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" Transportbehälter für Metallschmelzen
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Die Erfindung betrifft einen Transportbehälter nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Derartige Transportbehälter dienen meist nicht nur, wie schon der
Name sagt, zum Transport der Schmelze zwischen den Orten der Herstellung und des
Verbrauchs der Schmelze, sondern auch für die 5/orratshaltunn der Schmelze über
einen Zeitraum, der durch die Dauer des Schmelzenabzugs aus dem Behälter bestimmt
wird.
Die Dauer der Vorratshaltung kann dabei beträchtlich sein, insbesondere dann, wenn
die Ausflußmenge pro Zeiteinheit klein ist im Verhältnis zum Schmelzenvorrat. Dieser
Sachverhalt ist insbesondere bei der Herstellung von Metallpulver aus der Schmelze
gegeben. Die Pulverherstellung aus flüssigem Metall durch eine Vielzahl von Verfahren
und Verah rensvari anten gehört ebenso zum Stand der Technik w die hierfür benötigten
Anlagen.
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Sowohl Transport als auch Vorratshaltung der Schmelze setzen die Einhaltung
eines bestimmten Temperaturverlaufs bis zum Verbrauch der gesamten Schmelze voraus.
Ein Verzicht auf jegliche Form einer nachträglichen Beheizung setzt eine anfängliche
überhitzung der Schmelze voraus, die um so größer sein muß, je schlechter die Isoliereigenschaften
des Transrtbehälters sind. Eine Obernitzung steigert aber die Gefahr einer erhöhten
Gasaufnahme sowie exogener Einschlüsse bzw.
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eines Verschleisses der Behälterausmauerung. Es wird daher regelmäßig
versucht, den Transportbehälter zu beheizen.
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Eine Beheizung durch Lichtbogenelektroden bedingt einen erheblichen
konstruktiven Aufwand am Behälterdeckel und ist bei Transportbehäl tern mit Deckel
praktisch nicht durchzuführen. ähnlich schwierig gestaltet sich die induktive Beheizung
der Schmelze. Eine äußere Induktionsspule ist zwar einfach anzubringen und zu betreiben,
setzt jedoch eine nicht-ferromagnetische Hülle für den Behälter oder zumindest felddurchlässige
Fenster innerhalb der Hülle voraus. Eine
innere Induktionsspule
führt zu wärmetechnischen Problemen, die durch eine intensive Kühlung mit hohen
Energieverlusten gelöst werden müssen, sowie zu Isolationsproblemen, wenn das Innere
des Trars portbehäl tors unter Vakuum gesetzt werden soll. Eine Widerstandsbeheizung
mit in die Ausmauerung bzw.
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keramische Massen einaebetteten Heizleitern führt zu Isolationsblemen,
da O2- meisten für den genannten Zweck in trage kommenden keramischen Massen bei
Temperaturen oberhalb 1.000 °C in zunehmendem Maße elektrisch leitfähig werden.
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SamGliche bisher verwendeten Heizeinrichtungen bzw. Heizmethoden sind
von dem Nachteil begleitet, keine ausreichend große Wärmespeicherkapazität zu besitzen.
Dies wirkt sich insofern nachteilig aus, als Transportbehälter auf dem Transportweg
im allgemeinen nicht an elektrische Zuleitungen angeschlossen werden können. bei
Nletallschmeizen, die nur unter Vakuum und/oder Schutzgas in den Transportbehälter
eingefüllt werden können, entfällt auch weitgehend die Möglichkeit, den Transportbehälter
in der Füllstation elektrisch zu beheizen, die im allgemeinen innerhalb einer Schmelzanlage
liegt, die nur über Schleusen zugänglich ist. In derartigen Fällen kommt für die
Beheizung also nur diejenige Zeitspanne infrage, in welcher der Transportbehä,ter
entleert wird. Für die restliche Zeitspanne eines jeden Zyklus steht keine Beheizungsmöglichkeit
zur Verfügung, so daß hier die Gefahr einer Abkühlung der Metallschmelze und des
Transportbehälters gegeben ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transportbehälter
der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß
er
durch eine wenig aufwendige und unter beliebigen Drucken betreibbare Heizeinrichtung
innerhalb kurzer Zeitspannen so beheizt werden kann, daß die Heizimpulse auch für
die cazwischen liegenden Heizpausen e-ne ausreichende Warmhaltung der Metallschmelze
und des Transportbehälters gewährl eisten.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolg bei dem eingangs beschriebenen
Transportbehälter erfindungsgemaß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs
1.
