DE2351129C3 - Induktionsschmelzofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Induktionsschmelzofen in nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei derartigen bekannten öfen (Lit. AES Transaction, 1970, »Continous Induction Iron Melting«) tritt das Problem auf, daß bei Beschickung des Ofens in nicht absolut gleichmäßiger Form, d. h. kontinuierlich gleich- ·τ> bleibender Menge, sich die Füllmenge im Ofen und damit der Spiegel an den offenen Enden stark ändert, wobei auch der Spiegel an der Austritts- bzw. Überlaufseite ansteigt und ein erhöhter Überlauf erfolgen kann. Außerdem kann sich bei größeren w Beschickungsmengen der Durchsatz so stark erhöhen, daß Temperatur und Zusammensetzung der Schmelze am Überlaufende ungleichförmig werden.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen derartigen Durchlaufinduktionsschmelzofen der « obenerwähnten Art so auszubilden, daß der Durchsatz und die Temperatur der austretenden Schmelze regelbar sind, und zwar weitgehend unabhängig von Unregelmäßigkeiten der kontinuierlichen Beschickung des Ofens. bo

Gemäß der Erfindung wird dies nach dem Kennzeichen des Anspruchs erreicht.

Die Verwendung einer Hilfs-lnduktionsspule ist zwar bei einem chargenweise arbeitenden Induktionsschmelzofen aus der GB-PS 3 02 308 bekannt, jedoch „■-, dient dabei die Hilfs-lnduktionsspule nur zum Vorschmelzen einer Startbeschickung für den Niederfrequenz-Schmelzofen mit geschlossenem Eisenkern. Gemäß der Erfindung dagegen erfolgt eine Steuerung des Ofendurchsatzes im Sinne einer Lösung des oben geschilderten, speziell bei Durchlaufinduktionsöfen auftretenden Problems, die nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren arbeiten. Durch die erfindungsgemäße Anordnung einer weiteren Induktionsspule wird zwar auch das Material im Beschikkungsbereich erwärmt, jedoch wird durch diese weitere Induktionsspule eine positive oder negative Schubkraft unterschiedlicher Stärke auf das Material ausgeübt, so daß die Schmelzspiegel an beiden Enden des Ofens ungleich werden und größere Chargiermengen so ausgeglichen werden können, daß der Überlauf konstant gehalten wird. Die mit der Aufbringung einer Schubkraft zwangsläufig verbundene Aufheizung wird dabei durch Regelung der Heizleistung im Schmelzbereich ausgeglichen.

Dabei kann die Regeleinrichtung mit einer Abtasteinrichtung zum Abtasten der der im Beschickungsbereich angeordneten Induktionsspule zugeführten elektrischen Energie verbunden und durch diese Abtasteinrichtung zusätzlich steuerbar sein, um eine im Beschickungsbereich aufgebrachte hohe Heizleistung frühzeitig berücksichtigen zu können.

Ferner kann eine Abtasteinrichtung zum Abtasten des Spiegels im Beschickungsbereich vorgesehen werden, die an die Stromregeleinrichtung angeschlossen ist, damit bei Erhöhung des Spiegels die Heizleistung erhöht werden kann.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die einen schematischen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen, U-förmigen Ofens zeig!

Der Ofen umfaßt einen Beschickungsberach 1, einen Schmelzbereich mit einer Induktionsspule 5 und einen Austrittsbereich 6 für das geschmolzene Mietall sowie eine Induktionsspule 3, die den Beschickungsbereich 1 umgibt. Der Ofen weist eine Kammer 4 auf, durch die das geschmolzene Metall bewegt wird, und besteht aus einem temperaturfesten Material 7 sowie einem Eisengehäuse 8, das den ganzen Ofen abstützt. Die Kammer 4 umfaßt einen waagerechten Abschnitt 5', der von der Induktionsspule 5 umgeben ist und mit dem der Beschickungsbereich 1 an einem Ende: und der Austrittsbereich 6 für das geschmolzene Metall am anderen Ende senkrecht verbunden ist. Der Beschikkungsbereich 1 weist einen Schlackenentnahme-Abschnitt 2 auf.

