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Die Erfindung betrifft einen Induktionstiegelofen zum Schmelzen von metallischem Einsatzgut, mit einem keramischen Tiegel, einer um den Tiegel herum verlaufenden Ofenspule und einem Spulenkäfig mit einem Sockel (auch Ofenboden genannt), wobei die Ofenspule mit einem keramischen Dauerfutter versehen ist, wobei um die Ofenspule eine Mehrzahl verteilt angeordneter vertikal verlaufender Joche zur Führung des magnetischen Feldes vorgesehen ist, die gegen den Spulenkäfig verspannt sind und der Abstützung der Ofenspule gegen elektromagnetische Kräfte sowie gegen die thermische Ausdehnung des Tiegels dienen sowie ein Verfahren zum Sauberhalten des Sockelbereichs eines solchen Induktionstiegelofens.
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Ein gattungsgemäßer Induktionstiegelofen ist beispielsweise aus der
US 5 430 758 A bekannt. Ein bekannter Induktionstiegelofen weist einen Spulenkäfig auf, der die weiteren Konstruktionsmerkmale eines Ofens und letztlich den keramischen Tiegel zur Aufnahme der Charge mechanisch hält und abstützt. Um den Tiegel herum ist eine mit einem keramischen Dauerfutter versehene Ofenspule aus wassergekühltem Kupferhohlprofil angeordnet. Der durch die Ofenspule fließende Wechselstrom erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, welches im Tiegel durch die Charge selbst und außerhalb der Ofenspule durch eine Mehrzahl verteilt angeordneter vertikal verlaufender Joche geführt wird. Im Inneren der Charge induziert das magnetische Wechselfeld Wirbelströme, welche eine Erwärmung des Einsatzgutes bewirken. Auf die Schmelze wirkende elektromagnetischen Kräfte führen zu einer intensiven Badbewegung, einhergehend mit einem schnellen Wärme- und Stoffausgleich. Die außen um die Ofenspule angeordneten Joche dienen der radialen Abstützung der Ofenspule, um den elektromagnetische Kräften sowie der thermischen Ausdehnung des Tiegels entgegenzuwirken. Durch die relativ massive Ausbildung der Joche wird das äußere Magnetfeld über einen Weg mit geringem magnetischem Widerstand geführt, der gleichzeitig nur geringe Wirbelstromverluste verursacht. Gleichzeitig wird eine unzulässige Erwärmung der äußeren Stahlkonstruktion vermieden.
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Der gesamte Ofenkörper, im Wesentlichen bestehend aus Tiegel, Spule, Jochen und Spulenkäfig, ist um eine horizontale, in der Regel im Bereich der Gießschnauze angeordnete Achse um mindestens 90° kippbar an einer Kippvorrichtung befestigt, so dass die geschmolzene Charge über eine vom Tiegel ausgehende Gießschnauze zur Weiterverwendung an eine Transportpfanne oder Rinne übergeben werden kann. Der Schwenkvorgang zur Entleerung des Tiegelofens erfolgt in der Regel hydraulisch. Um die Schwenkbewegung des Ofenkörpers zu gestatten, sind die Zuführleitungen für Strom, Kühlwasser und dergleichen als flexible Leitungen realisiert, die die gewünschte Schwenkbewegung des Induktionstiegelofens erlauben.
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Zur besseren Beherrschung der Kräfte im Spulenkäfig ist der Sockelbereich desselben häufig mit feuerfestem Beton ausgegossen. Auf der Betonoberfläche stehen dann der Tiegel, die Ofenspule und die darum angeordneten Joche, welche mit entsprechenden Spannelementen gegen die Stahlstützen des Spulenkäfigs radial verspannt sind.
