-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Induktionsofen zum Schmelzen
von Metallen durch Induktionserwärmen
und eine Bodenabstichvorrichtung für diesen.
-
Stand der Technik
-
Zur
Erzeugung eines hochreinen Metalls oder einer hochreinen Metallegierung
aus den gewünschten
Elementen durch Schmelzen eines stark reaktionsfähigen Metalls wird besonders
ein Induktionsofen bevorzugt, welcher durch Induktionserwärmung und
-umrühren
eine gleichmäßige Temperatur im
gesamten geschmolzenen Metall gewährleistet, um ein Vermischen
der Verunreinigungen mit dem geschmolzenen Metall bis in den unteren
Ofenbereich hinein zu verhindern, da ein solches Vermischen in Qualitätsunterschieden
und einer Qualitätsminderung
resultiert.
-
Bei
einem herkömmlichen
Induktionsofen verläuft
die Ofenwand von dem mit einer Abstichöffnung versehenen Ofenboden
bis zu einer bestimmten Höhe
geneigt und geht dann in einen vertikal sich erstreckenden Abschnitt
mit konstantem Durchmesser über,
wie zum Beispiel im japanischen Dokument Hei 4(1992)-327342 offenbart.
Die Ofenwand ist aus mehreren längs
geschlitzten, leitenden Segmenten zusammengesetzt, welche gegeneinander
isoliert sind. An der Außenseite
der Ofenwand ist eine Induktionsheizspule angeordnet, von welcher
ein die Innenseite der Ofenwand berührendes Metall induktiv erwärmt werden
kann. Die am Ofenboden vorhandene Abstichöffnung mündet in eine dort senkrecht
angeordnete Kokille. Das in den Ofen chargierte Metall schmilzt
durch die Induktionserwärmung
und das geschmolzene Metall fließt in die Kokille, ohne dabei
zu erstarren.
-
Auch
im japanischen Dokument Hei 8(1996)-145571 ist ein Induktionsofen
offenbart, von dessen mit einer Abstichöffnung und einem Abstichöffnungsverschluß versehenen
flachen Boden aus die Wand mit konstantem Durchmesser sich vertikal nach
oben erstreckt. Dieser Induktionsofen ist so konstruiert, daß das chargierte
Metall durch Induktion zum Schmelzen gebracht und durch Abschmelzen des
Abstichöffnungsverschlusses
abgestochen werden kann.
-
Da
bei dem vorher beschriebenen Ofen eine Kokille am Abstichabschnitt
angeordnet ist, wächst die
in der Öffnung
erstarrende Schicht ständig,
so daß es
zu Abstichproblemen kommt. Bei dem mit dem Abstichöffnungsverschluß versehenen
Induktionsofen kann die Abstichöffnung
erst dann wieder geschlossen werden, wenn das gesamte geschmolzene
Metall aus dem Ofen gelaufen ist. Demzufolge ist ein glatter Übergang
vom Schmelzen des Metalls zum Abstich des geschmolzenen Metalls
nicht möglich.
Zusammengefaßt
kann gesagt werden, daß bei einem
herkömmlichen
Ofentyp das erste Problem darin besteht, keinen glatten Übergang
zwischen dem Schmelzen des Metalls und dem Abstechen des geschmolzenen
Metalls ermöglichen
zu können.
-
Bei
einem Ofen, dessen Wand sich mit einem konstanten Durchmesser nach
oben erstreckt, steigen der Metalldampf und das im geschmolzenen Metall
erzeugte Gas parallel zur Ofenwand nach oben. Somit ergibt sich
bei einem herkömmlichen Ofen
ein zweites Problem, welches darin besteht, daß das Metall leicht an der
Ofenwand haften bleibt und nur mit großem Auf wand beseitigt werden
kann und für
das aufsteigende Gas einen Widerstand bildet, welches sich dadurch
nicht vollständig
aus dem Ofen entfernen läßt und zu
einer Qualitätsminderung des
geschmolzenen Metalls beiträgt.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist demzufolge die Bereitstellung eines
Induktionsofens, mit welchem mindestens eines der beiden genannten Probleme
gelöst
werden kann, und einer Abstichvorrichtung für diesen Ofen.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen neuartigen Induktionsofen,
welcher in dem beiliegenden Anspruch definiert ist. Dieser Ofen
weist die in der Beschreibung genannten Komponenten auf. Das gekühlte Ofengefäß zur Aufnahme
des zu schmelzenden Metalls ist zusammengesetzt aus einem mit einem
Abstichtrichter versehenen Boden und einer Gefäßwand, welche von mehreren
in Umfangsrichtung angeordneten, längs geschlitzten und gegeneinander
isolierten leitenden Segmenten gebildet wird. Um die Außenfläche des
Bodens und der Seitenwand sind Spulen gelegt, um das in den Ofen
chargierte Metall induktiv zum Schmelzen zu bringen. Die Spulen
sind an eine Spannungsquelle angeschlossen, welche, von einer Steuervorrichtung
gesteuert, in Abhängigkeit
vom Schmelzzustand des in den Ofen chargierten Materials die Abstichöffnung freigibt
oder schließt.
-
Mit
einem Ofen dieser Konstruktion können die
nachfolgend beschriebenen Ergebnisse erzielt werden. Wenn das in
den Ofen chargierte Material induktiv erwärmt wird, beginnt dieses zu
schmelzen, doch das mit dem Boden und der Wand des Ofengefäßes in Berührung kommende
geschmolzene Material erstarrt dort wieder. Die Steuervorrichtung
für die Spannungsquelle
zur induktiven Erwärmung
dient dazu, beim Abschmelzen des in den Ofen chargierten Materials
das am Boden sich sam melnde geschmolzene Material im Bereich der
Abstichöffnung erstarren
zu lassen, um diese zu schließen,
und das im Bereich der Abstichöffnung
erstarrte Material zu schmelzen, wenn das geschmolzene Material
abgestochen werden soll. Auf diese Weise wird das Umschalten der
Spannungsquelle vom Schmelzvorgang auf den Abstichvorgang und umgekehrt
erleichtert.
-
Der
Induktionsofen gemäß der vorliegenden Erfindung
kann folgende Konstruktionselemente aufweisen, ein Gefäß mit einem
Boden, einem oberen Abschnitt und einer Wand, welche aus mehreren längs geschlitzten,
in Umfangsrichtung angeordneten und gegeneinander isolierten, leitenden
Segmenten zusammengesetzt ist und deren Durchmesser vom Boden aus
zum oberen Abschnitt hin sich vergrößert, eine Spuleneinheit, welche
um den Außenumfang
der Seitenwand angeordnet ist und das in das Ofengefäß chargierte
Material induktiv erwärmt und
zum Schmelzen bringt, und eine die Spuleneinheit speisende Wechselspannungsquelle.
