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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von Schlacke von der Oberfläche einer Schmelze aus mindestens einem Induktionsschmelzofen.
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Während des Schmelzprozesses von Metallen bzw. Metallverbindungen in Induktionsschmelzöfen bildet sich Schlacke, die auf der Schmelze schwimmt. Ein besonders hohes Schlackeaufkommen während des Schmelzprozesses tritt beim Schmelzen des sogenannten vorreduzierten Eisens (Eisenschwammes) auf, da ein derartiges Material einen hohen Gangartanteil von typischerweise 10 % bzw. eine geringe Metallisierung von typischerweise 90 % aufweist.
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Die im Induktionsschmelzofen anfallende Schlacke muss während des Schmelzprozesses laufend entfernt werden. Mit dieser Problematik befasst sich die vorliegende Erfindung.
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Aus der
DE 12 63 044 A ist eine Vorrichtung zum Entfernen von Schlacke bekannt, die einen um einen Drehpunkt mit vertikaler Drehachse drehbaren Arm, eine an einem Ende des Armes angeordnete Halterung mit Führung für einen auf- und abbewegbaren Schlitten und eine am Schlitten angeordnete Entschlackungsvorrichtung in Form eines Greifers mit öffenbaren und schließbaren Greifelementen aufweist. Hierbei befindet sich die Halterung mit Führung für den auf- und abbewegbaren Schlitten am Drehpunkt des drehbaren Armes zur Durchführung einer Vertikalbewegung der Entschlackungsvorrichtung und muss daher der gesamte Arm relativ zur Halterung auf- und abbewegt werden, wodurch eine relativ große Masse bewegt werden muss. Darüber hinaus muss der Bereich des Drehpunktes des Armes für die Durchführung der Vertikalbewegung des Armes freigehalten werden.
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Aus der
DE 66 08 627 U ist eine Abschlackvorrichtung für Tiegelschmelzöfen bekannt, bei der eine Entschlackungsvorrichtung entlang einer linearen Bahn hin- und herbewegt wird.
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Aus der
DE 38 36 439 A1 ist eine Greifvorrichtung für Manipulatoren bekannt, die zueinander bewegliche Greifer aufweist, zwischen denen in der Greifstellung ein Gegenstand aufnehmbar und haltbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit der eine Entschlackung eines derartigen Induktionsschmelzofens während des Schmelzprozesses auf besonders einfache und bedienungsfreundliche Art durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung sieht eine Vorrichtung zum Entfernen von Schlacke, d.h. eine Vorrichtung zum Abschlacken von Schmelzen, vor, die sich besonders einfach und bequem handhaben lässt. Sie kann von einer Bedienungsperson auf teilautomatisierte oder vollautomatisierte Weise betätigt werden. Es sind geeignete Antriebseinrichtungen vorgesehen, mit denen die entsprechenden Bewegungen des Armes, des Schlittens und der Greiferelemente nach Ansteuerung durch die Steuereinrichtung durchgeführt werden. Der Steuereinrichtung ist eine Bedienungseinrichtung zugeordnet, mittels der sie zum Ansteuern und Betreiben der entsprechenden Antriebseinrichtungen betätigt wird.
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Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist der Drehpunkt des Armes auf dem Dach einer Kabine für eine Bedienungsperson angeordnet. Die Bedienungsperson kann bei dieser Ausführungsform die Vorrichtung besonders gut visuell steuern bzw. überwachen.
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Die dem Arm zugeordnete Antriebseinrichtung bewirkt eine Drehbewegung des Armes um einen Drehpunkt mit vertikaler Drehachse, wobei der Schlitten mit Entschlackungsvorrichtung, der am Ende des Armes an einer Halterung mit Führung angeordnet ist, eine Kreisbahn durchläuft, auf der sich der zu entschlackende Induktionsschmelzofen befindet. Dabei ist die Vertikalachse dieses Ofens etwa auf dieser Kreisbahn angeordnet, so dass der Greifer bzw. Exkavator in den Ofen abgesenkt und die dort befindliche Schlacke durch Schließen der Greifelemente erfassen kann. Nach dem Schließen der Greifelemente wird der Greifer wieder nach oben aus dem Ofen herausbewegt, wonach der Greifer entlang der Kreisbahn in eine Schlackenabgabeposition bewegt wird, in der die Greiferelemente wieder geöffnet werden und die Schlacke abgegeben wird.
