DE2457656A1 - Elektromagnetisches ventil - Google Patents

Description

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Västeras/Schweden

Elektromagnetisches Ventil

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventil der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

!Derartige Ventile sind aus den schwedischen Patentschriften 324 406 und 361 525 (entsprechende englische Patentschrift 1 281 377 oder deutsche Patentschrift 1 949 053) bekannt. Solche elektromagnetischen Ventile sind an Abflußlöchern an Pfannen oder Öfen für geschmolzenes Metall oder geschmolzene Metallegierungen, wie Eisen- oder Stahlöfen, angeordnet. Am Abflußloch ist ein magnetischer Kreis angeordnet, der ein magnetisches Feld quer zum Schmelzenstrahl erzeugt. Das magnetische Feld kann von einer Spule auf einem Eisenkern erzeugt werden, durch dessen "Luftspalt" der Schmelzenstrahl fließt. Ferner sind zwei Elektroden (Stromleiter) vorhanden, die in leitendem Kontakt mit dem Schmelzenstrahl stehen und im wesentlichen senkrecht zu diesem angeordnet sind. Sie dienen dazu, einen im wesentlichen senkrecht zu den magnetischen Feldlinien verlaufenden Strom zu erzeugen, wodurch sich bei Stromfluß und eingeschaltetem Magnetfeld entsprechend dem Biot-Savarts-

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Gesetz eine auf den Schmelzenstrahl wirkende Kraft ausbildet, die in Richtung des Strahles oder in entgegengesetzter Richtung gerichtet ist. Gemäß dem Biot-Savarts-Gesetz beträgt die Kraft clF, die auf ein Strombahnelement ("ds..) in einem Magnetfeld mit der Induktion B wirkt ϊ "dF = Ί . du., χ B, wobei I die Stromstärke im leiter ist. In vereinfachter Form kann man hier sagen, daß !?* = 1* . "ds., χ B, wobei F.. die beeinflussende Kraft in Vektorform, cTs.. die Vektorform für die Strombahn im Strahl und B der Induktionsvektor des Magnetfeldes ist. Die Kraft F₁ (= B . I . L, wobei L die Länge des Strahls im Stromleiter ist) ist somit sowohl senkrecht zum Stromdichtevektor (im Strahl) als auch zum Induktionsvektor gerichtet, d.h. sie ist in Richtung des Strahls in dem Abflußloch einer Pfanne oder eines Of ens saxbfec

entgegengesetzt
oder ^s^BCKXiSKrrxixtxBstKbc gerichtet. Indem man dem Strom und dem Magnetfeld eine solche Richtung gibt, daß die Kraft nach oben, also gegen den Strahl, gerichtet wird, kann man durch ein Variieren des Magnetfeldes und/oder des Stromes (oder bei Wechselstrom des Phasenwinkels zwischen dem magnetfelderregenden Strom und dem Strom im Stromleiter) die Schmelzenströmung im Abflußloch variieren, ohne zur Drosselung des Metallstrahls metallische oder keramische Teile zu verwenden.

Bei solchen elektromagnetischen Ventilen bereitet die Kontaktfläche zwischen den Elektroden und der Schmelze Schwierigkeiten. Einerseits muß ein guter elektrischer Kontakt zwischen den Elektroden und der Schmelze bestehen, andererseits dürfen die auf die Schmelze gerichteten Elektrodenspitzen nicht nennenswert verschlissen werden. Aus diesen Forderungen ergeben sich hohe

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Ansprüche an das Material und die Konstruktion der Elektroden. Man hat Versuche mit metallkeramischem Material in den Elektroden durchgeführt unter Verwendung von beispielsweise Stahl oder Kombinationen aus Stahl und Kupfer. Dabei hat sich als nachteilig erwiesen, daß sich eine elektrisch isolierende Oxydschicht zwischen der Abnutzungsfläche und dem restlichen Stromleiter bildet, wodurch sowohl die elektrische Leitfähigkeit als auch die mechanische Festigkeit der Elektroden beeinträchtigt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Ventil der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die an den Schmelzenstrahl herangeführten Eektrodenenden weder einem starken Verschleiß unterliegen noch zur Bildung störender Oxydschichten Anlaß geben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein elektromagnetisches Ventil der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist ο

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß sich praktisch keine Oxydschichten oder Oxydeinschlüsse oder poröse Stellen zwischen der Verschleißplatte und dem Übergangskörper im Kompoundkörper