Die Induktionsspule 3 ist mit einer Umschalteinrichtung 15 zum Umschalten von einphasigem auf mehrphasigen Betrieb und umgekehrt verbunden, so daß die Spule entweder als einphasige oder als mehrphasige Spule wirken kann. Die Umschalteinrichtung 15 ist mit einer nicht gezeigten Stromquelle über eine Einrichtung 14 zum Abtasten der elektrischen Leistung der Induktionsspule 3 und einer Regeleinrichtung U zum Regeln der elektrischen Leistung, die der Induktionsspule 3 zuzuführen ist, verbunden. Die Stromregeleinrichtung 11 steht mit einer Einrichtung 9 zum Abtasten des Schmelzespiegels in dem Beschikkungsbereich 1 und einer Einrichtung 10 zum Abtasten des Durchsatzes des austretenden, geschmolzenen Metalls in Verbindung und arbeitet entsprechend den von diesen Einrichtungen 9 und 10 empfangenen Signalen.

Die Induktionsspule 5 im Schmel/bereich ist mit einer nicht gezeigten Stromquelle über eine Regeleinrichtung

13 zur Regelung der Stromzufuhr zu der Induktionsspule 5 verbunden. Die Regeleinrichtung 13 steht mit einer Einrichtung 12 zum Abtasten der Temperatur des austretenden, geschmolzenen Metalls und mit der Einrichtung 14 zum Abtasten der der Induktionsspule 3 zugeführten elektrischen Energie in Verbindung und wird durch die Signale der Abtasteinrichtungen 12 und

14 gesteuert. Die Induktionsspule 5 kann eine Umschalteinrichtung 15' für einphasigen oder mehrphasigen Betrieb aufweisen, wie es bei der Induktionsspule 3 der Fall ist.

Beim Betrieb des Induktionsschmelzofens wird das zugeführte Niiiall durch einen nicht gezeigten Förderer in den Beschickungsbereich 1 eingebracht und es löst sich nach und nach in dem geschmolzenen Metall auf. Hierbei entsteht in dem in den Beschickungsbereich eingebrachten Material und in dem geschmolzenen Metall im Beschickungsbereich elektromagnetische Induktionswärme aufgrund der Wirkung der Induktionsspule 3. Wenn ein einphasiger Wechselstrom angelegt wird, so wird das geschmolzene Metall von der Mitte in Axialrichtung der Spule durch den Einschnürungseffekt bewegt, wie es in dem waagerechten Abschnitt 5' gezeigt ist. Daraufhin verteilt sich das geschmolzene Metall in Umfangsrichtung und bewegt sich entlang der Wand des Ofens zurück und strömt von ihr wieder in die Mitte, so daß das geschmolzene Metall umgerührt wird. In dem geschmolzenen Metall, das sich von dem Beschickungsbereich 1 zu dem von der Induktionsspule 5 umgebenen Schmelzbereich bewegt hat, entsteht elektromagnetische Induktionswärme aufgrund der Einwirkung der Induktionsspule 5 und es strömt am Austrittsbereich 6 aus, während es auf der gewünschten Temperatur gehalten wird.

Wenn der Durchsatz des austretenden, geschmolzenen Metalls von einem vorbestimmten Wert aus absinkt, während ein einphasiger Wechselstrom an die Induktionsspule 3 angelegt ist, erhöht die Stromregelcinrichtung 11 die zugeführte elektrische Leistung entsprechend dem Signal das eine Abnahme des Schmelzespiegels (Abtasteinrichtung 9) und eine Abnahme des Durchsatzes des ausströmenden Metalls (Abtasteinrichtung 10) wiedergibt. Dies führt zu einer Verstärkung der abwärts gerichteten Einschnürungskraft und zu einer Rückkehr des Durchsatzes des austretenden geschmolzenen Metalls auf den vorbestimmten Wert. Wenn der Strömungsdurchsatz des geschmolzenen Metalls sich gegenüber dem vorbestimmten Wert erhöht, erfolgt der umgekehrte Vorgang.

