittleren Spulenbereich strömt es nach innen, wo es nach oben und unten abgelenkt wird und wieder an die Schmelzenaußenseite nach unten strömt; dort sind auch die nach innen orientierten Kräfte am größten. Das im Bereich des Zentrums der Schmelze nach oben strömende Material ist an der Schmelzbadoberfläche sichtbar und kann Instabilitäten der Badkuppe verursachen. In den aufgrund des Strahlungsdrucks gebildeten Schmelzen-Stegen ergibt sich eine passive Strömung, die durch Reibungskräfte der Kuppenhauptströmung erzeugt wird.In the melting induction system according to the invention, the molten material 3 flows in the crucible 4. In the lower to middle coil region, it flows inwards, where it is deflected upwards and downwards and flows downwards again to the outside of the melt; the inward-looking forces are also greatest there. The material flowing upwards in the area of the center of the melt is visible on the surface of the melt pool and can cause instability of the bath tip. In the due of the melt webs formed by the radiation pressure results in a passive flow, which is generated by frictional forces of the tip flow.

Bei praktischen Ausführungsformen der Erfindung liefert die Stromversorgung eine Spannung mit Frequenzen von 2500 Hz oder 5000 Hz. Die Eindringmaße errechnen sich dann über die bekannte Formel

Figure imgb0017
bei Aluminium als Schmelzflüssigkeit zu 4,8 mm bzw. 3,4 mm und bei Titan als Schmelzflüssigkeit zu 13,3 mm bzw. 9,4 mm. Eine Frequenz­erhöhung führt zu einer Verkleinerung des Eindringmaßes.In practical embodiments of the invention, the power supply delivers a voltage with frequencies of 2500 Hz or 5000 Hz. The penetration dimensions are then calculated using the known formula
Figure imgb0017
with aluminum as melt liquid to 4.8 mm or 3.4 mm and with titanium as melt liquid to 13.3 mm or 9.4 mm. Increasing the frequency leads to a reduction in the penetration dimension.

Eine weitere Variante der Erfindung, bei welcher die Stromstärken durch die Spulenwicklungen nicht überall gleich sind, zeigt die Fig. 4. Dort ist eine erste Teilspule 36 mit den Windungen 29, 30 im oberen Bereich vor­gesehen, die an einer ersten Stromversorgung 35 liegen. Die Windungszahl dieser Teilspule ist relativ groß. Im unteren Bereich des Tiegels 4 ist eine zweite Teilspule 37 mit den Windungen 38 bis 41 vorgesehen. Diese zweite und kürzere Teilspule 37 kann an eine eigene Stromversorgung 42 gelegt werden und hat im Vergleich zur ersten Teilspule 36 eine kleinere Windungszahl.A further variant of the invention, in which the current strengths through the coil windings are not the same everywhere, is shown in FIG. 4. There is a first partial coil 36 with turns 29, 30 in the upper region, which are connected to a first power supply 35. The number of turns of this coil section is relatively large. In the lower region of the crucible 4, a second partial coil 37 with the turns 38 to 41 is provided. This second and shorter coil section 37 can be connected to its own power supply 42 and has a smaller number of turns than the first coil section 36.

Es ist jedoch auch möglich, was durch die gestrichelt gezeichneten Lei­tungen 43, 44 angedeutet ist, die Teilspule 36 und die Teilspule 37 parallel an eine gemeinsame Stromversorgung 35 oder 42 anzuschließen. Bei parallel­geschalteten Teilspulen 36, 37 ergibt sich im unteren Bereich des Tiegels 4 wegen der höheren Spulenströme und des höheren Strombelags der unteren Teilspule 37 ein höherer Strahlungsdruck als im oberen Bereich. Werden getrennte Stromversorgungen 35, 42 für die Teilspulen 36, 37 verwendet, so können die in die Teilspulen 36, 37 einfließenden Ströme so gewählt werden, daß sie den jeweils erforderlichen Strahlungsdruck aufbringen.However, it is also possible, which is indicated by the dashed lines 43, 44, to connect the partial coil 36 and the partial coil 37 in parallel to a common power supply 35 or 42. In the case of partial coils 36, 37 connected in parallel, a higher radiation pressure results in the lower region of the crucible 4 because of the higher coil currents and the higher current coverage of the lower partial coil 37 than in the upper region. If separate power supplies 35, 42 are used for the partial coils 36, 37, the currents flowing into the partial coils 36, 37 can be selected so that they apply the radiation pressure required in each case.

