DE2457656C2 - Elektromagnetisches Ventil - Google Patents

Description

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

Derartige Ventile sind aus den schwedischen Patentschriften 3 24 406 und 3 61525 (entsprechende englische Patentschrift 12 81 377 oder deutsche Patentschrift 19 49 053) 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-Gesetz eine auf den Schmelzenstrahl wirkende Kraft ausbildet, die in Richtung des Strahles oder in entgegengesetzter Richtung gerichtet ist. Gemäß dem Biot-Savarts-Gesetzt beträgt die Kraft dF, die auf ein Strombahnele^ ment (dsl) in_einem Magnetfeld mit der Induktion B wirkt: dF = I ■ 7}s\ · B, wobei / die Stromstärke im Leiter ist. In vereinfachter Form kann man hier sagen, daß F\ = l\ ■ ds\ ■ B, wobei Fi die beeinflussende Kraft in Vektorform, tZFi die Vektorform für die Strombahn im Strahl und öder Induküonsvektordes Magnetreldes ist. Die Kraft F₁ (= B ■ 1 ■ 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 Ofens oder entgegengesetzt 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 Schrneizenströrnung 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 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 Abnutzungifläche 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 Elektrodenenden 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.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen Jer 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 bilden, so daß die Wärmeleitfähigkeit nicht verschlechtert wird. Man ordnet eine Lötnaht nahe dsm 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 ι eine geringe Wärmeaufnahme durch die Lötnaht, Dadurch wird vermieden, dau die Lötnaht aufschmilz' oder Oxydschichten bzw. poröse Stellen sich in der • Lötnaht bilden. Man erhält eine gute elektrische ι 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 geeignetes j Verschleißmateria! wählen, wie unmagnetischen, bei-■ spie!swe^::-e '"ustfreien 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 zeigt

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

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

Fig. 3 eine Prinzipskizze eines elektromagnetischen Ventiis.

In F i g. 3 wird der Bodenteil einer Pfanne ode. 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 ι 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 / 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 Abflußstrahl hat. Wie oben, beschrieben, erhält man bei einer solchen Anordnung eine Ventilwirkung, und die Elektroden gemäß F i g. 1 und 2 sind an diesem Ventil angebracht.

Wenn rostfreier oder anderer Stahl direkt mit Kupfer

oder Kupferlegivjrungen verlötet wird, so ist die Lötnaht bekanntlich schwach. Bei zwei Metallen mit so unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit besteht beim Löten oft die Gefahr, daß die Lötnaht porig wird und

ι Schlackeneinschlüsse enthält. Ferner entsteht ein großer Temperatursprung (Temperaturabfall) in der

Naht, und es kann vorkommen, daß das Lötmittel schmilzt und man eine verschlechterte 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 F i g. 1 und 2 hervorgeht. Die Elektroden gemäß Fig.) und 2 bestehen aus einem Körper oder Hauptleiter 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 ocl·:·; einer anderen Lötung (bei 20) ein Kompoundkörper gelotet, der aus ioigcndoii Teilen besteht:

Der Kompoundkörper besicr.; m'j:·, tu.er ^uf die Schmalz? im Abflußloch gerichteten Verschleißplattc 21, die aus einem geeigneten Verschleißmaleria!, wie Uüfmpnetischem Stahl, beispielsweise rostfreif m oder anderem Stahl, hergestellt sein kann. An diese Platte isi eine hintere Übergangsplatte 22 aus Kupfer oiici Kupferlegierung, vorzugsweise aus demselben oder annähernd demselben Material wie der Körper 18, geschweißt. Die Übcrgangspluue 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 h -m Kupfer, so daß hohe 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 eint 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 schächste Punkt, die Lötnaht 20, befindet sich nun zwischen zwei Materialien mit großer Wärmeleitzahl, einerseits dem Kupfermaterial 22 in der Kompoundplatte 23 und andererseits dem Kupfermaleria! des Körpers 18. Hi-.fdurch 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 F i g. 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 ?S. wie Stampfmasse, angebracht.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisches Ventil an einem AbfluO-loch 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 ,₀ 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 1, 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. ,5

3. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißplatte (21) und der Übergangskörpsr (22) mittels Argonschweißung verbunden sind.

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

5. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, de" der Leiter (18) mit einem in geringem Abstand zur Lötnaht verlaufenden Kühlkanal für Küh'.mitt?¹ (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.