DE407940C - Verfahren und Ofen zum Schmelzen von Metallen, zum UEberziehen metallischer Gegenstaende mit Schutzmetallen, zum Veredeln von Metalloberflaechen und zum Hartloeten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von Metallen, zum Überziehen metallischer Gegenstände mit Schutzmetallen, zum Veredeln von Metalloberflächen und zura Hartlöten im an sich bekannten, elektrisch beheizten Salzbadofen und eine besondere, den erwähnten Gebrauchszwecken sich anpassende Ausbildung der Salzbadöfen.

Verfahren zum elektrischen Schmelzen von Metallen, deren Schmelzpunkt nicht über 1300⁰ liegt, sind mehrfach bekannt geworden. Meist führt man den Schmelzvorgang in hermetisch geschlossenen Öfen aus, die durch Lichtbögen oder auf dem Induktionswege elektrisch beheizt werden.

Außer der Lichtbogenbeheizung und dem Transformatorprinzip hat man auch die Widerstandserhitzung von Elektrolyten zum Schmelzen von Metallen benutzt. Die elektrolytische Leitfähigkeit geschmolzener Salze und Schlacken sinkt aber beim Erstarren auf so geringe Werte, daß praktisch die Möglichkeit der elektrischen Beheizung aufhört. Öfen, in denen die Widerstandserhitzung lediglich in den Schlacken und Salzen stattfindet, haben daher den Nachteil, daß, wenn durch Zuchargieren größerer Mengen Schmelzgutes das Schmelzbad erstarrt, gleichzeitig jedweder Stromdurchgang aufhört. Solche Salzbadöfen müssen daher beim Stillsetzen leergeschöpft werden, um bei der Inbetriebsetzung wiederum durch einen schwierigen Zündvorgang allmählich in Fluß gebracht zu werden.

Die vorliegende Erfindung bezweckt nun unter Benutzung der günstigen Eigenschaften eines Salzbades für den Abbrand durch Oxydation und Verdampfungsverluste beim Schmelzen von Metallen die Beheizungsform in der Weise zu ändern, daß die Widerstandserhitzung des feuerflüssigen Elektrolyten nur von sekundärem Einflüsse bleibt. Dieser Zweck wird erreicht durch die Einfassung ίο des Salzbades durch ein leitendes Mauerwerk, dessen Leitfähigkeit den größten Teil der Widerstandserhitzung im feuerflüssigen Zustande und den gesamten Anteil derselben im kalten oder erstarrten Bade aufnimmt. Auf diese Weise ist es möglich, solche Öfen ohne jedweden Zündvorgang kalt anzufahren und unabhängig vom Erstarren des Salzbades zu beheizen. Als leitendes Mauerwerk können metallisierte Steine, Graphit oder Kalziumkarbid in seinen vielen Spielarten benutzt werden. Bei geeigneter Zusammensetzung des leitenden Mauerwerkes verschwindet die Leitfähigkeit des Salzes gegenüber der des Mauerwerkes, so daß in den meisten Fällen nur ein geringer Bruchteil der Stromenergie als Widerstandserhitzung direkt im flüssigen Salzbade auftritt. Das in das Salzbad chargierte Metall sinkt seiner Schwere entsprechend zu Boden und bildet daselbst geschmolzen ein Metallbad. Das Metallbad schließt in Berührung mit dem leitenden Mauerwerk naturgemäß den Widerstand desselben kurz, so daß bei der Konstruktion der öfen das Metallbad elektrisch stets als Elektrode oder Nullpunkt ausgebildet sein muß. Verträgt sich das geschmolzene Metall nicht mit dem Material des leitenden Mauerwerkes, so empfiehlt sich, zwischen leitendem Mauerwerk und Metall eine Schutzschicht aus feuer festem Material bis zur Höhe der Metalloberfläche anzubringen. Da die Widerstandserhitzung und damit die Energiezufuhr nur in dem metallfreien Teile des Ofens stattfindet, so bedingt die Ausführung des Ofens eine Salzschicht von beträchtlicher Höhe, um auch noch beim λόΙΙ beschickten Ofen eine möglichst große metallfreie Oberfläche des leitenden Mauerwerkes zur Verfügung zu haben. Die beträchtliche Dicke der Salzbadschicht hat sich auch in anderer Beziehung als wünschenswert herausgestellt, da durch eine dicke Schicht nicht nur ein vollständiger Abschluß des Metalls gegen die Luft und ihre Oxydätionswirkung gewährleistet wird, sondern auch durch den hydrostatischen Druck Metallverluste, die bei leicht verdampfenden Metallen, wie Zink, Kadmium, Blei, Arsen und Wismut, sehr bedeutend in der Nähe ihres Siedepunktes werden können, beträchtlich vermindert werden. Besonders praktische Bedeutung hat daher eine dicke