Wenn ein mehrphasiger Wechselstrom an die Induktionsspule 3 angelegt wird, und die abwärts gerichtete Kraft aufgrund des fortschreitenden magnetischen Felds auf das Beschickungsmaterial und das geschmolzene Metall in dem Beschickungsbereich einwirkt und in diesem Falle der Durchsatz des geschmolzenen Metalls gegenüber einem vorbestimmten Wert absinkt, erhöht die Regeleinrichtung 11 die zugeführte elektrische Leistung entsprechend einem Signal, das ein Absinken des Schmelzespiegels (Abtasteinrichtung 9), und einem Signal, das eine Abnahme des Strömungsdurchsatzes des austretenden geschmolzenen Metalls (Abtasteinrichtung 10) wiedergibt. Folglich wird die abwärts gerichtete, auf das geschmolzene Metall ausgeübte Kraft erhöht, und der Durchsatz des ausströmenden, geschmolzenen Metalls kehrt auf den vorgeschriebenen Wert zurück. Wenn der Durchsatz des austretenden, geschmolzenen Metalls gegenüber dem vorgegebenen Wert zu hoch liegt, wird der entgegengesetzte Vorgang durchgeführt.

Wenn der Durchsatz des austretenden, geschmolzenen Metalls nach unten oder oben von dem vorbestimmten Wert abweicht, während eine nach oben gerichtete Kraft aufgrund des fortschreitenden magnetischen Feldes auf das Material und das geschmolzene Metall in dem Beschickungsbereich 1 ausgeübt wird, wird der Steuerungsvorgang im entgegengesetzten Sinne wie bei einer abwärts gerichteten Kraft ausgeführt.

in Die Richtung der Kraft aufgrund des magnetischen Feldes kann durch Umschalten der Anschlüsse und damit durch Wechsel der Bewegungsrichtung des magnetischen Feldes umgeschaltet werden. Die Schaltung ist als solche bekannt. Ob eine einphasige oder

is mehrphasige Schaltung im ständigen Betrieb gewählt wird, oder ob eine aufwärts gerichtete oder abwärts gerichtete Kraft aufgrund des fortschreitenden magnetischen Feldes verwendet wird, bestimmt sich nach dem ausgewählten Strömungsdurchsatz des austretenden geschmolzenen Metalls und der vorgegebenen Temperatur. Wenn eine große Menge von Material eingebracht wird, herrscht die Tendenz γ einer Überschreitung des vorgegebenen Strömungsdurchsatzes und in diesem Falle ist es vorteilhaft, eine aufwärts gerichtete

_>^r> Kraft anzulegen. Wenn der Schmelzespiegel stark wechselt und der Strömungsdurchsatz des austretenden, geschmolzenen Metalls nicht durch Einstellung der auf das geschmolzene Metall mit Hilfe der Induktionsspule 3 ausgeübten Kraft gesteuert werden kann, kann

ίο derselbe Vorgang, der durch die Induktionsspule 3 durchgeführt wird, durch eine elektrische Regeleinrichtung 13 und eine Umschalteinrichtung für einphasigen oder mehrphasigen Betrieb erreicht werden. Der Schmelzespiegel im Beschickungsbereich kann ebenfalls

r> durch Abtasten der Schwankungen der Leistung der Induktionsspule 3 gesteuert werden.

Die Stromregeleinrichtung 13 erhält ein Tcmperatursignal, das von der Temperatur-Abtasteinrichtung 12 abgegeben wird, sowie ein Signal entsprechend der

in Stromzufuhr zu der Induktionsspule 3 und steuert somit die Stromzufuhr zu der Induktionsspule 5 im Schmelzbereich. Im einzelnen erhält die Stromregeleinrichtung 13 das Temperatursignal der Temperatur-Abtasteinrichtung 12 und verstärkt den Strom, wenn die

•Γι Temperatur des austretenden, geschmolzenen Metalls absinkt, und umgekehrt. Auf diese Weise wird die Temperatur des austretenden, geschmolzenen Metalls auf dem vorgeschriebenen Wert gehalten, und zugleich wird die der Induktionsspule 5 zugeführte Leistung

v) derart gesteuert, daß eine Schwankung der Temperatur des austretenden, geschmolzenen Metalls aufgrund der Stromzufuhr zu der Induktionsspule 3 verhindert wird.