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bilden, so daß die Wärme leitfähigkeit nicht versch.lech.tert wird. Man ordnet eine lötnaht nahe dem gekühlten Teil der Elektrode an und hat zu beiden Seiten der Lötnaht zwei Materialien mit ungefähr gleicher Wärmeleitfähigkeit. Vorzugsweise verwendet man auf beiden Seiten gleichartiges oder dasselbe Material. Die Gefahr einer NahtSchmelzung besteht praktisch nicht, da man auf beiden Seiten der Lötnaht Material mit niedrigem Temperaturgradienten verwendet, was für Kupfer und Kupferlegierungen bekanntlich zutrifft. Man erhält somit ungefähr dieselbe hohe Wärmeleitfähigkeit für das Material auf beiden Seiten der Lötnaht und damit eine geringe Wärmeaufnahme durch die Lötnaht. Dadurch wird vermieden, daß die Lötnaht aufschmilzt oder Oxydschichten bzw. poröse Stellen sich in der Lötnaht bilden. Man erhält eine gute elektrische Leitfähigkeit längs der ganzen Elektrode hin bis zur Schmelze und durch die Schmelze hindurch. Gleichzeitig kann man an der direkten Kontaktstelle der Elektrode mit der Schmelze besonders geeignetesVerschleißmaterial wählen, wie unmagnetischen, beispielsweise rostfreien oder anderen Stahl. In diesem Falle vermeidet man die üblichen Schwierigkeiten, die beim direkten Verlöten von Stahl und Kupfer auftreten.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Pig. 1 einen Querschnitt durch eine Elektrode in einer Abflußwand gemäß der Erfindung,

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Fig. 2 einen anderen Schnitt senkrecht zu dem Schnitt gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Prinzipskizze eines elektromagnetischen Ventils.

In Fig. 3 wird der Bodenteil einer Pfanne oder eines Ofens 11 mit einem Verschleißstück 14, das ein durchgehendes Loch 12 mit konischem Abflußteil hat und das in einem Verschleißstein 13 angeordnet ist. Das Verschleißstück 14 und der Verschleißstein 13 bestehen aus feuerfestem Material. Im Verschleißteil sind elektrische Leiter 15 und 16 angeordnet, die bis zu dem Abflußloch 12 reichen und mit der Schmelze im Abflußloch einen zusammenhängenden elektrischen Leiter bilden, der mit einer bestimmten Stromstärke I gespeist wird. Senkrecht zu diesem Stromleiter wird ein magnetisches Feld erzeugt durch eine Spule, deren Eisenkern 17 horizontal angeordnet ist und der einen "Luftspalt" beim Abfluß strahl" hat. Wie" oben beschrieben, erhält man bei einer solchen Anordnung eine Ventilwirkung, und die Elektroden gemäß Fig. 1 und 2 sind an diesem Ventil angebracht.

Wenn rostfreier oder anderer Stahl direkt mit Kupfer oder Kupferlegierungen verlötet wird, so ist die Lötnaht bekanntlich schwach. Bei z?v^rei Metallen mit so unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit besteht beim Löten oft die Gefahr, daß die Lötnaht porig wird und Schlackeneinschlüsse enthält. Ferner entsteht ein großer Temperatursprung (Temperaturabfall) in der Naht, und es kann vorkommen, daß das Lötmittel schmilzt und man eine ver-

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schlechterte Kühlwirkung für die Schicht an der Schmelze erhält. Auch besteht die Gefahr erhöhter Oxydation, und die Wärmeleitfähigkeit der Naht nimmt ab. Diese Nachteile werden durch die Anordnung gemäß der Erfindung beseitigt, wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht. Die Elektroden gemäß Fig. 1 und 2 bestehen aus einem Körper oder Hauotleiter aus Kupfer oder Kupferlegierung 18 mit Kühlkanälen 19. Die Kühlkanäle dienen der Leitung eines Kühlmittels, z.B. Wasser. Auf die Spitze dieses Körpers 18 ist mit Silberlot oder einer anderen Lötung (bei 20) ein Kompoundkörper gelötet, der aus folgenden Teilen besteht:

Der Kompoundkörper besteht aus einer auf die Schmelze im Abflußloch gerichteten Verschleißplatte 21, die aus einem geeigneten Verschleißmaterial, wie unmagnetischem Stahl, beispielsweise rostfreiem oder anderem Stahl, hergestellt sein kann. An diese Platte ist eine hintere Übergangsplatte 22 aus Kupfer oder Kupferlegierung, vorzugsweise aus demselben oder annähernd demselben Material wie der Körper 18, geschweißt. Die Übergangsplatte 22 und die Verschleißplatte 21 sind auf zweckmäßige Weise, beispielsweise durch Argonschweißung, zusammengeschweißt, damit man eine oxydfreie und im wesentlichen porenfreie Naht zwischen diesen beiden Teilen in der Übergangsplatte erhält.