Mit der Bezugszahl 60 ist in der Fig. 4 die Schmelzbadkuppe bezeichnet. Diese Kuppe 60 soll möglichst wenig überhöht sein und durch den Strahlungs­druck nicht eingefurcht werden. Gegen eine Überhöhung kann, wie bereits erwähnt, die Maßnahme der Reduzierung der Feldstärke gewählt werden. Die Einfurchungen 61 bis 64 der Kuppe 60 sind im wesentlichen durch das Eindringen der elektromagnetischen Strahlung durch die Schlitze 12, 13 zwischen den Segmenten 5, 6, 7 bedingt. Wesentlich für die Eigenschaften der Badkuppe 60 ist somit das Verhältnis der Segmentbreite a zur Schlitz­breite b. Um dieses Verhältnis optimal festzulegen, sind verschiedene Aspekte zu beachten. Einerseits soll die Zahl der Segmente 5, 6, 7 möglichst groß sein, damit das elektromagnetische Feld durch viele Schlitze 12, 13 in die Schmelze 3 eindringen kann. Andererseits ist es jedoch erwünscht, daß ihre Anzahl nicht zu groß ist, damit die Längen des Stromwegs, in dem Wirbelströme induziert werden können, nicht zu groß werden.The melt pool tip is designated by the reference number 60 in FIG. 4. This crest 60 should be raised as little as possible and should not be furrowed by the radiation pressure. As already mentioned, the measure of reducing the field strength can be selected against an increase. The grooves 61 to 64 of the dome 60 are essentially due to the penetration of the electromagnetic radiation through the slots 12, 13 between the segments 5, 6, 7. The ratio of the segment width a to the slot width b is therefore essential for the properties of the bath tip 60. In order to optimally determine this ratio, various aspects have to be considered. On the one hand, the number of segments 5, 6, 7 should be as large as possible so that the electromagnetic field can penetrate into the melt 3 through many slots 12, 13. On the other hand, however, it is desirable that their number is not too large so that the lengths of the current path in which eddy currents can be induced do not become too large.

Der Umfang des Tiegels 4 dividiert durch die Anzahl der Segmente 5, 6, 7 sollte eine solche Segmentbreite a ergeben, daß die Segmentbreite a mit der Eindringtiefe δ des Feldes in die Schmelze 3 vergleichbar oder sogar kleiner wird. Die Segmentbreite a bestimmt die Periodizität des Feldes in Umfangsrichtung. Bei kleiner Segmentbreite a haben deshalb die Aus­buchtungen oder Lamellen 65, 66, 67 an der Kuppe 60 an ihrer Spitze und ihrem Boden eine derart große Krümmung, daß sich die Oberflächenkräfte zum Abbau der Ausbuchtungen 65, 66, 67 verstärken. Um die Ausbildung von Ausbuchtungen oder Lamellen 65, 66, 67 an der Badkuppe 60 zu ver­hindern, kann, wie bereits erwähnt, die Feldstärke im Kuppenbereich ver­ringert oder die Frequenz des Feldes erhöht werden. Es können jedoch auch schmale Segmente 5, 6, 7 verwendet werden.The circumference of the crucible 4 divided by the number of segments 5, 6, 7 should result in a segment width a such that the segment width a becomes comparable or even smaller with the depth δ of the field into the melt 3. The segment width a determines the periodicity of the field in the circumferential direction. With a small segment width a, the bulges or lamellae 65, 66, 67 on the dome 60 at its tip and bottom have such a large curvature that the surface forces for reducing the bulges 65, 66, 67 increase. In order to prevent the formation of bulges or lamellae 65, 66, 67 on the bath dome 60, the field strength in the dome area can be reduced or the frequency of the field increased, as already mentioned. However, narrow segments 5, 6, 7 can also be used.

