Niederfrequenz-Induktionsofen. Bei der üblichen Bauart der Nieder frequenz-Induktionsöfen mit im Querschnitt allseitig geschlossenen Schmelzrinnen sind diese Rinnen halbkreisförmig oder nach Art eines<B>U</B> bezw. <B>V</B> geführt, liegen in senkrech ten Ebenen und münden senkrecht in den Boden des Schmelzraumes ein. Diese Anord nung hat sich jedoch für die Zwecke des Schmelzens hochprozentiger Kupferlegierun gen, ferner beim Schmelzen von Eisen und Stahl als nachteilig herausgestellt, insbeson dere dann, wenn es sich um Öfen für grosse Schmelzleistungen handelte.
Bei diesen Öfen ist wegen der grossen Leistungen die Entfer nung von der Badoberfläche bis zum untern Scheitel der Rinnen sehr gross. Aus diesem Grunde wächst der hydrostatische Druck in der Rinne beträchtlich an, zumal das spezifi sche Gewicht des Schmelzgutes hoch ist.
Ausserdem ist die Auftriebsgeschwindigkeit gerade in den senkrechten und senkrecht ein mündenden Rinnen beträchtlich und führt in Verbindung mit dem hohen hydrostatischen Druck zu schneller Abnutzung der Binnen wandungen. Ausserdem ruft der starke Auf trieb lebhafte Bewegungen der Schmelze an der Badoberfläche hervor, wodurch sich Oxy dationsvorgänge,- verlustbringendem Ab brand einstellen. Will man mit Rücksicht auf diese Oxydationsvorgänge die Radober fläche möglichst klein halten, so muss .der Schmelzraum mit geringem Durchmesser und entsprechend grösserer Höhe ausgebildet wer den.
Dann nehmen aber der hydrostatische Druck und damit die Abnutzung der Binnen wandungen weiter zu.
Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man bereits Ofen benutzt, bei denen eine Schmelz rinne waagrecht oder annähernd waagrecht verläuft und waagrecht in die untere Seiten wand des Schmelzraumes einmündet. Bei die ser Ofenbauart sind der hydrostatische Druck und der Auftrieb geringer; es stellen sich jedoch neue Nachteile ein. So bedeutet es zu nächst einen Nachteil, dass die Schmelze nicht so gleichmässig wie bei Öfen mit senkrechten Rinnen durchmischt wird.
Bei diesen Öfen mündet nämlich die Schmelzrinne im Boden des Schmelzraumes ein, und es bildet sich eine starke, aufwärts gerichtete Strömung etwa in der Mitte des Schmelzbades aus, so dass alle Teile der Schmelze gleichmässig an der Badbewegung teilnehmen. Bei den Öfen mit einer waagrecht einmündenden Rinne tritt jedoch das geschmolzene Gut zunächst in waagrechter Richtung aus. Es wird dann durch thermischen Auftrieb senkrecht nach oben abgelenkt. Je nach der Geschwindigkeit des Austrittes aus der Rinne wird dabei das Schmelzgut entweder nahe der die Mündung enthaltenden Wandung emporsteigen oder auch mehr zur Mitte des Schmelzraumes hin.
Es kommt hinzu, da,ss lediglich das unmittelbar vor den notwendigerweise einseitig angeord neten Rinnenmündungen befindliche kältere Schmelzgut nach dem Austritt heissen Schmelzgutes in die Rinne nachdrängt, so dass die weiter von den Rinnenmündungen entfernten Teile der Schmelze nicht in den Umlauf des Gutes einbezogen werden. Bei der beschriebenen Bauart tritt daher einer der wichtigsten Vorteile des Induktionsofens mit senkrechten Rinnen, nämlich die Erzielung homogener Schmelzen durch intensive, dabei gleichmässige Durchmischung des Bades nicht mehr in Erscheinung.
Diese Erscheinung wirkt sich ganz besonders nachteilig aus, wenn, wie in der Eisengiesserei grosse Ofen leistungen und damit grosses Fassungsver mögen des Schmelzraumes verlangt werden. Dann ist nämlich die eine waagrechte Rinne nicht mehr imstande, den Schmelzgutumlauf in der erforderlichen Stärke und Gleich mässigkeit zu bewältigen.
Vorliegende Erfindung (Erfinder: Dipl.- Ing. Friedrich Essmann, Köln-Bayenthal) be zweckt nun, eine Ofenbauart zu schaffen, welche grosse Schmelzleistungen und dabei doch eine genügend lebhafte und über den gesamten Ofeninhalt gleichmässig verteilte Badbewegung ermöglicht, und betrifft einen Niederfrequenz-Induktionsofen mit in einen Tiegel wenigstens annähernd waagrecht ein mündenden, im Querschnitt ringsum geschlos- senen und von Primärspulen beeinflussten Schmelzrinnen,
bei welchem Ofen erfindungs gemäss mindestens drei Schmelzrinnen gleich mässig über den Umfang des Tiegels verteilt angeordnet. sind, wobei die Zahl der Primär spulen zum Zwecke der gleichmässigen Be- las tung eines Netzes mit mindestens drei Pha sen der Zahl der Phasen oder einem ganz- zahligen Vielfachen dieser Zahl gleich ist und jede der Phasen die gleiche Zahl von Primär spulen mit Strom versorgt.
