CH653433A5

CH653433A5 - Vorrichtung zum erstellen und vergiessen von schmelzen aus mineralien oder metallen.

Info

Publication number: CH653433A5
Application number: CH5632/81A
Authority: CH
Inventors: Matti J Saarivirta; Kalervo L Lahtinen
Original assignee: Kopo Konepohja Oy
Priority date: 1980-09-08
Filing date: 1981-09-01
Publication date: 1985-12-31
Also published as: FI812613L; IT8115204V0; GB2085134B; IT8112619A0; SU1243639A3; ATA380481A; FR2489948A1; DE3033738A1; AT380564B; DE3033738C2; IT1145931B; FI66486B; FI66486C; GB2085134A; FR2489948B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erstellen und Vergiessen von Schmelzen aus Mineralien oder Metallen und betrifft insbesondere eine solche Vorrichtung zum Erstellen und Vergiessen von Schmelzen aus hochschmelzenden Metallen oder Metallegierungen, mit einer Heizkammer mit Seitenwan-dungen, einer Deckelwandung und einer Bodenwandung, welche sämtliche eine Wärmeisolierung aus im wesentlichen aus Aluminiumoxyd und Siliziumoxyd bestehendem Material aufweisen und von einem Stahlmantel umgeben sind, einem innerhalb der Heizkammer angeordneten Tiegelständer und einem auf diesem angeordneten Tiegel sowie mindestens drei in der Heizkammer zwischen deren Wandungen und dem Tiegel und zu diesem berührungskontaktfrei angeordneten und mit elektrischen Zuleitungen versehenen Siliziumcarbid-Heizelementen.

Eine Schmelz- und Giess-Vorrichtung dieser Art, bei welcher die Wärmeisolierung aus im wesentlichen aus Aluminiumoxyd und Siliziumoxyd bestehendem Fasermaterial gebildet ist, ist aus der DE-OS 2725 884 bekannt. Diese hat sich gegenüber gas- oder ölbefeuerten Schmelz-Giess-Öfen ebenso wie gegenüber Induktionsöfen aus vielerlei Gründen bestens bewährt. Abgesehen von vergleichsweise geringeren Gestehungskosten erbringt nämlich eine solche bekannte Vorrichtung eine ausserordentliche Wirtschaftlichkeit, verbunden mit den weiteren Vorteilen der Verhinderung von Oxydation des flüssigen Schmelzgutes, da dieses keiner Bewegung wie beispielsweise in Induktionsöfen und auch keiner chemischen Reaktionsmöglichkeit mit Brenngasen wie beispielsweise bei gas- oder ölbefeuerten Öfen ausgesetzt ist sowie der Vermeidung jeglicher Umweltverschmutzung bei praktisch geräuschlosem Arbeiten und der Möglichkeit, die Heizkammertemperatur ebenso wie die Schmelzguttemperatur fortlaufend auf praktisch jedem beliebigen Wert halten zu können.

Bei dieser bekannten Ausführung einer gattungsgemässen Vorrichtung ist es bereits bekannt, die Isolierung zwischen Mauerwerk und Wärmespeichermaterial und äusserem Stahlmantel als ganzstückige Schale aus Isoliermaterial der beschriebenen Art auszubilden, um die Energieersparnis durch Wärmeleitungsverluste gegenüber einer Ausführung, bei welcher die Seitenwandungen und der Boden der Heizkammer jeweils einzeln durch dieses Isoliermaterial thermisch isoliert sind, noch weiter zu steigern. Dieser bekannten Lösung liegt jedoch die bestimmende Erkenntnis zugrunde, dass um den Heizraum herum eine ausreichende Masse an Wärmespeichermaterial angeordnet sein muss, um die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung gegenüber Induktionsöfen oder gas- oder ölbefeuerten Öfen zu erreichen. Gerade wegen dieses Wärmespeichervermögens muss aber bei einer solchen bekannten Ausführung eine ausreichend dicke Isolierschicht zwischen Wärmespeichermaterial und äusserem Stahlmantel angeordnet sein, da sonst einerseits die Wärmeverluste zu hoch und andererseits die Aussentemperatur der Vorrichtung an deren Stahlmantel für ein einwandfreies Handhaben derselben unerträglich werden würden.

Dieses Wärmespeichermaterial besitzt aber notgedrungen auch eine verhältnismässig grosse Massendichte mit entsprechendem Gewicht, so dass eine solche bekannte Vorrichtung nicht nur verhältnismässig kostenaufwendig in bezug auf das Wärmespeichermaterial selbst, sondern auch im Hinblick auf die für dieses erforderliche Stützkonstruktion wird und damit einhergehend einen nicht unbeträchtlichen Platzbedarf erfordert und insbeson653 433

dere bei Ausführung der Vorrichtung als kippbarer Ofen verhältnismässig schwierig zu handhaben ist.

Ausserdem müssen bei einer solchen bekannten Vorrichtung die Heizelemente beidseitig jeweils über Isolationsrohre aus keramischem Material im Bereich des Wärmespeichermaterials abgestützt sein. Dadurch unterliegen sie unvermeidlich gewissen Stoss- und Schockbeanspruchungen insbesondere dann, wenn eine solche bekannte Vorrichtung kippbar ausgeführt ist, die aus den Erschütterungen des Speichermaterials während des Giess-vorganges herrühren. Im Verein mit der hohen thermischen Belastung der Heizelemente führen diese mechanischen Beanspruchungen erfahrungsgemäss sehr bald zu Ausfall des einen oder anderen Heizelementes infolge von einfachen Rissbildungen in diesem, die übergrosse örtliche elektrische Belastungen nicht nachfolgenden Ausfallerscheinungen zur Folge haben,

oder gar zu völligem Bruch des gesamten betreffenden Heizelementes. Nach Meinung der Fachwelt ist aus Gründen einigermas-sen brauchbarer Lebensdauer solcher Heizelemente für die Einsatztemperatur solcher Heizelemente eine nicht zu überschreitende Grenze bei 1350° C gesetzt.

Hierdurch aber werden die Einsatzmöglichkeiten für eine solche bekannte Vorrichtung auf Einsatzfälle mit Dauerbetriebstemperaturen von maximal 1350° C beschränkt, wenn man nicht vorzeitigen Ausfall der Heizelemente mit dem damit verbundenen erhöhten Zeit- und Kostenaufwand für Wartung und Heizelementenaustausch und den noch erheblich schwerer ins Gewicht fallenden Produktionsausfall einer solchen Vorrichtung in Kauf nehmen will. Jedenfalls ist hierdurch die Wirtschaftlichkeit derselben nicht unerheblich eingeengt.

