DE247500C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

~'M 247500-KLASSE 21 h. GRUPPE

Elektrischer Induktions- und Widerstandsofen, Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. August 1909 ab.

Die Erfinder haben schon früher einen elektrischen Ofen gebaut, bei welchem der Gedanke, das Schmelzgut einerseits durch unmittelbare Induktion zu erhitzen, mit dem Gedanken verbunden war, einen Strom durch das Bad hindurchzusenden, der durch Widerstandserhitzung, d. h. hier sowohl durch Erwärmung der Schmelzmasse durch den elektrischen Strom selbst, als durch Erwärmung durch den Widerstand in

ίο den Zuleitungsstellen die Schmelzwirkung herbeiführt.

' Diese Anordnung hatte noch zwei Übelstände: einmal war der Herd mit den für die Induktionswirkung dienenden Rinnen versehen, in welchen das Metall die Stelle der Sekundärspulen vertrat, und zweitens war der eine Schenkel des Transformators durch die entsprechende Öffnung des Herdes durchgeführt. Es ergeben sich dadurch recht komplizierte und für den Metallurgen nicht immer angenehme Herdformen, die in erster Linie dazu zwingen, den Ofen in gewissen Zeitabschnitten zwecks Erneuerung der Herdwandung stillzusetzen. Außerdem ist es nur schwer möglich, das in dem verzweigten Herd untergebrachte Schmelzgixt genügend gegen Wärmeverluste zu schützen, und das wird hier noch dadurch erschwert, daß der Transformator durch künstliche Kühlung des Ofenmauerwerks vor unzulässiger Erhitzung geschützt werden muß.

Diese Übelstände sind bei dem Ofen nach der vorliegenden Erfindung dadurch beseitigt, daß der Transformator äußerhalb, aber in unmittelbarer Nähe eines rinnenlosen Herdes angebracht ist. Dabei sind die elektrischen Verhältnisse zunächst insoweit verändert, als die Heizung des Bades im wesentlichen durch den mittels Elektroden zugeführten Strom erfolgt, der bei der früheren Bauart lediglich als Hilfsstrom benutzt wurde, während die unmittelbare Induktion des Transformators hier nur an zweiter Stelle wirksam wird.

Es sind auch schon elektrische öfen vorgeschlagen worden, bei welchen das Schmelzgut durch Widerstandsheizung geheizt wird. Es sind aber derartige Öfen bisher noch nicht erfolgreich zur Ausführung gelangt, weil die richtige Verbindung der elektrischen Einrichtung mit dem Herd, wie sie die vorliegende Erfindung bietet, noch nicht vorgeschlagen worden ist. Dadurch, daß die Transformatorschenkel in unmittelbarer Nähe an der Außenseite des Herdes und zwischen den in den Herdwandungen befindlichen Zuleitungsstellen angeordnet sind, wird zunächst die geringste Längenausdehnung der äußeren elektrischen Leitungen von dem Transformator, zu den Zuleitungsstellen erzielt, was nicht nur praktisch eine große Kupferersparnis bedeutet, sondern auch eine sehr große Ersparnis an Wärmeverlusten durch die Leitung. Weiter aber tritt eine eigentümliche Wirkung insofern ein, als die unmittelbare Induktion durch die Herdwand hindurch in das Bad wirkt und hier nicht nur die Spannung des Stromes erhöht, der durch die außerhalb des Bades liegenden Kupferwicklungen des Transformators erzeugt wird, sondern dem Bad auch eine Bewegung mitteilt, die an sich von der

Induktionswirkung bekannt und von größter j Bedeutung für den metallurgischen Vorgang in dem Herd ist. Im besonderen wird bei der Anwendung von Drehstrom hier dieselbe kreisende Bewegung der Schmelzmasse in dem offenen Herd hervorgerufen, die in den Schmelzrinnen der reinen Induktionsöfen eintritt.

Die Einwirkung der Induktion eines Transformators auf ein Schmelzbad ist bei elektrisehen Öfen auch schon eingetreten, aber dort handelte es sich um Öfen ganz anderer Art, im besonderen um Lichtbogenofen, die mit hoher Spannung und mit verhältnismäßig sehr kleinen, von oben in die Schlacken eintauchenden EIe ktroden arbeiteten. Auch bei den neuen Öfen kann die in den äußeren Stromzuleitungen erzeugte Wärme noch sehr erheblich werden, so daß für gewisse Zwecke deren Nutzbarmachung von erheblicher Bedeutung ist. Sie sollen nach vorliegender Erfindung zur Vorwärmung des Schmelzgutes in der Weise benutzt werden, daß sie entweder selbst als Kanäle für die Zuleitung des Schmelzgutes ausgebildet werden oder in einem solchen Kanal liegen.

