DE69811889T2 - Rinneninduktor - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rinneninduktor. Ein Ofen zum Schmelzen, Halten oder Raffinieren von Metall weist einen solchen Rinneninduktor auf.
STAND DER TECHNIK
• Ein Rinneninduktor ist eine elektrische Vorrichtung zum Schmelzen und Halten eines Metalls. Der Induktor weist eine erste Primärwicklung, beispielsweise eine um einen Magnetkern gewickelte mehrere Windungen aufweisende Spule, auf. Um diesen Kern und die Spule ist eine Rinne angeordnet, die normalerweise als Induktorrinne bezeichnet wird. Die Rinne öffnet sich an beiden Enden in eine Ofenmulde. Der Induktor und die Rinne sind normalerweise in ein entfernbares Induktorgehäuse aufgenommen, so daß der Induktor ausgetauscht werden kann, ohne daß es erforderlich wäre, die gesamte Ofenmulde neu auszukleiden.
• Die Induktorrinne, die während des Betriebs mit einem geschmolzenen Metall gefüllt ist, bildet einen geschlossenen Stromkreis. Wenn der Primärwicklung während des Betriebs ein Wechselstrom zugeführt wird, wirkt die Schmelze in der Induktorrinne wie eine kurzgeschlossene Sekundärwicklung eines Transformators. Auf diese Weise wird in der Schmelze Leistung induziert, so daß die Schmelze erwärmt wird und in der Rinne ein Strömungsmuster gebildet wird. Wegen des durch den Induktor bereitgestellten guten Unnrühreffekts wird in der Schmelze eine gute Homogenisierung hinsichtlich der Temperatur und der Zusammensetzung erreicht, so daß dieser Ofentyp für viele Arten von Raffinier- und Legierungsbehandlungen geeignet ist. Das in der Rinne erzeugte Strömungsmuster, das normalerweise durch eine Zweischleifenströmung über den Rinnenquerschnitt gebildet ist, könnte jedoch auch eine Erosion der Auskleidung im Induktor oder in manchen Fällen ein Ablagern von Raffiniermitteln, in der Schmelze gebildeter fester teilchenförmiger Materie oder anderer Teilchen an den Wänden in der Induktorrinne erzeugen, was zu einem Verstopfen der Rinne führt. Dieses Verstopfen stört die Strömung in der Rinne und damit die Wirksamkeit des Induktors.
• Ein Rinneninduktor ist normalerweise mit einem Kühlmantel zum Kühlen sowohl des Gehäuses als auch der Spule ausgerüstet. Der Kühlmantel ist innerhalb der hochschmelzenden Auskleidung, die um die Spule herum bereitgestellt ist, also zwischen der Spule und der Induktorrinne, angeordnet und schützt die Spule vor jeglicher Feuchtigkeit, die während des Sinterns der Auskleidung vom Auskleidungsmaterial abgegeben wird, er bildet jedoch auch eine schützende Begrenzung oder Abschirmung um die Spule, die jegliche Schmelze, die möglicherweise die Auskleidung durchdringt, durchlaufen muß. Der Kühlmantel bewirkt jedoch erhebliche thermische und elektrische Verluste. Diese Verluste zeigen sich als die Erwärmung des durch den Kühlmantel laufenden Wassers. Heutige hochschmelzende Auskleidungen werden normalerweise als getrocknete Massen angewendet, welche um Vorformen ohne jegliches Hinzufügen von Wasser geformt werden. Weil die Massen im wesentlichen kein zugesetztes Wasser enthalten und es nicht mehr erforderlich ist, die Spule vor Feuchtigkeit in der hochschmelzenden Auskleidung zu schützen, besteht die Hauptaufgabe des Kühlmantels bei diesen Auskleidungstyp verwendenden Installationen darin, die Spule vor jeglichem die Auskleidung durchdringendem Material zu schützen. Es ist dadurch vorteilhaft geworden, einen Rinneninduktor ohne den Kühlmantel zu entwickeln, wobei die folgenden Vorteile auftreten:
• - die induktiven Verluste an den Kühlmantel werden beseitigt,
• - die Möglichkeit des Verringerns der thermischen Verluste durch Vergrößern des Abstands von der heißen Schmelze zum in die Spule aufgenommenen Kühlsystem,
• - die Möglichkeit des Vergrößerns des Gesamtwirkungsgrads des Induktors,
• - die Möglichkeit des Vergrößerns der Schmelzfähigkeit und/oder der Überhitzungsfähigkeit und