-
Mit
einem Ofen dieser Konstruktion können die
nachfolgend beschriebenen Ergebnisse erzielt werden. Wenn die Spuleneinheit
von der Spannungsquelle mit einer Wechselspannung gespeist wird,
erzeugt diese ein wechselndes Magnetfeld, welches das in das Ofengefäß chargierte
Material induktiv erwärmt
und zum Schmelzen bringt. Bei diesem Schmelzvorgang verdampft eine
bestimmte Menge des geschmolzenen Materials und steigt zusammen mit
den erzeugten Gasen nach oben. Durch die schräge Anordnung der Seitenwandelemente,
welche den Gefäßdurchmesser
nach oben erweitern, wird den aufsteigenden Metall- und Gasdämpfen kein
Widerstand entgegengesetzt, so daß oberhalb des Metallspiegels
an der Seitenwand Metall sich kaum absetzt. Dadurch entsteht auch
kein Widerstand für
die aufsteigenden Gase, so daß diese
vollständig
aus dem Ofengefäß entfernt
werden können.
-
Der
Induktionsofen gemäß der vorliegenden Erfindung
kann auch folgende Konstruktionselemente aufweisen, ein Gefäß mit einem
Boden, einem oberen Abschnitt und einer Wand, welche aus mehreren
längs geschlitzten,
in Umfangsrichtung angeordneten und gegeneinander isolierten leitenden Segmenten
zusammengesetzt ist und deren Durchmesser vom Boden aus zum oberen
Abschnitt hin sich vergrößert, eine
Spuleneinheit, welche um den Außenumfang
der Seitenwand und des Abstichabschnitts angeordnet ist und das
in das Ofengefäß chargierte
Material induktiv erwärmt
und zum Schmelzen bringt, eine die Spuleneinheit speisende Wechselspannungsquelle
und eine Steuervorrichtung, welche im Schmelzbetrieb das am Gefäßboden sich
sammelnde geschmolzene Material im Bereich der Abstichöffnung erstarren
läßt, um diese
zu schließen,
und das im Bereich der Abstichöffnung
erstarrte Material zu schmelzen, wenn das geschmolzene Material
abgestochen werden soll.
-
Mit
einem Ofen dieser Konstruktion können die
nachfolgend beschriebenen Ergebnisse erzielt werden. Wenn die Spuleneinheit
von der Spannungsquelle mit einer Wechselspannung versorgt wird,
erzeugt diese ein wechselndes Magnetfeld, welches das in das Ofengefäß chargierte
Material induktiv erwärmt
und zum Schmelzen bringt. Bei diesem Schmelzvorgang verdampft eine
bestimmte Menge des geschmolzenen Materials und steigt zusammen mit
den erzeugten Gasen nach oben. Durch den nach oben sich vergrößernden
Ofenwanddurchmesser wird den aufsteigenden Metall- und Gasdämpfen kein
Widerstand entgegengesetzt, so daß oberhalb des Metallspiegels
an der Seitenwand Metall sich kaum absetzt. Dadurch entsteht auch
kein Widerstand für
die aufsteigenden Gase, so daß diese
vollständig
aus dem Ofengefäß entfernt
werden können.
-
Die
Steuervorrichtung, welche die Spannungsquelle zum induktiven Erwärmen steuert,
kann dazu verwendet werden, beim Abschmelzen des in den Ofen chargierten
Materials das am Boden sich sammelnde geschmolzene Material im Bereich
der Abstichöffnung
erstarren zu lassen, um diese zu schließen, und das im Bereich der
Abstichöffnung
erstarrte Material zu schmelzen, wenn das geschmolzene Material
abgestochen werden soll. Auf diese Weise wird das Umschalten der
Spannungsquelle vom Schmelzvorgang auf den Abstichvorgang und umgekehrt
erleichtert.
-
Der
Einlaufabschnitt des am Ofenboden des Induktionsofens angeordneten
Abstichtrichters verjüngt
sich nach unten und geht in einen zylinderförmigen Auslaufabschnitt über.
-
Bei
einer solchen Konfiguration erstarrt das geschmolzene Material von
der Wand des Abstichtrichters nach innen. Das Erstarren beginnt
an der engsten Stellen der Abstichöffnung und setzt sich nach
oben fort. Dadurch kann ein abruptes Schließen der Abstichöffnung durch
das erstarrende Material verhindert und das Aufschmelzen derselben
in beliebigem Grad problemlos durchgeführt werden. Das ermöglicht eine
Feineinstellung der abzustechenden Menge von geschmolzenem Material.
-
Die
Spuleneinheit des Induktionsofens weist eine an der Außenseite
der Gefäßwand über den Umfang
angeordnete erste Spule und eine an der Außenseite des Abstichtrichters
angeordnete zweite Spule auf, wobei die genannte Steuereinheit die Spannungsquelle
so steuert, daß beim
Abschmelzen des in den Ofen chargierten Materials das geschmolzene
Material im Abstichbereich erstarrt und vor Beginn des Abstichs
ein Teil des erstarrten Materials wieder geschmolzen wird, um den
Abstichtrichter zu öffnen.
-
Bei
dieser Konstruktion können
die erste und die zweite Spule ineinander übergehen und eine Einheit bilden.
-
Bei
diesem Induktionsofen kann die Spuleneinheit in eine an der Außenseite
der Gefäßwand angeordnete
erste Spule und eine an der Außenseite des
Abstichtrichters angeordnete zweite Spule unterteilt werden, die
Spannungsquelleneinheit aus einer ersten, die erste Spule speisende
Spannungsquelle und einer die zweite Spule speisende Spannungsquelle
zusammengesetzt sein und die Steuereinheit die erste und die zweite
Spannungsquelle unabhängig
voneinander steuern.
-
Diese
Konstruktion ermöglicht
das Schmelzen des in den Ofen chargierten Materials und den Abstich
des geschmolzenen Materials unabhängig voneinander, wodurch die
Produktivität
gesteigert werden kann.
-
Die
für die
zweite Spule vorgesehene Spannungsquelle ist vorzugsweise in einen
Abschnitt zur Erzeugung einer ersten Wechselspannung mit einer bestimmten
Frequenz, welche das in den Ofen chargierte Material zum Schmelzen
bringt (Schmelz-Spannungsquelle),
und einen Abschnitt zur Erzeugung einer zweiten Wechselspannung
mit einer anderen Frequenz, welche das geschmolzene Material erstarren
läßt (Erstarrungs-Spannungsquelle)
unterteilt, wobei zum Öffnen
des Abstichtrichters die Schmelz-Spannungsquelle und zum Schließen des
Abstichtrichters die Erstarrungs-Spannungsquelle von der genannten
Steuereinheit angesteuert werden.