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Auf diese Weise wird somit die Schlackenschicht auf der Oberfläche einer Schmelze aus dem Induktionsschmelzofen entfernt.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung setzt sich somit aus der eigentlichen Entschlackungsvorrichtung, die als Greifer bzw. Exkavator ausgebildet ist, und einem Manipulator für die Entschlackungsvorrichtung zusammen, der eine Auf- und Abbewegung und eine Drehbewegung der Entschlackungsvorrichtung bewirkt. Bei der Entschlackungsvorrichtung selbst handelt es sich um eine kompakt ausgebildete Vorrichtung, die lediglich die Funktion besitzt, mithilfe der Greifelemente einen Teil der Schlacke zu ergreifen und diesen Teil der Schlacke an einer geeigneten Schlackeabgabeposition wieder abzugeben. Hierzu werden die Greifelemente mithilfe der zugehörigen Antriebseinrichtung geöffnet und geschlossen.
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Der Arm wird um den vorgesehenen Drehpunkt gedreht und kann eine Reihe von Positionen einnehmen, die auf der erwähnten Kreisbahn angeordnet sind. Bei diesen Positionen handelt es sich vorzugsweise um eine Ruheposition, eine Entschlackungsposition, eine Warteposition und eine Schlackenabgabeposition. In der Entschlackungsposition befindet sich die Entschlackungsvorrichtung über der Öffnung eines Induktionsschmelzofens. In der Ruheposition befindet sich die Vorrichtung außer Betrieb. Die Warteposition nimmt der Arm ein, bevor er die Schlackenabgabeposition erreicht.
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Bei der den Arm, die Halterung mit Führung und den Schlitten umfassenden Manipulatorkonstruktion handelt es sich vorzugsweise um eine selbsttragende Einheit, wobei insbesondere alle elektrischen und mechanischen Teile für die Funktionsweise des Manipulators, wie Motoren, Schalter, Steuerelemente etc., in die Konstruktion integriert sind. Der Drehpunkt kann sich auf einer geeigneten Lagereinrichtung befinden, die beispielsweise in Form einer Basisplatte ausgebildet sein kann. Der Greifer ist am Schlitten fixiert, beispielsweise mithilfe eines Rechteckflansches.
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Ziel der Erfindung ist es, die Schlackenentfernung auf einfache und bequeme Weise durchführen zu können. Hierzu sind die Bedienungseinrichtung, die Steuereinrichtung und die Antriebseinrichtungen zur Durchführung eines manuell gesteuerten, teilautomatisierten und/oder vollautomatisierten Betriebes ausgebildet. Manuell gesteuert heißt hierbei, dass eine Bedienungsperson durch Betätigung von Druckknöpfen oder einer geeigneten Tastatur unter visueller Beobachtung die entsprechenden Bewegungen des Armes, Schlittens und der Greiferelemente steuert. Bei einem teilautomatisierten Betrieb drückt die Bedienungsperson beispielsweise einen Druckknopf und bewirkt dadurch, dass der Arm, der Schlitten und/oder die Greiferelemente einen vorprogrammierten Bewegungsablauf ausführen. Bei einem vollautomatisierten Betrieb schaltet die Bedienungsperson die Vorrichtung lediglich ein und aus, während der gesamte Betrieb vollautomatisch abläuft. Natürlich sind auch Zwischenstufen der vorstehend beschriebenen Operationsmöglichkeiten durchführbar.
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Die Stopp/Endpositionen des Armes, des Schlittens und/oder der Greifelemente können beispielsweise durch Endschalter festgelegt sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Stopp/Endpositionen des Armes, des Schlittens und/oder der Greifelemente durch kontinuierliche Wegmesssysteme erfasst werden. Diese Positionen können auch auf zeitgesteuerte Weise (durch entsprechende Durchführung eines vorprogrammierten Bewegungsablaufes) ausgeführt werden.
