DE10042151C2 - Kalter Induktionstiegel - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen kalten Induktionstiegel nach dem Oberbegriff des Patent
anspruchs 1.
Kalte Induktionstiegel werden zum Schmelzen von Werkstoffen eingesetzt, die reak
tiv sind und erst bei sehr hohen Temperaturen schmelzen. Solche Tiegel weisen meh
rere wassergekühlte Palisaden auf, die in der Regel aus Kupfer bestehen. Damit zwi
schen den zu schmelzenden Werkstoffen und dem Tiegel keine chemischen Reaktio
nen entstehen, wird vermieden, dass die Tiegelinnenflächen, die mit dem Werkstoff
in Berührung kommen können, Keramiken enthalten.
Es ist indessen auch ein Verfahren zum Schmelzen schwer schmelzbarer Metalle, ins
besondere von Tantal, Wolfram, Thorium oder Legierungen dieser Metalle in einem
wassergekühlten Behälter bekannt, bei dem zwischen dem gekühlten Tiegelmaterial
und dem Schmelzgut eine besonders dünne Schicht angebracht wird, die die Wärme
sehr schlecht leitet (DE-PS 518 499). Durch das Aufbringen der dünnen Isolations
schicht soll vermieden werden, dass Schmelzgut bis zur Tiegelinnenwand schmilzt
und sich keine feste Schicht dieses Schmelzguts im Übergangsbereich zur Tiegelin
nenwand ausbildet. Als dünne Schicht kommt hierbei z. B. ein Überzug eines Oxids
in Frage, wobei die Wirkung die sein kann, dass das Oxid zum Teil verdampft und
das Leidenfrostsche Phänomen auftritt. Durch das Verdampfen des Oxids und das
Leidenfrostsche Phänomen entstehen jedoch chemische Reaktionen zwischen diesem
Oxid und dem Schmelzgut. Hierdurch wird die Tiegelstandzeit erheblich einge
schränkt. Ein weiteres Problem tritt vor dem teilweisen Verdampfen des Oxids auf,
weil seine elektrische Leitfähigkeit um bis zu zwei Zehnerpotenzen zunimmt. Durch
diese starke Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit können sich undefinierte elektri
sche Betriebszustände einstellen, die den elektrischen Tiegelwirkungsgrad verschlechtern,
was wiederum zu einer unerwünscht starken Skull-Ausbildung im Tiegel
führen kann. Unter einem Skull wird hierbei das noch nicht geschmolzene oder das
wieder erstarrte Schmelzgut verstanden.
Weiterhin ist ein Induktionsofen zum Schmelzen von Metallen bekannt, der einen
hohlen Metalltiegel enthält, welcher oben und unten offen ist und über seine ganze
Höhe den gleichen Querschnitt aufweist (US 3 775 091). Dieser Tiegel besitzt
Seitenwände, die durch Längsschlitze in wenigstens zwei Segmente unterteilt sind,
wobei jedes Segment von einem benachbarten Segment durch eine elektrische Isola
tion getrennt ist. Hierbei wird fortlaufend eine Isolationsschicht auf der Innenwand
des Tiegels und in den Längsschlitzen erzeugt und aufrechterhalten, die eine Metall
verbindung enthält, die im festen Zustand Isolationseigenschaften aufweist und die
einen Schmelzpunkt hat, der unterhalb des Schmelzpunkts des zu schmelzenden Me
talls liegt. Bei der dünnen Isolationsschicht handelt es sich um Schlacke, beispiels
weise um ein Fluorid eines alkalischen Erdmetalls. Diese Schlacke darf mit dem
Schmelzgut keine chemischen Reaktionen eingehen, was z. B. bei Titan als Schmelz
gut eine praktisch nicht zu realisierende Forderung darstellt.
Des weiteren ist eine Vorrichtung zum Schmelzen und Gießen von Metall-Legierun
gen bekannt, bei der die palisadenförmigen Segmente aus Aluminium oder einer
Aluminium-Legierung hergestellt und die Oberflächen dieser Segmente mit einer
Schutzschicht versehen sind (DE 43 07 317 A1).