• - eine verringerte Wartung, weil die Korrosionssituation in dem Kühlmantel ebenso wie alle Wasserkopplungen usw. sowie Zufuhrschläuche oder -rohre für den Kühlmantel beseitigt sind.
• Der Induktor und insbesondere die Spule müssen jedoch davor geschützt werden, daß die Schmelze die Auskleidung durchdringt und die Spule beschädigt, und sie müssen auch vor einer übermäßigen Abnutzung geschützt werden, insbesondere in Fällen mit einer erhöhten Überhitzungs- oder Schmelzfähigkeit, in denen es wahrscheinlich ist, daß die Temperatur am Übergang zwischen der Schmelze und der hochschmelzenden Auskleidung und möglicherweise auch die Strömungsrate in der Induktorrinne ansteigen. Eine Aufgabe besteht auch darin, die thermischen und mechanischen Spannungen zu verringern, denen die Auskleidung um die Spule herum ausgesetzt ist.
• US-A-3 100 237 betrifft einen Niederfrequenz-Induktionsofen vom Rinnentyp. Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Verbindung zwischen der Auskleidung des Ofenkörpers und der Induktoreinheit derartig zu erzeugen, daß es möglich ist, die Induktoreinheiten schnell zu bewegen. Um zu verhindern, daß das Auskleidungsmaterial der Induktoreinheit und der Ofenkörper miteinander sintern, sind Kühlmittel bereitgestellt, welche die Kühlwirkung auf die Verbindung konzentrieren. Diese Erfindung betrifft nicht das Erfassen des Eindringens von Metall durch das Auskleidungsmaterial.
• US-A-4 201 882 betrifft einen Schmelztiegel-Induktionsofen zum Schmelzen von Metall. Dieses Patent umfaßt eine Detektionseinrichtung in Form einer Abschirmung. Der Zweck der Abschirmung besteht darin, das Eindringen von Metall zu erfassen und physikalisch zu verhindern. Die Erfassungseinrichtung (die Abschirmung) ist außerhalb der hochschmelzenden Auskleidung angeordnet. Der Grund hierfür besteht darin, daß es als unpraktisch und kompliziert angesehen wird, die Erfassungseinrichtung in der hochschmelzenden Auskleidung anzuordnen. Elektrische Erfassungseinrichtungen in Form von Elektroden, die zwischen den Schichten der hochschmelzenden Auskleidung des Schmelztiegels angeordnet sind, sind auch in dem US-Patent erwähnt.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Rinneninduktor mit einer verbesserten thermischen Wirksamkeit bereitzustellen, wobei ein verringerter Wartungsaufwand erforderlich ist, während die Betriebssicherheit aufrechterhalten und verbessert wird. Eine Aufgabe besteht darin, daß der Kühlmantel entfernt wird, wobei der Induktor noch vor einer Beschädigung der Spule durch eindringendes Metall geschützt ist. Das heißt, daß verhindert werden soll, daß eindringendes Metall die Induktorspule erreicht. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Strömungscharakteristiken der Induktorrinne zu verbessern, um die Abnutzung zu verringern und die Steuerung der zugeführten elektrischen Leistung zu verbessern, um Ablagerungen und Verstopfungen zu verringern, und es werden auch Maßnahmen ergriffen, welche Verluste an der mechanischen Struktur und am Kühlsystem verringern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die Aufgabe der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert, wobei optionale Merkmale in den abhängigen Ansprüchen dargelegt sind.
• Bei einem Rinneninduktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welcher eine um einen Kern gewickelte Wicklung und eine hochschmelzende Auskleidung aufweist, wobei wenigstens ein Teil des Kerns und der Spule in eine Induktorrinne eingeschlossen und eingebettet sind, welche um den Kern in der hochschmelzenden Auskleidung ausgebildet ist und diesen umschließt, so daß sie, wenn sie mit Schmelze gefüllt ist, eine Sekundärwicklung bildet, wurde dies durch eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen jeglichen Durchdringens der Schmelze durch die hochschmelzende Auskleidung erreicht, die in der hochschmelzenden Auskleidung zwischen der Spule und der Induktorrinne angeordnet ist.
