<Desc/Clms Page number 1>
Kernloser Induktionsofen für industriellen Vakuumbetrieb
Die Erfindung betrifft einen kernlosen Induktionsofen für industriellen Vakuumbetrieb, insbesondere für Drücke unterhalb von 1 Torr, der eine um den Tiegel angeordnete Induktionsspule vorzugsweise für
Speisung mit Netzfrequenz aufweist, wobei eine Tragkonstruktion vorgesehen ist, durch die der Oberteil des Ofens auf dem Unterteil abgestützt ist.
Für die bekannten industriellen Vakuum-Schmelzverfahren wurden bisher Vorrichtungen verwendet, bei denen sich Tiegel, Spule und Tragkonstruktion im Inneren eines Rezipienten befinden, der zur Her- beiführung des erforderlichen Vakuums evakuiert wird. Diese Induktions-Schmelzanlagen fürVakuumbe- trieb erfordern schon räumlich einen grossen Aufwand und sind ausserdem recht kostspielig. Für den prak- tischen Betrieb bieten sie aber die bisher hauptsächlich genutzte Möglichkeit, das Vakuum-Schmelzver- fahren nach industriellen Massstäben anwenden zu können. Da mit diesem auf induktivem Wege betriebenen Vakuum-Schmelzverfahren eine die Qualität des Endproduktes wesentlich verbessernde Entgasung der Schmelze erreicht wird, erlangt es eine immer grösser werdende Bedeutung.
Mit seiner Hilfe werden nicht nur sehr hohe Reinheitsgrade des behandelten Materials erzielt, indem gasförmige Verunreinigungen entfernt werden, sondern es wird gegebenenfalls auch eine durchgreifende Entkohlung durch chemische Reaktion mit Sauerstoff ermöglicht.
Gegenüber den beim Vakuumschmelzen sonst gebräuchlichen Beheizungsarten ist die Induktionsheizung mit Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz deshalb als besonders vorteilhaft zu bezeichnen, weil die dabei stärker als sonst auftretende Badbewegung eine dauernde Erneuerung der Badoberfläche bewirkt und somit den Entgasungsvorgang erheblich beschleunigt. Bekanntlich ist beim Schmelzen unter Vakuum nur an der Oberfläche, wo sich der hydrostatische Druck nicht bemerkbar machen kann, eine rasche Entfernung gelöster und gebundener Gase sowie die Einstellung der Umsetzungsgleichgewichte zu erwarten.
Trotz dieser Vorteile hat sich die Verwendung von Netzfrequenz-Beheizung bei solchen Vakuumanlagen, bei denen sich der Ofen samt Induktions-Beheizung innerhalb des Rezipienten befindet, in der Praxis nicht recht durchsetzen können, weil gerade die sich aus der Netzfrequenz ergebenden elektrischen Besonderheiten bei dieser Bauweise zu Schwierigkeiten führen.
In der deutschen Patentschrift Nr. 544786 wird die Konstruktion eines derartigen Mantels bzw. Rezipienten beschrieben, welcher gemäss dieser Patentschrift aus Kunstharz mit Asbest, Papier oder Geweben bestehen soll. Dieser dort beschriebene Mantel ist lediglich dazu bestimmt, den äusseren Luftdruck aufzunehmen ; in seinem Inneren werden dann sowohl Spule als auch Tiegel eines Hochfrequenzofens relativ grosser Dimensionen angeordnet.
Ein derartiger Kunststoffmantel, der noch dazu im Zusammenhang mit Hochfrequenzöfen verwendet werden soll, ist selbstverständlich weder einer thermischen noch einer mechanischen Belastung, wie sie insbesondere bei der Verwendung von Niederfrequenz auftritt, ausgesetzt ; derartige Öfen konnten bisher für eine wirkliche grosstechnische Verwendung, bei welcher Materialien in der Grössenordnung von mehreren Tonnen geschmolzen bzw. in Schmelze entgast werden, nicht verwendet werden.
In der Einleitung dieser oben zitierten Patentschrift wird darauf hingewiesen, dass lediglich für Versuchszwecke im Labor auch bereits Öfen mit geringem Fassungsvermögen bekanntgeworden sind, bei de-
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
<Desc/Clms Page number 4>
te Material für die angestrebten Zwecke sehr geeignet ist.
