DE4114683A1 - Induktionsofen fuer schmelz- und giesszwecke mit einem geschlossenen ofenkessel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Induktionsofen für Schmelz- und Gießzwecke mit einem geschlossenen Ofenkessel mit einem Kessel­ unterteil und einem über eine lösbare Verbindung gasdicht aufgesetzten Deckel, sämtlich mit senkrechter Achse, mit einem im Ofenkessel untergebrachten Schmelztiegel mit gleichfalls senkrechter Achse, der von einer Induktionsspule umgeben ist, und mit einem in den Schmelztiegel hineinragenden Steigrohr, über das der Schmelztiegel mittels Gasdruck in eine Gießvor­ richtung entleerbar ist.

Der geschlossene Ofenkessel eignet sich für einen Betrieb des Schmelztiegels unter Vakuum und/oder Schutzgas, wobei das Schutzgas nach Beendigung des Aufschmelzens und einer ent­ sprechenden Behandlung der Schmelze dazu dient, die Schmelze aus dem Ofen hinaus zu drücken.

Während das Entleeren sogenannter offener, an Atmosphäre be­ triebener Induktionsöfen keine nennenswerten Probleme verur­ sacht, weil der Schmelztiegel samt Induktionsspule in einem Ofengestell kippbar gelagert ist, bereitet der Entleerungs­ vorgang bei geschlossenen Induktionsöfen, insbesondere bei Vakuum-Induktionsöfen Schwierigkeiten.

Bekannt sind Vakuum-Induktionsöfen, bei denen ein Schmelztiegel mit einer diesen umgebenden Induktionsspule kippbar in einem stationären Ofenkessel angeordnet ist. Dieser Ofenkessel muß jedoch so groß dimensioniert sein, daß er die Kippbewegung von Tiegel und Induktionsspule ermöglicht. Mit einem entsprechend großen Kesselvolumen steigen jedoch die Evakuierungszeiten und der für die Vakuumpumpen zu treibende Aufwand. Außerdem wird eine aufwendige Koaxialverbindung zwischen der Induktionsspule und einem außerhalb des Ofens stehenden Transformator benötigt. Diese Koaxialverbindung muß die Kippbewegung des Tiegels mit der Induktionsspule trotz hoher Stromstärken zulassen, des­ gleichen die absolut dichte Führung des durch die Induktions­ spule geführten Kühlwassers.

Man hat daher zur Beseitigung dieser Probleme auch bereits Vakuum-Induktionsöfen geschaffen, bei denen der Ofenkessel mit sämtlichen Ein- und Anbauten kippbar ist. Soll hierbei die Schmelze unter Luftabschluß vergossen werden, so macht eine solche Ofenkonstruktion gelenkig angebrachte und hermetisch gekapselte Gießrinnen erforderlich, die entsprechende Temperaturverluste der Schmelze mit sich bringen, so daß nur eine beträchtlich überhitzte Schmelze vergossen werden kann. Dies hat aber wiederum schädliche Einflüsse auf die keramische Auskleidung der Gießrinne.

Das sogenannte Steigrohr, das - für sich genommen - gleich­ falls bekannt ist, hat hier eine erfolgversprechende Abhilfe geschaffen; seine Anbringung am Kesseldeckel bzw. seine Hindurchführung durch den Kesseldeckel haben jedoch sehr weitgehend einen kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Betrieb des Schmelz- und Gießofens verhindert. Bei jedem Nachchargieren des Ofens mußte der Ofenkessel geflutet und der Kesseldeckel um ein beträchtliches Maß nach oben angehoben werden, um das entsprechend lange Steigrohr über die Oberkante des Kesselunterteils ausschwenken zu können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Induktionsofen der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, der einen kontinuierlichen bzw. quasi-kontinuierlichen Betrieb erlaubt und während des Betriebes Messungen, Analysen und dergleichen ermöglicht.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Induktionsofen erfindungsgemäß dadurch, daß

