DE2814564C2 - Induktionsrinnenofen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Induktionsrinnenöfen. Die Erfindung kann für Induktionsrinnenöfen mit mehreren induzierenden Wicklungen (im weiteren ils Induktoren bezeichnet) angewendet werden, die zum Abstehenlassen von flüssigen Metallen und Einschmelzen von Legierungen eingesetzt werden.

Bekannt ist ein Induktionsrinnenofen, der einen Tiegel und eine sogenannte Induktionseinheit aufweist. Die letztere kann einen und mehrere Eisenkörper mit an diesen angebrachten Induktoren einschließen, zwischen so denen sich mit dem Bad in Verbindung stehende Rinnen befinden, die durch eine horizontale Rinne verbunden sind und im Betrieb flüssiges Metall enthalten.

Die genannten Rinnen bilden die Induktoren umfassende Windungen aus flüssigem Metall. Beim Anschlie-Ben der Induktoren an eine Wechselstromquelle wird in den Rinnen der Induktionseinheit ein Strom induziert, der in dem in der Rinne befindlichen Metall Wärmeenergie entwickelt. Diese Wärmeenergie wird auf das Metall übertragen, daß sich im Tiegel des Ofens befindet,

Die beste Betriebsart des Ofens ist die. bei der das Metall die Rinnen mit einer hohen Geschwindigkeit durchströmt. Dies gewährleistet die wirksamste Übertragung der in den Rinnen entwickelten Energie auf das im Tiegel befindliche Metall, erniedrigt die Temperatur des Metalls in den Rinnen und gestattet es letzten Endes. Induktionsrinnenofen von hoher Leistung mit einer langen Lebensdauer der Auskleidung zu schaffen.

Es ist ein Induktionsrinnenofen (US-PS 25 39 800) bekannt, der zwei Induktoren und drei mit dem Bad in Verbindung stehende Rinnen aufweist, welche durch eine horizontale Rinne verbunden sind (eine sogenannte Doppel-Induktionseinheit), bei welcher zur Erzeugung eines durchgehenden Stromes von Metall in der Mündung der zentralen Rinne (im Abschnitt des Übergangs der zentralen Rinne in den Tiegel) ein rohrförmiges Element angeordnet ist, das an die Mündung dicht anschließt und aus feuerfestem elektrisch leitenden Material ausgeführt ist

Bei diesem Ofen fließt der induzierte Strom wegen der Verwendung von elektrisch leitendem Material für das rohrförmige Element längs derselben Bahn wie auch bei NichtVorhandensein dieses Elementes. Das Metall wird wegen der zusammendrückenden Wirkung der elektromagnetischen Kräfte in der zentralen Rinne längs der Bahn »Bad — Seitenrinnen — horizontale Rinne — zentrale Rinne — Bad« in Bewegung gesetzt Diese Ofenbauart hat wegen der unzureichenden Strömungsgeschwindigkeit des Metalls keine praktische Verwendung gefunden.

Bekannt ist eine in der Praxis angewandte Konstruktion eines Induktionsrinnenofens mit durchgehendem Strömen des Metalls durch die Rinnen der Doppel-Induktionseinheit (US-PS 35 95 979). In dieser Konstruktion wird das durchgehende Strömen mit einer speziellen Form der Mündung der zentralen Rinne sichergestellt. Bei den Doppel-Induktionseinheiten bilden sich in den Mündungen der Seitenrinnen und der zentralen Rinne infolge des Zerfließens des induzierten elektrischen Stromes hydrodynamische Wirbelströme (im weiteren als Wirbelströme bezeichnet). Diese Wirbel tragen das Metall aus den Rinnen. Bei unterschiedlicher Intensität der Wirbel in der zentralen Rinne und in den Seitenrinnen wird das Metall durch die Rinnen durchgepumpt In der oben beschriebenen Konstruktion wird durch die Erweiterung der zentralen Rinne im Bereich der Mündung in rwei Richtungen der Wirbel in diesem Bereich intensiviert, wodurch der durchgehende Strom des Metalls erzeugt wird. Da aber das Metall in den Mündungen der Seitenrinnen teilweise in die Rinnen hineinfließt, d. h. der Metallstrom in einem gewissen Teil der Mündungen eine Richtung hat, die zum durchgehenden Strom entgegengesetzt ist, vermindern die Wirbel in den Seitenrinnen die Geschwindigkeit des durchgehenden Stromes.