Dem kann nach Meinung der Fachwelt auch nicht durch eine Vergrösserung der Tiegelcharge, d. h. des Aufnahmevolumens des Tiegels, abgeholfen werden. Abgesehen davon, dass diesem durch die Handhabbarkeit der gesamten Vorrichtung eine gewisse Grenze gesetzt ist, würde dies bedingen, dass bei Einhaltung vorgegebener Aussenabmessungen der gesamten Vorrichtung der Abstand der Heizelemente einerseits von der Tiegelaus-senoberfläche und/oder andererseits von der Innenoberfläche des Wärmespeichermaterials verringert werden müsste. Ersteres würde aber zu den gefürchteten Überhitzungen der die Heizkammer frei durchragenden Heizelemente aufgrund unvermeidlicher Wärmerückstrahlung vom Tiegel her führen, und letzteres hätte zur Folge, dass ohne zusätzliche Wärmeisolierungsmassnahmen, welche sich wieder ungünstig auf sowohl das Gewicht und Volumen und damit die Handhabbarkeit der Vorrichtung sowie auf die Gestehungskosten derselben auswirken würden, die Oberflächentemperatur an der Aussenoberfläche des Stahlmantels der Vorrichtung nicht unerheblich ansteigen würde. Auch aus diesem Grunde wurde eine an sich erwünschte Leistungssteigerung nicht für möglich erachtet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gattungsgemässer Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, dass sich ohne die geschilderten nachteiligen Folgen doch eine nicht unbeträchtliche Leistungssteigerung insoweit erzielen lässt, als einerseits Schmelzvorgänge durchgeführt werden können, welche eine wesentlich höhere Dauerbetriebstemperatur in der Heizkammer bis zu 1650° C und erforderlichenfalls kurzzeitig sogar darüber erfordern, und andererseits ohne Notwendigkeit der Vergrösserung der Aussenabmessungen der Vorrichtung sich doch eine Vergrösserung der Tiegelchargengrösse erreichen lässt, ohne dass unangemessene Erhöhungen der Temperatur der Aussenoberfläche des Stahlmantels der Vorrichtung in Kauf zu nehmen sind, wobei stets die Lebensdauer der Heizelemente auch unter Berücksichtigung rauher Arbeitsbedingungen beim Giessvorgang nicht nur gewahrt, sondern noch verbessert werden kann und sich somit insgesamt eine beträchtliche Steigerung der Wirtschaftlichkeit einer solchen Vorrichtung sowohl aus dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Gestehungskosten über einfacheren konstruk3

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tiven Aufbau und Wahl geeigneter Konstruktionsmaterialien als auch im Hinblick auf eine Senkung der Betriebskosten ergeben soll.

Dies wird durch die Erfindung entgegen der Meinung der Fachwelt in überraschend einfacher und kostengünstiger Weise 5 dadurch erreicht, dass bei einer Vorrichtung gattungsgemässer Art die Heizkammer durch Seitenwandungen, Deckelwandung und Bodenwandung gebildet ist, welche sämtliche im wesentlichen aus seinerseits im wesentlichen aus Aluminiumoxyd und Siliziumoxyd bestehendem Material erstellt sind und dass die 10 Siliziumcarbid-Heizelemente gegenüber mindestens einer Heizkammerwandung stossgedämpft abgestützt jeweils mit einem Abstand ihrer Mittelachse zur Aussenoberfläche des Tiegels in der Heizkammer angeordnet sind, der dem Zwei- bis Vierfachen des Aussendurchmessers des Heizelementes entspricht. 15

Dabei können in zweckmässiger Weiterbildung die Seitenwandungen, Deckelwandung und Bodenwandung der Heizkammer aus Fasermaterial gebildet sein, und zwar auch dem bei der beschriebenen bekannten Vorrichtung zur Wärmeisolierung bereits eingesetzten Fasermaterial. Andererseits hat sich aber 20 auch eine Alternative gut bewährt, bei welcher die Seitenwandungen, Deckelkwandung und Bodenwandung der Heizkammer zumindest teilweise als Gussformteile aus giessbarem Wärmeisolierungsmaterial ausgebildet sind. Je nach konstruktiver Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung können hierdurch 25 nicht unerhebliche auslegungsmässige und/oder fertigungstechnische Vereinfachungen mit entsprechendem Einfluss auf die Gesamtgestehungskosten erreicht werden.

Durch die erfindungsgemässen Massnahmen ist es gelungen, die Vorteile einer bekannten Vorrichtung gattungsgemässer 30 Ausführung beibehalten und doch deren Wirtschaftlichkeit noch wesentlich verbessern zu können. Einerseits nämlich nutzt die Erfindung die überraschende Erkenntnis, dass es durchaus möglich ist, eine ausreichend tragfähige Heizkammerkonstruktion lediglich aus Wärmeisolierungsmaterial beschriebener Art zu 35 erstellen, wobei gleichzeitig eine andere neue Erkenntnis nutzbar gemacht wurde, nämlich dass es für die Wirtschaftlichkeit einer solchen Vorrichtung weit weniger auf das Vorhandensein ausreichender Wärmespeichermasse grösserer Dichte, durch welche die von den Heizelementen in Richtung Heizkammer- 40 wandung abgestrahlte Wärmeenergie gespeichert und besonders gleichmässig auf den Tiegel zurückgestrahlt wird, ankommt, als bisher für erforderlich gehalten. Es wurde nämlich erkannt, dass eine ausreichende Vergleichmässigung der Wärmerückstrahlung von den Heizkammerwandungen zum Tiegel auch durch die 43 verhältnismässig geringe Wärmespeicherkapazität des Wärmeisolierungsmaterials erbracht werden kann, sofern nach neuester Erkenntnis der Erfindung wesentlich wichtigere Gefahrenquellen für die Lebensdauer von Tiegel und/oder Heizelementen wirksam ausgeschaltet werden. Diese Gefahrenquellen liegen in 50 der besonderen mechanischen Bruchempfindlichkeit der Siliziumcarbid-Heizelemente und der mit in Hochtemperaturbereiche steigender Temperatur gesteigerten Neigung des Tiegelmaterials, bereits bei verhältnismässig geringfügigen örtlichen Unterschieden thermischer Belastung der Aussenoberfläche des 55 Tiegels, ungeachtet der beim eigentlichen Giessvorgang zusätzlich noch hinzukommenden mechanischen Beanspruchungen, bereits beim Schmelzvorgang allein durch diese örtlichen thermischen Ungleichförmigkeiten es zu Rissbildungen kommen zu lassen, durch welche es erfahrungsgemäss bereits nach kurzer 60 Betriebsdauer zu Leckagen des Schmelzgutes in die Heizkammer hinein kommt, welche eine die Wirtschaftlichkeit des gesamten Produktionsprozesses einer solchen Vorrichtung rapide senkende Unterbrechung des Betriebes mit entsprechendem Herunterkühlen der gesamten Vorrichtung zum Zwecke des Entleerens 65 des Leckagegutes aus der Heizkammer erforderlich machen. Und hier liegt ein weiterer Ansatzpunkt der Erfindung, indem diese nämlich erkannt hat, dass es durchaus möglich ist, eine optimale Anordnung der Heizelemente in bezug auf den Tiegel zu finden, welche thermische Überbelastungen der Tiegelwandung ebenso wie der Heizelemente vermeidet und doch otpimale Wärmeenergie-Einleitung in den Tiegel ermöglicht. Um auch höheren Betriebsanforderungen bezüglich der Betriebsdauertemperatur bis zu 1650° C genügen zu können, sieht die Erfindung schliesslich auch eine spezifische Abstützung der Heizelemente vor, welche die Übertragung der insbesondere beim Giessvorgang unvermeidlichen Stoss- und Schockbeanspruchungen der Heizkammer auf die Heizelemente vermeidet und daher den Einsatz von solchen Siliziumcarbid-Heizelementen ermöglicht, die bis jedenfalls 1650° C hochtemperatur-dauerbelastbar sind.

