DE3033738A1

DE3033738A1 - Vorrichtung zum erstellen und vergiessen von schmelzen aus mineralien oder metallen

Info

Publication number: DE3033738A1
Application number: DE19803033738
Authority: DE
Inventors: Kalervo Johan Pori Lahtinen; Matti J. Nashwauk Minn. Saarivirta
Original assignee: KOPO KONEPOHJA Oy
Current assignee: KOPO KONEPOHJA Oy
Priority date: 1980-09-08
Filing date: 1980-09-08
Publication date: 1982-03-25
Also published as: FI812613L; IT8115204V0; GB2085134B; IT8112619A0; SU1243639A3; ATA380481A; FR2489948A1; AT380564B; DE3033738C2; IT1145931B; CH653433A5; FI66486B; FI66486C; GB2085134A; FR2489948B1

Description

PATENTANWALT...- ■■ · J^otfnliiJjeänSirt-^T^ 3Q33738 HANS-JOACHIM KANTNER^\. ..'.·..', · '· .

diplom-ingenieur' ' - : · 6070 langen. ₅." September 1980

DARMSTÄDTER STRASSE 8 Ktr./N.

: TELEPHON: (O6IO3) 2 30 29

PATENTANWALTD₁PL-INCa-J-KANTNER * TELEGRAMM:KANTMERPATENTE

darmstAdter STR.a. 607langen/hessen . LANCENHESSEN

^!' "'. '■ 'Neue Telegrammanachritti irjp ai auw

: . New telegram address J - ^lutMLAW

ΚΟΡΟ ΚΟΝΈ-POHJA OY
, SP-90530 OuIu 55/Finnland .

B = SSSSS!=::

Vorrichtung zum Erstellen und Vergießen von Schmelzen aus Mineralien oder Metallen. ' .

Die Erfindung, fee^ieiii?.. 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, wie beispielsweise Kpfer und/oder Kupferlegierungen, mit einer Heizkammer mit Seitenwandungen, einer Deckelwandung und einer Bodenwandung, welche sämtlich eine Wärmeisolierung aus im wesentlichen j 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 (. Heizkamin er zwischen deren Wandungen und dem Tiegel und zu \

ORIGINAL INSPECTED - (

5 *· N)- -.ONTO: DRESDNER a \NK AG. -FR-VNKFURT AM MAIN NR A-U2 M?

rOM Si"Hri -.KONTO NR. 1' -i-.r.'.n'f R \N K F¹¹R Γ '

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 Siliziuiaoxyd bestehendem Fasermaterial gebildet ist, ist aus der DE-OS 2 725 884 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

ORIGINAL INSPECTED

öfen zu erreichen. Gerade wegen dieses Wärmespeichervermögens muß aber bei einer solchen bekannten Ausführung eine ausreichend dicke Isolierschicht· zwischen Wärme- speichermaterial 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 wurden.

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 Platzbe-· darf erfordert und insbesondere 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 kipp- · bar ausgeführt ist, die aus den Erschütterungen des Speichermaterials . während des Gießvorganges herrühren. Im Verein mit der hohen thermischen Belastung der Heizelemente | führen diese mechanischen Beanspruchungen erfahrungsgemäß sehr bald-zu-Ausfair"ii'es~einen" oder anderen Heizelementes infolge von einfachen Rißbildungen in diesem, die übergroße örtliche elektrische Belastungen mit nachfolgenden Ausfallerscheinungen zur Folge haben, oder gar zu völligem

ORIGINAL INSPECTED - 4 - |

Bruch des gesamten betreffenden Heizelementes. Nach. Meinung der Fachwelt ist aus Gründen einigermaßen brauchbarer Lebensdauer solcher Heizelemente für die Einsatztemperatur solcher Heizelemente eine nicht zu überschreitende Grenze bei 1550 °C gesetzt.

Hierdurch aber werden die Einsatzmöglichkeiten für eine solche bekannte Vorrichtung auf Einsatzfälle mit Dauerbetrieb stemperaturen von maximal 1350 ⁰C 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 Tiegelaußenoberfläche 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 Vor-

richtung 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 ⁰C 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 konstruktiven 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 dadurch erreicht, daß bei einer Vorrichtung gattungsgemäßer Art die Heizkammer durch Seitenwandungen, Deckel-

wandung und Bodenwandung gebildet ist, welche sämtlich im wesentlichen aus seinerseits im wesentlichen aus Aluminiumoxyd und Siliziumoxyd bestehendem Material erstellt sind und daß die Siliziumcarbid-Heizelemente gegenüber mindestens einer Heizkammerwandung stoßgedämpft abgestützt jeweils mit einem Abstand ihrer Mittelachse zur Außenoberfläche des Tiegels in der Heizkamin er angeordnet sind, der dem Zwei- bis Vierfachen des Außendurchmessers des Heizelementes entspricht.

