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Wahlweise um zwei verschiedene Kippachsen kippbarer rinnenloser Induktions-Tiegelofen
Es sind Verfahren und Einrichtungen zum Behandeln und Vergießen von aus einem zum
Vorschmelzen des Materials dienenden Schachtofen z. B. einem Kupolofen stammenden
Material, insbesondere Eisen bekannt, bei denen das im Schachtofen erschmolzene
Metall in einem nachgeschalteten Elektroofen nachbehandelt wird, wobei erst im Elektroofen
die erforderlichen Legierungszuschläge zugegeben werden und auch dort vor dem Endabguß
eine eventuelle Temperatursteigerung im flüssigen Metallbad vorgenommen wird.
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Beispielsweise ist es bekannt, nach einem solchen Verfahren aus in
Kupolöfen umgeschmolzenen Gußeisen Stahl zu erzeugen. Auf diese Weise kann auch
gewöhnliches Gußeisen eine Qualitätssteigerung erfahren.
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Es ist auch bereits bekannt, das in einer Ablaufrinne aus einem Kupolofen
ausfließende Metall in einen trommelförmigen, rinnenbeheizten Induktionsofen überzuführen
und von dort aus mittels Gießpfannen zu den Stellen zu leiten, an welchen der Endabguß
vorgenommen werden soll. Ein derartiger horizontal liegender Trommelofen bietet
die Möglichkeit, die Schmelze an einem Ende der Trommel einzugeben und sie am anderen
Ende wieder abzuziehen, so daß ein kontinuierlicher Betrieb durchgeführt werden
kann. In einem solchen, einem Kupolofen nachgeschaltetenRinnen-Induktionsofenkönnen
ohne weiteres zusätzlich Legierungszuschläge eingeschmolzen werden, und es ist auch
eine Temperatursteigerung sowie eine Durchmischung des in diesen Ofen vom Kupolofen
aus einfließenden Metalls möglich. Eine solche Kombination von Kupolofen und trommelförmigem,
rinnenbeheiztem Induktionsofen ist insbesondere zur Erzeugung von Qualitätsgußeisen
geeignet.
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Der rinnenbeheizte Induktionsofen, welcher Bauform auch immer, besitzt
jedoch den Nachteil, daß er sich schwierig zustellen läßt, und zwar wesentlich schwieriger
als ein Tiegel-Induktionsofen. Außerdem ist, bedingt durch die komplizierte Schmelzrinnenführung,
die Lebensdauer der Ausfütterung des rinnenbeheizten Induktionsofens im Verhältnis
zum Tiegel-Induktionsofen wesentlich kürzer. Hieraus ergeben sich für den Rinneninduktionsofen
verhältnismäßig hohe Instandhaltungskosten und längere Betriebsunterbrechungen bei
einem Ausfall des Ofens, während ein Tiegel-Induktionsofen infolge der einfachen,
bequem zugänglichen Tiegelform in kürzester Zeit zugestellt werden kann und die
Kontrolle etwa angefressenerTiegelflächen sowie deren Ausbesserung verhältnismäßig
leicht möglich ist. Hierin liegt auch der Grund, daß der NF-Tiegelinduktionsofen
auf durchweg allen Gebieten der Schmelztechnik den Rinnen-Induktionsofen mehr und
mehr verdrängt.
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Wollte man aber bei der bekannten Kombination eines Kupolofens mit
einem nachgeschalteten Elektroofen, bei der die Überleitung des flüssigen Metalls
vom Kupolofen zum Elektroofen mittels einer Gießrinne erfolgt, den trommelförmigen
rinnenbeheizten Induktionsofen einfach durch einen als langgestreckten Trommelofen
ausgebildeten Tiegel-Induktionsofen ersetzen, so würde sich für einen solchen Tiegelofen
eine äußerst schwierige und kostspielige Bauausführung ergeben.
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Wollte man aber statt eines trommelförmigen Tiegelinduktionsofens
einen einzigen Tiegelinduktionsofen mit senkrechter Achse, der in üblicher Weise
nur um eine einzige unter der Gießschnauze liegende Achse kippbar ist, für einen
kontinuierlichen Arbeitsprozeß mit einem Kupolofen verbinden, so scheitert dieses
Vorhaben daran, daß auch während des Abkippens des Tiegelofens dem vom Kupolofen
über eine Gießrinne zufließenden Metall im Tiegelofen Legierungszuschläge zugegeben
werden müßten und daß während dieser Zeit eine Temperatursteigerung vorgenommen
werden muß. Diesen Anforderungen vermag jedoch irgendein Tiegel-Induktionsofen der
bekannten Art nicht zu entsprechen.
