CH285612A - Method for operating low-frequency induction melting furnaces with steel crucibles. - Google Patents

Method for operating low-frequency induction melting furnaces with steel crucibles.

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CH285612A
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German (de)
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Aktiengesellschaft Brown B Cie
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Bbc Brown Boveri & Cie
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/06Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/067Control, e.g. of temperature, of power for melting furnaces

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)

Description

  

  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.



  Method for operating low-frequency induction Sehmel furnaces with steel crucibles. In the operation of induction crucible furnaces, there are many difficulties that can be traced back to insufficient control of the baths (flushing) of the molten metal, which is caused by the currents induced in the visual material.

   The strength of the bath movement depends on various factors, such as the power generated in the silt material, the specific carbon weight and the electrical conductivity of the metal melt as well as the frequency of the inducing current.

   The frequency works. look insofar as at never their frequencies the penetration depth of the current into the weld pool is greater and there are generated by greater motive forces. As a result, the bath movement in a low-frequency crucible furnace is much greater than in induction furnaces that would be operated at a higher frequency. This is one reason why the low-frequency induction furnace was unable to gain acceptance in many cases.



  It has now recently transitioned to use, in particular for the melting of light metals, induction crucible furnaces in which the crucible is made of steel. Since these steel crucibles take up most of the induced power, the fact that the bath movement is severely restricted even with furnaces operated with low frequency. Nevertheless, it has been shown that in many cases the bath movement is still too strong, since a very calm weld bath must be required when melting light metals due to the risk of increased oxygen and gas absorption.

    This is particularly true for magnesium, since if 3lagnesium is melted down too much, the oxidation products can easily catch fire.



  Since the bath movement now depends on the power inductively transmitted in the melt, it has already been proposed to limit the bath movement by increasing the crucible wall thickness. By increasing the wall thickness of the crucible, a correspondingly larger proportion of the power is taken up by the steel crucible, so that the power induced in the melt decreases accordingly.

   If a high specific surface loading is used, as is necessary for a rapid melting process, then such great wall thicknesses are necessary that the crucible weight is in a very unfavorable relationship to the contents of the crucible. Apart from that, the greater wall thickness and thus the greater crucible weight also has an unfavorable influence on the overall efficiency of the furnace, because the crucible has to be heated up every time. There is also an increased risk of cracks forming in the crucible, as dangerous thermal stresses can easily occur inside the strong crucible wall.

        It has also been proposed, albeit not in connection with steel crucibles, to prevent the bath movement in induction melting furnaces by keeping the bath level of the melt above the inducing coil by a certain amount, so that the static pressure of the melt above the induction coil sufficient to suppress the bath movement completely or largely.

   However, this results in a loss of heated crucible wall surface and thus an unfavorable relationship between the crucible content and furnace output, because as long as the material to be melted is lumpy and that is the case for most of the entire melting time, the heat transfer from the crucible wall to the material can be practical can only be followed by radiation. To do this, however, a certain overtemperature is required, which increases with the power to be transmitted. However, the output cannot be increased at will, since the crucible material limits the excess temperature that can be used.



  The invention is now based on the task of developing a method for operating low-frequency induction melting ovens with steel crucibles with which the material is melted down quickly, the effective crucible wall surface is used as fully as possible and in which the bath movement (boiling) is still kept low.

   According to the invention, the task is solved by a method according to which all induction coils are switched on when melting solid goods and then the part of the induction coils is switched off during the melting process or reduced in its performance, which is in immediate cash Near the respective bathroom level.

   First of all, as long as the crucible is still filled with lumpy material, it is inductively heated in its entire height, with the highest power permissible with regard to the crucible material being operated. The total crucible height is to be understood as the height up to which the crucible is normally filled with material. When the material begins to melt, the crucible slowly fills with liquid metal from the bottom.

   So that the melt does not boil too much, the lower part of the heating is now switched off or its output is reduced, while the strong heating is maintained in the upper part. As the melting progresses, i.e. the bath level rises accordingly, that part of the induction coils that is in the immediate vicinity of the respective bath level is switched off or reduced in its power, which in turn prevents an inadmissibly large bath movement.