Dabei können in zweckmäßiger Weiterbildung die Seitenwandungen, Deckelwandung und Bodenwandung der Heizkamin er aus !Fasermaterial gebildet sein, und zwar auch dem bei der beschriebenen bekannten Vorrichtung zur Wärmeisolierung bereits eingesetzten Fasennaterial. Andererseits hat sich aber auch eine Alternative gut bewährt, bei welcher die Seitenwandungen, Deckelwandung und Bodenwandung der Heizkamin er zumindest teilweise als Gußfonnteile aus gießbarem Wänraeisolierungsmaterial ausgebildet sind. Je nach konstruktiver Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung können hierdurch nicht unerhebliche auslegungsmäßige und/oder fertigungstechnisjche Vereinfachungen HiIt₁₁ entsprechendem Einfluß auf die Gesamtgestehungskosten erreicht werden.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es gelungen, die Vorteile einer bekannten Vorrichtung gattungsgemäßer 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 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 Heizkammerwanriung abgestrahlte Wärmeenergie gespeichert und.besonders

ORIGINAL INSPECTED .

_y 3Ö33738

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 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 der besonderen mechanischen Bruchempfindlichkeit der· Siliziumcarbid-Heizelemente und der mit in Hochtemperaturbefeiche steigender Temperatur gesteigerten |

■ · t

Neigung des Tiegelmaterials, bereits bei verhältnismäßig S geringfügigen örtlichen Unterschieden thermischer Belastung l· der Außenoberfläche des Tiegels ungeachtet der.beim eigentlichen Gießvorgang zusätzlich noch hinzukommenden mechanischen Beanspruchungen bereits beim Schmel2vorgang allein durch diese örtlichen thermischen Ungleichförmigkeiton es zu Rißbildungen kommen zu' lassen, durch welche es erfahrungsgemäß bereits nach kurzer Betriebsdauer zu Leckagen des Schmelz- | gutes 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 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 optimale Wärmeenergie-Einleitung in den Tiegel ermöglicht. Um auch höheren Betriebsanforderungen bezüglich der Betriebsdauertemperatur bis zu -1650 ⁰C 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

BAD ORIGINAL - 8 -

Heizkammer auf die Heizelemente vermeidet und daher den Einsatz von solchen Siliziumcarbid-Heizelementen ermöglicht, die bis jedenfalls 1650 ⁰C hochtemperatur-dauerbelastbar sind.

Insgesamt wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine erhebliche Verbesserung einer gattungsgemäßen Vorrichtung im Hinblick auf die gleichzeitige Losung 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 raum- und wärmewirtschaf tswirkungsgradmäßigen Auslegung dadurch erreichen läßt, daß gemäß einer erfinderischen Fortbildung die Heizelemente {jeweils mit einem Abstand ihrer Mittelachse zur Innenoberfläche der benachbart ten.Heizkammerwandung angeordnet sind^ der dem Zwei- bis Vierfachen des Außendurchmessers des Heizelementes entspricht.

Weiterhin hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn jdie Heizelemente an zwei gegenüberliegenden Wandungen der Heizkammer «k 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. . .: ■'-*<■·' . ■ "¹^ _t "'■-- : :

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-angeprdne-

9 -

ten vertikalen Reihen übereinander angeordnet sind, wobei der Abstand ihrer Mittelachsen zur Außenoberfläche des Tiegels dem 2,3- bis 3j5-facnea 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 Heizkamin er 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 u.\id von diesor zur dieser benachbarten folgenden Reihe größer ist.

