CH620288A5

CH620288A5 -

Info

Publication number: CH620288A5
Application number: CH650477A
Authority: CH
Inventors: Valentin Dmitrievich Mischenko; Artur Eduardovich Mikelson
Original assignee: Valentin Dmitrievich Mischenko; Mikelson A E
Priority date: 1976-05-28
Filing date: 1977-05-26
Publication date: 1980-11-14
Also published as: SU605063A1; HU173250B; JPS5644340B2; IT1114866B; GB1520210A; DE2724489A1; CS198486B1; FR2361617A1; CA1085613A; FR2361617B1; JPS535010A; DE2724489C2; NO771812L; NO148306C; US4079920A; NO148306B; DD130741A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Metallschmelzofen, welcher einen durch gegen den Herd abgestützte und das Gewölbe tragende Wände begrenzten Hohlraum aufweist, der mit der Abstichöffnung kommuniziert, sowie mit einem über dem Spiegel der Metallschmelze angeordneten Erhitzer und einem auf die Metallschmelze einwirkenden Magnetwanderfeldinduktor versehen ist.

Der beschriebene Ofen eignet sich insbesondere zum Schmelzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen.

Der beschriebene Metallschmelzofen kann insbesondere bei Strang- und Druckgussanlagen angewendet werden, wo das geschmolzene Metall in vorgegebener Menge unmittelbar den Anlagen zugeführt wird.

Bekannt sind Metallschmelzöfen, welche einen Ofenraum aufweisen, der durch senkrechte Wände begrenzt ist, die gegen den Herd abgestützt sind und das Gewölbe tragen. Der Ofenraum ist mit feuerfestem Material ausgekleidet und in diesem sind über dem Spiegel der Metallschmelze Erhitzer angeordnet, um das Metall zu schmelzen.

In einigen Öfen werden zum Mischen des zu schmelzenden Metalls zwecks Temperaturausgleichs mechanische Vorrichtungen eingesetzt und zusätzliche Heizvorrichtungen am Herd bzw. an der Abstichstelle angeordnet, um das Erkalten und Erstarren zu verhindern. Im Ofen sind entsprechende Öffnungen zu dessen Beschickung sowie zum Abstich der Metallschmelze vorgesehen. Die Abstichöffnung liegt unter dem Metallspiegel im Ofen und ist mit einem Stocheisen verschlossen, mit dem der Abstich von Hand erfolgt und danach die Öffnung wieder zugestopft wird.

Derartige Öfen haben eine geringe Durchsatzleistung, die den gegenwärtigen Anforderungen nicht entspricht.

Ausserdem enthält das in derartigen Öfen erzeugte Metall eine bedeutende Menge von unerwünschten festen und gasförmigen Beimengungen.

Aus dem SU-Urheberschein Nr. 321 320 ist eine Vorrichtung zum Bewegen der Metallschmelze bekannt, welche auf der Ausnutzung des Magnetwanderfeldes eines Induktors beruht. Jedoch kann diese Vorrichtung bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen und nur zum Bewegen und Durchmischen von flüssigen Metallen, z.B., Quecksilber eingesetzt werden.

Mit der Entwicklung des Maschinenbaus wächst stetig der Bedarf an hochwertigen Metall an.

Die bekannten Öfen decken den Bedarf nicht, lassen sich hinsichtlich des Metallabstichs nicht automatisieren und gewährleisten die wirksame Durchmischung des Metalls während dessen Erhitzung nicht.

Dadurch entstehen Schwierigkeiten während des Ofenbetriebs.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, die genannten Schwierigkeiten zu beseitigen.

Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, einen Metallschmelzofen in einer derartigen konstruktiven Ausführung zu schaffen, welche es gestattet, dessen Durchsatzleistung zu erhöhen, die Qualität des flüssigen Fertigmetalls zu verbessern sowie den Abstich des Metalls während des Schmelzvorgangs im Ofen zu automatisieren.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass erfindunsgemäss der Magnetwanderfeldinduktor unter der Wand angeordnet ist, die unter einem stumpfen Winkel schräg zum Ofenherd im Bereich der direkten Erhitzung des Metalls durch den Erhitzer angeordnet ist, und dass auf der Seite des Magnetwanderfeldinduktors ein Blech aus nicht magnetisierbarem Material an dieser Wand befestigt ist, dessen Befestigungen eine Änderung der Blechgrösse bei dessen Erhitzen erlauben.

Die Ausführung des Ofens mit einer Schrägwand und dem darunter angeordneten Magnetwanderfeldinduktor gestattet es, das Metall über die Schrägwand abwärts zu dessen Durchmischung sowie zur Beschleunigung des Schmelzens und aufwärts zu dessen Abstich zu bewegen.

Die Bewegungsrichtung des Metalls im Ofen fällt mit der Bewegungsrichtung des Magnetwanderfeldes des Induktors zusammen, welche durch die entsprechende Phasenumschaltung des Induktorspeisestroms geändert wird.