Insgesamt wird durch die erfindungsgemässen Massnahmen eine erhebliche Verbesserung einer gattungsgemässen Vorrichtung im Hinblick auf die gleichzeitige Lösung aller zugrundeliegenden Teilaufgaben ohne Einbusse an den bereits durch die gattungsgemässe Konzeption erbrachten Vorteilen erreicht.

Es wurde gefunden, dass sich eine weitere Verbesserung bezüglich einer im Hinblick auf die Möglichkeit der Vergrösserung der Tiegelcharge optimalen räum- und wärmewirtschafts-wirkungsgradmässigen Auslegung dadurch erreichen lässt, dass gemäss einer erfinderischen Fortbildung die Heizelemente jeweils mit einem Abstand ihrer Mittelachse zur Innenoberfläche der benachbarten Heizkammerwandung angeordnet sind, der dem Zwei- bis Vierfachen des Aussendurchmessers des Heizelementes entspricht.

Weiterhin hat es sich als zweckmässig erwiesen, wenn die Heizelemente an zwei gegenüberliegenden Wandungen der Heizkammer abgestützt sind. Dabei können zweckmässig die Heizelemente in an sich bekannter Weise parallel zu einer benachbarten Heizkammerwandung horizontal angeordnet sein. Andererseits ist es aber im Rahmen der Erfindung durchaus möglich, die Heizelemente auch in an sich bekannter Weise vertikal um den Tiegel herum zu gruppieren.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass die Heizkammer im wesentlichen die Form eines länglichen Parallelepipeds hat, in dem der Tiegel im wesentlichen mittig angeordnet ist, dass die Heizelemente die einander gegenüberliegenden längeren Seitenwandungen der Heizkammer paralleler horizontaler Lage durchdringen und in zwei jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Tiegels zwischen diesem und den kürzeren Seitenwandungen der Heizkammer angeordneten vertikalen Reihen übereinander angeordnet sind, wobei der Abstand ihrer Mittelachse zur Aussenoberfläche des Tiegels dem 2,3- bis 3,5-fachen des Aussendurchmessers der Heizelemente entspricht. Dabei hat es sich als zu bevorzugen erwiesen, wenn die Heizelemente jeweils mit einem Abstand ihrer Mittelachse von den kürzeren Seitenwandungen der Heizkammer angeordnet sind, der dem Zwei- bis Dreifachen ihres Aussendurchmessers entspricht. Eine hierzu alternative Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, dass die Heizkammer im wesentlichen die Form eines Hexagonepipeds hat, in dem der Tiegel im wesentlichen mittig angeordnet ist, und dass die Heizelemente in vertikalen Reihen von jeweils mindestens zwei Heizelementen parallel zu jeder den sechseckigen Querschnitt des Hexagonepipeds begrenzenden Seitenwandung die beiden benachbarten Seitenwandungen jeweils schräg durchdringend in horizontaler Lage angeordnet sind, wobei entsprechende Heizelemente der auf gegenüberliegenden Seiten des Tiegels liegenden zueinander parallelen Reihen jeweils gleichen Abstand ihrer Mittelachse vom Boden der Heizkammer haben, der jedoch von einer Reihe zur benachbarten und von dieser zu dieser benachbarten folgenden Reihe grösser ist.

Für diese beiden speziellen Ausführungen der erfindunsge-mässen Vorrichtung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das unterste Heizelement mit einem Abstand seiner Mittelachse vom Boden der Heizkammer angeordnet ist, der

dem Drei- bis Fünffachen seines Aussendurchmessers entspricht. Dies ermöglicht nämlich einen ausreichend grossen Leckageaufnahmeraum unterhalb des Heizelementes, in dem sich erforderlichenfalls eine ausreichende Leckagemenge ansammeln kann, ohne dass Gefahr für Beschädigungen der untersten Heizelemente durch diese bestünde.

Nach einem weiteren untergeordneten Erfindungsgedanken können zweckmässig die Heizelemente mit einem Abstand der Mittelachsen zweier benachbarter Heizelemente zueinander angeordnet sein, der dem Zwei- bis Vierfachen des Aussendurchmessers der Heizelemente entspricht. Hierdurch wird die Wär-meabstrahlung an den Tiegel nicht nur hinsichtlich ihrer Grösse, sondern auch hinsichtlich der Gleichmässigkeit ihrer örtlichen Verteilung optimiert. Eine noch weitergehende Verbesserung in dieser Hinsicht im Verein mit einer weiteren Steigerung der Lebensdauer der Heizelemente und damit der störungsfreien Betriebsdauer der Vorrichtung selbst bei Dauerbetrieb im Höchsttemperatur-Bereich ergibt sich überraschend, wenn als Heizelemente an sich bekannte gewendelte Siliziumcarbid-Heiz-elemente eingesetzt werden.

Nach einer anderen zweckmässigen Fortbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die stossgedämpfte Abstützung eines jeden Heizelementes durch eine elastische Lagerungseinrichtung gebildet ist, die in die Heizkammerwandung durchdringenden Bereich des Heizelementes dieses gegenüber der Heizkammerwandung abstützt. Eine konstruktiv besonders einfache und gleichzeitig extrem kostengünstige Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ergibt sich dadurch, dass die stossgedämpfte Abstützung eines jeden Heizelementes durch direkte Auflage seines die Heizkammerwandung durchdringenden Bereichs auf dem elastischen Wärmeisolierungsmaterial derselben erbracht werden kann. Zweckmässigerweise können dabei die Heizelemente in ihren die Heizkammerwandung durchdringenden Bereichen jeweils von einer Isolierhülse umgeben sein.

Für manche Einsatzfälle kann es sich ferner als vorteilhaft erweisen, wenn zwischen den Heizelementen und der Heizkammerwandung ein Wärmestrahlreflektor angeordnet ist, mittels dessen die in Richtung auf die Heizkammerwandung abgestrahlte Wärme in Richtung Tiegel zurückstrahlbar ist.

Weiterhin kann je nach Auslegung der Heizkammerkonstruktion zumindest die Deckelwandung und/oder die Bodenwandung der Heizkammer wenigstens bereichsweise Verstärkungen aufweisen. Diese können zweckmässig als Einlagen im Material der Heizkammerwandungen angeordnet sein. Dabei kann es sich je nach Ausführungsart empfehlen die Verstärkungen zumindest teilweise aus Wärmespeichermaterial zu bilden.

