DE2922422C2 - Induktions-Tiegelofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Induktionstiegelofen zum Warmhalten oder Überhitzen von Metallschmelzen mit einer den Tiegel an dessen unterem Ende umschließenden, axial kurzbemessenen, wassergekühlten Induktionsspule, die an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist.

Zum Warmhalten und Überhitzen flüssiger Metalle werden in Gießereien überwiegend Induktionsrinnenofen eingesetzt. Diese müssen jedoch immer mit Schmelze gefüllt sein. Das bedeutet, daß auch an Wochenenden und in Betriebspausen die Warmhalteenergie verbraucht wird. so

Tiegelöfen haben demgegenüber den Vorteil, daß sie vollständig entleert und abgeschaltet werden können. Dadurch werden erhebliche Energiemengen eingespart. Außerdem wird in den Betriebspausen das Tiegelmaterial von der Schmelze nicht beansprucht.

Aus dem DE-GM 74 07 162 ist ein kippbarer Induktions-Tiegelofen für Netzfrequenzbetrieb zum Warmhalten oder Überhitzen von Metallschmelze bekannt, der eine wassergekühlte Induktior.srpule besitzt, die maximal ein Viertel der nutzbaren Schmelzbadhöhe hoch ist. Der von der Induktionsspule nicht bedeckte, ungekühlte obere Längenabschnitt der gestampften, zylindrischen Tiegelwand ist von einer dicken Wärmeisolierung aus Schamott und Feuerleichtsteinen umgeben. Der Tiegel ist durch einen feuerfesten Deckel verschließbar. In der Tiegelseitenwand mündet ein geschlossener Gießkanal, der geradlinig ausgebildet und unter einem bestimmten Winkel gegen den Tiegelboden geneigt ist Eine modernisierte Ausführung eines solchen Induktions-Tiegelofens mit einer offenen Gießschnauze ist in der DE-Zeittchrift »Gießerei« 65 (1978) Nr. 26 auf Seite 754 in BHd 4 dargestellt

Die deutsche Patentanmeldung A 7733 VIII d/21h zeigt einen Induktionstiegelofen, bei dem die Bewegung der Schmelze zum Badspiegel hin abnehmen soll. Dies wird dadurch erreicht, daß der obere Teil des Schmelztiegels eine von der des unteren Tiegelteiles unterschiedlich elektrische Leitfähigkeit aufweist Der Schmelztiegel enthält entlang seiner Höhe zwei Spulen, die bei einer Abkühlung der Schmelze von der Temperatur des überhitzten Magnesiums auf die Gießtemperatur von 720 bis 770⁰C abgeschaltet oder mit geringer Leistung betrieben werden können. Außerdem kann es möglich sein, durch die abgeschalteten Spulen Kühlwasser oder ein anderes Kühlmittel hindurchzuschicken.

Es ist eine allgemein bekannte Erscheinung, daß die Tiegelstampfmasse unter der Einwirkung der heißen Schmelze versintert. Es ist weiterhin bekannt, daß der gesinterte Tiegel beim Abkühlen stark schrumpft. Kühlt sich der Tiegel aufgrund der Ofenkonstruktion nicht überall gleichmäßig schnell ab, so ergeben sich starke Wärmespannungen im Tiegel, die zu seiner Zerstörung führen können.

Solche konstruktionsbedingten Abkühlungsbedingungen finden sich jedoch bei dem oben beschriebenen, bekannten Induktions-Tiegelofen. Im Bereich der wassergekühlten Induktionsspule wird der Tiegel nach dem Ausleeren der Schmelze und dem Abschalten der Wechselstromspeisung sehr schnell abgekühlt; im oberen Bereich, d. h. dort wo die wärmeisolierende Umkleidung sich befindet, kann sich der Tiegel nur langsam abkühlen. Dadurch wird der prinzipielle Vorteil des Induktions-Tiegelofens gegenüber dem Induktionsrinnenofen, nämlich seine völlige Entleerbarkeit und Abschaltbarkeit, wieder teilweise zunichtegemacht. Dies zeigt auch der in der Tafel 2 auf Seite 755 der obengenannten Zeitschrift angegebene Vergleich von Rinnenofen und Kurzspulen-Tiegelofen zum Warmhalten von Gußeisen, wonach die Haltbarkeit der Zustellung beim Rinnenofen bis 2 Jahre, beim bekannten Kurzspulenofen nur 1 Jahr beträgt