Die Schrägwand weist im Bereich, wo der Induktor angeordnet ist, eine geringe Dicke auf, weshalb das Metall im Ofen durch das Magnetwanderfeld des Induktors beeinflusst werden kann.

Um eine Verformung der Schrägwand infolge Erhitzung zu verhindern, ist diese vorzugsweise mit dem Blech durch Bolzen verschraubt, die durch Bohrungen im Blech mit einem für die Verstellung beim Erhitzen ausreichenden Spalt durchgeführt sind, wodurch das Blech zu einer Art Gleitschirm wird.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels des Metallschmelzofens unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - den erfindungsgemässen Ofen, im Senkrechtschnitt ;

Fig. 2 - einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.

Der Ofen weist das Gehäuse 1 (Fig. 1 ) auf, in dem mit feuerfestem Material ausgekleidete Wände 2 untergebracht sind, die gegen den Herd 3 abgestützt sind und das Gewölbe 4 tragen. Im Ofenraum 5 ist über dem Spiegel 6 der Schmelze 7 ein Erhitzer 8 angeordnet, der elektrisch bzw. mit Gas betrieben wird. Eine der Wände 9 ist unter einem stumpfen Winkel (a) schräg zum Ofenherd 3 im Bereich der direkten Erhitzung des Metalls 7 angeordnet.

Unter der Schrägwand 9 (Fig. 2) ist ein Magnetwanderfeldinduktor 10 angeordnet, der zum Bewegen der Schmelze über diese Wand 9 abwärts zum Durchmischen bzw. aufwärts zum Abstich durch die Öffnung 11 (Fig. 1) bestimmt ist.

Zwischen der Schrägwand 9 und dem Magnetwanderfeldinduktor 10 ist das Blech 12 (Fig. 2) aus nichtmagnetisierbarem Material vorgesehen, das an der Schrägwand 9 mittels Bolzen (in Fig. nicht gezeigt) und entsprechender Bohrungen befestigt ist, durch welche eine Änderung der Grösse des Blechs 12 und der Wand 9 bei deren Erhitzen ermöglicht wird.

Im Ofenraum 5 (Fig. 1) ist eine geneigt angeordnete Trennwand 13 vorgesehen, die den Herd 3 nicht erreicht, oberhalb der Öffnung 11 zum Abstich des Metalls 7 über die Schrägwand 9 und im wesentlichen parallel zu dieser liegt. Die geneigt angeordnete Trennwand 13 bildet mit der Schrägwand 9 einen

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Kanal 14, der unter Einwirkung des Magnetwanderfeldinduktors 10 sowie der Erhitzer 8 steht.

Da die geneigt angeordnete Trennwand 13 aus feuerfestem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gefertigt ist, wird die Wärme von den Erhitzern 8 auf das auf der Schrägwand 9 befindliche Metall übertragen.

Ausserdem ist die geneigt angeordnete Trennwand 13 mit ihrem unteren Ende ins Metall 7 eingetaucht, wodurch der Gasaustritt aus dem Ofenraum 5 verhindert wird, der Abstich von Metall jedoch nicht behindert wird, weil sie den Herd nicht erreicht.

Die Schrägwand 9 mit dem Blech 12 aus nicht magnetisierbarem Material ist in Form eines Gleitschirms ausgebildet. Dadurch wird das Zerreissen des Ofengehäuses 1 infolge der Wärmespannungen verhindert, die durch die unterschiedlichen Dehnungstemperaturen und Wärmedehnungskoeffizienten der Werkstoffe der Wand 9, des Blechs 12 und des aus üblichem Kohlenstoffstahl gefertigten Gehäuse 1 hervorgerufen werden.

Als für das Blech 12 kann Titan verwendet werden.

Als stark wärmeleitendes Material für die geneigt angeordnete Trennwand 13 kann Korund verwendet werden.

Der Ofen funktioniert folgenderweise.

Der Ofenraum 5 (Fig. 1) wird mit dem zu schmelzenden Metall beschickt und der zum Beheizen des Ofens sowie zum Schmelzen des Metalls vorgesehene Erhitzer 8 wird eingeschaltet. Dann wird der Magnetwanderfeldinduktor 10 eingeschaltet, durch den die Bewegungsrichtung des flüssigen Metalls über die Schrägwand 9 abwärts zum Ofenherd 3 hin eingestellt wird. Die mehr erhitzten und die weniger erwärmten Metallschichten werden vermischt, wodurch der Metallschmelzvorgang wesentlich beschleunigt wird. Gleichzeitig wird beim Vermischen der Metallströme deren Temperatur vergleichmässigt. Ausserdem wird die weniger erhitzte Metallschicht durch den mehr erhitzten Metallstrom vom Herd in Richtung des Spiegels 6 der Metallschmelze 7 verdrängt, welche die von den Ofenerhitzern 8 ausgestrahlte Wärme aufnimmt.