Die Auftriebs strömungen von drei oder mehr Schmelz rinnen in Verbindung mit der gleichmässigen Verteilung auf dem Umfang des Schmelz raumes ergibt eine gute und vor allen Dingen gleichmässige Durchmischung des Bades, ohne dass deswegen der hydrostatische Druck in den Rinnen gesteigert werden müsste. Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen standes ist in den Fig. 1 und 2 der Zeich nung in einem Vertikalschnitt und in einem Horizontalschnitt dargestellt.
a ist der Schmelzraum (Tiegel), welcher nach der obern Öffnung hin verengt ist. b ist die feuerfeste Zustellung, welche in bekann ter Weise durch einen Mantel c aus Metall fest zusammengehalten ist. Der Ofenraum ist am obern Ende in bekannter Weise mit einer Giessschnauze d versehen.
Beim dargestellten Beispiel sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, gleichmässig über den Um fang verteilt, drei U-förmig gebogene Schmelzrinnen vorgesehen. Die bogenförmi gen Umkehrstellen der Rinnen sind mit f, die geraden und annähernd radial zur Mitte des Ofenraumes a verlaufenden Aste mit g, h bezeichnet. Mit Bezug auf eine Ebene, wel che durch die Mittelachse des Ofenraumes a und durch die Mitte des Kernes der zuge hörigen Primärspule hindurchgelegt ist, ist jede Hälfte der Rinnen<I>f, g,</I> h spiegelbildlich gleich ausgebildet.
Die Rinnenäste g, lt und ihre halbkreisförmig verlaufende Umkehr strecke f sind in seitlichen Ansätzen e der Zu stellung vorgesehen und haben geschlossenen Querschnitt. Etwa im Mittelpunkt des Um kehrbogens der Rinnen sind die Spulenkerne i der Primärspulen angeordnet. Oberhalb und unterhalb des seitlichen Ansatzes e sind die Enden dieses Kernes in bekannter Weise mit einem ringsum geschlossenen Joch p in Ver bindung gebracht.
Man kann aber auch mit tels der Rinnen je einen Eisenkern des Joches umschliessen lassen und die Spule ausserhalb des Ansatzes e auf einem Schenkel des Trans- formatorjoches anordnen. Jede der zu den Kernen i gehörenden Spulen soll an je eine Phase eines Drehstromnetzes angeschlossen werden.
Wie Fig. 1 erkennen lässt, liegen die Bah nen jeder Rinne <I>f, g, h</I> in einer nur sehr schwach gegen die Horizontale geneigten Ebene, das heisst der Neigungswinkel dieser Ebene zur Horizontalebene beträgt höch stens 10 Winkelgrade, so dass die Schmelz rinnen wenigstens annähernd waagrecht in den Tiegel a münden.
Die drei gezeigten Rinnen sind zudem so angeordnet, dass einander entsprechende Punkte der Rinnen<I>f, g, h</I> in derselben Hori zontalebene liegen.
Je nach der Austrittsgeschwindigkeit des Schmelzgutes wird das Gut entweder verhält nismässig nahe an der die Mündung enthal tenden Wandung emporsteigen, oder es wer den sich die aus den verschiedenen Rinnen auftretenden Ströme zur Ofenmittelachse hin zusammendrängen. Gegebenenfalls wird aber auch jede der aus den verschiedenen Rinnen entstammenden Strömungen in den Bereich zwischen den Wandungen des Schmelzraumes und der Ofenmittelachse für sich emporstei gen. In jedem Falle wird aber die Schmelze von mehreren aufwärts gerichteten Strömen mässiger Geschwindigkeit und gleichmässig durchsetzt.
Wenn (siehe Fig. 2) sowohl der lineare Abstand zwischen den Mittellinien des Ast paares g, h jeder in sieh geschlossenen Rinne an der Einmündestelle - er soll mit A be zeichnet sein - wie auch der Mittellinien- abstand zwischen den einander benachbarten geraden Strecken g, h zweier aufeinander folgender Rinnen<I>f, g, h,</I> an deren Einmünde stellen - er soll mit A' benannt sein gleich oder annähernd gleich, das heisst auf wenigstens<B>10%</B> des mittleren Abstandes gleich ist,
und wenn die durch die Mitte des Kernes i gelegte Verbindungslinie der End punkte jeder Umkehrstrecke f grösser ist als jeder der gleichen Abstände<I>A, A',</I> verlaufen die Äste g, h etwa radial zur Ofenraummitte und dann werden sich die Strömungen im Sinne der Symmetrie in bezug auf die Ofen mittelachse ausbilden und verteilen, woraus eine gleichmässige Verteilung der Badbewe- gung über den gesamten Ofeninhalt resultiert.
