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Vakuuminduktionstiegelöfen für die Raffination und das Recycling von Metallen

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Für das Entfernen unerwünschter Legierungselemente, zur Herstellung hochreiner, gasarmer Legierungen und zum Schmelzen von Sonderwerkstoffen kommen verstärkt Vakuuminduktions-Tiegelöfen zum Einsatz. Typische Anwendungen sind:

  • Desoxidation von Edelstahlschmelzen
  • Kohlenstoffreduktion von Stahlschmelzen
  • Entgasen von Schmelzen
  • Destillation von Zink und anderen niedrigschmelzenden Legierungselementen


Die  Bauart der Junker Vakuumtiegelöfen gewährleistet ein hohes Maß an Sicherheit, da nur der eigentliche Schmelzraum sich unter Vakuum befindet, während die Induktionsspule mit den Zuführungen für Strom und Wasser außerhalb angeordnet ist. Ein zwischen Spule und Tiegelzustellung angeordnetes Kühlluftsystem schützt den Ofenmantel vor Überhitzung und ermöglicht gleichzeitig eine laufende Temperaturkontrolle der feuerfesten Zustellung an den über den Tiegelumfang verteilten Kühlluftkanälen. Diese Bauweise vermeidet elektrische Glimmentladungen und das gefährliche Aufeinandertreffen von Kühlwasser und flüssigem Metall im Havariefall. Die Arbeitsweise einer Vakuumanlage für die Zn-Destillation soll an Hand eines konkreten Projektes erläutert werden. Die Aufgabenstellung für diese Anlage besteht darin, für die weitere Raffination einer Ag-Zn-Pb Dreistofflegierung den Zinkgehalt auf  einen Wert unter 2,5 % in der Restschmelze zu senken. Das geschieht durch Verdampfen und anschließender Kondensierung des Zinks. Bei einem Zinkgehalt des Einsatzmaterials von ca. 40 % nimmt dieser Prozess erhebliche Zeit in Anspruch, so dass Zykluszeiten von mehreren Stunden erforderlich sind. Dabei wird unter Vakuum gearbeitet, um eine Oxidation zu vermeiden und bereits bei niedrigen Temperaturen eine gute Verdampfung zu erreichen.

Die konzipierte Gesamtanlage besteht im Wesentlichen aus einem Vakuuminduktions-Tiegelofen mit den entsprechenden Nebenaggregaten einschließlich der  Umrichterschaltanlage, einem Zink-Kondensator, einer Filtereinheit sowie einer Vakuumpumpe.
 
Der Destillationsprozess läuft wie folgt ab:

Das Einsatzmaterial wird im Ofen unter atmosphärischem Druck geschmolzen, anschließend wird der Ofen mit einer Haube verschlossen und vakuumdicht an den daneben stehenden Zink-Kondensator und die Filtereinheit angeschlossen. Danach wird durch eine Vakuumpumpe ein entsprechender Unterdruck erzeugt und die Schmelzetemperatur auf ca. 1.000 - 1.050 °C erhöht, so dass es zum intensiven Verdampfen des Zinks kommt.

Die entstehenden Zinkdämpfe werden in den ungeheizten Kondensator geleitet und kondensieren dort. Dabei ist die konstruktive Auslegung des Kondensators so gewählt, dass die Schmelztemperatur für Zink immer überschritten wird, aber auch nicht zu hoch ansteigt. Die exakte Temperaturkontrolle und eine teilweise Kühlung des Gefäßes gewährleisten einen optimalen Prozessablauf. Ist die Kondensierung abgeschlossen, werden Ofen und Kondensator getrennt und das flüssige Zink in eine Pfanne entleert, gleiches gilt für die Restlegierung im Schmelzofen.

Der komplizierte Prozess verlangt eine exakte Kontrolle und Regelung aller Betriebsparameter, insbesondere  von Temperatur, Druck und elektrischer Leistung. Diese Aufgabe übernimmt ein dafür  gestaltetes Ofenkontrollsystem. Gegenwärtig wird an derartigen Anlagen für die Vakuum-Zinkdestillation für Kunden in Deutschland, Indien und Kanada gearbeitet. Die Anlagen befinden sich in der Montage bzw. der Fertigung.

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