DE2326515A1

DE2326515A1 - Kernloser induktionsofen zum schmelzen und/oder raffinieren von metallen und/oder metallegierungen und verfahren zum raffinieren und/oder schmelzen von metall und/oder metallegierungen

Info

Publication number: DE2326515A1
Application number: DE2326515A
Authority: DE
Inventors: Reginald Ernest Lafin
Original assignee: APV Paralec Ltd
Current assignee: APV Paralec Ltd
Priority date: 1972-05-26
Filing date: 1973-05-24
Publication date: 1973-12-06
Also published as: LU67659A1; FR2189976A1; ES415256A1; FR2189976B3; BE800063A; GB1415504A; NL7307339A; US3867563A; IT987908B

Description

Patentanwälte
Augsburg31 - Pbstfach242

Rehlingenstraße 8 Postsdiedüconto: München Nr. 74539

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A.P.V.-PARALEC LIMITED

Manor Royal

Crawley, Sussex RH10 2QD

Großbritannien

Kernloser Induktionsofen zum Schmelzen und/oder Raffinieren von Metallen und/oder Metallegierungen und Verfahren zum Raffinieren und/oder Schmelzen von Metall und/oder Metallegierungen.

Die Erfindung betrifft einen kernlosen Induktionsofen zum Schmelzen und/oder Raffinieren von Metallen und/oder Metallegierungen und Verfahren zum Raffinieren und/oder Schmelzen von Metall und/ oder Metallegierungen.

Ziel der Erfindung ist es, bei einem solchen Induktionsofen und/oder bei einem solchen Verfahren die korrekten metallurgischen Bedingungen beim Betrieb des Ofens und/oder beim Durchführen der Ver-

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fahren zu erzielen.

Es ist bekannt, daß es zwecks Hersteilens idealer Raffinierbedingungen in einer Metallschmelze (in einem Bad geschmolzenen Metalls) wünschenswert ist, daß eine kräftige Agitation des Metalls bzw. der Schmelze erreicht werden soll. Diese kräftige Agitation kann durch Anwendung eines relativ niederfrequenten Wechselstroms erlangt werden. Die optimale Frequenz in jedem besonderen Falle hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, beispielsweise und im besonderen von der Kapazität des Ofens. So können beispielsweise optimale Bedingungen in einem Ofen mit einer Kapazität von ca. 225 kg (Schmelze) durch Verwendung einer Frequenz von etwa 500 Hz herbeigeführt werden, während ein Ofen, dessen Kapazität etwa 900 kg beträgt, eine Frequenz von 100 Hz erfordert und während ein Ofen mit einer Kapazität von etwa 2700 kg(Charge) eine Frequenz von 50 Hz verlangt.

Es ist auch bekannt, daß die Anwendung von relativ niederen Frequenzen eine Grenze (Limit) für diejenige Leistung setzt, welche an die Ofen-Arbeitsspule (-Induktionsspule) von einer gegebenen Größe angelegt werden kann, und daß die genannte Anwendung relativ niederer Frequenzen diejenige Zeitspanne erhöht, die für die Anfangs-Schmelzoparation benötigt wird. Die Verwendung von niederen Frequenzen macht es auch notwendig, ein Chargenmaterial von großen Querschn-ittflächen

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(relativ große Chargen-Brocken) anzuwenden, und in manchen Fällen kann v/irksames Schmelzens nur durch Verwendung flüssigen (geschmolzenen). Metalls in der Charge erreicht werden.

Ein Merkmal der Erfindung besteht bei einem Kernlosen Induktionsofen der eingangs definierten Art darin, daß er eine einzige Arbeitsspule (Arbeits-Induktions-Spule) besitzt, die durch Schaltmittel mit einer elektrischen Stromquelle von variabler Frequenz verbunden ist.

Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht bei einem kernlosen Induktionsofen darin, daß er eine einzige oder einzelne Arbeitsspule besitzt, die durch Wechselschalter mit einer Mehrzahl von elektrischen Stromquellen verbunden ist, die dazu fähig sind, elektrische Wechselströme mit gegeneinander verschiedenen Frequenzen zu liefern bzw. zu erzeugen.

Wiederum ein anderes Merkmal der Erfindung besteht in einem Raffinierverfahren, das in einem kernlosen Induktionsofen mit einer einzelnen oder einzigen Arbeitsspule durchgeführt wird, wobei eine Charge geschmolzen wird durch Speisung der Arbeitsspule mit elektrischem Strom mit relativ hoher Leistung und mit relativ hoher Frequenz, wobei die Schmelze dadurch raffiniert wird, daß man der Spule elektrischen Strom zuspeist, der eine relativ

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hohe Leistung und eine relativ niedere Frequenz besitzt.

