DE2127333A1

DE2127333A1 - Induktiv beheizter Tiegel

Info

Publication number: DE2127333A1
Application number: DE19712127333
Authority: DE
Inventors: Louis Sauvigny les Bois Nievre Babel (Frankreich). P
Original assignee: Creusot Loire SA
Current assignee: Creusot Loire SA
Priority date: 1970-06-16
Filing date: 1971-06-02
Publication date: 1971-12-23
Also published as: DE2127333B2; FR2100553A1; FR2100553B1; SE381549B; DE2127333C3; CH543844A; BE763322A; US3703601A; GB1348572A; SU376965A3

Description

Patentanwälte
Dlpl.-Ing. R. ΒίϊΕΤΖ sen.
DIpI-Inr;. K. LAMPRECHT

Dr.-Ing. K. BEETZ Jr.
8 München 22, Steinsdorfetr. M

119H)

2. 6. 1971

CREUSOT-LOIRE, Paris (Frankreich)

Induktiv beheizter Tiegel

Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiv beheizten Tiegel, insbesondere zur Behandlung von Metallen und Legierungen im schnielzflüssigen Zustand unter der Wirkung von induktiven Wechselfeldern bei sehr niedrigen, niedrigen und mittleren Frequenzen (5 Hz bis 2500 Hz).

Bekannt sind induktiv beheizte Tiegel, die aus einem feuerfesten Überzug auf der Innenseite einer zylindrischen metallischen unmagnetischen Hülle bestehen, wobei die Hülle in der ■Erhitzungszone aus metallischen Formelementen gebildet wird, die mittels Zapfen und Zapfenlöchern zusammengesetzt und elektrisch voneinander durch eine isolierende und feuerfeste Dichtung aus einem wärmehärtenden, im flüssigen Zustand in die Zwischenräume zwischen den zusammengebauten metallischen Elementen eingeführten Bindemittel isoliert sind. Eine solche Anordnung ist insbesondere in der FR-PS 1 509 043 beschrieben.

310-(70/3O)TpOt(7)

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Wenn sich die Kapazität des Tiegels verringert, muß man zum Erhitzen des im Innern befindlichen Metalls Frequenzen über βθ Hz und bis zu 2500 Hz (Tiegel von 10 bis 15 kg) anwenden. Die erläuterten bekannten Tiegel zeigen den Nachteil, praktisch nicht mehr verwendbar zu sein, wenn die Frequenz des Induktorstroms 60 Hz überschreitet. Tatsächlich bewirken bei höheren Frequenzen die in der metallischen HUlledes Tiegels erreichten Erhitzungen aufgrund insbesondere von Foucault-Strömen (Foueault-Verluste proportional dem Quadrat der Frequenz), daß der Tiegel sehr schnell unverwend-• bar wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese mangelnde Verwendbarkeit des Tiegels zu überwinden und ihn auch bei höheren Frequenzen einsetzbar zu machen.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, d.h. womit ermöglicht wird, daß sich der Tiegel auch bei Frequenzen, die bis zu 2500 Hz reichen können, verwenden läßt, istein Tiegel, der aus einer metallischen nichtmagnetisehen zylindrischen Hülle besteht, die eine Innenauskleidung aus feuerfestem Material aufweist, mit dem Kennzeichen, daß die metallische Hülle aus metallischen Elementen besteht, die einenoffenen elektrischen Kreis bilden und einen sehr schwachen Querschnitt im Verhältnis zum Induktorsektor aufweisen, und daß ein elektrischer Isolierstoff zwischen den einzelnen Elementen vorgesehen ist.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten AusfUhrungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 und 2 in vereinfachter Weise eine Aueführungsart, bei der die Elemente der Hülle Radialeleiaente sind, und zwar Fig. 1 eine Perspektivansicht im Diametralschnitt und Fig. 2 eine Aufsicht;

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Pig. j5 lind 4 eine andere Ausführungsart mit spiralförmig

aufgerollten metallischen Elementen, und zwar Fig. 3 einen Diametralschnitt der metallischen Hülle des Tiegels und Fig. h einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3;
. Fig. 5 eine Variante zur Ausführungsart nach den Fig. 5 und

4, wobei die Elemente flach aufgerollt sind; Fig. 6, 7 und 8 eine Ausführungsart, bei der die metallische Hülle aus einem Flechtwerk besteht, das als Armatur für feuerfesten Beton dient, und zwar Fig. 6 eine vereinfachte Perspektivansicht des Ringteiles eines solchen Tiegels, Fig. 7 eine nähere Erläuterung des Merkmals der Zusammensetzung des metallischen Flechtwerks und Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII in

Fig. 7;
Fig. 9 einen Tiegel gemäß der Erfindung an Ort und Stelle,

bereit zum induktiven Erhitzen; und Fig. 10 die Möglichkeiten zum Transport des Tiegels und eine Vorrichtung zum Schutz während des Transports oder des Gusses.

