DE2100378C

DE2100378C - Inductively heated crucible

Info

Publication number: DE2100378C
Application number: DE19712100378
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Hukin, David Ainsworth, Oakley, Buckinghamshire (Großbritannien)
Priority date: 1970-01-09
Filing date: 1971-01-07
Publication date: 1973-03-29

Description

Die F.rfiiulimg betrifft einen induktiv beheizten Schmelztiegel, gebildet aus einen licgelförmigen Hohlraum umschließenden und an ihren unteren Hnden durch eine gemeinsame Basis gehaltenen, radial angeordneten, nlau^i'förmigen Segmenten, die unterhalb des Hohlraumes etwas nach innen vorspringen. The F.rfiiulimg concerns an inductively heated Crucible formed by enclosing a licgel-shaped cavity and attached to its lower part Hands held by a common base, radially arranged, nlau ^ i '-shaped segments, the protrude slightly inwards below the cavity.

Das induktive Erwärmen und Schmelzen von Metallen und Metallegierungen, insbesondere solchen zum I !erstellen \on Halblerem, ist bekannt. Das Schmelzen erfolgt in einein von einer Piiinürwitkluüg umschlossenen Tiegel. Diese lYunärwieklimu wird an eine hochfrei|uente Spannung angelegt. Daduich werden sowohl im Tiegel als auch in dem im Tiegel enthaltenen Gut Spannungen induziert, die /u Strömen und damit Erwärmung führen.The inductive heating and melting of metals and metal alloys, especially those to create I! \ on Halblerem, is known. The Melting takes place in one of a Piiinürwitkluüg enclosed crucible. This lYunärwieklimu becomes a high free voltage is applied. Become there Both in the crucible and in the goods contained in the crucible, voltages induce the / u currents and thus lead to warming.

Es ist ein Tiegel bekannt (britische Patentschrift ^U77 5 16). der aus zahlreichen in Kreisfoim nebeneinander angeordneten Rohren besteht. Diese Rohre liegen dicht nebeneinander. Das im Hohlraum zwischen ihnen erschmolzene Metall wird dann durch Oberilächenspannungen genügend zui iickiu h.ilten und an einem Austiiit durch die zwischen den"Rohren befindlichen Spalte gehindert. An ihren Enden sind die Rohre miteinander verbunden und bilden damit eine einzige Kühlschlange, durch die ein Kühlmittel durchgeführt wird. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Rohren und die gemeinsamen Kühlmittelzuleitungen und -ableitungen stellen jedoch elektrische Kurzschiulibrücken d;.r. Dies bedeutet, daß das elektrische Feld in diesen Bereichen zusammenbricht. Radial innerhalb dieser Bereiche wird das im Hohlraum befindliche Material daher überhaupt nicht oder nicht ausreichend erwärmt, so daß im Schn.elzgui kalte Zonen entstehen. Besonders bei der Herstellung ίο von F.inkrist; Ilen wirkt sich dies ungünstig aus.A crucible is known (British patent ^U 77 5 16). which consists of numerous tubes arranged side by side in a circular shape. These pipes are close together. The metal melted in the cavity between them is then sufficiently healed by surface tension and prevented from exiting through the gaps between the pipes The connections between the individual tubes and the common coolant supply lines and drainage lines, however, create electrical short-term bridges d; .r. This means that the electrical field collapses in these areas. The material in the cavity is therefore not radially within these areas at all or not sufficiently heated, so that cold zones develop in the Schn.elzgui. This has an unfavorable effect, especially during the production of F.inkrist; Ilen.

Der Kreisquerschniti der den Tiegel bildenden Rohre verhindert weiter ene enge elektrische Kopplung der die Hochfrequenzspannung führenden Primärwicklung und dem im Tiegel gehaltenen Material, das die Sekundärwicklung darstellt. Um die durch diese schwache Kopplung verbundenen Verluste auszugleichen, müssen Hochfrequenzgeneratoren hoher Leistimg verwendet werden.The circular cross-section of the crucible Tubing further prevents a close electrical coupling of the primary winding carrying the high frequency voltage and the material held in the crucible that constitutes the secondary winding. To get through To compensate for this weak coupling associated losses, high frequency generators must be higher Power can be used.