• Vorzugsweise ist die Wicklung eine mehrere Windungen aufweisende Spule mit Leitern in Form von Kupferrohren, in denen während des Betriebs Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlmittel fließt. Der Kern ist vorzugsweise ein laminierter Eisenkern, der für Installationszwecke geteilt ist. Wenn er zusammengesetzt ist, bildet der Kern normalerweise einen vier Schenkel aufweisenden quadratischen oder rechtwinkligen Kern. Eine hochschmelzende Auskleidungsmasse wird um einen Teil des Kerns und der Spule angeformt oder auf andere Weise daran gebildet, nachdem der Kern zusammengesetzt und innerhalb einer Rinnenvorform angeordnet wurde. Die verwendete Anformungsmischung ist vorzugsweise im wesentlichen frei von Wasserzusätzen, sie kann jedoch auch eine Gußauskleidung mit hohen Wasserzusätzen sein, vorausgesetzt, die Auskleidung wird vor dem Montieren der Spule getrocknet. Die Spule, der Kern und die Vorform werden in einem Induktorgehäuse montiert und in einer gewünschten Weise innerhalb des Induktorgehäuses zueinander positioniert. Das Gehäuse wird danach mit der hochschmelzenden Mischung gefüllt. Die hochschmelzende Mischung wird um die Spule und die Vorform so angeformt, daß um die Spule und den Kern eine Induktorrinne mit Öffnungen an beiden Enden gebildet wird.
• Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Induktor eine Erfassungseinrichtung in Form einer Erfassungs- Wand oder Feuerwand in der Art einer zylindrischen, rohrartigen Wand aus einem Gitter oder Netz eines elektrisch leitenden Materials in der Art eines Metalls, das um die Spule in der Auskleidung zwischen der Spule und der Rinne angeordnet ist, auf. Die Erfassungswand ist mit einer Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen eines Eindringens von Schmelze in die Auskleidung, wenn sie die Erfassungswand erreicht, verbunden. Mit der Erfassungseinrichtung ist es auch möglich, andere Störungen in der Auskleidung, die wahrscheinlich die Funktionsweise des Induktors beeinträchtigen, wie Feuchtigkeit in der hochschmelzenden Auskleidung, anzugeben.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Induktor eine Erfassungseinrichtung auf, bei der zwei Wände in der hochschmelzenden Auskleidung zwischen der Induktorrinne und der Spule angeordnet sind. Eine erste im wesentlichen zylindrische Erfassungswand oder Feuerwand ist in einem geeigneten Abstand von der Induktorrinne angeordnet. Die Feuerwand weist eine offene Struktur auf und enthält ein elektrisch leitendes Material. Vorzugsweise ist die Feuerwand auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit einer Unterlagswand hinterlegt, die aus einem elektrisch isolierenden Material in der Art eines auf Glimmer beruhenden Materials besteht. Die erste Erfassungswand oder Feuerwand gibt jedes eindringendes Metall an, das in der Isolation so weit gelangt. Die erste Erfassungswand ist in einem solchen Abstand von der Spule angeordnet, daß von dem die erste Wand erreichenden eindringenden Metall keine unmittelbare Gefahr ausgeht, sondern der Induktor zur Neuauskleidung und andere geeignete Reparaturen bei einer geplanten bevorstehenden Produktionsunterbrechung herausgenommen werden kann. Die erste Wand ist auch dafür eingerichtet, mit einer zweiten Wand zusammenzuwirken, um den Widerstand in der hochschmelzenden Auskleidung zwischen diesen zwei Wänden zu messen. Es ist durch Messen des Widerstands in der hochschmelzenden Auskleidung zwischen diesen beiden Wänden möglich, das Eindringen von Metall zu überwachen, um herauszufinden, ob es sich über die erste Wand hinaus fortsetzt, und falls der Widerstand unter einen vorgegebenen Wert absinken sollte, wird der Induktor von seiner Leistungsversorgung getrennt. Diese Messung des Widerstands kann auch zum Überwachen des Zustands der Auskleidung und zum Angeben der Feuchtigkeit in der Auskleidung verwendet werden. Ein zu hoher Feuchtigkeitsgehalt in der Auskleidung vergrößert das Risiko eines Überschlags oder von Leckströmen in der Auskleidung. Die zweite Wand besteht häufig aus einem stärkeren Drahtmaterial und bietet auf diese Weise eine Verstärkung der hochschmelzenden Auskleidung.
