DE2851568C2

DE2851568C2 - Induktionsschmelzofen

Info

Publication number: DE2851568C2
Application number: DE2851568A
Authority: DE
Inventors: Michio Suzuka Mie Kawasaki; Tsuguharu Omori
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1978-11-29
Publication date: 1982-08-26
Also published as: JPS54107609U; JPS5632878Y2; DE2851568A1; US4205197A

Description

Die Erfindung betrifft einen Induktionsschmelzofen mit einem Gehäuse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten derartigen Induktionsschmelzöfen (US-PS 19 63 481 und 30 36 888) ist zwar eine Luftzwischenschicht zwischen dem Tiegel und einer die Wicklung tragenden Isolierschicht vorgesehen, doch ist der Luftzwischenraum nach oben offen, was zur Folge hat, daß einerseits eine erhebliche Oxidation der Tiegeloberfläche auftritt, verbunden mit einer Lebensdauerverminderung des Tiegels, und daß andererseits der Wirkungsgrad wegen der erheblichen Wärmeverluste vermindert wird. Auch ist diesen bekannten Induktionsschmelzöfen gemeinsam, daß an ihnen keine Sicherheitsmaßnahmen verwirklicht sind, die bewirken, daß bei einem Tiegelleck geschmolzenes Metail gefahrlos abgeleitet wird.

Im übrigen sind Induktionsschmelzöfen bekannt, bei denen der Tiegel unmittelbar von einer Isolierschicht umgeben ist (DE-AS 10 83 454). Der Graphittiegel ist an seiner Mantelfläche und seinem Boden mit einem feuerfesten Material umgeben, um das herum die ίο Induktionswicklung verläuft. Es ist jedoch eine relativ dicke Isolierschicht mit der Folge einer Verminderung des Leistungsfaktors und des Wirkungsgrades erforderlich. Außerdem ergibt sich, da die Hinterfütterung des Tiegels eine relativ hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, ein großer Wärmestrom vom Graphittiegel nach außen, was nicht nur zu hohen thermischen Verlusten führt, sondern was auch noch eine spezielle Isolierung der Wicklung erfordert Dabei ist ferner von Nachteil, daß die Wärmedehnungen des Tiegels auf die Isolierung übertragen werden mit der Folge des Auftretens erheblicher Spannungen. Dasselbe gilt auch für einen anderen bekannten Induktionsschmelzofen (US-PS 18 23 873) bei dem sich der Tiegel nicht vollflächig sondern nur entlang einzelner Stege nach außen abstützt. Dadurch ist zwar der Querschnitt, durch den Wärme durch das massive Isoliermaterial hindurch nach außen fließen kann, vermindert, doch besteht nach wie vor das Problem der Entstehung und der Auswirkung thermisch bedingter Spannungen, obwohl dieser bekannte Tiegel zumindest eine Ablauföffnung für bei einem Tiegelleck austretendes geschmolzenes Metall aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Induktionsschmelzofen zu schaffen, der so aufgebaut ist, daß er einfach herstellbar ist, eine hohe Leistung und einen hohen Wirkungsgrad aufweist, also geringe Wärmeverluste und verbesserte elektrische Kenndaten aufweist und der außerdem sicher zu benutzen und instand zu halten ist.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Induktionsschmelzofen der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patenten Spruchs 1 angegebenen Merkmale.
Aufgrund des keinerlei Wärmebrücken aufweisenden Luft-Ringraumes zwischen Graphittiegel und Wärmeisolierung bzw. Spulenträger ist der Wärmefluß vom Tiegel zur Spule vermindert. Dadurch, daß der Tiegel frei auf dem Ofenbett steht und nicht in radialer Richtung mechanisch mit der Isolierung verbunden ist, kann sich der Tiegel aufgrund thermischer Ausdehnun gen frei bewegen, ohne daß auf die Isolierung, den Spulenträger und die Spule mechanische Kräfte ausgeübt werden. Es kann dadurch eine Wicklung bzw. ein Spulenträger mit geringerer mechanischer Festigkeit verwendet und eine längere Lebensdauer der Wicklung erzielt werden. Auch ist die auf die Spule aufgebrachte Isolierung nicht durch mechanische Spannungen belastet, die von dem Tiegel auf den Mantel übertragen werden. Besonders von Vorteil ist jedoch, daß aufgrund der Abdichtung des Luftzwischenraumes nach außen hin sowohl eine Oxidation der Tiegeloberfläche und eine damit verminderte Tiegellebensdauer vermieden wird als auch eine Verminderung der Wärmeverluste und damit eine Verbesserung de« Wirkungsgrades des erfindungsgemäßen Induktionsschmelzofens erzielt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Induktionsschmelzofen mit Graphittiegel kann der Abstand zwischen dem