Bei dem Arbeiten nach der vorliegenden Erfindung werden Ströme von außerordentlicher Stärke und geringer Spannung verwendet. Deshalb ist die besondere Ausbildung der Zuleitungsstellen in das Bad von Bedeutung. Diese werden nach einem an sich bekannten Gedanken als gemischte Elektroden aus Leitern zweiter Klasse und Leitern erster Klasse zusammengesetzt und erhalten die für Widerstandsöfen notwendige erhebliche Ausdehnung an gegenüberliegenden Seiten des Herdes.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein elektrischer Induktionsofen, der nur einen breiten, geräumigen, übersichtlichen und deshalb bequem zu bedienenden Arbeitsherd besitzt und die lästigen engen Heizrinnen gar nicht aufweist, so daß nun alle metallurgischen Arbeiten leicht und bequem vorgenommen werden können und der Ofen auch im laufenden Betrieb leicht ausgebessert werden kann, womit eine bedeutende Vereinfachung und Verbilligung des Ofenbetriebes erzielt wird.

Dies ist dadurch erreicht worden, daß die bisher mit Metall gefüllten engen Heizrinnen durch geeignete Leiter aus Kupfer oder anderem Material ersetzt sind, welche an Stromübertragungseinrichtungen angeschlossen sind.

Der derart kombinierte Induktionswiderstandsofen weist einen dem Martin-Ofen ganz ähnlichen breiten, übersichtlichen Arbeitsherd auf und ist durch geeignet angeordnete Türen leicht zu übersehen und bequem zu bedienen. Die Wände und eventuell auch der Boden des Herdes sind teilweise mit Stromübertragungseinrichtungen ausgestattet, von denen bei Wechselstrom mindestens zwei, bei Drehstrom mindestens drei zur Anwendung kommen.

Der elektrische Transformator für Wechselstrom oder Drehstrom kann beliebig seitlich oder unterhalb des Ofens oder in sonst geeigneter Lage zum Ofen angeordnet werden und wird vorteilhaft derart auf einem gemeinsamen Traggestell aufgebaut, daß bei kippbarer Ofenanordnung, durch welche das metallurgische Arbeiten stets wesentlich erleichtert wird, der Transformator gleichzeitig mit dem Ofen kippt, womit sich kurze Leitungen von der sekundären Wicklung des Transformators nach den Stromübertragungseinrichtungen und den Polköpfen ergeben. Der Transformator ist so angeordnet, daß das Eisenbad direkt einen Teil der sekundären Wicklung bildet, und die sekundäre Wicklung des Transformators unter Einschluß des Eisenbades besteht zweckmäßig nur aus einer einzigen, geeignet vielfach parallel geschalteten Windung.

Die Wicklungen des Transformators können an jeder Stelle der horizontalen oder vertikalen Joche angeordnet werden und also sowohl oberhalb als auch unterhalb des Ofenherdes oder auch seitlich desselben liegen. Auch kann z. B. die primäre Wicklung auf den vertikalen und die sekundäre Wicklung auf den horizontalen Schenkeln oder umgekehrt angeordnet werden, wie auch alle Kerne oder nur einige oder gar nur ein einziger Kern mit Wicklungen versehen sein können. Besondere Vorteile ergeben sich aber dann, wenn die vertikalen oder die oberen horizontalen Schenkel mit Wicklungen versehen werden, denn dann können die Leitungen am einfachsten aus dem Bereich der eigentlichen Ofenkonstruktion heraus verlegt werden, wodurch die Streuung verringert und der Wirkungsgrad des Ofens wesentlich verbessert wird, weil der größte Teil der Energie direkt im Eisenbad und nicht in den Polköpfen in Wärme umgesetzt wird.

Die Stromübertragungseinrichtungen dürfen daher nur einen sehr geringen Widerstand besitzen, damit eine möglichst geringe Spannung, am besten diejenige nur einer einzigen Windung, genügt, um die Übergangswiderstände zu überwinden und das Bad auf die gewünschten Temperaturen zu erhitzen.