Schließlich ist auch noch ein Tiegel zum Schmelzen von Metall bekannt, der aus
Metall besteht und eine Schutzschicht aus einem Metalloxid aufweist (DE 19 18 814 U1).
Hierbei ist zwischen der Metallschicht und der Schutzschicht eine Zwischen
schicht aus einer Nickel-Chrom-Bor-Legierung aufgebracht.
Nachteilig ist bei den vorbeschriebenen Induktionsöfen, dass es aufgrund der unter
schiedlichen Wärme-Ausdehnungskoeffizienten von Tiegelmaterial und Isolier
schicht zu Spannungen kommen kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Zwischenschicht zu
schaffen, welche die verschiedenen Wärme-Ausdehnungskoeffizienten des Tiegel
materials und der Isolierschicht ausgleicht.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft also einen kalten Induktionstiegel, der auf seiner zur Schmelze
gerichteten Seite mit einer elektrisch schlecht leitenden Schicht versehen ist, wobei
diese Schicht auf einer Temperatur gehalten wird, die chemische Reaktionen zwi
schen der Schicht und dem Schmelzgut ausschließt. Zwischen der elektrisch schlecht
leitenden Schicht und der zur Schmelze gerichteten Seite des Tiegels ist eine Zwi
schenschicht vorgesehen, die zwischen den verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von Tiegel und Isolierschicht ausgleicht.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass die elektrische
und thermische Belastung der Tiegelinnenseite, in erster Linie der Palisadenkanten,
stark reduziert wird. Durch die Reduktion des Palisadenkantenverschleißes ist es
möglich, einen Tiegel weitaus länger als bisher zu betreiben. Erreicht wird die Redu
zierung des Palisadenkantenverschleißes durch eine Temperatureinstellung der dün
nen, elektrisch nicht leitenden Schicht auf einen Wert unterhalb ihrer Reaktionstem
peratur. Von den aus der Reaktionskinetik bekannten Einflussgrößen auf die Reak
tion bzw. auf die Reaktionsgeschwindigkeit - Konzentration, Temperatur, Strahlung,
Katalysatoren und Druck - spielt im Falle des kalten Induktionstiegels praktisch nur
die Temperatur eine Rolle. Liegen heterogene, d. h. mehrphasige Systeme vor, müs
sen gegebenenfalls Einflüsse der Diffusion, Kondensation und Adsorption berück
sichtigt werden. Wegen der Komplexität der Reaktionskinetik (vgl. Keith J. Laidler:
Reaktionskinetik I, Mannheim 1970) werden die Temperaturen, bei denen die dünnen
Oxidschichten chemische Verbindungen mit dem Schmelzgut eingehen, am einfach
sten experimentell ermittelt. Dadurch, dass die Oxidschicht nicht mit der Schmelze
reagiert, bleibt die Schmelze frei von Fremdstoffen. Es wird durch die Erfindung so
mit nicht nur die Tiegelstandzeit verlängert, sondern die Schmelze wird auch beson
ders rein gehalten. Mit einer Zwischensicht zwischen Tiegel und Isolierschicht wird
erreicht, dass die Isolierschicht haftet und nicht abplatzt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im
Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen kalten Induktionstiegel;
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen kalten Induktionstiegel;
Fig. 3 das Prinzip einer Temperaturregelung für einen Induktionstiegel.
In der Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen kalten Induktionsschmelzofen 1 darge
stellt, der einen Induktor 2, Schmelzgut 3 und einen Tiegel 4 aufweist. Der Induktor 2
besteht aus einer Spule, die eine Induktivität und einen ohmschen Widerstand auf
weist. Durch den Induktor 2 fließt ein Wechselstrom, der im Schmelzgut 3, das aus
leitfähigem Material besteht, eine Spannung induziert, die ihrerseits einen Wirbel
stromfluss im Schmelzgut 3 bewirkt, der eine Erwärmung des Schmelzguts 3 zur Folge
hat. Der Tiegel 4 ist in verschiedene Segmente oder Palisaden 5, 6, 7 unterteilt und
um einen äußeren Umfang mit dem Induktor 2 versehen. In den einzelnen Palisaden
5, 6, 7 des Tiegels 4 verlaufen Kühlrohre 8, 9, die an einen Wasserzufluss 10 bzw. an
einen Wasserabfluss 11 angeschlossen sind.
