DE1037613B - Verfahren zum Einschmelzen loser, kleinstueckiger Metallteile - Google Patents

Verfahren zum Einschmelzen loser, kleinstueckiger Metallteile

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DE1037613B
DE1037613B DEJ5880A DEJ0005880A DE1037613B DE 1037613 B DE1037613 B DE 1037613B DE J5880 A DEJ5880 A DE J5880A DE J0005880 A DEJ0005880 A DE J0005880A DE 1037613 B DE1037613 B DE 1037613B
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Germany
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bath
melting
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induction
melted
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DEJ5880A
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English (en)
Inventor
Otto Junker
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JUNKER FA O
Original Assignee
JUNKER FA O
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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
    • H05B6/34Arrangements for circulation of melts

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

  • Verfahren zum Einschmelzen loser, kleinstückiger Metallteile Die Verwertung kleinstückiger Metallteile, insbesondere von Metallabfällen mit großer Oberfläche, wie Späne oder Folien, wie sie in der metallverarbeitenden Industrie in wachsendem Umfang anfallen, gewinnt in der Praxis in zunehmendem Maße wirtschaftliche Bedeutung. Eine wirtschaftliche Verwertung dieser Metallabfälle durch Umschmelzen ist aus einer Reihe von Gründen, die im wesentlichen mit ihrer klein:stückigen Beschaffenheit zusammenhängen, problematisch. Einer der wesentlichen Gründe, die sich einer wirtschaftlichen Umschmelzung entgegenstellen, ist die übermäßige Oxydbildung, die sich aus der im Verhältnis zu ihrem Volumen außerordentlich großen Oberfläche erklärt. Diese übermäßige Oxydbildung ist einerseits deshalb nachteilig, weil sie zu sehr hohen Schmelzverlusten durch Abbrand führt, zum anderen deswegen, weil sie die metallurgische Beschaffenheit gegenüber dem Einsatzmaterial unter Umständen nachteilig verändert; schließlich hat die übermäßige Oxydbildung noch den weiteren Nachteil, daß der Zeitaufwand für das Einschmelzen gegenüber den Verhältnissen bei grobstückigem Einsatz im Hinblick auf den höheren thermischen Widerstand der Metalloxyde größer wird.
  • Soweit das Einschmelzen solcher kleinstückigen Metallabfälle in nach dem Prinzip der Wärmeübertragung durch Strahlung und Konvektion arbeitenden Ofenanlagen erfolgt, können Späne zudem nur in begrenzter Menge zugesetzt werden, und zwar mit Rücksicht darauf, daß dem auf eine bestimmte Übertemperatur erhitzten Eisen nur so viel Späne hinzugefügt werden können, als der hierdurch bewirkte Wärmeverlust nicht zu einer Unterschreitung der Vergießtemperatur der Schmelze führt. Ferner ist hierbei nachteilig, daß Stahlspäne - wenn überhaupt - nur unter größten Schwierigkeiten und jedenfalls nur in im Verhältnis zum Gesamteinsatz sehr kleiner Menge eingeschmolzen werden können und schließlich nasse oder ölige Späne, die bekanntlich den größten Prozentsatz der insgesamt anfallenden Abfallmenge umfassen, vor dem Einschmelzen umständlichen Reinigungsverfahren unterworfen werden müssen.
  • Um insbesondere den sich aus der übermäßigen Oxydbildung ergebenden Nachteil zu mildern, sind seit langem Vorschläge bekannt, solche kleinstückigen Metallabfälle, wie Späne und Folien, paketiert oder brikettiert einzusetzen sowie - gemäß anderen Vorschlägen - die Späne unter Luftabschluß auf mechanischem Wege unmittelbar in das Schmelzbad einzubringen sowie insbesondere mittels Stickstoff oder anderer inerter Gase in die Schmelze einzublasen.
  • Abgesehen davon, daß diese Maßnahmen umständlich sind und einen erheblichen Kostenfaktor darstellen, steht einer breiten wirtschaftlichen Verwendung die Schwierigkeit entgegen, daß kleinere und mittlere metallverarbeitende Betriebe wegen des in der Menge begrenzten Anteils an Spänezusatz die mehrfach größere Menge an grobstückigem Einsatzgut beschaffen müssen, so daß eine wirtschaftliche Verwertung im eigenen Betrieb vielfach ausgeschlossen ist.
  • Die Möglichkeit, ausschließlich kleinstückige Metallabfälle zu erschmelzen, ist zwar grundsätzlich durch d.ie Verwendung von Induktionsöfen gegeben. Soweit hierfür Rinnenöfen in Betracht kommen, wird jedoch durch ihre Anwendung nicht der Nachteil übermäßiger Oxydbildung vermieden, so daß auch in diesem Falle die weiter oben geschilderten Hilfsmaßnahmen, wie Paketieren oder Brikettieren der Späne, angewendet werden müßten. Wegen der kleinstückigen Beschaffenheit dieser Metallabfälle scheiden andererseits die wegen ihrer Wirtschaftlichkeit in zunehmendem Maße in Anwendung kommenden, mit Niederfrequenz, d. h. in der Regel mit unmittelbarem Netzanschluß arbeitenden kernlosen Induktions-Schmelzöfen aus, da die für ein unmittelbares induktives Erschmelzen erforderliche Mindestabmessung des Einsatzgutes je nach der Leitfähigkeit des Materials für Netzfrequenz bei etwa 200 mm Durchmesser liegt, eine Größe, die die meisten Metallabfälle, wie Späne oder Folien, erheblich unterschreiten.
  • Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, ein besonders wirtschaftliches Verfahren zum Einschmelzen solcher losen kleinstückigen Metallteile zu entwickeln, die durch unmittelbare Induktion mit Niederfrequenz nicht mehr erschmelzbar sind, und welches es unter Vermeidung der den bekannten Vorschlägen anhaftenden Nachteile gestattet, als Einsatz ausschließlich solchen kleinstückigen Abfall zu verwenden. Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, daß unter Verwendung eines rinnenlosen Induktionsofens mit vorgeschmolzenem Metallsumpf während des Einschmelzvorganges die durch Induktion erzeugten ponderomotorischen Kräfte jeweils im Bereich der Oberfläche des flüssigen Einsatzteiles derart gegenüber dem unteren Badteil erhöht werden, daß die auf der Oberfläche des Bades schwimmenden festen Metallteile durch die verstärkte Badbewegung in das Bad hineingespült und innerhalb des Bades geschmolzen werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die bisher bei kernlosen Nieder- insbesondere Netzfrequenz-Induktions-Ofen bewußt bekämpfte Badbewegung in Verbindung mit einem bei dieser Ofentype im Gegensatz zu Binnenöfen bisher nicht regelmäßig benutzten vorgeschmolzenen Metallsumpf die Möglichkeit eröffnet, die einer unmittelbaren induktiven Erschmelzung in diesem Frequenzbereich nicht zugänglichen kleinstückigen Metallabfälle zufolge der Badbewegung selbsttägig in das Schmelzbad hineinzuspülen und unter völligem Luftabschluß innerhalb des Schmelzbades durch Konvektion zu schmelzen. Hierbei ist es nur beim erstmaligen Anfahren des Ofens notwendig, grobstückigen Einsatz zu verwenden, da der im Ofentiegel jeiveils verbleibende erkaltete Sumpf beim jedesmaligen späteren Anheizen des Ofens wegen seines großen Durchmessers aus dem kalten Zustand ohne weiteres erschmolzen werden kann. Die besonderen Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung liegen außer in der Möglichkeit, unter Verzicht auf Paketierung oder Brikettierung, ausschließlich kleinstückige Späne einsetzen zu können, ferner darin, daß die Abbra.ndverluste auf etwa 2 bis 3% des Einsatzes herabgesetzt werden und sich die Einschmelzzeit wesentlich verkürzt. Weitere Vorteile sind darin zu sehen, daß sowohl Stahlspäne als auch nasse und ölige Späne eingesetzt und gegebenenfalls Stahlspäne sogar während des Einschmelzens in kurzer Zeit ohne Schwierigkeiten auf einen C-Gehalt von etwa 3 bis 4% aufgekohlt werden können.
  • Es ist an sich bekannt. bei rinnenlosen Induktions-Schmelzöfen für den Niederfrequenzbereich während der Durchführung der Schmelzverfahren mit einer unterschiedlichen elektrischen Leistungsintensität in den verschiedenen Phasen des Schmelzprozesses zu arbeiten. Die höhere Leistungsintensität soll hierbei jedoch nur so lange angewendet werden, wie sich das zu schmelzende Gut noch im festen Zustand befindet, d. h. einem Zustand, bei welchem eine Badbewegung überhaupt nicht eintritt. Dagegen soll die Leistungsintensität im oberen Bereich nach Verflüssigung des Einsatzes verringert werden, um hierbei eine Badbewegung zu verhindern. Diese bekannten Maßnahmen betreffen ausschließlich solche Verfahren, bei welchen der feste Einsatz eine Stückgröße aufweist, die einer unmittelbaren induktiven Erschmelzung zugänglich ist, was bei den kleinstückigen Metallabfällen, von denen die Erfindung ausgeht, nicht möglich Ist.
  • Die Badbewegung kann bei dem Verfahren gemäß der Erfindung in an sich bekannter Weise erhöht werden, z. B. durch Anwendung von Netzfrequenz und/ oder durch Anordnung des oberen Spulenrandes innerhalb oder oberhalb des Bereiches der Badoberfläche und/oder durch Erhöhung der Leistungsdichte in diesem Bereich und/oder durch Vergrößerung der Spulenhöhe gegenüber dem Durchmesser, d. h. durch Umkehrung derjenigen bekannten Maßnahmen, die bisher - im Widerspruch zum vorliegenden Erfindungsgedanken - gerade zur Verminderung der Badbewegung angewandt worden sind. Der Ofen kann derart ausgebildet sein, daß bei laufender oder insbesondere absatzweiser Beschickung mit festen Metallteilen das flüssige Metall mittels Abstich abgezogen werden kann.
