<Desc/Clms Page number 1>
Hochfrequenz-Induktionsofen.
Bei den bisher bekannten Hochfrequenz-Induktionsofen oder-Heizvorrichtungen befindet sich die induzierende Spule ausserhalb des zu schmelzenden oder zu heizenden Materials. In beiden Fällen wird daher das Material nur von den innerhalb des Spulenfeldes verlaufenden elektromagnetischen Kraftlinien getroffen, während der ausserhalb der Spule verlaufende Teil des Kraftlinienflusses unausgenutzt für die Erzeugung der Schmelz- oder Heizwärme verlorengeht.
Ein weiterer Nachteil der ausserhalb des Schmelz-oder Heizgutes liegenden Hochfrequenzspule ist darin gelegen, dass die aussenseits der Spule verlaufenden Kraftlinien die Verwendung metallischer Materialien zur Ummantelung oder Armierung des Ofens unmöglich machen, da diese Kraftlinien eine unzulässige Erhitzung von metallischen Teilen am Ofen hervorrufen würden.
Gemäss vorliegender Erfindung werden die Nachteile der bekannten Anordnungen dadurch vermieden, dass bei ausschliesslich induktiver Heizung eine oder mehrere eisenlose Induktionsspulen in das im Ofeninnern befindliche Einsatzmaterial, unter Zwischenschaltung von feuerfestem Isolationsmaterial zwischen Induktionsspule und Einsatzmaterial, derart eingebaut sind, dass auch das äussere Kraftfeld der Spule bzw. der Spulen an der Heizung mitwirkt. Dadurch können die gesamten durch die Hochfrequenzspule im Schmelz-oder Heizmaterial erzeugten elektromagnetischen Kraftlinien bei dem Schmelz-oder Heizprozess ausgenutzt werden, wodurch der Heizeffekt bedeutend erhöht und infolgedessen der Gesamtwirkungsgrad des Ofens oder der Heizvorrichtung erheblich verbessert wird.
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch eine Ausführungsform im Vertikal-und Horizontalschnitt ; die Fig. 3 und 4 stellen
Querschnitte durch zwei Öfen mit mehreren Heizspulen dar ; Fig. 5 ist ein Längsschnitt und Fig. 6 ein
Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung ; die Fig. 7 und 8 zeigen im Längsschnitt zwei verschiedene Kühlungsarten bei der erfindungsgemässen Anordnung der Spule ; in Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform in perspektivischer Ansicht dargestellt ; Fig. 10 zeigt im Längsschnitt eine andere Ausführungsform und Fig. 11 einen Längsschnitt durch einen Ofen mit einer inneren und einer äusseren Heizspule ; in Fig. 12 und 13 sind Längsschnitte durch zwei andere Ausführungen der Erfindung dargestellt.
In den Fig. 1 und 2 bedeutet 1 die metallische Ofenummantelung, 2 die feuerfeste Auskleidung des Ofens und 3 den inneren Herdraum, welcher durch einen Deckel 4 abgedeckt ist. In dem Herdraum 3 ist, in einen feuerfesten Hohlzylinder 5 eingebettet, die Hochfrequenzspule 6 angeordnet, so dass sie in das Beschickungsmaterial 9 eintaucht. Bei 7 sind die isolierten Deckeldurchführungen der Spule 6 angedeutet. Ein Rohranschluss 8 ermöglicht die Erzeugung eines Vakuums oder Überdruckes im Ofeninnern. Der die Spule 6 enthaltende Hohlzylinder 5 ist in beliebiger Weise am Deckel 4 befestigt, aber so, dass das untere Ende des Hohlzylinders den Boden des Herdraumes nicht berührt.
Der Schmelzvorgang im Ofen spielt sich folgendermassen ab : Die in dem Beschickungsmaterial 9 durch die hochfrequente Ströme führende Spule 6 erzeugten Wirbelströme und gegebenenfalls auch die
Hysteresis heizen sowohl das im Innern des feuerfesten Spulenkörpers 5 befindliche, als auch das den feuerfesten Spulenkörper umgebende Material. Da die Kraftliniendichte innerhalb des Spulenkörpers grösser ist als in dem ihn umgebenden Schmelz-oder Einsatzgut, so wird demzufolge auch das Material im Spulenkörper 5 höhere Temperaturen haben als das den Spulenkörper 5 umgebende.