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Die Erfindung geht davon aus, daß der gemauerte Tiegel und die zwischen
dem Tiegel und der Behälterhülle lienende Wärmeisolation in herkömmlicher Weise
dimensioniert sind. Die keramische Zwischenlage ist also zusätzlich vorhanden, und
in ihr ist eine Mehrzahl von auf dem Umfang verteilten Widerstandsheizelementen
unter Verzicht auf eine Berührung zwischen dem beheizten Teil der Widerstandselemente
und der Zwischenlage angeordnet. Auf diese Weise stellt sich ein Temperaturmaximum
an der Stelle der Widerstandsheizelemente ein, und auch die Zwischenlage nimmt ein
Temperaturniveau an, welches iiber demjenigen der Metallschmelze und erheblich über
der.-jenigen der metallischen Hülle liegt. Die Temperatur fällt, ausgehend von der
Zwischenlage zur Hülle steil ab, ein Effekt, der auf die entsprechend dimensionierte
Wärmeisolation zu rUckzuführen ist. Der Temperaturgradient von der Zwischenlage
über die Ausmauerung bzw. den Tiegel zur Schmelze verläuft wegen der besseren Wärmeleitfähigkeit
der betreffenden Bauteile erheblich flacher. Die Wärmeenergie fließt also von der
Zwischen-
lage mit den Heizelementen zur Metal lschmelze und nicht
umgekehrt. Die Zwischeniage weist dabei die Funktion eines hohlzylindrischen blärmespeichers
auf, insbesondere dann, wenn sie aus einem keramischen Material mit einer hohen
spezifischen Wärme besteht. Die Speicherfahigkeit pro Volumenelement kann zusätzlich
noch erhöht werden, wenn ein Material mit einer Aen Dichte verwendet wird. sowohl
1 Hoch temperatur tei ne für tragende Konstruktionen als auch hochfeuerfeste Isoliersteine,
weiche die geforderten Eiqenschaften besitzen, sind in einer Vielzahl im Handel
erhältlich.
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Durch die Unterbringunn der Widerstandsheizelemente in seitlich geschlossenen
Schächten wird das zur Verfügung stehende Speichervolumen erhöht und der Wärmübergang
zum Tiegel verbessert im Gegensatz beispielsweise zu der bekannten Unterbringung
von Widerstandsheizelementen in sogenannten Nischen.
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Außerdem erleichtert die zylindrische Innenfläche der Zwischenlage
die Erneuerung de Ausmauerung, die in bestimmten Intervallen vorzunehmen ist. Durch
den allseitigen Abstand zwischen den Heizelementen und den Schachtwänden werden
Isol ati onsprobleme vermieden. Durch die Beheizung der Metallschmelze während ihres
Verbrauchs läßt sich deren Temperatur auf einem weitqehend konstanten Niveau halten.
Dies ist fiir die Herstellung von Metallpulver durch eine sogenannte Gasverdüsung
mit einem engen Größenverteilungsspektrum besonders wichtig, da die Ausflußmenge
der Schmelze von deren Viskosität und diese wiederum vom Temperaturniveau abhängig
ist. Bei der Herstellung von wetgehend einheitlichem Metallpulver ist ganz besonders
stark auf die Konstanthaltung aller Verfahrensparameter zu achten.
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Der erfindungsgemäße Transportbehälter ist insbesondere für die Herstellung
von Metallpulver aus Nickel-Basislegierungen vorgesehen, die eine Abußtemperatur
von 1.550 OC bis 1.650 OC erforderlich machen.
