DE4042469C2 - Vorrichtung zum Erhitzen von geschmolzenem Metall in einer Gießpfanne - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrich­ tung zum Erhitzen von geschmolzenem Metall in einer Gieß­ pfanne, das in eine Gußform gefüllt werden soll, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Wenn die Temperatur von geschmolzenem Metall in einer Gießpfanne, welches in eine Gußform gefüllt werden soll, soweit abfällt, daß die Fluidität des geschmolzenen Me­ talls unter der Grenze liegt, ab welcher korrektes Gießen möglich ist, kann das geschmolzenen Metall in der Gieß­ pfanne zu einem Schmelzofen zurückgebracht werden, um wieder geschmolzen zu werden. Das erneute Schmelzen von abgekühltem oder in den festen Zustand übergegangenem Me­ tall ist jedoch wegen der beträchtlichen Energieverluste unerwünscht.

Deshalb wurde eine Vorrichtung zur Wirbelstromerwärmung für Gießpfannen entwickelt, deren erste Spulenkerne an einer Gießpfanne angebracht sind, welche dazu geeignet ist, auf einem Tragetisch befestigt zu werden, an dem zweite Spulenkerne und eine Spule befestigt sind, um das geschmolzene Metall in der Gießpfanne zu jeder Zeit genü­ gend flüssig zu halten. Eine derartige Vorrichtung ist im Stand der Technik aus JP 63-137521-A bekannt.

In Fig. 9 ist ein Schnitt der Vorrichtung nach dem Stand der Technik gezeigt. Eine Gießpfanne 1 umfaßt einen Me­ tall-Schalenrumpf 2, der aus nichtmagnetischem Material wie z. B. rostfreiem Stahl hergestellt ist, und ein feuer­ festes, wärmeisolierendes Material 3, das auf der Innen­ seite des Metallrumpfes 2 aufgetragen ist. Hängestangen 5 sind mit Drehzapfen 4 verbunden, welche auf gegenüberlie­ genden Seiten des Metallrumpfes 2 hervorstehen. Ein ange­ triebenes Rad 6 zum Schrägstellen der Gießpfanne ist an einem Drehzapfen 4 angebracht. Erste Spulenkerne 8a und 8b sind paarweise in Abständen von festgelegter Länge an dem äußeren Umfang 3a und dem äußeren Bodenbereich 3b des feuerfesten wärmeisolierenden Materials 3 angebracht. Zweite Spulenkerne 11 sind in Anzahl und gegenseitigem Abstand den ersten Spulenkernen 8a und 8b entsprechend auf einem auf einem Boden 9 fest angebrachten Tisch 10 befestigt, so daß die Gießpfanne 1 von oben her ange­ bracht werden kann. Ein Tragelement 12, das in den Boden­ bereich der Gießpfanne 1 eingreift, und ein Anschlag 13 zur radialen Positionierung der Gießpfanne 1 sind im Tisch 10 eingebaut, so daß die ersten Spulenkerne 8a und 8b paarweise den Polschuhen 11a und 11b, welche auf den gegenüberliegenden Seiten der zweiten Spulenkerne 11 vor­ gesehen sind, gegenüberstehen, wenn die Gießpfanne 1 auf den Tisch 10 gesetzt wird. Zudem ist um die zweiten Spu­ lenkerne 11 eine Spule 14 gewickelt.

Wenn die Spule 14 mit Leistung versorgt wird, werden die zweiten Spulenkerne 11 angeregt, wodurch die ersten Spu­ lenkerne 8a und 8b ein magnetisches Wechselfeld 16 im ge­ schmolzenen Metall 15 in der Gießpfanne 1 erzeugen. Durch diese Wirbelstromerwärmung des geschmolzenen Metalls 15 bleibt dieses in einem für den Guß erwünschten flüssigen Zustand.

In der oben beschriebenen herkömmlichen Vorrichtung sind die zweiten Spulenkerne 11 und die Spule 14, die die Heizleistung umsetzen, zusammen mit Stromkabeln und (nicht gezeigten) Kühlwasserleitungen auf der Seite des Tisches 10 befestigt. Dementsprechend hat die herkömmli­ che Vorrichtung den Vorteil, daß die Anordnung dieser auf dem Tisch befindlichen Elemente vereinfacht ist und die Gießpfanne 1, die das geschmolzene Metall 15 enthält, frei an Hängestangen 5 bewegt oder mit den Drehzapfen 4 geneigt werden kann.

