DE1508571C - Feuerfeste Auskleidung für Induktionsöfen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Auskleidung für kern- sten Fläche hochstehend angeordnet sind, wobei

lose Induktions-Öfen aus feuerfesten Steinen. die Fugen dieser Lage mit hochstehenden Steinen

Die zunehmende Entwicklung größerer Induktions- untereinander und gegen die Fugen der Lage mit öfen, ζ. B. öfen mit einer Kapazität von mehr als flach liegenden Steinen versetzt sind.
2001, und stärker automatisierter und überlegen ge- 5 Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteuerter Anordnungen haben erhebliche Auswirkun- stehen beide Lagen aus mineralogisch unterschiedgen auf die feuerfesten Materialien gehabt, die früher liehen Steinen. ■ ■
für das Auskleiden derartiger öfen angewandt worden Ferner besteht auch der Boden aus mindestens sind. Ein Ergebnis besteht darin, daß Materialien zwei Lagen feuerfester Steine, die auf ihrer mitthöherer Reinheit Anwendung fanden, jedoch stellt io leren Fläche hochkant stehend mit im Winkel zudies noch nicht die vollständige Lösung der an- einander verlaufenden Fugen angeordnet sind, wobei stehenden Probleme dar. die innere Lage der Auskleidung mit dem unteren

Früher wurden eingestampfte Auskleidungen als Teil ihrer untersten Schicht die oberste Bodenlage

die zweckmäßigste Bauform für einen Induktions- umschließt und auf der darunter befindlichen

Ofen betrachtet, da diese Ausstampfung monolithisch 15 Bodenlage ruht.

ist, d. h. keinerlei Risse oder Fugen vorliegen, durch Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal ist, daß

die das geschmolzene Metall zu den Spulen, Kühl- die Fugen zwischen den einzelnen Steinen der

leitungen u. dgl. gelangen kann. Die ausgeprägte Lagen kleiner als 3,18 mm sind.

Neigung vieler Einstampfgemische zu schrumpfen, ist Der erfindungsgemäße Ofenaufbau weist eine

ebenfalls als zweckmäßig erachtet worden, da sich 90 höchst unerwartete Eigenschaft auf. Es wäre zu er-

hierdurch eine dichtere, undurchlässigere Ausklei- warten, daß die Fugen zwischen den Steinen in der

dung ergibt. Arbeitswand zu einem einfachen Weg führen, durch

In sehr großen Gefäßen jedoch haben sich mono- den das geschmolzene Metall fließen kann. Dies trifft lithische Auskleidungen nicht so zufriedenstellend jedoch in gar keiner Weise zu. Die zwischen den erwiesen, wie dies angestrebt wird. Es haben sich 35 Steinen vorliegenden Fugen, die sich gewöhnlich ■ nicht nur Schwierigkeiten bezüglich der Arbeitskräfte auf Abmessungen von kleiner als 3,18 mm belaufen, und der Anforderungen an die Materialien zum können zwar ein begrenztes Eindringen des ge-Herstellen monolithischer Auskleidengen bei der- schmolzenen Metalls ermöglichen, dieselben scheiartigen Abmessungen ergeben, sondern aus un- nen jedoch in Kombination mit den Arbeitseigenbekannten Gründen scheint hier bei diesen größeren 30 schäften des Induktions-Ofens das Metall zum ErGefäßen eine stärkere Neigung vorzuliegen, daß das starren zu bringen, und zwar sogar unmittelbar eingestampfte monolithische Produkt eine Rißbil- nachdem dasselbe in die Fugen eingetreten ist, wodung erfährt oder in anderer Weise eine schnelle durch ein weiteres Eindringen verhindert wird. Es Verschlechterung zeigt. wird von der theoretischen Annahme ausgegangen,

Man ging daher dazu über, den Ofen zunächst mit 35 daß in gewisser Weise der zwischen den Primäreiner basischen Masse auszusiampfen und auf dieses spulen und dem geschmolzenen Metall erzeugte »Sicherheitsfutter« dann ein Ringmauerwerk auf- Energiefluß in den Fugen nicht eine ausreichende zubringen. Metallmasse vorfindet, um dieselbe im flüssigen ZuAusmauerungen, wie sie etwa aus der USA.- stand zu halten, wodurch ein Erstarren des Metalls Patentschrift 2 427 037 für Lichtbogenofen bekannt- 40 gefördert wird.

