DE238760C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

■-Jig 238760 KLASSE 21 h. GRUPPE

OTTO MULACEK und FRANZ HATLANEK

in KLADNO, Böhmen.

Elektrischer Induktionsofen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 14. Juni 1908 ab.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß beim Schmelzen von Metallen, insbesondere Eisen und Stahl, die Anwendung zu hoher Schmelztemperaturen von Nachteil für die Qualität des erzeugten Materiales ist. Speziell so erzeugter Stahl wird als »beim Schmelzen überhitzt oder verbrannt« bezeichnet.

Dieser Übelstand . ist bei allen elektrischen Lichtbogenöfen vorhanden. Besonders bei Lichtbogenöfen, bei denen das Metallbad oder die darauf schwimmende Schlackenschicht einen Pol eines oder mehrerer Lichtbogen bildet, ist eine örtliche Überhitzung des Metalles schon wegen der hohen Temperatur des elektrischen Lichtbogens unvermeidlich. Aber auch bei allen anderen Lichtbogenöfen, bei, denen der Lichtbogen nicht direkt auf das Metall oder die Schlacke überspringt, ist man zur Erzielung der nötigen Wärmewirkung gezwungen, den Lichtbogen so nahe an das Metall zu verlegen, daß die dem Lichtbogennächstliegenden Teile des Metallbades eine höhere Temperatur erhalten, als zuträglich ist.

Da die Wärmequellen im Verhältnis zum ganzen Metallbad sehr klein sind, das Metallbad also sozusagen nur von einem oder einigen wenigen Punkten aus erhitzt werden muß, ist es notwendig", die Temperatur an den Erwärmungsstellen ungemein hoch . zu treiben, um nirgends im ganzen Metallbad eine zu niedrige Temperatur zu haben. Man hat versucht, diesem Übelstande durch eine Drehbewegung bei gleichzeitiger Schrägstellung des Ofens abzuhelfen. Dieses im Betriebe gewiß sehr unbequeme und komplizierte Mittel kann aber auch nicht Vollkommen wirken, weil die vom Lichtbogen am weitesten entfernten Teile des Metalles immer am weitesten davon entfernt bleiben und nur ganz unvollkommene Mischungen stattfinden können.

Abgesehen von dieser qualitativ schädlichen Wirkung ist es natürlich auch ökonomisch unvorteilhaft, höhere Temperaturen erzeugen zu müssen, als für den Verlauf des metallurgischen Prozesses notwendig wäre.

Ein weiterer Übelstand aller Lichtbogenöfen besteht darin, daß die Regulierung des Abstandes zweier Pole eines jeden Flamm bogens sehr schwierig ist. Diese muß entweder mit der peinlichsten Sorgfalt von Hand aus bewirkt werden, um die stromerzeugende Maschine vor Schaden zu bewahren, oder sie ist, und zwar namentlich bei Öfen mit Flammbögen, die auf das Metall überspringen, überhaupt nur so unvollkommen möglich, daß heftige Stöße in der Maschine nicht zu vermeiden sind. Dieser Umstand setzt die Betriebssicherheit der Flammbogenöfen wesentlich herab.

Bei Induktionsöfen brauchen so hohe und schädliche Temperaturen wie bei Flammbogenöfen nicht angewendet zu werden, weil bei diesen die Erwärmung im ganzen Stahlbade fast ganz gleichmäßig vor sich geht und durch Ungleichheiten des Querschnittes, den Skineffekt o. dgl., verursachte kleine Unterschiede in der Erwärmung an verschiedenen Stellen durch die bei Induktionsöfen vorhandene energische Bewegung im Metallbade sofort wieder ausgeglichen werden.

Man ist bei Induktionsöfen sogar imstande, durch entsprechendes Regulieren des Primär-

stromes die Temperatur des Metallbades in einer bestimmten Zeit auf eine bestimmte Höhe zu bringen und die Temperatur beliebig lange Zeit auf einer beliebigen Höhe konstant zu erhalten.

