Verfahren zum Betrieb von Niederfrequenz-Induktionssehmelzöfen mit Stahltiegel. Beim Betrieb von Induktionstiegelöfen er geben sieh vielfach Schwierigkeiten, die auf eine mangelhafte Beherrsehung der Bad- kn (Wallung) des geschmolzenen Me talleu zurückzuführen sind, die durch die in dem Sehiirelzgut induzierten Ströme hervor gerufen wird.
Die Stärke der Badbewegung hängt von verschiedenen Faktoren ab, so von der im Sehmelzgut erzeugten Leistung, dem spezifischen C;ewicht und der elektrischen Leitfähigkeit der Metallschmelze sowie der Frequenz des induzierenden Stromes.
Die Fre quenz wirkt. sieh insofern aus, als bei nie deren Frequenzen die Eindringtiefe des Stro mes in das Schmelzbad grösser ist und da durch grössere Bewegungskräfte erzeugt wer den. Infolgedessen ist die Badbewegung bei einem Niederfrequenz-Tiegelofen wesentlich grösser als bei Induktionsöfen, die mit hö lierer Frequenz betrieben wrden. Dies ist ein Grund dafür, warum sieh der Nieder frequenz-Induktionsofen in vielen Fällen nicht durchsetzen konnte.
Man ist nun neuerdings dazu übergegan gen, insbesondere für das Schmelzen von Leichtmetallen, Induktionstiegelöfen zu ver wenden, bei denen der Tiegel aus Stahl her gestellt ist. Da diese Stahltiegel den grössten Teil der induzierten Leistung aufnehmen, er gibt sich, dass die Badbewegung auch bei mit Niederfrequenz betriebenen Öfen stark einge schränkt ist. Trotzdem hat sich aber gezeigt, dass iii vielen Fällen die Badbewegung immer noch zu stark ist., da gerade beim Schmelzen von Leichtmetallen wegen der Gefahr der er höhten Sauerstoff- und Gasaufnahme ein sehr ruhiges Schmelzbad gefordert werden muss.
Dies trifft besonders für Magnesium zu, da beim Einschmelzen von 3lagnesium bei zu starker Badbewegung die Oxydationsprodukte leicht in Brand geraten können.
Da nun die Badbewegung von der in der Schmelze induktiv übertragenen Leistung ab hängt, hat man auch schon vorgeschlagen, die Badbewegung durch Vergrösserung der Tiegelwandstärke zu begrenzen. Dureh eine Vergrösserung der -Wandstärke des Tiegels wird nämlich ein entsprechend grösserer An teil der Leistung von dem Stahltiegel aufge nommen, so dass die in der Schmelze indu zierte Leistung entsprechend zurückgeht.
Bei Anwendung einer hohen spezifischen Flächen belastung, wie sie für einen schnellen Ein- schmelzvorgang erforderlich ist, werden dann aber so grosse Wandstärken notwendig, dass das Tiegelgewicht in einem sehr ungünstigen Verhältnis zum Inhalt, des Tiegels steht. Ab gesehen davon, hat auch die grössere Wand stärke und damit das grössere Tiegelgewieht einen ungünstigen Einfluss auf den Gesamt wirkungsgrad des Ofens, weil der Tiegel jedesmal mithochgeheizt werden muss. Ausser dem besteht eine erhöhte Gefahr, dass sich am Tiegel Risse bilden, da im Innern der starken Tiegelwand leicht gefährliche Wärmespannun gen auftreten können.
Es ist weiterhin vorgeschlagen worden wenn auch nicht im Zusammenhang mit Stahl tiegeln - die Badbewegung bei Induktions schmelzöfen dadurch zu unterbinden, dass der Badspiegel der Schmelze um ein gewisses Mass über der induzierenden Spule gehalten wird, derart, dass der statische Druck der Schmelze oberhalb der Induktionsspule aus reicht, um die Badbewegung ganz oder weit gehend zu unterdrücken.
Dies bringt aber einen Verlust an beheizter Tiegelwandfläehe und damit ein ungünstiges Verhältnis zwi schen Tiegelinhalt und Ofenleistung mit sich, denn solange das Schmelzgut stückig ist und das ist während des grössten Teils der gesamten Schmelzzeit der Fall - kann die Wärmeübertragung von der Tiegelwand auf das Gut praktisch nur durch Strahlung er folgen. Dazu ist aber eine gewisse Übertem peratur erforderlich, die mit der zu übertra genden Leistung ansteigt. Die Leistung lässt sich aber nicht beliebig vergrössern, da der Tiegelwerkstoff die anwendbare Übertempera- tur begrenzt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu grunde, ein Verfahren zum Betrieb von Nie derfrequenz-InduktionssehmeIzöfen mit Stahl tiegel mi entwickeln, mit welchem ein rasches Einschmelzen des Gutes gewährleistet, die wirksame Tiegelwandfläche möglichst voll ständig ausgenutzt und bei dem die Bad- bewegimg (Wallung) trotzdem gering gehal ten wird.