Der erfindungsgemäße Ofen ermöglicht es, Metalle und Legierungen kontinuierlich bei einem stabilen

v> Austrittsstrom zu schmelzen, und er ist als Schmelzofen zum kontinuierlichen Schmelzen von Gußeisen und Stahl sowie für ein Stranggußverfahren verwendbar, bei dem geschmolzene Metalle kontinuierlich und mit konstanter Temperatur und konstantem Strömungs-

ho durchsatz von dem Ofen der nächsten Verarbeitungsstufe zugeführt werden. Ferner wird ein energiesparender Betrieb ermöglicht.

Weiterhin ermöglicht es die Verwendung der Hilfs-Induktionsspule, das geschmolzene Metall im

ι.-. Beschickungsbereich zwangsweise umzurühren. Dies war bei bekannten, quer liegenden öfen nicht möglich. In Verbindung mit der Induktionserwärmung in diesem Bereich kann ein stabiler Schmclzvorgang durchgeführt

werden, und zwar auch dann, wenn sich die Art des Materials ändert. Die Ausbeute der zugesetzten I.egierungselemente wird verbessert, die Zusammensetzung und die Temperatur wird gleichmäßig, und durch r.rhöhung der Schmelzfähigkeit pro l.inheit in dem Ofen befindlichen geschmolzenen Metalls wird die durchschnittliche Verweilzeit des geschmolzenen Metalls verringert und der thermische Wirkungsgrad erhöht. Da weiterhin eine abwärts gerichtete Kraft aufgrund der Bildung des fortschreitenden magnetischen l'eldes ausgeübt wird, kann eine Brückenbildung verhindert werden, und die Strömung des geschmolzenen Metalls kann eingestellt werden. Durch Ausbalancieren der Stromzufuhr zu der Induktionsspule 3 und der Induktionsspule 5 kann eine auf konstanter Temperatur gehaltene Schmelze geliefert werden. Die luitnahmc der Schlacke kann durch Ausübung einer aufwärts gerichteten Kraft mit Hilfe eines fortschreitenden magnetischen l'eldes erleichtert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Induktionsschmelzofen für Metalle oder Legierungen, mit einem in einer vertikalen Ebene U- oder ■; V-förmig gebogenen, rohrförmigen Ofenkörper, der hintereinander und ineinander übergehend einen Beschickungsbereich, einen von einer Induktionsspule umgebenen Schmelzbereich und einen Austrittsbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschickungsbereich (1) von einer weiteren Induktionsspule (3) umgeben ist, an die eine Stromregeleinrichtung (U) und eine Umschalteinrichtung (!5) zum Umschalten der Stromrichtung und/oder von einphasigem auf mehrphasigen Wechselstrom in Abhängigkeit von der im Austrittsbereich durch eine Abtasteinrichtung (10) erfaßten Spiegelhöhe der Schmelze angeschlossen ist, und daß eine Abtasteinrichtung

(12) zum Abtasten der Temperatur der austretenden >o Schmelze und eine durch diese beeinflußte Regeleinrichtung (13) zur Regelung der der Induktionsspule (5) zugeführten elektrischen Energie vorgesehen ist.

2. Induktionsschmelzofen nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung 2^r>

(13) mit einer Abtasteinrichtung (14) zum Abtasten der der im Beschickungsbereich (1) angeordneten Induktionsspule (3) zugeführten elektrischen Energie verbunden und durJi diese Abtasteinrichtungen

(14) zusätzlich steuerbar ist. μ

3. Induktionsschmelzofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtasteinrichtung (9) zum Abtasten des Spiegels im Beschickungsbereich (1) vorgesehen ist, die an die Stromregeleinrichtung (11) angeschlossen ist. j >