Dadurch, daß das Magnetfeld radial nach innen eindringen muß, entstehen Verluste in den metallischen Segmenten 5, 6, 7. Diese Verluste sind durch Induktionsströme bedingt, die unerwünschte Wärmeverluste verursachen. Man kann diese Verluste begrenzen, indem man die Spalten 12, 13 zwischen den Segmenten 5, 6, 7 möglichst breit macht. Da die Spaltbreite b auf der zur Schmelze 3 gerichteten Seite möglichst schwach sein sollte, damit keine Schmelze nach außen dringen kann, bietet der sich nach außen radial auf­weitende Spalt einen Kompromiß. Durch einen größeren Abstand zwischen den Segmenten 5, 6, 7 werden die Verluste durch die gegenseitige Strom­verdrängung verringert. Für den Querschnitt der Segmente 5, 6, 7 gelten im Grunde die gleichen Konstruktionsprinzipien wie für die Induktorwindungen: Es sollen möglichst keine scharfen Kanten vorhanden sein, da an diesen große Wärmeverluste auftreten. Der Radius an den Kanten sollte größer 1,5 δ bis 2 δ sein. Die Breite b der Schlitze 12, 13 zwischen den Segmenten 5, 6, 7 kann sich in vertikaler bzw. axialer Richtung verändern. Beispiels­weise ist es vorteilhaft, wenn sich die Schlitze zwischen den Segmenten unterhalb der Schmelze 3, also am Boden 68, erweitern.Because the magnetic field has to penetrate radially inwards, losses occur in the metallic segments 5, 6, 7. These losses are caused by induction currents which cause undesirable heat losses. These losses can be limited by making the columns 12, 13 between the segments 5, 6, 7 as wide as possible. Since the gap width b on the the side facing the melt 3 should be as weak as possible so that no melt can escape to the outside, the gap which widens radially outwards offers a compromise. A larger distance between the segments 5, 6, 7 reduces the losses due to the mutual displacement of the current. The same construction principles apply to the cross-section of the segments 5, 6, 7 as for the inductor windings: There should be no sharp edges if possible, since large heat losses occur on them. The radius at the edges should be greater than 1.5 δ to 2 δ. The width b of the slots 12, 13 between the segments 5, 6, 7 can change in the vertical or axial direction. For example, it is advantageous if the slots between the segments widen below the melt 3, that is to say at the bottom 68.

Die zwischen zwei Segmenten 5, 6, 7 herrschenden elektrischen Spannungen hängen nicht von der Breite b eines Schlitzes 12, 13 ab, sondern sie er­geben sich aus der Umlaufspannung, dividiert durch die Zahl der Segmente 5/6/7. Die Segmente 5, 6, 7 werden durch das Feld der Induktionsspule 36, 37 zur Schmelze hin verbogen. Eine nach innen gerichtete Verformung der Segmente 5, 6, 7 ergibt sich auch durch die schmelzseitige Erwärmung, den sogenannten Ofenkasteneffekt. Die Segmente 5, 6, 7 können gegen diese Kräfte z. B. durch Isolierstoffelemente zwischen den Segmenten 5, 6, 7 abgestützt werden. Diese verhindern auch das Auslaufen der Schmelze bei Stromausfall. Die Isolierstoffe sollten ein bis zwei Spaltenbreiten nach innen versetzt sein. Der Boden 68 des Tiegels 4 ist zweckmäßigerweise als radial geschlitzter, wassergekühlter Block ausgeführt. Er ist im oberen Bereich gegen die Segmente 5, 6, 7 isoliert. Außerdem ist er in der Höhe verstellbar, so daß er optimal an die Schmelzhöhe angepaßt werden kann.The electrical voltages prevailing between two segments 5, 6, 7 do not depend on the width b of a slot 12, 13, but rather result from the circulating voltage divided by the number of segments 5/6/7. The segments 5, 6, 7 are bent towards the melt by the field of the induction coil 36, 37. An inward deformation of the segments 5, 6, 7 also results from the melting-side heating, the so-called furnace box effect. The segments 5, 6, 7 can z. B. are supported by insulating elements between the segments 5, 6, 7. These also prevent the melt from escaping in the event of a power failure. The insulation materials should be offset by one or two column widths. The bottom 68 of the crucible 4 is expediently designed as a radially slotted, water-cooled block. It is isolated from segments 5, 6, 7 in the upper area. It is also adjustable in height so that it can be optimally adapted to the melting height.