Bekannt ist weiter ein widerstandsbeheizter Tiegel. bei dem eine das Schmelzgut aufnehmende Schale von unler gegenseitigem Abstand angeordneten plattenförmigen Segmenten gehalten wird. An ihren oberen und unteren Enden sind diese Segmente abwechselnd miteinander verbunden und bilden damit einen Stromkreis, der bei Anlegen an eine Spannungsquel'.e zur Aufhei/un« führt (deutsche Patentschrift 1 2S<) 950).A resistance-heated crucible is also known. in which a shell receiving the melted material is arranged at a mutual distance from one another, in the form of a plate Segments is held. These segments are alternating at their upper and lower ends connected to each other and thus form a circuit which, when applied to a voltage source to Aufhei / un «leads (German patent specification 1 2S <) 950).

Dieser widerstanüstuheizte Tiegel eignet sich nicht für eine Erwärmung durch Induktion. Die Verbindüngen zwischen den unteren und oberen Enden der Segmente stellen nämlich Kurzschlüsse für das elektromagnetische Feld dar, so daß radial innerhalb dieser Stellen keine Erwärmung auftult und sich im Schmelzgut kalte Bereiche bilden.This resistance-heated crucible is not suitable for induction heating. The connections between the lower and upper ends of the segments there are short circuits for the electromagnetic Field, so that radially within these points no heating occurs and is in the The melt material forms cold areas.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt tier Erfindung die technische Aufgabe z..i_""imde, einen für die induktive Beheizung geeigneten Tiegel zu schallen. Bei einem Schmelztiegel ('er eingangs genannten Gattung sieht tue Erfindung als Lösung für diese Aufgabe vor. tlaß die plattenförmigen Segmente und ihre Basis aus elektrisch gut leitendem Material befehen und die von der Basis aus frei nach oben ragenden Segmente jeweils durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind.Based on this prior art, the invention is based on the technical task z..i _ "" imde, one for the inductive heating to sound suitable crucibles. In the case of a melting pot ('he genus mentioned at the beginning sees the invention as a solution to this problem before. Leave the plate-shaped segments and their bases made of electrically conductive material and the segments protruding freely upwards from the base are separated from each other by an air gap.

Wegen der hohen Leitfähigkeit der plattenförmigen Segmente und der Basis werden Wirbelstromverluste herabgesetzt und damit der Energiebedarf verringert. Die Trennung der plattenförmigen Segmente durch die zwischen ihnen befindlichen Luftspalte schließt galvanische Kurzschlüsse aus, in denen das elektrische Feld zusammenbricht und zu den gefürchteten kalten Bereichen im Schinelzgiit führen könnte.Because of the high conductivity of the plate-shaped segments and the base, there are eddy current losses and thus the energy consumption is reduced. The separation of the plate-shaped segments through the air gap between them excludes galvanic short circuits in which the electrical Field collapses and could lead to the dreaded cold areas in Schinelzgiit.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die Basis mein ere Bohrungen aufweist, die mit dem hohl ausgebildeten Inneiiraum jedes plattenförmigen Segmentes in Verbindung stehen, sowie eine zweite Gruppe von Bohrungen, die mit Rohren verbunden sind, die in den hohlen Innenraum jedes plattenförmigen Segmentes hineinfuhren und an deren oberen Enden atis-⁶" laufen. Mit dieser Konstruktion wird ein Kühlmittel in die von tier Basis abgelegenen Enden der plattenförmigen Segmente hineingeführt und an den mit der Basis verbundenen Enden abgeführt bzw. umgekehrt. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die Basis eine zentrische Gewiiuleholming zum Aufschrauben auf ein Gevviiulestück eines Ständers aufweist. In einer weiteren Abwandlung bildet der Ständer in der Unterseite der Basis einen Kühlwasserbehälter.Another embodiment provides that the base has my ere bores which are in communication with the hollow interior space of each plate-shaped segment, as well as a second group of bores which are connected to tubes which lead into the hollow interior of each plate-shaped segment and at the upper ends of which ^{run atis- 6} ". With this construction, a coolant is fed into the ends of the plate-shaped segments remote from the base and discharged at the ends connected to the base or vice versa. A further embodiment provides that the base has a having centric Gewiiuleholming for screwing on a Gevviiulestück a stand In a further modification the stand forms a cooling water tank in the underside of the base.

Schließlich sieht noch eine letzte Ausgestaltung vor, daß die primäre Induktionswicklung mindestens den Teil des Tiegels zwischen dessen offenem oberen Ende und der Basis umschließt.Finally, a last embodiment provides that the primary induction winding at least enclosing the portion of the crucible between its open top and the base.