Hingegen besteht der hauptsächlichste Nachteil der bisher bekannten Induktionsöfen gegenüber Lichtbogenofen in der praktischen Unmöglichkeit, nur festes Rohmaterial zu verwenden, ohne immer einen Rest der vorhergehenden Charge im Ofen zu belassen, weil auf andere Weise kein praktisch brauchbarer Schluß im Rohmaterial für den Sekundärstrom zu erhalten ist.

Dieser Nachteil macht sich namentlich dann geltend, \venn man z. B. stark wechselnde Stahlqualitäten, insbesondere aber legierte Stähle zu erzeugen hat.

Man kennt die Menge des zurückbleibenden Chargenrestes nur annähernd und ist daher nicht in der Lage, die Zusammensetzung der ganzen nächstfolgenden Charge zu bestimmen. Nach der Erzeugung einer Charge legierten Stahles ist es überhaupt unmöglich, die nächstfolgenden Chargen auch nur praktisch frei von den in Anwendung gekommenen Legierungsmetallen zu machen.

Ein weiterer Nachteil vieler bisher bekannt gewordener Induktionsöfen ist die Unmöglichkeit, mit größeren dünnflüssigen Schlackenmengen zu arbeiten, wodurch manche metallurgische Prozesse erschwert, wenn nicht unmöglich gemacht werden.

Es ist nun bekannt, die hauptsächlichsten Vorteile der Flammbogenöfen und der Induktionsöfen dadurch zu vereinigen, daß man einem Induktionsofen ein oder mehrere Elektrodenpaare, die in den Schmelzraum ragen, hinzufügt. ■'

Ein solcher Ofen hat aber noch den Nachteil, daß die Elektrodenstellung mit der größten Genauigkeit reguliert werden muß, daß während des Betriebes mindestens zwei Stromkreise unausgesetzt zu beobachten sind und daß es jedenfalls sehr schwierig ist, durch stetige Regulierung des elektrischen Stromes eine schädliche Wirkung der hohen Temperatur der Flammbögen hintanzuhalten und gleichzeitig eine genügende Erhitzung zum Zwecke der Erreichung eines entsprechenden Grades der Dünnflüssigkeit der Schlacke zu erzielen.

Öfen nach vorliegender Erfindung sind nun ebenfalls Induktionsöfen, die mit Elektroden ausgestattet sind, mit denen im Schmelzraum Lichtbogen erzeugt werden können; doch sind hierbei auch noch die beschriebenen Nachteile der bisher bekannten Art dieser Kombination vermieden.

Erreicht wird dies dadurch, daß um einen Teil des Magnetjoches eine oder mehrere Sekundärspulen gelegt werden, deren Enden leitend mit Elektroden verbunden und mit diesen Lichtbogen erzeugt werden können, indem in den Sekundärspulen ein Strom induziert wird.

Diese Elektroden werden bei Beginn einer Charge derart in den bereits mit festem Rohmaterial beschickten Ofen gesteckt, daß bei eingeschaltetem Primärstrom ein oder mehrere Lichtbogen entstehen, die das feste Rohmaterial zum Schmelzen bringen.

Ist so viel Rohmaterial geschmolzen, daß dieses einen zusammenhängenden Stromkreis bildet, so wird von selbst in dem Rohmaterial ein Sekundärstrom direkt induziert, so daß der Ofen mit direkter Induktion, also als Induktionsofen zu arbeiten beginnt.

Sobald die Menge des geschmolzenen Metalles groß genug ist, um den weiteren Einsatz nur mittels direkter Induktion einzuschmelzen, kann man den Sekundärstrom, der die Lichtbogen gebildet hat, ausschalten und nun den Ofen als reinen Induktionsofen bis zum vollständigen Garschmelzen der Charge arbeiten lassen, worauf der Ofen vollständig entleert werden kann, um dann in der gleichen Weise, wie beschrieben ist, die nächste Charge zu beginnen und zu verarbeiten.

Man kann aber auch den Sekundärstromkreis während der ganzen Charge geschlossen lassen, in welchem Falle ein hauptsächlicher Vorteil der beschriebenen Anordnung zur Geltung kommt. Während des Verlaufes der Charge wird nämlich der Ofen mit zunehmender Menge geschmolzenen Metalles immer mehr und mehr belastet. Die in dem Metalle direkt induzierte Strommenge wird immer größer, dadurch aber die in den Sekundär Stromkreisen induzierte Strommenge immer kleiner, d. h. also, daß durch die Flammbögen immer weniger und weniger W^Tärme erzeugt wird. Der Ofen arbeitet also immer mehr als Induktionsofen, und schließlich wird die Wirkung der Flammbögen ganz automatisch so gering sein, daß sie nicht schädlich sein kann und doch hinreicht, die Schlacke genügend dünnflüssig zu erhalten.