Bei einer Vorrichtung gemäß Fig. 4, die mehrere Teilspulen 36, 37 über­einander aufweist, ist es möglich, die Leistung, beginnend mit der unteren Teilspule 37, zu reduzieren, bis die Schmelze 3 von unten erstarrt, bis schließlich nur die oberste Spule 36 mit reduzierter Leistung betrieben wird, so daß die Schmelze 3 in unmittelbarer Nähe der Schmelzbadoberfläche noch eine Weile flüssig gehalten wird. Durch dieses Flüssighalten, auch "Hottopping" genannt, wird die Lunkerbildung auch im Blockkopf vermieden. Die untere Teilspule 37 kann auch mit einer niedrigeren Frequenz betrieben werden als die obere Teilspule 36.4, which has a plurality of partial coils 36, 37 one above the other, it is possible to reduce the power, starting with the lower partial coil 37, until the melt 3 solidifies from below until finally only the uppermost coil 36 is included reduced power is operated so that the melt 3 in the immediate vicinity of the molten bath surface is kept liquid for a while. This fluid holding, also called "hottopping", prevents the formation of voids in the block head. The lower coil section 37 can also be operated at a lower frequency than the upper coil section 36.

Die Fig. 5 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, bei welcher nur eine Spule 2 vorgesehen ist, die über die Wechselstromquelle 34 mit elektrischer Energie versorgt wird. Parallel zu dieser Spule 2 ist ein Kondensator 45 geschaltet, so daß die Spule 2 mit diesem Kondensator 45 einen Schwing­kreis bildet. In Reihe zu diesem Parallelschwingkreis 2, 45 ist eine In­duktivität 46 geschaltet, die eine Frequenzveränderung bewirkt und die über einen Schalter 50 kurzgeschlossen werden kann. Weiterhin parallel zu der Stromversorgung 34 und dem Parallelschwingkreis 2, 45 ist eine Gleich­stromquelle 47 geschaltet, die dem Wechselstrom in der Spule einen Gleich­strom überlagert. Mit der Gleichstromquelle 47 wird erreicht, daß die Schmelzströmung beruhigt und die Badkuppenformung stabilisiert wird. Das magnetische Gleichfeld hat in diesem Fall dieselbe Richtung wie das Wechselfeld. Es ist jedoch auch möglich, das Gleichfeld senkrecht zum Wechselfeld zu legen und insbesondere im oberen Bereich der Schmelze vorzusehen. Es versteht sich, daß das Gleichfeld auch durch eine gesonderte Wicklung oder durch Permanentmagnete erzeugt werden kann.5 shows a further variant of the invention, in which only one coil 2 is provided, which is supplied with electrical energy via the alternating current source 34. A capacitor 45 is connected in parallel with this coil 2, so that the coil 2 forms an oscillating circuit with this capacitor 45. An inductance 46 is connected in series with this parallel resonant circuit 2, 45, which causes a frequency change and which can be short-circuited via a switch 50. Also connected in parallel with the power supply 34 and the parallel resonant circuit 2, 45 is a direct current source 47, which superimposes a direct current on the alternating current in the coil. With the direct current source 47 it is achieved that the melt flow is calmed and the bath tip formation is stabilized. In this case, the DC magnetic field has the same direction as the AC field. However, it is also possible to place the DC field perpendicular to the AC field and, in particular, to provide it in the upper region of the melt. It is understood that the DC field can also be generated by a separate winding or by permanent magnets.

Über dem Schmelzgut befindet sich eine zusätzliche Aufheiz-Quelle 48, die in der Fig. 5 nur symbolisch dargestellt ist. Es kann sich hierbei um eine Elektronen-Kanone, eine Plasmaquelle, einen fremdgespeisten Wider­standsheizer oder dergleichen handeln.There is an additional heating source 48 above the melting material, which is shown only symbolically in FIG. 5. This can be an electron gun, a plasma source, an externally powered resistance heater or the like.

