DE3404548C1 - Schmelzofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schmelzofen mit einem tiegelartigen, schwenkbaren Behälter mit einer oberen Behälteröffnung zur Aufnahme und Entnahme des Schmelzgutes und mit einer Heizung zum Schmelzen des Schmelzgutes.

Es sind Schmelzofen der eingangs erwähnten Art in unterschiedlicher Form bekannt. Dabei steht häufig ein als Behälter dienender Tiegel während des Schmelzvorganges senkrecht innerhalb einer Heizvorrichtung, die induktiv, also auf der Basis von elektrischem Strom, oder auf der Basis eines Brenners am Mantel des Ofens ausgebildet sein kann. Dadurch soll die Wärme möglichst von unten her durch die Tiegelwand gleichmäßig zu dem Schmelzgut gelangen. Dabei ergeben sich hohe örtliche Wärmebelastungen und lange Schmelzzeiten, da sich zwischen der Wärmequelle und dem Schmelzgut ständig ein Hindernis befindet, welches die Wärme zum Teil abstrahlt und ableitet.

Es sind auch schon schräg angeordnete drehbare Schmelzöfen mit induktiver Heizung bekannt, die einen hohen Energiebedarf erfordern. Darüber hinaus ist die in den Behälter integrierte elektrische Heizung aufwendig.

Es sind auch Drehtrommelöfen als Schmelzofen bekannt, bei denen die Flamme eines Brenners an einem Ende in das Ofeninnere gerichtet ist. Dadurch wird unter anderem auch die Ofenwand erhitzt, die sich unter dem Schmelzgut hindurchdreht. An der gegenüberliegenden Auslaßöffnung werden die Rauchgase und damit unerwünscht viel Wärme ungenützt abgelassen.

Darüber hinaus muß eine sehr große Oberfläche erhitzt werden, was wiederum einen erhöhten Energieverbrauch mit sich bringt. Auch eignet sich ein solcher Drehtrommelofen nicht dazu, unmittelbar als Gießgefäß verwendet zu werden, wie es die eingangs beschriebenen Schmelzofen mit einem senkrecht stehenden Tiegel ermöglichen.

Es besteht deshalb die Aufgabe, einen Schmelzofen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welchem das Schmelzgut schnell und energiesparend erhitzt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht im wesentlichen darin, daß der Behälter mit seiner Mittelachse schräg angeordnet und um diese schräge Achse drehbar ist und als Heizung ein Brenner in die Behälteröffnung gerichtet ist und die Rauchgasabführung zumindest über den oberen Randbereich der Behälteröffnung vorgesehen ist.

Eine solche Anordnung erlaubt die unmittelbare Beaufschlagung des Schmelzgutes mit der größten Hitze.

Die Rauchgase gehen nicht wieder aus dem Ofen heraus, bevor das Schmelzgut bzw. die Ofenwände nicht damit beaufschlagt sind! Somit lassen sich die Vorteile eines Tiegelofens mit denen eines Drehtrommelofens

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insoweit kombinieren, als eine günstige Heizungsform und dabei gleichzeitig eine bessere Wärmeausnutzung erzielt werden. Die nach oben abstreichenden Rauchgase sowie die Wärmestrahlung erhitzen dabei sowohl die Schmelze selbst als auch die nach oben gegenüberliegenden Wandungsteile des Ofens, so daß durch die Drehung diese erhitzten Ofenwände wiederum in den Bereich der Schmelze gelangen, deren Wärme von dieser aufgenommen wird. Da ein kleinerer Ofenraum möglich ist als bei einem Drehtrommelofen, ergibt sich auch eine kleinere Futteroberfläche, eine bessere Wärmeübertragung und eine kürzere Entfernung zur Ofenwand. Dies trägt zu einer Verkürzung der Schmelzzeit bei und verringert evtl. Abbrände des Schmelzgutes.