Für diese beiden speziellen Ausführungen der erfindungsgemäßen 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 Wärme ab strahlung an den Tiegel

ORIGINAL-INSPECTED ,. _■ ₁₀ _

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'^el'zelimente""'und' dsmrt^iier^siiorungsfrifeieii Betriebsdauer der Vorrichtung selbst bei Dauerbetrieb im Höchsttemperatur-Bereich ergibt sich überraschend, wenn als Heizelemente an sich bekannte gewendeite Siliziumcarbid-Heizelemente 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 im die Heizkammerwandung durchdringenden Bereich des Heizelementes dieses gegenüber der Heizkamraerwandung 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 Wärmestrahlungsreflektor angeordnet ist, mittels dessen die in Richtung auf die Heizkammerwandung abgestrahlte Wärme in Richtung Tiegel zurückstrahlbar ist. ■ "..·'.

- 11 ORlGiNAu INSPECTED

3Ό33738

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.

Als zu empfehlen hat es sich erwiesen, wenn die Auslegung so getroffen wird, daß das wärmeisolierende Fasermaterial in seiner Außenlage eine Wärmeleitfähigkeit von 0,1 kcal/ m h ⁰C bei 400 ⁰C und in seiner Innenlage eine Wärmeleitfähigkeit von 0,3 kcal/m h ⁰C bei 1200 ⁰C aufweist.

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

zeigen: · .

Pig. 1 von der Vorderseite her gesehen einen . Vertikalschnitt durch die Heizkammer einer kippbaren Schmelz- und Gießvorrichtung nach der Erfindung,

ORIGINAL INSPECTED ^ ^

Fig. 2 von der Seite her gesehen einen Vertikalschnitt durch dieselbe Heizkammer gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht der gesamten Schmelz- und Gießvorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 einschließlich deren Kippmechanismus,

Fig. A- einen von der Seite her gesehenen Vertikalschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 4 bei abgehobenem Deckel mit teilweise vreggebrochenen 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 vc.i Schmelz- und Gießvorrichtungen nach der Erfindung weisen jeweils eine Heizkammer 20 auf, die durch Seitenwandungen 1, Deckelwandung 2 und Bodenwandung 3 in seitlicher und höhenmäßiger 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,

BAD ORIGINAL

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.

Nach der Konzeption der Erfindung sind die Heizelemente 8 hochtemperatur-dauerbelastbare Siliziumcarbid-Heizelemente, welche dafür vorgesehen sind, die Temperatur des Tiegels 7 auf zwischen 1100 ⁰C und 1650 ⁰C zu halten, um 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 aus 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 Heizkainmerwandung 1 ist deren elastisches Wärmeisolierungsmaterial 4 herangezogen. Zweckmäßig lagern dabei die Heizelemente 8 jeweils in ihre die Heizkammerwandung 1 durchdringenden Bereiche umgebenden Isolierhülsen.

Die in Fig. 1 bis 3 wiedergegebene Schmelz- und Gießvorrichtung 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 gleichermaßen 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 Dichtungspackung 21 ist zwischen dem sich nach oben hin öffnenden Tiegelmund und der Deckelwandung 2 angeordnet. Dabei kann diese Dichtungspackung 21 aus beispielsweise dem^-selben 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 heträgt 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 2?1-fachen ihres Außendurchmessers. Alle zwölf Heizelemente 8, und zwar auf jeder Seite des Tiegels 7 jeweils sechs, besitzen einen Abstand ihrer 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 Heizkamin er 20 liegen. Die maximale Leistungsauf nähme 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 ?ig. 1 bis 5 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-dauerbelastbaren Siliziumcarbid-Heizelementen wird die Wärme in der Hauptsache durch Strahlung und lediglich teilweise durch Konvektion 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 Tiegelmatorial hervorrufen können, auf den Tiop.ol 7 üb er traf, on. Nn ch-

BAD ORfGINAL

- 16 -

dem. 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 Heizkamin er 20 mit ihrem Tiegel 7 in ihre aufrechte UrSprungsstellung zurückkehrt.

Da die Heizelemente 8 die einander gegenüberliegenden längeren Seitenwandungen der Heizkamin er 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 Heizelementenquerschnitte 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 warmeisolierungsmaterial 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 rinnendos MoLaIl zum ßcirspiel niclit die Heizelemente beschädigen.

- 17 -

kann, und zwar nicht einmal die am weitesten unten angeordneten.