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Es sind zwar Kippeinrichtungen sowohl bei Tiegelöfen wie auch bei
trommelförmigen und Rinnenöfen an sich bekannt, jedoch nicht nach Art dieser Erfindung,
so daß also die bekannten Einrichtungen nicht den Zweck der Erfindung erfüllen und
infolgedessen deren Vorteile nicht aufweisen. Die Unterschiede zwischen den nach
dem bisherigen Stand der
Technik bekannten Einrichtungen und dieser
Erfindung bestehen einerseits in einer ganz bestimmten Art der Anordnung der Kippachsen
speziell bei rinnenlosen Induktions-Tiegelöfen, ferner in der der vorliegenden Erfindung
zugrunde liegenden Aufgabe, die darin besteht, daß auch während des Vergießens des
Inhaltes des Tiegelofens gleichzeitig und in einfacher Weise geschmolzenes Metall
aus einem Schachtofen in den Tiegelofen nachgefüllt und auch Legierungszuschläge
in kontinuierlicher Arbeitsweise beigefügt werden können.
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Es ist auch bei kernlosen Induktionsschmelzöfen mit einer Auslaufschnauze
und einer dieser gegenüberliegenden Beschickungsöffnung bekannt, den Ofen um irgendeine
waagerechte Achse zu kippen, die entweder in der Ofenmitte oder auch in der Nähe
der Ausflußschnauze, gewünschtenfalls aber auch an jedem anderen Punkt innerhalb
oder außerhalb des Ofenlängsschnittes liegen kann. Obwohl diese Art der Anordnung
einer Kippachse auch im Zusammenhang mit einer Zulaufrinne und Auslaufschnauze gebracht
ist, so ist jedoch nach dem bisherigen Stand der Technik es nicht möglich, während
des Vergießens aus einem Induktions-Tiegelofen diesen aus einem Schachtofen nachzufüllen,
ohne mit dessen Auslaufrinne zu kollidieren und Legierungszusätze im kontinuierlichen
Arbeitsverfahren beizufügen.
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Die Vorteile, die sich aus einer solchen erfindungsgemäßen Einrichtung
ergeben, sind betriebstechnischer, metallurgischer und wirtschaftlicher Art. Der
Zulauf des Schmelzgutes vom Schachtofen zum Induktions-Tiegelofen ist sowohl vor
wie auch während des Vergießens möglich, ohne daß beim Kippen des Tiegelofens zwischen
dessen Eingußöffnung und der ortsfesten Auslaufrinne des Schachtofens eine Behinderung
eintritt. Auf diese Weise wird auch während des Vergießens eine gute Durchmischung
der Schmelze nebst Beifügung von Legierungszugaben ermöglicht. Ein besonderer Vorteil
besteht darin., daß infolge der kontinuierlichen Beschickungsmethode ein Tiegelofen
selbst von verhältnismäßig geringer Kapazität für größere Vergießmengen ausreichend
ist.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die der Auslaufrinne
eines Kupolofens zugeordnete Eingußöffnung derart ausgebildet und die zum Abwärtskippen
des Tiegels beim normalen Vergießen des Tiegelinhaltes benutzte erste Kippachse
bei Grundstellung des Tiegels wenig unterhalb der Eingußöffnung derart angeordnet
ist, daß während des Vergießens geschmolzenes Metall aus dem Kupolofen in den Tiegeln
nachfließen kann, und daß die zweite Kippachse, um die der Tiegel zum vollständigen
Entleeren nach Lösen des die erste Kippachse bildenden Gelenkes nach aufwärts kippbar
ist, an einer Stelle angeordnet ist, die bei der Endstellung des um die erste Kippachse
nach abwärts gekippten Tiegels wenig unterhalb der Ausgußschnauze liegt. Dabei ist
der Ofenkörper einschließlich seiner Eingußöffnung so im Verhältnis zur Auslaufrinne
des Schachtofens angeordnet, daß sich der Ofenkörper bei den Kippbewegungen um die
vorgenannten Achsen frei an der Auslaufrinne des Schachtofens vorbeibewegen kann.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann der Tiegelofen außerdem
um eine in seiner Grundstellung wenig unterhalb der Ausgußschnauze liegende Achse
nach abwärts kippbar sein. Dadurch, daß der erfindungsgemäße Tiegel-Induktionsofen
wahlweise die vorstehend angegebenen Kippbewegungen ausführen kann, können, wie
noch näher erläutert werden soll, sämtliche bei der Zusammenarbeit eines solchen
Ofens mit einem Schachtofen erforderlichen Arbeitsvorgänge bei kontinuierlichem
Betrieb in einem einzigen Tiegel-Induktionsofen durchgeführt werden, der dabei sonst
als normal gebauter Tiegelofen, d. h. als Tiegelofen mit in seiner Grundstellung
senkrechter Tiegelachse ausgeführt sein kann, und der somit sämtliche Vorteile des
normalen Tiegel-Induktionsofens besitzt. Es kommen nur zwecks Durchführung der beschriebenen
Kippbewegungen einige Lagerstellen hinzu, wodurch die Bauweise des Ofens selbst
- abgesehen von einer Eingußöffnung - nicht beeinflußt wird.
