DE1192789B

DE1192789B - Verfahren zur Regelung der Temperatur des Behandlungsgutes in elektrisch beheizten OEfen, vorzugsweise der Metallschmelze in Induktions-oefen und Vorrichtung zur Ausuebung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1192789B
Application number: DEB52754A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl-Heinz Brockmeier
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1959-04-08
Filing date: 1959-04-08
Publication date: 1965-05-13
Also published as: AT244071B; CH377015A; BE588927A

Description

Verfahren zur Regelung der Temperatur des Behandlungsgutes in elektrisch beheizten Öfen, vorzugsweise der Metallschmelze in Induktionsöfen und Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens Induktionsschmelzöfen werden vielfach außer zum Niederschmelzen von Eisen oder Metallen oder zum Überhitzen der Schmelze auch zum Warmhalten beispielsweise während des Abstehens und Abgießens der Schmelze verwendet.
Um dabei eine vorbestimmte Temperatur zu halten, muß dem Ofen eine Leistung zugeführt werden, die gerade ausreicht, um die durch Strahlung und Konvektion bedingten Wärmeverluste des Ofens zu decken. Diese Leistung ist wesentlich kleiner als die zum Schmelzen oder Überhitzen erforderliche Leistung.
Da eine Herabsetzung der Ofenleistung durch Verminderung der Betriebsspannung besondere Vorrichtungen, wie Reguliertransformatoren, Drehregler od. dgl., erfordert und deshalb sehr aufwendig ist, ist es zweckmäßiger, statt dessen den Ofen intermittierend an die volle Betriebsspannung oder eine andere Spannung zu legen, durch die dem Ofen eine über der Wärmeverlustleistung liegende Leistung zugeführt wird, und zwar so, daß der Mittelwert der intermittierenden Leistungszufuhr den Wärmeverlusten entspricht.
Man könnte hierzu eine Temperaturregeleinrichtung verwenden, die in bekannter Weise abhängig von der gemessenen Temperatur der Schmelze den Ofen ein- und ausschaltet. Eine solche Temperaturmessung ist jedoch insbesondere bei dem gewöhnlich sehr rauhem Werkstättenbetrieb kaum durchzuführen.
Auch könnte man daran denken, den Ofen mit Hilfe eines einfachen Zeitschaltwerkes in bestimmten Zeitabständen für eine bestimmte Dauer an die Betriebsspannung zu legen. Dadurch wäre es bei konstanter Netzspannung bzw. Heizleistung möglich, dem Ofen in gleichen Zeiten stets gleiche Arbeitsmengen zuzuführen.
Im praktischen Betrieb jedoch ist die Heizleistung meistens erheblichen Schwankungen unterworfen. Diese Schwankungen können durch Schwankungen .der Spannung des speisenden Netzes, mit deren Quadrat sich bekanntlich die Leistung ändert, ausgelöst werden. Diese Spannungsschwankungen treten in Werksnetzen, in denen große Leistungen zu und abgeschaltet werden, beispielsweise in Gießereien mit derartigen Öfen, üblicherweise auf.
Außerdem ist aber die Heizleistung, die ein Ofen bei einer bestimmten Spannung aufnimmt, abhängig von Art, Menge und Zustand der Metallschmelze, so daß auch durch Änderung dieser Größen erhebliche Schwankungen der aufgenommenen Leistungen ausgelöst werden können. Mit Hilfe eines einfachen Zeitschaltwerkes werden alle diese Einflüsse auf die Heizleistung nicht berücksichtigt. Die Einstellung einer bestimmten mittleren Leis,'ung über eine längere Zeit ist auf diese Weise mit der erforderlichen Genauigkeit unter Bedingungen, wie sie im praktischen Betrieb gegeben sind, deshalb unmöglich.
Nach der Erfindung wird zur Vermeidung dieser Nachteile ein Verfahren zur Regelung der Temperatur des Behandlungsgutes in einem elektrisch beheizten Ofen, vorzugsweise der Temperatur der Metallschmelze in einem Induktionsofen mit Hilfe eines Leistungszählwerkes angewendet.
Die Wärmeverluste während des Warnhaltens sind naturgemäß stark abhängig von der Temperatur des Ofens bzw. der Schmelze, sie sind aber praktisch unabhängig von der Menge des jeweils im Ofen befindlichen Schmelzgutes.