Das Verhältnis von Länge zu Breite der Heizkammer 20 der in !"ig. 4 und 5 gezeigten Vorrichtung nach der Erfindung "beträgt etwa 1,6. In der Heizkamin er 20 sind in jeweils einer Seihe 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 Kamin erb ο den 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 kV, 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 bei-

spielsweise 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 3₅3-fache des Außendurchmessers der Heizelemente, was die untersten Heizelemente anbetrifft. Der Abstand der Mittelachsen der Heizelemente von der Innenoberfläche der benachbarten kürzeren Heizkammerwandun beträgt jeweils etwa das 2,1-fache des Aüßendurchmessers 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

- 19 -

033738

Außendurchmessers der Heizelemente entspricht, und die untersten Heizelemente sind in einem solchen Abstand vom Kammerboden angeordnet, daß ihre Mittelachsen von diesem einen Abstand von etwa dem 3,2-fachen ihres Außendurchmessers halten. Die maximale Leistungsaufnahme dieser Heizungselemente beträgt jeweils etwa 14 kW, und die Gesamtleistung der ganzen Vorrichtung ist somit etwa 85 kW. Die Aufnahmekapazität der Vorrichtung beträgt etwa 1.000 kg Kupfer oder 300 kg Aluminium.

Der Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 6 ist, was das Schmelzen von Metall und das Aufheizen der Vorrichtung betrifft, ähnlich dem in Verbindung mit der vorstehend bereits erläuterten Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 3 beschriebenen Betrieb. Weiterhin ist diese Vorrichtung dafür konzipiert, meistens stationär gehalten zu verbleiben. Lediglich der Tiegel 7 soll im Zusammenhang mit dem Gießvorgang durch die Kammerwandung 5 hindurch aus dem Inneren der Heizkammer 20 herausgehoben werden. Die Lift-Einrichtung hierfür ist von herkömmlicher Art und nicht dargestellt.

Von der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Vorrichtung sind die in Tabelle I wiedergegebenen Typen gefertigt worden.

- 20 -

	Dimensionen	τη τη	d	H	Tabelle	I	Aufiiahme-	Al	Ge-	Gewient
	in		265	400	Nr.		kapazität	20	samt-	kg
		355	580	der		in kg	60	lei-	950
	D	385	990	Heiz		Ou	150	stung	1500
	505	560	945	ele		60	3OO	kW	2600
Type	380	650	1200	mente		200	600	28	3300
	44-5			5OO		4-5	4000
T-50	615		9	1000		100
T-200	670	9	2000	170
τ-500	12	250
Τ-1000	12
Τ-2000	18

D= Tiegelduiychmesser im oberen Bereich d= Tiegeldurchmesser im Bodenbereich H= Tiegelnöhe

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

- 21 -

	Tabelle	II	Aufnahme	Ge-	Gewicht
	Nr.		kapazität	samt-
	der		in kg	lei-
	Heiz		stung
Dimensionen	ele
in mm	mente

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-5OO	510	325	650	9	5OO	150		I7OO
S-1OOO		355	700	6	1000	300	85	2000

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

Der gegenseitige Abstand der Heizelemente untereinander, also der Abstand der Mittelachsen jedes horizonzalen Heizelementes von der des über oder unter ihm angeordneten parallelen Heizelementes beträgt beispielsweise 2 bis 4 mal Heizelementen-Außendurchmesser. In dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten Fall beträgt dieser Abstand 2,6 mal Heizelementen-Außendurchmesser, bei dem in Fig. 4 und 5 wiedergegebenen Apparat hingegen beträgt er 3»4 mal Heizelementen-Außendurcbmesser, und bei dom in Fig. 6 gezeigten Ausführunf-jsbeiapiel beläuft erjsich auf das 2,8-fache des Heinelcmonten-Außendurchmessers, und bei der Type T-2000 gemäß Tabel-

BAD ORIGINAL

le I entspricht er dem 2,2-fachen des Heizelementen-Außendurchmessers. Hierdurch und ferner aufgrund des erfindungsgemäß vorgegebenen Abstandes der Heizelemente von der Außenoberfläche des Tiegels und von der Innenoberfläche der kürzeren Seitenvrandung der Heizkamin er wird entsprechend der erfindungsgemäßen Konzeption bewirkt, daß die Wärme gleichmäßig von den Heizelementen auf die Tiegeloberfläche abstrahlt, d. h., daß die Oberflächentemperatur des Tiegels praktisch gleichmäßig ist. Weiterhin hat auch die von den Heizelementen auf die Innenoberfläche der kürzeren Seitenwandungen der Heizkammer abgestrahlte Wärme gleichermaßen eine in der Hauptsache gleichmäßige Verteilung über dieser Seitenwandungsoberfläche. Dadurch werden die Temperaturdifferenzen zwischen unterschiedlichen Punkten auf der Außenoberfläche des Tiegels und gleichermaßen auch zwischen unterschiedlichen Punkten auf der Innenoberfläche der betreffenden Heizkammerwandung auf einem geringsmöglichen Wert gehalten und die· diesen Oberflächen aufgeprägten thermischen Belastungen minimiert.