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Für den erfindungsgemäßen Tiegelofen kommt in erster Linie ein mit
Niederfrequenz, insbesondere Netzfrequenz gespeister Tiegelinduktionsofen in Frage,
ohne daß aber die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung auf den genannten Frequenzbereich
beschränkt ist.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel eines Ofens nach der
Erfindung dargestellt. In der F i g. 1 ist der neuartige Ofen im Längsschnitt, und
zwar in seiner Grundstellung wiedergegeben. Es bedeutet darin 1 den Mantel des Ofenkörpers,
2 die keramische Wärmeisolierung. Mit 3 ist der Tiegelraum, mit 4 der aus einer
Stampfmasse hergestellte Tiegel, mit 7 der Ofendeckel und mit 5 die
den Tiegel umgebende Induktionsspule bezeichnet.
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An der der Abgußschnauze 6 gegenüberliegenden Seite weist der Ofen
eine der Auslaufrinne 16 eines nicht dargestellten Schachtofens, beispielsweise
eines Kupolofens, zugeordnete Eingußöffnung 8 auf.
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Der neuartige Ofen ist wahlweise um die in den F i g. 1 bis 4 mit
A, B und C bezeichneten Achsen kippbar eingerichtet. Hierzu sind an dem Ofenkörper
unterhalb der Eingußöffnung 8 Lagerstellen 10 vorgesehen, die beispielsweise aus
je zwei an dem Ofenkörper befestigten mit Bohrungen versehenen Flanschen bestehen
können. In dem Ofenständer 14 sind ebenfalls Lagerstellen vorgesehen, die
der Kippachse A entsprechen. Durch Bolzen 18, die in die Bohrungen dieser Lagerstellen
und in die Bohrungen der Lagerstellen 10 des Ofenkörpers einführbar sind, kann der
Ofen bei A drehbar gelagert werden (die Bolzen 18 sind in den Zeichnungen neben
den F i g. 1 bis 4 besonders herausgezeichnet).
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Zum Abgießen der Schmelze wird der Ofen aus der in F i g. 1 dargestellten
Grundstellung durch Kippen um die Kippachse A in Abwärtsrichtung in die der F i
g. 2 entsprechende Stellung gebracht. Dabei beschreibt die Abgußschnauze einen flachen
Kreisbogen von a nach b und senkt sich um das Maß c.
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Für das Kippen des Ofens und für das Zurückführen desselben in -die
Grundstellung können beiderseits des Ofens angeordnete hydraulische Kippzylinder
11 dienen, die mit ihren Druckkolben 12 über Achsen 13 an dem Ofenkörper angreifen.
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Wie die F i g. 2 erkennen läßt, kann während der Kippbewegung (von
der Stellung nach F i g. 1 in die Stellung nach F i g. 2) das flüssige Metall stetig
in eine vor den Ofen gebrachte Pfanne 15 abgegossen werden. Diese Pfanne
kann an der Laufkatze einer normalen Krananlage hängen und braucht je nach der mehr
oder weniger starken Kippung des Ofens nur in ihrer Höhenlage verändert zu werden.