Graphittiegel und der Wicklung minimiert werden, wodurch sich der Leistungsfaktor und der Wirkungsgrad erhöhen lassen, weil die thermisch isolierenden Schichten, die den Graphitliegel umgeben, aus einer relativ dünnen Luftschicht und einem ebenfalls hohen thermischen Widerstand aufweisenden Material bestehen. Die Abdichtung der Luftschicht verbessert die effektive thermische Isolierung zwischen dem Tiegel und der Wicklung, wodurch der Leistungsbedarf für das Halten der Temperatur reduziert wird. Insgesamt wird auf diese Weise eine Verminderung des Energieverbrauchs verbunden mit einer hohen Schmelzrate bzw. einem hohen Wirkungsgrad.

Darüberhinaus bewirkt die als Teil der thermischen Isolierung ausgebildete Luftschicht eine Erleichterung beim Entnehmen oder Auswechseln des Graphittiegels und bei der Erneuerung des thermisch isolierenden Materials. Schließlich stellt die Erfassung des durch ein Leck ausfließenden geschmolzenen Metalles ein rasches Entleeren des flüssigen Metalles aus dem Ofen sicher, wodurch ein zuverlässiger Betrieb mit erhöhter Sicherheit erzielt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Sensor vorgesehen, der bei infolge eines Lecks aus dem Graphittiegel ausfließendem Metall ein Signal abgibt. Dadurch läßt sich die Sicherheit beim Betrieb des erfindungsgemäßen Induktionsschmelzofens erhöhen, weil bereits zu Beginn des Ausfließens von Metall ein Warnsignal erhalten wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Durchgangsöffnung durch einen plattenförmigen Stopfen verschlossen, der aus einem unter Einwirkung des geschmolzenen Metalles verbrennenden oder schmelzenden Material besteht. Der auflösbare Verschluß der Durchgangsöffnung hat den Vorteil, daß zunächst der Luft-Ringraum von der Atmosphäre abgetrennt ist und erst dann eine Öffnung frei wird, wenn tatsächlich geschmolzenes Metall aus dem Tiegel austritt.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die thermische Isolierung mehrschichtig aufgebaut und es ist die Induktionswicklung in die äußere Schicht eingebettet. Ein mehrschichtiger Aufbau ermöglicht eine Optimierung der mechanischen und thermischen Eigenschaften.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Boden des Graphittiegels und dem Ofenbett eine thermische Isoliermaterialschicht vorgesehen und es ist eine auch die thermische Isoliermatieralschicht durchsetzende Durchgangsöff- so nung zur Ableitung ausgetretenen flüssigen Metalles vorgesehen. Auch in diese Öffnung können ein Sensor und/oder eine Verschlußplatte eingesetzt sein.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt in schematisierter Darstellung

F i g. 1 einen Schnitt durch einen bekannten Tiegel-Induktionsschmelzofen,

Fig.2 einen Schnitt durch eine andere Bauart eines bekannten Tiegel-Induktionsschmelzofens,

Fi g. 3 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Tiegel-Induktionsschmelzofen, und

F i g. 4 einen Teilschnitt durch die thermisch isolierenden Schichten des Ofens nach F i g. 3 in vergrößerter Darstellung.

Bei den bekannten Tiegelschmelzöfcn ist ein Graphittiegel CC entweder von einer Hinterfütterung BL aus feuerfestem Material umgeben, auf die eine Wicklung C aufgebracht ist, oder es ist der Graphittiegel GC von einer Luftschicht umgeben, die ihrerseits begrenzt ist von einem (ebenfalls aus Isoliermaterial bestehenden) Wicklungsträger oder Spulenträger CC, um den die Wicklung Cherumgeführt ist.

Gemäß der Darstellung nach Fig.3 ist ein Graphittiegel 10 im Abstand von einer thermisch isolierenden Materialschicht 14 umgeben, wobei ein Zwischenraum eine isolierende Luftschicht 12 bildet. Die isolierenden Schichten, wie sie in F i g. 4 dargestellt sind, umfassen eine vielschichtige Struktur aus einer ersten thermisch isolierenden Materialschicht 16, das die Luftschicht 12 nach außen hin begrenzt. Eine zweite thermisch isolierende Schicht 18 schließt nach außen hin an die Materialschicht 16 an und ist ihrerseits umgeben von einer Isoliermaterialschicht 20, um die herum eine Wicklung 22 aufgebracht ist. Der Boden des Graphittiegels 10 ist mit einer thermischen Isoliermaterialschicht 24 versehen und ruht auf einem Tiegelbett 26. Dadurch ist die den Tiegel umgebende Luftschicht 12 nach unten abgeschlossen. Der in dieser Weise aufgebaute Tiegel-Induktionsschmelzofen ist von einem Ofenmantel 28 umgeben, der ein Kippen des Ofens ermöglicht.