Um das zu erreichen, werden gemäß der Erfindung Stromübertragungseinrichtungen benutzt, welche die Ofenköpfe vollkommen umschließen und mit geeignet vielen Metallstiften versehen sind, die von einer großen Metallplatte aus in das Bad hineinragen und auf ihrer ganzen Länge, mindestens aber auf dem weitaus größten Teil derselben von einem Leiter zweiter Klasse umgeben sind.

Wurden runde Querschnitte für die Stifte benutzt, so träte schon bei geringen Überlastungen sehr leicht der sogenannte Pincheffekt auf, dessen Einwirkung die im Betrieb flüssige dünne Eisensäule der Stifte abreißt, und

die Stromzufuhr würde unterbrochen. Die vStifte des neuen Ofens haben deshalb rechteckigen Querschnitt, da so der Pincheffekt erst bei viel höheren Stromdichten eintreten kann als bei rundem Querschnitt der Stäbe. Ferner sind die Stifte derartig schräg angeordnet, daß bei kippbaren Öfen das eventuell flüssig gewordene Metall auch während des Kippens aus den Stiftlöchern schwer ausfließen kann.

'ο Diese Anordnung bietet außerdem vermöge der größeren Eisenlänge der Stifte im Leiter zweiter Klasse noch den Vorteil, daß der Leiter zweiter Klasse zu Beginn des Betriebes viel schneller angeheizt wird als bei senkrechter Lage der Stifte, wodurch der Leiter zweiter Klasse sehr schnell an der Stromübertragung

teilnimmt und die Metallstifte vor Überlastung schützt.

An den Polköpfen ist die Sohle des Ofenherdes

ao ein wenig tiefer gelegt als an allen anderen Stellen, damit an diesen Stellen eine Ansammlung des geringen, beim Abstich im Ofen zurückbleibenden Metallrestes stattfindet, der namentlich beim Verarbeiten fester Einsätze ein schnelles Einschmelzen begünstigt.

Das Material der Stromübertragungsvorrichtung ist in erster Linie von dem im Ofen zu verarbeitenden Einsatzmaterial abhängig, und es kann deshalb nur solches Material benutzt werden, welches zur Stromübertragung geeignet ist und gleichzeitig den Ofeninhalt in keiner Weise beeinflußt. Die Metallteile der Stromübertragungsköpfe bestehen daher zweckmäßig aus dem gleichen Material, das später im Ofen behandelt werden soll, während als Leiter zweiter Klasse für die Eisen- und Stahlindustrie namentlich Magnesit und Dolomit, eventuell mit Graphit oder anderem kohlenstoffhaltigen Zusatz und einem geeigneten Bindemittel, wie

z. B. Teer, Sirup usw., in Betracht kommen, da aus diesem Material auch die Ofenzustellung hergestellt werden kann.

Zur Stromübertragung könnten aber auch, sofern dies die Natur des Einsatzmateriales gestattet, Blöcke aus Graphit oder ähnlichem Stoffe benutzt werden.

Der Ofen kann mit jeder Art von Wechselstrom oder Drehstrom betrieben werden und ist unabhängig von der Primärspannung, da der zugehörige Transformator für jede beliebige Spannung gebaut werden kann.

Soll der Ofen hauptsächlich zum Einschmelzen von Schrott oder kaltem Einsatz benutzt werden, so kann eine weitere Sekundärwicklung des Transformators bei genügend hoher Spannung auch einen entsprechend schwächeren Strom liefern, mit welchem das Einschmelzen mittels Kohlenelektroden unter Lichtbogenbildung so lange erfolgen kann, bis der Einsatz teilweise flüssig geworden ist. Für das weitere Arbeiten, wird aber dann die vorteilhaftere, oben beschriebene Widerstandsheizung benutzt.

Bei Einleitung des Schmelzprozesses durch Kohlenelelctroden unter Lichtbogenbildung kann eventuell auch ein besonderer, vom eigentlichen Ofentransformator unabhängiger Transformator benutzt werden.

Die Wärme, welche in dem außerhalb des Eisenbades liegenden Teil der sekundären Transformatorwicklung je nach Art und Querschnitt des Leitungsmateriales in größerem oder geringerem Maße entsteht, kann für den metal-' lurgischen Prozeß verwertet werden, wenn die außerhalb des Ofenherdes liegende sekundäre Wicklung in die Form eines Behälters, z. B. einer geeignet ausgekleideten Rinne, gebracht wird, in welcher nun eine Vorwärmung oder Vorbehandlung des Materiales stattfinden kann, das nachher für den metallurgischen Prozeß gebraucht wird. Anstatt der sekundären Wicklung selbst die Form eines Behälters zu geben, kann sie auch durch einen geeigneten Behälter derart hindurchgeleitet werden, daß das in dem Behälter enthaltene Material unter der Einwirkung der sekundären Stromwärme vorgewärmt oder vorbehandelt wird.

Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen des rinnenlosen Ofens gemäß der Erfindung für Wechselstrom bzw. Drehstrom beispielsweise dargestellt worden.

Es zeigen:

Fig. ι den Querschnitt,

Fig. 2 den Längenschnitt,

Fig. .3 den Grundriß der ersten Ausführungsform eines Ofens für Wechselstrom, während in

Fig. 4 der Grundriß eines Ofens für Drehstrom veranschaulicht ist.

Der trogförmige bedeckte Ofenherd α der Fig. ι bis 3 ruht zusammen mit dem Transfermator b auf dem nur in der Fig. 2 dargestellten aus I-Profilen zusammengesetzten Untergestelle, und wird von den beiden bewickelten lotrechten Schenkeln c des Transformators b in seiner Mitte induktiv beheizt.

Neben der primären Wicklung d des Transformators b ist nun eine aus sechs parallel geschalteten Elementen bestehende sekundäre Wicklung e von großem Querschnitte vorhanden, deren Strom vermittels der Verbindungsleitung f nach der Polplatte g geführt wird, von welcher die schräg nach oben gerichteten Polstifte h den Strom teils durch die Ofenzustellung, teils unmittelbar auf das Bad k übertragen, welches auf diese Weise an.drei Stellen durch Induktion und mittelbare Stromzuleitung beheizt wird.

An der Austritt stelle der Polstifte h ist die Herdsohle etwas vertieft, so daß das beim Auskippens des Ofen im Herde zurückbleibende i2q Material sich in der Vertiefung ansammeln kann.

Claims (5)

Der für Drehstrom gebaute Ofen der Fig. 4 weist entsprechend der Zahl und Anordnung der drei Schenkel des Drehstromtransformators ' einen Herd von sechseckiger Umrißform auf, welcher abwechselnd an jeder zweiten Seite ; induktiv bzw. durch Leitung geheizt wird, zu j welchem Zwecke in sinngemäßer Weise die bei der ersten Ausführungsform näher erläuterten Anordnungen getroffen sind. Pate NT-A ν Sprüche:

1. Elektrischer Induktions- und Widerstandsofen, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatorschenkel unmittelbar außer halb des rinnenlosen Bades und zwischen den beiden Zuleitungsstellen des durch die Kupferwicklungen des Transformators erzeugten Sekundärstromes liegen, so daß einerseits der genannte Sekundärstrom mit geringstem· Kupferverbrauch durch Widerstandsheizung das Bad in der Hauptsache erhitzt und andererseits die durch die Herdwandung direkt in die Schmelzmasse wirkende Induktion des Transformators die Sekundärstromspannung verstärkt und die Masse bewegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der außerhalb des Ofenkörpers liegende, den Umformer (b, c) unmittelbar umgebende Leiterteil (e, f) des Sekundärstromkreises (e, f, g, h, Jt) diesen zu einer ganz oder teilweise aus einem vielfach parallel geschalteten Leiterbündel bestehenden, in sich kurz geschlossenen Windung ergänzt. 3ί

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der außerhalb des Ofenkörpers liegende Leiterteil (e, f) des Sekundärstromkreises (e, f, g, h, k) rinnenartig gestaltet oder durch eine Rinne hindurch- 4c geführt ist, in welcher das Schmelzgut oder schlackenbildende Stoffe durch die Widerstandswärme des Leiterteiles (e, f) vorgewärmt oder sonstwie vorbehandelt werden können.

4. Elektrischer Induktionswiderstandsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen zur Verminderung der Streuung auf dem Kern des Transformators angeordnet sind, welcher dem Herd am nächsten liegt, d. h. bei über dem Herd angeordnetem Transformator auf dem unteren, bei unter dem Herd liegendem Transformator auf dem oberen Joch und bei seitlich des Herdes liegendem Transformator auf den Seitenkernen.

5. Elektrischer Induktionswiderstandsofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom durch einen gemischten Leiter aus Eisen und Leitern zweiter Klasse dem Boden des Schmelzbades zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.