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Im Hinblick auf ein enges Größenverteilungsspetrum des Metallpulvers
ist es besonders vorteilhaft, den Deckel des T:ans portbehäl ters mit einem Gasanschluß
fir eine Druckgasquelle zu versehen. Bei abnehmendem Füllstand im Behälter kann
alsdann durch entsprechende Steuerung des Gasdrucks oberhalb der Schmelze für eine
Kompensation des hydrostatischen Drucks am Boden bzw. an der Bodenöffnung des Behälters
gesorgt werden, so daß pro Zeiteinheit eine konstante Schmelzenmenge aus dem Behälter
austritt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes gehen
aus den übrigen Unteransprüchen hervor.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend
anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 einen Vertikalschnitt durch einen Transportbehälter
mit einer Schmelzenfüllung und Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus einem Horizontalschnitt
in halber Höhe durch den Gegenstand von Figur 1.
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In Figur 1 ist ein Transportbehälter 1 dargestellt, der als Aufsatzbehälter
mit einer vers chl i e.ßharen Bodenöffnung 2 fUr eine nicht dargestellte Metallpulveranlage
vorgesehen ist. Der Transportbehälter besitzt einen im wesentlichen rotati ons symmetrischen
Querschnitt, d.h . die Grenz- und Berührungsflächen aller wesentlichen Bauteile
sind als Kegel- oder Zylinderflächen sowie als Kreisringflächen ausgebildet, die
@@nzertrisch feiner gedachten senkrechten Behälterachse ausgerichtet sind. In einer
aus Stahlblech bestehenden z7indrischen Hülle 3, die zwei diametrale Tragzapfen
4 aufweist, ist ein Tiegel 5 ansecrdnet, der durch Ausmauerung hergestellt worden
ist und eine Metallschmelze 9 enthält. Der Tiegel 5 besteht aus Steinen aus hochwertigem
Aluminium- oder Magnesiumoxid und besitzt unten die Bodenöffnung 2, die durch eine
konische Ausnehmung in einem Lochstein 7 gebildet wird. Er ruhL auf einer Bodenplatte
8, die nur von einem verjüngten Fortsatz des Lochstein 7 durchdrungen wird.
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Der Tiegel 5 ist zunächst von einer Zwischenlage 9 umgeben, die gleichfalls
aus einzelnen hochtemperaturfesten Steinen gemauert ist und deren senkrechte Begrenzungs
flächen 10 und 11 Zylinderflächen sind. Im Innern der Zwischenlage 9 befinden sich
in der Mitte und äquidistant auf den Umfang verteilt mehrere nach allen Seiten sowie
nach unten hin geschlossene senkrechte Schächte 12 von etwa quadratischem Querschnitt.
Genauer gesagt, liegen die Schachtwände 13 in radialen Ebenen und die Schachtwände
14 in konzentrischen Zylinderflächen (Figur 2).
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In den Schächten 12 befindet sich eine gleiche Anzahl von Widerstandsheizelementen
15, die Haarnadelform haben und an ihren oberen, verdickten Enden in Isol ierhalterungen
16 eingesetz4- sind. Durch die e Verdickung entsteht ein oberer, im wesentlichen
unbeheizbarer Teil , während der restliche Teil der Widerstandsheizelemente auf
Weißglut aufheizbar ist. Derartige Widerstandsheizelemente sind gleichfalls Katalogware.
Aus den Figuren 1 und 2 ist erkennbar daß die Widerstandsheizelemente 15 allseitig
einen ausreichenden Abstand von den Schachtwänden 13 und 14 haben. Mittels der Isolierhalterungen
16 sind die Widerstandsheizelemente von oben in die an dieser Stelle entwas erweiterten
Schächte 12 eingesetzt.
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Die äußersten Enden der Widerstandsheizelemente 15 sind ueber radiale
Zuleitungen 17 und Vakuumdu«chfüh.-ungen 18 isoliert durch die Hülle 3 nach außen
hindurchgeführt. Von dort führen Anschlußleitungen 19 zur Stromversorgung. Am oberen
Ende besitzt die Hülle 3 einen RingFlansch 20, von dem aus sich ein zylindrischer
Schutzkragen 21 für die Vakuumdurchführungen 18 nach unten erstreckt.
