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Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsrinnenofen, bei dem
das Metallbad mit mindestens drei in einem Punkt ineinander mündenden Rinnen in
Verbindung steht und bei dem zum Ausgießen des flüssigen Metalls aus dem Ofen eine
abnehmbare Rohrleitung an eine der Rinnen anschließbar ist.
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Aus der USA.-Patentschrift 2 539 215 ist ein Induktionsrinnenofen
dieser Art bekannt, bei dem die Metallbewegung durch Konvektion und die Einwirkung
der elektromagnetischen Kräfte erfolgt, die bei der Wechselwirkung zwischen dem
Strom im Metall und dem erzeugten Magnetfluß entstehen. Der dabei erzeugte Druck
ist relativ gering und von der dem Ofen zugeführten Leistung abhängig.
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Aus der schweizerischen Patentschrift 438 390 ist eine Anlage zum
kontaktlosen Durchmischen geschmolzenen Metalls bekannt, bei der das Mischen mittels
eines Drehfeldes hervorgerufen wird, das von einem durch Einphasenstrom gespeisten
Elektromagneten mit gespalteten Polen dadurch hervorgerufen wird, daß die Pole kurzgeschlossene
Ringe tragen und eine Mulde mit dem geschmolzenen Metall umfassen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Induktionsrinnenofen
der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei dem der Metallstrom unabhängig von der
dem Ofen zugeführten Leistung regelbar und erheblich verstärkbar ist.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Schnittpunkt
der Rinnen vom nicht kurzgeschlossenen Spalt eines zusätzlichen Magnetleiters umfaßt
ist, dessen Magnetfluß den Flüssigkeitsstrom in dem Schnittpunkt durchsetzt und
mittels an eine Steuereinrichtung angeschlossener Wicklungen in Stärke und Richtung
steuerbar ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 die Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Induktionsofens,
F i g. 2 a die Verteilung der Ströme in den Rinnen bei der ersten Ofenbetriebsweise,
F i g. 2b die Wechselwirkung zwischen Strom und Magnetfluß im Rinnenschnittpunkt
bei der ersten Betriebsweise, Fig. 2 c die Richtung der Metallbewegung in den Rinnen
bei der ersten Betriebsweise, F i g. 3 a die Wechselwirkung zwischen Strom und Magnetfluß
im Rinnenschnittpunkt bei der zweiten Ofenbetriebsweise, F i g. 3b die Richtung
der Metallbewegung in den Rinnen bei der zweiten Betriebsweise, Fig. 4 a die Verteilung
der Ströme in den Ofenrinnen bei der dritten Ofenbetriebsweise, F i g. 4b die Richtung
der Metallbewegung in den Ofenrinnen bei der dritten Betriebsweise und Fig. 4c die
Verteilung der Ströme, des Magnetflusses und der elektromagnetischen Kräfte im Rinnenschnittpurkt
bei der dritten Betriebsweise.
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Der Induktionsrinnenofen, dessen prinzipieller Aufbau aus F i g.
1 ersichtlich ist, besteht aus einem Bad 1, Rinnen 2, 3, 4, geschlossenen Magnetleitern
5 und 6 mit Wechselstromwicklungen 7 und 8, die elektrische Ströme im Metall induzieren,
welches die Rinnen 2, 3 und 4 füllt, einem geöffneten Magnetleiter 9 mit Wicklungen
10 und 11, welche ein äußeres Magnetfeld im Schnittpunkt der Rinnen 2, 3 und 4 erzeugen.
Eine Abflußrohrleitung 12 ist mittels eines
Aufsatzstückes 13 mit der Rinne 4 verbunden.
Ein Deckel 14 dient zum Schließen des Ofens. Der im Spalt des geöffneten Magnetleiters
9 befindliche Rinnenabschnitt wird zweckmäßig abgeplattet ausgeführt, um die Größe
des Spalts zwischen den Polen zu vermindern.
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Die Metallbewegung in der Vorrichtung wird an Hand von drei Betriebsweisen
erläutert.
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Bei der ersten Betriebsweise arbeitet die Vorrichtung folgendermaßen.