Ohne Kühlung würde die vom Mantel aufzunehmende Wärme Werte annehmen, die über der zulässigen Grenze der herangezogenen Kunststoffe liegen. Vorteilhafterweise befindet sich insbesondere an der dem Schmelztiegel zugekehrten Innenseite des Mantelteiles aus elektrisch schlecht leitendem Material ein System von Kühlrohren.
Zweckmässigerweise sind die Kühlrohre parallel zur Längsachse des Mantels angeordnet. Auf diese Weise lassen sie sich mit Vorteil haarnadelförmig ausbilden, wobei die Ein- und Auslassöffnungendes Kühlmediums am oberen oder unteren Ende des Schmelzofens angeordnet sind. Dadurch befindet sich sowohl die Einlass- als auch die Auslassöffnung an derselben Seite des Induktionsofens.
Als Kühlmedium dient vorteilhafterweise ein gasförmiges Medium, insbesondere Luft, wenn der Ofen mit Temperaturen gefahren werden muss, die höher als der Erweichungs- oder Schmelzpunkt des für die Kühlrohre zu verwendenden Materials liegen.
Bei Wasserkühlung besteht nämlich die Gefahr von Durchbrüchen, wodurch sich Knallgas bilden kann und die Betriebssicherheit der Einrichtung gefährdet ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der Zeichnungen.
Fig. l zeigt schematisch einen erfindungsgemässen kernlosen Induktionsofen mit einem besonderen Traggerüst, Fig. 2 einen Schnitt der Fig. l nachdenLinienII-II. In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführung- beispiel ohne Traggerüst dargestellt und Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach den Linien IV-IV der Fig. 3.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. l und 2 ruht der gesamte Induktionsofen auf einer Grundplatte 1 auf, die über eine Tragplatte 2 den eigentlichen Schmelztiegel 3 trägt. Der Schmelztiege13ist allseitig von einem zylindrischen, aus Kunststoff bestehenden Mantel 4 umgeben, der gegen den Ofenunterteil über Stopfbüchsen 5 und gegen den Ofenoberteil mittels Stopfbüchsen 6 abgedichtet ist. Sowohl
EMI4.1
gedichtet ist.
Da der Oberteil des Ofens ein grosses Gewicht aufweist, ist er mittels eines Tragringes 9 über Säulen
10 auf dem Ringuntersatz 11 gelagert, der auf der Grundplatte 1 aufruht. Der aus Kunststoff, insbesonde- re Pertinax, bestehende Mantel 4 ist von der Induktionsspule 12 umgeben, deren Joche 13 mittels Joch- halterungen 14 an den Säulen 10 befestigt sind. Auf Grund dieser Tragkonstruktionist der Mantel 4 vom
Gewichtes Ofenoberteils völlig entlastet, so dass er keine Gewichtslast aufzunehmen hat. Damit sich der
Mantel unter Erwärmung ausdehnen kann, besitzt er nach oben hin ein kleines Spiel.
Eine Ausbuchtung des Mantels in radialer Richtung wird durch das enge Anliegen der zylindrischen Induktionsspule 12 ver- hindert, die zweckmässig in der Längsachse federnd gelagert ist, wobei die untere Jochhalterung 14 fest ausgebildet ist, während die obere auf den Säulen 10 verschiebbar angeordnet ist, so dass sich die Joche un- ter Erwärmung ausdehnen können. Durch die Befestigung der Induktionsspule 12 und deren Joche 13 an den Säulen 10 ist der Mantel 4 nicht nur vom Gewicht des Vakuumdeckels 7, sondern auch vom Gewicht der Induk- tionsspuleundderjochesowievonjenenkräften, diebeim Arbeiten der Induktionsspule auftreten, entlastet.
Zur Kühlung des Mantels 4 sind an dessen Innenwand haarnadelförmig Kühlrohre 15 vorgesehen, wobei sowohl die Eintrittsöffnung 16 als auch die Austrittsöffnung 17 am unteren Ofenende angeordnet ist.
Von den verschiedenen Möglichkeiten, den Tiegel unter Vakuum zu entleeren, sind für einen kernlosen Induktionsofen nach der Erfindung jene Lösungen vorteilhaft, bei denen durch eine Öffnung im Tiegelboden durch Abheben eines konischen Stöpsels gegossen wird. Im Gegensatz zu den andern Möglich - keiten, nach denen über den Tiegelrand gegossen wird und entweder der Tiegel mit seiner Beheizungseinrichtung geschwenkt oder der gesamte Vakuumkessel mit dem fest eingebauten Tiegel gedreht wird, unterstützt die vorgeschlagene Lösung den erfindungsgemäss angestrebten Vorteil, das unter verdünnter Atmosphäre befindliche Volumen der Anlage möglichst klein zu halten und grössere drehbare Vakuumdurchführungen zu vermeiden.
Bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Mantel 4 aus Metall und weist zur Vermeidung einer durch Induktionsströme herbeigeführten Erhitzung einen parallel zur Längsachse verlaufenden Schlitz auf, in dem ein Streifen 18 aus Kunststoff eingesetzt ist, der vakuumdicht mit dem Metall verbunden ist, so dass der gesamte Mantel den Schmelztiegel 3 vakuumdicht umgibt. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. l und 2 ist dieser Streifen aus Kunststoff durch Kühlrohre 15 gekühlt, die bei diesem Beispiel in Form einer einzigen Haarnadel ausgebildet sind, wobei die Eintrittsöffnung 16 und die Austrittsöffnung 17 ebenfalls andernterseite des Ofens angeordnet sind. Die Joche 13 der Induktionsspule 12 sind unmittelbar an dem Man-
<Desc/Clms Page number 5>
tel 4 befestigt.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 sind zur Abdichtung des Mantels gegen den Unterteil einerseits und den Oberteil 19 anderseits Stopfbüchsen 8 vorgesehen.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So müssen beispielsweise die Kühlrohre nicht unbedingt an der Innenseite des Mantels, soweit dieser aus
Kunststoff besteht, angeordnet sein. Sie können auch in den Kunststoff selbst eingebettet werden. Wesent- lich ist, dass der für den Mantel bzw. Teile desselben verwendete Kunststoff magnetisch und bzw. oder elektrisch nichtleitend und, da der Mantel immer unter erheblichen Wärmeeinwirkungensteht, gegendie- se widerstandsfähig ist. Aus obigen Ausführungsbeispielen ergibt sich ferner, dass eine gewisse mechani- sche Festigkeit gegeben sein soll, um darauf lastende Drücke aufnehmen zu können.
Die Anwendung von organischen Stoffen ist im Hinblick auf die erforderliche Vakuumdichte nicht ohne weiteres möglich, weil viele der bekannten Kunststoffe bei maximal 1800C zu gasen beginnen und oberhalb dieser Tempe- ratur die an sich gegebene Vakuumdichtigkeit verlieren. Durch die erfindungsgemäss angeordnete Kühlung wird die Überschreitung dieser Grenztemperatur vermieden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kernloser Induktionsofen für industriellen Vakuumbetrieb, insbesondere für Drücke unterhalb von
1 Torr, der eine um den Tiegel angeordnete Induktionsspule vorzugsweise für Speisung mit Netzfrequenz aufweist, wobei eine Tragkonstruktion vorgesehen ist, durch die der Oberteil des Ofens auf dem Unterteil abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Induktionsspule (12) und dem Tiegel (3) in an sich bekannter Weise ein gasdichter Mantel (4) vorgesehen ist, welcher in möglichst geringem Abstand von Induktionsspule (12) und Tiegel (3) angeordnet ist, und dass weiterhin der gasdichte Mantel (4) in Längsrichtung innerhalb des Bereiches des magnetischen Feldes der Induktionsspule (12) zumindest über einen Teil seines Umfanges aus einem Kunststoff, wie Hartpapier od.
dgl., mit schlechter, elektrischer und magnetischer Leitfähigkeit und gegebenenfalls im übrigen aus Metall besteht, wobei gegebenenfalls zur Kühlung des Mantels (4) in an sich bekannter Weise axial verlaufende, an der dem Tiegel (3) zugekehrten Innenseite des Mantels (4) angeordnete Kühlrohre oder Kühlkammern (15) vorgesehen sind.