Ferner kann es zweckmässig sein, wenn eine Dichtung zur Verhinderung des Austritts von Metalldämpfen in die Heizkammer und/oder eine Dichtung zur Verhinderung des Eintritts von oxydationsfähigen Gasen, insbesondere Luft, in den Raum oberhalb des Tiegels zwischen der Öffnung des Tiegels und der Deckelwandung der Heizkammer angeordnet ist, wobei im übrigen zweckmässig beide Dichtungsfunktionen durch eine einzige geeignet ausgebildete und angeordnete Dichtung erbracht werden können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Zeichnungen dargestellt sind, rein beispielsweise näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 von der Vorderseite her gesehen einen Vertikalschnitt durch die Heizkammer einer kippbaren Schmelz- und Giessvor-richtung nach der Erfindung;

Fig. 2 von der Seite her gesehen einen Vertikalschnitt durch dieselbe Heizkammer gemäss Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht der gesamten Schmelz- und Giessvor-richtung gemäss Fig. 1 und 2 einschliesslich deren Kippmechanismus;

Fig. 4 einen von der Seite her gesehenen Vertikalschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

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Fig. 5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäss Fig. 4 bei abgehobenem Deckel mit teilweise weggebrochenen Bereichen, und

Fig. 6 einen von der Seite her gesehenen Vertikalschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die in Fig. 1 bis 6 wiedergegebenen Ausführungsbeispiele von Schmelz- und Giessvorrichtungen nach der Erfindung weisen jeweils eine Heizkammer 20 auf, die durch Seitenwandungen 1, Deckelwandung 2 und Bodenwandung 3 in seitlicher und höhen-mässiger Richtung begrenzt ist. Die Wandungen sind von einem Stahlmantel umschlossen. In der Heizkammer 20 ist ein Tiegelständerboden 6 angeordnet, auf dem ein Tiegel 7 festgelegt ist, und ferner sind in der Heizkammer 20 mindestens drei Heizelemente 8 mit elektrischen Zuleitungen 19 angeordnet, wobei diese Heizelemente 8 in der Heizkammer 20 zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwandungen derselben und dem Tiegel so angeordnet sind, dass jeder Berührungskontakt zwischen ihnen und dem Tiegel ausgeschlossen ist.

Die Heizelemente 8 sind hochtemperatur-dauerbelastbare Silizium-Heizelemente, welche dafür vorgesehen sind, die Temperatur des Tiegels 7 auf zwischen 1100° C und 1650° C zu halten, um beispielsweise Kupfer und Kupferlegierungen schmelzen und vergiessen zu können. Weiterhin sind nach der Erfindung die Wandungen der Heizkammer 20 im wesentlichen aus Wärmeisolierungsmaterial 4 erstellt, das seinerseits in der Hauptsache als Aluminiumoxyd- und Siliziumoxyd-Fasern besteht. Weiterhin ist die Anordnung der Heizelemente 8 in der Heizkammer 20 nach der Erfindung so getroffen, dass der Abstand zwischen der Mittelachse des Heizelementes 8 und der Aussenoberfläche 9 des Tiegels 7 dem Doppelten bis Vierfachen der Dimension 1 entspricht, welche den Aussendurchmesser des Heizelementes wiedergibt. Und schliesslich sind die Heizelemente 8 in den Bereichen ihrer beiden Enden, in denen sie die sie tragende bzw. abstützende Heizkammerwandung 1 durchdringen, elastisch so abgestützt, dass die Übertragung der Stoss- und Schockbelastungen, denen insbesondere beim Vergiessen die Heizkammerwandung 1 unvermeidlich ausgesetzt ist, auf die Heizelemente 8 zuverlässig ausgeschaltet ist. Für diese stossgedämpfte Abstützung der Enden der Heizelemente gegenüber der Heizkammerwandung 1 ist deren elastisches Wärmeisolierungsmaterial 4 herangezogen. Zweckmäsig lagern dabei die Heizelemente 8 jeweils in ihre die Heizkammerwandung 1 durchdringenden Bereiche umgebenden Isolierhülsen.

Die in Fig. 1 bis 3 wiedergegebene Schmelz- und Giessvorrich-tung hat im wesentlichen die Form eines Parallelepipeds, wobei die Aussenoberfläche der Deckelwandung 2 sich teilweise konvex nach oben vorstreckt und auf den über dem Tiegel 7 gelegenen Bereich derselben der Deckel 15 aufgesetzt ist. Die Seitenwandungen 1 definieren zwischen sich einen gleichermas-sen im wesentlichen die Form eines Parallelepipeds aufweisenden länglichen Raum, in dem der Tiegel 7 auf einem Tiegelständer 6 angeordnet ist. Der Tiegel 7 ragt teilweise in die Deckelwandung 2 hinein, wodurch eine dichte Verbindung zwischen Tiegel und Deckelwandung gebildet ist und Metalldämpfe nicht in die Heizkammer 20 eindringen können. Eine Dichtungspak-kung 21 ist zwischen dem sich nach oben hin öffnenden Tiegelmund und der Deckelwandung 2 angeordnet. Dabei kann diese Dichtungspackung 21 aus beispielsweise demselben elastischen Fasermaterial erstellt sein wie das Wärmeisolierungsmaterial 4.

Das Verhältnis von Länge zu Breite der die Form eines Parallelepipeds aufweisenden Heizkammer 20 beträgt angenähert 1,6 bis 1,7. Der Abstand der Mittelachsen der vier obersten Heizelemente 8 von der Aussenoberfläche 9 des Tiegels 7 beträgt auf beiden Seiten desselben das 2,7- bis 2,8-fache des Aussendurchmessers der Heizelemente, und der gleiche Abstand der untersten Heizelemente 8 entspricht dem 3,1-fachen ihres Aussendurchmessers. Alle zwölf Heizelemente 8, und zwar auf jeder Seite des Tiegels 7 jeweils sechs, besitzen einen Abstand ihrer

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Mittelachsen von den benachbarten kürzeren Seitenwandungen der Heizkammer 20, welcher ziemlich genau dem 2,8-fachen des Aussendurchmessers der Heizelemente entspricht.

Die Heizelemente 8 haben runde Querschnittsform und sind in zueinander paralleler Lage in zwei zueinander parallelen Reihen unterhalb einander angeordnet, wobei diese Reihen jeweils längs einer benachbarten kürzeren Seitenwandung 1 der Heizkammer 20 und in rechtem Winkel zu den längeren Seitenwandungen der Heizkammer 20 liegen. Die maximale Leistungsaufnahme der Heizelemente 8 beträgt etwa 8,4 kW, wodurch eine maximale Leistung der gesamten Vorrichtung von etwa 100 kW erbracht wird. Die Aufnahmekapazität dieser Vorrichtung beträgt 500 kg Kupfer oder 150 kg Aluminium.

Die in Fig. 1 bis 3 gezeigte Heizkammer, welche durch die Wandungen 1 bis 3 begrenzt wird, ist mit ihrem Tiegel und ihren Heizelementen an der sie tragenden Stützrahmenkonstruktion 11 mit Hilfe der zur längeren Seitenwandung der Heizkammer parallelen horizontalen Achse 13 schwenkbar angelenkt. Die Vorrichtung weist ferner einen Hydraulikzylinder 14 auf, welcher sowohl am Rahmen 11 als auch an der Heizkammer 20 jeweils schwenkbar angelenkt ist, um die Heizkammer 20 und den zu ihr gehörigen Tiegel 7, welche beide vom Rahmen 11 getragen werden, zur Giessöffnung 16 hin kippen bzw. verschwenken zu können.