geworden sind, wurden für Induktions-Öfeo nicht Die erfindungsgemäße Ausmauerung hat weiterhin verwendet, da befürchtet werden muß, daß durch den Vorteil, daß durch den unabhängigen Aufbau die Fugen in dem Mauerwerk flüssiges Metall an die zwischen beiden Schichten eine isolierende Luft-Spulen gelangen kann. schicht gebildet wird, die für einen beständigen Wär-

Aus diesem Grunde wurde auch das oben- 45 megradienten von der Grenzfläche der Arbeitsauserwähnte »Sicherheitsfutter* zwischen dem Arbeits- kleidung in Richtung auf die Induktionsspulen sorgt. futter und dem Metallmantel des Ofens eingebracht, Eine weitere interessante Feststellung besteht darso daß die durch die Fugen gelangende Schmelze in, daß das begrenzte Ausdehnen, das in den meisten durch diese Stampfmasse aufgehalten wurde. gebrannten, feuerfesten Formsteinen auftritt, bei

Nachteilig bei dieser Ausmauerang ist, daß bei 50 dem erfindungsgemäßen Ofenaufbau eine zweckeinem erneuten Aufbau nicht nur das Mauerwerk, mäßige Eigenschaft ist. Nach dem Stande der Techsondern auch die monolithische eingestampfte Aus- nik sind gießfähige und einstampffähige Gemische kleidung aus dem Ofen entfernt werden müssen. angewandt worden, da das Einschrumpfen als er-

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine forderlich betrachtet wurde, um das Ausbilden einer

Auskleidung für kernlose Induktions-Öfen zu schaf- 55 dichteren und weniger durchlässigen Struktur zu för-

fen, die im Gegensatz zu Ausstampfmassen auch in dem. Es wurde nun gefunden, daß das durch die

größeren öfen eingesetzt werden kann und die in einzelnen Steineinheiten bei dem erfindungsgemäßen

einfacher Weise erneuert werden kann. Ofen bewirkte begrenzte Ausdehnen zu einem Ver-

Gelöst wird diese Aufgabe erfmdungsgemäß da- festigen der Auskleidung führt.

durch, daß die Auskleidung für kernlose Iraduk- 60 Für die erfindungsgemäße Auskleidung eines Intäons-öfen aus zwei voneinander unabhängigen duktions-Ofens können beliebige Formkörper oder Lagen besteht, von denen die äußere Lage an der Sieine verwendet werden. Bei einer basischen Zu-Primärspule innerhalb der Metallumrnantelung des Stellung haben sich Formsteine gemäß der USA.-Jnduktions-Ofens anliegt, und daß beide Lagen aus Patentschriften 3 067 050 und 3 141 790 als zweckformgleichen, rechteckigen, flachen Steinen be- 65 mäßig erwiesen. Darartige Formsteine können sostehen, die in der einen Lage auf ihrer größten wohl für die Unterstützungs- als auch die Arbeits-Fläche nach liegend ringförmig oder wendelförmig wand der Auskleidung angewandt werden. Für aufgeschichtet, in der anderen Lage auf ihrer klein- basische Arbeitsbedingungen können entsprechende

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oder andere Formsteine zur Anwendung kommen. spricht der Unterstützungsauskleidung und der Gegebenenfalls kann eine dieser zwei Formstein- Arbeitsauskleidung. Die F i g. 2 zeigt weiterhin die arten für die Unterstützungswand und die andere für Art und Weise, in der der obere Umfangsflansch 16 die Arbeitsauskleidung angewandt werden. Es wäre gegen die oberen Kanten der zwei Wände anstößt, zu erwarten, daß die verschiedenen mineralogischen 5 Die Gießschnauze 20 ist hier mit drei ineinander im Eigenschaften der zwei Formsteine dieselben mit- Eingriff stehenden Spezialformen 60, 61 und 62 auseinander unverträglich machen würden. Auf Grund gekleidet, die eine sich nach oben öffnende halbdes sehr zweckmäßigen thermischen Gradienten je- bogenförmige Konfiguration aufweisen. Diese Formdoch ist dies nicht der Fall. steine sollten aus einem feuerfesten Material her-