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Induktions-Tiegelofen der eingangs genannten Art über die Höhe des Tiegels etwa gleiche thermische Abkühlverhältnisse auch beim völligen Entleeren des Tiegels zu schaffen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Spuleneinsatz vorgesehen ist, der etwa die gesamte Höhe des Tiegels durchgehend überdeckt, daß der Spuleneinsatz aus der an das Wechselstromnetz angeschlossenen, aktiven Spule und einer wassergekühlten Kühlspule besteht, die bis nahe an den oberen Rand des Tiegels reicht.

Zweckmäßig kann es auch sein, am oberen Ende der Kühlspule ein Kühlgefäß anzuordnen, wobei dann das obere Ende des Kühlgefäßes bis nahe an den oberen Rand des Tiegels reicht.

Die Abmessungen von Tiegelinnendurchmesser d, nutzbarer Schmelzbadhöhe L und Höhe der aktiven Spule L\ werden vorteilhafterweise so gewählt, daß das Verhältnis L\ : L = 0,3 bis 0,5 und das Verhältnis L : d = 0,4 bis 0,5 ist.

Damit ergeben sich die Vorteile, daß auch geringe Schmelzmengen im Tiegel warmgehalten werden können, ohne daß der elektrische Wirkungsgrad zu

stark absinkt und daß vor allem über die gesamte Höhe der Tiegelwand gleiche Erwärmungs- und Abkühlungsbedingungen bestehen. Zwar weist der erfindungsgemäße Induktions-Tiegelofen gegenüber dem bekannten einen erhöhten Wärmeverlust und damit einen etwas höheren Stromverbrauch auf. Dieser geringe Nachteil wird jedoch durch die verlängerte Haltbarkeit des Tiegels, die auf die verringerten Wärmespannungen in der Tiegelwand zurückzuführen ist, mehr als ausgeglichen. Der Tiegel des erfindungsgemäßen Ofens hängt sich im oberen Bereich nicht mehr auf und reißt deshalb auch nicht. Zusätzlich wirkt sich die gleichmäßige Wasserkühlung in der aktiven Spule, der Kühlspule und im Kühlgefäß positiv auf die Standzeit des Tiegels aus.

Weiter hat die Erfindung den Vorteil, daß Spulen mit unterschiedlicher elektrischer Leistung installiert werden können und eine Leistungsanpassung bis hin zur Schmelzleistung jederzeit ohne bauliche Änderungen dec Ofens erfolgen kann. Zu diesem Zweck ist der Spuleneinsatz vorzugsweise als Ganzes auswechselbar.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Spannvorrichtung vorgesehen, die den Spuleneinsatz gegen das oben fixierte Kühlgsfäß verspannt. Zu diesem Zweck ist das Kühlgefäß vorzugsweise am Ofengestell verschraubt. Nach Lösen der Verschraubung kann dann der Spuleneinsatz als Ganzes ausgewechselt werden.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Man erkennt einen Induktions-Tiegelofen 1 mit einem zylindrischen Tiegel 2. Der Tiegel 2 ist mit Schmelze 4 gefüllt, wobei der Badspiegel mit Position 5 bezeichnet ist. Der Tiegel 2 steht auf einem feuerfesten Boden 6, üer sich wiederum auf einer metallischen Bodenplatte 7 abstützt, die einen Teil des Ofengestells bildet, welches einen unteren Verstärkungsring 20, senkrechte Streben 8 sowie einen oberen Verstärkungsring 9 umfaßt. Im Bereich der Gießschnauze 3 ist der obere Verstärkungsring 9.1 so geformt, daß sich die Gießschnauze 3 daran abstützen kann.