Es ist daher
<Desc/Clms Page number 2>
ein weiterer Vorteil dieser Heizungsart in der selbsttätig erfolgenden Mischung des in Schmelzfluss gelangten Einsatzes gelegen, die infolge thermischen Ausgleichs des verschiedene spezifische Gewichte aufweisenden Schmelzgutes eintritt und welche die als Folge der Wirbelströme im Schmelzgut entstehende dynamische Rührwirkung unterstützt.
Bei der in Fig. 3 schematisch dargestellten Ausführungsform sind dre i in feuerfestes Material eingebettete Heizspulen 10, 11 und 12 vorgesehen, die bei Einphasenstrom in Serie zu schalten sind, bei Mehrphasenstrom, z. B. Drehstrom, je in einer Phase liegen. Diese Anordnung gestattet eine intensive Durehheizung des Bades an verschiedenen Stellen. Es kann eine beliebige Anzahl solcher Spulen in der jeweilig am. zweckmässigsten erscheinenden Anordnung mit Rücksicht auf den jeweilig durchzuführenden metallurgischen Prozess oder den jeweiligen Heizungsprozess Anwendung finden.
Fig. 4 veranschaulicht einen Ofen mit zwei konzentrischen, in feuerfestes Material eingehüllten Induktionsspulen 13 und 14. Statt dieser beiden Spulen 13 und 14 kann auch eine beliebige Anzahl solcher konzentrischer Spulen, je nach der Höhe des zu erzeugenden Heizeffektes oder des Grades der Einschmelzdauer, Verwendung finden, wobei die jeweils am zweckmässigsten erscheinende Beheizung der Spulen durch Einphasen-oder Mehrphasenstrom erfolgen kann. Diese Anordnung hat für grosse Einheiten besondere Vorzüge, die darin bestehen, dass z. B. bei Vorhandensein eines grösseren Herdraumes das in diesem befindliche Schmelzgut gleichmässig in allen Schichten durchheizt wird, weil bei dieser Ausführung eine Wechselwirkung des Kraftflusses der Spulen nach innen und aussen stattfindet. Ebenso kann z.
B. zum Zwecke des Glühens verschiedener Gegenstände, wie Drähte, Zylinder usw., eine derartige Heizvorrichtung mit Vorteil in Anwendung gebracht und dabei eine wesentliche Ersparnis an Heizraum erzielt werden.
Die Fig. 5 und 6 zeigen die Verwendung einer Flachspule 15, die in beliebiger Badtiefe ruhen und in beliebiger Anzahl vorhanden sein kann. Die Spulen könnten gewünschtenfalls in ihrer Höhenlage im Bade verstellbar angeordnet sein., so dass je nach Bedarf das Bad in seinen einzelnen Schichten durchheizt werden kann. Die Spulen 15 können über-und nebeneinander angeordnet und an Ein-oder Mehrphasenstrom angeschlossen werden.
Fig. 7 zeigt die Anordnung der Spule 16 in dem freien Raum innerhalb eines Hohlkörpers 17 aus feuerfestem Material, der in geeigneter Weise mit der Abdeckvorrichtung 18 des Schmelzraumes 19 verbunden sein kann. Die Spulenenden 20 und 21 ragen durch die Abdeckvorrichtung hindurch, und die Rohrstutzen 22 und 23 ermöglichen das Ein-und Ausführen von gasförmigen Kühlmitteln für die Spule, die in beliebiger Querschnittsform ausgeführt werden kann. Auch flüssige Kühlmittel sind anwendbar.
Fig. 8 zeigt eine ähnliche Anordnung der Spule wie Fig. 7, jedoch mit dem Unterschied, dass die Hochfrequenzspule in Fig. 8 aus hohlem Leitungsmaterial beliebigen Querschnitts besteht. Die Spulenenden 25 und 26 treten durch die Abdeckung 27 des Heizraumes 25 hindurch. Die Kühlung der Spule kann durch Anwendung geeigneter Flüssigkeiten oder Gase vor sich gehen. Auch bei den in Fig. 7 und 8 angedeuteten Ausführungsformen ist die Verwendung mehrerer Spulen in den Heizräumen möglich, also auch ein Anschluss an Ein-oder Mehrphasenstrom.