-
Diese
Konstruktion ermöglicht
schnelles Umschalten von der Schmelz-Spannungsquelle zur Erstarrungs-Spannungsquelle
und umgekehrt und Regeln der Abstichmenge durch entsprechende Vorgaben
für die
Wirkzeit der Hochfrequenzspannung und die der Niederfrequenzspannung.
-
Der
Induktionsofen gemäß der vorliegenden Erfindung
kann auch mit einer Absenkvorrichtung ausgerüstet werden, welche das abgestochene
Material in einem gewünschten
Erstarrungszustand aus dem Abstichtrichter nach unten absenkt.
-
Der
Induktionsofen ermöglicht
auch das Schmelzen des in den Ofen chargierten Materials unter reduziertem
Druck. Ein solches Verfahren eignet sich besonders dann, wenn beim
Schmelzen große Gasmengen
erzeugt werden.
-
Zum
Bodenabstichmechanismus eines Induktionsofens gehören: ein
am Boden des Ofengefäßes angeordneter
kanalförmiger
Abstichtrichter, dessen Einlauf abschnitt konische Form hat und
in einen zylinderförmigen
Auslaufabschnitt übergeht,
wobei dieser Abstichtrichter in mehrere durch Schlitze erzeugte
Segmente unterteilt ist, welche an Kühlwasserzuleitungs- und -ableitungsrohre
angeschlossen sind; Induktionsheizspulen, welche um den Einlauf abschnitt
und den Auslaufabschnitt des Abstichtrichters angeordnet sind, und
eine Spannungsquelleneinheit, welche in eine Schmelz-Spannungsquelle und
eine Erstarrungs-Spannungsquelle unterteilt ist, von denen die Induktionsheizspulen
willkürlich
gespeist werden.
-
Eine
relativ einfach aufgebaute Schaltung ermöglicht die zeitliche Steuerung
des Schmelzens des in den Ofen chargierten Materials und des Abstichs des
geschmolzenen Materials sowie die Regelung der Abstichmenge.
-
Der
genannte Abstichtrichter verjüngt
sich vom Ofengefäßboden aus
nach unten und läuft
dann zylindrisch aus.
-
Diese
Konstruktion ermöglich
eine beliebige Vergrößerung bzw.
Verringerung des Öffnungsgrades
der Abstichöffnung
und somit eine Feinregulierung der Abstichmenge des geschmolzenen
Materials.
-
Der
am Boden des Induktionsofens angeordnete Abstichmechanismus ist
so ausgelegt, daß zum Abstich
des geschmolzenen Materials die um den oberen und den unteren Teil
des Abstichtrichters gelegten Spulen mit der Hochfrequenzspannung
und nach erfolgtem Abstich diese mit der Niedrigfrequenzspannung
gespeist werden.
-
Das
heißt,
der Abstichmechanismus weist eine einfache Konstruktion auf.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Nachfolgend
wird in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen die Erfindung
detailliert beschrieben.
-
1 zeigt
schematisch eine Ausführungsform
des Induktionsofens.
-
2 zeigt
schematisch den Induktionsofen in perspektivischer Darstellung.
-
3 zeigt
schematisch das Abschmelzen des in den Ofen chargierten Materials.
-
4 zeigt
das geschmolzenen Material.
-
5 zeigt
im Diagramm die Beziehung zwischen der Schichtdicke des Ofenbären und
der Induktionsleistung.
-
6 zeigt
schematisch die Schnittansicht eines Induktionsofens.
-
7 zeigt
schematisch den in 6 dargestellten Induktionsofen
in perspektivischer Darstellung.
-
8 zeigt
schematisch die Schnittansicht eines Induktionsofens.
-
9 zeigt
schematisch den in 8 dargestellten Induktionsofen
in perspektivischer Darstellung.
-
10 zeigt
das Abschmelzen des in den Ofen chargierten Materials.
-
11 zeigt
schematisch das geschmolzenen Material.
-
12 zeigt
schematisch den Aufbau dieses Induktionsofens, wobei Figur (A) die
Seitenschnittansicht des Induktionsofens, Figur (B) vergrößert die Schnittansicht
des Abstichtrichters und Figur (C) den Abstichtrichter in perspektivischer
Darstellung zeigt.
-
13 zeigt
schematisch den Aufbau des am Ofenboden angeordneten Abstichmechanismus.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Nachfolgend
wird in Verbindung mit den 1 bis 7 die
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Induktionsofens
beschrieben.
-
Bei
dem in 1 dargestellten Induktionsofen dieser Ausführungsform
kennzeichnet das Bezugszeichen 1 das aus Kupfer gefertigte
Ofengefäß und das
Bezugszeichen 13 das in dieses chargierte Material wie
z.B. Titan. Das Ofengefäß kann aus
reinem Kupfer, einer Kupferlegierung, aus Gold oder Silber mit geringem
elektrischen Widerstand oder in einigen Fällen auch aus nichtrostendem
Stahl gefertigt werden. In diesem Ofen können außer Titan auch Zirkon, Hafnium,
Chrom, Niob, Tantal, Molybdän, Uran,
Seltenerdelemente, Thorium und ausgewählte Legierungen aus diesen
Elementen geschmolzen werden.
-
Das
Ofengefäß 1 ist
in einer Vakuumkammer (nicht dargestellt) untergebracht, in welcher
jeder gewünschte
Druck zwischen Atmosphärendruck
und hohem Unterdruck erzeugt werden kann. Das Ofengefäß 1 weist
einen an dessen Boden angeordneten Abstichtrichter 2 und
eine von dessen Boden sich erstreckende kreisförmige Wand 3 mit nach
oben zunehmendem Radius auf. Der Abstichtrichter ist mit einer Bohrung 2a versehen,
welche am Ofenboden die Abstichöffnung
bildet. Der Abstichtrichter 2 und die Wand 3 sind
aus mehreren (acht) längs
geschlitzten, in Umfangsrichtung angeordneten leitenden, gegeneinander
isolierten Segmenten 4 zusammengesetzt. Die Isolation wird
dadurch erreicht, daß zwischen
benachbarten leitenden Segmenten 4, 4 ein Isolierelement
angeordnet ist oder die leitenden Segmente in einem bestimmten Abstand
zueinander angeordnet sind.
-
Jedes
leitende Segment 4 ist mit einem Kühlwasserkanal 4a versehen.
Dieser Kühlwasserkanal erstreckt
sich vom oberen Ende des leitenden Segments 4 (oberes Ende
der Wand 3) bis zu dessen unterem Ende (unteres Ende des
Abstichtrichters 2). Jeder dieser Kühlwasserkanäle 4a ist am oberen Ende
des leitenden Segments an ein Kühlwasserzuführsystem
(nicht dargestellt) angeschlossen und mündet unten in einen Verbindungskanal 4b.