Die L-förmige Ausführung der zweiten Spulenkerne 11 er­ schwert die Herstellung der zweiten Spulenkerne 11. Wenn die Höhe des Polschuhes 11b jedes zweiten Spulenkernes 11 und die Höhe des Anschlages 13 nicht genau eingestellt werden können, kann der Polschuh 11b mit einem ersten Spulenkern 8b im Bodenbereich 3b der Gießpfanne 1 zusam­ menstoßen, was zum Bruch führen kann, oder es kann der Spalt zwischen dem Polschuh 11b und dem ersten Spulenkern 8b zu groß werden. Im letzten Fall wird der magnetische Widerstand und der Energieverlust erhöht sowie das Umfeld der Gießpfanne ungewöhnlich aufgeheizt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Erhitzen von geschmolzenem Metall in einer Gießpfanne zu schaffen, bei der die Positionierung der Polschuhe an den Enden der ent­ sprechenden Spulenkerne so genau ist, daß eine effektive Wirbelstromerwärmung des Gießpfanneninhalts gewährleistet und ein Arbeiten unter Vakuum ermöglicht ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung ei­ ner Vorrichtung, deren Spulenkerne so ausgeführt sind, daß sie kostengünstig hergestellt werden können.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der gat­ tungsgemäßen Art erfindungsgemäß gelöst durch die Merk­ male im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Neben- und Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugt er Aus­ führungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläu­ tert; es zeigen

Fig. 1 eine Schnittzeichnung eines Teils einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2(a), (b) axiale Schnittzeichnungen, welche die Stellung der Gießpfanne und der zweiten Spulenkerne aus Fig. 1 zueinander dar­ stellen;

Fig. 2(c), (d) radiale Schnittzeichnungen, welche die Stellung der Gießpfanne und der zweiten Spulenkerne aus Fig. 1 zueinander dar­ stellen;

Fig. 3 einen perspektivischen Teilschnitt einer weiteren Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten ersten Spulenkernes;

Fig. 4 Teilschnittzeichnungen unterschiedlicher Arten der Polschuh/Spulenkern-Anordnun­ gen, die in der in Fig. 1 gezeigten Aus­ führungsform verwendet werden können;

Fig. 5 eine ähnliche Schnittzeichnung einer wei­ teren Polschuh/Spulenkern-Anordnung;

Fig. 6 eine Schnittzeichnung einer Ausführungs­ form eines Vakuumbehälters für die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 7 eine Schnittzeichnung einer weiteren Aus­ führungsform eines Vakuumbehälters für die erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 8 eine Schnittzeichnung einer weiteren Aus­ führungsform eines Vakuumbehälters für die erfindungsgemäße Vorrichtung; und

Fig. 9 eine Schnittzeichnung einer herkömmlichen Vorrichtung.

Soweit möglich werden in der nun folgenden Beschreibung in den Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder ähnliche Bauteile zu bezeichnen.

In Fig. 1 besteht die Gießpfanne 1 aus dem Metallrumpf 2 und einem feuerfesten, wärmeisolierenden Material 3. Das feuerfeste, wärmeisolierende Material 3 besitzt einen Bo­ denbereich 3b und einen Zylinderbereich 3a. Die Gieß­ pfanne 1 wird über Hängestangen und diese stützende Dreh­ zapfen in der Weise bewegt und geneigt, wie oben mit Be­ zug auf Fig. 17 beschrieben wurde. Die jeweiligen Pole 8a und 8x eines jeden Paares der ersten an der Gießpfanne 1 befestigten Spulenkerne sind so angeordnet, daß sie im Zylinderbereich 3a in radialer Richtung einander gegen­ überliegen. Ein zweiter Spulenkern 11y mit magnetischen Polen 11a und 11x, die entsprechend in radialer Richtung gegenüber den Polen 8a und 8x angeordnet sind, hat im we­ sentlichen die Gestalt eines verlängerten C. Der zweite Spulenkern 11y ist mit einer Heizspule 14 versehen und auf einem (nicht gezeigten) Tisch befestigt. Die Drehzap­ fen, die Hängestangen und der (nicht gezeigte) Tisch sind wie bei der herkömmlichen Vorrichtung angeordnet.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau sind die Pole 8a und 8x eines jeden Paares der ersten Spulenkerne im Zylinderbe­ reich 3a der Gießpfanne 1 befestigt. Dementsprechend ste­ hen die Pole 8a und 8x eines jeden Paares der ersten Spu­ lenkerne den zweiten Spulenkernen 11y in radialer Rich­ tung, durch einen Spalt getrennt, gegenüber. Wenn nun die Gießpfanne 1 gesenkt wird, um auf dem Tisch aufzusetzen, stellen diese Pole für die relative Positionierung in vertikaler oder axialer Richtung kein Hindernis dar. Da­ durch wird sowohl das Zusammenstoßen der magnetischen Pole 11a und 11x als auch eine übermäßige Vergrößerung des Spaltes verhindert. Aufgrund der Gestalt der zweiten Spulenkerne 11y, die der eines verlängerten C ähnelt, springen die Polschuhe 11a und 11x auf gegenüberliegenden Seiten in radialer Richtung leicht vor. Das heißt, daß die Form des zweiten Spulenkerns dahingehend vereinfacht ist, daß die eine aufwendige Herstellung erfordernde L-Form der herkömmlichen Bauart vermieden wird. Der Me­ tallrumpf 2 kann mit mehreren isolierenden Platten umman­ telt werden, um dadurch ein Aufheizen durch einen umlau­ fenden Strom zu vermeiden.