Anwendung einer Vorrichtung in Übereinstimmung mit dem (vorletzten Absatz dieser Beschreibung ermöglicht es, daß die Frequenz des Stroms, der Arbeitsspule zugeführt wird, auf den Optimalwert jeweils für alle Stadien oder Stufen eines Raffinierverfahrens eingestellt wird. Also ist es bei einem Verfahren gemäß der Erfindung unter Verwendung einer elektrischen Stromquelle von variabler Frequenz möglich, den Anfangsschmelzzyklus mit relativ hoher Leistung und bei relativ hoher Frequenz zu beginnen. Die Leistungsdichte in dieser Stufe bzw. in diesem Verfahrensstadium kann beispielsweise in der Größenordnung von 800 bis 1000 Kw/t liegen, während die Frequenz beispielsweise in dem Bereich zwischen 700 und 10000 Hz liegen kann. Wenn'die Charge geschmolzen ist bzw. begonnen hat zu schmelzen, dann kann die Frequenz und die Leistung graduell (in Stufen oder stufenfrei) reduziert werden, bis optimale Raffinier-Bedingungen erzielt sind. Während dieses Stadiums des Verfahrens können Legierungselemente (Legierungszuschlage) und möglicherweise auch Eisenspäne oder Bohrspäne bzw. Eisenpulver dem geschmolzenen Bad, d.h. der Schmelze zugegeben werden. Das Raffinierverfahren kann in Luft oder in einem Vakuum (gegebenenfalls unter Schutzgas) durchgeführt werden, natürlich in Übereinstimmung mit den besonderen jeweils geforderten Bedingungen.

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Schließlich kann es erwünscht sein, die Frequenz in der Zeitspanne gegen das Ende des Raffinierverfahrens zu erhöhen, dies zu dem Zweck des Reduzierens der Turbulenz und der atmosphärischen Verschmutzung des Metalls bzw. der Schmelze.

Wenn die Frequenz der Stromquelle geändert wird, kann es notwendig sein, .die Leistungsfaktor-Kondensatoren (die den cosy beeinflussenden Kapazitäten) zuwandern, die entweder in Serie (Reihe) oder parallel zwischen der Stromquelle bzw. der Stromzuführung und der Arbeitsspule liegen oder verbunden sind. So können also beispielsweise drei Kondensatoreinheiten bei der typischen Installation vorgesehen sein, und diese Einheiten können automatisch eingeschaltet werden, wenn die Frequenz geändert wird bzw. geändert werden soll. Eine Einheit kann für einen niederen Frequenzbereich, beispielsweise von 50 bis 200 Hz ausgelegt sein, eine andere Einheit mag für einen Zwischen-Frequenzbereich von 2O₁O bis 700 Hz dienen, und eine weitere solche Einheit ist für einen mittleren Frequenzbereich von 700 bis 1000 Hz vorgesehen. Vorzugsweise sieht man mechanische und/oder elektrische Verblockungen bzw. Sicherungen vor, die gewährleisten, daß der richtige Kondensator bzw. die richtige Kondensatoreinheit bei jeglicher Frequenz (zugehörigemFrequenz) im Stromkreis eingeschaltet ist.

Eine geeignete Stromquelle für variable Frequenz kann gebildet sein durch eine statische Invertervor-

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richtung (Frequenzwandler), die einen Frequenzbereich von beispielsweise 50 bis 10000 Hz beherrscht bzw. solche Frequenzen abzugeben in der Lage ist. Indessen können, wenn eine solche Stromquelle mit variabler Frequenz nicht vorhanden oder nicht verfügbar ist, dennoch einige der Vorteile der Erfindung realisiert werden, nämlich durch Anwendung einer Mehrzahl von Stromquellen, die verschiedene voneinander unterschiedliche Arbeitsfrequenzen besitzen. Also kann es in manchen Fällen ausreichend sein, zwei Stromquellen au benutzen, von denen die eine so ausgelegt ist, daß sie einen Wechselstrom von vergleichsweise geringer Frequenz erzeugt, während die andere Stromquelle so ausgelegt ist, daß sie einen Wechselstrom von relativ hoher Frequenz abgibt. Die Niederfrequenz-Quelle kann beispielsweise bei 50 Hz arbeiten, während die Stromquelle mit relativ hoher Frequenz bei 500 Hz arbeiten wird. Die Niederfrequenz-Quelle kann in diesem Falle vom Hauptstromnetz oder von der Hauptstromversorgung gespeist werden, und zwar ohne Frequenzwandlung, während die Quelle relativ hoher Frequenz einen Frequenzumformer des rotierenden Typs oder einen Frequenzumwandler mit statischem Thyristor (Inverter) besitzt.Wo zwei oder mehr· verschiedene Stromquellen benutzt werden, wird eine jede mit · ihrer eigenen Kondensator-Ausstattung versehen sein, deren Wert (Kapazitätswert) der Arbeitsfrequenz der Quelle angepaßt^ ist oder entspricht. Die zwei oder mehr Stromquellen werden mit der einzelnen oder einzigen Arbeitsspule des Ofens durch mechanisch und/oder elektrisch blockierbare bzw. untereinander

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abhängige Wechselschalter verbunden sein, die so ausgestaltet und/oder angeordnet sind, daß sie es sicherstellen, daß zu einer "bestimmten Zeit jeweils immer nur eine der Stromquellen mit der Arbeitsspule verbunden ist.