Für den Tiegel geeignete Werkstolle sind Kupfer und Silber hoher Reinheit. Die Oberflächen des Tiegels können mit einem reflektierenden Metall überzogen sein. Dadurch werden Wärmeverluste aus dem Inneren des Tiegels verringert.Copper and silver of high purity are suitable for the crucible. The surfaces of the Crucibles can be coated with a reflective metal. This will prevent heat losses the inside of the crucible.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausfiihrungsform wird die Erfindung nun weiter erläutert. In der Zeichnung istThe invention will now be explained further using the example of the embodiment shown in the drawing. In the drawing is

F i g. 1 ein Längsschnitt durch den Tiegel und F i g. 2 eine schaubildliche Ansicht eines teilweise aufgeschnittenen Tiegels.F i g. 1 shows a longitudinal section through the crucible and FIG. Figure 2 is a perspective view of a partial cut crucible.

Der Tiegel besteht aus plattenförmigen Segmenten 1 mit Trapezquerschnitt, die durch Spalte 2 voneinander getrennt sind. Die plattenförmigen Segmente 1 werden durch Einschneiden der Spalte 2 in einen kompakten Kupferblock 3 mit KreisquTschnitt lind einem Durchmesser von etwa 55 mm erhalten. Im Kupferblock 3 ist eine Bohrung 4 mit einem Durchmesser von etwa 30 mm ausgebildet. Diese Bohrung 4 weist einen halbkugelförmigen Boden auf. Hierdurch wird der eigentliche Schmelztiegel gebildet. Die die Wand dieses Tiegels bildenden plattenförmigen Segmente 1 haben eine Dicke bzw. radiale Krstreckung von etwa 12," mm. Die radial außen liegenden Enden der plattenförmigen Segmente 1 liegen auf einer zylindrischen Oberfläche 5. Die radial innen liegenden Enden schließen eine schalenlörmige Innen-Oberfläche 6 ein. Im unteren Bereich des Kupferblocl.es 3 ist eine Bohrung 7 vorgesehen, deren Durchmesser etwas unter dem Durchmesser des Hohlraumes 4 liegt. Unmittelbar unter dem Boden des Hohlraumes 4 sind die plattenförmigen Semnente 1 nach innen gezogen und weisen radial nach innen gerichtete Vorsprünge ') auf. Diese Yorspiünge 9 umschließen eine Bohrung 8 mit einem Durchmesser von etwa 6,25 mm. Die Größe dieser Bohrung 8 ist nicht kritisch und wird durch die Breite der Spalte 2 bestimmt. Je schmaler die Spalte 2 sind, um so kleiner ist die Bohrung 8. Im Bereich der Vorsprünge 9 v>i;.; das hochfrec|uente Feld konzentriert.The crucible consists of plate-shaped segments 1 with a trapezoidal cross-section, which are separated from one another by gaps 2. The plate-shaped segments 1 are obtained by cutting the gap 2 into a compact copper block 3 with a circular cross-section and a diameter of about 55 mm. A bore 4 with a diameter of approximately 30 mm is formed in the copper block 3. This bore 4 has a hemispherical bottom. This forms the actual crucible. The plate-shaped segments 1 forming the wall of this crucible have a thickness or radial extension of about 12. "mm. The radially outer ends of the plate-shaped segments 1 lie on a cylindrical surface 5. The radially inner ends close a bowl-shaped inner surface 6. In the lower area of the copper block 3 a bore 7 is provided, the diameter of which is slightly less than the diameter of the cavity 4. Immediately below the bottom of the cavity 4, the plate-shaped elements 1 are drawn inward and have radially inwardly directed projections These Yorspiünge 9 enclose a bore 8 with a diameter of about 6.25 mm. The size of this bore 8 is not critical and is determined by the width of the column 2. The narrower the column 2, the smaller it is the bore 8. In the area of the projections 9 v>i;.; the high frequency field is concentrated.