Die Erfindung wird im folgenden weiterhin bei- io gestellt werden, das mit dem für das Herstellen der spielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Arbeitsauskleidung angewandten verträglich ist. Geerläutert. Dabei zeigt gebenenfalls könnte auch ein gießfähiges oder

F i g. 1 schematisch einen kernlosen Induktions- stampffähiges Gemisch für das Auskleiden der

Ofen, der in der erfindungsgemäßen Weise auf- Gießschnauze angewandt werden, jedoch wird hier

gebaut ist, 15 zum Erzielen bester Ergebnisse das Anwenden von

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Ofen nach Formsteinen bevorzugt,

der Fig. 1, Die Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Bauart für den

F i g. 3 eine bevorzugte Anordnung der Form- Boden. Es ist zu beachten, daß die unterste Lage

körper für den Böden des Ofens. 50 so gezeigt ist, daß dieselbe aus auf Kante geleg-

In der Fig. 1 ist ein Induktions-Ofen gezeigt, ao ten Steinen in Lagen besteht, die praktisch waagewie er für das Gießen einer Metallschmelze an- recht zu dem Zeichnungsblatt vorliegen,
geordnet wird. Die Metallummantelung 10 wird in Die Lage 51 ist in ähnlicher Weise aufgebaut, dem Ring Il getragen, der an gegenüberliegenden jedoch ist sie um 45° zur unteren Lage, die Lage 53 Stellen Vorsprünge 12 aufweist, die mit den gegen- um weitere 45° zu der zweiten Lage verdreht. Im allüberliegenden Armen 14 und 13 in Eingriff kommen, ag gemeinen kann jede Anordnung der Lägen, wobei Die Arme 13 und 14 sind an der Kippachse 15 be- wenigstens zwei Lagen erforderlich sind, angewandt festigt, wodurch der Ofen zum Gießen gekippt wer- werden, die so ausgeführt ist, daß die Steine in den den kann. Anliegend an dem oberen Ende der Um- entsprechenden Lagen versetzt zueinander angeordmantelung 10 und vollständig hieran befestigt ist der net sind, so daß praktisch keine kontinuierlichen mitobere Rand 16, der ein Flanschteil aufweist, das 30 einander iri Verbindung stehenden Fugen zwischen normalerweise anstößt an die obere Oberfläche der den entsprechenden Lagen vorliegen. Gegegebenendie innere Auskleidung bildenden Formsteine. In falls kann man die unterste Lage aus einem gießbaren üblicher Weise ermöglicht eine Gießschnauze 20 das oder einstampfbaren Gemisch herstellen, auf dem Gießen des geschmolzenen Metalls 21 aus dem eine Lage vorgeformter Steine oder Formkörper Gefäß. 35 angeordnet wird.

Die Auskleidung als solche besteht aus zwei Wän- In die F i g. 2 ist weiterhin eine Primärspule 80 den oder Schichten feuerfester Steine. Die äußere zwischen der äußeren Ummantelung 10 und der Un-Schicht oder Unterstützungsschicht 3® besteht aus terstützungsauskleidung 30 eingezeichnet. Wie es aneiner Mehrzahl fonngleicher Steine, die in Form sonsten üblich ist, wird empfohlen, daß die PrimärkoHzentrischer Ringe angeordnet sind. Gegebenen- 40 spule mit einem Mörtel eines feuerfesten Materials falls können natürlich herkömmliche Bodenformen überzogen wird, das mit dem in der Unterstützungsder Steine für das Ausbilden der Ringe angewandt auskleidung angewandten feuerfesten Material verwerfen. Gelegentlich ist es zweckmäßig,. einige träglich ist.

wenige derartige Formkörper io jedem Ring an- Es wird weiterhin als wichtig erachtet, daß die für

zuordnen, um eine bessere Ausbildung des voll- 45 den Aufbau der Arbeitsauskleidung in Anwendung