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Die beschriebene Bauart hat den Nachteil, dass sich über die Betriebszeit der in einer Gießerei stets vorhandene Staub, Schmutz etc. im Sockelbereich des Induktionstiegelofens und dort insbesondere zwischen den Jochen absetzt und aufgrund der beschränkten Zugänglichkeit dort auch nur mit nicht unerheblichem Aufwand entfernt werden kann. Dies gilt insbesondere für die Sockelbereiche, welche sich beim Verschwenken des Tiegelofens nicht „selbst säubern”, wie beispielsweise der Sockelbereich unmittelbar unterhalb der Gießschnauze. Der sich sammelnde Schmutz bzw. Staub enthält oft elektrisch leitfähige Substanzen und kann an dieser Stelle zu elektrischen Isolationsproblemen bis hin zu einem Erdschluss führen, was ein Abschalten des Ofens zur Folge hat. Diese Gefahr besteht umso mehr, wenn der Staub/Schmutz mit der Zeit akkumuliert und ggf. noch Feuchtigkeit aufnimmt.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, hier Abhilfe zu schaffen. Dazu ist der bekannte und eingangs näher beschriebene Induktionstiegelofen so auszugestalten und weiterzubilden, dass der sich im Sockelbereich bildende Schmutz möglichst vermieden wird bzw. auf einfache Weise entfernt werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einem Induktionstiegelofen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass im Bereich des Sockels des Induktionstiegelofens, insbesondere zwischen den Jochen, wenigstens eine Absaugeinrichtung zum Entfernen von Fremdkörpern wie Staub oder trockenem Schmutz mittels einer Saugvorrichtung angeordnet ist.
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Bei einem Verfahren zum Sauberhalten des Sockelbereichs eines vorgenannten Induktionstiegelofens wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Absaugeinrichtung zum Entfernen von Fremdkörpern wie Staub oder trockenem Schmutz vorgesehen ist, deren Staubabsaugung gesteuert und/oder geregelt erfolgt.
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Die Erfindung hat erkannt, dass der in einer Gießerei nicht zu vermeidende Staub oder Schmutz, der sich im Sockelbereich eines Induktionstiegelofens absetzt, am leichtesten entfernt werden kann, wenn dieser noch frisch und damit trocken ist. In diesem Zustand lässt er sich ohne Weiteres mit der erfindungsgemäßen Absaugeinrichtung aufsaugen und hält so die sonst nur schwer zugänglichen und aufwendig zu reinigenden Bereiche des Sockels eines Tiegelofens sauber.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Absaugeinrichtung an den zu reinigenden Bereichen eine Mehrzahl von Düsenkästen aufweist, die im Sockel des Spulenkäfigs angeordnet sind. Aufgrund der festen Zuordnung der Düsenkäfige an den „schmutzempfindlichen” Bereichen kann dort eine Reinigung bei sonst schlechter Zugängigkeit in regelmäßigen oder vorgegebenen Abständen erfolgen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Düsenkästen über Leitungen sternförmig mit einer Sammelleitung verschaltet. Diese bevorzugte Anordnung hat zur Folge, dass die sternförmigen Leitungen alle gleich lang ausgebildet sein können, so dass alle Düsenkästen mit der gleichen Saugleistung beaufschlagt werden können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Absaugeinrichtung auch wenigstens eine Ringleitung mit Düsenöffnungen an den zu reinigenden Bereichen umfassen kann. Diese Ringleitung kann um den gesamten Tiegel herum verlaufen und nach einer weiteren Lehre der Erfindung auch in mehrere Abschnitte mit separater Absaugung unterteilt sein.
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Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Absaugeinrichtung weitgehend in den Induktionstiegelofen integriert und weiter bevorzugt im Sockel des Spulenkäfigs angeordnet. Dabei können die sternförmigen Leitungen oder auch die Ringleitung im Sockel selbst angeordnet sein und entsprechend als Düsenkästen ausgebildete Düseneinlässe aufweisen, welche im Bereich zwischen den Jochen angeordnet sind und bündig mit der Oberfläche des zu vergießenden feuerfesten Betons abschließen.
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Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Absaugeinrichtung außerhalb des Induktionstiegelofen um diesen herum angeordnet ist. Diese Ausführung ist also nicht in den Sockelbereich integriert, sondern dient insbesondere der Nachrüstung bei bereits bestehenden Induktionstiegelöfen. Zweckmäßigerweise ist bei der nachrüstbaren Ausführung die Absaugeinrichtung weitgehend außerhalb der elektromagnetischen Felder des Induktionstiegelofens angeordnet.
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Eine Nachrüstung kann jedoch auch mit einer integrierten Absaugeinrichtung erfolgen, wenn der Induktionstiegelofen zur Aufarbeitung zerlegt und der Beton aus dem Sockel entfernt wird. Nach dem Einsetzen der Absaugeinrichtung wird diese dann in feuerfestem Beton vergossen.