Die plattenförmigen Segmente 1 sind in Laufrichtung durchbohrt. Jede Längsbohrung la isi üb.. eine in der Basis 4« ausgebildete Bohrung Kl ηυ, einer Kühlmiüelsammelleitung verbunden. In jede. Längsbohrung 1 η verläuft weiter ein Rohr 11, dadurch eine zweite in der Basis 4 α ausgebildete Bon rung 12 mit einer weiteren Kühlmittelsammelleitui! verbunden ist. Durch die eine KühlmiUelsamnu leitung wird das Kühlmittel zugeleitet, während ι durch die andere Kühlmittelsammelleitung abgelüh wird. Zentrisch in der Basis 4« befindet sich eine (k windebohrung 13. In diese Gewindebohrung 13 kai·,-. ein Gewindestuck 15 eines Ständers 17 eingesehr.ut ~ werden. Dieser Ständer 17 gehört zum Kühlmil'.e¹ system. Er weist Bohrungen 18 und 19 auf, die / einem Külilmittelvorratsbehälter führen. Weiter wei er Bohrungen 20 auf, die den Kühlmittelvorratsbel·.! ter mit den Bohrungen 12 verbinden.The plate-shaped segments 1 are pierced in the running direction. Each longitudinal bore la isi via. A bore Kl ηυ formed in the base 4 ″, connected to a coolant collecting line. In each. Longitudinal bore 1 η also runs a tube 11, thereby a second in the base 4 α formed Bon tion 12 with a further coolant collecting situation! connected is. The coolant is fed through the one KühlmiUelsamnu line, while ι is discharged through the other coolant collecting line. A threaded piece of a stand 17 ~ 15 are eingesehr.ut This stand 17 is part of the system ¹ Kühlmil'.e He has holes - centrally in the base 4, "a (k is threaded bore 13. In this threaded hole 13 · kai,... 18 and 19, which lead to a coolant storage container, and bores 20 which connect the coolant storage ventilator to the bores 12.

Der Tiegel wird von einer Primärwicklung 14 um schlossen, die sich vom oberen Ende des Tiegels h etwas unterhalb der Bohrung 7 erstreckt. Innerhai dieser Primärwicklung 14 bildet jedes plattenförmig. Segment 1 den Kern eines Transformators. Über di. dadurch gebildeten Transformatoren wird dieEncrgi. induktiv von der Primärwicklung 14 auf das im Hohlraum 4 eingeschlossene Material übertragen. DL große Anzahl der plattenförmigen Segmente 1 (insgesamt 16) und die symmetrische Form des Tiegels ergeben eine stabile Schmelze.The crucible is closed by a primary winding 14 extending from the top of the crucible h extends slightly below the bore 7. Inside this primary winding 14 each forms a plate. Segment 1 the core of a transformer. About di. Transformers thus formed will dieEncrgi. inductively transferred from the primary winding 14 to the material enclosed in the cavity 4. DL large number of plate-shaped segments 1 (16 in total) and the symmetrical shape of the crucible result in a stable melt.

Bei einer Leistung von 15 kW konnte mit diese:; Tiegel eine Charge \on 120g Platir in Luft vollständig erschmolzen werden. Ebenso konnte mit einer Hoehfrequen/leistung von 6 kW eine Charge \on M) g Lanthan in Vakuum erschmolzen werden.With an output of 15 kW this :; Crucible a batch of 120g Platir in air completely be melted. Likewise, with a high frequency / power of 6 kW, a charge \ on M) g of lanthanum are melted in vacuo.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent spray:

1. Inductively heated crucible, formed from a crucible-shaped cavity enclosing and at their lower ends held by a common base, radially separated, plate-shaped segments which protrude slightly inward below the cavity, characterized in that the plate-shaped segments ( 1) and its base (Λα) consist of electrically good conductive material and which are separated from each other by an air gap (2) from the base of freely upwardly roughening segments.

2. Crucible according to claim 1, characterized in that the base (4 (/) has a plurality of bores (10) which are in communication with the hollow interior (1 a) of each plate-shaped segment (1), as well as a / wide group of bores (12) which are connected to tubes (11) which lead into the hollow interior of each plate-shaped segment (L) and terminate at the upper ends thereof.

3. Crucible according to one of claims 1 or 2, characterized in that the base (4 a) has a central threaded bulging (13) for screwing onto a Gewir. '.' Cstück (15) of a stand (17).

4. crucible according to claim 3, characterized in that the stander (17; in -ler underside tier base (4 «) forms a cooling water cup.

5. crucible according to one of the preceding claims, characterized in that a primary Induction winding (14) at least the part of the crucible between its upper olTcncin End and the base (4n) encloses.