• Zum weiteren Verringern der Risiken, die dadurch entstehen, daß Metall die Auskleidung durchdringt, waren Verbesserungen gemäß der vorliegenden Erfindung darauf gerichtet, Abnutzungen der Induktorrinne, Ablagerungen in dieser und das Verstopfen von dieser zu verringern, und diese Verbesserungen zeigen sich auch in einem verringerten Energieverbrauch und sind durch die Merkmale der zusätzlichen Ansprüche gekennzeichnet. Andere Entwicklungen haben die elektrischen Verluste in dem Rinneninduktor und einige der auf die Auskleidung wirkenden mechanischen Spannungen verringert.
• Gemäß einer Ausführungsform ist die Induktorrinne nach den folgenden Kriterien aufgebaut:
• - die Breite der Rinne weist einen im wesentlichen ovalen oder rechtwinkligen Querschnitt mit einem Verhältnis zwischen der Breite und der radialen Höhe von 1,5 oder mehr auf,
• - die radiale Höhe soll sich entlang der Rinne ändern, und
• - die Innenwand der Rinne im Bereich zwischen den beiden Öffnungen der Induktorrinne soll vorzugsweise einen Winkel über die halbe Rinnenbreite aufweisen, der an den Öffnungen 0 Grad beträgt und an einem Mittelpunkt zwischen den Öffnungen mindestens 30 Grad beträgt. Eine gemäß diesen Kriterien aufgebaute Rinne weist an jedem Punkt entlang der Rinne eine verbesserte Strömung im wesentlichen ohne Stagnationszonen und Totwasserzonen im Querschnitt auf. Vorzugsweise soll die Änderung der radialen Höhe Sektoren aufweisen, in denen die Höhe zunimmt, welche mit Sektoren abwechseln, in denen die Höhe abnimmt. Die Änderung der relativen Höhe entlang der Rinne weist entlang der gesamten Rinnenlänge sowohl Sektoren mit zunehmender radialer Höhe als auch Sektoren mit abnehmender radialer Höhe auf. Die Änderungen sollen über einen solchen Sektor einer Änderung der radialen Höhe um wenigstens 25% innerhalb eines Sektors von einem Achtel des Umkreises der Rinne entsprechen. Weil in dem Querschnitts-Strömungsmuster in der Rinne im wesentlichen alle Stagnationszonen oder Totwasserzonen beseitigt sind, werden das Ablagern und Verstopfen erheblich verringert. Die Änderungen des Querschnitts-Strömungsmusters verringern auch erheblich die Abnutzung.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform werden eine ähnliche Verbesserung der Strömungseigenschaften und eine erhebliche Verringerung des Ablagerns, des Verstopfens und der Abnutzung durch die Verwendung einer Thyristor-gesteuerten Leistungsversorgung erreicht. Der Thyristor soll sich in einem Modus, in dem die Impulsdauer gesteuert wird, also in einem Impulslängen-Modulationsmodus, befinden. Der am häufigsten verwendete Weg zum Steuern der Leistungsversorgung für einen Induktor besteht in der Verwendung eines Abgriffe oder Stufen aufweisenden Transformators, der an verschiedenen Abgriffen unterschiedliche Spannungen abgibt. Abhängig vom Leistungsbedarf wird der Induktor an eine geeignete Spannung angeschlossen. Alternativ kann eine stufenlose Leistungsversorgung verwendet werden, wobei ein Abwechseln zwischen den Spannungsstufen des Transformators verwendet wird. Die Dauer der Verbindungszeit an den verschiedenen Spannungen wird durch ein Uhrenrelais gesteuert, das automatisch zwischen den Stufen schaltet, um die gewünschte durchschnittliche Leistung zuzuführen. Die Verwendung einer Thyristor-gesteuerten Leistungsversorgung ermöglicht eine stufenlose Steuerung zwischen null und hundert Prozent der Nennleistung, der normalerweise verwendete Phasenwinkel- Auslösemodus erzeugt jedoch Überspannungen auf dem Verteilungsnetz, mit dem der Induktor verbunden ist. Daher soll gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ein Thyristor in einem Impulslängen-Modulationsmodus, also in einem Modus, in dem die Dauer der Impulse gesteuert wird, arbeiten, indem die Anzahl der vollständigen Zyklen, während derer der Thyristor eingeschaltet ist, und die Anzahl der vollständigen Zyklen, während derer