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Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen den Kontakt der Entschlackungsvorrichtung bzw. des Greifers mit der Schlacke feststellenden Sensor auf, der in Abhängigkeit von einem Kontakt die Steuereinrichtung zum Abstoppen der Antriebseinrichtung des Schlittens ansteuert und diese stoppt. Der Sensor kann hierbei beispielsweise in Abhängigkeit von einer bestimmten Eintauchtiefe des Greifers in die Schlacke ein Abstoppen der Antriebseinrichtung des Schlittens bewirken. In dieser Position können sich dann die Greifelemente schließen und einen Teil der zu entfernenden Schlacke erfassen. Durch Aufwärtsbewegen des Schlittens wird dann die Entschlackungsvorrichtung wieder aus dem Ofen entfernt.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine Einrichtung zum berührungslosen Messen der jeweils aktuellen Oberkante der Schlackenschicht auf, um auf diese Weise den Schlitten ansteuern zu können. Insbesondere kann diese Einrichtung zum berührungslosen Messen eine Einrichtung zur Laufzeitmessung elektromagnetischer Wellen, insbesondere zur Radarmessung, oder eine Einrichtung zur Laufzeitmessung akustischer Wellen, insbesondere zur Ultraschallmessung, sein. Auch kann die Einrichtung zum berührungslosen Messen durch eine Einrichtung zur Durchführung von lichtoptischen Verfahren, insbesondere zur Kantenkontrastmessung, gebildet sein. Eine weitere Variante besteht darin, dass die Einrichtung zum berührungslosen Messen eine Einrichtung zur Durchführung des Triangulationsverfahrens, insbesondere unter Einsatz eines Lasers, ist. In jedem Fall wird die jeweilige aktuelle Oberkante der Schlackenschicht gemessen und in Abhängigkeit davon die Bewegung des Schlittens bzw. Greifers gesteuert.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Einrichtung zur Ermittlung der jeweiligen Lage der Schlackenschicht aus dem Gewicht des chargierten Einsatzgutes auf. In Abhängigkeit von der ermittelten Lage wird die Bewegung des Schlittens bzw. Greifers gesteuert.
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Es versteht sich, dass die vom Arm getragene Halterung mit Führung mit Abstand über dem zugehörigen Induktionsschmelzofen angeordnet ist. Die eigentliche Entschlackungsvorrichtung ist mithilfe des Schlittens entlang der vorzugsweise als längliches Element ausgebildeten Halterung mit Führung auf- und abbewegbar. Hierbei hängt die Entschlackungsvorrichtung vorzugsweise vom Schlitten nach unten, so dass ein Eintauchen der Entschlackungsvorrichtung in den Ofen in einer unteren Schlittenstellung möglich ist.
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Die Abwärtsbewegung des Schlittens mit der daran befestigten Entschlackungsvorrichtung kann, wie vorstehend erwähnt, sensorisch gesteuert werden. Sie kann jedoch auch im einfachsten Fall von einer Bedienungsperson manuell durch visuelle Beobachtung gesteuert werden, oder über eine vorprogrammierte Bewegungssequenz.
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Die Bedienungseinrichtung des Manipulators ist vorzugsweise als Paneel mit Druckknöpfen/Tasten oder als Touch-Panel ausgebildet. Durch manuelle Betätigung dieser Druckknöpfe/Tasten oder durch Berührung des Touch-Panels können dabei die unterschiedlichsten Funktionen ausgelöst werden, beispielsweise Ein/Ausschalten, Steuern der Drehbewegung des Armes, Aufwärtsbewegen/Abwärtsbewegen des Schlittens, Schließen oder Öffnen der Greifelemente etc. Die Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass durch Bedienung eines einzigen Druckknopfes/einer einzigen Taste die Steuereinrichtung mehrere Antriebseinrichtungen in Sequenz automatisch ansteuert.
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Es wurde bereits erwähnt, dass die eigentliche Entschlackungsvorrichtung (der Greifer bzw. Exkavator), die am auf- und abbeweglichen Schlitten fixiert ist, eine Kreisbahn bzw. Teilkreisbahn durchläuft, auf der der entsprechende zu entschlackende Induktionsschmelzofen angeordnet ist. Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass es von Vorteil ist, wenn die Achse des Greifers (Exkavators) relativ zur Achse eines Induktionsschmelzofens, der auf dieser Kreisbahn angeordnet ist, geringfügig radial nach außen versetzt ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Greifer bei seiner Bewegung in jedem Fall nicht mit dem Bereich der Innenseite des Ofens kollidiert, der radial innen liegt.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung dient zum Entschlacken von mindestens einem Induktionsschmelzofen. Vorzugsweise ist die Vorrichtung zur Schlackenentfernung von zwei benachbarten Induktionsschmelzöfen ausgebildet, die auf der vom Arm durchfahrenen Kreisbahn angeordnet sind. Bei dieser speziellen Ausführungsform weist die vom Arm durchgeführte Drehbewegung vorzugsweise eine gemeinsame Ruheposition und eine Entschlackungsposition, Warteposition sowie Schlackenabgabeposition für jeden Induktionsschmelzofen auf. Geht man dabei insgesamt von einer Kreisbahn aus, so ist die Ruheposition vorzugsweise in der Mitte dieser Bahn angeordnet, während jeweils eine Entschlackungsposition, Warteposition und Schlackenabgabeposition auf einem Halbkreis angeordnet ist, sich diese Positionen somit gegenüberliegen (bezogen auf den Drehpunkt des Armes bzw. den Mittelpunkt des Kabinendaches).