Während des Ofenbetriebs verändern die Mündungen der Rinnen ihre Form wegen der Auswaschung durch Metall und umgekehrt wegen der Bildung von Ansätzen, weshalb die Strömungsgeschwindigkeit in der bekannten Konstruktion herabgesetzt wird. Dies führt zur Überhitzung des Metalls in der Rinne und zum vorzeitigen Ausfall der Induktionseinheit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Induktionsrinnenofen zu entwickeln, bei dem die Geschwindigkeit des durchgehenden Stromes beträchtlich höher als in den bekannten Ofen ist und die Aufrechterhaltung ausreichend hoher Strömungsgeschwindigkeiten während der gesamten Betriebsdauer des Ofens unabhängig von der Änderung der Abmessungen der Rinnen und ihrer Mündungen infolge von Auswaschung oder Zusetzen derselben garantiert ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Induktionsrinnenofen, der einen Tiegel für das zu schmelzende Metall, mindestens drei mittels einer horizontalen Rinne verbundene mit dem Tiegel in

Verbindung stehende Rinnen, wobei an eine ihrer Mündungen ein rohrförmig«» Element angrenzt, sowie zumindest einen geschlossenen Eisenkörper mit wenigstens zwei an diesem angebrachten Wicklungen aufweist, welche mit Wechselstrom gespeist werden, erfindungsgemäß zusätzlich ein zweites rohrförmiges Element angeordnet ist, daß die beiden rohrförmigen Elemente aus einem elektrisch nichtleitenden feuerfesten Material ausgeführt sind und an die Mündungen der Seitenrinnen angrenzen.

Es ist vorteilhaft, daß jedes rohrförmige Element eine Höhe hat, die mehr als um das Zweifache die Breite der Seitenrinne in der zur Längsachse der Wicklung senkrechten Richtung übersteigt

Ein jedes rohrförmige Element kann durch die drei Wände des Tiegels um die Mündung der Seitenrinne und eine über die Badbreite angeordnete Zwischenwand gebildet sein. Es ist vorteilhaft, die Zwischenwand in einem Abstand von der ihr gegenüberliegenden Wand anzuordnen, der kleiner als der Abstand zwischen derselben Wand und der Symmetrieachse der Wicklung ist, die sich in unmittelbarer Nähe derselben Zwischenwand befindet

Die Anwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bauart gestattet es, die Strömungsgeschwindigkeit des Metalls gegenüber den bekannten Konstruktionen um das Zweifache und mehr zu erhöhen, die Überhitzung des Metalls in der Rinne zu mindern, die Lebensdauer der Verkleidung der Induktionseinheiten sowie die Leistung und den Durchsatz des Ofens zu jo steigern.

Im folgenden wird die Erfindung durch Beschreibung ihrer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Induktionsrinnenofen im Längsschnitt,

Fig.2 eine andere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Induktionsrinnenofens mit Zwischenwänden, im Längsschnitt

Fig.3 einen erfindungsgemäßen Induktionsrinnenofen mit Zwijchenwänden, im Querschnitt.

Der Induktionsrinnenofen enthält einen Tiegel 1 (F i g. 1) für zu schmelzendes Metall und eine Doppel-Induktionseinheit die einen geschlossenen Magnetkern 2 und an diesem angebrachte Wicklungen 3, 4 (im weiteren als Induktoren bezeichnet) einschließt, welche mit Wechselstrom gespeist werden. An dem geschlossenen Magnetkern 2 kann auch nur ein Induktor angebracht sein. In diesem Fall wird die Zahl der Induktoren der Anzahl der geschlossenen Magnetkerne entsprechen, die eine der Rinnen umfassen. In F i g. 1 ist eine Variante dargestellt, bei der zwei Induktoren an einem Magnetkern 2 angebracht sind.

Zwischen der Wandung des gefütterten Gehäuses 5 der Induktionseinheit und der Verkleidung 6 der Induktoren sind Rinnen 7,8 und 9 ausgebildet, die durch eine horizontale Rinne 10 miteinander verbunden sind. Die Mündungen der Rinnen 7—9 öffnen sich in den Tiegel 1 hinaus und setzen auf diese Weise die Rinnen 7—9 mit dem Innenraum 11 des Tiegels 1 in Verbindung.

In Figil ist eine Ausfuhrungsvariante der Induktionseinheit mit drei Rinnen dargestellt: zwei Seitenrinnen 7, 9 und einer zentralen Rinne 8. Jedoch kann die Zahl der zentralen Rinnen 8 auch größer sein und hängt von der Anzahl der in der Induktionseinheil angeordneten Wicklungen ab.

In dem Tiegel 1 sind zwei rohrförmige Elemente 12 und 13 angeordnet Jedes von ihnen grenzt an die Mündung der entsprechenden Seitenrinne 7, 9 an, wodurch das Zerfließen des Stroms im Bereich seines Austritts aus den rohrförmigen Elementen 12, 13 verändert wird.