In dem Raum zwischen der Schmelzbadoberfläche 60 und der Heizquelle 48 kann ein reaktives Gas eingebracht werden, wenn z. B. ein Plasmabrenner oder eine Glimmentladungsanode verwendet wird. Damit können Nitride, Oxide o. ä. oder unerwünschte Verbindungen von diesen, die als Einschlüsse in der Schmelze schwimmen, chemisch zerstört werden.A reactive gas can be introduced into the space between the molten bath surface 60 and the heating source 48 if, for. B. a plasma torch or a glow discharge anode is used. Nitrides, oxides or the like or undesired compounds of these which float in the melt as inclusions can thus be chemically destroyed.

Während des Aufschmelzens einer festen Charge wird der Boden 68 so ver­schoben, daß die Schmelzbadkuppe 60 in etwa an der gleichen Stelle relativ zum Tiegel 4 bzw. zur Spule 2 gehalten wird.During the melting of a solid batch, the bottom 68 is shifted in such a way that the melt pool tip 60 is held at approximately the same location relative to the crucible 4 or the coil 2.

Die Aufteilung der eingestellten elektromagnetischen Leistung kann für die verschiedenen Vorgänge "Einschmelzen", "Temperaturhalten" und "Block­erstarren" jeweils eine andere sein.The division of the set electromagnetic power can be different for the different processes "melting down", "maintaining temperature" and "block solidification".

In der Fig. 6 ist schematisch dargestellt, wie diese Leistungsdichteverteilung bei einer Anordnung mit mehreren Teilspulen aussehen kann.FIG. 6 shows schematically how this power density distribution can look in the case of an arrangement with several partial coils.

Der Tiegel 4 sollte zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrads sehr schlank ausgebildet sein. Um jedoch bei sehr hohen Tiegeln die Wärmebelastung der Spulen und Segmente zu begrenzen, sollte eine Leistungsverteilung angestrebt werden, wie sie in der Fig. 7 dargestellt ist.The crucible 4 should be designed to be very slim in order to achieve high efficiency. However, in order to limit the thermal load on the coils and segments in the case of very high crucibles, a power distribution should be sought, as is shown in FIG. 7.

Der Tiegel 4 hat, wie bereits erwähnt, beispielsweise ein Volumen von 5,5 dm³. Er kann jedoch auch ein Volumen von 100 bis 1000 dm³ haben.The crucible 4, as already mentioned, has a volume of 5.5 dm³, for example. However, it can also have a volume of 100 to 1000 dm³.

Claims (43)