er ausgeschaltet ist, gesteuert werden. Das häufige Ein- und Ausschalten der Leistungsversorgung erzeugt auf die Strömung in der Rinne wirkende Kräfte, welche häufig zwischen einem Maximalwert während der Einschaltperioden und null während der Ausschaltperioden wechseln. Dies führt zu Änderungen der Strömung, wodurch sich Stagnationszonen und sogenannte Totwasserzonen nie entwickeln. Hierdurch werden Ablagerungen und Verstopfungen im wesentlichen beseitigt, und weil sich die Strömung ständig ändert, ist es es auch wahrscheinlich, daß sich die Abnutzung verringert. Weiterhin wird die Impulslänge gemäß einer Ausführungsform so gewählt, daß die Strömungsgeschwindigkeit während der Einschaltperioden einen kritischen Wert übersteigt, bei dem gewöhnlich alle neu abgelagerten verhältnismäßig lose gebundenen Teilchen an der Wand abgelöst werden. Durch Wählen einer geeigneten Länge für die Ausschaltperioden können weitere Vorteile erhalten werden, weil alle nicht- metallischen Teilchen während dieser Perioden einer verringerten Strömung gewöhnlich nach oben und aus der Rinne heraustreiben.
• Gemäß einer weiteren verbesserten Ausführungsform wurden die Energieverluste im Induktor erheblich verringert, während gleichzeitig die Strömung in der Rinne durch das Einführen von Luftspalten in der die hochschmelzende Auskleidung, den Kern und die Spule tragenden mechanischen Struktur, also im Induktorgehäuse, verbessert wurde. Durch die Einführung von Luftspalten oder Schlitzen im Gehäuse oder anderen Teilen der tragenden Struktur werden die induktiven Verluste in diesen Teilen verringert und dadurch der Gesamtwirkungsgrad des Induktors erhöht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
• Die Erfindung wird in näheren Einzelheiten mit Bezug auf Beispiele in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsformen beschrieben. Es zeigen:
• die Fig. 1 und 2 schematische Schnitte der hochschmelzenden Auskleidung um die Induktorrinne und einen Teil einer mehrere Windungen aufweisenden Spule, wobei Fig. 1 einen Induktor zeigt, der gemäß dem Stand der Technik einen außerhalb der Spule angeordneten Kühlmantel aufweist und
• Fig. 2 einen Induktor zeigt, bei dem die Spule entfernt worden ist und zwei Feuerwände oder Erfassungswände in die Auskleidung aufgenommen wurden, um die Spule davor zu schützen, daß jegliches die Auskleidung durchdringendes Metall die Spule erreicht,
• die Fig. 3, 4 und 5 die gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vorgenommenen Änderungen an der Induktorrinne, wobei Fig. 3 einen Querschnitt der Rinne zeigt, Fig. 4 einen Schnitt durch den Induktor zeigt, worin die Änderung der radialen Höhe entlang der Rinne gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt ist, und Fig. 5 die spezielle Konfiguration des Düsenbereichs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Der Rinneninduktor gemäß dem Stand der Technik, der in Fig. 1 dargestellt ist, und derjenige gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, der in Fig. 2 dargestellt ist, weisen beide eine mehrere Windungen aufweisende Spule 11 mit Rohrleitern in Form von Kupferrohren auf, in denen Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlmittel während des Betriebs fließt. Die Spule 11 ist um einen Kern 12 gewickelt. Der Kern 12 ist ein laminierter Eisenkern, der für Installationszwecke unterteilt ist. Wenn er zusammengesetzt ist, bildet der Kern 12 normalerweise einen vier Schenkel aufweisenden quadratischen oder rechtwinkligen Kern, von dem nur ein Teil eines Schenkels in den Figuren dargestellt ist. Die Spule 11 und der Kern 12 sind derart in einer hochschmelzenden Auskleidung 13 angeordnet, daß ein Teil des Kerns 12 und der Spule 11 in die Auskleidung 13 eingeschlossen und in diese eingebettet sind. Eine Induktorrinne 14 ist in der Auskleidung 13 ausgebildet. Die Induktorrinne 14 ist so ausgebildet, daß sie den Kern 12 derart umgibt, daß die Rinne 14, wenn sie mit einer Metallschmelze