Zum Gebrauch bzw. Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung wird der Deckel 15 geöffnet und der Tiegel 7 teilweise mit dem zu schmelzenden Metall gefüllt, worauf dann der Deckel 15 wieder geschlossen und der elektrische Strom für die Widerstands-Heizelemente 8 eingeschaltet wird, um das Aufheizen der Heizelemente einzuleiten. Von diesen hochtemperatur-dauerbe-lastbaren Siliziumcarbid-Heizelementen wird die Wärme in der Hauptsache durch Strahlung und lediglich teilweise durch Kon-vektion auf den Tiegel 7 und das in diesem angeordnete Metall und teilweise an die Innenoberfläche der Seitenwandungen 1 der Heizkammer 20 übertragen. Aufgrund der erfindungsgemässen Anordnung der Heizelemente 8 in einem bestimmten Abstand vom Tiegel 7 und vorzugsweise auch einem bestimmten Abstand von den Seitenwandungen 1 wird die Wärme gleichmässig und ohne Temperaturspitzen und/oder -minima, welche hohe thermische Spannungen im Tiegelmaterial hervorrufen können, auf den Tiegel 7 übertragen. Nachdem das schmelzende Metall die erwünschte Temperatur erreicht hat, wird dem Hydraulikzylinder 14 Druckmittelflüssigkeit zugeführt, und dies bewirkt, dass der gesamte Apparat zur Giessöffnung 16 hin gekippt bzw. verschwenkt wird, um das geschmolzene Metall beispielsweise in eine Form zu giessen. Nach Beendigung des Giessvorganges wird der Druck im Hydraulikzylinder 14 mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Regelorgans reduziert, wodurch die Heizkammer 20 mit ihrem Tiegel 7 in ihre aufrechte Ursprungsstellung zurückkehrt.

Da die Heizelemente 8 die einander gegenüberliegenden längeren Seitenwandungen der Heizkammer 20 durchdringen und in sie umgebenden und durch die Wandungen hindurchgeführten Lagerhülsen abgestützt sind (wobei diese Lagerhülsen in Fig. 1 als durchgezogene Kreise um die schrägschraffierten runden Heizelementequerschnitte sichtbar sind), können Stösse und Schocks, die auf den Apparat wirken, dank der zusätzlichen Massnahme der Abstützung der Heizelemente in ihren beiden Endbereichen allenfalls minimale mechanische Beanspruchungen der Heizelemente 8 verursachen. Darüber hinaus dämpft auch das fasrige Wärmeisolierungsmaterial 4 sämtliche Stösse und dergleichen ab, denen die Heizelemente während des Giessvorganges ausgesetzt sein könnten, weil die Giessvorrichtung in Verbindung mit den Giessbewegungen zu vibrieren pflegt.

Bei der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Vorrichtung sind die Heizelemente 8 horizontal und mit einem vorgegebenen Abstand vom Boden der Heizkammer 20 angeordnet, wobei der Abstand der Mittelachse der untersten Heizelemente etwa dem Fünffachen des Aussendurchmessers 1 derselben entspricht. Hierdurch wird sichergestellt, dass aus einem teilweise gebrochenen Tiegel 7 auf den Boden der Heizkammer 20 rinnendes Metall zum Beispiel nicht die Heizelemente beschädigen kann, und zwar nicht einmal die am weitesten unten angeordneten.

Das Verhältnis von Länge zu Breite der Heizkammer 20 der in Fig. 4 und 5 gezeigten Vorrichtung nach der Erfindung beträgt etwa 1,6. In der Heizkammer 20 sind in jeweils einer Reihe auf jeder Seite des Tiegels jeweils drei Heizelemente in horizontaler Lage und parallel zur kürzeren Seitenwandung der Heizkammer angeordnet. Die Mittelachsen der obersten Heizelemente haben einen Abstand von der Aussenoberfläche des Tiegels von etwa dem 2,7-fachen ihres Aussendurchmessers, und die entsprechenden Abstände der mittleren Heizelemente betragen etwa das 2,9-fache ihrer Aussendurchmesser, und die gleichen Abstände der untersten Heizelemente entsprechen etwa dem 3,4-fachen ihrer Aussendurchmesser. Der Abstand der Mittelachsen der Heizelemente von der Innenoberfläche der ihnen benachbarten kürzeren Seitenwandungen der Heizkammer entspricht etwa dem 2,3-fachen ihres Aussendurchmessers.

Jedes Heizelement ist von dem nächsten Heizelement über oder unter sich (und zwar gemessen von Mittelachse zu Mittelachse) auf einem etwa dem 3,3-fachen des Aussendurchmessers der Heizelemente entsprechenden Abstand gehalten. Der Abstand des untersten Heizelementes vom Kammerboden beträgt etwa das 4,5-fache seines Aussendurchmessers.

Die maximale Leistungsaufnahme der Heizelemente in der in Fig. 4 und 5 wiedergegebenen Vorrichtung beträgt etwa 8,3 kW, was bedeutet, dass der gesamte Apparat eine Maximalleistung von etwa 50 kW hat. Die Aufnahmekapazität dieser Vorrichtung beträgt etwa 300 kg Kupfer oder 90 kg Aluminium.

Die in Fig. 4 und 5 wiedergegebene Schmelz- und Giessvorrichtung ist für horizontale Giessprozesse gedacht, wie beispielsweise Bodenguss. Die Giessöffnung 16 des Tiegels 7 ist nahe dem Tiegelboden angeordnet, und sie ist dafür gedacht, mit einer Giessschale und/oder einer Kühleinrichtung ausgerüstet zu werden. Weiterhin weist der Tiegel 7 der Schmelz- und Giessvorrichtung gemäss Fig. 4 und 5 noch eine Giessöffnung 16' zum Entleeren des Tiegels auf. Die Bodenwandung 3 und die Deckelwandung 2 der Heizkammer sind teilweise unter Einsatz einer Vergussmassenverbindung erstellt, um ausreichende mechanische Festigkeit zu erzielen. Die Öffnung des Tiegels 7 ist gegenüber der Deckelwandung 2 mit Hilfe einer Dichtungspackung 21 abgedichtet.

In Fig. 6 ist in einem von einer zur anderen Seite geführten und daher von vorn wahrzunehmenden Vertikalschnitt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung gezeigt. Die Heizkammer 20 ist wiederum wie ein Parallelepiped ausgebildet, und das Verhältnis ihrer längeren Seite zu ihrer kürzeren Seite beträgt etwa 1,6. Diese Vorrichtung weist insgesamt sechs Heizelemente auf, welche in Horizontallage eines über dem anderen in zwei zu den kürzeren Seitenwandungen der Kammer parallelen Reihen angeordnet sind, welche jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Tiegels liegen, wie dargestellt. Der Abstand der Mittelachsen der Heizelemente von der Aussenoberfläche des Tiegels beträgt etwa das 2,4-fache des Aussendurchmessers der Heizelemente, was die obersten Heizelemente anbetrifft, etwa das 2,8-fache des Aussendurchmessers der Heizelemente , was die mittleren Heizelemente anbetrifft und etwa das 3,3-f ache des Aussendurchmessers der Heizelemente, was die untersten Heizelemente anbetrifft. Der Abstand der Mittelachsen der Heizelemente von der Innenoberfläche der benachbarten kürzeren Heizkammerwandung beträgt jeweils etwa das 2,1-fache des Aussendurchmessers der Heizelemente. Jedes Heizelement ist in einem solchen Abstand seiner Mittellinie von der des ihm benachbarten Heizelementes über oder unter sich gehalten, der etwa dem 2,8-fachen des Aussendurchmessers der Heizelemente entspricht, und die untersten Heizelemente sind in einem solchen Abstand vom Kammerboden angeordnet, dass