Der Tiegel 4 besteht vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Metall, z. B. Kup
fer oder Silber. Da gut wärmeleitende Metalle auch gute elektrische Leiter sind,
dringt die von der Spule 2 erzeugte magnetische Energie hauptsächlich durch die
Schlitze 12, 13 zwischen den Segmenten 5, 6, 7 des Tiegels 4 zum Schmelzgut 3 vor.
Dieses Schmelzgut ist im oberen Bereich flüssig und stützt sich auf einer Platte 16
ab, die den Boden des Tiegels 4 bildet und die mit einer isolierenden Schicht 15 ver
sehen ist. Die Platte 16 wird ihrerseits mittels Wasser gekühlt und kann mit einer
Stange 17 nach oben oder nach unten bewegt werden.
Wäre der Tiegel 4 eine geschlossene Einheit, d. h. wiese er keine Schlitze 12, 13 auf,
würde er durch die sich in ihm bildenden Wirbelströme praktisch ein Schild darstel
len, welches das Eindringen von Wechselfeldern in das Schmelzgut verhinderte. Die
Schlitze 12, 13 dürfen allerdings nicht offen bleiben, weil sonst Schmelzgut durch sie
nach außen dringen könnte. Außerdem würde dieses Schmelzgut eine elektrische
Verbindung zwischen den Palisaden 5, 6, 7 herstellen, sodass ein geschlossener Me
talltiegel entstünde, der die erwähnte Abschirmung der magnetischen Felder bewir
ken würde.
In die Schlitze 12, 13 werden deshalb gut abdichtende elektrische Nichtleiter 30, 31
eingebracht.
Für die Erfindung wesentlich ist eine auf der Innenseite des Tiegels 4 aufgebrachte
elektrisch isolierende Schicht 32, die gleichzeitig als Wärmedämmung wirkt. Diese
Schicht 32 besteht vorzugsweise aus einem Metalloxid, z. B. Al2O3.
In der Fig. 2, die einen Querschnitt II-II durch den Induktionsschmelzofen 1 gemäß
Fig. 1 darstellt, ist die Schicht 32 noch einmal deutlich zu sehen. Man erkennt hierbei
die Palisaden 5 bis 7 und 18 bis 22 sowie die Schlitze 12, 13 und 23 bis 28 mit den
Isolierschichten 30, 31, 33 bis 38 sowie die isolierende Schicht 32.
Die isolierende Schicht 32 kann beispielsweise nach der Montage der einzelnen Pali
saden 5, 6, 7, 18 bis 22 zu einem geschlossenen Tiegel 4 auf der Innenfläche der Pali
saden mittels eines Aufdampf-Verfahrens aufgebracht werden, sodass sich eine ge
schlossene Isolierschicht-Hülse ergibt. Die Platte 16 kann bei diesem Aufdampf-Ver
fahren ebenfalls mit der isolierenden Schicht 15 versehen werden.
Sind die Isolierschichten 30, 31, 33 bis 38 nicht bis an den äußersten inneren Rand
des Tiegels 4, also bis an das Schmelzgut 3 herangeführt, verbleibt bei jedem Schlitz
ein kleiner Raum, in den die isolierende Schicht 32 eindringt.
Die isolierende Schicht 15, 32 bildet in Bezug auf die Schmelze 3 gewissermaßen ei
nen Keramiktiegel, der jedoch nicht mit der Schmelze 3 reagiert, weil er stets eine
Temperatur hat, die unterhalb seiner Reaktionstemperatur liegt.
Da Keramiken spröder sind als Metalle, ist darauf zu achten, dass dann, wenn sich
die aus Kupfer bestehenden Palisaden 5, 6, 7, 18 bis 22 ausdehnen und zusammenzie
hen, die isolierende Schicht 32 nicht aufreißt. Als besonders geeignet für eine isolie
rende Schicht hat sich α-Al2O3 mit einer Zumischung von 15% ZrO2 erwiesen, weil
diese Legierung außergewöhnlich zäh ist (Römpp, Chemie Lexikon, Band 1, A-Cl,
1995, S. 139, rechte Spalte).