Die ersten Spulenkerne können paarweise vertikal angeord­ net werden, wobei dann die Spule um die Gießpfanne gewun­ den wird. Alternativ dazu können die ersten Spulenkerne paarweise im Kreis angeordnet werden, wobei dann die Spule um die zweiten Spulenkerne gewickelt wird.

Die relative Stellung der ersten zu den zweiten Spulen­ kernen in der Vorrichtung der Fig. 1 ist in den Fig. 2(a) bis 2(d) gezeigt. In Fig. 2(a) sind die ersten Spulen­ kerne 8a und 8x bezüglich des zweiten Spulenkernes 11y nach unten versetzt. In Fig. 2(b) sind die ersten Spulen­ kerne 8a und 8x bezüglich des zweiten Spulenkernes 11y nach oben versetzt. Folglich fließt ein Teil des magneti­ schen Flusses in die Bereiche des Metallrumpfes 2, die mit dem Zeichen X markiert sind und überhitzt diese. In Fig. 2(c) sind die ersten Spulenkerne um den Winkel R ge­ genüber den zweiten Spulenkernen 11y versetzt, so daß das gleiche Phänomen in den Bereichen, die mit dem Zeichen X versehen sind, in radialer Richtung auftritt. In Fig. 2(d) sind die ersten Spulenkerne 8a und 8x um den Winkel δ gegenüber den zweiten Spulenkernen 11y versetzt, so daß sich der magnetische Widerstand auf der Seite des größe­ ren Spaltes vergrößert. Dies hat die Überhitzung der Seite mit dem größeren Spalt zur Folge, da sich der Me­ tallrumpf 2 aufgrund des Leckstromes erhitzt. Die andere Seite kann dagegen durch das rein mechanische Aufeinan­ dertreffen beschädigt werden. Um die gerade beschriebenen Nachteile zu vermeiden, werden im folgenden einige Aus­ führungsformen der Erfindung erläutert.

In Fig. 3 ist der erste Spulenkern 8a im Metallrumpf 2 der Gießpfanne 1 in axialer und tangentialer Richtung größer als die Polschuhe 11a, die sich den ersten Spulen­ kernen 8a gegenüber befinden. Wenn sie sich genau gegen­ über befinden, wird eine Streuung des magnetischen Flus­ ses in den Metallrumpf 2 verringert und damit eine Über­ hitzung des Metallrumpfes vermieden. Dieselbe Auswirkung kann sogar dann erreicht werden, wenn die relativen Stel­ lungen der Pole zueinander im wesentlichen nicht ausge­ richtet sind. Vorzugsweise nimmt das Verhältnis von A zu a und das Verhältnis von B zu b einen Wert zwischen unge­ fähr 1,3 und ungefähr 2,0 an. Die Größe des unteren er­ sten Spulenkernes 8x kann in gleicher Weise wie oben festgelegt werden.

In Fig. 4 sind zwei unterschiedliche Formen von Pol­ schuh/Spulenkern-Anordnungen dargestellt. Wenn der Spalt zwischen dem Magnetpol 62a und dem ersten Spulenkern 63a kreisbogenförmig gestaltet ist, wobei der Mittelpunkt auf der Achse der Gießpfanne liegt, ergeben sich im Vergleich zu derjenigen Ausführungsform, in der sich der Spalt zwi­ schen dem Polschuh 11a und dem ersten Spulenkern 8a in tangentialer Richtung ergibt, die folgenden Vorteile: Der Abstand zwischen der Spule 14 und dem Metallrumpf 2 kann verringert werden, so daß der Wirkungsgrad der Wirbel­ stromheizung verbessert wird; daraus ergibt sich nicht nur eine kompaktere Bauweise der Vorrichtung, sondern es werden auch Beschädigungen, die durch eine Drehbewegung hervorgerufen würden, verhindert.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Polschuh/Spulenkern-An­ ordnung von Fig. 4. In Fig. 5 hat der Spalt die Form eines angenäherten Kreisbogens mit Stufen. Dadurch kann die Herstellung des Polschuhes 64a und des Spulenkernes 65a vereinfacht werden, wobei die oben beschriebenen Vor­ teile allerdings nur mehr in vermindertem Umfang zum Tra­ gen kommen.