  • Bei Verwendung an sich bekannter Induktionsöfen mit in Längsrichtung in zwei oder mehrere Abschnitte unterteilter Heizspule kann das Verfahren gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch noch verbessert werden, daß der wesentliche Teil der zum Schmelzen erforderlichen elektrischen Energie durch den jeweils im Bereich des Badspiegels des flüssigen Einsatzteiles angeordneten Spulenabschnitt induziert wird, wobei der im unteren Bereich des Schmelzbades angeordnete Teil während des Schmelzvorganges entweder abgeschaltet sein kann oder mit einer zur Warmhaltung des geschmolzenen Gutes ausreichenden geringeren elektrischen Leistung betrieben wird. Hierdurch ist es möglich, für die Einschmelzung solcher Metallabfälle großer Oberfläche Absteh- oder Warmhalteöfen zu verwenden, deren Gesamtanschlußwert im Vergleich zu dem Fassungsvermögen des Ofens gering ist. Zweckmäßig wird hierbei nach Vorschmelzen des Metallsumpfes bei steigendem Badspiegel ein jeweils höher angeordneter Spulenabschnitt mit dem Hauptteil der elektrischen Leistung beschickt, um auf diese Weise im Bereich der Badoberfläche stets eine ausreichend große Badbewegung sicherzustellen. Hierbei werden jeweils die unteren Teile der Heizspule entweder abgeschaltet oder nur mit Warmhalteleistung betrieben.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung wird dadurch erleichtert, daß zur Durchführung Ofen mit solchem Tiegel verwendet werden, deren Nutzhöhe größer als der Durchmesser bemessen ist.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRLTCHE: 1. Verfahren zum Einschmelzen loser, kleinstückiger Metallteile. die durch unmittelbare Induktion mit Niederfrequenz nicht mehr erschmelzbar sind, insbesondere Metallabfälle mit großer Oberfläche, wie Späne oder Folien, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung eines rinnenlosen Induktionsofens mit vorgeschmolzenem Metallsumpf während des Einschmelzvorganges die durch Induktion erzeugten ponderomotorischen Kräfte jeweils im Bereich der Oberfläche des flüssigen Einsatzteiles derart gegenüber dem unteren Badteil erhöht werden, daß die auf der Oberfläche des Bades schwimmenden festen Metallteile durch die verstärkte Badbewegung in das Bad hineingespült und innerhalb des Bades geschmolzen werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen laufend oder absatzweise mit festen Metallteilen beschickt und das flüssige Metall laufend oder absatzweise mittels Abstich abgezogen wird.
  3. 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2 unter Verwendung eines Induktionsofens mit in Längsrichtung in zwei oder mehrere Abschnitte unterteilter Heizspule, dadurch gekennzeichnet, daß der wesentliche Teil der zum Schmelzen erforderlichen elektrischen Energie durch den im Bereich des Badspiegels angeordneten Spulenabschnitt induziert wird.
  4. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im unteren Bereich des Schmelzbades angeordnete Teil der Heizspule während des Einschmelzvorganges abgeschaltet wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der im unteren Bereich des Schmelzbades angeordnete Teil der Heizspule während des Schmelzvorganges mit einer zur Warmhaltung des geschmolzenen Gutes ausreichenden geringeren elektrischen Leistung betrieben wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mit steigendem Badspiegel jeweils ein höher angeordneter Spulenabschnitt mit dem Hauptteil der elektrischen Leistung beschickt wird, während der darunter befindliche Teil der Heizspule abgeschaltet oder mit Warmhalteleistung betrieben wird.
  7. 7. Induktionsofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzhöhe des Badraumes größer als der Durchmesser bemessen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 527 452, 542 537, 586 822; Buch von Dr. R. T au s s i g: »Elektrische Schmelzöfen«, Wien, Verlag Julius Springer, 1933, S. 213 bis 225; Handbuch der Eisen- und Stahlgießerei von Geiger, 2. Auflage, 1. Band, S. 170; Sonderdruck aus der Zeitschrift »Gießerei«, Bd. 39, 1952, S. 145 bis 152; Kongreß für Elektrowärme in Paris vom 18. bis 23. 5. 1953, S. 137 a (Auszug aus einem Vortrag von Hennicke).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2389676A1 (de) * 1977-05-02 1978-12-01 Advance Achievement Syst
EP0230255A2 (de) * 1986-01-16 1987-07-29 Otto Junker GmbH Induktionsspule für Induktionstiegelöfen
DE4336384A1 (de) * 1993-10-26 1995-04-27 Junker Gmbh O Induktionsschmelzofen

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DE586822C (de) * 1930-03-18 1933-10-26 Berlin Ilsenburger Metallwerke Verfahren zur Regelung der Badbewegung in Induktionsoefen ohne Eisenkern

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