ANSPRÜCHE

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Claims

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ANSPRÜCHE

Kernloser Induktionsofen für Schmelzen und/oder Raffinieren von Metallen und/oder Metallegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß er eine einzige Arbeitsspule besitzt (Induktionsspule aufweist), die durch bzw. über Schaltmittel mit einer elektrischen Stromquelle von variabler Frequenz verbunden ist.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Stromquelle mit variabler Frequenz gebildet ist durch einen statischen Inverter (Frequenzwandler), der über einen Frequenzbereich zwischen 50 und 10000 Hz arbeitet.

3. Kernloser Induktionsofen für Schmelzen und/oder Raffinieren von Metallen und/oder Metallegierungen, dadurch gekennzeichnet ,daß er eine einzige Arbeitsspule besitzt, die über Wechselschalter mit einer Mehrzahl voji elektrischen Stromquellen verbindbar ist (bzw. mit jeweils einer dieser Stromquellen verbindbar ist), die dazu fähig sind, elektrische Wechselströme zu erzeugen, die voneinander verschiedene Frequenzen besitzen»

4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der elektrischen Stromquellen elektrische Wechselströme erzeugt,

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die im wesentlichen eine Frequenz von 50 Hz besitzen, während die andere Stromquelle, oder aber jede der anderen Stromquellen, Wechselströme erzeugt, die Frequenzen besitzen, die höher sind als 50 Hz.

Ofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet., daß eine der elektrischen Stromquellen von der "Hauptstromversorgung versorgt ist, und zwar ohne Frequenzumformung oder -Wandlung.

6. Ofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die andere Stromquelle oder jede der anderen Stromquellen einen rotierenden Frequenzumformer umfaßt.

7. Ofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e kennzeichne t, daß die andere Stromquelle oder jede der anderen Stromquellen einen statischen Thyristor-Frequenzwandler (Inverter) umfaßt.

8. Ofen nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennze lehnet , daß er eine Mehrzahl von Leistungsfäktor-Kondensatoren-Einheiten und Mittel zum selektiven 2u- bzw. Abschalten (Ein- bzw. Ausschalten) einer oder mehrerer Einheiten zwischen Stromzu-

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fuhr und der einzelnen oder einzigen Arbeitsspule umfaßt.

9. Ofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß drei Kondensatoreinheiten vorgesehen sind, von denen eine so ausgelegt ist, daß sie über einen Frequenzbereich zwischen 50 und 200 Hz arbeitet, während eine zweite Kondensatoreinheit so ausgelegt ist, daß sie einen Frequenzbereich zwischen 200 und 700 Hz erfaßt bzw. liefert, und daß eine dritte Kondensatoreinheit so ausgelegt ist, daß sie einen Frequenzbereich von 7.00 bis 1000 Hz deckt.

10. Ofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß er mechanische und/oder elektrische Verblockungen besitzt, die so gestaltet bzw. angeordnet sind, daß sie gewährleisten, daß die (jeweils) richtige Kondensatoreinheit in den Stromkreis eingeschaltet ist, welche also der jeweils vorhandenen oder in Wirkung befindlichen Arbeitsfrequenz adäquat ist bzw. diese sichert.

11. Raffinier-Verfahrenjfür Metalle und/oder Metalllegierungen, ausgeführt in einem Kernfreien Induktionsofen, der eine einzelne Arbeitsspule besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Charge durch Zuführung von elektrischem Strom zu der Arbeitsspule mit relativ hoher Lei-

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stung und mit relativ hoher Frequenz geschmolzen wird, und daß alsdann die Schmelze (das geschmolzene Metall) durch Zuspeisung von elektrischem Strom zu der Spule mit relativ hoher Leistung und mit relativ geringer Frequenz raffiniert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Charge geschmolzen wird durch Zuführen eines Stroms zu der Arbeitsspule, und zwar eines Stroms mit einer Frequenz in der Größenordnung zwischen 700 und 10000 Hz, und mit einer Leistungsdichte zwischen 800 und 1000 Kw/t (gegebenenfalls auch zwischen 1.00 Kw und 800 Kw).

Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch g e k e η η ζ e i ch η e t , daß die Arbeitsfrequenz bei zeitlicher Annäherung an das Ende des Raffinierverfahrens erhöht wird, derart,daß die Turbulenz und/oder die atmosphärische Verschmutzung des Metalls bzw. der "Schmelze reduziert werden.

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0RK3INAL INSPECTED