Die Schmelzrinnen können aber auch der art angeordnet sein, dass sie, statt auf gleicher Höhe, in zwei oder mehr Höhen liegen. In. gleicher Höhe befindet sich dann je eine Gruppe von wie in den Fig. 1, 2 angeord neten Rinnen. Auf diese Weise ist es mög lich, an dem gleichen Ofen eine erheblich grössere Anzahl von Schmelzrinnen anzuord nen und damit die Leistung wesentlich zu steigern.
Es ergibt sich eine besonders zweck mässige Ofenbauart im Hinblick auf die Unterbringung der Primärspulen, wenn von den in verschiedenen Höhen befindlichen Rinnen je eine Rinne die gleiche Primärspule umschliesst. Liegen die in den zwei oder drei verschiedenen Höhen befindlichen. Rinnen immer genau übereinander, so wird die Pri märspule senkrecht stehen; sind jedoch die Rinnen in den verschiedenen Höhen auf den Umfang des Ofens gegeneinander versetzt, so wird eine entsprechende Schrägstellung der Primärspulen notwendig.
Selbstverständlich wird man diese Schrägstellung nicht zu gross wählen. Es ist ferner eine Ausbildung des Ofens denkbar, bei welcher die Mündungen der Schmelzrinnen in verschiedener Höhe von seitwärts waagrecht oder höchstens in einem Winkel von 10 zur Horizontalen in den Schmelzraum einmünden und die Abstände der Rinnenmündimgen, im Grundriss gesehen, gleich wie in Fig. 1, 2 sind. In diesem Falle schneiden die die Schmelzrinnenachsen enthaltenden Ebenen die senkrechte Ofen mittelachse unter einem spitzen Winkel.
Die ser Winkel kann für jede Rinne gleich sein. Es ist zweckmässig, wenn bei einer solchen Neigung der Rinnenebenen die Schmelzrinnen in insgesamt zwei waagrechten Ebenen ein münden. Auch diese Bauart ermöglicht es, eine besonders grosse Anzahl von Rinnen auf dem Umfang des Ofens anzuordnen und damit dessen Leistung erheblich zu steigern. Auch dann, wenn die Mündungen jeder Rinne in verschiedenen Höhen von seitwärts in den Ofen einmünden, kann eine Primärspule von mehreren Schmelzrinnen umgeben sein.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Zahl der Schmelzrinnen drei oder auch ein Mehrfaches von drei beträgt und wenn gleich zeitig die Schmelzrinnen gleichmässig auf die Primärwicklungen und diese gleichmässig zwischen drei Phasenanschlüsse des Ofens verteilt sind. In diesem Falle werden näm lich die Vorteile der neuen Ofenbauart mit. den Vorteilen der gleichmässigen Phasenbe lastung verknüpft.
Wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, die bei den in den Ofenraum einmündenden Hälften jeder Rinne in bezug auf eine die Ofenmittel- achse enthaltende Ebene, im Grundriss ge sehen, spiegelbildlich gleich ausgebildet sind, beeinflusst jeder Ast der Schmelzrinne die Badbewegungen in gleicher Weise und gleich stark.
blan hat schon den Vorschlag gemacht, zwei waagrecht in den Ofenraum einmün dende Rinnen nebeneinander oder einander gegenüber anzuordnen und jede mit einer Pri märspule auszustatten. Auf diese Weise kön nen wohl grössere Schmelzleistungen erzielt werden, jedoch kann eine für grosse Ofen leistung völlig ausreichende und ausserdem sehr gleichmässige Badbewegung nicht ver wirklicht werden, weil dazu die Rinnen nach Zahl und Anordnung zu ungünstig ausge wählt sind. Ausserdem hat man die zwei Rin nen mittels der sogenannten Scottschen Schal tung an ein Drehstromnetz angeschlossen und musste damit eine sehr ungleichmässige Bela stung der drei Phasen mit allen ihren Nach teilen in Kauf nehmen.
Der dargestellte und beschriebene Induk tionsofen ist nicht nur hinsichtlich gleich mässiger Belastung aller drei Phasen und hin sichtlich der gleichmässigen Durchmischung der Schmelze vorteilhaft, sondern stellt auch in baulicher Beziehung eine glückliche Lö sung dar. Alle Teile sind zur senkrechten Ofenmittelachse hin orientiert. Das ermög licht die Unterbringung hoher Ofenleistungen in einer gedrängten, raumsparenden Bauart. Auch die Primärspulen sind gleichmässig über den Aussenumfang verteilt und können senk recht oder annähernd senkrecht angeordnet werden, so dass zunächst die unbedingt not wendige Kühlung der Spulen bis zu einem gewissen Grade durch natürliche Ventilation bewirkt wird.
Ausserdem bietet aber die neue Bauart auch noch hinreichend Platz zur An bringung von Kühlgeblüsen, eine Möglich keit, die beispielsweise bei Ofen mit senkrecht stehenden Rinnen nicht vorteilhaft gegeben ist, weil bei denselben die Primärspulen waagrecht angeordnet sind, was grosse seit liche Abmessungen und die Zuführung der Kühlluft von seitwärts bedingt.