Eine weitere Verkürzung der Schmelzzeit kann dadurch erzielt werden, daß als Brenner ein Öl- und/oder Gasbrenner vorgesehen ist, der mit mit Sauerstoff angereicherter Luft oder mit reinem Sauerstoff betreibbar ist. Ein solcher Brenner erlaubt höhere Flammentemperaturen und somit während des Schmelzens eine größere Temperaturdifferenz. Gleichzeitig kann ein solcher Brenner in seinen Außenabmessungen geringer gehalten werden. Darüber hinaus wird vermieden, daß unnötige Gasmengen, nämlich der nicht an der Verbrennung beteiligte Stickstoff, durch den Ofen geführt werden und unnötig Wärme abführen.

Um ein Ansaugen kühler Umgebungsluft in das Behälterinnere durch den Zug der Brennerflamme zu vermeiden ist es zweckmäßig, wenn der Brenner und die von ihm erzeugten Flamm- und Rauchgase so ausgelegt und angeordnet sind, daß bei Betrieb in dem Behälter ein Überdruck ist. Dadurch wird der Zutritt von Sekundär-Luft vermieden.

Vor der öffnung des Behälters kann ein Deckel oder eine Platte vorgesehen sein, die zwischen sich und der Behälteröffnung einen umlaufenden Kanal zum Auffangen und Ableiten der Rauchgase hat.

In vorteilhafter Weise kann der Behälter als Gießgefäß ausgebildet und aus seiner Lagerung aushängbar lung und koaxial dazu sein Drehantrieb angeordnet sein. Dabei kann der schrägstehende Behälter mit seinem Antrieb in einem schwenkbaren Gestell gelagert und mit diesem um eine horizontale Achse schwenkbar, insbesondere auf- und abschwenkbar sein. Vor allem die letztere Maßnahme erlaubt eine Anpassung der Schräge des Behälters an unterschiedliche Füllgutmengen. Ist relativ wenig Füllgut im Behälter, wird er eine große Schrägstellung gegenüber einer vertikalen Linie einnehmen, damit das Schmelzgut dennoch während der Drehung des Behälters bis nahe zu dem Rand und dem Brenner reicht. Bei einer größeren Füllmenge wird der Behälter entsprechend steiler'eingestellt. Die horizontale Schwenkachse kann dabei außerhalb und unterhalb des Behälters etwa im Bereich unterhalb des Drehantriebes angeordnet sein. Somit ist der Öffnungsbereich des Behälters gut zugänglich, so daß auch das Entschlacken bei entsprechend schrägstehendem Behälter einfach bewerkstelligt werden kann.

Es sei noch erwähnt, daß der Brenner mittels eines Kugelgelenkes im Deckel gelagert sein kann, so daß seine Einstellbarkeit auf einfache Weise möglich ist. Ferner kann der Behälter einen mehreckigen, z. B. achteckigen Querschnitt zur Verbesserung der Durchmischung der Schmelze bei der Drehung des Behälters haben. Dies ist vor allem dann zweckmäßig und vorteilhaft, wenn in dem Behälter Legierungen hergestellt werden sollen.
Vor allem bei Kombination einzelner oder mehrerer der vorbeschriebenen Merkmale und Maßnahmen ergibt sich ein Schmelzofen, dessen Behälter auf einfache Weise als Gießgefäß eingesetzt werden kann, bei dem eine schnelle und intensive Erwärmung mit gutem Wärmeübergang in das Schmelzgut möglich ist, ohne daß eine teure und die Behälterkonstruktion aufwendig machende elektrische Heizung benötigt wird. Gleichzeitig läßt sich die von einem Brenner erzeugte Wärme gut ausnutzen, da sie den Behälter erst verlassen kann, wenn sie die Schmelze und die Behälterwände beaufschlagt

sein und ein Gehänge mit Getriebe für den Angriff eines 40 hat. Die Drehung des Behälters bewirkt dabei gleichzei-Kranes und eine Kippbewegung aufweisen. Die Erfin- tig eine Verbesserung der Homogenität des Schmelzgudung erlaubt also die Verknüpfung der Vorteile der schon bekannten Tiegelöfen, bei denen aber eine elektrische oder eine Heizung von außen erfolgen muß, mit den Vorzügen einer unmittelbaren Beheizung des 45 Schmelzgutes und der Innenseiten der Ofenwände mittels eines Brenners.

