DE4429340A1 - Tiegel zum induktiven Schmelzen oder Überhitzen von Metallen, Legierungen oder anderen elektrisch leitfähigen Werkstoffen - Google Patents
Tiegel zum induktiven Schmelzen oder Überhitzen von Metallen, Legierungen oder anderen elektrisch leitfähigen WerkstoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Tiegel zum induktiven Schmelzen oder Über
hitzen von Metallen, Legierungen oder anderen elektrisch leitfähigen
Werkstoffen mit mindestens drei lotrecht und parallel zueinander und auf
einem Kreisbogen verteilt und im Abstand zueinander angeordneten, die
Schmelze umschließenden Palisaden und mit einem den Boden des
Tiegels bildenden, kreisscheibenförmigen, die Palisaden tragenden Teil,
wobei die Palisaden zumindest teilweise mit Hohlräumen versehen sind,
die von einem Kühlmittel durchflossen sind und mit einer die Palisaden
mit Abstand von außen her umschlingenden, von einem Wechselstrom
durchflossenen Induktionsspule.
Bekannt ist ein Verfahren zum Schmelzen schwer schmelzbarer Metalle,
insbesondere von Tantal, Wolfram, Thorium oder Legierungen dieser
Metalle in einem wassergekühlten Behälter (DE 5 18 499), wobei der Be
hälter aus Stoffen von niedrigerem Schmelzpunkt als das Schmelzgut
besteht, z. B. aus Quarzglas, Kupfer oder Silber und die Zuführung der
zum Schmelzen erforderlichen Energie sowie die Kühlung des Behälters
derart erfolgt, daß ein restloses Einschmelzen des Schmelzguts ohne
Verunreinigungen durch das Tiegelmaterial bewirkt wird. Der Tiegel selbst
ist mit Hilfe einer Induktionsspule beheizbar, wobei ein umlaufender
Tiegelstrom dadurch verhindert wird, daß er aus einzelnen Segmenten
zusammengesetzt ist, die gegeneinander durch eine isolierende Schicht,
z. B. aus Glimmer, getrennt sind.
Bekannt ist auch ein Hochfrequenz-Induktions-Tiegel, der aus einer Viel
zahl von Palisaden gebildet ist, die alle auf einer kreisscheibenförmigen
lotrecht und zusammen einen Hohlzylinder bildenden Bodenplatte ange
ordnet sind (US 3 461 215). Die strom- und wärmeleitenden Palisaden
sind sämtlich von Kühlwasser durchströmt und von einer Induktionsspule
umschlungen. Die Bodenplatte aus einem keramischen Werkstoff ist mit
einem Verschluß versehen, über die die Schmelze abgezogen werden
kann. Zwischen den Palisaden sind Streifen aus Isoliermaterial eingelegt.
Weiterhin ist auch ein Tiegel zum schlackelosen Schmelzen hochreiner
reaktiver Metalle in einer Vakuumkammer bekannt (EP 0 276 544), bei
dem die zueinander von der Induktionsspule umschlungenen Palisaden
von Kühlwasser durchströmt sind und fest mit einer kreisscheiben
förmigen Bodenplatte verschraubt sind, wobei die rohrförmigen Palisaden
einerseits durch Schlitze voneinander getrennt sind und andererseits
sämtlich über die aus Metall gebildete Bodenplatte in elektrisch leitender
Verbindung miteinander stehen.
Die bekannten Tiegel haben den Nachteil, daß sie einen vergleichsweise
schlechten thermischen Wirkungsgrad aufweisen. So wurde versucht,
isolierendes Material der Schmelze beizugeben, um den Wärmeverlust
durch die gekühlten Palisaden zu reduzieren, was aber wiederum zu
einer, wenn auch geringen Kontaminierung der Schmelze führte
(Schippereit, u. a.). Diese Verunreinigung des Schmelzmaterials ist jedoch
bei vielen modernen Applikationen unerwünscht, so daß dieses Verfahren
von der Industrie nur bedingt angenommen wird.