Der Ofen wird eben von selbst, ohne jede Regulierung, während des größeren Teiles des Verlaufes einer Charge die größere Wärmmenge durch direkte Induktion im Metallbade erzeugen, weshalb der Ofen auch als Induktionsofen zu bezeichnen ist.

Es sind bereits Induktionsöfen bekannt, bei ' denen Sekundärspulen um das Magnetjoch gelegt werden und bei denen der Strom dieser Sekundärspulen neben der direkten Induktion im Metallbade zur Erhitzung des Metalles verwendet wird. Bei diesen bereits bekannten Öfen wird aber der Sekundärstrom zu einer reinen Widerstandserhitzung verwendet, es können keine Flammbögen entstehen und

ist es bei diesen bereits bekannten Öfen zum großen, prinzipiellen Unterschiede von Öfen nach vorliegender Erfindung unmöglich, bei vollständig entleertem Ofen eine Charge mit nur festem Rohmaterial zu beginnen bzw. den Ofen ohne Eingießen von flüssigem Metall in Betrieb zu bringen.

Auch ist es bei den Öfen bereits bekannter Ausführung nicht möglich, die Schlacke durch

ίο den Sekundärstrom in gleicher Weise dünnflüssig und heiß zu bekommen, wie bei Öfen nach vorliegender Erfindung, weil der zur reinen Widerstandserhitzung" verwendete Sekundärstrom natürlich eher durch das Metall als durch die Schlacke geht, wogegen durch die sozusagen automatisch regulierten Flammbögen bei Öfen nach vorliegender Erfindung natürlich eine vollständig einwandfreie, weil direkte, Schlackenerhitzung eintritt.

Im Falle der Sekundärstrom während der ganzen Charge geschlossen bleibt, kann man also den bzw. die allerdings immer weniger wirksam werdenden Lichtbogen zur Erwärmung der Schlacke benutzen, wodurch der eingangs erwähnte zweite Übelstand vieler Induktionsöfen behoben wird. Um diese Erwärmung der Schlacke gleichmäßiger durchführen zu können; kann man die Elektroden und dadurch auch die Lichtbogen von Hand aus oder automatisch über der Schlackendecke des Metallbades im horizontalen Sinne bewegen.

Natürlich kann man den Sekundärstrom auch während einer oder mehrerer Perioden des ganzen Chargenganges ausschalten, el. h. also, nicht während der ganzen Charge emge-> schaltet lassen, aber außer dem Beginn des Einschmelzens doch auch noch während anderer Zeiten, und zwar im wesentlichen nach dem vollständigen Einschmelzen des Rohmateriales zur Erwärmung der Schlacke mit einem oder mehreren Lichtbogen arbeiten, natürlich neben der direkten Induktion im Metallbade.

Eine Überhitzung des Metallbades ist weder in seiner ganzen Ausdehnung noch örtlich bei vorstehend beschriebenen Öfen zu befürchten, und zwar aus folgenden Gründen:

i. Solange noch festes Rohmaterial im Ofen ist, kann eine Überhitzung nicht stattfinden, weil das schmelzende Metall sofort zwischen den noch ungeschmolzenen Stücken des festen Einsatzes zu Boden fließt und dem unmittelbaren Bereiche des Flammbogens entzogen wird.

.· 2. Sobald eine nur etwas größere Menge geschmolzenen Metalles vorhanden ist, tritt wie bei allen Induktionsöfen infolge des direkt im geschmolzenen Metallbade induzierten Stromes eine energische Bewegung- in dem Metallbade ein, wodurch die hohe Temperatur der Lichtbogen nicht in Form örtlicher Überhitzungen zur Geltung kommen kann.