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ihre Mittelachsen von diesem einen Abstand von etwa dem 3,2- erläuterten Vorrichtung gemäss Fig. 1 bis 3 beschriebenen fachen ihres Aussendurchmessers halten. Die maximale Lei- Betrieb. Weiterhin ist diese Vorrichtung dafür konzipiert, mei-

stungsaufnahme dieser Heizungselemente beträgt jeweils etwa stens stationär gehalten zu verbleiben. Lediglich der Tiegel 7 soll

14 kW, und die Gesamtleistung der ganzen Vorrichtung ist somit im Zusammenhang mit dem Giessvorgang durch die Kammer-

etwa 85 kW. Die Aufnahmekapazität der Vorrichtung beträgt 5 wandung 5 hindurch aus dem Inneren der Heizkammer 20

etwa 1000 kg Kupfer oder 300 kg Aluminium. herausgehoben werden. Die Lift-Einrichtung hierfür ist von

Der Betrieb der Vorrichtung gemäss Fig. 6 ist, was das herkömmlicher Art und nicht dargestellt.

Schmelzen von Metall und das Aufheizen der Vorrichtung Von der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Vorrichtung sind die in Tabelle betrifft, ähnlich dem in Verbindung mit der vorstehend bereits I wiedergegebenen Typen gefertigt worden.

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Tabelle I

Type

Dimensionen in mm

Nr. der Heiz

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Gesamtleistung

Gewicht

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Al kW

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T-2000

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650

1200

18

2000

600

250

4000

D = Tiegeldurchmesser im oberen Bereich d = Tiegeldurchmesser im Bodenbereich H = Tiegelhöhe

Von den in Fig. 6 gezeigten Vorrichtungen sind die in Tabelle II wiedergegebenen Typen gefertigt worden.

Tabelle II

Type

Dimensionen in mm

Nr. der Heiz

Aufnahmekapazität in kg

Gesamtleistung

Gewicht

elemente

D

d

H

Cu

Al kW

kg

S-50

305

205

375

9

80

25

28

700

S-200

380

265

480

9

200

60

45

1250

S-300

440

295

540

6

300

90

50

1400

S-500

510

325

650

9

500

150

75

1700

S-1000

615

355

700

6

1000

300

85

2000

Der gegenseitige Abstand der Heizelemente untereinander, Wärme gleichermassen eine in der Hauptsache gleichmässige also der Abstand der Mittelachsen jedes horizontalen Heizele- Verteilung über dieser Seitenwandungsoberfläche. Dadurch mentes von der des über oder unter ihm angeordneten parallelen 50 werden die Temperaturdifferenzen zwischen unterschiedlichen Heizelementes beträgt beispielsweise 2 bis 4 mal Heizelementen- Punkten auf der Aussenoberfläche des Tiegels und gleichermas-Aussendurchmesser. In dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten Fall sen auch zwischen unterschiedlichen Punkten auf der Innenober-

beträgt dieser Abstand 2,6 mal Heizelementen-Aussendurch- fläche der betreffenden Heizkammerwandung auf einem messer, bei dem in Fig. 4 und 5 wiedergegebenen Apparat geringstmöglichen Wert gehalten und die diesen Oberflächen hingegen beträgt er 3,4 mal Heizelementen-Aussendurchmesser, 55 aufgeprägten thermischen Belastungen minimiert.

und bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel beläuft er Wenn die Abstände der Heizelemente vom Tiegel geringer sich auf das 2,8-fache des Heizelementen-Aussendurchmessers, wären als durch die Erfindung spezifiziert und vorstehend erläu-und bei der Type T-2000 gemäss Tabelle I entspricht er dem 2,2- tert, würde die Oberflächentemperatur des Tiegels aufgrund der fachen des Heizelementen-Aussendurchmessers. Hierdurch und dann stärkeren Konvektion und Strahlung höher werden, und ferner aufgrund des erfindungsgemäss vorgegebenen Abstandes 60 dies würde dem Tiegel eine höhere thermische Beanspruchung der Heizelemente von der Aussenoberfläche des Tiegels und von aufprägen. Die unerwünschte Konsequenz wäre dann eine ver-der Innenoberfläche der kürzeren Seitenwandung der Heizkam- ringerte Lebensdauer eines solchen Tiegels. Ein grösserer mer wird entsprechend der erfindungsgemässen Konzeption Abstand der Heizelemente von der Aussenoberfläche des Tie bewirkt, dass die Wärme gleichmässig von den Heizelementen gels würde geringere Wärmekonvektion und -Strahlung zur Folge auf die Tiegeloberfläche abstrahlt, d. h. dass die Oberflächen- 65 haben, wodurch der Wärmewirtschafts-Wirkungsgrad einer sol-temperatur des Tiegels praktisch gleichmässig ist. Weiterhin hat chen Vorrichtung beeinträchtigt werden würde.

auch die von den Heizelementen auf die Innenoberfläche der Im Falle, dass der Abstand der Heizelemente von der jeweils kürzeren Seitenwandungen der Heizkammer abgestrahlte benachbarten kürzeren Seitenwandung der Heizkammer kürzer

653 433

25

gewählt wäre als nach der erfindungsgemässen Konzeption zugelassen und vorstehend erläutert, würde sich der durch Konvek-tion und Strahlung auf diese Kammerwandungs-Oberflächen übertragene Wärmebetrag steigern, wodurch die Temperatur dieser Wandungsoberflächen ansteigen würde. Die uner- 5

wünschte Folge hiervon würden eine beeinträchtigte Wärmewirtschaftlichkeit und höhere thermische und mechanische Beanspruchungen der Seitenwandungen sein, welche hohe Betriebskosten und eine kürzere Lebensdauer der Heizkammerwandungen bedingen würden. Falls der Abstand der Heizelemente von 10 diesen Seitenwandungen grösser wäre als erfindungsgemäss vorgesehen, würde dies eine unsinnige Grösse der Heizkammer zur Folge haben und würde insbesondere der Abstand der Heizelemente von den kürzeren Seitenwandungen und dadurch vom Tiegel ansteigen. Dies wiederum würde sich in einer gesteigerten 15 Grösse und Oberfläche der Aussenwandung der Vorrichtung ausdrücken, was wiederum mit steigender Wärmeübertragungsfläche die Wärmeübertragung an den Umgebungsraum steigern und damit die Wärmeverluste vergrössern würde. Die Folge hiervon wären wiederum eine beeinträchtigte Wärmewirtschaft- 20 lichkeit der Vorrichtung und höhere Kosten.