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Die Wicklungen 7 und 8 werden an dieselbe Netzphase angeschlossen.
Hierbei ist der Strom in der Rinne 4, der gleich der Summe der in den Rinnen 2 bzw.
3 induzierten Ströme ist, gleich Null, d. h.
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Strom 11 (F i g. 2 a) fließt praktisch nur in den Rinnen 2 und 3 und
strömt an der Stelle der Rinnenverbindung senkrecht zur Längsachse der Rinne 4.
Die Wicklungen 10 und 11 (Fig.2b) werden derart in Reihe geschaltet, daß sich die
von ihnen erzeugten Magnetflüsse Bl summieren und der Gesamtmagnetfluß im Spalt
der Phase nach mit dem Strom, im Metall zusammenfällt.
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Bei der Wechselwirkung zwischen Magnetfluß und Strom im Metall entsteht
eine elektrodynamische Kraft F. Unter Einwirkung dieser Kraft strömt das Metall
mit einer Geschwindigkeit v1 (F i g. 2c) längs der Rinne 4 ins Bad 1 (F i g. 1).
Die Intensivität des Metallumlaufs hängt bei sonst gleichen Bedingungen von der
Speisespannung der Wicklungen 10 und 11 ab, die in weitem Bereich leicht geregelt
werden kann.
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Bei geringen Metallbewegunggeschwindigkeiten, die niedrigen Werten
der an die Wicklungen 10 und 11 gelegten Spannung entsprechen, fließt das Metall
längs den Rinnen 2 und 3 ruhig in die Rinne 4 und von hier in das Bad 1. Hierbei
wird überhitztes Metall aus den Rinnen fortgeschafft, wobei dessen Strömungsgeschwindigkeit
durch den Grad der Metallüberhitzung in der Rinne im Vergleich zu der Metalltemperatur
im Ofenbad bestimmt werden kann.
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Wenn das Schmelzen des Metalls im Bad (z. B.
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beim Vorhandensein von festem Beschickungsgut) intensiviert oder das
Metall zur Erzielung einer größeren Gleichmäßigkeit vor dem Gießen durchmischt werden
soll, wird an die Wicklungen 10 und 11 eine erhöhte Spannung gelegt, wodurch die
Metallbewegungsgeschwindigkeit in der Rinne 4 erhöht wird, das Metall ins Bad eruptiert
und gut durchgemischt wird.
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Die Rinne 4 wird, um Metall aus dem Ofen in ein (nicht gezeigtes)
Aufnahmegefäß zu leiten, mit der Abflußleitung 12 verbunden; danach werden die Wicklungen
10 und 11 eingeschaltet. Durch die Kraft F, (Fig. 2b) wird Metall über Rohrleitung
12 (F i g. 1) ins Aufnahmegefäß geleitet.
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Die Höhe des erzeugten Drucks wird durch Ändern der Speisespannung
des Elektromagneten, beispielsweise mittels eines Transformators oder Magnetverstärkers,
geregelt. Falls erforderlich, kann auch der Druck durch Ändern der Stromstärke im
Metall und der Phasenverschiebung zwischen dem Strom im Metall und dem Magnetfluß
geregelt werden.
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Die Metallbewegung kann durch Abschalten der Wicklungen 10 und 11
oder Richtungswechsel des sie durchfließenden Stroms beendet werden. Hierdurch wird
der Metallfluß schroff unterbrochen.
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Das Metall kann aus dem Ofen sowohl ohne Druck (Rohrleitung 12 ist
in den Eingußsumpf der Form eingeführt) als auch unter Überdruck in die Formen
geleitet
werden, wie dies beim Gießen unter niedrigem Gasdruck erfolgt (in diesem Falle wird
die Rohrleitung 12 starr mit der Form verbunden, wobei das Metall von unten oder
von der Seite her in letztere gedrückt wird).
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Bei der zweiten Betriebsweise zum Erzeugen der Metallbewegung werden
die Wicklungen 10' und 11' (Fig. 3a), welche ein Magnetfeld B2 erzeugen, mit 1800
Phasenverschiebung im Vergleich zur ersten Arbeitsweise eingeschaltet. Daher erhält
die elektromagnetische Kraft F, jetzt die umgekehrte Richtung: Metall wird nun über
die Zentralrinne aus dem Bad abgesaugt und in dieses iiber die Seitenrinnen mit
der Geschwindigkeit v (F i g. 3 b) zurückgeführt.
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Diese Betriebsweise kann insbesondere zum wirksamen Durchmischen
von Metall mit flüssigen und festen Zusätzen verwendet werden, wenn diese geringere
Wichte als das flüssige Metall haben und schwer mit ihm in Wechselwirkung treten.
Das in der Rinne 4 nach unten strömende Metall reißt über das Aufsatzstück 13 (Fig.
1) diese Zusätze mit in die Rinne.
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Beim Durchlaufen der letzteren treten die Zusätze in wirksame Wechselwirkung
mit dem Metall, wodurch ihre Aufnahme ins Metall beschleunigt wird.
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Bei der dritten Ofenbetriebsweise wird eine der Wicklungen 7' oder
8' (F i g. 4 a) des Magnetleiters 5 bzw. des Magnetleiters 6 an die entgegengesetzte
Phase geschaltet.
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Hierbei fließen im Schnittpunkt der Rinnen 2, 3 und 4 der Strom Ii
(F i g. 4 c) und 14 unter einem gewissen Winkel zur Achse der Rinne 4. Infolge der
Wechselwirkung der Ströme, und 14 mit dem Magnetfluß B3 entsteht eine Komponente
Fx der elektromagnetischen Kraft F3, die senkrecht zur Achse der Rinne 4 (F i g.
1) gerichtet ist. Durch diese Kraft wird Metall aus dem Bad über die Rinne 2 in
die Rinne 3 und von hier zurück ins Bad befördert. Der Umlauf des Metalls in der
Rinne 4 wird auf übliche Weise erzeugt.
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Diese Ofenbetriebsweise kann zum seitlichen Durchmischen des Metalls,
insbesondere dann verwandt werden, wenn die Abflußleitung 12 aufgesetzt ist.
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Die Verwendung des erfindungsgemäßen Rinnenofens ermöglicht es, die
nachstehend aufgezählten Vorteile zu erhalten: a) das Metallschmelzen wird insbesondere
bei großstückigem Beschickungsgut intensiviert; b) das Überhitzen des Metalls in
der Rinne wird in durch das Fertigungsverfahren vorbestimmten Grenzen unabhängig
von der Stromdichte im Metall geregelt;
c) eine gleichmäßige chemische Zusammensetzung
und Temperatur des Metalls werden im ganzen Badvolumen gewährleistet; d) ein regelbares
Mischen des Metalls im Bad, dessen Intensivität nicht von der Stromstärke im Metall
und folglich auch nicht von der Überhitzungsweise abhängt, wird gewährleistet; e)
das Metall kann über eine geschlossene Metall leitung vergossen werden, wobei es
aus dem Unterteil des Bads entnommen wird, wodurch ein Beibehalten der im Ofen erzielten
Metallgüte und -reinheit gewährleistet wird; f) die geringe Trägheit bei der Steuerung
des Wicklungsstroms ermöglicht das Gießen von Metall in Formen nach dem gewünschten
Verfahren mit genauer Einhaltung der eingegossenen Mengen, wobei die Gießgeschwindigkeit
nicht von der augenblicklichen Metalltemperatur abhängt; g) die Ofenkonstruktion
ermöglicht eine Schmelzführung, eine Metallbehandlung und ein Vergießen des Metalls
in Schutzgasatmosphäre und unter Vakuum; h) die Ofenkonstruktion ermöglicht ein
Einführen des Metalls in die Form unter erhöhtem Druck, der durch elektromagnetische
Kräfte erzeugt wird; i) die erhaltenen Versuchswerte beweisen, daß eine gerichtete
Metallbewegung in den Ofenrinnen den Ansatz von Oxyden, Schlacken usw. in den Rinnen
vermindert, wodurch wiederum die Intervalle zwischen den Ofenausbesserungen während
des Betriebs, z.B. beim Schmelzen von Aluminiumlegierungen, verlängert werden.