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Ein Vorteil der Kreisbahnausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der zentralen, an geeigneter Stelle gewählten Position für den Drehpunkt bzw. die vertikale Drehachse besteht darin, dass weitere radiale Bewegungen des Schlittens bzw. der Entschlackungsvorrichtung zum Erreichen der verschiedenen Arbeits- und Wartungspositionen eingespart werden können, da sämtliche Positionen auf dieser Kreisbahn angeordnet sind. So kann eine Vielzahl von Induktionsschmelzöfen auf dieser Kreisbahn angeordnet sein, die alle von einer einzigen Vorrichtung bedient werden. Auch können beliebig viele Ruhe- oder Wartungspositionen auf dieser Kreisbahn angeordnet sein.
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Vorzugsweise wird jede Bewegung der Vorrichtung nur so lange durchgeführt, wie das entsprechende Element (Druckknopf) der Bedienungseinrichtung aktiviert bzw. gedrückt ist. Auf diese Wiese wird die Funktionsweise der Vorrichtung immer von der Bedienungsperson der Vorrichtung bzw. des Induktionsschmelzofens überwacht. Eine vollständig automatisierte Funktionsweise wird vorzugsweise aus Sicherheitsgründen nicht durchgeführt.
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Die Basisfunktionen der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- Drehen des Armes um einen Drehpunkt bzw. eine vertikale Achse in die verschiedenen, vorstehend erwähnten Positionen,
- Anheben und Absenken der am Schlitten fixierten Entschlackungsvorrichtung,
- Öffnen und Schließen der Greifelemente zum Erfassen und Abgeben der Schlacke,
- Öffnen und Schließen der Greifelemente für Wartungs- und Reinigungszwecke des Greifers.
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Der Operationszyklus der Vorrichtung beginnt beispielsweise in der Ruheposition des Armes bzw. der Entschlackungsvorrichtung. In dieser Position hängt die offene Entschlackungsvorrichtung beispielsweise über einem mit einem Trennmittel gefüllten Gefäß. Nach dem Entfernen des Beschickungssystems für den Schmelzofen und nach dem Schließen der Ofenhaube kann die Entschlackungsvorrichtung dann an dem nunmehr geschlossenen Ofen vorbei bis in die Warteposition gedreht werden, wobei diese Bewegung nur dann durchgeführt wird, wenn ein Druckknopf gedrückt ist. Der Ofen wird dann wieder geöffnet, und die Entschlackungsvorrichtung kann über der Ofenöffnung angeordnet werden.
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Durch Drücken eines Druckknopfes kann die Entschlackungsvorrichtung dann in den Ofen abgesenkt werden. Wenn die Bedienungsperson durch visuelle Beobachtung feststellt, dass die Schlackenoberfläche erreicht ist, wird der Druckknopf freigegeben, so dass die Absenkbewegung gestoppt wird. Die Greifelemente werden geschlossen, und die Entschlackungsvorrichtung wird aus dem Ofen herausbewegt.
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Bei einer anderen Variante wird eine radargestützte Schlackenoberflächendetektion durchgeführt. Hierbei wird die jeweilige Höhe der abgesenkten Entschlackungsvorrichtung mit einem Eingabesignal eines externen Radarsensors verglichen. Sobald der Druckknopf freigegeben wird oder das durch Radar gemessene Niveau erreicht ist, wird die Absenkbewegung gestoppt, werden die Greifelemente geschlossen und wird die Vorrichtung wieder angehoben.
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Nach dem Anheben der die Schlacke tragenden Entschlackungsvorrichtung kann diese in eine Schlackenabgabeposition über einem Schlackebehälter gedreht, auf eine spezielle Höhe abgesenkt und geöffnet werden. Danach kann die leere Entschlackungsvorrichtung wieder in ihre Ruheposition zurückgedreht, in das Trennmittel bzw. Reinigungsmittel eingetaucht und dann wieder zum Trocknen angehoben werden. Als Alternative kann ein zweiter Entschlackungsvorgang anstelle einer Rückkehr in die Ruheposition sofort initiiert werden.
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Als besondere Sicherheitsvorkehrung kann vorgesehen werden, dass dann, wenn sich die Entschlackungsvorrichtung innerhalb des Ofens befindet, diese nach einer bestimmten einstellbaren Zeitspanne automatisch angehoben werden muss. Hierdurch wird die Entschlackungsvorrichtung gegenüber einer Erhitzung durch die Wärmestrahlung des Ofens geschützt.