oder einem anderen elektrisch leitenden Material gefüllt ist, eine Sekundärwicklung bildet. Die Induktorrinne 14 ist während des Betriebs mit einem geschmolzenen Metall gefüllt und bildet einen geschlossenen Stromkreis. Weil der Primärwicklung während des Betriebs ein Wechselstrom zugeführt wird, wirkt die Schmelze in der Induktorrinne 14 als eine kurzgeschlossene Sekundärwicklung eines Transformators. Auf diese Weise wird in der Schmelze Leistung induziert, so daß die Schmelze erwärmt wird und in der Rinne 14 zum Fließen gebracht wird. Infolge der durch den Induktor bereitgestellten guten Umrührwirkung wird in der Schmelze eine gute Homogenisierung hinsichtlich der Temperatur und der Zusammensetzung erreicht, so daß dieser Ofentyp für viele Arten von Raffinier- und. Legierungsbehandlungen geeignet ist. Das in der Rinne 14 erzeugte Strömungsmuster, das normalerweise durch eine Zweischleifenströmung über den Rinnenquerschnitt gebildet ist, wie in Fig. 3 durch die gepunktete Linie dargestellt ist, könnte jedoch auch eine Erosion der Auskleidung in der Induktorrinne 14 oder in manchen Fällen ein Ablagern von Raffiniermitteln, in der Schmelze gebildeter teilchenförmiger Materie oder anderer Teilchen auf den Wänden in der Induktorrinne erzeugen, was zu einem Verstopfen der Rinne 14 führt. Dieses Verstopfen der Rinne 14 stört die Strömung in der Rinne 14 und damit die Wirksamkeit des Induktors. Rinneninduktoren sind normalerweise mit einem Kühlmantel 15 ausgerüstet, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Der Zweck des Kühlmantels 15 besteht darin, sowohl das Gehäuse als auch die Spule 11 zu kühlen. Das Gehäuse ist eine mechanische Traganordnung, die um den Induktor angeordnet ist. Der Kühlmantel 15 ist in der hochschmelzenden Auskleidung 13 zwischen der Spule 11 und der Induktorrinne 14 angeordnet. Der Kühlmantel 15 ist dafür eingerichtet, die Spule 11 vor jeglicher Feuchtigkeit zu schützen, die während des Sinterns der Auskleidung von dem Auskleidungsmaterial abgegeben wird, er bildet jedoch auch eine schützende Begrenzung oder Abschirmung um die Spule, die jegliche Schmelze, die möglicherweise die Auskleidung durchdringt, durchlaufen muß. Der Kühlmantel 15 bewirkt jedoch erhebliche thermische und elektrische Verluste. Diese Verluste zeigen sich beispielsweise in der Aufheizung des durch den Kühlmantel 15 laufenden Wassers. Wegen dieser Verluste ist es vorteilhaft geworden, einen Rinneninduktor ohne den Kühlmantel 15 zu entwickeln, wobei die folgenden Vorteile auftreten:
• - die induktiven Verluste an den Kühlmantel werden beseitigt,
• - die Möglichkeit des Verringerns der thermischen Verluste durch Vergrößern des Abstands von der heißen Schmelze zum in die Spule aufgenommenen Kühlsystem,
• - die Möglichkeit des Vergrößerns des Gesamtwirkungsgrads des Induktors,
• - die Möglichkeit des Vergrößerns der Schmelzfähigkeit und/oder der Überhitzungsfähigkeit und
• - eine verringerte Wartung, weil die Korrosionssituation in dem Kühlmantel ebenso wie alle Wasserkopplungen usw. sowie Zufuhrschläuche oder -rohre für den Kühlmantel beseitigt sind.
• Der Induktor und insbesondere die Spule 11 müssen jedoch davor geschützt werden, daß die Schmelze die Auskleidung durchdringt und die Spule beschädigt, und sie müssen auch vor einer übermäßigen Abnutzung geschützt werden, insbesondere in Fällen mit einer erhöhten Überhitzungs- oder Schmelzfähigkeit, in denen es wahrscheinlich ist, daß die Temperatur am Übergang zwischen der Schmelze und der hochschmelzenden Auskleidung und möglicherweise auch die Strömungsrate in der Induktorrinne 14 ansteigen. Die in Fig. 2 dargestellte Induktorrinne ist ohne einen Kühlmantel, jedoch mit zwei Feuerwänden 22, 22 versehen, um die Induktorspule 11 davor zu schützen, daß sie von die Auskleidung durchdringendem Metall erreicht wird. Die Feuerwände sind dafür eingerichtet, jegliches Durchdringen der hochschmelzenden Auskleidung 13 durch die Schmelze zu erfassen und