Nach Fig. 1 und 2 besteht die metallische Hülle des Tiegels aus einer Nebeneinanderanordnung einer großen Zahl von identischen Elementen 1. Die Form jedes Elements 1 ist die eines Radialabschnitts des Zylinders, die zusammen die metallische Hülle des Tiegels ergeben müssen. Gesehen in der Ebene nach Fig. 2, zeigt sich jedes Element 1 unter der Form eines Sektors von sehr schwacher Wanddicke und einer ausreichenden jedoch sehr begrenzten Breite. Man sieht, daß die Nebeneinanderanordnung aller Elemente zusammen den Zylinder sowie seinen Boden ergibt, die den Tiegel bilden. Die Elemente sind durch Bänder miteinander verbunden gehalten, die in Nuten 2 und 3 eingreifen, die durch die Aneinanderreihung von identischen Ausnehmungen an allen Elementen 1 gebildet

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sind. Die Verbindung der Elemente 1 untereinander wird durch Klammern 4 vervollständigt, die elektrisch isoliert sind und die Elemente in Gruppen von vier oder fünf zusammenhalten.

Die Elemente 1 bestehen z.B. aus einer unmagnetischen Legierung Nickel, Kobalt, Chrom, Titan und Aluminium auf Basis von großer Feuerfestigkeit und Strukturhärtung sowie hohem elektrischen Widerstand; jedes Element ist elektrisch durch einen oberflächigen Chromoxydüberzug isoliert.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine andere Ausführungsart der metallischen Hülle eines Tiegels, die hier aus einem Draht 5 von Kreisquerschnitt besteht, der spiralförmig nach Art einer Feder aufgewickelt und zwischen zwei Ringeinfässungen 6 und 7 festgehalten ist. Die Spiralengänge des Drahtes 5 sind aneinander gehalten durch eine Anzahl von Spannstangen 8, die regelmäßig um die Wand verteilt sind, die durch den Draht gebildet ist, und sich abwechselnd innerhalb und außerhalb der Wand befinden. Ihre Befestigung ist durch Muttern 9 unter Zwischenlage von elastischen Scheiben 10 gewährleistet.

Die Feder kann durch einen einzelnen Draht 5 gebildet sein, der über die ganze Höhe des Tiegels aufgewickelt ist, oder vorzugsweise (Spannung im Vakuum) aus mehreren einzelnen übereinander angeordneten Federn bestehen. Die Drähte 5 sowie die Spannstangen δ können z.B. aus der besonders feuerfesten Legierung, die oben erwähnt wurde, bestehen.

Die untere unmagnetische Ringeinfassung 7 besteht aus zwei durch Verschraubung vereinigten Stücken. Sie weist eine Ringnut 11 auf, in die die aus rechteckigen metallischen Bändern 12 vereinigten Elemente nebeneinander gelegt und eingedrückt eingreifen, wenn die beiden Teile der Ringeinfassung 7 zusammengebaut sind. Die Bänder

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12 sind laminierte Bänder aus unmagnetischen Legierungen, wie sie allgemein für elektrische Widerstände verwendet werden. Das Ganze der Elemente, die aus den Pederspiralen-Drähten 5, den Spannstangen 8 und den metallischen Bändern 12 bestehen, sind elektrisch durch Oberflächenüberzüge aus Chromoxyd isoliert.

Der in Fig. 5 dargestellte Aufbau ist ziemlich genau analog dem nach den Fig. 3 und 4, jedoch ist hier das Aufrollen in Spiralenform durch eine Übereinanderschichtung aus ebenen Kreisringen 15 ersetzt, die in gleicher Weise zwischen Ringeinfassungen 6 und 7 durch Spannstangen 8 und die Muttern 9 festgelegt sind. Die Ringe 15 sind nicht zusammenhängend, sondern geschlitzt. Wie in den vorherigen Figuren bestehen sie aus einer sehr feuerfesten Legierung und sind elektrisch durch eine Chromoxydschicht isoliert.

Nach den Fig. 6, 7 und 8 besteht die metallische Armatur des Tiegels aus einer Anzahl von Spannstangen 18, die gleiche Abstände untereinander aufweisen und nach den Erzeugungslinien des Zylinders angeordnet sind, der die Zylinderwand des Tiegels bildet.