Wenn die Abstände der Heizelemente vom Tiegel geringer wären als durch die Erfindung spezifiziert und vorstehend erläutert,.würde die Oberflächentemperatur des Tiegels aufgrund der dann stärkeren Konvektion und Strahlung höher werden, und dies würde dem Tiegel eine höhere thermische Beanspruchung aufprägen. Die unerwünschte Konsequenz wäre dann eine verringerte Lebensdauer eines solchen Tiegels. Ein größerer Abstand der Heizelemente von der Außenoberfläche des Tiegels würde geringere Wärmekonvektion und -strahlung zur Folge haben, wodurch der Wärmewirtschafts-Wirkungsgrad einer solchen Vorrichtung beeinträchtigt werden würde.

Im Falle, daß der Abstand der Heizelemente von der jeweils

— p ^) —

benachbarten kürzeren Seitenwandung der Heizkammer kürzer gewählt wäre als nach der erfindungsgemäßen Konzeption zugelassen und vorstehend erläutert, würde sich der durch Konvektion und Strahlung auf diese Kammerwandungs-Oberflachen übertragene Wärmebetrag steigern, wodurch die Temperatur dieser Wandungsoberflächen ansteigen würde. Die un-' erwünschte 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. 3?alls der Abstand der Heizelemente von 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 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 Wärmewirtschaftlichkeit 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 Al-O^ und SiOp beträgt 50 bis 100 Gew.-%; die Menge von AIoO^ kann zwischen O und 100 Gew.~% liegen, beispeilsweise über 40 Gew.-%, wie vorzugsweise 40 bis 60 Gew.-%; die Menge an SiOpkann zwischen O und 100 Gew.-% liegen, beispielsweise über 4-0 Gew.~%, wie beispielsweise zwischen 4-0 und 60

Gsw.-%; andere Zusätze und Verunreinigungen können in den

- '24 -

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.

Die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeisolierungsmaterials 4 beträgt beispielsweise 0,1 kcal/m h ⁰C bei 400 °0 in seiner Außenlage und 0,5 kcal/m h ⁰C bei 1200 ⁰C in seiner dem Tiegel am nächsten gelegenen Innenlage.

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

Al₂O₅ 43 bis 70 Gew.-%

SiO₂ 20 bis 54 Gew.-%

Fe₂O₅ Spuren

TiO₂ . Spuren

MgO Spuren

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

Na₂O 0,1 bis 2,0 Gew.-%.

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 Heizkamraer und den zu dieser parallelen Heizelemen-'j'-'i -jo "'i^jurdaet wird, daß er die Wärme in Richtung Tiegel

BAD

Es ist möglich., die Vorrichtung nach der Erfindung mit zusätzlichen Ausrüstungsteilen zu vervollständigen, die ihrerseits in Verbindung mit einer Schmelz- und Gießvorrichtung an sich bekannt sind, wie beispielsweise einem Thermostat mit Temperatur-Pick-up (sichtbar in Fig. M-oberhalb der Öffnung 16 und des oberen Heizelementes), Gießeinrichtungen, Verschlußeinrichtungen für die öff-.nungen etc..

Zusammenfassend ist festzustellen; daß die Erfindung erstmalig eine Schmelz- und Gieß-Vorrichtung schafft, mittels derer Mineralien und/oder Metalle bzw. Metallegierungen geschmolzen und vergossen werden können, welche zum Schmelzen eine Dauerbetriebstemperatur von bis zu 1650 ⁰C und erforderlichenfalls kurzzeitig darüber benötigen. Die Erfindung fußt hierfür auf der Verwendung von mineralischem Wärmeisolierungsmaterial hohen Wärmeleitungswiderstandes, das auch, solch.es Fasermaterial sein kann, wie es zur Wärmeisolierung an sich bereits bekannt ist, benutzt dieses Material aber zur Erstellung der Heizkammerwandungen selbst. Hierdurch v/erden die Nachteile herkömmlicher Kammerwand-AuG-führungen, 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 gattungsgemäßen Ausführungen. Dies wird durch gezielte Unterbindung der Weiterleitung von in die Heizkammerwandung gehobenenf alls ei ngel. ei tetea Stoß- und Schockbo-ini-pruclumgen an die Heikel.euiunte erreicht, wobei hi...:i'i"ür /,&-k-cX .·^:1·~ ß.ig das selbst gewisse Elastizität aufweisende wärmeisoliert ride Mineralfaserraaterial gegebenenfalls unter Zwisehenschal-