in der hochschmelzenden Auskleidung 13 zwischen der Spule 11 und der Induktorrinne 14 angeordnet. Die erste Feuerwand 21 oder Erfassungswand ist im wesentlichen zylindrisch und koaxial um die Spule 11 angeordnet, die in einem geeigneten Abstand von der Induktorrinne 14 angeordnet ist. Die Feuerwand 21 hat einen offenen Aufbau und besteht aus einem elektrisch leitenden Material. Die Feuerwand ist auf beiden Seiten mit einer Lage einer Glimmerisolation 211, 212 hinterlegt. Die erste Erfassungswand 21 oder Feuerwand ist dafür eingerichtet, jegliche Metalldurchdringung anzugeben, die so weit in der Auskleidung 13 gelangt, und sie ist in einem solchen Abstand von der Spule 11 angeordnet, daß die Metalldurchdringung, die die erste Wand 21 erreicht, keine unmittelbare Gefahr darstellt, sondern daß der Induktor herausgenommen werden kann, um die Auskleidung wieder einzurichten und andere geeignete Reparaturen bei einem geplanten kommenden Produktionsstopp vorzunehmen. Die erste Wand 21 ist auch dafür eingerichtet, mit der zweiten Wand 22 zusammenzuwirken, um den Widerstand in der hochschmelzenden Auskleidung 13 zwischen den zwei Wänden 21, 22 zu messen. Es ist durch Messen des Widerstands in der hochschmelzenden Auskleidung 13 zwischen diesen zwei Wänden 21, 22 möglich, die Metalldurchdringung zu überwachen, um herauszufinden, ob sie über die erste Wand 21 hinausreicht, und falls der Widerstand unter einen vorgegebenen Wert verringert sein sollte, wird der Induktor von seiner Leistungsversorgung getrennt. Diese Messung des Widerstands kann auch zum Überwachen des Zustands der Auskleidung 13 und insbesondere zum Angeben jeder Änderung des Feuchtigkeitsgehalts der Auskleidung verwendet werden. Ein zu hoher Feuchtigkeitsgehalt in der Auskleidung erhöht das Risiko von Überschlägen oder Leckströmen in der Auskleidung. Die zweite Wand 22 besteht häufig aus einem stärkeren Drahtmaterial und bietet auf diese Weise eine Verstärkung der hochschmelzenden Auskleidung 13.
• Gemäß der in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellten Ausführungsform des Induktors ist die Induktorrinne nach den folgenden Kriterien aufgebaut:
• - die Breite W der Rinne weist einen im wesentlichen ovalen oder rechtwinkligen Querschnitt mit einem Verhältnis W/Hrad zwischen der Breite und der radialen Höhe von 1,5 oder mehr auf,
• - die radiale Höhe Hrad soll sich entlang der Rinne ändern, und
• - die Innenwand 35 der Rinne im Bereich zwischen den beiden Öffnungen der Induktorrinne soll vorzugsweise einen Winkel α über die halbe Rinnenbreite aufweisen, der an den Öffnungen 0 Grad beträgt und an einem Mittelpunkt zwischen den Öffnungen mindestens 30 Grad beträgt. Die gemäß dieser Ausführungsform aufgebaute Rinne weist an jedem Punkt entlang der Rinne eine verbesserte Strömung im wesentlichen ohne Stagnationszonen und Totwasserzonen im Querschnitt auf, wenn das Zweischleifen-Strömungsmuster, die gezeichneten Kreise 2a, 2b in Fig. 3, die sich normalerweise in einer gemäß dem Stand der Technik aufgebauten Rinne bilden, in ein Strömungsmuster übergehen, das im wesentlichen eine Einschleifenströmung aufweist, wie durch die dickere Linie 1 in Fig. 3 angegeben ist. Die Änderung der radialen Höhe Hrad wird mit Sektoren, in denen die Höhe 36a, 36c, 36e abnimmt, abwechselnd mit Sektoren, in denen die Höhe 36b, 36d, 36f zunimmt, erreicht. Die Änderung der relativen Höhe über einem solchen Sektor entspricht 36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f, so daß ein Achtel des Umkreises mindestens 25% beträgt, so daß das Verhältnis Hmax/Hmin 1,25 beträgt oder größer ist. Gemäß dieser Ausführungsform werden im wesentlichen alle Stagnationszonen oder Totwasserzonen im Querschnitts- Strömungsmuster in der Rinne 14 beseitigt, wodurch das Ablagern in der Rinne 14 und das Verstopfen der Rinne 14 erheblich verringert wird. Die Änderungen des Querschnitts- Strömungsmusters verringern auch erheblich die Abnutzung in der Rinne 14.