Die Spannstangen l8 sind zu zweit durch je einen Draht 19 verbunden, der als offene Spirale um die beiden benachbarten Spannstangen 18 aufgewickelt ist. Die Spiralengänge jedes Drahtes 19 sind mit den Spiralengängen der benachbarten Drähte überkreuzt und bilden so ein elastisches Geflecht, das sich ineinander in Form eines Zylinders schließt. Die Spannstangen l8 und die Drähte 19 bestehen aus der sehr feuerfesten unmagnetischen Legierung wie die Elemente der weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiele. Jede Spannstange l8 ist von einer Hülle 20 aus Silicoaluminiumoxydfasern als Isolierstoff umgeben, während die Drähte I9 elektrisch durch Chromoxydüberzug isoliert sind.

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Das aus den Spannstangen 18 und den Drähten 19 bestehende Geflecht ist in eine Schicht aus feuerfestem Beton 21 eingebettet. Vorzugsweise ijird der Zylinder aus Beton 21 mit dem metallischen Geflecht als Armatur mit Vorspannung hergestellte Hierfür wird das Geflecht aiii umfang eines ausdehnbaren Dorns angeordnet und unter Spannung gesetzt j wobei das Ganze in einer· Foi~-e angeordnet ist₃ in die man den feuerfsäen Beton gie3t<, Mach äss Erhärten des Betons und Herausnehmen des ausdehnbaren Do?as sioiier-t die elastische Schrumpfung des Geflsohts "die Vorspannung des Betons,

Der so zusammengesetzte Zylinderring i-iird anschließend durch ©inen Boden vervollständigt, der '/on der /;rt derer sein kann, wie sie in den Pig» 3,4 und 5 dargestellt sind, und man verwendet für die Befestigung des Bodens einige etwas längere Spannstangen 18_s deren Enden über den eigentlichen Zylinderring vorragen.

Selbstverständlich betreffen die gegebenen Beschreibungen nur die metallische Hülle des Tiegels* der in allen Fällen noch eine feuerfeste Innenauskleidung erhält, die in bekannter Weise zusammengesetzt ist.

Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsarten weisen die metallischen Elemente, die den mechanisch beständigen Teil des Tiegels darstellen, stets einen sehr geringen Querschnitt im Vergleich zum Induktionssektor auf und bilden niemals eine geschlossene elektrische Schleife. Die direkt in der Armatur induzierten Ströme sind also 0, und die Foucault-Ströme sind durch die Verkleinerung des Querschnitts des Induktionsflusses in den die Armatur bildenden metallischen Teilen auf einen sehr geringen Wert reduziert. Außerdem stören die metallischen Armaturen, da sie unmagnetisch sind, nicht die Wirkung des wirksamen Induktionsvektors auf die im Tiegel enthaltene Beschickung.

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Der Wert eines so gemä3 der Erfindung ausgebildeten Tiegels ist, z.B. einen beweglichen. Tiegel so zu fertigen, daß er bei einem Induktionsofen leicht ersetzbar ist, wo nur die Induktivwicklung ein festehendes Element ist, wobei ein solcher Ofen trotz der Anwesenheit einer metallischen Armatur im Tiegel mit Stromfrequenzen von verhältnismäSig hohen Werten (bis zu 2500 Hz) arbeiten kann. Die Verwendung eines solchen Tiegels ermöglicht gleichfalls die Trennung von aufeinanderfolgenden metallurgischen Verfahrensschritten (Schmelzen unter Vakuum, Überhitzung, Halten) durch aufeinanderfolgende Transportvorgänge des Tiegels zu festen Arbeitsplätzen, die jeweils einer festen Induktionsspezialbehandlung des Materials entsprechen.

Fig. 9 zeigt in vereinfachter Weise einen Induktionsofen, der eine feste liriuktionswicklung 25 aufweist, die am Umfang eines Troges 26 angeordnet ist. Der Trog 26, der an seinem unteren Teil durch einen Boden 27 geschlossen ist, ist an seinem oberen Teil offen und durch einen 3und 28 begrenzt, der mit einer gekühlten Dichtung 29 versehen ist. Der hier verwendete Tiegel ist von der entsprechend Fig. 3 beschriebenen, mit spiralförmiger Armaturdrähten 5 und Spannstangen 8 versehenen Art. Er ist im Inneren mit einem feuerfesten Überzug 30 versehen und weist am Boden ein Gießloch 31 mit einem XastenverSchluß 52 auf. Die obere Ringeinfassung 6 ist einstückig mit einem nach außen vorragenden Bund versehen, der mit Anhebeösen 34 ausgerüstet ist. Wenn der Tiegel im Trog 26 angebracht ist, ruht der Bund 33 auf dem Bund 28 des Ofens. Wenn der metallurgische Verfahrensschritt unter Vakuum oder unter kontrollierter Atmosphäre durchgeführt werden soll, kann das Ganze durch eine Glocke 35 vervollständigt werden, die auf dem Bund 33 unter Zwischenlage einer gekühlten Dichtung 36 aufliegt.