1. Einrichtung mit einem Tiegel aus Metall, der auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur des in ihm befindlichen Materials gekühlt ist, der ferner wenigstens im Bereich des in ihm befindlichen Materials eine geschlitzte Seitenwand aufweist und der mit wenigstens einer Induktions­spule umgeben ist, wobei dem im Tiegel befindlichen Material auf in­duktivem Weg Energie zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Leistungsdichte dem im Tiegel befindlichen Material ortsabhängig zugeführt wird.1. Device with a crucible made of metal, which is cooled to a temperature below the temperature of the material in it, which further has a slotted side wall at least in the region of the material therein and which is surrounded by at least one induction coil, the im Material located in the crucible is supplied with energy inductively, characterized in that the inductive power density is supplied to the material located in the crucible in a location-dependent manner. 2. Einrichtung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Leistungsdichte dem Metall bzw. der Metall-Legierung in Abhängigkeit von der Koordinate der Schwerkraft zugeführt wird.2. Device according to claim 17, characterized in that the inductive power density is supplied to the metal or the metal alloy depending on the coordinate of gravity. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Leistungsdichte zum Zwecke des Einschmelzens von Metall oder Metall-Legierungen ortsabhängig zugeführt wird.3. Device according to claims 1 or 2, characterized in that the inductive power density for the purpose of melting metal or metal alloys is supplied depending on the location. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn das Metall bzw. die Metall-Legierung als Schmelze vorliegt, die induktive Leistungsdichte in Abhängigkeit vom jeweiligen hydrostatischen Druck der Schmelze (3) auf die Schmelze (3) gegeben wird.4. Device according to claim 1, characterized in that when the metal or metal alloy is present as a melt, the inductive power density is given as a function of the respective hydrostatic pressure of the melt (3) on the melt (3). 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Leistungsdichte zum Zwecke des Temperaturhaltens dem Metall bzw. der Metall-Legierung ortsabhängig zugeführt wird.5. Device according to claim 1, characterized in that the inductive power density for the purpose of maintaining the temperature of the metal or the metal alloy is supplied depending on the location. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Leistungsdichte zum Zwecke des gerichteten Erstarrens dem Metall bzw. der Metall-Legierung zugeführt wird.6. Device according to claim 1, characterized in that the inductive power density for the purpose of directional solidification is supplied to the metal or the metal alloy. 7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizleistung von der Kuppenspitze der Schmelze (3) zum Boden (68) der Schmelze hin im wesentlichen linear zunimmt.7. Device according to claims 1 to 6, characterized in that the electrical heating power increases substantially linearly from the top of the melt (3) to the bottom (68) of the melt. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizleistung ab einer vorgegebenen Höhe konstant bleibt.8. Device according to claim 7, characterized in that the electrical heating power remains constant from a predetermined height. 9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Schmelze (3) induzierte Leistungsdichteverteilung so gewählt ist, daß die Schmelze (3) außer im unmittelbaren Bereich der Badkuppe (60) in der Nähe der Zwischenräume (12, 13) vom Tiegel (4) abhebt, aber in den Mittenbereichen der Segmente (5, 6, 7) anliegt.9. Device according to claims 1, 2 and 4, characterized in that the power density distribution induced in the melt (3) is selected so that the melt (3) except in the immediate area of the bath top (60) in the vicinity of the spaces ( 12, 13) lifts off the crucible (4), but rests in the central areas of the segments (5, 6, 7). 10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Tiegel (4) Kühlkanäle (10, 11) eingelassen sind, die von einem Kühlmittel durch­strömt werden.10. The device according to claim 1, characterized in that in the crucible (4) cooling channels (10, 11) are let through which a coolant flows. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl­mittel Wasser ist.11. The device according to claim 10, characterized in that the coolant is water. 12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl­mittel flüssiges Metall ist, z. B. Na oder NaK.12. The device according to claim 10, characterized in that the coolant is liquid metal, for. B. Na or NaK. 13. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl­mittel eine organische Flüssigkeit ist, z.B. ein schwerentflammbares Silikon-Öl.13. The device according to claim 10, characterized in that the coolant is an organic liquid, for example a flame-retardant silicone oil. 14. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl­mittel flüssiges Salz ist, z. B. ein eutektisches Salzgemisch aus NaNO₂, NaNO₃, KNO₃.14. The device according to claim 10, characterized in that the coolant is liquid salt, for. B. a eutectic salt mixture of NaNO₂, NaNO₃, KNO₃. 15. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Tiegel (4) innerhalb einer Induktionsspule (2) befindet.15. The device according to claim 1, characterized in that the crucible (4) is located within an induction coil (2). 