Claims (15)

1. Rinneninduktor mit einer Primärwicklung (11), die um einen geschlossenen Kern (12) angeordnet ist, wobei die Primärwicklung und der geschlossene Kern teilweise in eine feuerfeste Auskleidung (13) eingeschlossen sind und eine Induktorrinne (14) in der feuerfesten Auskleidung ausgebildet ist, wobei die Induktorrinne in der feuerfesten Auskleidung so eingerichtet ist, daß die Induktorrinne als eine Sekundärwicklung wirkt, wenn sie mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rinneninduktor ein von einem Kühlmantel freier Rinneninduktor ist und daß eine Erfassungseinrichtung (21, 22) zum Erfassen einer Metalldurchdringung der feuerfesten Auskleidung in der hochschmelzenden Auskleidung zwischen der von einem Kühlmantel freien Induktorrinne und der Primärwicklung angeordnet ist und daß die Erfassungseinrichtung (21, 22) Öffnungen aufweist und aus einem elektrisch leitenden Material besteht.

2. Rinneninduktor, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung eine mehrere Windungen aufweisende Spule (11) ist.

3. Rinneninduktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (11) Rohrleiter aufweist, in denen ein Kühlmittel während des Betriebs strömen kann.

4. Rinneninduktor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (12) ein laminierter Eisenkern ist.

5. Rinneninduktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (21, 22) eine zylindrische Erfassungswand aufweist, die in der Auskleidung angeordnet ist und die Spule (11) umgibt.

6. Rinneninduktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungswand (21, 22) ein metallisches Netz oder Gitter aufweist.

7. Rinneninduktor nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (21, 22) eine zylindrische Unterlagsschicht (211, 212) aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist.

8. Rinneninduktor nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung eine Meßeinrichtung zum Überwachen des Widerstands in der Auskleidung zwischen der Erfassungswand (21, 22) und der Erde aufweist.

9. Rinneninduktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung eine zweite Erfassungswand (22) aufweist, die in der feuerfesten Auskleidung (13) zwischen der ersten Wand (21) und der Spule (11) angeordnet ist und auch aus einem elektrisch leitenden Material besteht.

10. Rinneninduktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung eine Meßeinrichtung zum Überwachen des Widerstands in der Auskleidung zwischen der ersten und der zweiten Erfassungswand (21, 22) aufweist.

11. Rinneninduktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktorrinne (14) ein Verhältnis W/Hrad zwischen der Breite und der radialen Höhe von 1,5 oder mehr aufweist.

12. Rinneninduktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktorrinne (14) entlang der Rinne eine Änderung der radialen Höhe Hrad aufweist.

13. Rinneninduktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktorrinne (14) eine Innenwand aufweist, welche im Bereich zwischen den beiden Öffnungen der Induktorrinne einen Winkel α über die halbe Breite der Rinne aufweist, der an den Öffnungen 0 Grad beträgt und an einem Mittelpunkt zwischen den Öffnungen mindestens 30 Grad beträgt.

14. Rinneninduktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thyristor in einem Modus zum Steuern der Impulsdauer zum Steuern der Leistungsversorgung für den Induktor verwendet wird.

15. Rinneninduktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Luftspalte in der mechanischen Struktur angeordnet sind, die den Induktor tragen, um die induktiven Verluste in der Tragstruktur zu verringern.