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Fig. 10 zeigt eine Ausrüstung, die den Transport des Tiegels von einem Behandlungsplatz zum anderen oder auch das Halten des Tiegels während eines Gießvorganges ermöglicht. Diese Einrichtung besteht aus einem Behälter 4l, auf dessen Rand die obere Ringeinfassung 6 des Tiegels aufliegt. Falls man diese Einrichtung zum Kippen des Tiegels verwendet, ist dieser gleichfalls mit Behälter 41 durch wenigstens 3 Zapfen 42 fest verbunden, die mit dem Boden des Tiegels einstückig sind, durch den Boden des Behälters 41 treten und an dessen Boden durch einen Keil JJ blockiert sind. Der Behälter 4l weist außerdem eine öffnung 358 auf, die passend zu dem Gießloch des.Tiegels angebracht ist. Der Behälter 4l ist außerdem mit Rollen 39 versehen, an denen die Haken einer Kranhaltetraverse 4o angreifen können und um. die man den Tiegel für Füll- oder Leervorgänge schwenken kann.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsarten beschränkt, sondern erfaßt auch Ausführungsarten, die davon nur durch Einzelheiten abweichen. Zum Beispiel könnte die mechanische Festigkeit der in den Fig. J5 und 5 dargestellten Tiegel ebenfalls durch eine Betonbekleidung wie die bei der Armatur nach Fig. 7 verstärkt werden. Andererseits könnten die als Spirale aufgewickelten, die Armatur des Tiegels nach Fig. J5 bildenden Elemente rohrförmig sein und einen Kühlkreis am Umfang des Tiegels darstellen, wobei dieser Kreis an einen äußeren Kreis zwecks Zirkulation eines Kühlfluids angeschlossen wäre.

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Claims

Pa tentansprüehe

.U/Induktiv beheizter Tiegel aus einer metallischen, nichtmagnetischen, zylindrischen Hülle mit einem inneren feuerfesten Überzug, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Hülle aus metallischen Elementen (z.B. 1) besteht, die je einen offenen elektrischen Kreis bilden und einen sehr geringen Querschnitt im Verhältnis zum Induktionsvesktor aufweisen, und daß ein elektrischer Isolierstoff zwischen den einzelnen Elementen vorgesehen ist.
2. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Elemente (1) Radialelemente sind, die nebeneinander entsprechend Diametralebenen des Zylinders mittels Bänder und/oder Klammern (4) gehalten sind, wobei jedes Element die Form eines Sektorabschnitts in dem Zylinderring und dem Boden des Zylinders durch zwei Diametralebenen aufweist, die zwischen sich einen sehr geringen Winkel einschließen.
3. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Elemente, die die Zylinderwand bilden, nach dem mittleren Durchmesser des Zylinders aufgewickelte Elemente (5; 15) sind, die zwischen zwei unmagnetischen ebenen Ringeinfassungen oben und unten (6, 7) eingeschlossen und nebeneinander durch unmagnetische Spannstangen (8) von geringem Durchmesser und hoher mechanischer Festigkeit gehalten sind, die die beiden unmagnetischen Ringeinfassungen verbinden und außerhalb des Feldes liegen, und daß die metallischen Elemente, die den Boden des Zylinders bilden, Bänder (12) geringer Wandstärke, unmagnetisch elektrisch gegeneinander isoliert und nebeneinander in der unteren Ringeinfassung (7) festgelegt sind.

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4. Tiegel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgewickelten Elemente (Drähte 5) in Spiralenform aufgewickelt sind«
5. Tiegel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgewickelten Elemente (Kreisringe 15) in offener Schleife in zur Achse des Zylinders senkrechten Ebenen aufgewickelt sind.
6. Tiegel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgewickelten Elemente (5) hohl sind und Anschlußelemente zur Verbindung mit einer Pluidzirkuliereinrichtung aufweisen.
7. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Elemente, die die Zylinderwand darstellen, eine erste Anzahl von geraden Elementen (Spannstangen 18), die regelmäßig nach Erzeugungslinien des Zylinders verteilt sind, und eine zweite Anzahl von spiralförmig zwischen zwei aufeinanderfolgenden geraden Elementen aufgewickelten Elementen (Drähten 19) aufweisen, wobei die Spiralengänge jedes Drahtes jeweils zwischen die Spiralengänge der benachbarten Drähte eingreifen, und das Ganze der beiden Gruppen von Elementen in einer zylindrischen Wand (21) aus feuerfestem Beton eingebettet ist, und daß die metallischen Elemente, die den Boden des Zylinders bilden, unmagnetische, nebeneinanderliegende, elektrisch isolierte und in einer ebenen Ringeinfassung festgelegte metallische Bänder sind, die mit einigen geraden Elementen (Spannstangen 18) der Zylinderwand verbunden ist, die die Länge des eigentlichen Zylinders übertreffen.

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