Dieser
Vorteil wird durch die relativ große Entfernung der Kippachse
A von der Abgußschnauze 6 erreicht.
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Vergleicht man die F i g. 1 und 2 in bezug auf die beim Kippen des
Ofens ihre Lage ändernde Eingußöffnung 8, so erkennt man, daß eine Zuleitung des
flüssigen Metalls mittels der vom Kupolofen zum Tiegelofen führenden Metallauslaufrinne
16 auch während des Kippens des Tiegelofens ohne weiteres möglich ist, wobei die
Auslaufrinne 16 des Kupolofens ihre Lage nicht zu ändern braucht. Die Eingußöffnung
ist so gestaltet, daß während des Abkippens von der Grundstellung in die Stellung
nach F i g. 2 die Auslaufrinne 16 des Kupolofens nicht von der unteren Kante
17 der Eingußöffnung 8 berührt wird. In der F i g. 1 ist der Weg d,
den diese Kante bei der Kippbewegung beschreibt und der zugehörige Radius e eingetragen.
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Aus F i g. 2 ist ferner zu erkennen, daß auch bei der dort gezeigten
Ofenkippstellung, nachdem schon etwa 2/a des Ofeninhaltes ausgekippt worden sind,
das in den Ofen einlaufende flüssige Metall noch genügend weit entfernt von der
Abgußöffnung des Tiegelofens einläuft. Es ist somit möglich, bei der Nachschaltung
bzw. Kombination eines erfindungsgemäßen Tiegelofens mit einem Kupolofen auch während
des Abkippvorganges sowohl Legierungszuschläge im Tiegelofen zugegeben als auch
eine gute Durchmischung des erschmolzenen Metalls mit den Legierungszuschlägen zu
erreichen.
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Um das letztere mit noch größerer Sicherheit zu erzielen, kann zusätzlich
eine nicht ganz bis zum Tiegelboden reichende Trennwand quer durch den Tiegel gezogen
werden, wie dies in der F i g. 2 gestrichelt bei 21 angedeutet ist. Auf diese
Weise wird das einfließende Metall gezwungen, den Weg durch tiefere Teile des Tiegelraumes
zu nehmen, ehe es zur Abgußschnauze 6 gelangt. Bei einem reichlich gefüllten Tiegel
bewirkt im übrigen bereits die induktive Baddurchwirbelung, die in F i g. 1 durch
Pfeillinien verdeutlicht ist, eine vorzügliche Durchmischung der Schmelze.
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Es wird dabei durch Verwendung eines erfindungsgemäßen NF-Tiegelinduktionsofens
in Verbindung mit einem Kupolofen gegenüber der bekannten Kombination eines Kupolofens
mit einem trommelförmigen rinnenbeheizten Induktionsofen infolge der in einem NF-Tiegelofen
im Vergleich zum rinnenbeheizten Induktionsofen weitaus stärkeren elektrodynamisch
erzeugten Badbewegung eine bessere Durchmischung und Temperaturgleichmäßigkeit der
Schmelze und damit eine Steigerung der Legierungsqualität erzielt. Die Durchmischung
kann dabei auch noch während des Abgießens fortgesetzt werden.
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Weiter sind wenig unterhalb der Abgußschnauze 6 des Ofens weitere
der Kippachse C zugeordnete Lagerstellen 9 zu beiden Seiten des Ofenkörpers vorgesehen,
die ähnlich wie die vorgenannten Lagerstellen 10 ausgebildet sein können. Die Lagerstellen
9 sind dabei so angeordnet, daß sie durch Kippen des Ofens um die Kippachse
A in eine Flucht mit in dem Ständer 19 vorgesehenen den Kippachsen B oder
C entsprechenden Lagerstellen gebracht werden können, so daß der Ofen durch Bolzen
18, die in die Bohrungen der Lagerstellen 9 des Ofenkörpers und in die Bohrungen
der jeweils mit den Lagerstellen 9 in Flucht liegenden Lagerstellen des Ofenständers
einzuführen sind, entweder in den der Kippachse B oder in den der Kippachse C entsprechenden
Lagerstellen des Ofenständers drehbar gelagert werden kann.