Die anteilsmässige Menge der Bestandteile in dem mineralischen Fasermaterial, das zur Erstellung der wärmedämmenden Heizkammerwandungen verwandt wird, können beträchtlich schwanken. Die Gesamtmenge von A1203 und Si02 beträgt 50 bis 100 Gew.-% ; die Menge von A1203 kann zwischen 0 und 100 Gew.-% liegen, beispielsweise über 40 Gew.-%, wie vorzugs-weise40bis60Gew.-%;die Menge an Si02 kann zwischen 0 und 100 Gew.-% liegen, beispielsweise über 40 Gew.-%, wie beispielsweise zwischen 40 und 60 Gew.-% ; andere Zusätze und 30 Verunreinigungen können in den Fasern vorhanden sein, vorausgesetzt, diese Verunreinigungen bewirken keine Korrosion oder sonstige Beschädigung des Tiegels, der Heizelemente oder der Konstruktionselemente der Vorrichtung, wobei daran zu denken ist, dass Eisenverbindungen beispielsweise häufig für die Heizelemente und die Konstruktionselemente des Ofens schädlich sind.

Das Wärmeisolierungsmaterial 4 besteht aus Mineralfasermaterial, wie beispielsweise den unter den Bezeichnungen «Triton kaowool» oder «Fiberfax» auf dem Markt verfügbaren Materialien, welche die folgenden Bestandteile enthalten:

AI0O3 43 bis 70 Gew.-%

SiÖ2 20 bis 54 Gew.-%

Fe203 Spuren

TiÖ2 Spuren

MgO Spuren

CaO 0,01 bis 1,0 Gew.-%

Na20 0,1 bis 2,0 Gew.-%

35

40

45

50

55

Der Wirkungsgrad einer solchen Vorrichtung kann dadurch verbessert und die erforderliche Menge an Wärmeisolierungsmaterial dadurch reduziert werden, dass ein bei in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispielen nicht dargestellter Wärmestrahlungsreflektor zwischen den kürzeren Seitenwandungen der Heizkammer und den zu dieser parallelen Heizelementen so angeordnet wird, dass er die Wärme in Richtung Tiegel reflektiert.

Es ist möglich, die Vorrichtung nach der Erfindung mit zusätzlichen Ausrüstungsteilen zu vervollständigen, die ihrer- 60 seits in Verbindung mit einer Schmelz- und Giessvorrichtung an sich bekannt sind, wie beispielsweise einem Thermostat mit Temperatur-Pick-up (sichtbar in Fig. 4 oberhalb der Öffnung 16 und des oberen Heizelementes), Giesseinrichtungen, Verschlusseinrichtungen für die Öffnung usw.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung erstmalig eine Schmelz- und Giess-Vorrichtung schafft, mittels derer Mineralien und/oder Metalle bzw. Metallegierungen geschmol-

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zen und vergossen werden können, welche zum Schmelzen eine Dauerbetriebstemperatur von bis zu 1650° C und erforderlichenfalls kurzzeitig darüber benötigen. Die Erfindung fusst hierfür auf der Verwendung von mineralischem Wärmeisolierungsmaterial hohen Wärmeleitungswiderstandes, das auch solches Fasermaterial sein kann, wie es zur Wärmeisolierung an sich bereits bekannt ist, benutzt dieses Material aber zur Erstellung der Heizkammerwandungen selbst. Hierdurch werden die Nachteile herkömmlicher Kammerwand-Ausführungen, bei denen beträchtlich schwerere Baustoffe Verwendung finden, wie beispielsweise keramische Materialien, feuerfeste Ziegel oder andere Wärmespeichermaterialien, ausgeschaltet. Weiterhin ermöglicht die Erfindung eine Steigerung der Lebensdauer der zur Verwendung kommenden Heizelemente trotz deren höherer thermischer Belastung und zumindest eine Aufrechterhaltung der Lebensdauer des Tiegels, wenn nicht gar gleichfalls eine Steigerung derselben, im Vergleich zu bekannten gattungsge-mässen Ausführungen. Dies wird durch gezielte Unterbindung der Weiterleitung von in die Heizkammerwandung gegebenenfalls eingeleiteten Stoss- und Schockbeanspruchungen an die Heizelemente erreicht, wobei hierfür zweckmässig das selbst gewisse Elastizität aufweisende wärmeisolierende Mineralfasermaterial gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Stützbzw. Trag- und Isolierhülse herangezogen werden kann. Durch die nach der erfindungsgemässen Konzeption vorgeschriebene Anordnung und Zuordnung der Heizelemente zueinander und zur Aussenoberfläche des Tiegels und/oder der Innenoberfläche der Heizkammerwandung wird nicht nur der Betrieb bei den genannten hohen Temperaturen überhaupt ermöglicht, sondern auch der Wärmewirtschafts-Wirkungsgrad wesentlich verbessert, indem die Übertragung maximaler Strahlungsenergie von den Heizelementen auf den Tiegel ohne Gefährdung desselben mit thermischen Spannungen ermöglicht wird. Abgesehen von der soliden und verformungssteifen konstruktiven Ausführung wird auch hierdurch die Lebensdauer aller hochtemperatur-dauerbeanspruchten Bauteile der Vorrichtung, wie insbesondere der Heizelemente ,desTiegelsundder Heizkammerwandungen gesteigert. Hierdurch erübrigen sich manche bisher aufgrund vorzeitiger Ermüdungs- und Ausfallerscheinungen dieser Bauteile erforderlichen Wartungsarbeiten und die damit einhergehenden Ausfallzeiten im Betrieb einer solchen Vorrichtung. Die erforderlichen Wartungsintervalle werden vergleichsweise erheblich länger. Aus allem resultiert eine wesentlich gesteigerte Gesamtwirtschaftlichkeit der Vorrichtung nach der Erfindung.

Obgleich die Erfindung lediglich anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist sie ersichtlich nicht auf diese beschränkt. Vielmehr stehen dem Fachmann vielfältige Möglichkeiten offen, sie durch andere Kombination ihrer Merkmale oder deren Austausch gegen gleichwirkende Mittel an die jeweiligen konstruktiven und/oder fertigungstechnischen Gegebenheiten und/oder an die jeweiligen Erfordernisse des einzelnen Einsatzfalls anzupassen, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Zusammenfassung

Die Vorrichtung dient zum Erstellen und Vergiessen von Schmelzen aus Mineralien oder Metallen. Sie enthält eine Heizkammer mit Seitenwandungen, eine Deckelwandung und eine Bodenwandung, welche sämtlich eine Wärmeisolierung aus im wesentlichen aus Aluminiumoxyd und Siliziumoxyd bestehendem Material aufweisen und von einem Stahlmantel umgeben sind. Innerhalb der Heizkammer ist ein Tiegelständer angeordnet und ein auf diesem angeordneter Tiegel sowie mindestens drei in der Heizkammer zwischen deren Wandungen und dem Tiegel versehene Siliziumcarbid-Heizelemente. Dadurch soll sich eine nicht unbeträchtliche Leistungssteigerung gegenüber bekannten Vorrichtungen dieser Art insoweit erzielen lassen, als sich einerseits Schmelzvorgänge bei wesentlich höherer Dauer

temperatur als 1650° C durchführen lassen und andererseits ohne Notwendigkeit der Vergrösserung der Aussenabmessungen der Vorrichtung sich eine Vergrösserung der Tiegelchargengrösse

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erreichen lässt, ohne dass unangenehme Erhöhungen der Temperatur der Aussenoberfläche des Stahlmantels zu befürchten wären.