Auch die Anordnung und Gestaltung der Palisaden selbst sowie deren
elektrische Verbindung miteinander oder deren Isolation voneinander,
waren bereits Gegenstand zahlreicher Untersuchungen. Die US
3 223 519 beschreibt beispielsweise voneinander isolierte Tiegelseg
mente, wohingegen beim Tiegel nach dem EP 0 276 544 die Palisaden in
einem gewissen Abstand voneinander angeordnet und miteinander elek
trisch leitend verbunden sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tiegel des
infragestehenden Typs zu schaffen, der ohne isolierendes Schlacken
material auskommt und bei dem die Energieverluste infolge der elek
trischen Verbindung aller Palisaden untereinander verringert werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens
zwei einer Vielzahl von Palisaden über einen stromleitenden Riegel oder
Rohrstutzen oder sonstige leitfähige Verbindung zu einer
Palisadengruppe miteinander verbunden sind, wobei jede dieser
Palisadengruppe gegenüber einer benachbarten Palisadengruppe
elektrisch isoliert angeordnet ist.
Weitere Merkmale und Einzelheiten sind in den Patentansprüche näher
gekennzeichnet und beschrieben.
Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu;
eine davon ist in den anhängenden Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Tiegel nach der Erfindung rein schematisch in per
spektivischer Ansicht,
Fig. 2 eine aus drei Palisaden gebildete Palisadengruppe, teil
weise im Schnitt und in perspektivischer Ansicht.
Der Tiegel besteht aus insgesamt acht Palisaden 3 bis 10, die als rohr
förmige Hohlkörper ausgebildet sind und die jeweils von einem in Längs
richtung der Palisaden angeordneten Rohr 11 bis 18 durchsetzt sind, der
art, daß das erwärmte, im Hohlraum jeder Palisade vorhandene, Kühl
wasser durch diese Rohre nach unten zu abströmen kann. Der Hohlraum
jeder Palisade 3 bis 10 korrespondiert außerdem mit einem Kühlmittelzu
lauf, der von insgesamt vier Rohren 19, 20, 21, 22 gebildet ist. Während
den beiden Zulaufrohren 19, 20 jeweils direkt eine einzige Palisade 4
bzw. 8 zugeordnet ist, sind die Palisaden 3, 9, 10 zusammen mit einem
Zulaufrohr 21 und die Palisaden 5, 6, 7 zusammen mit einem weiteren
Zulaufrohr 22 verbunden, wobei die Palisaden 3, 9, 10 bzw. 5, 6, 7 jeder
dieser beiden Palisaden-Gruppen jeweils über ein Paar Verbindungs
stutzen 23, 24 untereinander verbunden sind (der besseren Übersicht
lichkeit wegen ist in Fig. 1 nur das eine Paar Verbindungsstutzen dar
gestellt). Wie die Zeichnung zeigt, sind die Zulauf- und Ablaufanschlüsse
22, 25 der hinteren Gruppe von Palisaden 5, 6, 7 nach unten zu heraus
gezogen dargestellt, wobei deutlich erkennbar ist, daß neben einen
einzigen Zulaufrohr 22 für die Palisade 6 drei Ablaufrohre 25, 26, 27 vor
gesehen sind, von denen jedes einer Palisade 5, 6, 7 zugeordnet ist. Bei
der in Fig. 1 vorn dargestellten Anordnung der Palisadengruppe 3, 9,10
sind die Ablaufrohre 28, 29, 30 miteinander verbunden, so daß das ab
strömende Kühlmittel über das Rohr 30 der Rückkühlung zugeführt wird.
Da alle Palisaden 3 bis 10 auf einer (nur teilweise dargestellten) Isolator
platte 33 befestigt sind und alle Kühlwasserablaufrohre Metallrohre sind,
ergeben sich insgesamt vier verschiedene elektrische Stromkreise I bis
IV. Wie die Zeichnung außerdem zeigt, sind die Palisaden 3 bis 10 von
einer Induktionsspule 2 umschlossen, die im Schnitt dargestellt ist und
deren Wirkungsweise und Ausführung im einzelnen nicht näher be
schrieben werden muß, da diese dem Fachmann gut bekannt ist.
Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen bietet der vorstehend be
schriebene Tiegel den Vorteil, einerseits auf isolierendes
Schlackenmaterial verzichten zu können, und andererseits im
Einflußbereich des Magnetfeldes am Tiegelumfang keinen geschlossenen
Stromweg zu besitzen da nicht alle Palisaden elektrisch leitend
verbunden sind. Eine Verbindung aller Palisaden, gleich ob am äußeren
oder inneren Umfang oder als aufmontierter Riegel, der oben oder unten
an den Palisaden angebracht ist, bedeutet einen Kurzschlußring, in dem
nennenswerte Wärmeverluste entstehen, die zu einer Verschlechterung
des elektrischen und wärmetechnischen Wirkungsgrades führen. Ist der
Kurzschlußring am oder in Höhe des Tiegelbodens, kann in dem unteren
Bereich der Schmelze nur relativ geringe Schmelzleistung eingebracht
werden, da der Palisadenkurzschluß das elektromagnetische Feld aus
dem Tiegelinneren drängt.