  In order to enable such a zone-wise control of the heating, the induction coils of the furnace are divided into several sub-coils arranged one above the other in a well-known manner. The zone-wise regulation of the heating can be done so that one or more induction coils completely switched off or operated by using the Dreieek-Stern-Sehalturig or some other known circuit to reduce the performance Her with reduced performance.

   If, for example, the sea salt fills the crucible halfway, the central part of the heating is throttled or switched off completely, while the upper and lower part of the heating remain switched on. You can always switch on as much power in the lower part of the crucible as the static height of the liquid column allows, i.e. the liquid column that is above the inductively heated part of the bath must be so high that that at the The surge on the surface of the bath remains within moderate limits.

   In addition, the part located above the bathroom level can also be used. of the crucible can be further heated, so that from there the contents of the crucible are also supplied with heat by conduction and radiation.

   If the entire material is then melted and the crucible is filled to its normal height with liquid material, one or more of the upper induction coils located at the level of the bath level are switched off or their power reduced in accordance with the rule set out above, while the lower bobbins are full. remain switched on, where the height to be switched off is to be dimensioned in such a way that the bath movement is kept within permissible limits by the static height of the unheated melt.



  In a further development of the invention, the reduced performance of the furnace due to the switching off of the upper coil can be compensated for by the fact that the coils that are located below the switched off or low-power coils are now more with one of the reduction corresponding increased power can be operated.

   This increase in output is permissible because the heat transfer no longer takes place by radiation, but by direct heat transfer from the crucible wall to the melt, for which much lower excess temperatures are necessary, since the heat transfer coefficient is the direct heat transfer from the crucible wall to the moving liquid melt compared to the heat transfer by radiation is significantly higher and thus (read: multiple times the power can be transferred without the crucible wall assuming inadmissible temperatures.



  By using the method according to the invention is. it is possible to use steel crucibles with relatively small wall thicknesses that are measured solely with regard to mechanical strength. However, this increases the efficiency of the furnace considerably, since a far lower crucible weight has to be heated when the furnace is put into operation. The size and thus the price of the furnace are also positively influenced by this.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verfahren zum Betrieb von Niederfre- quenz-InduktionsschmeIzöfen mit Stahltiegel, die mehrere übereinander angeordnete, für sich schaltbare Induktionsspulen und damit Heizzonen besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einschmelzen festen Gutes zunächst alle Spulen eingeschaltet werden und dass anschliessend nach Abschmelzen des gesam ten Inhaltes jeweils der Teil der Induktions spulen abgeschaltet oder in seiner Leistung vermindert wird, der sich in unmittelbarer Nähe des jeweiligen Badspiegels befindet.. PATENT CLAIM A method for operating low-frequency induction melting ovens with steel crucibles, which have several switchable induction coils and thus heating zones arranged one above the other, characterized in that when solid material is melted, all coils are switched on first and then after the entire contents have been melted the part of the induction coils that is located in the immediate vicinity of the respective bathroom surface is switched off or its output is reduced. UNTERANSPRUCH: Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspulen, die sich unterhalb dex abgeschalteten oder mit ge ringerer Leistung betriebenen Spulen befin den, mit einer der Verminderung etwa ent sprechend erhöhten Leistung betrieben wer den. SUBSTANTIAL CLAIM: Method according to patent claim, characterized in that the induction coils, which are located below dex switched off or operated with lower power, are operated with a power that is roughly corresponding to the reduction.
CH285612D 1948-12-31 1951-01-18 Method for operating low-frequency induction melting furnaces with steel crucibles. CH285612A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1216456B (en) * 1963-09-25 1966-05-12 Demag Elektrometallurgie Gmbh Method and device for keeping the furnace output constant in an induction crucible melting furnace with a subdivided induction coil

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1216456B (en) * 1963-09-25 1966-05-12 Demag Elektrometallurgie Gmbh Method and device for keeping the furnace output constant in an induction crucible melting furnace with a subdivided induction coil

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