Das Kaltwandtiegel-Verfahren (Cold-Wall-Crucible) wurde in den 60ern in Sellafield entwickelt. Der klassische Kaltwandtiegel besteht aus einer ringförmigen Palisadenwand aus wassergekühlten Kupferelementen. Diese stehen sehr eng nebeneinander, berühren sich aber gegenseitig nicht.
Der Boden besteht entweder aus einer wassergekühlten Kupferplatte oder er ist ebenfalls segmentiert und mit den daneben befindlichen Palisadensegmenten verbunden.
Bei einem Tiegel mit wassergekühltem Boden kann man nicht mehr von einem Schwebeschmelz-Verfahren sprechen, da die Schmelze nicht von einem elektromagnetischen Feld getragen wird. Es handelt sich hier vielmehr um ein Mischverfahren aus elektromagnetischem Heizen und einem auf dem Boden des Tiegels stattfindenden Skullmelting, d.h. die Schmelze liegt in einer nicht flüssigen Haut aus dem Schmelzenwerkstoff, welcher nach dem Prozess chemisch oder mechanisch entfernt werden muss. Skullmelting ist in der Wolframverarbeitung üblich. Geschmolzen wird hier mit einem Elektronenstrahl.
Die ringförmig um die Palisadenwand angebrachte Induktionsspule induziert in den einzelnen Segmenten der Wand einen Strom, welcher horizontal um jedes Segment der Wand kreist. Die von den Einzelströmen der Segmente erzeugten elektromagnetischen Felder addieren sich auf den Innen- und Aussenseiten der Palisade und ermöglichen so eine Durchdringung des ansonsten abschirmenden Tiegels durch diese Felder. Das elektromagnetische Feld ist der Wandgeometrie des Kaltwandtiegels angepasst und formt damit einen elektromagnetischen Tiegel. Der Kaltwandtiegel dient also als mechanische Stütze des elektromagnetischen Feldes. Weiterhin wird durch die Geometrie des Kaltwandtiegels eine Transformation des in der Schmelze zu induzierenden Stromes erreicht, was zu einer Verbesserung der energetischen Anpassung Schmelze / Generator führt.
Der wesentliche Vorteil dieser Methode ist die sehr grosse prozessierbare Werkstoffmasse. Nachteilig ist der relativ geringe Wirkungsgrad von maximal 40% der Generatorleistung, was relativ hohe Investitions- und Energiekosten nach sich zieht. Weiterhin ist der Werkstoff- / Tiegelkontakt beim Aufschmelzen und Erstarren sowie an den Segmentfugen des Tiegels leider nicht ganz auszuschliessen.
Das Kaltwandtiegel-Verfahren ist die erste Wahl, wenn es um das Prozessieren von Massen geht, welche grösser als Laborproben sind.
Die von STS vertriebenen Tiegel sind aussen zylinderförmig und haben innen einen kalottenförmigen Schmelzraum. Die Tiegel sind vollständig segmentiert, d.h. jedes Wand- und Bodenelement besteht aus einem homogenen, jeweils einzeln gekühlten Segment, welches auf dünnen Rohren steht, um einen guten Felddurchgriff zu ermöglichen. Im Standfuss werden die einzelnen Kühlrohre zusammengefasst. Der Standfuss kann mit einem kundenspezifischen Flansch verbunden werden, um den Schmelzprozess unter einer speziellen Atmosphäre oder Vakuum durchführen zu können. Die induktive Erwärmung des Tiegels wird dann durch ein Quarzrohr vorgenommen, welches mit dem Flansch gasdicht verbunden ist.
Es sind folgende Kaltwandtiegel-Typen lieferbar:
Kaltwandtiegel | Aussendurchmesser | Nennvolumen | Temperatur |
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KWT 4030 | 40 mm | 7,0 ml | 2.000° C |
KWT 4025 | 40 mm | 4,1 ml | 2.500° C |
KWT 4020 | 40 mm | 2,0 ml | 3.000° C |
Hinweis: | Die erreichbare Temperatur ist vom zu erschmelzenden Werkstoff sowie von der Generatorleistung abhängig! |