BAD ORIGINAL

tung einer Stütz- bzw. Trag- und Isolierhülse herangezogen werden kann. Durch die nach der erfxndungsgemäßen Konzeption vorgeschriebene Anordnung und Zuordnung der Heizelemente zueinander und zur Außenoberfläche des Tiegels und/ oder der Innenoberflache 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 Heizelemneten 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 hochteraperatur-dauerbeanspruchten Bauteile der "Vorrichtung, wie insbesondere der Heizelemente, des Tiegels und der Heizkammerwandungen gesteigert. Hierdurch erübrigen sich manche bisher aufgrund vorzeitiger Ermüdungsund Ausfallerscheinungen dieser Bauteile erforderlichen Wartungsarbeiten und die damit einhergehenden Ausfallzeiten im Betrieb einer solchen Vorrichtung. Die erforderlichen Wartungsintervalle werden vergleichsweise erheblich langer. Aus allem resultiert eine wesentlich gesteigerte Gesamtwirtschaftlichkeit der Vorrichtung nach der Erfindung.

Obgleich die Erfindung lediglich anhand einiger bevorzugter Ausführimgsbeispiele 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 !■■•η Rahmen der Erfindung zu verlassen.

BAD ORIGINAL

, -23-

Leerseite

Claims

1.)

ia-ANSP.HU CH E

Vorrichtung zum Erstellen und Vergießen von Schmelzen aus Mineralien oder Metallen, insbesondere tiochschmelzenden Metallen oder Metallegierungen, wie beispielsweise Kupfer und/oder Kupferlegierungen, mit einer Heizkammer mit Seitenwandungen, einer Deckelwandung und einer Bodenwandung, welche sämtlich 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkammer (20). durch Seitenwandungen (1), Deckelwandung (2) und Bodenwahdung (3) gebildet ist, welche sämtlich im wesentlichen aus seinerseits im wesentlichen aus Aluminiumoxyd und Siliziumoxyd bestehendem Material (4)

ORIGINAL INSPECTED „

2 —

erstellt sind und daß die Siliziumcarbid-Heizelem'ente gegenüber mindestens einer Heizkammerwandung stoßgedämpft abgestützt jeweils mit einem Abstand ihrer Mittelachse zur Außenoberfläche (9) des Tiegels (7) in der Heizkamin er (20) angeordnet sind, der dem Zweibis Vierfachen des Außendurchmessers (1) des Heizelementes (8) entspricht·.

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, α daß die Seitenwandungen (1), Deckelwandung (2) und

Bodenwandung (3) der Heizkanal er (20) aus Fasermaterial gebildet sind.

3.) Vorrichtung Tiach~An^prOch~iT""dadOrch~gek"enfi:2ieichnet, daß die Seitenwandungen (1), Deckelwandung (2) und Bodenwandung (3) der Heizkammer zumindest teilweise, als Gußformteile aus gießbarem Wärmeispliermaterial ausgebildet sind. ■ . ΐ "· ■

4.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (8) jeweils mit einem Abstand ihrer Mittelachse zur Innenoberfläche (10) der benachbarten Heizkammerwandung (1) angeordnet sind, der dem Zwei- bis Vierfachen des Außendurchmessers (1) des Heizelementes (8) ent·^· spricht. ; ■ : -./;. '_..'. , ,

5·) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (8) an zwei gegenüberliegeriden'Vandungen,(1) der Heizkammer (20) abgestützt sind. ' · ; ,."'": ■::.:.. ] '■■'■' ' ■ ;

6.) Voriüchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (8) in an sich bekannter Weise parallel zu einer benachbar-

- 3-

(JfED

ten Heizkamin erwandung (1) horizontal angeordnet sind.

7.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (8) in an sich bekannter Weise vertikal um den Tiegel (7) herum gruppiert sind.