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, werden durch die Schicht 32 auch die nach innen ge
richteten Kanten der Palisaden 5 bis 7, 18 bis 22 geschützt. Dies ist besonders vorteil
haft, weil diese Kanten besonderen thermischen und elektrischen Beanspruchungen
ausgesetzt sind.
Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung des Induktionsschmelzofens 1 werden
zunächst die Innenseiten der Palisaden 5 bis 7, 18 bis 22 einzeln mit einer isolieren
den Schicht versehen, die auch um die Palisadenkanten herumgeführt ist. Nachdem
alle Palisaden mit einer isolierenden Schicht versehen sind, werden sie zu einem Tie
gel zusammengebaut, wobei in die Lücken zwischen den jeweils benachbarten Pali
saden ein Isoliermittel 30, 31, 33 bis 38 eingeführt wird.
Die isolierende Schicht 32 ist vorzugsweise zwischen 1 µ und 1,5 mm dick, und die
Frequenz, mit der die Induktionsspule 2 betrieben wird, liegt etwa zwischen 3 kHz
und 40 kHz oder - bei Strahlführungssystemen - zwischen 60 kHz und 300 kHz.
Als zu schmelzende Materialien kommen insbesondere Titan, Niob, Tantal, Wolfram,
Zirkonium, Thorium oder Legierungen hiervon in Frage, die alle als reaktive Metalle
bezeichnet werden können und sehr hohe Schmelzpunkte haben, z. B. Titan bei 1610
°C, Tantal bei 3020°C, Wolfram bei 3400°C und Thorium bei 1755°C, wobei die
Siedepunkte noch wesentlich höher liegen.
Die Isolierschicht 32 besteht vorzugsweise aus keramischen Werkstoffen, und zwar
aus oxidkeramischen Werkstoffen, die zu den sonderkeramischen Werkstoffen zäh
len. Diese keramischen Werkstoffe sind in der Regel fein und dicht, d. h. nicht porös,
und zeichnen sich durch einen hohen elektrischen Widerstand aus. Neben Alumini
umoxid (Al2O3) und Zirkonoxid (ZrO2) können auch Magnesiumoxid (MgO), Be
rylliumoxid (BeO) oder Yttriumoxid (Y2O3) verwendet werden. Magnesiumoxid hat
einen Schmelzpunkt von ca. 2800°C und einen Siedepunkt von 3600°C. Für Zirko
niumoxid bzw. Zirkoniumdioxid liegt der Schmelzpunkt bei 2715°C. Da ZrO2 von
den meisten metallischen Schmelzen nicht benetzt wird, eignet es sich besonders für
feuerfeste Schmelztiegel. Berylliumoxid schmilzt erst bei 2530°C, während Yttrium
oxid bei 2410°C schmilzt. Berylliumoxid bildet eine Ausnahme vom Wiedemann-
Franz'schen Gesetz, weil es bei hohem elektrischen Widerstand eine gute Wärmeleit
fähigkeit besitzt. Yttriumoxid kann auch zur Erhöhung der Zähigkeit spröder kerami
scher Werkstoffe verwendet werden, z. B. durch Zugabe von 18% ZrO2/Y2O3 zu
Al2O3 oder zur Stabilisierung von Zirkoniumoxid.
Wie man aus den vorstehenden Werten für die Schmelz- und Siedepunkte ersehen
kann, liegen diese Werte für oxidkeramische Werkstoffe zwar sehr hoch, aber nicht
höher als etwa bei Tantal oder Wolfram. Hinzu kommt, dass die chemische Löslich
keit aufgrund der Reaktionskinetik schon bei wesentlich niedrigeren Temperaturen
einsetzt.