Jedes rohrförmige Element 12, 13 wird gemäß einer anderen Ausführungsvariante des Ofens durch drei Wände 14, 15 und 16 (F i g. 2, 3) des Tiegels 1 und eine Zwischenwand 17 oder 18 gebildet die im Innenraum 11 über die Breite des Tiegels 1 wie in Fig.3 gezeigt angeordnet ist

Hierbei wird die Zwischenwand 17 (18) an einer beliebigen Stelle in einem Abstand angeordnet, der in den Grenzen zwischen der Mündung der dieser Zwischenwand entsprechenden Sei'.enrinne 7 (9) und der Symmetrieachse 19 der Wicklung 3 (4), die sich in der unmittelbaren Nähe dieser Rinne 7 (9) befindet, gewählt ist

Es ist erforderlich, die rohrförmigen Elemente aus einem elektrisch nichtleitenden feuerlesten Material herzustellen, wodurch sie den Durchgangsweg des im Metall induzierten Stromes verändern.

Zur Erzeugung des größten Effektes — Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Metalls — übersteigt die Höhe »a« (Fig. 1) eier rohrförmigen Elemente 12, 13 mehr als um das Zweifache die Breite »b« der Seitenrinnen 7 und 9 in der zur Längsachse 20 der Wicklung 3 (4) senkrechten Richtung.

In der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Konstruktion des Induktionsrinnenofens umfließt der in der Rinne induzierte Strom wegen des Umstandes, daß die rohrförmigen Elemente 12, 13 aus einem feuerfesten elektrisch nichtleitenden Material bestehen, die rohrförmigen Elemente 12,13 längs einer Bahn, die in Fig. 1 durch Pfeile A angedeutet ist

Infolgedessen steigt die Intensität des magnetischen Feldes im Bereich des Zerfließens des Stroms beim Austritt aus dem rohrförmigen Element 12 stark an, der-.entsprechend nehmen die der Induktion im magnetischen Feld proportionalen elektromagnetischen Kräfte zu und es erhöht sich schroff die Geschwindigkeit im hydrodynamischen Wirbel im Bereich des rohrförmigen Elementes 12, 13. Außerdem kann der Wirbel nicht in die Seitenkanäle 7, 9 hineinfließen, weil die Wandung der rohrförmigen Elemente 12,13 für die hydrodynamische Strömung als Führung dient — sie wendet den Strömungsgeschwindigkeitsvektor nach oben in den Tiegel 1 des Ofens. Als Ergebnis zirkuliert das Metall im Ofen längs der in Fig. 1 durch Pfeile angedeuteten Bahn mit einer Geschwindigkeit, die mindestens zweimal höher ist als in den bekannten Konstruktionen.

In der erfindungsgemäßen Ofenbauart ist bei gleicher Leistung die Bewegungsgeschwindigkei* des Metalls um das Zwei- bis Fünffache höher. Hierbei steigt die ι Strömungsgeschwindigkeit des Metalls mit der Vergrö-' ßerung der Höhe des rohrförmigen Elementes bis zu einem Wert derselben an, der die Breite der Rinne um das Zweifache übersteigt. Bei noch größerer Höhe ändert sich die Geschwindigkeit nur unbedeutend.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Induktionsrinnenofen, der einen Tiegel für zu schmelzendes Metall, mindestens drei, mittels einer horizontalen Rinne verbundene, mit dem Tiegel in Verbindung stehende Rinnen, wobei an einer ihrer Mündungen ein rohrförmiges Element angrenzt, sowie zumindest einen geschlossenen Eisenkörper mit wenigstens zwei an ihm angebrachten Wicklungen aufweist, welche mit Wechselstrom gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ofen zusätzlich ein zweites rohrförmiges Element (13) angeordnet ist, daß beide rohrförmige Elemente (12,13) aus einem elektrisch nichtleitenden feuerfesten Material ausgeführt sind und an die is Mündungen der Seitenrinnen (7,9) angrenzen.

2. Induktionsrinnenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes rohrförmige Element (12, 13) eine Höhe aufweist, die mehr als um das Zweifache die Breite der Seitenrinne (7,9) in der zur Längsachse (20) der Wicklung (3, 4) senkrechten Richtung übersteigt

3. Induktionsrinnenofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes rohrförmige Element (12, 13) durch drei Wände (14-16) des Tiegels (1) an der Mündung der Seitenrinne (7,9) und eine über die Breite des Tiegels (1) angeordnete Zwischenwand (17,18) gebildet ist

4. Induktionsrinnenofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwände (17, 18) in einem Abstand von der ihr gegenüberliegenden Wand (15J des Tiegels (1) angeordnet sind, der kleiner als der Abstand zwischen der Wand (15) und den Symmetrieachsen (19) der Wicklungen (3,4) ist, die sich in der unmittelbaren Nähe der jeweiligen Zwischenwand (17,18) befindet.