Salzschicht beim Erschmelzen des Messings, das meist direkt unter dem Siedepunkt des Zinkes vergossen werden muß. Die dicke Salzschicht gestattet dabei, mit offenem Ofen 65 anstatt des bisher gebräuchlichen herme- ; tischen Oferverschlusses zu arbeiten, ohne daß ein nennenswerter Abbrand an Metallen I stattfindet.

Die Zusammensetzung des Salzbades muß in der Weise gewählt sein, daß weder eine schädliche Beeinflussung des leitenden Mauerwerkes und des Metalls noch eine ungeeignete Schmelztemperatur und Siedetemperatur des Bades eintreten kann. Diese Bedingungen werden erreicht durch die Eutektika λόιι Salzgemischen der Halogenverbindungen, Karbonate, Borate und Oxyde der Alkali-, Erdalkali- und Leichtmetalle, einschließlich des Aluminiums. Der Schmelzpunkt ist dabei so zu wählen, daß er unter dem Schmelzpunkt des Metalls und der Siedepunkt oberhalb der Gießtemperatur des Metalls liegt.

Durch geeignete Zusätze an reduzierenden Substanzen von kohlehaltigen Stoffen, wie fein verteilte Kohle, Kalziumkarbid, Kalziumzyanamid, kann das Bad reduzierende Eigenschaften erhalten, die eine Anreicherung von Oxyden der zu schmelzenden Metalle unmöglich machen. Auch der Entfernung des go Schwefels und der Beseitigung gelöster Sulfide und Halogenverbindungn der Schwermetalle dienen solche reduzierenden Zusätze. Die Beheizung kann wie bei bekannten Salzbadöfen durch Einphasenstrom, besser aber durch Drehstrom oder durch einen mit Scottschaltung in Zweiphasen- oder Vierphasenstrom umgewandelten Drehstrom erfolgen. Der Verwendungszweck der neuen Ofenausführung ist dank der offenen Handhabung desselben ein vielseitiger. Er dient zum Schmelzen solcher Metalle, deren Gießtemperatur 1300⁰ nicht wesentlich überschreitet. Auch läßt sich der Ofen zum Überziehen von anderen im Ofen nicht schmelzbaren Metallen, wie z. B. Eisen mit Schutzmetallen (Zinn, Zink, Blei, Messing usw.), benutzen. Ebenso läßt sich durch Einwanderung solcher Veredelungsmetalle in die Oberfläche von im Bade unschmelzbaren Metallkörpern eine Zementation bei längerem Verweilen im Bade herbeiführen, die nicht auf das Metall allein beschränkt, sondern auch auf Kohlenstoff beim Gegenstande der Erfindung ausgedehnt sein soll. Auch zum Hartlöten von irgendwelchen Konstruktionsteilen aus im Bade unschmelzbaren Metallen läßt sich die Erfindung anwenden, wobei durch die reduzierende Eigenschaft des Salzbades die Lötflächen blank gebeizt werden und damit die für die Lötung notwendige Eigenschaft erhalten. In der Zeichnung sind Beispiele_} der Ausführung

solcher Salzbad-Metallschmelzöfen ausgeführt. Abb. ι und 2 zeigen im Längs- und Querschnitt einen solchen Ofen, der mit Zweiphasenstrom betrieben ist. Jede Phase tritt Pn je einer oberen Elektrode E¹ und E² ein. ! Die gemeinsame Abführung des Stromes er- i folgt durch eine Bodenelektrode £³. Um die leitende Schicht L gegen das Metall zu schützen, ist eine feuerfeste Schicht F angebracht.