Der Tiegel 2 ist auf seiner ganzen Höhe von einem Spuleneinsatz umgeben, der aus einer kurzen, wassergekühlten, aktiven Spule 10, einer längeren ebenfalls wassergekühlten, jedoch nicht aktiven Kühlspule 11 sowie gegebenenfalls einem ebenfalls mit einer Wasserkühlung 12 versehenen Kühlgefäß 14 besteht Aktive Spule 10 und Kühlspule 11 sind prinzipiell ähnlich aufgebaut; ein wesentlicher Unterschied besteht darin, daß die Kühlspule 11 nicht an Wechselspannung angeschlossen wird. Falls ein Kühlgefäß 14 vorhanden ist, isi es in regelmäßigen Abständen mit Flanschen 15 verschraubt, die an dem oberen Verstärkungsring 9 befestigt sind. Aktive Spule lOund Kühlspule 11 sind zur Erhöhung der Übersichtlichkeit nur di>rch einige im ίο Querschnitt sichbare Spulenwindungen angedeutet Bei Bedarf können die Spulenwindungen gegenseitig durch Isolierstücke 13 isoliert werden. Magnetjoche 16, die in regelmäßigen Abständen am Umfang der Spulen 10,11 verteilt sind, stellen den magnetischen Rückfluß der in der aktiven Spule erzeugten Kraftlinien sicher.

Am unteren Ende des Spuleneinsatzes sind in regefmäßigen Abständen am Umfang verteilt Spannvorrichtungen angeordnet, die aus einem Hebel 17, einer Gewindespindel 18 sowie einer Druckfeder 19 bestehen. Mit Hilfe dieser Spannvorrichtung werden zur Aufnahme der elektromechanischen Kräfte aktive Spule 10 und Kühlspule 11 gegen das oben verschrauble Kühlgefäß 14, bzw. wenn dieses Kühlgefäß nicht vorhanden ist, gegen einen an seiner Stelle liegenden Betonring gepreßt.

Die Anordnung der Spannvorrichtung unten am Spuleneinsafz hat den Vorteil, daß der ganze Spuleneinsatz nach Lösen der Verschraubung zwischen Kühlgefäß 14 und Flansch 15 bzw. nach Entfernen des Betonringes nach oben herausgezogen werden kann.

In der Zeichnung sind ferner eingetragen die Abmessungen von Tiegelinnendurchmesser d, nutzbarer maximaler Schmelzbadhöhe L und Höhe L\ der aktiven Spule. Eine besonders kleine Spulenhöhe L\ ergibt einerseits einen geringen Abfall des Wirkungsgrades bei nur kleinen Schmelzbadmengen; eine so kleine Spulenhöhe L\ könnte jedoch dazu führen, daß große Schmelzmengen nicht mehr ausreichend erwärmt werden können. Ein Verhältnis LwL = 0,3 bis 0,5 hat to sich als optimal herausgestellt. Gleiche Überlegungen lassen sich für das Verhältnis von Spulenhöhe L\ zu Tiegelinnendurchmesser d anstellen. Hier hat sich ein Verhältnis L\ : d = 0,4 bis 0,5 als optimal herausgestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Induktionstiegelofen zum Warmhalten oder Oberhitzen von Metallschmelzen, mit einer den Tiegel an dessen unteren Ende umschließenden, axial kurz bemessenen, wassergekühlten Induktionsspule, die an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spuleneinsatz vorgesehen ist, der die gesamte Höhe des Tiegels (2) durchgehend überdeckt, und daß dieser Spuleneinsatz aus der an das Wechselstromnetz angeschlossenen, aktiven Spule (10) und einer darüber angeordneten, bis etwa zum oberen Rand des Tiegels (2) reichenden Kühlspule (11) besteht

2. Induktionstiegelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen von Tiegelinnendurchmesser d, nutzbarer Schmelzbadhöhe L und Höhe L\ der aktiven Spule (10) so gewählt sind, daß das Verhältnis U :L = 0,3 bis 0,5 und das Verhältnis L, : c/ = 0,4 bis 0,5 ist

3. Induktionstiegelofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Spuleneinsatzes ein Kühlgefäß (12, 14) angeordnet ist.

4. Induktionstiegelofen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannvorrichtung (17, 18, 19) vorgesehen ist, die den Spuleneinsatz axial verspannt.

5. Induktionstiegelofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgefäß (12, 14) am Ofengestell (9) verschraubt ist.

6. Induktionstiegelofen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spuleneinsatz als Ganzes auswechselbar ist.

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