Beim Zugeben von Legierungszusätzen zu Metallschmelze 7 wird die Erzeugung einer Legierung wesentlich beschleunigt, weil durch das Durchmischen die chemische Homogenität der gesamten Metallmasse verbessert wird.

Zum Abstich der Schmelze werden die Phasen des Induktorspeisestroms umgeschaltet sowie die Richtung des Magnetwanderfeldes gewechselt und die Metallschmelze über die Schrägwand 9 unter der geneigt angeordneten Trennwand 13 aufwärts zur Abstichöffnung 11 geleitet. Zur Regelung der abzustechenden Metallmenge bzw. zur Intensivierung der Durchmischung von Metall während des Schmelzvorganges

■iu genügt es, die am Induktor 10 anliegende Spannung entsprechend zu erhöhen.

Da der Kanal 14 stetig unter der direkten Einwirkung des Erhitzers 8 steht, ist er ausreichend durchwärmt und das Erkalten (Erstarren) der Metallschmelze darin ausgeschlossen, weswegen keine zusätzliche Heizvorrichtung für das Metall erforderlich ist.

Unter der Einwirkung des elektromagnetischen Induktorfeldes bewegt sich die Metallschmelze über die Schrägwand 9 unter der geneigt angeordneten Trennwand 13 aufwärts und durch den Kanal 14 zur Abstichöffnung 11. Die aus dem Ofen austretende Metallschmelze gelangt an die Verbrauchsstelle, z.B. zur Strang- bzw. Druckgussanlage. Die abzustechende Metallmenge wird durch die Änderung der dem Induktor zugeführten Spannung automatisch geregelt.

Im Ergebnis der mit dem beschriebenen Schmelzofen durchgeführten Versuche wurde festgestellt, dass sich die Durchmischung des Metalls sowie dessen Abstich leicht automatisieren lassen. Zur Erzeugung der Legierung wurde bedeutend weniger (um 2- bis 3 mal) Zeit benötigt und deshalb stieg der Ofendurchsatz um das 2- bis 3 fache. Ausserdem wurden Bedingungen für eine zusätzliche metallurgische Behandlung des Metalls in dem Kanal bei dessen Abstich geschaffen, wodurch der Gehalt an unmetallischen und gasförmigen Beimengungen in der abgestochenen Metallschmelze um 2 bis 5 mal reduziert wurde. Dabei betrug das Temperaturgefälle im Metallbad des Ofens 3° C (früher erreichte es 200° C). Das Ausbrennen der Nutzkomponenten des Metalls ist um 20% gesunken. Ausserdem ist die chemische Homogenität des geschmolzenen Metalls gestiegen. Der Abstich der Metallschmelze wurde nach einem Programm geführt und erreichte 120 t/h.

Ein Versuchsabstich der Metallschmelze aus dem Mischer in die Kokillen einer Giessanlage während der Gusslockerzeugung wurde ohne Luftzutritt durchgeführt. Das Vergiessen des Metalls wurde sowie von Hand, als auch automatisch geregelt. Die Dosiergenauigkeit erreichte beim automatischen Betrieb ± 1,5 mm von der eingestellten Metallhöhe in der Kokille. Durch die zusätzliche Behandlung des abzustechenden Metalls wurde der Gehalt an gasförmigen Beimengungen um 70% und an festen Beimengungen um 5- bis 6 mal verringert.

Der beschriebene Ofen hat eine einfache Konstruktion und ist zuverlässig im Betrieb. Die Standzeit des Kanals (der Schrägwand und der geneigt angeordneten Trennwand) war der der Ofenauskleidung gleich. Der Energieverbrauch betrug 2 bis 6 kWh pro lt des abzustechenden bzw. des zu mischenden Metalls.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

620 288 2 PATENTANSPRÜCHE

1. Metallschmelzofen, welcher einen durch gegen den Herd abgestützte und das Gewölbe tragende Wände begrenzten Hohlraum aufweist, der mit der Abstichöffnung kommuniziert, sowie mit einem über dem Spiegel der Metallschmelze angeordneten Erhitzer und einem auf die Metallschmelze einwirkenden Magnetwanderfeldinduktor versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetwanderfeldinduktor (10) unter der Wand (9) angeordnet ist, die unter einem stumpfen Winkel (a) schräg zum Ofenherd (3) im Bereich der direkten Erhitzung des Metalls (7) durch den Erhitzer (8) angeordnet ist, und dass auf der Seite des Magnetwanderfeldinduktors (10) ein Blech (12) aus nicht magnetisierbarem Material an dieser Wand (9) befestigt ist, dessen Befestigungen eine Änderung der Grösse des Blechs (12) bei dessen Erhitzen erlauben.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dessen Hohlraum (5) eine geneigt angeordnete Trennwand (13) vorgesehen ist, die unter den Spiegel der Metallschmelze im Ofen reicht, jedoch den Herd (3) nicht erreicht, und oberhalb der Abstichöffnung über der Schrägwand (9) und im wesentlichen parallel zu dieser Wand (9) liegt.