Jeweils zwei benachbarte Kühlwasserkanäle 4a bilden
ein Kühlwassereinheit.
Bei dieser Kühlwassereinheit wird
einem der beiden benachbarten Segmente 4 oben Kühlwasser
zugeführt,
welches in dessen Kühlwasserkanal 4a nach
unten strömt
und dabei dieses Segment kühlt.
Von diesem Segment gelangt das Kühlwasser
weiter durch den Verbindungskanal 4b in das untere Ende
des Kühlwasserkanals 4a des
anderen Segments 4, steigt in diesem nach oben und kühlt dabei
dieses Segment.
-
An
der Außenseite
des Ofengefäßes 1 ist
um dessen Umfang eine Induktionsheizspule 16 angeordnet,
welche sich aus einer ersten Spule 5 und einer zweiten
Spule 6 zusammensetzt. Die erste Induktionsheizspule 5 ist
von unten nach oben um die Gefäßwand und
die zweite Induktionsheizspule von unten nach oben um den Abstichtrichter 2 gewickelt. Die
erste Induktionsheizspule 5 ist an eine Schmelz-Spannungsquelle 7 und
die zweite Induktionsheizspule 6 an eine Abstich-Spannungsquelle 8 einer
Spannungsquelleneinheit 17 angeschlossen, wobei beide,
von der jeweiligen Spannungsquelle mit einer Wechselspannung gespeist,
ein wechselndes Magnetfeld 9 um die Gefäßwand 3 bzw. den Abstichtrichter 2 erzeugen.
-
Die
Abschmelz-Spannungsquelle 7 ist entsprechend ausgelegt,
um eine erste Wechselspannung mit einer bestimmten Frequenz zu erzeugen und
das in den Ofen chargierte Material zu schmelzen, kann aber auch
eine Wechselspannung jeder gewünschten
Frequenz erzeugen. Die Abstich-Spannungsquelle ist unterteilt in
einen ersten Abschnitt 10, welcher die zum Schmelzen benötigten Wechselspannung
mit einer bestimmten Frequenz erzeugt, und in einen Abschnitt 11,
welcher eine Wechselspannung mit einer anderen Frequenz erzeugt,
die das Erstarren des geschmolzenen Materials 13 ermöglicht.
Die beiden Abschnitte 10 und 11 der Abstich-Spannungsquelle 8 sind,
wie die Schmelz-Spannungsquelle 7, zur Erzeugung von Wechselspannungen
mit verschiedenen Frequenzen ausgelegt.
-
Die
Schmelz-Spannungsquelle 7 und die beiden Abschnitt 10 und 11 der
Abstich-Spannungsquelle 8 sind mit einer Steuereinheit 12 elektrisch
gekoppelt. Die von der Schmelz-Spannungsquelle 7 und die
vom Abschnitt 10 der Abstich-Spannungsquelle 8 erzeugten
Spannungen sind Hochfrequenzspannungen mit einer Frequenz von 2
kHz. Die vom Abschnitt 11 der Abstich-Spannungsquelle 8 erzeugte
Spannung ist eine übliche
Niederfrequenzspannung mit einer Frequenz von 100–200 Hz.
Die Steuereinheit 12 ermöglicht durch Ausgabe entsprechender
Signale selektives Umschalten der beiden Spannungsquellen 7 und 8 von
AN auf AUS und umgekehrt und auch selektives Schalten zwischen dem Abschnitt 10 und
dem Abschnitt 11 der Abstich-Spannungsquelle 8.
-
Nachfolgend
wird der Schmelz- und Abstichvorgang bei diesem Induktionsofen beschrieben.
-
Als
erstes wird das zu schmelzende Material 13 von oben in
das Ofengefäß chargiert.
-
Wie
bereits beschrieben, nimmt der Innenradius der kreisförmige Wand 3 des
Ofengefäßes 1 von unten
nach oben zu. Diese Konfiguration hat den Vorteil, daß auch schräg chargiertes
Material und Material unterschiedlicher Größe in das sich in das Ofengefäß gleitet.
-
Nach
dem Beschicken des Ofengefäßes mit zu
schmelzendem Material 13 wird durch die Kühlwasserkanäle 4a Kühlwasser
geleitet, um die Vorbereitung des Ofens für den Schmelzprozeß abzuschließen. Bei
Eingabe eines Startsignals in die Steuereinheit 12 durch
die Ofenbedienungsperson schaltet die Abschmelz-Spannungsquelle 7 in
den Zustand AN und speist die erste Induktionsheizspule 5 mit
der Hochfrequenzspannung, welche um die Gefäßwand 3 ein wechselndes
Magnetfeld 9 erzeugt. Durch dieses wechselnde Magnetfeld 9 wird
das ins Ofengefäß als Schüttgut chargierte
und zu schmelzende Material 13 induktiv erwärmt und
beginnt abzuschmelzen. Wenn das geschmolzene Material mit der Gefäßwand 3 in
Berührung
kommt, erstarrt es wieder und bildet entlang derselben den Ofenbären. Das
heißt,
im ersten Stadium des Schmelzprozesses findet auf einer dicken Ofenbärenschicht
ein Vermischen von ungeschmolzenem und geschmolzenem Material 13 statt,
wie 3 zeigt.
-
Mit
fortschreitender induktiver Erwärmung wird
das gesamte in das Ofengefäß chargierte
Material 13 abgeschmolzen, wobei das geschmolzene Material
sich über
dem Ofenbär 14 sammelt,
wie 4 zeigt. Da die in dieser Schmelzphase nicht gespeiste
zweite Induktionsspule 6 auch kein wechselndes Magnetfeld 9 erzeugt,
wirkt nur das von der ersten Induktionsspule 5 erzeugte
wechselnde Magnetfeld 9 am Abstichtrichter 2.
Das führt
dazu, daß die
an der Gefäßwand 3 als
Ofenbär 14 entstandene dicke
Schicht den Abstichtrichter 2 schließt.
-
In
diesem Zustand erfolgt das induktive Erwärmen und Abschmelzen des in
das Ofengefäß chargierten
Materials in abgeschwächter
Form von der Gefäßwand 3 aus
ins Gefäßinnere über bereits geschmolzenes
Material, wie 5 zeigt. Wenn die Schicht des
Ofenbären 14 eine
bestimmte Dicke erreicht hat und nunmehr nur eine bestimmte Größe des wechselnden
Magnetfeldes 9 durch diese Schicht in den Ofen gelangt
und das Material 13 abschmilzt, tritt ein Gleichgewicht
zwischen dem Abschmelzen des Materials und der vom wechselnden Magnetfeld 9 ausgelösten induktiven
Erwärmung
ein, so daß der
in 1 dargestellte Schmelzzustand beibehalten wird.