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) im wesentlichen mittig· angeordnet ist, und daß die Heizelemente (8) die einander gegenüberliegenden längeren Seitcnwandurigen (1) der Heizkammer (20) in zu den kürzeren Seitenwandungen (1) der Heizkammer (20) paralleler horizontaler Lage durchdringen und in zwei jeweils auf gegenüber! iegenden Seiten des Tiegels (7) zwischen diesem rid den kürzeren Seitenwandungen (1) der Heizkaif-aer (20) angeordneten vertikalen Reihen übereinander angeordnet sind, wobei der Abstand ihrer Mittelachsen zur Außenoberfläche (9) des Tiegels (7) dem 2,5- bis 3,5-fachen des Außendurchmessers (1) der Heizelemente (8) entspricht.

9.) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekonnzeichuet, daß die Heizelemente (8) jev/eils mit einem Abstand ihrer Mittelachse von den kürzeren Seitenwandungen (1) der Heizkammer (20) angeordnet sind, der dem Zwei- bis Dreifachen ihres Außendurchmessers (l ) entspricht.

10.) Voi/eichtung nach ei"."oi der Ansprüche 1 1>Ig G, d- ^Ί-ι.·.·>ι ^eK^r^Tz^ejLclTjTei^, öeß die Heizkera'iier i^rn w,.· ^-nti i.c¹"¹' η die Form eines Hexagonepipeds hat, in dorn der Tio^el im wesentlichen m-ittig angeordnet" is It₁ "'d dp β die

BAD ORIGINAL

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, do durch .^ckoimzeichn^ejtj daß die Heizelemente (8) mit einem Abstand der Mittelachsen zweier benachbarter Heizöl o^!nen.te (8) zueinander angeordnet sind, der dom Z'voi- bis Vi ..·'.-fachen des Außendurcbiseusei-s (1) dor Heizelemente (8) entspricht.

13.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizelemente (8) an sich bekannte gewendelte Siliziumcarbid-lleizel-o.-.iente eir^esetzt sind.

r · !j i'.h .■;'·.., [''-'iilcVot, daß_ die stoß^cdüiapfte Ab- ·-· '!';:n--_f-: ^Ι,λο jeden Heizelementes (8) durch eine

BAD ORfGINAL

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.

' (2 bzw. 3 bzw. 4·) angeordnet

"sind. . ^v '. ■ "-i. .- ■

BAD

15·) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14·, dadurch gekennzeichnet, daß die stoßgedämpfte Abstützung eines j'eden Heizelementes (8) durch direkte Auflage seines die Heizkammerwandung (1) durchdringenden Bereichs auf-dem elastischen.Wärmeisolierungsmaterial (4) derselben erbracht ist.

16.) Vorrichtung nach Anspruch 14- oder 15» dadurch gekenn- t zeichnet, daß die Heizelemente (8) in ihren die Heiz-. kammerwandung (1) durchdringenden Bereichen jeweils von einer isolierhülse umgeben sind. ■

17.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Heizelemen-■ vten-(8) und .der Heizkammerwandung (1) ein Warmestrah-• ^lungsrefrektor/angeordnet ist, mittels dessen die in . ■ Richtung auf,.die' Heizkammerwandung (4·) abgestrahlte ,Wärme in Richtung^ !Tiegel (7) _; zurückstrahlbar ist.

18. ) ·..Vorrichtung nach eiiiem" der vorhergehenden Ansprüche, - .-d _ad ujch"'· gekenn ze i ofane-t ,··;·' d aß zuinindest-^:die Deckeiwan-" . ;..-dung■ (2) uiid/Qder.'die_;;Bodenwandung (3) der Heizkam- ■Μβϊv:(2Q) #e]iig^^ auf

19.) ^:.Vorrichtung, nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, -die Verstärkungen als Einlagen im Material der kidiii (2 b 3 b 4) dt

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 xur Verhinderung des Eintritts von oxydatiop.sfähigen Gasen aus dieser in den Raum oberhalb des Tiegels (7) ausgebildet und angeordnet ist.

,-H.) Vorrichtung nach einem der vorhergehe:oderi A^spi-üc^e, dadurch gekennzeichnet, daß das wär,neisolierende Fasermaterial (4-) in seiner Außenlage eine Wärmeleitfähigkeit von 0,1 kcal/m h ⁰C bei 400 ⁰G und in seiner Innenlage eine Wärmeleitfähigkeit von 0,3 kcal/m h C bei 1200 ⁰C aufweist.

Patentanwalt