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Verfahren zum Ausflicken von Stampftiegeln bei Induktions-Tiegelschmelzöfen
Die rinnenlosen Induktions-Tiegelschmelzöfen werden gegenüber den mit einer Rinne
versehenen Induktionsöfen zum Schmelzen von Stahl, Gußeisen und auch von Leichtmetallen
bevorzugt verwendet. Sie weisen trotz ihres etwas ungünstigeren Leistungsfaktors
erhebliche betriebliche Vorzüge auf. Es entfällt bei ihnen die Wartung und Reinigung
der Rinnen, die zumal bei höheren Temperaturen und den dabei leicht oxydierbaren
Metallen verstärkt notwendig werden. Auch kann bei den rinnenlosen Induktions-Tiegelschmelzöfen
das Schmelzen mit kaltem Einsatz begonnen werden.
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Die Tiegel der rinnenlosen Öfen bestehen im allgemeinen aus saurer
und nur in selteneren Fällen aus basischer Stampfmasse. Mit einer solchen Stampfmasse
wird der Tiegelboden sowie die Tiegelwandung unter Zuhilfenahme einer zur Tiegelachse
zentrierten Blechschablone ausgestampft. Zwischen Tiegelwand und der wassergekühlten
Spule befindet sich eine Schicht aus hitzebeständigem Material, beispielsweise Asbestpappe.
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Unter den sauren Stampfmassen unterscheidet man je nach Art der Aufbereitung
und Ausstampfung die feucht angesetzten, mehr oder weniger stark tonerdehaltigen
Kieselsäuremassen, beispielsweise den sogenannten Klebsand, sowie die trocken aufzustampfenden
Ouarzitmassen. Die letzteren bestehen fast nur aus Kieselsäure. Wird ein Tiegel
aus den feucht angesetzten Stampfmassen, beispielsweise aus Klebsand, aufgestampft,
muß dieser Tiegel, nachdem die Schablone wieder entfernt ist, längere Zeit trocknen.
Erst dann kann der Schmelzbetrieb in diesem Tiegel aufgenomtnen werden. Bei den
Trockenstampfmassen, wie Ouarzit, bleibt die Schablone im Ofen und wird nach dem
Stampfen allmählich auf Schmelztemperatur erhitzt. Hierdurch wird auf der inneren
Oberfläche des -Tiegels vor dem eigentlichen Schmelzen bereits eine Sinterschicht
erzeugt.
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Die Tiegel der Induktionsschmelzöfen sind wie jede Ofenausmauerung
der Abnutzung unterworfen. Diese hängt bei den induktiv betriebenen Öfen wesentlich
von der Badbewegung ab. Die Badbewegung wird durch elektrodynamische Kräfte hervorgerufen,
die im Maximum etwa in der Mitte der Spulenhöhe auftreten. Sie sind in dieser Höhe
nach innen gerichtet und bewirken dort eine Einschnürung des Schmelzbades. Hierdurch
werden je zwei obere und zwei untere Strömungsumläufe der flüssigen Schmelze im
Tiegel erzeugt. Die beiden oberen Strömungskreise können sich zur Oberfläche der
Schmelze hin ausgleichen. Die Strömungskreise im unteren Teil des Tiegels beanspruchen
Tiegelwandung und Tiegelboden erheblich mehr, da auf ihnen der statische Druck der
darüberliegenden Schmelze liegt. Bei starker Badbewegung und hohen Temperaturen
werden diese gefährdeten Stellen des Tiegelbodens und der Tiegelwandung, etwa im
unteren Drittel, bereits nach einer Anzahl von Chargen in einem solchen Maß geschwächt,
daß Durchbrüche nach außen zu befürchten sind. -Die übrigen. Teile der Tiegelwandung
nach oben zu sind dabei im allgemeinen durchaus noch intakt.
