DE1084397B - Vakuum-Induktionsofen - Google Patents

Description

Bei den bekannten Vakuum-Induktionsöfen ist es üblich, die Induktionsspule in unmittelbarer Berührung mit aem Tiegel, der zur^J Aufnahme des Glüh- und oder Schmelzgutes dient, anzubringen. Bei dieser Anordnung treten erhebliche Wärmeverluste durch unmittelbare Wärmeübertragung vom Tiegel auf die Induktionsspule auf.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Wärmeverluste bei einem Vakuum-Induktionsofen, insbesondere bei einem Hochvakuum-Induktionsofen, dadurch erheblich herabgesetzt, daß zwischen der Induktionsspule und dem Tiegel eine Vakuumfuge liegt. In diesem Falle fällt die Wärmeübertragung durch Berührung fort, und es bleiben nur noch Wärmeverluste durch Strahlung. Wegen des Vakuums in der Fuge sind die durch Wärmekonvektion entstehenden Verluste vernachlässigbar und um so bedeutungsloser, je höher das Vakuum in der Fuge bzw. im Ofen ist. Die erfindungsgemäße Anordnung ist daher besonders vorteilhaft bei Hochvakuum-Induktionsöfen.

Zur Verminderung der Strahlungsverluste werden, wie der Erfinder bereits früher vorgeschlagen hat, zumindest die dem Tiegel zugekehrten Flächen der Induktionsspule mit einem bezüglich Wärmestrahlen hochreflektierenden Belag versehen, z. B. in Form einer Versilberung oder anderer Wärmestrahlen gut reflektierender, z. B. durch Aufdampfen angebrachter Schichten.

Die Anordnung eines Vakuum-Induktionsofens nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt:

Mit 1 ist der Tiegel angedeutet, in dem das Glüh- oder Schmelzgut untergebracht wird, mit 2 die Induktionsspule und mit 3 die Fuge zwischen Tiegel und Induktionsspule. Für den Abstand zwischen Tiegel und Induktionsspule, also für die Breite der Fuge, genügen bereits 1 bis 2 mm. Dies ist deshalb besonders wichtig, weil diese geringe Ausdehnung der Fuge keine ins Gewicht fallende Volumenvergrößerung des erfindungsgemäßen Vakuumofens gegenüber den bisherigen Ausführungen solcher Öfen bedingt.

Der durch die Erfindung erreichte bedeutende Fortschritt hinsichtlich der Herabsetzung der Wärmeverluste und somit hinsichtlich der Verbesserung des Wirkungsgrades der bisher gebräuchlichen Vakuum-Induktionsöfen ist aus der nachfolgenden Rechnung zu entnehmen:

Steht der Tiegel in unmittelbarem Kontakt mit der gekühlten Spule, so fließt vom Glühgut zur Spule pro cm² ein Wärmestrom

Vakuum-Induktionsofen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke ■
Aktienges ells ctiaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. se. nat. Walter Hänlein,

und Dr. rer. nat. Werner Oldekop, Erlangen,

sind als Erfinder genannt worden

Tsp = Temperatur der (kalten) Spule,

χ = Wandstärke des Tiegels.

Befindet sich zwischen Tiegelaußenwand und Spule eine Fuge, so erfolgt in diesem Bereich der Wärmetransport nur durch Strahlung. Die Wärmekonvektion in der Fuge ist wegen des in ihr herrschenden Vakuums gegenüber den Strahlungsverlusten praktisch vernachlässigbar, und zwar um so mehr, je höher das Vakuum im Ofen bzw. in der Fuge ist. Bei der nachfolgenden Rechnung kann daher die Wärmekonvektion unberücksichtigt bleiben, und es ergeben sich folgende Verhältnisse:

Ist T_a die Temperatur an der Tiegelaußenwand, so ist der Wärmestrom im Tiegel gegeben durch

T_g-T_a

während der Wärmestrom im Luftspalt gegeben ist durch q = ε_τ · δ · Γ_β* (1 - Q_sp) (3)

Hierbei ist δ = 5,8 · 10~¹² Wattsec/cm² Grad see die Stefan-Boltzmannsche Strahlungskonstante, ετ das Emissionsvermögen des Tiegelmaterials (ετ ^ 1), ρ_$Ρ das Reflexionsvermögen der Spule bzw. des Reflexionsspiegeis. Im stationären Zustand müssen die durch (2) und (3) gegebenen Wärmeströme gleich sein, woraus sich folgende graphisch oder numerisch zu lösende Gleichung für die Temperatur T_a ergibt:

Ta - Ts

(1) so T_g-T_a =

ε_τ ■ δ · (1 —

Ta*. (4)

wobei λ — Wärmeleitfähigkeit des Tiegels,
Tg = Temperatur des Glühgutes,

Zahlenmäßig erkennt man den Vorteil der Erfindung an folgendem Beispiel:

009 548/360

Bei einem Ofen mit einem Tiegelvolumen von 701 ist ein Magnesittiegel mit einer Wandstärke χ von etwa 10 cm vorgesehen. Die Wärmeleitfähigkeit von Magnesit beträgt etwa 3· 10-² Watt/cm Grad. Die Temperatur T₃ des Glühguts sei 1500⁰C. Bei einem Al-Spiegel kann man mit einem Reflexionsvermögen q_sp von 0,95 rechnen. Aus (4) erhält man dann für die Temperatur T_a rund 1100° C. Die Differenz T_g — T_a würde also rund 400° C betragen. Setzt man diesen Wert in (2) ein, so zeigt ein Vergleich mit (1), wo Tg—Tsp praktisch 1500⁰C ist, daß der Wärmestrom und somit die Verluste um den Faktor 400/1500 = 0,27 verringert werden. Bei großen Anlagen kann dies ohne weiteres eine Energieersparnis von 50 kW und mehr bedeuten. Ohne Al-Spiegel würde die Energieersparnis wegen des geringeren Reflexionsvermögens nicht ganz so groß, aber immer noch beträchtlich sein.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vakuum-Induktionsofen, insbesondere Hochvakuum-Induktionsofen, bei dem sich die Induktions-

spule' zusammen mit dem Tiegel im Vakuumraum befindet, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Wärmeübertragung vom Tiegel auf die Induktionsspule zwischen der Induktionsspule und dem Tiegel eine Vakuumfuge liegt.

2. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß — zur Herabsetzung von Strahlungsverlusten— die dem Erhitzungsgefäß zugekehrten Flächen der Induktionsspule in an sich bekannter Weise mit einem für Wärmestrahlen hochreflektierenden Belag versehen sind, z. B. in Form eines Aluminiumbelages oder anderer reflektierender, insbesondere durch Aufdampfen angebrachter Schichten.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Buch von Espe und Knoll: »Werkstoffkunde der

Hochvakuumtechnik«, 1936, S. 124, 125, Abb. 130;
Gerätebauanstalt Balzers, Lichtenstein: Druckschrift

VSG, Hochvakuum-Schmelz- und Gießanlagen, S. 9, Zeichn. Nr. 200 202.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 009 548/360 6.60