ständigen Kreises zu erzielen. kommenden feuerfesten Formsteine derartige Dimen-

Die innere Auskleidung oder ■ Arbeitsauskleidung sionstoleranzen aufweisen, daß eine Mörtelfuge von 40 besteht ebenfalls aus formgleichen, rechteckigen, nicht mehr als 3,18 mm für den Aufbau der Ausfladien Steinen. Während in der F i g. 1 die Unter- kleidung erforderlich ist. Wie in der F i g. 2 gezeigt, Stützungsschicht 30 aus Steinen, die auf ihrer groß- 59 ruhen die unterste Lage 50 und der Boden der ten Fläche flach liegend ringförmig oder wendel- äußeren Wand auf der gleichen Trag'fläche. Die förmig aufgeschichtet sind, gebildet wird, sind die zweite Lage wird im Inneren der äußeren Wand Steine der Arbeitsauskleidung 40 auf ihrer kleinsten aufgebaut und trägt den Boden der Arbeitsausklei-Fläche hochstehend angeordnet, und zwar so, daß dung. Die oberste Arbeitslage des Bodens wird im die Fugen dieser Lage untereinander und gegen die 55 Innern des Raumes der Arbeitsauskleidung auf-Fugen der Lage mit flach liegenden Steinen 30 ver- gebaut. Bei der bevorzugten Durchführungsform ist setzt sind. Um die versetzte Anordnung für die das Ausbilden einer Auskehlung 100 mit Mörtel Arbeitsauskleidung zu erreichen, ist es erforderlich, oder gießfähiger Masse an der freiliegenden Fuge daß ganze Steine zerbrochen werden, um eine Reihe zwischen der Arbeitsauskleidung und der oberen Stufen in der ersten Schicht. auszubilden. Natürlich So oder Arbeitslage des Bodens zu empfehlen.
können entsprechend geformte Steine auch durch Es sind weiter oben nur zwei spezifische Steinden Hersteller derselben hergestellt werden, falls dies arten als geeignet für den Erfindungsgegenstand anerforderlich sein sollte. gegeben. Es gibt jedoch auch viele andere Arten an

Gemäß der Erfindung wird auf jegliche Isolation feuerfesten Steinen guter Qualität, die in Anwendung

zwischen den zwei Wänden verzichtet, da sich hier- 65 kommen können. Steine guter Qualität werden z.B.

durch ein starker thermischer Gradient ergibt. -aus Chromerz, Olivin, Forsterit, Zirkon, .Zirkon-

In der F i g. 2 ist der Boden aus drei Lagen 50, dioxid, Siliziumcarbid und geschmolzenen Form-51 und 52 aufgebaut. Die Zusammensetzung ent- steinen, wie Tonerde, Magnesiumoxid, Chromerz-

Magnesiumoxid, Magnesiumoxid-Chromerz, Tonerde-Zirkon, Tonerde-Zirkondioxid u. dgl., hergestellt.

Es ist zwar hier als bevorzugt ein Ringaufbau für die Unterstützungswand und eine versetzte Anordnung für die Arbeitswand angegeben. Diese Anordnung kann jedoch auch umgekehrt werden. Weiterhin kann man auch geneigt verlaufende, wendeiförmige Lagen anwenden. Bei dem Anwenden wendeiförmiger Lagen sowohl für die Unterstützungswand als auch die Arbeitswand wird vorgeschlagen, daß dieselben entgegengesetzt gerichtet sind, d. h. die eine in Uhrzeigerrichtung und die andere entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung.

Die Vorteile, die mit der erfindungsgemäßen Auskleidung erzielt werden, sollen im folgenden noch einmal zusammengefaßt werden:

1. Die vollständig aus Steinen oder vorgeformten Formkörpern bestehenden Auskleidungen sind wesentlich sicherer, da die vielen kleinen, jedoch nicht in Verbindung stehenden Fugen, die zu- ^ao nächst mit einem guten Mörtel abgedichtet sind, ein Eindringen des geschmolzenen Metalls nicht ermöglichen und tatsächlich ein Erstarren des Metalls in den Fugen fördern.

2. Es ergibt sich eine überlegene Arbeitsweise. Die ^a5 vielen Probleme, wie sie bei dem Ausbilden einer einheitlichen, dichten, praktisch homogenen Struktur mit Einstampfgemischen auftreten, werden ausgeräumt, wenn man entsprechend sorgfältig ausgewählte, vorgebildete, gebrannte Formkörper anwendet.