• a) das Steigrohr ausschließlich am Kesselunterteil befestigt und mit einem waagrechten Förderrohr verbunden ist, das durch eine Seitenwand des Kesselunterteils hindurchge­ führt ist, und daß
• b) oberhalb einer Trennfuge zwischen Kesselunterteil und Deckel ein Revolver mit senkrechter Drehachse angeordnet ist, der eine Chargierschleuse für die Beschickung des Schmelztiegels mit Schmelzgut und eine Meßkammer besitzt, die alternierend mit einem Schleusenventil verbindbar sind, das auf der Oberseite des Deckels angeordnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung behindern sich Steigrohr, Chargierschleuse und Meßkammer gegenseitig nicht. Der Erfindungsgegenstand ermöglicht also in vorteilhafter Weise eine kontinuierliche bzw. quasi-kontinuierliche Betriebsweise des Ofens, d. h. in den vorgegebenen Zeitintervallen kann mittels der Chargierschleuse Schmelzgut nachchargiert werden, d. h. sowohl das Rohmaterial als auch entsprechende Reinigungs­ mittel, Zuschläge oder Legierungskomponenten. Während des Schmelzens kann durch Heben, Verschwenken und Wiederabsenken die Meßkammer mit dem Ofenkessel gekuppelt werden, um die erforderlichen Analysen durchzuführen und gegebenenfalls Proben zu nehmen. Die Meßkammer dient zu diesem Zweck zur Aufnahme und zum Absenken von Sonden, Probengefäßen, Pyrometern oder dergleichen. Ein ständig mit dem Deckel verbundenes Schleusenventil sorgt für den Abschluß der Ofenatmosphäre.

Sobald eine Charge die erforderliche Zusammensetzung und Temperatur hat, kann sie durch die Aufbringung eines entsprechenden Gasdrucks, der der barometrischen Förderhöhe entspricht, über das Steigrohr, das waagrechte Förderrohr und gegebenenfalls vorhandene weitere Verbindungsrohre entleert werden. Unmittelbar nach der Entleerung, die auch gesteuert portionsweise erfolgen kann, kann der Induktionsofen ohne Fluten mit neuem Schmelzgut chargiert werden, so daß sich Schmelzzyklus an Schmelzzyklus reiht.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungs­ gegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, daß seitlich am Ofenkessel eine Tragstruktur befestigt ist, die in koaxialer Anordnung sowohl eine erste Hub- und Schwenkeinrichtung für den Revolver als auch eine zweite Hub- und Schwenkeinrichtung für den Deckel besitzt. Auf diese Weise lassen sich Chargier­ schleuse und Meßkammer sowohl unabhängig vom Ofendeckel als auch zusammen mit diesem verschwenken. Außerdem ist der Kon­ struktionsaufwand außerordentlich niedrig.

Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das waagrechte Förderrohr thermisch isoliert in einem seitlich am Kesselunterteil ange­ brachten ersten Rohrstutzen gehalten ist, an den sich ein zweiter Rohrstutzen mit einer nach unten gerichteten Ausgieß­ öffnung für die Schmelze anschließt. Diese Ausgießöffnung kann mit einer Gießkammer verbunden werden, in der sich eine oder mehrere Gießformen befinden, die gleichfalls unter Vakuum und/oder Schutzgas gehalten werden können.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der einzigen Figur näher erläutert, die einen teilweisen Vertikalschnitt entlang der senkrechten Achse des Ofenkessels zeigt.

In der Figur ist ein Vakuum-Induktionsofen 1 dargestellt, der einen geschlossenen Ofenkessel 2 besitzt, der aus einem Kesselunterteil 3 und einem Deckel 4 besteht, die über eine lösbare Verbindung 5, eine sogenannte Flanschverbindung, gasdicht miteinander verbunden sind.

Im Kesselunterteil 3 befindet sich ein Schmelztiegel 6, der konzentrisch von einer Induktionsspule 7 umgeben ist. Die Induktionsspule 7 ist über eine Koaxialverbindung 8 mit einer außenliegenden - nicht dargestellten - Stromversorgungseinrichtung verbunden, beispielsweise mit einem Mittelfrequenzgenerator.

In unmittelbarer Nähe der Seitenwand des Schmelztiegels 6 befindet sich ein Steigrohr 9, das bis nahezu zum Boden 6a des Schmelztiegels 6 geführt ist. Das Steigrohr 9 ist über ein Kopfstück 10 mit einem waagrechten Förderrohr 11 verbunden, das von einer Isolierumhüllung 12 umgeben und in einem Rohrstutzen 13 gehalten ist, der seitlich am Kesselunterteil 3 befestigt ist. Die Befestigung geschieht über eine Kreisring­ scheibe 14, die auf ihrer Außenseite einen zweiten Rohrstutzen 15 trägt, der in axialer Richtung durch eine Flanschplatte 16 verschlossen ist. Der Rohrstutzen 15 besitzt eine nach unten gerichtete Ausgießöffnung 17, in der sich wiederum ein senkrechtes Förderrohr 18 befindet, das über ein zweites Kopfstück 19 mit dem waagrechten Förderrohr 11 verbunden ist.

Das innere Ende des Rohrstutzens 13 trägt eine Flanschverbin­ dung 20, an der über einen Kragarm 21 das innere Kopfstück 10 des Steigrohres 9 befestigt ist.

Ein in dem Ofenkessel 2 über eine nicht dargestellte Druckgasquelle erzeugter Innendruck wirkt auf den Schmelzenspiegel 22 ein und drückt die Schmelze 23 über das Steigrohr 9, das waagrechte Förderrohr 11 und das senkrechte Förderrohr 18 in eine nicht dargestellte Gießform.

Kesselunterteil 3 und Deckel 4 sind über eine Trennfuge 24 miteinander verbunden. Auf dem Deckel 4 befindet sich ein Schleusenventil 25, und auf diesem wiederum - lösbar - eine Chargierschleuse 26, in der sich - gestrichelt dargestellt - Schmelzgut 27 in Form eines zylindrischen Rohlings befindet. Am oberen Ende der Chargierschleuse 26 befindet sich ein Antriebsmotor 28, durch den über einen nicht dargestellten Hubmechanismus das Schmelzgut 27 in den Schmelztiegel 6 abgesenkt werden kann.

Der Ofenkessel 2 ruht auf Tragsäulen 29. Am Kesselunterteil 3 ist seitlich eine Tragstruktur 30 angebracht, die eine erste Hub- und Schwenkeinrichtung 31 für den Deckel 4 besitzt, mit dem sie über einen Ausleger 32 verbunden ist.

Die Chargierschleuse 26 ist über einen weiteren Ausleger 33 mit einer zweiten Hub- und Schwenkeinrichtung 34 verbunden, die auf der dem Ausleger 33 diametral gegenüberliegenden Seite mit einem weiteren Ausleger 35 verbunden ist, an dem sich die Meßkammer 36 befindet. Die Meßkammer 36 hat ebenso wie die Chargierschleuse 26 die Form eines schlanken Zylinders, ist aber im Durchmesser kleiner ausgebildet. Am oberen Ende der Meßkammer 36 befindet sich ein weiterer Antriebsmotor 37, mit dem über eine gleichfalls nicht dargestellte Hubeinrichtung Meßsonden und dergleichen in die Schmelze 23 abgesenkt werden können, wenn ein unterer Flansch 38 der Meßkammer 36 mit dem Schleusenventil 25 verbunden ist.

Chargierschleuse 26 und Meßkammer 36 bilden in bezug auf die Hub- und Schwenkeinrichtung 34 zusammen mit den beiden Auslegern 33 und 35 einen sogenannten Revolver 39 mit einer Rotationsachse A-A, die mit der Achse der Tragstruktur 30 übereinstimmt. Es versteht sich, daß die Chargierschleuse 26 an ihrem unteren Ende gleichfalls einen Flansch 40 aufweist, der in der dargestellten Stellung mit dem Schleusenventil 25 gasdicht verbunden ist. Durch Betätigung der zweiten Hub- und Schwenkeinrichtung 34 lassen sich Chargierschleuse 26 und Meßkammer 36 alternierend mit dem Schleusenventil 25 verbinden.

Es ist ersichtlich, daß sich durch die koaxiale Ausbildung der beiden Hub- und Schwenkeinrichtungen 31 und 34 eine sehr platzsparende Bauweise ergibt und daß außerdem der Revolver 39 wahlweise mit und ohne den Deckel 4 verschwenkt werden kann. Für die Hubbewegungen sind innerhalb der Tragstruktur 30 Druckmittelzylinder angeordnet, die jedoch der Einfachheit halber nicht dargestellt sind.

In den Schmelztiegel 6 können nacheinander mehrere Rohlinge als Schmelzgut 27 eingebracht und auch nacheinander aufgeschmolzen werden. Es ist hierbei in praktisch beliebigen Zeitabständen möglich, nach dem Schließen des Schleusenventils 25 die Meßkammer 36 mit dem Schleusenventil 25 zu kuppeln und nach Öffnen des Ventils eine Meßsonde in die Schmelze abzusenken. Hat die Schmelze 23 die geforderte Temperatur und Zusammensetzung, so wird in dem Ofenkessel 2 durch eine nicht dargestellte Druckgasquelle (Inertgas) ein Überdruck erzeugt, der der barometrischen Förderhöhe zwischen dem Boden 6a des Schmelztiegels 6 und dem waagrechten Förderrohr 11 entspricht. Durch entsprechend gesteuerten Impulsbetrieb der Druckgasquelle läßt sich die Schmelze portionsweise entleeren. Gießkammer und Gießformen, die unterhalb der Ausgießöffnung 17 angeordnet und mit dieser gasdicht verbunden sind, sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Claims (3)

1. Induktionsofen für Schmelz- und Gießzwecke mit einem geschlossenen Ofenkessel mit einem Kesselunterteil und einem über eine lösbare Verbindung gasdicht aufgesetzten Deckel, sämtlich mit senkrechter Achse, mit einem im Ofen­ kessel untergebrachten Schmelztiegel mit gleichfalls senkrechter Achse, der von einer Induktionsspule umgeben ist, und mit einem in den Schmelztiegel hineinragenden Steigrohr, über das der Schmelztiegel mittels Gasdruck in eine Gießvorrichtung entleerbar ist, dadurch gekennzeich­ net, daß

• a) das Steigrohr (9) ausschließlich am Kesselunterteil (3) befestigt und mit einem waagrechten Förderrohr (11) verbunden ist, das durch eine Seitenwand des Kesselunterteils (3) hindurchgeführt ist, und daß
• b) oberhalb einer Trennfuge (24) zwischen Kesselunter­ teil (3) und Deckel (4) ein Revolver (39) mit senkrechter Drehachse angeordnet ist, der eine Chargierschleuse (26) für die Beschickung des Schmelztiegels (6) mit Schmelzgut (27) und eine Meßkammer (36) besitzt, die alternierend mit einem Schleusenventil (25) verbindbar sind, das auf der Oberseite des Deckels (4) angeordnet ist.

2. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich am Ofenkessel (2) eine Tragstruktur (30) befestigt ist, die in koaxialer Anordnung sowohl eine erste Hub- und Schwenkeinrichtung (31) für den Revolver (39) als auch eine zweite Hub- und Schwenkeinrichtung (34) für den Deckel (4) besitzt.

3. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das waagrechte Förderrohr (11) thermisch isoliert in einem seitlich am Kesselunterteil (3) angebrachten ersten Rohrstutzen (13) gehalten ist, an den sich ein zweiter Rohrstutzen (15) mit einer nach unten gerichteten Ausgießöffnung (17) für die Schmelze (23) anschließt.