Der vor der Behälteröffnung angeordnete Deckel kann von der Öffnung insbesondere mittels eines Arbeitszylinders abhebbar und abschwenkbar oder seitlich verschiebbar sein. Dadurch wird der Zutritt zu dem Behälter des Schmelzofens erleichtert, was sowohl beim Füllen als auch beim Entnehmen des Schmelzgutes oder des gesamten Behälters zum Vergießen des Schmelzgutes vorteilhaft ist. .

Der Brenner kann gegenüber der öffnung des schrägen Behälters exzentrisch insbesondere näher zu dem tieferliegenden Behälter randangeordnet sein. Er läßt sich somit vor allem in den Bereich des Schmelzgutes richten, während die von ihm ausgehenden Heißgase im Inneren des schrägen Behälters von selbst auch in den oberen Bereich aufsteigen. Dabei kann der Brenner in seiner Winkelstellung relativ zu der Öffnung des Behälters und/oder in seinem Abstand verstellbar, insbesondere verschwenkbar aufgehängt sein. Dadurch läßt sich der Brenner an unterschiedliche Füllmengen oder Füllgüter im Inneren des Behälters einfach anpassen.

Im Bodenbereich des Behälters können eine Kupp-

tes.

Die Abgase können auf einfache Weise aufgefangen und durch Wärmetauscher geleitet werden, um ihre Restwärme auszunutzen.

Nachstehend ist die Erfindung mit ihren ihr als wesentlich zugehörenden Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schmelzofens mit Drehantrieb und schwenkbarem Lagerungsgestell,

Fig.2 in schematisierter Darstellung einen Längsschnitt durch einen Behälter des Schmelzofens mit Dekkel und Brenner sowie

F i g. 3 wiederum in schematisierter Darstellung eine abgewandelte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schmelzofens mit abgewandeltem Drehantrieb seines Behälters.

Ein im ganzen mit 1 bezeichneter Schmelzofen hat einen tiegelartigen schwenkbaren Behälter 2 mit einer oberen Behälteröffnung 3 zur Aufnahme und Entnahme des Schmelzgutes 4. Ferner ist eine noch zu beschreibende Heizung zum Schmelzen des Schmelzgutes vorgesehen. .

Man erkennt in den Figuren deutlich, daß der Behäl* ter 2 mit seiner Mittelachse schräg angeordnet ist. Er ist um diese schräge Achse mit Hilfe eines Motors 5 (F i g. 1) oder einer an seiner Außenseite angreifenden

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Antriebsrolle 6 (F i g. 3) drehangetrieben. Als Heizung dient ein Brenner 7, der in die Behälteröffnung 3 gerichtet ist, so daß die Rauchgase zumindest im oberen Randbereich 8 der Behälteröffnung 3 entweichen können. Als Brenner 7 ist dabei zweckmäßigerweise ein öl- und/ oder Gasbrenner vorgesehen, der mit mit Sauerstoff angereicherter Luft oder mit reinem Sauerstoff betrieben ist. Somit ergibt sich eine bessere Verbrennung und Wärmeausnutzung, ohne daß unnötiger Stickstoff aufgeheizt und im Rauchgas mit einer entsprechenden Wärmemenge wieder abgeführt wird.

Vor der öffnung 3 des Behälters 2 erkennt man in den F i g. 1 und 2 einen Deckel 9, der mit etwas Abstand zu der Behälteröffnung 3 angeordnet ist und zwischen sich und der Behälteröffnung 3 einen umlaufenden Kanal 10 zum Auffangen und Ableiten der Rauchgase hat oder bildet. Dieser umlaufende Kanal 10 geht gem. F i g. 1 in eine Rohrleitung 11 über, mit der die Rauchgase zu einem Wärmetauscher und/oder einem Staubabscheider geführt werden können.

In F i g. 1 erkennt man, daß der Behälter 2 gleichzeitig als Gießgefäß ausgebildet ist und aus seiner Lagerung aushängbar ist. Er hat dabei ein Gehänge 12 mit Getriebe 13 für den Angriff eines Kranes und zur Durchführung einer Kippbewegung, wenn er an dem Kran hängt. Man erkennt das große Handrad 14, mit dem der Behälter 2 beim Hängen an einem Kran zum Gießen gekippt oder geschwenkt werden kann.