M

2 Blatt Zeichnungen

Claims

653 433 25 PATENTANSPRÜCHE

(1) der Heizkammer (20) paralleler horizontaler Lage durchdringen und in zwei jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Tiegels (7) zwischen diesem und den kürzeren Seitenwandungen ( 1 ) der Heizkammer (20) angeordneten vertikalen Reihen über- 60 einander angeordnet sind, wobei der Abstand ihrer Mittelachsen zur Aussenoberfläche (9) des Tiegels (7) dem 2,3- bis 3,5-fachen des Aussendurchmessers (1) der Heizelemente (8) entspricht.

1. Vorrichtung zum Erstellen und Vergiessen von Schmelzen aus Mineralien oder Metallen, insbesondere hochschmelzenden Metallen oder Metallegierungen^ mit einer Heizkammer mit / 5 Seitenwandungen, einer Deckelwandung und einer Bodenwandung, welche sämtliche einer Wärmeisolierung aus im wesentlichen aus Aluminiumoxyd und Siliziumoxyd bestehendem Material aufweisen und von einem Stahlmantel umgeben sind, einem innerhalb der Heizkammer angeordneten Tiegelständer und 10 einem auf diesem angeordneten Tiegel sowie mindestens drei in der Heizkammer zwischen deren Wandungen und dem Tiegel und zu diesem berührungskontaktfrei angeordneten und mit elektrischen Zuleitungen versehenen Siliziumcarbid-Heizele-menten, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkammer (20) 15 durch Seitenwandungen (1), Deckelwandung (2) und Bodenwandung (3) gebildet ist, welche sämtliche im wesentlichen aus seinerseits im wesentlichen aus Aluminiumoxyd und Siliziumoxyd bestehendem Material (4) erstellt sind und dass die Sili-ziumcarbid-Heizelemente gegenüber mindestens einer Heiz- 20 kammerwandung stossgedämpft abgestützt jeweils mit einem Abstand ihrer Mittelachse zur Aussenoberfläche (9) des Tiegels
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Seitenwandungen (1), Deckelwandung (2) und Bodenwandung (3) der Heizkammer (20) aus Fasermaterial gebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 30 dass die Seitenwandungen (1), Deckelwandung (2) und Bodenwandung (3) der Heizkammer zumindest teilweise als Gussformteile aus giessbarem Wärmeisoliermaterial ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (8) jeweils mit 35 einem Abstand ihrer Mittelachse zur Innenwandoberfläche (10) der benachbarten Heizkammerwandung (1) angeordnet sind, der dem Zwei- bis Vierfachen des Aussendurchmessers (1) des Heizelementes (8) entspricht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 40 dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (8) an zwei gegenüberliegenden Wandungen (1) der Heizkammer (20) abgestützt sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (8) parallel zu 43 einer benachbarten Heizkammerwandung (1) horizontal angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (8) vertikal um den Tiegel (7) herum gruppiert sind.

(7) in der Heizkammer (20) angeordnet sind, der dem Zwei- bis Vierfachen des Aussendurchmessers (1) des Heizelementes (8) entspricht.
(8) die einander gegenüberliegenden längeren Seitenwandungen 55 (1) der Heizkammer (20) in zu den kürzeren Seitenwandungen

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkammer (20) im wesentlichen die Form eines länglichen Parallelepipeds hat, in dem der Tiegel (7) ipi wesentlichen mittig angeordnet ist, und dass die Heizelemente
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

dass die Heizelemente (8) jeweils mit einem Abstand ihrer Mittelachse von den kürzeren Seitenwandungen (1) der Heizkammer (20) angeordnet sind, der dem Zwei- bis Dreifachen ihres Aussendurchmessers (1) entspricht.

50

65
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkammer im wesentlichen die Form eines Hexagonepipeds hat, in dem der Tiegel im wesentlichen mittig angeordnet ist, und dass die Heizelemente in vertikalen Reihen von jeweils mindestens zwei Heizelementen parallel zu jeder den sechseckigen Querschnitt des Hexagonepipeds begrenzenden Seitenwandung die beiden benachbarten Seitenwandungen jeweils schräg durchdringend in horizontaler Lage angeordnet sind, wobei entsprechende Heizelemente der auf gegenüberliegenden Seiten des Tiegels liegenden zueinander parallelen Reihen jeweils gleichen Abstand ihrer Mittelachse vom Boden der Heizkammer haben, der jedoch von einer Reihe zur benachbarten und von dieser zur dieser benachbarten folgenden Reihe grösser ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche. 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das unterste Heizelement (8) mit einem Abstand seiner Mittelachse vom Boden (3) der Heizkammer (20) angeordnet ist, der dem Drei- bis Fünffachen seines Aussendurchmessers (1) entspricht.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (8) mit einem Abstand der Mittelachsen zweier benachbarter Heizelemente (8) zueinander angeordnet sind, der dem Zwei- bis Vierfachen des Aussendurchmessers (1) der Heizelemente (8) entspricht.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizelemente (8) gewendelte Siliziumcarbid-Heizelemente eingesetzt sind.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stossgedämpfte Abstützung eines jeden Heizelementes (8) durch eine elastische Lagerungseinrichtung gebildet ist, die im die Heizkammerwandung (1 bzw. 2,3) durchdringenden Bereich des Heizelementes (8) dieses gegenüber der Heizkammerwandung (1 bzw. 2, 3) abstützt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die stossgedämpfte Abstützung eines jeden Heizelementes (8) durch direkte Auflage seines die Heizkammerwandung (1) durchdringenden Bereichs auf dem elastischen Wärmeisolierungsmaterial (4) derselben erbracht ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch Moder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (8) in ihren die Heizkammerwandung (1) durchdringenden Bereichen jeweils von einer Isolierhülse umgeben sind.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Heizelementen (8) und der Heizkammerwandung (1) ein Wärmestrahlungsreflektor angeordnet ist, mittels dessen die in Richtung auf die Heizkammerwandung (4) abgestrahlte Wärme in Richtung Tiegel (7) zurückstrahlbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Deckelwandung (2) und/oder die Bodenwandung (3) der Heizkammer (20) wenigstens bereichsweise Verstärkungen aufweisen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung als Einlagen im Material der Heizkammerwandung (2 bzw. 3, 4) angeordnet sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen zumindest teilweise aus Wärmespeichermaterial gebildet sind.
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung (21) zur Verhinderung des Austritts von Metalldämpfen in die Heizkammer (20) zwischen der Tiegelöffnung und der Deckelwandung (2) der Heizkammer (20) angeordnet ist.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung (21) zur Verhinderung des Eintritts von oxydationsfähigen Gasen, insbesondere Luft, in den Raum oberhalb des Tiegels (7) zwischen der Tiegelöffnung und der Deckelwandung (2) der Heizkammer (20)

angeordnet ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (21) zur Verhinderung des Austritts von Metalldämpfen in die Heizkammer (20) gleichzeitig als Dichtung zur Verhinderung des Eintritts von oxydationsfähigen Gasen aus dieser in den Raum oberhalb des Tiegels (7) ausgebildet und angeordnet ist.