Nach der Erfindung wird die Auf gabe durch ein Verfahren gelöst, nach wel chem beim Einschmelzen festen Gutes zu nächst alle Induktionsspulen eingeschaltet werden und anschliessend während des Schmelzprozesses jeweils der Teil der Induk tionsspulen abgeschaltet oder in seiner Lei stung vermindert wird, der sich in unmittel barer Nähe des jeweiligen Badspiegels be findet.
Zunächst wird also der Tiegel, solange er noch mit stückigem Gut gefüllt ist, in seiner ganzen Höhe induktiv beheizt, wobei mit der höchsten, mit Rücksicht auf den Tie- gelwerkstoff zulässigen Leistung gefahren wird. Unter der Gesamttiegelhöhe ist dabei die Höhe zu verstehen, bis zu der der Tiegel normalerweise mit Gut gefüllt wird. Wenn dann das Gut zu schmelzen beginnt, füllt sich der Tiegel vom Boden her langsam mit flüs sigem Metall.
Damit die Schmelze nicht in zu starke Wallung kommt, wird nunmehr der untere Teil der Heizung abgeschaltet oder in seiner Leistung herabgesetzt, während im obern Teil die starke Beheizung beibehalten wird. Bei fortschreitender Abschmelzung, hei der der Badspiegel entsprechend steigt, wird dann jeweils der Teil der Induktionsspulen abgeschaltet oder in seiner Leistung ver mindert, der sich in unmittelbarer Nähe des jeweiligen Badspiegels befindet, wodurch wie derum eine unzulässig grosse Badbewe_ung vermieden wird.
Um eine solche zonenweise Regelung der Beheizung zu ermöglichen, werden die In duktionsspulen des Ofens in an sieh bekann ter Weise in mehrere übereinander angeord nete Teilspulen aufgeteilt.. Die zonenweise Re gelung der Beheizung kann dabei so vorge nommen werden, dass eine oder mehrere In duktionsspulen ganz abgeschaltet oder durch Anwendung der Dreieek-Stern-Sehalturig oder einer sonstigen bekannten Schaltung zur Her absetzung der Leistung mit verminderter Lei stung betrieben werden.
Wenn die Sehmelze den Tiegel zum Beispiel bis zur Hälfte an füllt, wird der mittlere Teil der Beheizung gedrosselt oder ganz abgeschaltet, während der obere und untere Teil der Beheizung eingeschaltet bleiben. Man kann dabei im un tern Teil des Tiegels stets so viel Leistun# einschalten, wie die statiselie Höbe der Flüs sigkeitssäule erlaubt, das heisst die Flüssig keitssäule, die über dem induktiv beheizten Teil des Bades steht, muss so hoch sein, dass die an der Oberfläelie des Bades entstehende Wallung in mässigen Grenzen bleibt.
Darüber hinaus kann auch der oberhalb des Badspie- gels befindliche Teil. des Tiegels weiter be heizt werden, so dass von dort aus dem Tie- gelinhalt auch noch Wärme durch Leitung und Strahlung zugeführt wird.
Ist dann das ganze Gut abgeschmolzen und der Tiegel bis zu seiner normalen Höhe mit flüssigem Gut angefüllt, so werden nach Massgabe der vor- stehend aufgestellten Regel eine oder mehrere der obern, in der Höhe des Badspiegels be findlichen Induktionsspulen abgeschaltet oder in ihrer Leistung herabgesetzt, während die untern Spulen voll. eingeschaltet bleiben, wo bei auch hier wiederum die abzuschaltende Höhe so zu bemessen ist, dass die -Badbewe- gning durch die statische Höhe der ungeheizten Schmelze in zulässigen Grenzen gehalten wird..
In Weiterbildung der Erfindung kann die durch das Abschalten der obern Spule be dingte verringerte Leistung des Ofens da durch wieder ausgeglichen werden, dass nun mehr die Spulen, die sich unterhalb der ab geschalteten oder mit geringer Leistung be triebenen Spulen befinden, mit einer der Verminderung etwa entsprechenden erhöhten Leistung betrieben werden.
Diese Leistungs steigerung ist zulässig, da nunmehr die Wärmeübertragung nicht mehr durch Strah lung, sondern durch unmittelbaren Wärme= übergang von der Tiegelwand zur Schmelze stattfindet, wozu wesentlich geringere IJber- temperaturen notwendig sind, da die Wärme übergangszahl bei dem unmittelbaren Wärme übergang von der Tiegelwandung zu der bewegten flüssigen Schmelze gegenüber der Wärmeübertragung durch Strahlung wesent lich höher liegt und somit (las :Mehrfache an Leistung übertragen werden kann, ohne dass die Tiegelwand unzulässige Temperaturen annimmt.
Durch die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ist. es möglich, Stahltiegel mit verhältnismässig geringen, allein mit Rücksicht auf die mechanische Festigkeit be messenen Wandstärken zu benutzen. Damit wird aber der Wirkungsgrad des Ofens we sentlich besser, da bei der Inbetriebnahme des Ofens jeweils ein weit geringeres Tiegel gewicht aufzuheizen ist.. Auch die Grösse und damit der Preis des Ofens werden dadurch günstig beeinflusst.