Der vor der Behälteröffnung 3 angeordnete Deckel 9 kann von der öffnung 3 insbesondere mittels eines Arbeitszylinders 15 hydraulisch oder pneumatisch abhebbar und abschwenkbar sein. Dadurch entsteht genügend Platz, um den Behälter 2 beschicken oder entleeren oder insgesamt entnehmen zu können. Man erkennt die Führungsstange 16, auf der der Deckel 9 mit einer Halterung 17 mit Hilfe des Arbeitszylinders 15 verschoben werden kann. Um diese Führungsstange oder -achse 16 läßt sich in verschobener Position dann der Deckel auch verschwenken.

Vor allem in F i g. 2 ist dargestellt, daß der Brenner 7 gegenüber der öffnung 3 des schrägen Behälters 2 exzentrisch näher zu dem tieferliegenden Behälterrand angeordnet ist. Es ergibt sich so die gestrichelt angedeutete unmittelbare Beaufschlagung des Schmelzgutes 4 mit der Brennerflamme, was zu einer kurzen Schmelzzeit führt. Die von der Oberfläche des Schmelzgutes 4 aufsteigenden Rauchgase sowie die davon ausgehende Wärmestrahlung erhitzt gleichzeitig den oberhalb der Schmelze 4 befindlichen Bereich der Behälterwände, die durch die Drehung des Behälters immer wieder in den Bereich der Schmelze gelangen. Die Kombination eines schräg stehenden drehbaren Behälters mit der speziellen Anordnung des Brenners, der keine unnötigen Gase wie Stickstoff mit sich führt, ergibt insgesamt eine sehr wirtschaftliche und schnelle Arbeitsweise beim Schmelzen mit dem erfindungsgemäßen Schmelzofen 1.

Dabei kann der Brenner 7 in seiner Winkelstellung relativ zu der öffnung 3 des Behälters 2 und ggf. auch in seinem Abstand dazu verstellbar, insbesondere verschwenkbar aufgehängt sein. Zum Beispiel kann der Brenner 7 mittels eines Kugelgelenkes im Deckel 9 gelagert sein. Dadurch ist eine Anpassung an unterschiedliches Schmelzgut und unterschiedliche Mengen von Schmelzgut 4 im Inneren des Behälters 2 sowie auch unterschiedliche Schrägstellungen des Behälters 2 möglieh. Der schräg stehende Behälter 2 kann nämlich mit seinem Antrieb 5 oder 6 in einem schwenkbaren Gestell 18 mit diesem zusammen um eine horizontale Achse 19 verschwenkt werden. Dabei ist ein Auf- oder Abschwenken mit Hilfe eines Arbeitszylinders 20 möglich. Somit kann die Schrägstellung des Behälters 2 auf einfache Weise je nach Menge des Füllgutes variiert werden. Befindet sich beispielsweise wenig Füllgut 4 in dem Behälter 2, kann er noch flacher eingestellt werden, während bei einer größeren Menge von Schmelzgut eine steilere Anordnung gewählt werden kann. In jedem Falle kann dadurch dafür gesorgt werden, daß die Oberfläche des Schmelzgutes dem unteren Rand des Behälters möglichst nahe kommt, so daß eine große Oberfläche der Hitze des Brenners ausgesetzt ist. Darüber hinaus kann so das Entfernen von Schlacke aus dem Behälter vereinfacht werden.

Die horizontale Schwenkachse 19 befindet sich dabei außerhalb und auch unterhalb des Behälters 2 etwa im Bereich unterhalb des Antriebsmotors 5. Somit wird dieser und seine Anschlußleitungen bei einer Schwenkbewegung relativ wenig bewegt. Darüber hinaus läßt sich so eine gute Anpassung der Schwenkbewegung an die Rauchgasableitung 11 durchführen. Es sind jedoch auch andere Anordnungen der Schwenkachse 19 möglich.