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Wenn ein zweiter Schmelzofen auf der von der Vorrichtung überstrichenen Kreisbahn angeordnet ist, kann nach der Rückkehr der leeren Entschlackungsvorrichtung in die Ruheposition ein zweiter Operationszyklus durchgeführt werden, mit dem eine Entschlackung des zweiten Schmelzofens vorgenommen wird. Der Operationszyklus kann dabei in entsprechender Weise wie vorstehend beschrieben durchgeführt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Entfernen von Schlacke; und
- 2 eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte Vorrichtung zum Entfernen von Schlacke.
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Die in 1 in der Seitenansicht bzw. im Vertikalschnitt dargestellte Vorrichtung zum Entfernen von Schlacke besitzt eine Kabine 2, in der ein Sitz 3 für eine Bedienungsperson angeordnet ist. In der Kabine 2 sind ein oder mehrere Bedienungspaneele (nicht gezeigt) vorgesehen, mittels denen die Bedienungsperson die Vorrichtung betätigen kann. Auf dem Dach der Kabine 2 befindet sich ein Drehlager 4, mittels dem ein Arm 5 drehbar gelagert ist. Am Ende des Armes 5 befindet sich eine längliche Halterung 6 mit einer Führung für einen Schlitten 7, der in 1 in zwei Stellungen dargestellt ist. In der oberen Stellung befindet sich der Schlitten in einer Bewegungsposition, in der der Arm 5 seine Drehbewegung ausführt. In der unteren Stellung befindet sich der Schlitten 7 in einer Entschlackungsposition.
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Am Schlitten 7 ist eine Entschlackungsvorrichtung 8 in Form eines Greifers (Exkavators) angeordnet, der zwei auf- und zubewegbare Greifarme 9 aufweist, mittels denen die auf der Schmelze eines Induktionsschmelzofens 1 befindliche Schlacke ergriffen und abtransportiert werden kann. Hierzu wird der Schlitten 7 in die in 1 dargestellte untere Position abgesenkt, wobei der Greifer in den Schmelzofen 1 einfährt, bis die Greifarme 9 einen entsprechenden Kontakt mit der Schlacke erreicht haben. Durch Schließen der Greifarme 9 und Aufwärtsbewegen der Entschlackungsvorrichtung 8 entlang der Führung bis in die obere Schlittenstellung wird die Schlacke entnommen und durch eine entsprechende Drehbewegung der Vorrichtung in eine Schlackenabgabestellung bewegt. In dieser Position werden die Greifarme 9 geöffnet und wird die Schlacke in ein entsprechendes Gefäß abgegeben.
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Bei der hier dargestellten Vorrichtung sind zwei Induktionsschmelzöfen 1 vorgesehen, wie in der Draufsicht der 2 gezeigt, deren Positionen mit P1 und P2 gekennzeichnet sind. Beide Öfen befinden sich auf einer Kreisbahn, die von der Entschlackungsvorrichtung 8 überstrichen wird. Die Vorrichtung zum Entfernen von Schlacke bedient daher bei dieser Ausführungsform zwei Schmelzöfen.
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2 zeigt die Kabine 2 mit dem auf dem Dach der Kabine angeordneten Drehlager 4. Bei P0 befindet sich die Halterung 6 mit der Entschlackungsvorrichtung in einer Ruheposition, in der beispielsweise ein Reinigungsvorgang oder eine Behandlung mit einem Trennmittel durchgeführt werden kann. Von dort aus bewegt sich die Vorrichtung über einen geschlossenen Induktionsschmelzofen 1, dessen Position bei P2 angedeutet ist, hinaus bis in eine Warteposition P4. Nachdem der Ofen 1 geöffnet worden ist, bewegt sich die Vorrichtung zurück bis in die entsprechende Entschlackungsposition, in der der Schlitten mit der Greifvorrichtung in den Ofen einfährt. Nach dem Ergreifen der Schlacke wird der Schlitten wieder in die Bewegungsstellung am oberen Ende bewegt, und die Vorrichtung bewegt sich dann in die bei P6 dargestellte Schlackenabgabestellung, in der die Greifarme geöffnet und die Schlacke in ein entsprechendes Aufnahmegefäß 10 abgegeben wird. Danach kehrt die Vorrichtung in die Ruheposition P0 zurück und kann dann den anderen Induktionsschmelzofen 1 bedienen, dessen Position bei P1 dargestellt ist. Die entsprechenden Vorgänge laufen in der gleichen Weise ab wie vorstehend geschildert.