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Die Stärke der Badbewegung ist abhängig von der Stärke der elektrodynamischen
Kräfte. Diese sind proportional der auf das Bad induktiv übertragenen Leistung und
stehen im umgekehrten Verhältnis zur Wurzel aus der Frequenz. Bei kleiner Frequenz
nimmt also die Badbewegung entsprechend zu. Da beim Schmelzbetrieb mit Induktions-Tiegelschmelzöfen,
besonders hei Stahl und Grauguß, Netzfrequenz bevorzugt wird, tritt daher eine stärkere
Tiegelabnutzung auf, als es bei Ofen mit höheren Frequenzen der Fall ist. Der Vorzug
der Netzfrequenz ist der des günstigeren Wirkungsgrades und der geringeren Anschaffungskosten,
da besondere Frequenzumformer entbehrlich sind. Eine stärkere Tiegelauswaschung
im unteren Drittel des Tiegels wird bei Netzfrequenz dann noch dadurch begünstigt,
daß man die Spule etwas tiefer setzt. Hierdurch wird die oberhalb der Spule stehende
Säule des flüssigen Schmelzbades nicht mehr erregt. Dadurch wird die Badkuppe beruhigt
und die Berührungsfläche mit der Außenluft verkleinert. Die oberhalb der Spule stehende
Badsäule erzeugt jedoch einen stärkeren statischen Druck auf den Teil der Schmelze
im unteren Drittel des Ofens, so daß die Abnutzung der Tiegelwandung verstärkt wird.
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Um einen günstigeren Ofenwirkungsgrad zu erhalten, kann die Tiegelwand
nicht beliebig stark gewählt werden. Es muß daher die Abnutzung besonders im unteren
Teil des Tiegels sorgfältig beobachtet werden. Tiegeldurchbrüche, die im allgemeinen
auch die Ofenspule beschädigen, bedeuten Gefahren für die Bedienung
wie
auch längeren Produktionsausfall. Da aus bereits vorher angeführten Gründen der
Grad der Abnutzung etwa im unteren Drittel des Tiegels ungleich höher ist, liegt
es nahe, den Tiegel dort auszuflicken, um ihn weiter verwenden zu können.
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Es war bisher bekannt, die gefährdeten Stellen des Tiegels nach dem
Erkalten mit einer der bereits genannten Stampfmassen zu flicken. Es wurden für
diese Zwecke auch durch Zusätze besondere Massen geschaffen, die jedoch dadurch
teurer wurden. Es mußte zunächst das Erkalten des Tiegels abgewartet werden. Dann
wurde mit dem Meißel von Hand die harte Sinterschicht aufgerauht bzw. ausgespritzt.
Die Flickmasse konnte nur angefeuchtet, d. h. im Naßverfahren aufgebracht werden
und mußte vor Wiederaufnahme des Schmelzens getrocknet sein. Diese Arbeiten waren
schwierig auszuführen, da der Durchmesser der Öfen im allgemeinen nicht groß und
dadurch das Arbeiten im Ofen erschwert ist. Das Verfahren war daher sehr zeitraubend
und bedeutete einen längeren Ausfall der Anlage. Ein weiterer Nachteil war, daß
die Haftfähigkeit der Flickschicht, besonders an den senkrechten Tiegelwandungen,
sehr zu wünschen übrig ließ. Zumal bei höheren Temperaturen wurde die Flickmasse
schnell wieder herausgewaschen. Es erschien allgemein wirtschaftlicher, eine vollkommen
neue Ausstampfung des im oberen Teil noch gut erhaltenen Tiegels vorzunehmen.
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Es war auch bekannt, Risse in der Tiegelwandung derart auszubessern,
daß eine trockene, feinkörnige Masse in die Risse hineingerieselt wird. Hierzu mußte
auch der Ofen erkalten, damit die Arbeiten in dem Tiegel ausgeführt werden konnten.
Auch bei diesem Verfahren fiel der Ofen für eine Anzahl von Stunden aus.
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Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf ein neues Verfahren zum
Ausflicken von gestampften Tiegeln bei Induktions-Tiegelschmelzöfen unter Anwendung
eines in seiner Höhe dem beschädigten Ofenhohlraum entsprechenden Blockes als Schablone,
und zwar wird gemäß der Erfindung auf den Boden und die Wandung bis zur gewünschten
Höhe des unmittelbar vorher geleerten, noch heißen und plastischen Tiegels in der
vorbestimmten Dicke eine unter der dem Tiegel verbliebenen Hitze sofort frittende
Trockenstampfmasse aufgebracht und gestampft. Dieses Verfahren hat den Vorteil größerer
Zeitersparnis. Es tritt kein merkbarer Produktionsausfall ein. Es ist wesentlich,
daß die Verbindung an der Grenzschicht zwischen der alten Tiegelwand und der Flickschicht
so verbessert worden ist, daß der Tiegel eine mehrfach höhere Lebensdauer erhalten
hat.