Obwohl die Emission von geschmolzenem Material aus dem Badspiegel 13a,
die Gaskonvektion unterhalb des Badspiegels 13a des geschmolzenen
Materials und die Kühlwirkung
der Gefäßwand 3 den
Energieausnutzungsgrad bestimmen, wird die Schichtdicke des Ofenbären 14 hauptsächlich von
der Kühlwirkung
des Gefäßwand 3 und
der vom wechselnden Magnetfeld 9 ausgelösten induktiven Erwärmung bestimmt.
-
Wenn
das in den Ofen chargierte Material 13 wie oben beschrieben
schmilzt, treten Metalldämpfe und
die beim Schmelzen erzeugten Gase aus dem geschmolzenen Metall aus.
Da der Radius der kreisförmigen
Gefäßwand von
unten nach oben größer wird,
stellt diese keine Behinderung für
die in Pfeilrichtung aufsteigenden Dämpfe und Gase dar. Demzufolge
kommt verdampftes Material kaum mit der Gefäßwand oberhalb des Badspiegels 13a in
Berührung
und die entstehenden Gase können
vollständig aus
dem geschmolzenen Metall entfernt werden.
-
Wenn
das geschmolzenen Material aus dem Ofen abgestochen werden soll,
wird der Abschnitt 10 der Abstich-Spannungsquelle 8 auf
AN geschaltet, um die zweite Induktionsspule 6 mit einer
Hochfrequenzwechselspannung zu speisen, welche daraufhin um den
Abstichtrichter 2 ein wechselndes Magnetfeld 9 erzeugt.
Dadurch schmilzt der im Oberteil des Abstichtrichters vorhandene
Teil des Ofenbären 14 und
gibt die Abstichöffnung
frei, so daß das
geschmolzenen Material durch Schwerkraft aus dem Abstichtrichter 2 austritt.
-
Wenn
der Abstich des geschmolzenen Materials unterbrochen oder die Menge
des abzustechenden Materials reguliert werden soll, wird zum Speisen der
zweiten Induktionsspule 6 vom Abschnitt 10 auf den
Abschnitt 11 der Abstich-Spannungsquelle 8 umgeschaltet.
Sobald der Abschnitt 11 zur Wirkung kommt, wird von der
Niederfrequenzspannung ein wechselndes Magnetfeld 9 um
den Abstichtrichter erzeugt, wodurch vom Badspiegel aus Wirbelströme tief
in das geschmolzene Material induziert werden. Dann wird an dieser
Stelle die Stromdichte reduziert, wodurch das geschmolzenen Material
nicht durch Erwärmung,
sondern einzig und allein durch den magnetischen Druck nach oben
steigt. Dadurch wird der im Abstichtrichter 2 durch das
Eigengewicht des geschmolzenen Materials wirkende Druck verringert und
somit die Menge des in den Abstichtrichter 2 fließenden Materials
verringert. Das führt
auch zur Verringerung der vom geschmolzenen Material abgestrahlten
Wärmemenge,
wodurch die Erstarrung des geschmolzenen Materials an der Berührungsstelle mit
dem Abstichtrichter 2 beginnt und sich nach innen fortsetzt
und die Abstichöffnung
im Abstichtrichter allmählich
kleiner wird. Wenn das Erstar ren des geschmolzenen Materials 13 nicht
unterbrochen wird, kann die Abstichöffnung im Trichter wieder vollständig geschlossen
und dadurch der Abstich des geschmolzenen Materials beendet werden.
Wenn bei diesem Erstarrungsvorgang die Abstichöffnung einen bestimmten Durchmesser
erreicht hat, wird die Abstichspannungsquelle 8 vom Abschnitt 11 auf
den Abschnitt 10 umgeschaltet, welcher jetzt die Induktionsspule 6 mit
einer Wechselspannung speist. Dadurch wird der Erstarrungsvorgang
im Abstichtrichter unterbrochen, so daß der Durchmesser der Abstichöffnung allmählich wieder
zunimmt. Dieses Umschalten zwischen den beiden Abschnitten 10 und 11 der Abstichspannungsquelle 8 ermöglicht die
Beibehaltung eines konstanten Durchmessers der Abstichöffnung im
Trichter 2 und somit das Abstechen einer spezifischen Menge
an geschmolzenem Material.
-
Wie
bereits beschrieben, ist der Induktionsofen dieser Ausführungsform
in einer ersten Konstruktion ausgeführt, welche folgende Elemente
aufweist: das Ofengefäß 1,
dessen Wand von mehreren längs geschlitzten,
leitenden Segmenten 4 gebildet wird, welche gegeneinander
isoliert in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei der Durchmesser
der von den Segmenten 4 gebildeten Gefäßwand nach oben zunimmt; die
Induktionsspule 5 (erste Induktionsspule), welche an der
Außenseite
der Gefäßwand 3 angeordnet
ist und das in das Ofengefäß 1 chargierte Material 13 induktiv
zum Schmelzen bringt, und die Schmelz-Spannungsquelle 7 (erste
Spannungsquelle), welche die erste Induktionsspule 5 mit
einer Wechselspannung speist.
-
Bei
dieser ersten Konstruktion des Induktionsofens ist, wie beschrieben,
am Boden des Ofengefäßes 1 ein
Abstichtrichter 2 angeordnet, doch diese Konstruktion kann
so modifiziert werden, daß auf den
Abstichtrichter 2 verzichtet wird und der Abstich des geschmolzenen
Materials 13 durch Kippen des Ofens erfolgt. Die im Radius
nach oben sich vergrößernde Gefäßwand 3 kann
linear oder bogenförmig verlaufen.
-
Wenn
bei dieser ersten Konstruktion die erste Induktionsspule 5 von
der Schmelz-Spannungsquelle 7 mit einer Wechselspannung
gespeist und dadurch ein wechselndes Magnetfeld 9 von dieser
erzeugt wird, beginnt das in den Induktionsofen chargierte Material 13 abzuschmelzen.
Bei diesem Vorgang verdampft geschmolzenes Material, welches zusammen
mit den erzeugten Gasen aus dem Badspiegel entweicht. Da der Durchmesser
der Gefäßwand wie
beschrieben nach oben größer wird,
bildet diese kein Hindernis für
die aufsteigenden Gase und Metalldämpfe, so daß das Haftenbleiben von Metall an
dieser über
dem Badspiegel weitgehend verhindert werden kann. Da Ablagerungen,
welche große Mengen
an Verunreinigungen enthalten und wieder ins Bad gelangen, kaum
entstehen, kann der gewünschte
Reinheitsgrad des geschmolzenen Materials erreicht und der Arbeitsaufwand
zum Entfernen von Ablagerungen reduziert werden. Da die schräge Gefäßwand 3 auch
für die
aufsteigenden Gase kein Hindernis darstellt, können diese vollständig aus
dem geschmolzenen Material entweichen.