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Nach einer weiteren Lehre der Erfindung können die zuvor beschriebenen Alternativen der Absaugeinrichtung eine Stern- oder Ringleitung aufweisen, welche an wenigstens einen flexiblen Schlauch angeschlossen ist, der mit der Saugvorrichtung in Verbindung steht und wobei die Saugvorrichtung außerhalb des Induktionstiegelofens angeordnet ist.
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Nach einer weiteren Lehre der Erfindung kann dazu der wenigstens eine flexible Schlauch gemeinsam mit den zur elektrischen Versorgung des Induktionstiegelofens dienenden Kabeln, Kühlwasserschläuchen etc. derart beweglich verlaufen, dass die Schwenkbewegung des Tiegels nicht behindert wird.
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Besonders bevorzugt weisen die Verbindungen zu den jeweiligen Düseneinlässen und/oder die Ringleitung selbst ein oder mehrere regelbare Drosselelemente auf. Auf diese Weise ist es möglich, die am stärksten verschmutzenden Bereiche durch eine entsprechende Erhöhung der spezifischen Saugleistung bevorzugt zu reinigen, in dem die anderen Einlässe nur eine verminderte Saugleistung aufweisen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist jeder Düseneinlass einen Rost oder ein Gitter auf. Dies verhindert zuverlässig das Eindringen größerer Fremdkörper und damit ein Verstopfen der Absaugeinrichtung.
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Eine andere Lehre der Erfindung sieht vor, dass als Material für die Düsenkästen, Leitungen oder Ringleitung ein Nichteisenmetall, Edelstahl oder Feuerfestmaterial vorgesehen sein kann. Hierbei ist es auch möglich, bei einer in den Sockel eingegossenen Stern- oder Ringleitung diese zunächst aus Kunststoffrohren auszubilden, welche nach dem Vergießen und Erhärten des feuerfesten Betons ausgebrannt werden können, so dass sich die Leitung unmittelbar im feuerfesten Beton befindet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Sauberhalten des Sockelbereichs eines Induktionstiegelofens mittels Staubabsaugung erfolgt nach einer weiteren Lehre der Erfindung kontinuierlich oder zeitgesteuert, bevorzugt sensorgesteuert.
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Hierbei können optische Sensoren die Verschmutzung im Bereich der Düseneinlässe der Absaugeinrichtung überwachen und/oder elektrische Sensoren die Leitsituation auf der äußeren Bodenfläche des Sockels des Induktionstiegelofens erfassen und zur Regelung des Absaugbetriebes verwendet werden.
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Schließlich sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Größe der Düseneinlässe und/oder der Querschnitt der Leitungen der Absaugeinrichtung separat veränderbar sind und von einer zentralen Steuereinheit gesteuert und/oder geregelt werden. Auf diese Weise lässt sich ein vollautomatischer Betrieb der Absaugeinrichtung einstellen, der eine zunehmende Verschmutzung des Sockelbereichs der so ausgestatteten Induktionstiegelöfen zuverlässig verhindert.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 einen erfindungsgemäßen Induktionstiegelofen in perspektivischer Ansicht,
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2 den Induktionstiegelofen aus 1 im Vertikalschnitt durch die Achse der Gießschnauze,
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3 den Induktionstiegelofen aus 2 als Horizontalschnitt entlang der Linie III-III in 2,
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4A bis 4C verschiedene Ausführungsformen von Ringleitungen in perspektivischer Ansicht und
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5A bis 5C Beispiele für die Verschaltung unterschiedlicher Absaugeinrichtungen.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Induktionstiegelofen 1 perspektivisch dargestellt. Er enthält zentral einen keramischen Tiegel 2 mit einer daran ausgebildeten Gießschnauze 3. Um den Tiegel 2 herum befindet sich ein Spulenkäfig 4, in dem eine Mehrzahl um den Umfang des Tiegels 2 herum angeordneter vertikal verlaufender Joche 5 mittels entsprechenden Spanneinrichtungen 6 gegen den Spulenkäfig 4 verspannt sind. Am Boden des Spulenkäfigs 4 befindet sich ein Sockel 7, welcher eine Mehrzahl von Gitterrosten 8 im Bereich zwischen den Jochen 5 aufweist, die mit einer darunter angeordneten (in 1 nicht erkennbaren) Absaugeinrichtung in Verbindung stehen. Deren Aufbau geht insbesondere deutlich aus 2 hervor, wo erkennbar ist, dass unterhalb jedes Gitterrostes 8 ein Düsenkasten 9 vorgesehen ist, welcher trichterförmig ausgebildet ist und jeweils mit einer Leitung 10 in Verbindung steht. Diese Leitung 10 wird nach unten aus dem Sockelbereich 7 des Induktionstiegelofens 1 herausgeführt und mündet in einer zentralen Sammelleitung 11, welche wiederum mit einem flexiblen Schlauch 12 verbunden ist, der zu einer – nicht dargestellten – Saugvorrichtung führt. Sammelleitung 11 und Schlauch 12 sind vorzugsweise über eine Kupplung 13 lösbar miteinander verbunden.