Bei dieser Ausführung des Ofens leiten nur zwei Wände und der Boden. In den Abb. 3 und 4 ist der Ofen quadratisch ausgeführt. Der Ofen besitzt an den vier Ecken des Bades vier Elektroden E¹, E², E^s und E⁴, die von einem in Vierphasenstrom umgewandelten Drehstrom versorgt werden. Die Bodenelektrode E⁰ ist mit dem Nullpunkt des Schaltsystems verbunden. Bei diesem "Ofen sind sämtliche Wände und der Boden gleichmäßig beheizt. Abb. 5 und 6 stellen in derselben Darstellungsweise einen runden Ofen vor, der mit Dreiphasenstrom betrieben ist, während der Boden durch Sternschaltung beheizt wird. Salz und Metall sind vollkommen von leitenden Wänden umschlossen. Die Zuführungselektroden E¹, E² und E^s reichen nur bis zur Mitte des Ofens. Die Bodenelektrode E⁰ ist mit dem Nullpunkt des in Sternschaltung ausgeführten Transformators verbunden.

Der Abstich der öfen erfolgt durch einen Kanal am Boden des Metallbades. Die Ausbildung des Metallbades als Elektrode oder Nullpunkt ermöglicht eine elektrische Öffnung des metallisch eingefrorenen Abstichkanals durch Anschluß einer leitenden Stange oder einer Hilfselektrode an einen der gegenüberstehenden Elektrodenpole. Die Entleerung der Metallansammlung mittels eines Hebers zeigt Abb. 3 der Zeichnung. Beim Luftleermachen desselben durch Anschluß an ein Vakuum ist selbstverständlich die Auslauföffnung des Hebers durch einen Schmelzpfropfen luftdicht abzuschließen.

Beim kalten Ofen oder bei einem durch die Metallbeschickung eingefrorenen Salzbade er- ^! folgt die Beheizung lediglich durch das leitende Mauerwerk'. Sobald aber das Salzbad flüssig wird, treten in ihm vagabundierende ^; Ströme auf. Diese vagabundierenden Ströme stellen nur einen Bruchteil der Gesamtheitsenergie dar, der, wenn er auch für die Beheizung des Ofens nicht notwendig ist, sich , doch niemals ganz unterbinden läßt, da bei , höheren Temperaturen alles bekannte Isolationsmaterial zu leiten beginnt. Die einzelnen Stromfäden der vagabundierenden Ströme erfahren durch die kräftigen Magnetfelder der Heizströme des leitenden Mauerwerkes eine elektrodynamische Beeinflussung, die sich in horizontalen und vertikalen Wirbeln des Salzbades auswirkt und für eine rege Badbewegung, Untermischung und Wärmeausgleich Sorge trägt.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Verfahren zum Schmelzen von Metallen, zum Überziehen metallischer Gegenstände mit Schutzmetallen, zum Veredeln von Metalloberflächen und zum Hartlöten, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzen von Metallen oder die Einwirkung von geschmolzenen Metallen, kohlehaltigen Stoffen u. dgl. auf andere, in der gegebenen Temperatur nicht schmelzende Metalle in einem an sich bekannten Salzbade erfolgt, welches aber durch ein leitendes Mauerwerk durch Widerstandserhitzung elektrisch indirekt beheizt wird, wobei durch das höhere spezifische Gewicht ein Niedersinken des hierbei sich erhitzenden oder schmelzenden Metalls im Salzbade und die Bildung einer Metallansammlung auf dem Boden des Bades unter Überlagerung einer dicken geschmolzenen Salzschicht erreicht wird, die durch ihre Druck- und Isolierwirkung gegen Verdampfungs- und Oxydationsverluste schützt.

   . 2. Elektrisch beheizter Salzbadofen zur go Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung des Salz- und Metallbades durch eine stromführende, elektrisch leitende, feuerfeste und durch leitenden Mörtel verbundene, das Bad ganz oder teilweise umgebende Ofenmauer- oder Stampfschicht erfolgt.

   3. Elektrisch beheizter Salzbadofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das auf dem Boden des Salzbades befindliche geschmolzene Metall, wenn der Metallcharakter es verlangt, gegen die leitende Schicht aus feuerfestem, chemisch inerten Material bis zur Höhe der Metalloberfläche geschützt ist.

   4. Elektrischer Salzbadofen nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbad stets entweder als Elektrode oder als Nullpunkt ausgebildet ist, damit eine elektrische Öffnung des metallisch eingefrorenen Abstiches durch leitende Stangen oder Hilfselektrorlen möglich ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.