-
Der
Induktionsofen dieser Ausführungsform kann
in einer zweiten Konstruktion ausgeführt sein, bei welcher der Abstichtrichter 2 am
Boden der Gefäßwand 3 angeordnet
ist und welche folgende Elemente aufweist: die am Außenumfang
des Abstichtrichters 2 angeordnete zweite Induktionsspule 6 zum induktiven
Erwärmen
und Abschmelzen des in das Ofengefäß chargierten Materials 13,
die Abstich-Spannungsquelle (zweite Spannungsquelle) 8 zum
Speisen der zweiten Induktionsspule 6 mit einer Wechselspannung
und die Steuereinheit (Spannungsquellensteuervorrichtung) 12 zum
Steuern der Abstich-Spannungsquelle 8,
welche durch selektive Auswahl der Abschnitte 10 und 11 das Öffnen und Schließen der
Abstichöffnung
durch Schmelzen bzw. Erstarren des im Abstichtrichter 2 vorhandenen
Materials bewirkt. Der Induktionsofen der genannten zweiten Konstruktion
kann auch so modifiziert werden, daß die Wand 3 des Ofengefäßes 1 sich
zunächst
schräg
bis zu einem bestimmten Durchmesser und dann zylindrisch nach oben
erstreckt, wie 6 zeigt.
-
Wenn
beim Induktionsofen gemäß der zweiten
Konstruktion das chargierte Material 13 induktiv erwärmt wird,
beginnt dieses abzuschmelzen, doch das mit dem Gefäßboden,
der Gefäßwand und
der Trichterinnenfläche
in Berührung
kommende geschmolzenen Material kühlt dort wieder ab und erstarrt.
Von der Steuereinheit 12 gesteuert, bewirkt die Abstich-Spannungsquelle
das Schließen
der Abstichöffnung
durch das im Abstichtrichter 2 erstarrende Material (Ofenbär 14)
beim Schmelzvorgang bzw. das Öffnen
der Abstichöffnung
durch Schmelzen des im Trichter erstarrten Materials zur Durchführung des Abstichs.
Diese Steuerung durch Schalten zwischen zwei Spannungsquellenabschnitten
erleichtert den Übergang
vom Schmelzvorgang zum Abstichvorgang und umgekehrt.
-
Zum
Induktionsofen dieser Ausführungsform gehören noch
folgende Elemente: die aus der ersten Induktionsspule 5 und
der zweiten Induktionsspule 6 zusammengesetzte Spule 16 und
die Einspeisevorrichtung 17, welche sich aus der Schmelz-Spannungsquelle
(erste Spannungseinheit) 7 zum Speisen der ersten Induktionsspule 5 mit
einer Wechselspannung und der Abstich-Spannungsquelle (zweite Spannungseinheit) 8 zum
Speisen der zweiten Induktionsspule 6 mit einer Wechselspannung
zusammensetzt. Die Schmelz-Spannungsquelle 7 und die Abstich-Spannungsquelle 8 werden
von der Steuereinheit 12 separat gesteuert. Dieses separate
Steuern der zum Schmelzen verwendeten ersten Induktionsspule 5 und
der zur Durchführung
des Abstichs verwendeten zweiten Induktionsspule 6 resultiert
in einer besseren Produktivität.
-
Bei
dieser Ausführungsform
des Induktionsofens ist die Abstich-Spannungsquelle 8 in
zwei Abschnitte unterteilt, in einen Abschnitt 10, welcher
die zum Schmelzen des Materials 13 benötigte Wechselspannung mit einer
bestimmten Frequenz erzeugt, und einen Abschnitt 11, welcher
eine Wechselspannung mit einer anderen Frequenz erzeugt, die das
Erstarren des geschmolzenen Materials ermöglicht. Wenn der Abstichtrichter 2 geöffnet werden
soll, schaltet die Steuereinheit 12 auf den Abschnitt 10, welcher
die zum Schmelzen des im Trichter erstarrten Materials erforderliche
Wechselspannung erzeugt, wenn dieser wieder geschlossen werden soll, schaltet
die Steuereinheit 12 auf den Abschnitt 11, um
eine Wechselspannung zu erzeugen, welche das Erstarren des geschmolzenen
Materials ermöglicht. Durch
dieses Schalten zwischen dem Abschnitt 10 und dem Abschnitt 11 ist
das Öffnen
und Schließen der
Abstichöffnung
auf einfache Weise möglich,
während
durch Vorgabe der Zeiten für
die Versorgung mit Wechselspannungen der genannten beiden Frequenzen
die Abstichmenge auf einfache Weise reguliert werden kann.
-
Bei
dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Induktionsspuleneinheit 16 in eine
erste Induktionsspule 5 und eine zweite Induktionsspule 6 unterteilt,
welche separat voneinander betrieben werden können, doch diese Anordnung stellt
keine Beschränkung
dar.
-
Der
Induktionsofen kann wie in 7 dargestellt
modifiziert werden und folgende Elemente aufweisen: die Induktionsspule 16 mit
der ersten Induktionsspule 5 und der zweiten Induktionsspule 6 als
integrale Bestandteile, eine kombinierte Spannungsquelle (Spannungsquelleneinheit) 18 zur
Erzeugung einer Wechselspannung jeder gewünschten Frequenz für die Induktionsspule 16 und
die Steuereinheit 12 zum Steuern der kombinierten Spannungsquelle 18,
welche zur Durchführung
des Schmelzvorgangs das geschmolzene Material im Abstich trichter erstarren
läßt, um die
Abstichöffnung
zu schließen, und
zur Durchführung
des Abstichs das erstarrte Material im Abstichtrichter schmelzen
läßt, um die
Abstichöffnung
freizulegen.
-
Wie 9 zeigt,
weist das Ofengefäß 1 einen
am Boden desselben angeordneten Abstichtrichter 2 und eine
schräg
nach oben sich erstreckende Wand 3 auf, wobei die Wand
aus mehreren längs
geschlitzten, leitenden Segmenten 4 zusammengesetzt ist,
welche gegeneinander isoliert in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Um das Ofengefäß 1 ist
die Induktionsspule 16 gewunden, welche das in den Induktionsofen
chargierte Material 13 induktiv erwärmt und zum Schmelzen bringt,
wie in 8 dargestellt.
-
Die
Induktionsspuleneinheit 16 ist in eine die Ofenwand 3 umgebende
Spule 5 und eine den Abstichtrichter umgebende Spule 6 unterteilt.
Die Spule 5 ist an die Schmelz-Spannungsquelle 7 und
die Spule 6 an die Abstich-Spannungsquelle 8 angeschlossen.
Die zur Spannungsquelleneinheit 17 zusammengefaßten beiden
Spannungsquellen 7 und 8 werden von der Spannungsquellensteuereinheit 12 gesteuert.