Wird ganz auf eine metallische und deswegen elektrisch leitende Verbin
dung zwischen allen Tiegelsegmenten verzichtet, besitzen die Schmelz
tiegel, die aus vertikal angeordneten Palisaden bestehen, Festigkeitspro
bleme, indem die Palisaden sich durch die wechselnde Wärmebelastung
biegen. Dies zeigt sich einerseits im tangentialen Verwinden von Palisa
den wie auch in einer Vergrößerung des Tiegeldurchmessers, verbunden
mit einer Aufweitung der Palisadenzwischenräume. Bei Hochleistungsan
wendung von segmentierten Tiegelsystemen führt dies kurzfristig bis zur
Unbrauchbarkeit derselben, beispielsweise bei Metallstrahlführungs
systemen oder Gießstrahl-Fokussierungseinheiten.
Bei dem im Vorstehenden beschriebenen Tiegel sind nur bestimmte Pali
saden miteinander elektrisch leitend verbunden, ohne daß die Nachteile
eines komplett geschlossenen Kurzschlußringes in Kauf zu nehmen sind.
Die gegenseitige Stabilisierung der elektrisch miteinander verbundenen
Palisaden erhöht die Festigkeit eines Tiegelsegmentsystems erheblich
und verlängert damit die Standzeit dieser Aggregate.
Eine besondere Beanspruchung erfahren Tiegelpalisaden ohne zusätz
liche Stabilisierung, wenn die Schmelze über sie hinwegfließt, beispiels
weise bei Kipptiegeln. Die Lösung, auf den Palisaden einen geschlos
senen Metallkranz aufzubringen, bringt die o.g. Nachteile einer Lei
stungseinbuße, die bis zum partiellen Erstarren der Schmelze führen
kann. Die vorliegende Erfindung erlaubt hier die teilweise Verbindung
einzelner bzw. der besonders beanspruchten Tiegelsegmente. Einzelne
Palisaden werden durch die elektrisch leitende Verbindung zu Palisaden
gruppen. Feldtheoretisch bewirkt jeder Spalt oder jede Lücke zwischen
den einzelnen Verbindungselementen eine Erhöhung der in der Schmelze
umgesetzten Leistung.
Der vorliegende Tiegel ermöglicht es, nur an dem Ort eine unwesentliche
Feldschwächung in Kauf zu nehmen, an dem die Palisaden besonderen
Beanspruchungen ausgesetzt sind. In dem Bereich, wo keine Verbindung
der Palisaden besteht, kann das Magnetfeld nahezu ungeschwächt in die
leitfähige Charge eingekoppelt werden. Die zum Schmelzen oder Über
hitzen notwendige Heizleistung wird in diesen Bereichen weiterhin
(nahezu) ungeschwächt in das zu erwärmende Material eingebracht.