16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Induktionsspule (2) nach unten hin geringer wird und sich dadurch im unteren Bereich der Induktionsspule (2) ein höherer Strombelag ergibt, der in dem unteren Bereich der Schmelze (3) eine höhere elektromagnetische Leistung induziert.16. The device according to claim 15, characterized in that the slope of the induction coil (2) is lower towards the bottom and thereby results in a higher current in the lower region of the induction coil (2), which induces a higher electromagnetic power in the lower area of the melt (3). 17. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (2) aus mehreren übereinander angeordneten Teilspulen (36, 37) besteht, die mit jeweils unterschiedlichen Strömen gespeist werden.17. The device according to claim 15, characterized in that the coil (2) consists of several superposed partial coils (36, 37) which are fed with different currents. 18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Teilspulen (37) kürzer als die oberen Teilspulen (36) sind.18. The device according to claim 17, characterized in that the lower partial coils (37) are shorter than the upper partial coils (36). 19. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Teilspulen (37) weniger Windungen als die oberen Teilspulen (36) haben.19. The device according to claim 17, characterized in that the lower coil sections (37) have fewer turns than the upper coil sections (36). 20. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Teilspulen (37) mit höheren Strömen gespeist werden als die oberen Teil­spulen (36).20. The device according to claim 17, characterized in that the lower coil sections (37) are fed with higher currents than the upper coil sections (36). 21. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der Teilspulen (36, 37) eine eigene Stromversorgung (34, 42) vorgesehen ist.21. Device according to claim 17, characterized in that a separate power supply (34, 42) is provided for each of the partial coils (36, 37). 22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 17, 18 oder 19, dadurch gekenn­zeichnet, daß für alle Teilspulen (36, 37) eine gemeinsame Stromversorgung (35; 43, 44) vorgesehen ist, daß die Teilspulen (36, 37) parallel zu dieser Stromversorgung (35) geschaltet sind und daß die Teilspulen (36, 37) unterschiedliche Windungszahlen (29, 30; 38 bis 41) besitzen.22. Device according to one of claims 17, 18 or 19, characterized in that a common power supply (35; 43, 44) is provided for all sub-coils (36, 37), that the sub-coils (36, 37) parallel to this power supply (35) are connected and that the partial coils (36, 37) have different numbers of turns (29, 30; 38 to 41). 23. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Tiegel (4) befindliche Material (3) von einem magnetischen Gleichfeld durchsetzt ist.23. Device according to claim 1, characterized in that the material (3) located in the crucible (4) is penetrated by a constant magnetic field. 24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das magne­tische Gleichfeld koaxial zur Tiegelachse verläuft.24. The device according to claim 23, characterized in that the constant magnetic field extends coaxially to the crucible axis. 25. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das magne­tische Gleichfeld senkrecht zur Tiegelachse verläuft.25. The device according to claim 23, characterized in that the constant magnetic field extends perpendicular to the crucible axis. 26. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das magne­tische Gleichfeld im wesentlichen auf den Kopfbereich (60) der Schmelze (3) einwirkt.26. The device according to claim 23, characterized in that the constant magnetic field acts essentially on the head region (60) of the melt (3). 27. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleich­feld koaxial zur Tiegelachse verläuft und in verschiedene Abschnitte unter­teilt ist, wobei die aufeinanderfolgenden Abschnitte jeweils unterschiedliche Polaritätsfolgen aufweisen.27. The device according to claim 23, characterized in that the constant field extends coaxially to the crucible axis and is divided into different sections, the successive sections each having different polarity sequences. 28. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die unter­schiedlichen Polaritätsfolgen durch Spulen erzeugt werden.28. The device according to claim 27, characterized in that the different polarity sequences are generated by coils. 29. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die unter­schiedlichen Polaritätsfolgen durch Permanentmagnete erzeugt werden.29. The device according to claim 27, characterized in that the different polarity sequences are generated by permanent magnets. 30. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des Gleichfelds eine oder mehrere zusätzliche Spulen um den Tiegel (4) herum vorgesehen sind.30. Device according to claim 23, characterized in that one or more additional coils are provided around the crucible (4) for generating the DC field. 31. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des Gleichfelds dem Wechselstrom aus einer Wechselstromquelle (34) für die induktive Erwärmung des Schmelzgutes eine Gleichstrom­komponente aus einer Gleichstromquelle (47) überlagert ist.31. The device according to claim 23, characterized in that a direct current component from a direct current source (47) is superimposed on the alternating current from an alternating current source (34) for the inductive heating of the melting material for the generation of the direct field. 32. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erwärmung der Oberfläche (60) des Schmelzguts (3) eine zusätzliche Energie­quelle (48) vorgesehen ist.32. Device according to claim 1, characterized in that an additional energy source (48) is provided for heating the surface (60) of the melting material (3). 33. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der induktiven Energiequelle (35) veränderbar ist.33. Device according to claim 1, characterized in that the frequency of the inductive energy source (35) is variable. 34. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Oberfläche (60) des Schmelzguts (3) eine Elektrode (50) vorgesehen ist, und zwischen der Oberfläche (60) und der Elektrode (50) ein reaktives Gas eingebracht wird, das durch eine zwischen der Elektrode (50) und der Ober­fläche des Schmelzguts (3) angelegte Spannung zur Glimmentladung gebracht wird.34. Device according to claim 1, characterized in that above the surface (60) of the melting material (3) an electrode (50) is provided, and a reactive gas is introduced between the surface (60) and the electrode (50), the is brought to glow discharge by a voltage applied between the electrode (50) and the surface of the melting material (3). 35. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem Last­schwingkreis (2, 46) zusätzliche Kondensatoren (45) hinzugeschaltet werden, um die Resonanzfrequenz zu erniedrigen.35. Device according to claim 1, characterized in that a load resonant circuit (2, 46) additional capacitors (45) are added to reduce the resonance frequency. 36. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zur Heizspule (2) zusätzliche Induktivitäten (46) hinzugeschaltet werden, um die Resonanzfrequenz zu erniedrigen.36. Device according to claim 1, characterized in that additional inductors (46) are connected in series to the heating coil (2) in order to lower the resonance frequency. 37. Verfahren zum Behandeln einer Schmelze über einen langen Zeitraum, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze (3) eine elektrische Leistung zugeführt wird, die zum Halten einer bestimmten Temperatur erforderlich ist, wobei die Frequenz des heizenden Wechselfeldes allmählich so stark reduziert wird, daß bei dieser Halteleistung Kräfte entstehen, die einen großen Teil des Flüssigkeitsdrucks im Tiegel kompensieren, so daß der Wärmekontakt zwischen der Schmelze (3) und den gekühlten Segmenten (5, 6, 7) deutlich reduziert wird.37. A method for treating a melt over a long period, characterized in that the melt (3) is supplied with an electrical power which is required to maintain a certain temperature, the frequency of the heating alternating field is gradually reduced so much that at this holding power forces arise which compensate for a large part of the liquid pressure in the crucible, so that the thermal contact between the melt (3) and the cooled segments (5, 6, 7) is significantly reduced. 38. Verfahren zum Behandeln einer Schmelze während des Erstarrens, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizleistung eines induktiven Wechselfeldes für eine längere Zeit so reduziert wird, daß sich die Schmelze (3) während des Abkühlvorgangs unter ständiger Durchmischung durch elektro-magnetische Kräfte bis dicht unter die Solidustemperatur abkühlt und erst dann das Fortschreiten der Erstarrung zugelassen wird.38. A method for treating a melt during solidification, characterized in that the electrical heating power of an inductive alternating field is reduced for a long time so that the melt (3) during the cooling process with constant mixing by electromagnetic forces to just below the solidus temperature cools down and only then is solidification permitted. 39. Verfahren zum Behandeln einer Schmelze während des Erstarrens, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Leistung so gesteuert wird, daß die Schmelze (3) von unten her langsam erstarrt und sich eine nahezu konstante Erstarrungsgeschwindigkeit einstellt.39. A method for treating a melt during solidification, characterized in that the electromagnetic power is controlled so that the melt (3) solidifies slowly from below and an almost constant solidification rate is established. 40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ver­wendung mehrerer Teilspulen (36, 37) die Leistungen dieser Teilspulen (36, 37) von unten beginnend fortschreitend stark reduziert oder ganz abgeschaltet werden.40. The method according to claim 39, characterized in that when using several sub-coils (36, 37), the powers of these sub-coils (36, 37) are progressively greatly reduced starting from below or completely switched off. 41. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine In­duktionsspule (2) relativ zum gekühlten Tiegel (4) nach oben verschoben wird.41. Device according to claim 1, characterized in that an induction coil (2) is displaced relative to the cooled crucible (4) upwards. 42. Verfahren zur Eingabe einer Charge in einen Tiegel, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Charge fertig gebündelt in den Tiegel eingesetzt wird, wobei zur Bündelung ein Draht oder ein Blechrohr aus demselben Material wie die Charge verwendet wird.42. A method for entering a batch into a crucible, characterized in that the batch is inserted into the crucible in a fully bundled state, a wire or a sheet metal tube made of the same material as the batch being used for bundling. 43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Durch­messer des Bündels oder der Hülle des Bündels zwischen 2 % und 10 % kleiner als der Durchmesser des Tiegels (4) ist.43. The method according to claim 42, characterized in that the diameter of the bundle or the shell of the bundle is between 2% and 10% smaller than the diameter of the crucible (4).
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