-
Der
genannte Abstichtrichter 2 ist mit einer zylindrischen
Verbindungsbohrung 2c versehen, welche sich vertikal nach
unten auch durch einen Induktionskurzschlußabschnitt 2b erstreckt.
Dieser Induktionskurzschlußabschnitt 2b ist
mit jedem der leitenden Segmente 4 verbunden, um ein Übertragen
des wechselnden Magnetfeldes 9 auf die Verbindungsbohrung 2c zu
verhindern und dadurch das Erstarren des geschmolzenen Materials 13 zu
beschleunigen. In diese Verbindungsbohrung 2c des Abstichtrichters wird
ein wassergekühlter
Anfahrstab 19 eingeführt. Der
Anfahrstab 19 ist oben mit einer Aufnahmebohrung 19a versehen,
deren Durchmesser sich nach unten kontinuierlich vergrößert. Diese
Bohrung 19a dient zur Auf nahme des erstarrenden Materials 13, um
die Absenkkraft des Anfahrstabes 19 auf diese zu übertragen.
Der Anfahrstab 19 ist an eine Absenkvorrichtung 20 gekoppelt,
welche diesen mit einer bestimmten Geschwindigkeit und in einer
bestimmten Taktfolge hoch und runter bewegt. Der übrige Aufbau dieses
Induktionsofens entspricht dem der ersten Ausführungsform, so daß auf eine
Beschreibung hier ebenfalls verzichtet wird.
-
Nachfolgend
wird die Arbeitsweise des Induktionsofens dieser Ausführungsform
beschrieben.
-
Als
erstes wird das Kühlwassersystem
zugeschaltet, um durch den im Ofengefäß vorhandenen Kanal 4b Kühlwasser
strömen
zu lassen und dieses zu kühlen,
bevor das Chargieren des zu schmelzenden Materials 13 erfolgt.
Mit Beendigung des Chargierens ist die Vorbereitung des Induktionsofens
zum Schmelzen abgeschlossen. Nun werden die Schmelz-Spannungsquelle 7 und
die Abstich-Spannungsquelle 8 zugeschaltet, um die erste
Induktionsspule 5 und die zweite Induktionsspule 6 mit
der jeweiligen Wechselspannung zu speisen. Daraufhin wird von den
Spulen 5 und 6 ein entsprechendes wechselndes
Magnetfeld 9 um die Gefäßwand 3 bzw. den
Abstichtrichter 2 erzeugt. Durch diese wechselnden Magnetfelder 9 wird
das in Blockform in das Ofengefäß chargierte
Material 13 induktiv erwärmt und beginnt von außen abzuschmelzen.
Wenn das geschmolzenen Material mit der Gefäßwand 3, der Innenfläche des
Abstichtrichters 2 und dem Anfahrstab 19 in Berührung kommt,
beginnt es zum Pfannenbären 14 zu
erstarren. Wie 10 zeigt, entsteht im Anfangsstadium
des Schmelzen ein Zustand, in welchem auf einer dicken Ofenbärenschicht
festes und geschmolzenes Material 13 miteinander vermischt
sind. Mit fortschreitendem Schmelzvorgang wird das gesamte chargierte
Material 13 geschmolzen, wobei geschmolzenes Material verdampft
und die beim Schmelzen gebildeten Gase aus dem Badspiegel entweichen,
wie aus 8 ersichtlich ist. Durch den
nach oben sich vergrößerten Durchmesser
der Ofengefäßwand 3 wird
den aufsteigenden Metalldämpfen
und Gasen kein Widerstand entgegengesetzt. Dadurch kann oberhalb
des Badspiegels kaum verdampfendes Material 13 sich an
der Gefäßwand absetzen
und die Gesamtmenge der beim Schmelzen gebildeten Gase aus der Schmelze
entfernt werden. Zur Durchführung
des Abstichs des geschmolzenen Materials 13 wird die Energiezufuhr von
der Abstich-Spannungsquelle 8 zur Induktionsspule 6 vergrößert, um
den Ofenbären 14 zu
schmelzen.
-
Sobald
geschmolzenes Material in die am Anfahrstab vorhandenen konische
Aufnahmebohrung 19a gelangt und dort erstarrt, wird der
Anfahrstab 19 nach unten abgesenkt, wobei das erstarrende
Material dieser Absengbewegung folgt. Im Induktionskurzschlußabschnitt 2b des
Abstichtrichters 2 wird der Erstarrungsvorgang so beschleunigt,
daß an der
Austrittsöffnung
des Abstichtrichters das geschmolzene Materials 13 den
gewünschten
Erstarrungszustand erreicht hat, wie 11 zeigt.
-
Wie
bereits beschrieben, weist der Induktionsofen gemäß der zweiten
Ausführungsform
den Anfahrstab 19 und die Absenkvorrichtung 20 auf,
um das geschmolzene Material 13 im gewünschten Erstarrungszustand
aus dem Ofen nach unten abzusenken.
-
Anstatt
der Induktionsspulen 5 und 6 wird eine einzige
Induktionsspuleneinheit 16 und anstatt der Spannungsquellen 7 und 8 eine
einzige Spannungsquelleneinheit 17 bevorzugt.
-
Wie 12(A) zeigt, weist das Ofengefäß 31 des
Induktionsofens der dritten Ausführungsform
die zylindrische Ofenwand 33 mit der um diese gewundenen
Induktionsspule 38 und den plattenförmigen Boden 34 auf
und ist aus mehreren längs geschlitzten,
leitenden Segmenten zusammengesetzt, welche in Umfangsrichtung gegeneinander
isoliert angeordnet sind.
-
Der
Ofenboden 34 weist eine umgekehrt konische Bohrung 25 auf,
in welcher der mit einem Abstichtrichter 21 ausgerüstete Abstichmechanismus 30 angeordnet
ist.
-
Wie 12(B) zeigt, ist der obere Abschnitt des
Abstichtrichters 21 in der Bohrung 25 befestigt. Der
Abstichtrichter weist 21 einen kanalförmigen Einlaufabschnitt 21a auf,
dessen Bohrung sich nach unten bis auf einen bestimmten Durchmesser
verjüngt und
von diesem in den zylindrischen Auslaufabschnitt 21b übergeht.
Der Abstichtrichter hat L-förmigen Querschnitt.
-
Wie 12(C) zeigt, ist der Abstichtrichter 21 durch
axial sich erstreckende Schlitze 22 in mehrere elektrisch
leitende Segmente 21s unterteilt. Jedes dieser Segmente 21s ist
hohl geformt, um einen Kühlwasserkanal 21c zu
erhalten. Am Ende des Kühlwasserkanals 21c sind
eine Zuflußleitung 21e und
eine Abflußleitung 21f angeschlossen,
wie aus 13 ersichtlich ist.