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Das neue Verfahren gemäß der Erfindung wird wie folgt ausgeführt.
Unmittelbar nach dem Abgießen der letzten dem Flicken vorausgehenden Charge wird
der Ofen zurückgekippt. Die bereits vorbereitete Stampfmasse, eine Trockenstampfmasse,
wie beispielsweise Quarzit, wird auf den Boden des noch heißen Tiegels geworfen
und aufgestampft, bis die gewünschte Stärke des Bodens erreicht ist. Auf den gestampften
Boden wird dann unmittelbar ein vorgegossener Block gesetzt. Dieser soll etwa die
Höhe der auszuflickenden Seitenwandung und einen etwas geringeren Durchmesser als
den Tiegeldurchmesser in der zu reparierenden Höhe haben. Dieser Block wird zentrisch
zur Tiegelachse so eingesetzt, daß zwischen seinem äußeren Umfang und der ausgewaschenen
unteren Tiegelwand Stampfmasse eingefüllt und aufgestampft werden kann. Zum Stampfen
der Wandung empfiehlt sich die Verwendung von Spezialwerkzeugen, die zwischen Blockrand
und Tiegelwand hindurchgeführt werden können.
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Nach Aufstampfen dieser Wandung ist der Tiegel betriebsbereit.
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Nach Einschalten des Ofens kann der vorher eingesetzte Block und neu
eingebrachtes Einsatzmaterial sofort eingeschmolzen werden.
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Die Betriebserfahrung hat gezeigt, daß die Flickmasse sofort nach
Aufbringen zusammen mit der heißen noch plastischen Tiegeloberfläche eine feste
Sinterverbindung eingeht. Hierdurch wird eine außerordentlich gute Haftung erzielt.
Der Tiegel ist in seinem geflickten Teil widerstandsfähiger als ein neu gestampfter
Tiegel und besitzt eine überraschend gute Haltbarkeit.
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Der an der Blockoberkante etwas vorstehende Absatz der geflickten
Schicht hat sich im Betrieb nicht nachteilig ausgewirkt, sondern ist an dieser durch
die Badbewegung stärker gefährdeten Stelle sogar als Vorteil anzusehen.
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Die Figuren erläutern den Gegenstand der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt einen Tiegelschmelzofen während des Schmelzens im Schnitt;
Fig. 2 zeigt eine gleiche Ansicht wie Fig. 1, wobei das Ausflicken nach dem Verfahren
gemäß der Erfindung gezeigt ist.
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In Fig. 1 ist 1 die den Ofen umfassende Induktionsspule.
2 ist der gestampfte Tiegel. 3 stellt den flüssigen Inhalt, die Schmelze,
dar. Die in der Schmelze 3 angedeutete Strömungslinien geben ungefähr den
Strömungsverlauf, etwa bei Netzfrequenz, an. Infolge dieser Strömung entstehen im
Tiegel, insbesondere im unteren Teil, starke Auswaschungen. Durch diese Auswaschungen
bedingt, nimmt, die innere Tiegelwandung nach einer Anzahl von Chargen die Form
an, die durch die gestrichelte Linie 4 angedeutet ist. Es besteht dann die Gefahr
eines Tiegeldurchbruches.
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In Fig. 2 wird das Ausflicken des Tiegels nach dem Verfahren gemäß
der Erfindung erläutert. In dem noch heißen Tiegel wird ohne Beseitigung der Sinterschicht
die Schicht 5 auf den Boden aufgebracht, bis der Tiegelboden seine richtige Stärke
wieder erreicht hat. Dann wird der vorgegossene Block 6 zentrisch eingesetzt. Nun
wird die Schicht 7 entlang der zerstörten Wandung in dem Zwischenraum zwischen dem
Block 6
und der . zerstörten Tiegelwandung 2 aufgestampft. Bei
8 wird ein möglichst glatter Übergang zwischen der alten Tiegelmasse und
der Flickmasse hergestellt.