Um die Schmelze während der Warmhaltezeit auf einer vorbestimmten konstanten Temperatur zu halten, genügt es daher, dem Ofen eine entsprechende konstante mittlere Leistung zuzuführen. Diese Leistung kann angenähert durch Berechnung und im übrigen durch Versuche in einfacher Weise ermittelt werden. Die mittlere zugeführte Leistung ist dann gleich der Wärmeverlustleistung, wenn innerhalb eines jeden von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen, welche die Dauer T haben mögen, das Leistung-Zeitintegral, d. h. die zugeführte Heizarbeit gleich der Verlustarbeit innerhalb des Zeitintervalls T ist.
Erfindungsgemäß wird zum Warmhalten des Behandlungsgutes auf einer praktisch konstanten Temperatur unter Vermeidung einer Temperaturmessung, die innerhalb von mit Hilfe eines Zeitablaufwerkes bestimmten Zeitintervallen dem Behandlungsgut zugeführte mittlere Heizleistung in der Weise selbsttätig konstant gehalten, daß innerhalb eines jeden Zeitintervalls eine wesentlich über der Wärmeverlustleistung liegende Heizleistung eingeschaltet und durch das Leistungszählwerk wieder ausgeschaltet wird, sobald die dabei dem Behandlungsgut zugeführte Heizarbeit die Höhe der in dem Zeitintervall auftretenden vorbekannten Wärmeverlustarbeit erreicht hat.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehen - da die Leistungszufuhr intermittierend erfolgt -Temperaturpendelungen der Schmelze um einen Mittelwert bzw. um die Solltemperatur. Durch die Intervallzeit T, die Wärmespeicherfähigkeit der Schmelze und die Wärmeverluste ist die Größe der Temperaturpendelungen gegeben. Je kleiner die Intervallzeit T ist, um so kleiner ist die Temperaturdifferenz. Je größer die indizierte Leistung im Verhältnis zur Wärmeverlustleistung ist, desto kleiner wird die Heizzeit im Verhältnis zur Intervallzeit T.
Änderungen der indizierten Heizleistung durch Schwankungen der Betriebsspannungen oder durch Änderung der Menge des im Ofen befindlichen Gutes bleiben ohne Einfluß auf den Warmhaltebetrieb solange nur die indizierte Heizleistung größer als die Verlustleistung oder mindestens dieser gleich ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann von dem Leistungszählwerk die auf das Gut übertragene Leistung als Differenz zwischen der Ofenleistung und der Verlustleistung in der Ofenspule (Kupferverluste) gezählt werden. So kann zur Zählung der Leistung z. B. ein Wechselstromzähler üblicher Bauart benutzt werden, der ein zweites Meßsystem enthält, das die dem Quadrat des Ofenstromes proportionale Verlustleistung in der Ofenspule als negatives bremsendes Moment berücksichtigt, in ähnlicher Weise, wie dies zur Messung der durch einen Induktor auf ein Behandlungsgut übertragenen Leistung schon vorgeschlagen wurde. Auf dieses zusätzliche Meßsystem kann verzichtet werden, wenn der elektrische Wirkungsgrad konstant ist, d. h. die Ofenleistung für alle Betriebszustände der indizierten Leistung proportional ist.
Im folgenden werden Vorrichtungen beschrieben, die zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen können. So kann nach einer Ausbildung der Erfindung ein Zeitlaufwerk vorgesehen sein, welches jeweils nach Ablauf vorbestimmter gleicher Zeitintervalle die Einschaltung der Heizleistung in Verbindung mit einem Leistungszählwerk bewirkt, welches nach Durchfluß einer vorbestimmten Arbeit einen Kontakt betätigt, welcher die Leistungszufuhr unterbricht und gleichzeitig die Rückführung des Leistungszählwerkes in die Nullage bewirkt. Um die Vorrichtung bei verschiedenen Betriebzuständen, beispielsweise verschieden hohen Solltemperaturen den vorliegenden Verhältnissen anzupassen, kann das Zeitlaufwerk so beschaffen sein, daß die Zeitintervalle, in welchen die Einschaltung der Heizleistung erfolgt, verschieden einstellbar sind. Man kann aber auch ebensogut oder zusätzlich zu dieser Maßnahme das Leistungszählwerk so ausbilden, daß der die Leistungszufuhr unterbrechende Kontakt so einstellbar ist, daß er die Leistungszufuhr nach dem Durchfluß verschieden großer Heizarbeiten unterbricht.