Damit diese oxidkeramischen Werkstoffe nicht schmelzen oder chemisch angelöst
werden, wenn sie mit geschmolzenen Metallen in Berührung kommen, müssen sie
auf einer Temperatur gehalten werden, die unterhalb ihrer Reaktionstemperatur liegt.
Diese Temperatur wird in der Regel eingehalten, wenn der z. B. aus Kupfer bestehende
Tiegel auf eine Temperatur gebracht wird, die auf der Tiegelinnenseite unterhalb
von 250°C liegt.
Wenn dafür gesorgt wird, dass die auf den Kupfer-Palisaden aufgebrachte Isolier
schicht des Tiegels 4 an ihren Berührungsstellen mit der Metallschmelze 3 beispiels
weise keine Temperatur höher als 450°C aufweist, ist gleichzeitig sichergestellt, dass
diese Isolierschicht keine Verbindung mit dem Schmelzgut eingeht, weil diese Tem
peratur bewirkt, dass auch an der zur Schmelze gerichteten Oberfläche der Isolier
schicht keine Temperatur auftritt, die über der Reaktionstemperatur dieser Isolier
schicht mit der meist reaktiven Schmelze 3 liegt.
Der in der Isolierschicht auftretende Temperaturgradient beträgt in der Praxis oft 200
°C. Die vorstehend genannten Werte beanspruchen indessen keine Allgemeingültig
keit, weil sie von den jeweils verwendeten Materialien abhängen.
Damit dies gewährleistet ist, darf allerdings die Isolierschicht 32 eine bestimmte Stär
ke nicht überschreiten, weil sonst durch die Trägheit der Temperaturausbreitung die
Temperatur des Kupfers nicht schnell genug auf die Temperatur der Isolierschicht 32
einwirkt. Wie sich herausgestellt hat, beträgt die Dicke der Isolierschicht vorzugswei
se 1 µ bis 1,5 mm. Bei einer dickeren Isolierschicht würden auch die unterschiedli
chen Wärmeausdehnungskoeffizienten von z. B. Kupfer und Metalloxidkeramiken zu
Abplatzungen der Isolierschicht führen. Dies würde einen direkten partikelförmigen
Keramikeintrag in die Schmelze bedeuten, was z. B. bei hochwertigen, in der Luft
fahrt verwendeten Bauteilen, zum Versagen führen kann.
Von besonderer Bedeutung ist eine zwischen der Isolierschicht 32 und den Palisaden
5-7 und 18-22 befindliche Zwischenschicht, welche die verschiedenen Wärme-Aus
dehnungskoeffizienten des Tiegelmaterials und der Isolierschicht ausgleicht. Diese
Zwischenschicht hat vorzugsweise einen Ausdehnungskoeffizienten, der zwischen
den Ausdehnungskoeffizienten von Tiegelmaterial und Isolierschicht liegt. Wird als
Isolierschicht beispielsweise Aluminiumoxid und als Tiegelmaterial Kupfer gewählt,
so kann die Zwischenschicht eine Crom-Nickel-Legierung sein. Diese dünne Chrom-
Nickel-Schicht dient als Bond-Coating, um ein Abplatzen der Isolierschicht zu ver
hindern. Sie wird vor der Isolierschicht auf die Palisaden aufgebracht. Die Isolier
schicht 32 wird dann z. B. mittels eines Plasma-Spray-Verfahrens auf die Zwischenschicht
gesprüht. Es ist jedoch auch ein galvanisches Aufbringen der Isolierschicht
möglich.
Die in der Fig. 2 dargestellten Palisaden 5-7 und 18-22 müssen, damit sie aufrecht ste
hen bleiben, irgendwie befestigt werden. Diese Befestigung erfolgt an den oberen
und/oder unteren Tiegelenden, wo die Palisaden an nicht dargestellten Elementen
eingeklemmt werden. Außerhalb der Klemmung werden die Palisaden mit einer
hochfesten Kunststoffschicht ummantelt, um den Palisaden die beim Betrieb nötige
Festigkeit zu geben.