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Auf dem Ringflansch 20 ruht über eine Dichtung 22 und einen Deckel
flansch 23 ein Deckel 24, der mit Versteifungsrippen 25 versehen ist, in denen Tragösen
26 angeordnet sind. Unterhalb des Deckels 24 befinden sich ein zylindrischer Kragen
27 und eine Kalotte 28, die mit einer zweiten Wärmeisolation 29 aus keramischem
Material ausgemauert sind. Durch den Deckel
ist ein Gasanschluß
3G hindurchgeführt, der zu einer nicht dargestellten Druckgasquelle (Argon) führt.
Mittels des Druckgases läßt sich der Spiegel der Metallschmeize 6 gesteuert unter
einen solchen Druck setzen, daß die Abnahme des hydrostatischen Drucks beim Sinken
des Schmelzen-,pie3els kompensiert wird. In einer Abzweigung des Gas an schlusses
30 liegt ein Oberdruckventil 31, welches von einem Plani?ulatorzapfen 32 eben ist.
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Die zweite Wärmeisolation 29 ragt geringfügig nach unten in die Zwischenlage
9 hinein und stößt unmittelbar an die obere kreisringförmige Begrenzunesfläche 30
des Tiegels 5 an. Die Zwscheolage 9 ist von einer ersten Wärmeisolation 34 umgeben,
die aus einer äußeren Ausmauerung 35 aus wärmedämmendein keramischem Material sowie
aus einer wärmedämmenden Faserplatte 36, beispielsweise aus Kaolinwolle besteht
die zu einem Hohizylinder gebogen ist. Auf diese zeine wird eine gute Wärmedämmung
der Zwischenlage 9 gegenüber der Hülle 3 erreicht.
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Die Hülle 3 ist an ihrer unteren Kante mit einem Stützflansch 37 versehen,
mittels welchem der Transportbehälter auf einer Unterlage absetzbar ist. Innerhalb
des Stützflanschs ist ein gegenTiber diesem nach oben versetzter Gichtflansch 38
konzentrisch angeordnet, der vakuumdicht an der Unterkante eines zylindrischen Kragens
39 befestigt ist. Dichtflansch 38 und Kragen 39 begrenzen einen Raum 40, der ueber
eine Leitung 41 evakuierbar ist, wenn der Transportbehalter auf eine entsprechende
Dichtfläche, beispielsweise
auf den nicht dargestellten Dichtflansch
einer Metallpulveranlage aufgesetzt ist.
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Die Bodenöffnung 2 mündet in den Raum 40, und zwar über einen nur
schematisch dargestellten Schieber 42, der mit einer kalibrierten Austrittsöffnung
43 für die zu verdüsende Schmelze und mit einer EintrittsÖffnung 44 fr ein Spülgas
versehen ist. In der gezeigten einen Endstellung des Schiebers 42 ist die Austrittsöffnung
43 mit defi Bodenöffnung 2 verbunden, so daß die Schmelze exakt dosiert abfliesen
kann. Bei dieser Schieberstellun'. ist die Eintrittsöffnung 44 verschlossen. Diese
ist über eine Leitung 45 und ein Ventil 46 mit einer Spülgasquelle 47 (Argon) verbunden,
die lösbar am Transportbehälter 1 befestigt ist und mit diesem transportiert wird,
so daß ein Spülgâsserom durch die Eintrittsöffnung 44 in den Tiegel 5 aufrechterhalten
werden kann, wenn der Schieber 42 nach rechts verschoben worden ist und sich in
der geschlossenen Stellung befindet. In dieser Stellung fluchtet die Eintrittsffnung
44 mit der Bodenöffnung 2, so daß die letztere durch den Spülgasstrom von et;a einfrierender
Schmelze freigehalten werden kann. Zwischen dem Schieber 42 und dem Lochstein 7
mit der Bodenöffnung 2 befindet sich noch eine Lochplatte 48, welche als Widerlager
für den Schieber 42 dient. Die gesamte Schieberanordnung ist von einem gleichfalls
nur schematisch dargestellten Schiebergehäuse 50 umgeben.
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