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Aus 2 geht ferner hervor, dass um den Tiegel 2 herum eine Ofenspule 14 angeordnet ist, welche in einem Futter 15 verläuft und oberhalb und unterhalb nicht näher bezeichnete Kühlwindungen enthält, welche von Kühlwasser durchflossen werden. Es ist ferner erkennbar, dass der Sockel 7 mit den darin befindlichen Düsenkästen 9 mit feuerfestem Beton 17 ausgegossen ist.
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Aus 3 geht deutlich hervor, dass im bevorzugten Ausführungsbeispiel sechs Paare von Jochen 5 vorgesehen sind, wobei im Sockelbereich, im Bereich zwischen den Jochen 5, Gitterroste 8 verteilt angeordnet sind. Im Bereich unterhalb der nur strichpunktiert angedeuteten Gießschnauze 3 könnte auch auf eine separate Ansaugvorrichtung verzichtet werden, da sich dieser Bereich durch die ständigen Schwenkbewegungen gewissermaßen „automatisch” entleert.
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Die 4A bis 4C zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen der Absaugeinrichtungen gemäß der Erfindung. 4A zeigt die bereits zu den 1 und 2 erläuterte sternförmige Verschaltung der Sammelleitungen 10 mit einem zentralen Sammler 11. In 4B ist eine (einzige) Ringleitung 16 im Bereich unterhalb des (nicht dargestellten) Sockels 7 des Induktionstiegelofens ausgeführt, welcher unterhalb der mit Gitterrosten 8 abgedeckten Düsenkästen 9 verläuft, aber auch in Sockel 7 selbst angeordnet sein könnte. Bei diesem Ausführungsbeispiel führt ein Stutzen 11' aus der Ringleitung 16 hinaus und ist in der bereits beschriebenen Weise über eine Kupplung 13 mit flexiblen einem flexiblen Schlauch 12 verbunden, welcher wiederum mit einer – nicht dargestellten – Saugvorrichtung in Verbindung steht.
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Das Ausführungsbeispiel nach 4C zeigt zwei Teilringabschnitte 16A und 16B, welche jeweils drei Düsenkästen 9 und darauf befindliche Gitterroste 8 miteinander verbinden und die besonders schmutzbelasteten Bereiche zwischen den – nicht dargestellten – Jochen mit einer erhöhten, doppelten Saugleistung absaugen. Die beiden Teilringabschnitte 16A und 16B weisen jeweils eigene Leitungen 12 auf, welche in der bereits beschriebenen Weise mit einer oder mehreren Saugpumpen in Verbindung stehen.
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Um auf eine unterschiedlich starke Verschmutzung in den einzelnen Sockelbereichen optimal reagieren zu können, sind in den 5A bis 5C drei unterschiedliche Schaltschemata dargestellt, die erläutern, dass in den Zuleitungen zwischen einer Saugpumpe 18 und den Düsenkästen 9 Drosselelemente 19 zur Verringerung des zur Verringerung des Leitungsquerschnittes angeordnet sein können. Die Verschaltung geschieht dabei in 5A über eine Sternleitung und in den 5B und C über eine Ringleitung bzw. über zwei Teilringleitungen, welche jeweils wie erwähnt mit Saugpumpen 18 verbunden sind. Die Darstellung der 5A bis 5C dienen nur der Illustration, in der Praxis wird man die tatsächliche Anordnung von Drosselelementen 19 beliebig jeweils nach den herrschenden Verhältnissen kombinieren, um auch durch einzelne Düsenkästen 9 mit hoher Leistung dort befindlichen Staub und Schmutz absaugen zu können.