Bei den Anordnungen der Hochfrequenzspulen gemäss Fig. 7 und 8 wird zwar nur der Kraftlinivnfluss des äusseren Spulenfeldes ausgenutzt, jedoch bleibt wie bei allen übrigen Ausführungen der Vorteil der möglichen Verwendung von Eisenummantelung oder
EMI2.1
Anzahl von Heizspulen.
Fig. 9 zeigt die Verwendung von Hochfrequenzflachspulen 29 in vertikaler Anordnung in dem Heizraum 30, wodurch ebenfalls eine sehr gleichmässige und intensive Durchheizung des Schmelzbades oder des Heizraumes erfolgen kann und der Anschluss der Spulen an ein-oder mehrphasigen Wechselstrom möglich ist.
In vielen Fällen ist es empfehlenswert, die Induktionsspule vom Boden des Ofens aus, beispielsweise in eine von aussen bequem zugängliche hohlzylindrische Einstülpung am Boden des Ofens einzubringen, so dass sowohl das innere als auch das äussere Kraftfeld der Spule das Einsatzmaterial durchsetzt.
In Fig. 10 ist ein Ausführungsbeispiel dieser Art dargestellt. Am Boden des Ofengewölbes a ist eine zylindrische, von aussen zugängliche Einstülpung b vorgesehen, in die die Induktionsspule c eingebracht ist. Die Spule c kann in diesem Falle aus gewöhnlichem vollen oder hohlen Draht gebildet sein. Sie ist derart angeordnet, dass sowohl ihr inneres als auch ihr äusseres Kraftfeld das Einsatzmaterial d durchsetzt. Bei dieser Anordnung kann die Induktionsspule in einfacher Weise mit Luft oder Flüssigkeit gekühlt werden, ohne dass dabei eine Abdichtung notwendig ist. Ausserdem bietet diese Anordnung den Vorteil, dass Öffnungen im Ofengewölbe, wie sie beim Einbringen der Spule von oben her erforderlich sind, gänzlich vermieden werden.
Weiter ergibt diese Ausführungsform eine günstige Platzvertèilung, die insbesondere bei grösseren Öfen von Wichtigkeit ist. Schliesslich ermöglicht die leichte Zugänglichkeit der Hoehfrequenzspule ein schnelles Auswechseln der Spule, was entweder bei Fehlern der Spule oder dann erforderlich ist, wenn man mit verschiedenen Spulen arbeiten will. Bei Verwendung als Schmelzofen bietet diese Anordnung noch den weiteren Vorteil, dass die Schmelze in ihrem unteren Teil am stärksten erwärmt wird, so dass sich selbsttätig von unten nach oben und zurück nach unten gerichtete Kreisläufe
<Desc/Clms Page number 3>
in der Schmelze ausbilden, wodurch eine günstige Durchmischung eintritt.
Die hohlzylindrische Einstülpung b kann auch lösbar in den Ofenboden eingesetzt sein, so dass sie zusammen mit der Spule c auswechselbar ist, wobei die Spule c gegebenenfalls auch in ihr eingebettet sein kann. Die Spule c kann statt aus massivem, beliebig geformtem Draht auch aus hohlem Material gebildet sein.
Ausser einer in das Einsatzmaterial eintauchenden Heizspule kann gegebenenfalls auch noch eine weitere Spule vorgesehen sein, die um die Aussenwand des Ofens gelegt ist. Hiedurch wird es möglich, den Heizeffekt wesentlich zu erhöhen, da der zwischen der inneren Spule und der Ofenwand befindliche Teil des Einsatzmaterials sowohl von dem inneren Kraftlinienfluss der Spule an der Ofenaussenwand als auch von dem äusseren Kraftlinienfeld der im Innern des Herdraumes befindlichen Spule durchgesetzt wird. In Fig. 11 ist ein Ausführungsbeispiel dieser Art dargestellt. Um die Aussenwand 32 des Ofens, die aus feuerfestem Material besteht, ist eine Spule 31 mit den Anschlüssen 39 gelegt. Innerhalb des Herdraumes 33, welcher durch einen Deckel 34 abgedeckt ist, befindet sich die zweite Spule 36, die in einem Hohlzylinder 35 aus feuerfestem Material eingebettet ist.