3. Der Bereich der Materialien (vom metallurgischen Standpunkt aus), der in dem Induktions-Ofen angewandt werden kann, wird vergrößert. Die feuerfeste Eigenschaft und mechanische Festigkeit der Einstampfgemische hat die Metallurgie der Induktions-Öfen beschränkt. Unter Anwenden der erfindungsgemäßen Auskleidungen jedoch kann ein breiter Bereich gebrannter feuerfester Formsteine bezüglich der chemischen Festigkeit angewandt werden, wodurch die Möglichkeiten in der Metallurgie wesentlich verbessert werden, d. h., es kann eine größere Anzahl metallurgischer Systeme in einem Induktions-Ofen zur Behandlung kommen.

4. Da die Unterstützungswand eine mehr oder weniger bleibende Anordnung darstellt, und zwar selbst bei gleicher Lebensdauer im Hinblick auf vorbekannte eingestampfte Auskleidüngen, und den Erfindungsgegenstand, ergibt sich bezüglich des Volumens an feuerfesten Materialien eine Ersparnis in der Größenordnung von 40 bis 50%, da nur eine Arbeitsauskleidung ersetzt werden muß. Weiter läßt sich eine _S5 leichte Entfernung nach der Abmessung durchführen, während bei eingestampften Auskleidungen nach dem Stand der Technik die gesamte Masse des monolithischen Körpers entfernt werden mußte.

5. Bei praktischen Arbeitsuntersuchungen in einem Vakuum-Induktions-Ofen gelingt es mit den erfindungsgemäßen Auskleidungen die Arbeitszeiten bis zum Ersatz auf das Doppelte oder Dreifache zu erhöhen. Zum Beispiel bei einem 900- bis 2300-kg-Induktions-Ofen belief sich bisher die durchschnittliche Lebensdauer auf 15 Arbeitsgänge, wobei der allgemeine Bereich etwa bei 10 bis 20 Arbeitsgängen lag. Bei dem Einbau von vier erfindungsgemäßen Auskleidungen gelingt es, 87 Arbeitsgänge durchzuführen, und zwei der Auskleidungen sind zur Zeit immer noch in Benutzung. Dies ergibt einen Durchschnitt von wenigstens 22 Arbeitsgängen. Höchstwahrscheinlich dürfte dieser Zahlenwert noch höher liegen, sobald die einschlägigen Untersuchungen zum Abschluß gekommen sind. Die Untersuchung hat gezeigt, daß keine der Unterstützungswände eine Verschlechterung ihrer Eigenschaften erfahren hat.

6. Da die ursprünglichen Kosten der Einstampfgemische und der Formkörper praktisch gleich sind oder für das Einstampfgemisch sogar höher sind, und zwar insbesondere im Hinblick auf die erforderliche qualifizierte Arbeitskraft, ergibt sich erfindungsgemäß eine Ersparnis bezüglich der feuerfesten Masse von 70 bis 80%, und zwar wenigstens auf der Grundlage der derzeitigen Untersuchungen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Auskleidung für kernlose Induktions-Öfen aus feuerfesten Steinen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei voneinander unabhängigen Lagen (30, 40) besteht, von denen die äußere Lage an der Primärspule (80) innerhalb der Metallummantelung (10) des Induktions-Ofens anliegt, und daß beide Lagen (30, 40) aus formgleichen, rechteckigen, flachen Steinen bestehen, die in der einen Lage (30 oder 40) auf ihrer größten Fläche flach liegend ringförmig oder wendelförmig aufgeschichtet, in der anderen Lage (40 oder 30) auf ihrer kleinsten Fläche hochstehend angeordnet sind, wobei die Fugen dieser Lage mit hochstehenden Steinen (40) untereinander und gegen die Fugen der Lage mit flach liegenden Steinen (30) versetzt sind.

2. Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Lagen (30, 40) aus mineralogisch unterschiedlichen Steinen bestehen.

3. Auskleidung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Boden aus mindestens zwei Lagen (50, 51, 52) feuerfester Steine besteht, die auf ihrer mittleren

• Fläche hochkant stehend mit im Winkel zueinander verlaufenden Fugen angeordnet sind.

4. Auskleidung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lage (40) der Auskleidung mit dem unteren Teil ihrer untersten Schicht die oberste Bodenlage (52) umschließt und auf der darunter befindlichen Bodenlage (51) ruht.

5. Auskleidung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fugen zwischen den einzelnen Steinen der Lagen (30, 40, 50, 51, 52) kleiner als 3,18 mm sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen