DE2122340C3 - Auskleidung für Induktionsspulen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Auskleidung für gekühlte Induktionsspulen zum Erwärmen und Schmelzen von Metallen, die wenigstens ein vorgefertigtes Rohr aus einer isolierenden Keramik mit einer Einlage aus hitzebeständigem Material aufweist.

Die Auskleidung von gekühlten Induktionsspulen hat allgemein die Aufgabe, die elektrische Isolation der Spule vor einer zu hohen thermischen Beanspruchung durch die vom Erwärmungsgut her abfließende bzw. abgestrahlte Wärme zu schützen. Außerdem soll sie in vielen Fällen die von dem durch die Induktionsspule hindurch transportierten Erwärmungsgut ausgeübten Kräfte auf die Spule übertragen. Zwischen Spule und Auskleidung ist dabei möglichst eine relative Bewegung zu vermeiden. Bei induktiven Blockerwärmungsanlagen dient die Auskleidung zusätzlich noch dem Zweck, im Falle eines Versagens der Temperaturüberwachung die Spule vor dem Angriff des schmelzenden Metalls zu schützen. Dabei soll die Wanddicke der Spulenauskleidung zur Erzielung eines günstigen Wirkungsgrades und guten Leistungsfaktors möglichst gering sein.

Der Aufbau derartiger Schutzauskleidungen kann aus mehreren Schichten bestehen. Hierfür werden bekanntlich Materialien wie z. B. Asbest, keramisches Material oder dergl. einzeln oder auch in Kombination verwendet. Bei Schmelzöfen wird gegen eine so vor der Spule angebrachte Schutzschicht der das Schmelzgut aufnehmende Tiegel gestampft, während bei induktiven Blockerwärmunfcsanlagen diese Schutzauskleidung nach innen vielfach durch ein zylindrisches, dünnwandiges Schutzrohr, auch Schmelzschutzrohr genannt, aus unmagnetischem Metall zum Erwärmungsraum hin abgeschlossen ist. Bei richtiger Materialauswahl, Bemessung und Anordnung bilden diese Schutzrohre zusammen mit der Auskleidung zwischen Schutzrohr und Auskleidung einen ausreichenden, leicht auswechselbaren Schutz für die Induktionsspule unter der Voraussetzung, daß die Temperaturen in den zu erwärmenden Metallblöcken nicht höher als etwa 1000⁰C betragen. Mit zunehmenden, über diesen Wert hinausgehenden Temperaturen wird die Verwendung von metallischen Schmelzschutzrohren wegen des hohen Verschleißes unwirtschaftlich. Die Schmelzschutzrohre neigen in diesem Temperaturbereich zum Verwerfen, so daß sie beim Durchschieben des Erwärmungsgutes beschädigt bzw. zerstört werden.

Die gleichen Schwierigkeiten ergeben sich bei solchen Induktions-Erwärmungsanlagen, bei denen das Erwärmungsgut über Gleit- oder Führungsschienen durch die Induktionsspule transportiert wird.

Man verwendet insbesondere bei hohen Temperaturen Spulenauskleidungen, die nur aus keramischen Material bestehen. Das keramische Material wird entweder auf die Innenseite der wassergekühlten Kupferspule aufgeschmiert bzw. aufgestampft, dus dann in einem Sinterprozeß oder durch einen zugegebenen Härter verfestigt wird. Auch kann eine derartige Spulenauskleidung aus mehreren Schichten, z. B. einer Verschleiß- und einer Isolierschicht, aufgebaut sein. Im allgemeinen benötigt diese Auskleidung jedoch eine verhältnismäßig große Wanddicke, die jedoch einen niedrigen Wirkungsgrad und einen schlechten Leistungsfaktor zur Folge hat. Gibt man der keramischen Auskleidung eine geringe Wanddicke, z. B. 8—20 mm, so neigt sie zur Rißbildung, zum Abbröckeln und Abplatzen von der Spule, da diese als Träger dieser Masse anderen Dehnungsgesetzen unterworfen ist als die Auskleidung selbst. Außerdem wäre die dünne Auskleidung mechanisch nicht in der Lage, die von den Gleitblechen zum horizontalen Transport der Blöcke durch den Spulenraum ausgehenden Kräfte und Beanspruchungen aufzunehmen.

Aus der US-Patentschrift Nr. 24 90 106 ist es bekannt, einen aus Transportschienen und feuerfesten Steinen gebildeten Zylinder in den Innenraum einer Induktionsspule einzubringen, der diese vor der hohen Wärmestrahlung der erhitzten Werkstücke schützen soll. Zwischen diesem Zylinder und der Induktionsspule befindet sich noch ein Rohrkörper aus einem mehrlagigen Gewebe oder Geflecht, das mit einem hitzebeständigen Mittel getränkt ist.

Dieser Rohrkörper ist mit geeigneten Bindemitteln an der Induktionsspule befestigt. Auch bei dieser Ausführungsform benötigt die wärmeisolierende keramische Schicht bzw. der keramische Zylinder eine große Wanddicke, um eine genügende mechanische Festigkeit zu bieten.

Beim Induktions-Schmelzofen kennt man die Anordnung eines geerdeten metallischen Schirmes aus schraubenförmig angeordneten Ringen innerhalb des Ofenfutters zwischen Induktionsspule und Tiegel. Die Ringe sind jeweils durchtrennt und an einer Seite mit einer gemeinsamen Stütze verbunden, während die anderen Enden der Ringe isoliert sind. Dieser so gestaltete Schirm soll das Ofenpersonal vor jeder Gefährdung durch elektrisch leitende Massen schützen, die einer unmittelbar von der Induktionsspule abgeleiteten Spannung ausgesetzt sein können (DE-PS 5 33 449).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auskleidung für gekühlte Induktionsspulen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches I so auszubilden, daß das verwendete keramische Rohr besonders dünnwan-

dig ausgebildet werden kann.

Erfindungsgemäß wird das durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen erreicht.

Wie Versuche gezeigt haben, widerstehen derartige mit Drahtwendeln armierte keramische Rohre selbst dünnster Wandstärke den hohen Beanspruchungen, und es wurde ein vielfaches der Lebensdauer der früheren Auskleidungen erreicht. Selbst, wenn nach längerer Betriebsdauer in der Rohrwandung gelegentlich Span- nungsris;? auftraten, führten diese nicht zum Abplatzen von größeren Teilen der Rohrwandung. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Rohre leicht ausgewechselt werden können.

Die Wandung der keramischen Rohre besitzt vorzugsweise eine Dicke von 8—20 mm.

Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung besteht die keramische Spulenauskleidung aus mehreren hintereinander liegenden Rohren, die an den Stoßstellen überlappen oder an den Stirnseiten mit Nut und Feder ausgerüstet sind.

Die in den keramischen Rohren eingebetteten Drahtwendel können als Elektroden verwendet und an ein Melderelais bzw. Meldesystem angeschlossen werden. Hierdurch kann das Vordringen von etwaigem flüssigem Metall oder sonstigen Fremdkörpern, wie z. B. Zunder, zur Spule hin rechtzeitig gemeldet werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht zwischen der Induktionsspule und dem vorgefertigten Rohr eine zusätzliche Wärmedämmschicht aus einer hochfeuerfesten Keramikfaser vor. An Hand der Zeichnung werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

In Abb. 1 ist eine induktive Erwärmungsanlage der Metallblöcke mit waagerecht angeordneter Induktionsspule und in

A b b. 2 ein Querschnitt durch diese Anlage schematisch dargestellt.

Mk 1 ist die wassergekühlte Induktionsspule bezeichnet, durch welche die metallischen Blöcke 2 über das Gleitblech 3 aus hitzebeständigem Metall taktweise in Pfeilrichtung vorgeschoben werden. Zum Schutz der Induktionsspule gegen die von den e· wärmten Blöcken ausgehende Wärmestrahlung und vor dem Angriff des schmelzenden Metalls im Falle des Versagens der Temperaturüberwachung usw. sind zwischen den Blöcken 2 und der wassergekühlten Induktionsspule 1 eine Wärmeisolierschicht 4, z. B. aus einer hochfeuerfesten Keramikfaser und vier hintereinanderliegende Rohre 5 aus keramischem Material angeordnet. In den Rohren 5 sind Drahtwendel 6 wendelförmig eingebettet, welche die mechanische Festigkeit und die Lebensdauer der Rohre 5 um ein Vielfaches erhöhen.

Die Verwendung der Erfindung bei einer senkrecht angeordneien Induktionsspule zeigen die A b b. 3 und 4. Auch in diesem Falle befindet sich zwischen der wassergekühlten Induktionsspule 7 und dem zu erwärmenden Metallwerkstück 8, z. B. einem Stahlknüppel, eine Wärmedämmschicht 9 sowie drei mit Drahtwendeln 10 verstärkte Rohre 11 aus keramischem Material. Besteht die Gefahr, daß die keramischen Rohre 11 beim Transport der Metallwerkstücke durch die Spule berührt oder gestreift werden, so kann ein metallischer Schutz vorgesehen werden. Dieser besteht vorzugsweise aus mindestens zwei Schalen 12 aus hochhitzebeständigem unmagnetischem Metall. Sie sind einseitig befestigt, so daß sie sich beim Erwärmen unabhängig voneinander zur anderen Seite hin ausdehnen können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 Patentansprüche:

1. Auskleidung für gekühlte Induktionsspulen zum Erwärmen und Schmelzen von Metallen, die wenigstens ein vorgefertigtes Rohr aus einer isolierenden Keramik mit einer Einlage aus hitzebeständigem Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage in dem Rohr (5, 11) aus einer Drahtwendel (6, 10) besteht, die wendelförmig in die Rohrwand eingelegt ist und deren einzelne Windungen mit Abstand voneinander angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke jedes Rohres (5, 11) zwischen 8 und 20 mm liegt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei aus mehreren Rohren besiehender Auskleidung die Rohre (5, U) an den Stoßstellen überlappen oder an den Stirnseiten mit Nut und Feder ausgerüstet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingebettete Drahtwendel (6, 10) an ein Gefahrenmeldesystem für das Vordringen von flüssigem Metall oder sonstigen Fremdkörpern, wie z. B. Zunder, zur Spule hin angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Induktionsspule (1,7) und dem vorgefertigten Rohr (5, 11) eine zusätzliche Wärmedämmschicht aus einer hochfeuerfesten Keramikfaser angeordnet ist.