Der Hohlzylinder 35 ist in der dargestellten Ausführungsform an dem Deckel34 befestigt. Er kann statt dessen auch auf dem Boden oder an den Wänden des Ofenkörpers in geeigneter Weise befestigt werden. Gegebenenfalls kann, insbesondere bei Glühofen,
EMI3.1
Hoehfrequenzquellen gespeist werden, beispielsweise Generatoren, Schwingungskreisen usw. Die Speiseströme für die Spulen 31 und 36 können von gleicher oder verschiedener Amplitude und gegebenenfalls auch verschiedener Frequenz sein, um einen möglichst günstigen Heizeffekt zu erzielen. Dies kann bei Verwendung eines einzigen Hochfrequenzgenerators in an sich bekannter Weise durch verschiedenartige Kopplung der beiden die Spulen 31 und 36 enthaltenden Stromkreise mit dem Generator erfolgen oder durch Verwendung geeigneter Dämpfungswiderstände usw.
Die äussere Spule 31 braucht gegebenenfalls nur einen Teil des Herdraumes oder einer damit in Verbindung stehenden Rinne od. dgl. zu umschliessen.
Diese Ausführungsform ermöglicht es, den Heizeffekt je nach Bedarf in einfacher Weise dadurch zu verstärken bzw. zu vermindern, dass entweder beide Spulen oder nur eine der Spulen eingeschaltet wird.
Bei der Verwendung als Schmelzofen können beispielsweise zunächst beide Spulen 31 und 36 so lange eingeschaltet werden, bis das Einsetzgut geschmolzen ist. Darauf kann z. B. die äussere Spule 31 abgeschaltet werden, wenn für die weitere Heizung der Metallschmelze der Heizeffekt der inneren Spule 36 ausreicht. Es versteht sich von selbst, dass bei der Anordnung nach Fig. 11 keine geschlossene Eisenummantelung für den Ofen angewendet werden darf. Im übrigen können aber alle Ausführungsformen der inneren Heizspule bzw. Heizspulen zur Anwendung gelangen, die an Hand der Fig. 1 bis 9 beschrieben worden sind.
Für Arbeiten unter Atmosphärendruck kann der Ofen sowohl bei Ausführung dieser Anordnung als auch bei derjenigen nach Fig. 1 offen, also ohne Deckel gebaut werden.
Man kann die Induktionsspule auch mit feuerfestem, als Träger dienendem Material umkleiden, derart, dass dieses eine leichte Ausdehnung der Spulenwindungen, insbesondere in Richtung der Spulenachse zulässt, damit das die Spule umhüllende keramische Material durch diese keinerlei Beanspruchung erfährt. Als feuerfestes Material kann Zirkon, Karborund, Korund, hochgebrannte Schamotte od. dgl. zur Anwendung gelangen.
In den Fig. 12 und 13 sind zwei derartige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In Fig. 12 ist die Heizspule 41 in dem Raume 42 zwischen zwei Hohlzylindern 43 und 44 aus feuerfestem Material eingebaut. Der Raum 42 ist nach oben und unten durch flanschartige Ansätze 45 und 46 an den Hohlzylindern 43 und 44 abgeschlossen. An den Berührungsstellen sind die Teile 43,45 und 44, 46 miteinander, beispielsweise durch Verkitten, abgedichtet, so dass sie ein gemeinsames, die Spule 41 enthaltendes Ganzes bilden. Der so gebildete Spulenträger ist in dem Ausführungsbeispiel auf den Boden des Ofens 49 aufgesetzt. Der untere Teil des Spulenträgers ist in Ansicht gezeichnet, um Öffnungen 50 erkennbar zu machen, die für eine Zirkulation der Schmelze aus dem Raume im Innern des Spulenträgers nach aussen erforderlich sind.
Gegebenenfalls könnte auch der Spulenträger in den Ofen eingehängt sein. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Flansch 45 des inneren Hohlzylinders 43 nach aussen hin verlängert ist, wie bei 45'gestrichelt angedeutet ist. Mit diesen Verlängerungen kann der Spulenträger dann z. B. auf den Seitenwänden des Ofens 49 ruhen. Statt dessen könnte das Einhängen des Spulenträgers auch dadurch geschehen, dass er mit einem Ofendeckel in geeigneter Weise verbunden ist, so dass er mit diesem zusammen abhebbar ist. Die Spule 41 ist in dem Ausführungsbeispiel rohrförmig gezeichnet, um eine bequeme Kühlung zu ermöglichen. Die Anschlüsse der Kühlvorrichtung sind bei 47 und 48 angedeutet.
Gegebenenfalls kann auch eine äussere Kühlung der Spule 41, beispielsweise durch Einblasen von Luft in den Raum 42 erfolgen. Im. Bedarfsfalle können die Wandungen der Spule 41 sowohl von aussen als auch von innen gekühlt werden.
In Fig. 13 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Eine rohrförmigu Heiz- spule 51 ist in den Raum 52 zwischen zwei Hohlzylindern 53 und 54 aus feuerfestem Material eingebaut,
EMI3.2
<Desc/Clms Page number 4>
abgeschlossen sind. Die erwähnten Teile sind miteinander zu einem gemeinsamen Ganzen vereinigt und durch einen Ausschnitt im Boden des Ofenkörpers 59 in das Ofeninnere eingeführt, so dass der Deckel 56 einen Teil des Ofenboden bildet. Bei 57 und 58 sind Durchführungen angedeutet, die zum Anschluss der Spule 51 dienen, deren Kühlung ebenso erfolgen kann, wie für die Spule 41 in Fig. 12 angegeben ist.
Der Spulenträger ist an dem Ofenboden in geeigneter Weise befestigt und gegen ihn abgedichtet. Um eine gute Zirkulation der flüssigen Schmelze aus dem Raum im Innern des Hohlzylinders 53 nach aussen hin zu ermöglichen, sind Aussparungen 60 in den Hohlzylindern 53 und 54 vorgesehen, die zweckmässig durch feuerfeste, den Spulenraum 52 durchsetzende Kanäle miteinander verbunden sind. Diese Verbindungen sind auch bei der Anordnung nach Fig. 12 möglich. Die Anordnung nach Fig. 13 ist leicht einzubauen, gegebenenfalls auch auswechselbar, und bewirkt eine innige Durchmischung der Schmelze, weil diese von ganz unten her durchwärmt wird.
Die Hochfrequenzspulen können bei einer solchen Anordnung aus Vollmaterial beliebigen Querschnitts und beliebiger Form, Hochfrequenzlitzen oder Material von rohrförmigem Querschnitt beliebiger Form bestehen, wobei entweder Gas-oder Flüssigkeitskühlung in Anwendung gebracht werden kann.
Bei Verwendung von Luftkühlung wird man zweckmässigerweise eine möglichst grosse Oberfläche der Spulen anstreben. Die Spulen können entweder am Deckel oder an den Seitenwänden befestigt oder auf den Boden in geeigneter Weise aufgesetzt sein,'wobei zweckmässig stets zwischen Spulenkörper einerseits und dem Herdraum (Boden, Deckel, Seitenwänden) anderseits nach allen Seiten ein freier Raum gelassen wird. Die Spulenachsen können statt vertikal oder waagrecht auch geneigt sein.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Hochfrequenz-Induktionsofen mit ausschliesslich induktiver Heizung, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere mit Hoehfrequenzstrom gespeiste, eisenlose Induktionsspulen in das im Ofen-
EMI4.1
InduktionsspuleundEinsatzmaterial, derarteingebautsind, dass auch das äussere Kraftfeld der Induktionsspule bzw. Induktionsspulen an der Heizung mitwirkt.