Statt dessen kann auch ein Leistungszählwerk vorgesehen sein mit einem mit konstanter, der Wärmeveriustleistung entsprechender Geschwindigkeit umlaufenden Zeiger und einem zweiten, hinter dem ersten hereilenden Zeiger, der mit einer der zugeführten Heizleistung entsprechenden Geschwindigkeit umläuft, und einer Kontakteinrichtung, die bei Berührung beider Zeiger die Leistungszufuhr unterbricht und gleichzeitig ein Zeitlaufwerk in Tätigkeit setzt, das nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit die Wiedereinschaltung der Heizleistung bewirkt.
In dem Zeitpunkt, in dem sich beide Zeiger des Leistungszählwerkes berühren, sind somit die jeweils in einem Zeitintervall angefallenen Wärmeverluste durch die zugeführte Leistung gedeckt worden. Mit der Unterbrechung der Leistungszufuhr bleibt auch der Leistungszeiger so lange stehen, bis die Wiedereinschaltung der Heizleistung durch das Zeitlaufwerk erfolgt. Einer Änderung der Betriebsbedingungen, beispielsweise der Solltemperatur kann bei dieser Vorrichtung leicht dadurch Rechnung getragen werden, daß der geänderten Wärmeverlustleistung die Umlaufgeschwindigkeit des entsprechenden Zeigers angepaßt wird.
Die zuletzt beschriebene Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, daß an Stelle eines Zeitlaufwerkes, welches in dem Zeitpunkt in Tätigkeit gesetzt wird, in dem sich beide Zeiger berühren, um nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit die Wiedereinschaltung der Heizleistung zu bewirken, ein Zeitlaufwerk vorgesehen ist, das unabhängig von der Zeigerbewegung jeweils nach Ablauf vorbestimmter gleicher Zeitintervalle die Wiedereinschaltung der Heizleistung bewirkt. Auch bei der zuletzt beschriebenen Vorrichtung können die Laufzeiten des Zeitwerkes einstellbar sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht an eine bestimmte Frequenz gebunden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Regelung der Temperatur des Behandlungsgutes in einem elektrisch beheizten Ofen, vorzugsweise der Temperatur der Metallschmelze in einem Induktionsofen, mit Hilfe eines Leistungszählwerkes, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb von mit Hilfe eines Zeitlaufwerkes bestimmten Zeitintervallen dem Behandlungsgut zugeführte mittlere Heizleistung in der Weise selbsttätig konstant gehalten wird, daß innerhalb eines jeden Zeitintervalles eine wesentlich über der Wärmeverlustleistung liegende Heizleistung eingeschaltet und durch das Leistungszählwerk wieder ausgeschaltet wird, sobald die Heizarbeit die Höhe der in dem Zeitintervall auftretenden vorbekannten Wärmeverlustarbeit erreicht hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Leistungszählwerk die auf das Gut übertragene Leistung als Differenz zwischen der Ofenleistung und der Verlustleistung in der Ofenspule gezählt wird.
3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Zeitlaufwerk, welches jeweils nach Ablauf vorbestimmter gleicher Zeitintervalle die Einschaltung der Heizleistung in Verbindung mit einem Leistungszählwerk bewirkt, welches nach Durchfluß einer vorbestimmten Arbeit einen Kontakt betätigt, welcher die Leistungszufuhr unterbricht und gleichzeitig die Rückführung des Leistungszählwerkes in die Nullage bewirkt.
4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Leistungszählwerk mit einem mit konstanter, der Wärmeverlustleistung entsprechender Geschwindigkeit umlaufenden Zeiger und einem zweiten, hinter dem ersten hereilenden Zeiger, der mit einer der zugeführten Heizleistung entsprechenden Geschwindigkeit umläuft, und einer Kontakteinrichtung, die bei Berührung beider Zeiger die Leistungszufuhr unterbricht und gleichzeitig ein Zeitlaufwerk in Tätigkeit setzt, das nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit die Wiedereinschaltung der Heizleistung bewirkt.
5. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Leistungszählwerk mit einem mit konstanter, der Wärmeverlustleistung entsprechender Geschwindigkeit umlaufenden Zeiger und einem zweiten, hinter dem ersten hereilenden Zeiger, der mit einer der zugeführten Heizleistung entsprechenden Geschwindigkeit umläuft, und einer Kontakteinrichtung, die bei Berührung beider Zeiger die, Leistungszufuhr unterbricht, und durch ein Zeitlaufwerk, welches jeweils nach Ablauf vorbestimmter gleicher Zeitintervalle die Wiedereinschaltung der Heizleistung bewirkt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 760 645; BBC-Mitteilungen, 1952, Heft 11/12, S.418-419.