Das obere Ende der Luftschicht 12 ist dadurch nach außen abgeschlossen, daß hier ein abnehmbarer Ring 30 aufgelegt ist, der aus einem thermisch isolierenden Material besteht und einen keil- oder trapezförmigen Querschnitt aufweist.

Die Luftschicht 12 gestattet ein bequemes Entnehmen oder Auswechseln des Graphittiegels 10 und vermindert die Wärmeverlu?te; sie ermöglicht eine Verbesserung der elektrischer Kennwerte bzw. des Leistungsfaktors und Wirkungsgrades bei einem Minimum an Leistungsverbrauch; schließlich kann dann, wenn der Granhittiegel 10 zufällig oder unfallshalber bricht, das ausfließende Metall nicht bis an die Wicklung 22 gelangen. Das Metall kann abfließen.

Das Tiegelbett 26, auf dem der Graphittiegel 10 steht, ist hierzu mit einer oder mehreren Durchgangsöffnungen 32 versehen, die mit dem Raum für die Luftschicht 12 in Verbindung stehen und durch die hindurch das geschmolzene Metall abfließen kann. In der Durchgangsöffnung 32 ist ein Sensor 34 angeordnet zum Erfassen jedes Leckausflusses geschmolzenen Metalles. Außerdem ist die Durchgangsöffnung 32 mit einer Platte 36 (Verschlußglied) aus einem Material abgeschlossen, das bei Kontakt mit dem flüssigen Metall verbrennt oder schmilzt. Eine Durchgangsöffnung 32 ist vorzugsweise in der Mitte des Tiegelbettes 26 angeordnet und durchdringt auch eine thermische Isoliermaterialschicht 24. Durch den normalerweise vorhandenen Abschluß der Durchgangsöffnung 32 mittels der Platte 36 ist die Luftschicht 12 dicht abgeschlossen, um eine vollständige thermische Isolierung und eine gute Wärmerückhaltur.g zu erzielen. Bei einem Leck strömt flüssiges Metall aus und ein Sensor 34 löst das Ausfließen des geschmolzenen Metalles aus dem Schmelzofen aus, was die Sicherheit des Ofens erhöht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Induktionsschmelzofen mit einem Gehäuse, das einen Ofenraum mit Ofenwänden und einem Ofenbett umgibt, einem in dem Ofenraum auf dem Ofenbett aufrecht stehenden Graphittiegel, einer den Graphittiege! unter Bildung einer ringförmigen unten abgeschlossenen Luftschicht mit Abstand umgebenden, eine geringere Höhe als die Ofenwände aufweisenden thermisch isolierenden Schicht, und mit einer außerhalb der den Graphittiegel umgebenden Schichten angebrachten Induktionswicklung, durch gekennzeichnet, daß ein mit seiner Stirnseite auf der Oberseite der thermisch isolierenden Schicht (14) aufliegender, einen keilförmigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisender Ring (30) abnehmbar vorgesehen ist, der ir den Bereich zwischen Innenoberfläche de^r Ofenwand und den äußeren oberen Rand des Graphittiegels (10) eingesetzt ist, die ringförmige Luftschicht (12) nach oben abdeckt und nach dessen Entfernung der Graphittiegel (10) ohne weitere Maßnahmen aus dem Ofenbett (26) entnehmbar ist, und daß das Ofenbett (26) mit mindestens einer mit der Luftschicht (12) in Verbindung stehenden Durchgangsöffnung (32) zum Ableiten ausgetretenen flüssigen Metalls in Verbindung steht.
2. Induktionsschmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (34) vorgesehen ist, der bei in Folge eines Lecks aus dem Graphittiegel (10) ausfließendem Metall ein Signal abgibt.
3. Induktionsschmelzofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (32) durch einen plattenförmigen Stopfen (36) verschlossen ist, der aus einem unter Einwirkung des geschmolzenen Metalles verbrennenden oder schmelzenden Material besteht.
4. Induktionsschmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Isolierung (14) mehrschichtig (16,18, 20) aufgebaut ist und die Induktionswicklung (22) in die äußere Schicht eingebettet ist.
5. Induktionsschmelzofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Boden des Graphittiegels (10) und dem Ofenbett (26) eine thermische Isoliermaterialschicht (24) vorgesehen ist, und daß eine auch die thermische Isoliermaterialschicht (24) durchsetzende Durchgangsöffnung (32) zur Ableitung ausgetretenen flüssigen Metalls vorgesehen ist.