In F i g. 1 ist dabei vorgesehen, daß im Bodenbereich des Behälters 2 eine Kupplung 21 und koaxial dazu der Drehantriebsmotor 5 angeordnet sind. In F i g. 3 ist eine Anordnung vorgesehen, bei der der Behälter 2 mit seinem Bodenbereich auf einem Axiallager 22 ruht, während seine Drehbewegung durch eine angetriebene Rolle 6 an seinem Umfang erzeugt wird. Die Ausführungsform nach F i g. 1 sieht ebenfalls eine UmfangsroUe 23 in diesem Falle aber nur als Abstützung vor.

Es sei noch erwähnt, daß für eine Verbesserung der Durchmischung der Schmelze 4 und somit wiederum eine Beschleunigung des Schmelzvorganges der Behälter 2 einen mehreckigen, z. B. achteckigen Querschnitt mindestens in seinem Innenraum haben kann. Die so gebildeten Innenecken fördern die Durchmischung der Schmelze bei der während des Schmelzvorganges vorgesehenen Drehung.

Insgesamt ergibt sich eine kompakte Konstruktion eines Schmelzofens, der auch für kleinere Mengen von Schmelzgut wirtschaftlich eingesetzt werden kann und eine hohe Wärmeausnutzung bei gleichzeitig kurzer Schmelzzeit erlaubt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

33 04 548 Patentansprüche:

1. Schmelzofen mit einem tiegelartigen, schwenkbaren Behälter mit einer oberen Behälteröffnung zur Aufnahme und Entnahme des Schmelzgutes und mit einer Heizung zum Schmelzen des Schmelzgutes, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) mit seiner Mittelachse schräg angeordnet und um diese schräge Achse drehbar ist, daß als Heizung ein Brenner (7) in die Behälteröffnung (3) gerichtet ist und die Rauchgasabführung zumindest über dem oberen Randbereich (8) der Behälteröffnung (3) vorgesehen ist.

2. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Brenner (7) ein öl- und/oder Gasbrenner vorgesehen ist, der mit mit Sauerstoff angereicherter Luft oder mit reinem Sauerstoff betreibbar ist.

3. Schmelzofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (7) und die von ihm erzeugten Flamm- und Rauchgase so ausgelegt und angeordnet sind, daß bei Betrieb in dem Behälter (2) ein Überdruck erzeugbar ist.

4. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der öffnung (3) des Behälters (2) ein Deckel (9) oder eine Platte vorgesehen ist, die zwischen sich und der Behälteröffnung (3) einen umlaufenden Kanal (10) zum Auffangen und Ableiten der Rauchgase hat.

5. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) als Gießgefäß ausgebildet und aus seiner Lagerung aushängbar ist und ein Gehänge (12) mit Getriebe (13) für den Angriff eines Kranes und eine Kippbewegung aufweist.

6. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Behälteröffnung (3) angeordnete Deckel (9) von der öffnung insbesondere mittels eines Arbeitszylinders (15) abhebbar und abschwenkbar oder seitlich verschiebbar ist.

7. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (7) gegenüber der Öffnung (3) des schrägen Behälters (2) exzentrisch, insbesondere näher zu dem tieferliegenden Behälterrand angeordnet ist.

8. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (7) in seiner Winkelstellung relativ zu der Öffnung (3) des Behälters (2) und/oder in seinem Abstand verstellbar, insbesondere verschwenkbar aufgehängt ist.

9. Schmelzofen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bodenbereich des Behälters eine Kupplung und koaxial dazu sein Drehantrieb angeordnet sind.

10. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der schrägstehende Behälter (2) mit seinem Antrieb (5, 6) in einem schwenkbaren Gestell gelagert und mit diesem um eine horizontale Achse schwenkbar, insbesondere auf- und abschwenkbar ist.

11. Schmelzofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Schwenkachse (19) außerhalb und unterhalb des Behälters (2) etwa im Bereich unterhalb des Drehantriebes (5) angeordnet ist.

12. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (7) mittels eines Kugelgelenkes im Deckel (9) gelagert ist.

13. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter einen mehreckigen, bevorzugt achteckigen Querschnitt hat.

14. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (9) einen Halter (17) aufweist, der auf einer Führungsstange (16) verschiebbar und drehbar gelagert ist.