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In der F i g. 4 ist der Tiegelofen in seiner höchsten Kipplage dargestellt,
in die er durch Schwenken um die Kippachse B gebracht werden kann und in der eine
vollständige Entleerung des Tiegels möglich ist. Hierzu werden in einer der F i
g. 2 entsprechenden Stellung des Ofens, d. h. wenn sich die Lagerstellen
9
des Ofenkörpers in einer Flucht mit den der Kippachse B entsprechenden Lagerstellen
des Ofenständers 19 befinden, in die Bohrungen der genannten Lagerstellen Bolzen
18 eingeführt. Dann wird der Ofen mittels der hydraulischen Antriebsvorrichtung
11, 12 zunächst etwas angehoben, so daß die Bolzen 18 aus ihren Lagerstellen bei
A herausgezogen werden können. Um dies zu erleichtern, empfiehlt es sich, für die
Bolzen in den entsprechenden Lagerstellen ein reichliches Spiel vorzusehen. Sodann
kann der Ofen durch den hydraulischen Antrieb um die Kippachse B in Richtung der
in F i g. 4 eingezeichneten Pfeillinie geschwenkt werden, wobei der Tiegel vollständig
entleert wird, wie dies z. B. dann erforderlich werden kann, wenn der Tiegel neu
zugestellt werden muß. Wie die F i g. 4 erkennen läßt, bewegt sich dabei der Ofenkörper
frei an der Auslaufrinne 16 des Schachtofens vorbei.
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Die F i g. 3 zeigt den erfindungsgemäßen Tiegelofen in einer Stellung,
in welcher der Ofen aus seiner der F i g. 1 entsprechenden Grundstellung um die
Kippachse C nach abwärts gekippt ist (nachdem der Bolzen 18 aus den Lagerstellen
bei A zuvor entfernt worden war).
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Das vor dieser Kippbewegung erforderliche Umsetzen der Bolzen
18 wird so vorgenommen, daß der in der Grundstellung befindliche und bei
A gelagerte Ofen mittels des hydraulischen Antriebes 11, 12 zunächst so weit
angehoben wird, bis bei C Bolzen 18 eingeführt werden können. Nach einem weiteren
geringen Anheben des Ofens lassen sich die Bolzen bei A leicht entfernen, insbesondere
wenn, wie schon erwähnt, das Lagerspiel reichlich gehalten ist. Sodann kann der
Ofen um die Kippachse bei C nach abwärts gekippt werden, und zwar so weit, daß ein
Krätzwerkzeug 20 durch die Eingußöffnung 8 zum Zweck des Abschlackens eingeführt
werden kann. Die eventuell vorzusehende Trennwand 21 kann ohne weiteres so
gestaltet werden, daß sie das Abschlacken nicht behindert, wie dies aus der F i
g. 3 zu ersehen ist. Die Eingußöffnung 8 des Ofens kann ohne weiteres entsprechend
der Anordnung nach der F i g. 3 so ausgebildet sein, daß ihre obere Kante beim Kippen
des Ofens aus der Grundstellung in die der F i g. 3 entsprechende Stellung einen
Kreisbogen nach den in der F i g. 3 strichpunktiert angedeuteten Linien von f nach
g beschreibt, so daß sich die genannte Kante frei an dem vorderen Ende der Auslaufrinne
16 des Schachtofens vorbeibewegt.
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Nach Beendigung des Abschlackvorganges wird der Ofen wieder angehoben
und in die Grundstellung bewegt, in welcher der Bolzen 18 bei A in die entsprechenden
Lagerstellen eingesetzt wird. Soll dann wieder abgegossen werden, so wird nach geringem
Anheben des Ofens der Bolzen 18 bei C entfernt, worauf der schon beschriebene Kippvorgang
um die Kippachse A durchgeführt werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Es sind hiervon verschiedene Abweichungen, insbesondere baulicher
Art,
denkbar. So kann der erfindungsgemäße Tiegelinduktionsofen in an sich bekannter
Weise mit den Tiegel umgebenden Eisenpaketen versehen sein. Es kann aber auch ein
Induktions-Tiegelofen ohne derartige Eisenpakete in Frage kommen.
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Der erfindungsgemäße Ofen eignet sich in erster Linie zur Herstellung
von vergütetem Gußeisen, jedoch ist die Erfindung keineswegs hierauf beschränkt.
Sie ist mit Vorteil auch zur Herstellung anderer Eisensorten und auch zur Stahlerzeugung
sinngemäß anwendbar.