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Die Erfindung bezieht sich auf Induktionsöfen für metallurgische Zwecke und dient dazu, die Stromschwankungen, die durch Querschnittsänderungen des flüssigen Metallbades oder durch wechselnde Ubergangswiderstände des festen Schmelzgutes entstehen, zu verhüten. Die Querschnittsänderungen treten in Gestalt von Einschnürungen, besonders beim Erhitzen von sehr gut leitenden Metallen und Legierungen bei sehr hohen Stromstärken auf. Diese unter der Bezeichnung #Pinch-Effekt" bekannte Erscheinung bewirkt durch Verdampfen des flüssigen Materials an den Einschnürungsstellen Stromunterbrechungen, die natürlich die gleichmässige Wärmeverteilung stark beeinträchtigen.
Die auf wechselnde übergangswiderstände zurück- zuführenden Stromschwankungen treten insbesonders bei der Inbetriebsetzung von Induktions- öfen auf, da das körnige Rohmaterial nur einen schlechten elektrischen Kontakt bildet, der sich zudem bei den unvermeidlich eintretenden Verschiebungen der einzelnen Stücke des Schmelzgutes zueinander fortwährend ändert und zeitweise auch vollkommen unterbrochen wird.
Gemäss der vorliegenden Erfindung werden nun die schädlichen Folgen dieser Erscheinungen dadurch beseitigt, dass mindestens diejenigen Stellen der Schmelzrinne, an welchen die die Stromschwankungen verursachenden Widerstandsänderungen auftreten können, aus einem Material hergestellt bezw. mit einem solchen ganz oder teilweise ausgekleidet werden, welches den elektrischen Strom zwar ebenfalls leitet, jedoch erheblich schlechter als das Schmelzgut selbst. Der induzierte Sekundärstrom wird also betriebsmässig hauptsächlich das Schmelzgut als Leiter benutzen, bei örtlichen Unterbrechungen dieses Stromweges dagegen durch die die Unterbrechungstellen begrenzende Wandung der Rinne fliessen.
Da die erwähnten Erscheinungen vorzugsweise an den Stellen verhältnismässig geringen Querschnitts aufzutreten pflegen, so wird es im allgemeinen genügen, diese Teile mit der schwachleitenden Wandung zu versehen ; der eigentliche Herdraum könnte eventuell davon frei bleiben.
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nötig, die Sekundärspannung zunächst soweit zu erhöhen, dass durch die schwachleitende Wandung ein Strom fliesst, der stark genug ist, um die Wandung auf die Schmelztemperatur des zu schmelzenden Materials zu erhitzen.
Durch dieses Verfahren wird die früher gebräuchliche Anwendung von Heizringen, die zum Vorwärmen des Ofeufutters oder aber zum Niederschmsslzen des Nletalles selbst dienten, unnötig gemacht und der ganze Schmelzvorgang, besonders bei Verwendung einea Schalters, der die Änderung der Sekundärspannung selbsttätig erfolgen lässt, ausser-
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des Transformators erreicht werden.
Ein Ausführungsbeispiel, bei dem dieser letztere Weg gewählt wurde, ist aus der Zeichnung t'rsiehtlir-h. In dieser bedeutet A das Magnetgestell des Ofentransformators, B das Ofenmauerwerk. C die schwachleitende Wandung und D das zu schmelzende Material. Zum Aufbau des Ofens bezw. zur Auskleidung der Schmelzrinne können alle sonst geeigneten Materialien, beispielsweise eine gegebenenfalls unter Zusatz eines Bindemittels hergestellte Mischung von Graphit und Kaolin bezw. Chamotte, die auch zu Formsteinen verarbeitet werden kann, Verwendung finden, welche den elektrischen Strom erheblich schlechter leiten als das im Ofen zu behandelnde Material. E1 und E2 bezeichnen die beispielsweise aus zwei Teilen bestehende Primärspule.