Bezugszeichenliste
2 Induktionsspule
3 Palisade
4 Palisade
5 Palisade
6 Palisade
7 Palisade
8 Palisade
9 Palisade
10 Palisade
11 Kühlmittel-Rücklaufrohr
12 Kühlmittel-Rücklaufrohr
13 Kühlmittel-Rücklaufrohr
14 Kühlmittel-Rücklaufrohr
15 Kühlmittel-Rücklaufrohr
16 Kühlmittel-Rücklaufrohr
17 Kühlmittel-Rücklaufrohr
18 Kühlmittel-Rücklaufrohr
19 Kühlmittel-Zulaufrohr
20 Kühlmittel-Zulaufrohr
21 Kühlmittel-Zulaufrohr
22 Kühlmittel-Zulaufrohr
23 Verbindungs-Stutzen
24 Verbindungs-Stutzen
25 Kühlmittel-Rücklaufrohr
26 Kühlmittel-Rücklaufrohr
27 Kühlmittel-Rücklaufrohr
28 Kühlmittel-Rücklaufrohr
29 Kühlmittel-Rücklaufrohr
30 Kühlmittel-Rücklaufrohr
31 Kühlmittel-Rücklaufrohr
32 Kühlmittel-Rücklaufrohr
33 Bodenteil, Isolierstück
34 Verbindungs-Stutzen
35 Verbindungs-Stutzen
3 Palisade
4 Palisade
5 Palisade
6 Palisade
7 Palisade
8 Palisade
9 Palisade
10 Palisade
11 Kühlmittel-Rücklaufrohr
12 Kühlmittel-Rücklaufrohr
13 Kühlmittel-Rücklaufrohr
14 Kühlmittel-Rücklaufrohr
15 Kühlmittel-Rücklaufrohr
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17 Kühlmittel-Rücklaufrohr
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22 Kühlmittel-Zulaufrohr
23 Verbindungs-Stutzen
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31 Kühlmittel-Rücklaufrohr
32 Kühlmittel-Rücklaufrohr
33 Bodenteil, Isolierstück
34 Verbindungs-Stutzen
35 Verbindungs-Stutzen
Claims (6)
1. Tiegel zum induktiven Schmelzen oder Überhitzen von Metallen,
Legierungen oder anderen elektrisch leitfähigen Werkstoffen mit
mindestens drei lotrecht und parallel zueinander und auf einem
Kreisbogen verteilt und im Abstand zueinander angeordneten, die
Schmelze umschließenden Palisaden (3 bis 10) und mit einem den
Boden des Tiegels bildenden, kreisscheibenförmigen, die Palisa
den tragenden Teil (33), wobei die Palisaden (3 bis 10) zumindest
teilweise mit Hohlräumen versehen sind, die von einem Kühlmittel
durchflossen sind und mit einer die Palisaden (3 bis 10) mit Ab
stand von außen her umschlingenden, von einem Wechselstrom
durchflossenen Induktionsspule, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwei einer Vielzahl von Palisaden über einen strom
leitenden Riegel, Rohrstutzen oder sonstigen leitfähigen
Verbindung zu einer Palisadengruppe (3, 9, 10 bzw. 5, 6, 7)
miteinander verbunden sind, wobei jede dieser Palisadengruppe
gegenüber der benachbarten Palisadengruppe oder einzelnen
Palisaden (4 bzw. 8) elektrisch isoliert angeordnet ist.
2. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Tiegel
segmente derart elektrisch leitend verbunden sind, daß mindestens
zwei voneinander elektrisch isolierte Palisadengruppen vorge
sehen und durch einzelne Palisaden voneinander getrennt ange
ordnet sind
3. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt
zwischen den einzelnen Palisaden mindestens so bemessen ist,
daß entsprechend dem Isolationsmedium oder unter Vakuum kein
nennenswerter Strom über die Seitenflächen von Palisade zu Pali
sade fließt.
4. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Me
tallcharge aus Titan oder eine Titanlegierung besteht.
5. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Me
tallcharge mindestens einen der im folgenden aufgeführten In
haltsstoffe enthält: Chrom, Hafnium, Molybdän, Niob, Tantal,
Thorium, Uran, Zirkonium, seltene-Erden-Metalle oder Legierungen
der vorgenannten.
6. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schmelz- oder Behandlungsprozeß luftoffen, unter Schutz
gasatmosphäre oder bei Unterdruck durchgeführt wird.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4429340A DE4429340C2 (de) | 1994-08-18 | 1994-08-18 | Tiegel zum induktiven Schmelzen oder Überhitzen von Metallen, Legierungen oder anderen elektrisch leitfähigen Werkstoffen |
| US08/506,839 US5668827A (en) | 1994-08-18 | 1995-07-25 | Crucible for induction melting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4429340A DE4429340C2 (de) | 1994-08-18 | 1994-08-18 | Tiegel zum induktiven Schmelzen oder Überhitzen von Metallen, Legierungen oder anderen elektrisch leitfähigen Werkstoffen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4429340A1 true DE4429340A1 (de) | 1996-02-22 |
| DE4429340C2 DE4429340C2 (de) | 2003-04-30 |
Family
ID=6526020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4429340A Expired - Lifetime DE4429340C2 (de) | 1994-08-18 | 1994-08-18 | Tiegel zum induktiven Schmelzen oder Überhitzen von Metallen, Legierungen oder anderen elektrisch leitfähigen Werkstoffen |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5668827A (de) |
| DE (1) | DE4429340C2 (de) |
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