In der Fig. 3 ist das Prinzip einer Regelung des Wasserdurchlaufs einer Wasserküh
lung für den Tiegel 4 dargestellt. Hierbei sind in einer Palisade aus Kupfer, beispiels
weise der Palisade 7, mehrere Bohrungen 40 bis 47 bis dicht an die Isolationsschicht
32 herangeführt. In diesen Bohrungen befinden sich Wärmefühler, beispielsweise
Thermoelemente 48 bis 55, mit denen die Temperatur in jeweils einem Punkt in der
Nähe der Schmelze erfasst werden kann. Durch die Gesamtheit aller gemessenen
Punkte lässt sich ein Wärmeprofil erstellen. Dies kann in einer Auswerte- und Regel
einheit 56 erfolgen, der die Messwerte zugeführt werden. In Abhängigkeit von die
sem Wärmeprofil und in Abhängigkeit von weiteren Größen, beispielsweise von den
zu schmelzenden Materialien und/oder dem Material, aus dem die Isolierschicht be
steht, kann der Durchsatz des Kühlwassers mittels einer Pumpe 57 geregelt werden.
Sind die gemessenen Temperaturen zu hoch, wird der Wasserdurchsatz erhöht, sind
sie dagegen zu gering, wird auch der Wasserdurchsatz verringert.
Die von den Thermoelementen 48 bis 55 gemessenen Temperaturen sind nicht die
Temperaturen der Schmelze 3. Die Temperaturen der Schmelze 3 sind direkt nur
schwer zu messen, weil es keine Messelemente gibt, die den hohen Schmelztempera
turen von z. B. Wolfram über längere Zeit standhalten. Die von den Thermoelemen
ten 48 bis 55 gemessenen Temperaturen sind jedoch im stationären Zustand der
Schmelztemperatur im Wesentlichen proportional. Lediglich bei zeitlich schnellen
Temperaturänderungen der Schmelze 3 oder bei schnellen Änderungen des Kühlwas
serdurchsatzes besteht wegen der Trägheit des Wärmeflusses keine Proportionalität
mehr. Aufgrund der langen bzw. großen Zeitkonstanten für Temperaturänderungen
des Systems Schmelze/Tiegel im Vergleich zur aus der hohen Wärmeleitfähigkeit des
Kupfers resultierenden kurzen bzw. kleinen Zeitkonstanten für das Ansprechen der
Thermoelemente, kann zumindest bei vollständig aufgeschmolzenem Material eine
sichere Regelung gewährleistet werden.
Beim Einsatz der Regelung in typischen Kaltwandtiegel-Gießöfen mit Schmelzvolu
mina von 2 bis 10 Litern, die nur mit einer Legierungsklasse, z. B. Titanlegierungen,
betrieben werden und vor dem Abguß zur Schmelzenüberhitzung immer auf der ma
ximalen Generatorleistung gefahren werden, kann die Wasserkühlung des Tiegels so
ausgelegt werden, dass die für die keramische Isolation kritischen Temperaturen un
terschritten bleiben. Für diesen Fall sind dann nur während der Inbetriebnahme der
Anlage einige Temperaturmessungen nötig. Auf eine aktive Regelung kann dann ver
zichtet werden.
Claims (11)
1. Kalter Induktionstiegel, enthaltend
- 1. 1.1 eine Seitenwand, die durch wenigstens einen Schlitz in zwei Palisaden getrennt ist,
- 2. 1.2 eine dünne, elektrisch nicht leitende Schicht auf den Innenseiten der Seiten wände,
- 3. 1.3 ein Kühlsystem, welches die Seitenwände des Induktionstiegels kühlt,
- 4. 1.4 eine Induktionsspule, welche ein in dem Induktionstiegel befindliches Material mittels Induktion erwärmt und zum Schmelzen bringt,
2. Kalter Induktionstiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwi
schenschicht eine Chrom-Nickel-Schicht ist.
3. Kalter Induktionstiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere
Palisaden (5 bis 7, 18 bis 22) derart nebeneinander angeordnet sind, dass sie einen
geschlossenen Körper bilden, wobei zwischen den benachbarten Palisaden jeweils ein
Schlitz verbleibt, der durch eine nicht leitende Dichtung (30, 31, 33 bis 38) ausgefüllt
ist, mit Ausnahme eines kleinen Bereichs, der sich gegenüber der Schmelze (3) befin
det und der durch eine Isolierschicht (32) ausgefüllt wird.