Aufgrund des großen Unterschieds der Wärmeleitzahlen zwischen dem Material in der Verschleißplatte (Stahl) und dem Material in der Übergangsplatte. (Kupfer oder Kupferlegierung) ist der Temperaturgradient beim Stahl bedeutend größer als beim Kupfer, so daß hohe

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Anforderungen an die thermische Festigkeit der Naht zwischen Kupfer und Stahl gestellt werden. Diesen Ansprüchen wird die oben beschriebene Schweißnaht voll gerecht. Wie erwähnt, ist die Stahlplatte 21 mit der Übergangsplatte aus Kupfer 22 durch Argonschweißung verbunden, so daß man eine Kompoundplatte 23 von beispielsweise 7 - 8 mm Dicke erhält. Durch die Argonschweißmethode oder auch andere Schweißmethoden erhält man eine, metallische Bindung zwischen dem Stahl und dem Kupfer mit dem Schmelzintervall in der Nähe des Kupfermaterials. Die auf die Platte 21 aufgeschweißte Kupferschicht 22 wird zweckmäßigerweise an ihrer zur Lötnaht gerichteten Fläche 20 planbearbeitet, worauf die Platte an den Kupferkörper, mit der Kupferschicht dicht am Körper liegend, gelötet wird, beispielsweise durch Hartlöten,, Der schwächste Punkt, die Lötnaht 20, befindet sich nun zwischen zwei Materialien mit großer Wärmeleitzahl, einerseits dem Kupfermaterial 22 in der Kompoundplatte 23 und andererseits dem Kupfermaterial des Körpers 18. Hierdurch wird eine niedrige Temperatur in der Naht sichergestellt. Außerdem liegt der schwächste Punkt in der Elektrode, d.h. die Lötnaht 20, direkt am Kühlkanal 19, wodurch die Verbindung sicherer und der Stromdurchgang besser wird.

In Fig. 1 wird auch ein Ring oder ein anderes Distanzstück 24 aus Asbest, wie Asbestholz, gezeigt, welches für die Befestigung des Leiters (Körper 18) verwendet wird. Dieses Distanzstück 24 liegt zweckmäßigerweise an einen Flansch 25 an, der am Leiter angeordnet ist. Zwischen dem Leiter und dem übrigen Material in der Nahtwand wird am besten feuerfestes Material 26, wie Stampfmasse, angebracht. 5098 2 7/0559

Die Anordnung nach, der Erfindung kann im Rahmen des offenbarten Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisches Ventil an einem Abflußloch für Schmelze aus Metall oder einer Metallegierung, bestehend aus einem magnetischen Kreis zur Erzeugung eines magnetischen Feldes quer zum Schmelzenstrahl im Abflußloch und mindestens zwei im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung im Strahl angeordneten Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus gekühlten Leitern (18) aus Kupfer oder Kupferlegierung sowie einem auf ihrem Ende festgelöteten Kompoundkörper (23) bestehen, der aus einer zur Schmelze gerichteten Verschleißplatte

(21) aus Stahl oder einem anderen Verschleißmaterial sowie einem an diese Verschleißplatte geschweißten Übergangskörper (22) besteht, dessen.Material im wesentlichen dieselbe Wärmeleitfähigkeit hat wie das Material der gekühlten Leiter. .

2. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompoundkörper (23) aus einer Verschleißplatte aus Stahl (21), magnetisch oder unmagnetisch in kaltem Zustand, und einem an diese geschweißten· Übergangskörper (22) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.

3. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißplatte (21) und der Übergangskörper

(22) mittels Argonschweißung verbunden sind.

4. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötnaht, beispielsweise mit.Silberlot, hartgelötet ist.

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5. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (18) mit einem in geringem Abstand zur lötnaht verlaufenden Kühlkanal für Kühlmittel (19), z.B. Wasser, versehen ist.

6. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 und eventuell

5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem leiter (19) und der Wand im Abflußloch eine Unterlegscheibe oder ein anderes Distanzstück (24) aus Asbest, beispielsweise Asbestholz, angeordnet ist,

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