Der Teil E2 kann mittels eines selbsttätigen Schalters angeschlossen bezw. abgetrennt werden, der im wesentlichen aus einem Magnetkern F, einem drehbaren Anker G und einer Wicklung 77 besteht, die einen Teil des zur Primärwicklung führenden Trennleiters 0 bildet. Der Anker G lagert in seiner Ruhestellung, von der Feder P angezogen, auf dem Anschlag J auf und hält den Schalthebel J'l in seiner einen Stellung auf dem Kontakt Kl. An den Hebel ist die eine,
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S halthebel M in seiner anderen Stellung, durch die Feder L bewegt, sich legen kann.
Soll der Ofen nun in Betrieb gesetzt werden, so muss zunächst, da die im Ofen befindlichen einzelnen Metallstücke miteinander sehr schlechten Kontakt haben und praktisch keinen Strom leiten, die Sekundärspannung erhöht werden, um einen genügenden Stromfluss durch die, wie bekannt, schwachleitende Wandung C zu erzielen. Zu diesem Zweck muss nach dem gewählten Beispiel ein Teil der Primärwicklung, also beispielsweise der Teil Eg. abgeschaltet werden.
In
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in der Spule H eine Erhöhung der Stromstärke ein, der Anker G wird angezogen und der Schalthebel M freigegeben, der den Kontakt jim schliesst und damit den Teil E2 der Primärspule zuschaltet, wodurch eine Spannungaemiedrigung im Sekundärkreis erfolgt. Die Teile nehmen dann die gestrichelt gezeichnete Stellung an, die solange andauert, bis der Schmelzvorgang beendet ist. Der Schalthebel wird auf bekannte Art so eingerichtet, dass während des Umschaltens einerseits ein Kurzschluss des Spulenteiles Eg, andererseits eine völlige Unterbrechung des Stromes vermieden wird.
Nach erfolgter Verflüssigung des Schmelzgutes kommt der die Ofenwandung durchfliessende Strom in bezug auf Heizwirkung nicht mehr in Betracht, da er dann nur einen geringen Prozentsatz des Gesamtstromes ausmacht. Steigt nun während des weiteren Betriebes die den flüssigen Leiter gleichsam einschnürende Kraft so stark, dass an einer Stelle eine erhebliche Verengung des Querschnittes im flüssigen Leiter auftritt, so tritt der elektrische Strom vor der Verengungstelle aus dem Metall zur Ofenauskleidung über, um hinter dieser Stelle wieder zum Metall zurückzukehren, so dass also eine vollständige Stromunterbrechung nicht eintreten kann. Durch diesen übertritt des Stromes in die Wandung sinkt aber auch die Stromdichte in der Verengungsstelle
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auch keine vollständige Trennung des flüssigen Leiters in zwei Teile eintreten kann.
Um ein zu starkes Erhitzen der oberen Teile des Schmelzbehälters zu verhindern, ist die Wandung, bezw. Auskleidung desselben wie in der Zeichnung dargestellt, nach unten zu an Stärke zunehmend gestaltet, so dass die oberen Teile des Behälters infolge der Wärmestrahlung relativ kühler bleiben, und der Abbrand des Graphites gering bleibt. Bei gewissen Metallen erweist sich das die Wandung bildende leitende Gemenge insofern nachteilig, als durch Kohlenstoff, Silizium usw. eine Verunreinigung der Metalle erfolgen kann. Dem wird zweckmässig dadurch begegnet, dass in solchen Fällen die Wandung noch eine dünne Schicht eines kohlcnstoffreien, bei hoher Temperatur leitend werdenden festen Leiters zweiter Klasse, wie z. B. Magnesia oder deren Mischung mit anderen Erden, als Überzug erhält.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Induktionsofen für metallurgische Zwecke, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelz- rinne ganz oder an denjenigen Stellen, an welchen eine Quersclnittsverrigerung bezw. eine Unterbrechung des flüssigen Stromleiters eintreten kann, aus einem Material besteht bezw. mit einem solchen ganz oder teilweise ausgekleidet ist, welches den elektrischen Strom schlechter als das Schmelzgut leitet, derart, dass der im Schmelzbad induzierte Sekundärstrom betriebsmässig das Schmelzgut als Leiter benutzt, bei örtlichen Unterbrechungen dieses Stromweg, es aber durch die die Unterbrechungsstellen begrenzende Wandung der Rinne fliesst.