In den Fig. 4 bis 8 sind Ausführungsformen gezeigt, in denen sich die Gießpfanne in einem Vakuumbehälter befin­ det und einer metallurgischen Behandlung wie z. B. einer Vakuum-Entgasungsbehandlung unterzogen wird. In Fig. 4 befindet sich nicht nur die Gießpfanne, sondern auch der zweite Spulenkern 11y mit der Spule 14 in einem Vakuumbe­ hälter 67 mit einem Deckel 66. In Fig. 7 befindet sich der zweite Spulenkern 11y mit der Spule 14 außerhalb des Vakuumbehälters 68 um die Spule 14 in der Luft frei von Glimmentladungen zu halten, welche im Vakuum erzeugt wer­ den. Somit kann eine Hochspannung verwendet werden, ohne daß eine aufwendige elektrische Schaltung nötig wäre.

Der Vakuumbehälter 69 in Fig. 8 ist speziell geformt und dient zugleich als Metallrumpf der Gießpfanne. Abdeckun­ gen 70a und 70x aus nichtmagnetischem Material dienen dazu, die ersten Spulenkerne im Vakuum zu halten. Sie werden durch Schweißen oder eine ähnliche Technik über den aus dem Behälter 69 hervorstehenden ersten Spulenker­ nen 8a und 8x angebracht.

Die vorausgehende Beschreibung bevorzugter Ausführungs­ formen der Erfindung soll die Erfindung durch die genauen Angaben nicht einschränken. Abänderungen und Variationen sind im Sinne der obigen Beschreibung möglich oder können sich durch die praktische Anwendung ergeben. Die Ausfüh­ rungsformen wurden so gewählt und beschrieben, daß die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Durchführung jeden Fachmann in die Lage versetzt, dies auf verschie­ dene Art und Weise zu tun und verschiedene Abänderungen der jeweiligen Anforderung entsprechend auszuführen. Der Rahmen der Erfindung soll durch den Umfang der folgenden Ansprüche festgelegt werden.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Erhitzen von geschmolzenem Metall, mit einer Gießpfanne (1) für die Aufnahme des geschmolzenen Metalls, die mit einem feuerfesten, wärmeisolierenden Material (3) versehen ist;
paarweise angeordneten ersten Spulenkernen (8a, 8x), die an der Außenseite des feuerfesten, wärmeisolierenden Ma­ terials (3) der Gießpfanne (1) befestigt sind;
einem Tisch (10), auf dem die Gießpfanne (1) angebracht werden kann;
zweiten Spulenkernen (11y), die auf diesem Tisch (10) befestigt sind und an ihren beiden jeweils gegenüberlie­ genden Enden Polschuhe (11a, 11x) besitzen, so daß sich diese den ersten Spulenkernen (8a, 8x) gegenüber befin­ den); und
einer Spule (14) zur Erregung der zweiten Spulenkerne (11y);
dadurch gekennzeichnet, daß
die Polschuhe (11a, 11x) und die Paare erster Spulenker­ ne (8a, 8x) derart angeordnet sind, daß sie sich an der äußeren Umfangsfläche der Gießpfanne (1) in radialer Richtung einander gegenüberstehen und
daß ein Vakuumbehälter (67, 68, 69) vorgesehen ist, der eine Abdeckung (66) aufweist, die zur Aufnahme der Gießpfanne (1) geöffnet und anschließend wieder geschlossen werden kann.

2. Vorrichtung zum Erhitzen von geschmolzenem Metall gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Spulenkerne (11y) zusammen mit der Spule (14) in den Vakuumbehälter (67) aufgenommen werden können.

3. Vorrichtung zum Erhitzen von geschmolzenem Metall gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweiten Spulenkerne (11y) zusammen mit der Spule (14) außerhalb des Vakuumbehälters (68) befinden.

4. Vorrichtung zum Erhitzen von geschmolzenem Metall gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumbehälter (69) als Metallrumpf dient, der eine äußeren Block der Gießpfanne (1) bildet.