-
Um
den Auslaufabschnitt 21b und den Einlaufabschnitt 21a des
Abstichtrichters 21 ist eine Induktionsspule 26a bzw. 26b angeordnet.
Diese beiden Induktionsspulen 26a und 26b sind
an eine Abstich-Spannungsquelle 28 angeschlossen, welche eine
entsprechende Wechselspannung erzeugt. Diese Spannungsquelle 28 ist
unterteilt in einen Abschnitt 23 zur Erzeugung einer Wechselspannung
mit einer bestimmten Frequenz, welche das Erstarren des geschmolzenen
Materials 13 ermöglicht,
und einen Abschnitt 24 zur Erzeugung einer Wechselspannung
mit einer anderen Frequenz, welche das erstarrte Material wieder
zum Schmelzen bringt. Die Frequenz der vom Abschnitt 24 erzeugten
Wechselspannung ist größer als
die Frequenz der vom Abschnitt 23 erzeugten Wechselspannung.
Die Spannungsquelle 28 ist an eine Steuereinheit 29 angeschlossen,
welche das Umschalten vom Abschnitt 23 auf den Abschnitt 24 und
umgekehrt vornimmt.
-
Zur
Durchführung
des Abschmelzens und des Abstichs wird die um die Ofenwand 33 gewundene
Induktionsspule 38 erregt, wie 12(A) zeigt. Wenn
einer bestimmter Schmelzzustand erreicht ist, wird der Abstich eingeleitet.
-
Wie 13 zeigt,
werden dafür
die Induktionsspulen 26a und 26b vom Abschnitt 24 der
Spannungsquelle 28 mit der Hochfrequenzwechselspannung
gespeist. Daraufhin erzeugt die untere Induktionsspule 26a ein
wechselndes Hochfrequenzmagnetfeld 9. Dieses wechselnde
Hochfrequenzmagnetfeld 9 induziert nur in der auf der Innenfläche des Auslaufabschnitts 21b vorhandenen
dünnen
Erstarrungsschicht (Eindringtiefe) Wirbelströme. Mit steigender Stromdichte
in der dünnen
Erstarrungsschicht beginnt das im Auslaufabschnitt 21b des
Abstichtrichters 21 erstarrte Material wieder zu schmelzen,
tropft nach unten und legt die Abstichöffnung frei. Währenddessen
induziert die obere Induktionsspule 26b Wirbelströme in der
auf der Innenfläche des
Einlaufabschnitts 21a vorhandenen und mit den leitenden
Segmenten 21s in Berührung
stehenden dünnen
Erstarrungsschicht. Infolge seiner Pseudo-Wärmeisolierwirkung
beginnt der Ofenbär 35 an der
mit dem geschmolzenen Material in Berührung stehenden Grenzfläche zu schmelzen,
wie aus 12(A) zu erkennen ist. Mit
anderen Worten, der Teil des mit den leitenden Segmenten 21s in
Berührung
stehenden geschmolzenen Materials wird induktiv erwärmt und
dadurch zu einer Pseudo-Wärmeisolierschicht,
welche eine Wärmeübertragung
in die leitenden Segment 21s verhindert und an der Erstarrungsgrenzfläche 35'' zur Fortsetzung des Schmelzens
beiträgt.
-
Die
Bewegung des geschmolzenen Materials in diesem Bereich trägt ebenfalls
zur Verkleinerung des Ofenbären 35 im
Einlaufabschnitt 21a des Abstichtrichters 21 bei,
doch auch im Auslaufabschnitt 21b wird die Dicke des Ofenbären abgebaut und
Reste davon werden durch den Druck des geschmolzenen Materials beim
Abstich mit ausgetragen.
-
Zum
Stoppen des Abstichs werden von der Schmelz-Spannungsquelle 24 die
am Auslaufabschnitt 21b angeordnete Induktionsspule 26a und
die am Einlaufabschnitt 21a angeordnete Induktionsspule 26b mit
einer Wechselspannung mit der üblichen niedrigen
Frequenz gespeist. Das von dieser Niederfrequenzspannung erzeugte
Niederfrequenzmagnetfeld induziert Wirbelströme, welche von außen her tief
in das geschmolzene Material eindringen. Dadurch wird die Stromdichte
verringert, welche mehr als die induktive Erwärmung einen magnetischen Druck
entstehen läßt. Dieser
wiederum bewirkt einerseits eine Verringerung der Fließgeschwindigkeit
des geschmolzenen Materials im Auslaufabschnitt 21b und
andererseits das Aufsteigen des geschmolzenen Materials im Einlaufabschnitt 21a.
Durch diese Wirkung wird der Druck nach unten und somit die Abstichmenge
an geschmolzenem Material verringert.
-
Mit
abnehmender Abstichmenge an geschmolzenem Material im Abstichtrichter 21 wird
von diesem Material weniger Energie abgegeben, so daß dieses
von den leitenden Segmenten 21s aus im Einlaufabschnitt 21a zu
erstarren beginnt. Dadurch wird die Menge an geschmolzenem Material
in diesem Abschnitt weiter verringert und der Abstich gestoppt. Auch
eine Unterbrechung der von der Schmelz-Spannungsquelle 24 gelieferten
Hochfrequenzspannung führt
zu einem ähnlichen
Effekt. In diesem Fall wird die Schichtdicke des Ofenbären im Einlaufabschnitt 21a vergrößert, die
Abstichöffnung im
Auslaufabschnitt 21b vom Ofenbären allmählich geschlossen und dadurch
der Abstich wie im erstgenannten Fall gestoppt.
-
Die
Ofenwand 33 erstreckt sich senkrecht nach oben, doch diese
Konstruktion stellt keine Beschränkung
dar. Die Ofenwand 33 kann auch so konfiguriert werden,
daß der
Durchmesser des Ofengefäßes vom
Ofenboden 34 aus nach oben größer wird und dadurch die Ofenwand 33 geneigt
ist. Diese Konstruktion bewirkt eine Verringerung der an der Ofenwand 33 sich
absetzenden Menge an geschmolzenem Material 13 und ein
vollständiges
Entfernen der im geschmolzenen Material erzeugten Gase.
-
Zu
einem Induktionsofen gehören
ein Ofengefäß mit einer
schräg
nach oben sich erstreckenden Seitenwand in Form eines umgekehrten
Kegels, welche durch Längsschlitze
in mehrere gegeneinander isolierte, leitende Segmente unterteilt
ist, eine um die Peripherie der Seitenwand angeordnete erste Induktionsspule
zum induktiven Erwärmen
des in das Ofengefäß chargierten
Materials und eine Schmelz-Spannungsquelle zum Speisen der ersten Induktionsspule
mit einer Wechselspannung.