4. Kalter Induktionstiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
dünne, elektrisch nicht leitende Schicht (32) eine Dicke von 1 µ bis 1,5 mm hat.
5. Kalter Induktionstiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Induktionstiegel einen Boden aufweist, der auf seiner Innenseite ebenfalls mit einer
dünnen, elektrisch nicht leitenden Schicht versehen ist.
6. Kalter Induktionstiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich
bei der dünnen, elektrisch nicht leitenden Schicht um Aluminiumoxid (Al2O3)
handelt.
7. Kalter Induktionstiegel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Aluminiumoxid ein hexagonales α-Aluminiumoxid (Korund) mit einer Schmelz
temperatur von 2053°C ist.
8. Kalter Induktionstiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu
schmelzende Material Titan mit einer Schmelztemperatur von 1680°C und einem
Siedepunkt von 3287°C ist.
9. Kalter Induktionstiegel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem
Aluminiumoxid zur Erhöhung der Zähigkeit 15% ZrO2 zugemischt ist.
10. Kalter Induktionstiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Induktionsspule ein Wechselfeld von 1 kHz bis 40 kHz erzeugt.
11. Kalter Induktionstiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Induktionsspule bei Tiegeln von Schmelzstrahlführungssystemen ein Wechselfeld
von 60 kHz bis 300 kHz erzeugt.
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DE (1) | DE10042151C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006004637A1 (de) * | 2006-01-31 | 2007-08-09 | Schott Ag | Induktiv beheizbarer Skulltiegel |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2871151B1 (fr) * | 2004-06-07 | 2006-08-11 | Centre Nat Rech Scient Cnrse | Installation d'affinage de silicium |
DE102004061948A1 (de) * | 2004-12-22 | 2006-07-27 | Münstermann, Simon | Werkzeug für das Thixoforming hochschmelzender metallischer Werkstoffe und dessen Verwendung |
FR3092656B1 (fr) * | 2019-02-07 | 2021-03-19 | Inst Polytechnique Grenoble | Creuset froid |
FR3092655B1 (fr) * | 2019-02-07 | 2021-02-12 | Inst Polytechnique Grenoble | Creuset froid |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE518499C (de) * | 1926-11-02 | 1931-02-16 | Siemens & Halske Akt Ges | Verfahren zum Schmelzen schwerschmelzbarer Metalle, insbesondere von Tantal, Wolfram, Thorium oder Legierungen dieser Metalle in einem wassergekuehlten Behaelter |
US3775091A (en) * | 1969-02-27 | 1973-11-27 | Interior | Induction melting of metals in cold, self-lined crucibles |
DE4307317A1 (de) * | 1992-07-23 | 1994-01-27 | Leybold Ag | Vorrichtung zum Schmelzen und Gießen von Metallen oder Metall-Legierungen hoher Reinheit |
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2000
- 2000-08-26 DE DE2000142151 patent/DE10042151C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE518499C (de) * | 1926-11-02 | 1931-02-16 | Siemens & Halske Akt Ges | Verfahren zum Schmelzen schwerschmelzbarer Metalle, insbesondere von Tantal, Wolfram, Thorium oder Legierungen dieser Metalle in einem wassergekuehlten Behaelter |
US3775091A (en) * | 1969-02-27 | 1973-11-27 | Interior | Induction melting of metals in cold, self-lined crucibles |
DE4307317A1 (de) * | 1992-07-23 | 1994-01-27 | Leybold Ag | Vorrichtung zum Schmelzen und Gießen von Metallen oder Metall-Legierungen hoher Reinheit |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006004637A1 (de) * | 2006-01-31 | 2007-08-09 | Schott Ag | Induktiv beheizbarer Skulltiegel |
DE102006004637B4 (de) * | 2006-01-31 | 2010-01-07 | Schott Ag | Induktiv beheizbarer Skulltiegel, Schmelzanlage und Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer Glasschmelze |
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