3. Die Lichtbogen werden mit zunehmender Menge des geschmolzenen Metalles immer schwächer, wodurch deren Wirkung ja überhaupt verringert wird und schließlich nur noch eine Erwärmung der Schlacke zur Folge hat.

4. Bewegt man die Lichtbogen in horizontalem Sinne, wie beschrieben, so ist im Verein mit der schließlich ohnedies geringen Wirkung der Lichtbogen jede Überhitzung natürlich mit absoluter Sicherheit ausgeschlossen.

Bei Induktionsöfen, die mit einer oder mehreren Sekundärspulen ausgestattet sind zu dem Zwecke, einen Teil des Metallbades mittels Widerstandserhitzung zu erwärmen, lassen sich diese Sekundärspulen natürlich mit dßn der vorliegend beschriebenen Öfen sehr leicht vereinigen. In diesem Falle kann man einmal alle oder einen· Teil der Windungen einer bzw. jeder der vorhandenen Sekundärspulen oder alle oder einen Teil der Windungen mehrerer Sekundärspulen hintereinander geschaltet mit Elektroden verbinden, ein anderes Mal in ähnlicher Weise einen Teil oder alle der vorhandenen einer oder mehrerer Sekundärspulen in den Stromkreis der Widerstandserhitzung einschalten.

Selbstverständlich können solche Öfen auch mit· Vorteil angewendet werden, wenn hauptsächlich oder ausschließlich mit flüssigem Einsatze gearbeitet wird, weil sie wegen der direkten Erwärmung der Schlacke durch Lichtbogen neben allen Vorteilen der Induktionsöfen eine viel dünnflüssigere, heißere und daher aktionsfähigere Schlacke erzielen lassen als alle anderen bisher bekannt gewordenen Induktionsöfen, selbst jene, die durch Wider-Standserhitzung eine spezielle Erwärmung der Schlacke bezwecken.

Ein weiterer, ganz wesentlicher Vorteil vorliegend beschriebener Öfen besteht darin, daß man nur eine einzige Maschine braucht, um die direkte Induktion im Metallbade sowie auch die Flammbögen zu erzeugen, wodurch an Anlagekosten und Maschinenwartung gespart und die Betriebssicherheit erhöht wird. Weiter hat man trotz der Erzeugung von no Flammbögen zwischen Maschine und Ofen nur hochgespannten Strom zu leiten, wodurch bei vielen örtlichen Verhältnissen ebenfalls an Anlagekosten gespart werden kann.

Eine Ausführungsform des neuen Ofens ist auf der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 den Ofen im Aufriß und Fig. 2 im Grundriß.

In den beiden Figuren ist A das Magnetjoch, B die Primärspule, C die Ofenzustellung, D die kreisförmige Schmelzrinne und F die Stromquelle für den Primärstrom.

Die bis jetzt genannten Teile entsprechen einem ganz normalen Induktionsofen. Außerdem aber sind, entsprechend der vorliegenden Erfindung, drei Sekundärspulen G, H und / um das Magnetjoch angeordnet, in denen je ein Sekundärstrom induziert wird. Entsprechend diesen drei Sekundärspulen sind drei Elektrodenpaare K, L und M vorhanden, und zwar steht das Elektrodenpaar K mit der Sekundärspule Ii, das Elektrodenpaar L mit der Sekundärspule G und das Elektrodenpaar M mit der Sekundärspule I in Verbindung.

An den unteren Enden der Elektroden a, b und c entstehen nun bei eingeschaltetem Strome bei jedem Elektrodenpaar Flämmbogen, die das fest eingefüllte Rohmaterial E zum Schmelzen bringen.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :
   Besonders für metallurgische Zwecke bestimmter elektrischer Induktionsofen mit überall gleich' tiefer Schmelzrinne bzw. Schmelzrinnen oder sonstwie geformtem Schmelzraum, in dem schon verhältnismäßig geringe Mengen flüssigen Metalles einen Induktionsstromkreis herstellen und um dessen Magnetjoch ein oder mehrere an ihren Enden mit Elektroden verbundene Sekundärspulen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden derart im Schmelzraume angeordnet sind, daß zwischen ihnen oder zwischen ihnen und dem im Ofen befindlichen Metall ein oder mehrere Flammbögen erzeugt werden können.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen,