DE626822C - Eisenloser Induktionsofen zum Erhitzen, Schmelzen oder metallurgischen Behandeln vonMetallen, Metalloxyden, Zuschlaegen oder Schlacke, bei dem der Badinhalt aus Schichten verschiedener elektrischer Leitfaehigkeit besteht - Google Patents

Description

Im eisenlosen Induktionsofen hat sich in ähnlicher Weise wie bei den eisengeschlossenen Induktionsöfen herausgestellt, daß eine Schlackenarbeit zur metallurgischen Behandlung des Bades äußerst erschwert ist, weil bei diesen Induktionsöfen nur der metallische Einsatz auf Grund seiner Leitfähigkeit direkt erhitzt werden kann, die Schlacke dagegen, da sie selbst ein Nichtleiter oder ein schlechter Leiter ist, in der Hauptsache nur durch Strahlung. Es zeigt sich deshalb sehr häufig der Nachteil, daß die Schlacke, wenn sie in größeren Mengen vorhanden ist, oberflächlich einfriert und eine feste Kruste bildet. Eine weitere Erschwerung der metallurgischen Arbeit im eisenlosen Induktionsofen bringt die Tatsache mit sich, daß das flüssige Bad eines solchen Ofens durch den sogenannten Pincheffekt sehr stark durchgewirbelt wird und, falls man die Schlackendecke, um sie leicht ' flüssig zu erhalten, nur dünn hält, stark Sauerstoff aufnimmt und dadurch überoxydiert wird.

Die Erfindung bezweckt, durch eine besondere Ausbildung des Induktionsofens diesen Nachteil zu beseitigen und die Möglichkeit der metallurgischen Behandlung in dem eisenlosen Induktionsofen in ,ähnlicher Weise zu gewährleisten, wie es von .den alten gasbeheizten metallurgischen Öfen her bekannt ist.

Es ist an sich bekannt, solche elektrisch nichtleitenden Stoffe im Induktionsofen dadurch zu erhitzen, daß ein elektrisch leitender Körper der Einwirkung des gesamten Kraftfeldes unterworfen und die in ihm entstehende Hitze dem elektrisch nicht leitfähigen Gut zugeführt wird, ohne daß dabei aber irgend- · welche unmittelbare induktive Beeinflussung des Einsatzes infolge der Abschirmung des Kraftfeldes durch den Heizkörper stattfinden kann.

Es ist auch bekannt, in Induktionsöfen Metalle mit niedrigem elektrischem Widerstand und niedrigem Schmelzpunkt mit Hilfe der Erhitzung eines besonders angeordneten ferromagnetischen Kerns zum Einschmelzen zu bringen, wobei die Eigenschaft ferromagnetischer Werkstoffe, sich bei entsprechender elektromagnetischer Kopplung bis zum Verschwinden des Ferromagnetismus zu erhitzen, dann abzukühlen, sich wieder zu erhitzen usf., zur Temperaturregelung ausgenutzt wird.

Die Erfindung besteht im Gegensatz hierzu darin, daß in dem bekannten Schmelztiegel oder dem aufgestampften oder aufgemauerten Schmelzraum des Ofens induktiy beheizten Zonen: höherer Leitfähigkeit aus einem unmagnetiscben Werkstoff vorgesehen werden, dessen Schmelzpunkt höher liegt als derjenige ferromagnetischer Metalle. Durch eine solche

Anordnung wird erreicht, daß beliebige Temperatur steigerungen in einzelnen Schichten geringerer Leitfähigkeit hervorgerufen werden können. Bei Verwendung von Graphit können beispielsweise ohne Schwierigkeiten Temperaturen erreicht werden, die weit über den Schmelzpunkten sämtlicher Metalle liegen, und diese Temperaturen lassen sich je nacK den metallurgischen Erfordernissen auf einen bestimmten Raum begrenzen. Solche Zonen . können dadurch hergestellt werden, daß· man einen oder mehrere Ringe, Flächen, Bodenstücke in der Ofenauskleidung vorsieht oder aber daß man diese Zone in Form von Scheiben und Stäben in den Ofenraum hineinführt, die ebenso wie die vorhin genannten Ringe, Flächen, Bodenstücke usw. höhere Leitfähigkeit besitzen als die übrige Ofenzustellung. Diese Zonen können bestehen au? amorphem oder graphitischem Kohlenstoff, aus einer Mischung von keramischen Stoffen und solchem Kohlenstoff oder aus unmagnetischem Metall in Stückform, in Form von Spanen, Körnern oder Pulver wie auch aus einer Mischung solcher Metalle mit keramischen Stoffen. Es ist weiterhin möglich, solche Zonen herzustellen aus keramischen Stoffen, die bei erhöhter Temperatur eine höhere Leitfähigkeit haben als ihre Umgebung.

Beim praktischen Schmelzbetrieb zeigt sich nun, daß, wenn man z. B. eine solche Zone in Höhe des Metallba"dspiegels anbringt, die Schlacke durch Strahlung und Wärmeleitung, • 35 die von der höheren Temperatur dieser Zone ausgeht, sehr hoch erhitzt wird und dadurch dünnflüssig gehalten werden kann.

Abb. ι zeigt einen dementsprechend ausgeführten Induktionsofen oder Tiegel«, der in bekannter Weise von der aus innen wassergekühlten Kupf errohnen bestehenden Induktionsspule b umgeben ist. Bei c ist gemäß der Erfindung eine Zone höherer Leitfähigkeit in Gestalt eines Ringkörpers aus Kohle o. dgl. angeordnet, und zwar in Höhe der Schlacket, unter der sich das Metallbade befindet.

Es ist klar, daß die Induktionsströme diese Zone c stark erhitzen, während sie die übrige Ofenauskleidung nicht beeinflussen könneij., . daß andererseits aber die Zone keinesfalls die Kraftlinien so weit abschirmt, daß etwa. nachteilige Folgen. für das Bad überhaupt sich daraus ergeben könnten. Macht man diese Zone aus Kohlenstoff, so kann man, je nach der Breite oder der Lage, in der sie sich befindet, über dem Bad eine sauerstoffarme Atmosphäre schaffen, ohne aber das Bad durch die Gegenwart der Kohle unnötigerweise aufzukohlen, was für bestimmte metallurgische Operationen durchaus unerwünscht ist.

Andererseits kann man, da der Grad der Oxydation des Bades an sich bekannt ist, eine solche Zone entsprechend tief unter dem Badspiegel einsetzen, wie Abb. 2 zeigt, und damit erreichen, daß die Kohlung so weit erfolgt, daß sie mit der Oxydation Schritt hält, das Bad also in seiner Zusammensetzung praktisch gleich bleibt.

Will man nur eine Erhitzung der Schlacke haben, ohne irgendwelche unmittelbare metallurgische Beeinflussung durch den Heizkörper, so kann man diese Zonec gemäß Abb. 3 in die Ofenauskleidung oder den Tiegel <z 'einsetzen und derart abdecken, daß die Schlacke d oder das Badß nicht in unmittelbare Berührung mit dem Material der Zone kommt.

Nach den metallurgischen Erfordernissen läßt sich diese Art der Zonenbeheizung variieren. Besteht das Bedürfnis, im Induktionsraum z. B. Erze zu schmelzen, so kann man den Einsatz durch eine solche Zone hocherhitzen und durch die abgegebene Kohle oder dem Einsatz noch zugegebene Kohle reduzieren. Das reduzierte Metall tropft dann in dem bisher kalt gebliebenen übrigen Schmelzraum hinunter, wird dort aber selbst vom Induktionsstrom gepackt und weitererhitzt und kann dann durch Oxydation und Entfernung der fremden schädlichen Bestandteile gegebenenfalls unmittelbar rein dargestellt werden. Auf diese Weise ist z. B. in einem kontinuierlichen Verfahren Stahl unmittelbar aus Erz herzustellen.

Ein weiteres Anwendungsgebiet dieses neuen Ofens besteht "darin, daß rein keramische Massen, wie z. B. Quarz, geschmolzen werden können und durch ihr Herabfließen ebenfalls einer Kohlung und in diesem Falle der BiI-dung von Siliciumcarbid entzogen werden. Infolge der durch die mittelbare Erhitzung nun erhaltenen elektrischen Leitfähigkeit wird bei entsprechend hohen Frequenzen der Einsatz dann weiter induktiv unmittelbar erhitzt und das so durch die Heizzone eingeleitete mittelbare Schmelzen unmittelbar fortgesetzt. Die Erfindung läßt sich dabei auch in der Weise ausführen, daß die Zone höherer Leitfähigkeit nicht unmittelbar in den Ofen no oder Tiegel eingebaut wird, sondern mit Hilfe beliebiger Tragvorrichtungen in den Schmelzraum eingeführt und in der gewünschten Stellung gehalten wird. So kann z. B. gemäß Abb. 4 diese Zone die Gestalt einer Platte/ erhalten, die den Schmelzraum oben gewissermaßen abschließt. Ebenso könnte auch ein ringförmiger Körper höherer Leitfähigkeit von oben in den Schmelzraum eingeführt und in der jeweils gewünschten Lage gehalten werden.

Unter gewissen Umständen kann es sich als zweckmäßig erweisen, die Zone höherer

Leitfähigkeit sich nicht scharf gegen die übrige Ofenauskleidung absetzen, sondern einen allmählichen Übergang von der Auskleidung der Zone niederer Leitfähigkeit auf diejenige höherer Leitfähigkeit stattfinden zu lassen.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß die Ausbildung eines Ofens oder Schmelzraumes mit einer oder mehreren, in verschiedener

ίο Höhe gelegenen Zonen von höherer Leitfähigkeit die Möglichkeit ergibt, ausgezeichnete Schlackenarbeit zu leisten, die Oxydation., wenn es gewünscht wird, zu verzögern oder ganz aufzuheben oder aber eine Kohlung in ganz bestimmter Höhe vorzunehmen.

Erze lassen sich damit kontinuierlich zu Metallen reduzieren und anschließend entkohlen und raffinieren.

Bei nichtmetallischen Massen läßt sich damit der Schmelzprozeß einleiten und dann durch unmittelbare induktive Erhitzung fortsetzen ohne die Nachteile der Beeinflussung durch ein Heizelement.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Eisenloser Induktionsofen zum Erhitzen, Schmelzen oder metallurgischen Behandeln von Metallen, Metalloxyden, Zuschlägen oder Schlacke, bei dem der Badinhalt aus Schichten verschiedener elektrischer Leitfähigkeit besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel oder die Ofenauskleidung (a) an den Stellen, wo sich im Bad die Schichten geringerer elektrischer Leitfähigkeit befinden, eine oder mehrere induktiv beheizte Zonen (c) höherer elektrischer Leitfähigkeit aus einem unmagnetischen Material aufweist, dessen Schmelzpunkt höher ist als derjenige ferromagnetischer Metalle.

2. Induktionsofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (c) aus amorphem oder graphitischem Kohlenstoff besteht.

3. Induktionsofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (c) aus einer Mischung aus keramischen Stoffen mit amorphem oder graphitischem Kohlenstoff besteht.

4. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (c) aus unmagnetischem Metall in Form von Stücken, Spänen., Körnern oder Pulver besteht.

5. Induktionsofen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (c) aus einer Mischung aus keramischen Stoffen mit Metall besteht.

6. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (c) aus keramischen Stoffen mit erst bei erhöhter Temperatur auftretender höherer Leitfähigkeit besteht.

7. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone oder Zonen (c) in die Ofen- oder Tiegelwandung (a) von dieser vollständig umkleidet eingelassen sind.

8. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (c) unterhalb oder oberhalb des Badspiegels oder auch in Höhe des Spiegels liegen.

9. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von der Zone niederer zur Zone (c) höherer Leitfähigkeit allmählich stattfindet.

10. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone höherer Leitfähigkeit in Form von Scheiben (/), Ringen, Stäben oder sonstwie profilierten Körpiern in den Tiegel oder Ofenraum vorübergehend eingeführt wird_.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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