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Elektrischer Induktionsofen, insbesondere zum Schmelzen und Raffinieren
von Stahl Es sind elektrische Induktionsöfen bekannt; die über die ganze Höhe des
Schmelztiegels mit einer Zylinderspule umgeben sind. Diese Öfen haben beim Raffinieren
vorn Stahl o. dgl. den Nachteil, daß leicht ein Durchbrechen der auf dem Metall
ruhenden Schlackenschicht eintritt; die Wirbelung kann so stark werden, daß in der
Mitte der Badoberflächeeine Sprudelwirkung auftritt. Der auf diese Weise erzielte
Luftzutritt zum flüssigen Metall ist häufig schädlich und macht das Bearbeiten in
solchen Öfen unmöglich bzw. zwingt zu Spezialeinrichtungen. Es ist ferner bekannt,
drei übereinander angeordnete Zylinderspulen eines Induktionsofens mittels Drehstromes
zu betreiben. Hierbei ergeben sich infolge der notwendigen Höhe ungünstige Tiegelabmessungen.
Es ist weiterhin ein elektrisches Dreh-und Mischgießverfahren bekanntgeworden, bei
dem das flüssige Metall in der Form während bzw. nach Ausführung des Gusses einem
elektrischen Drehfeld ausgesetzt wird. Schließlich ist auch noch einelektrischer
Induktionsofen bekanntgeworden, bei dem der zylindrische oder kegelstumpfartige
Tiegel in seinem unteren Teil von einer zylindrischen Spule umgeben ist, die eine
zum Badspiegel senkrechte Badbewegung hervorruft, während am oberen Teil des Schmelztiegels
in der Nähe des Badspiegels eine kreisende Badbewegung erzeugende Spulen vorgesehen
sind, die die intensive Durchmischung der Schmelze bis zur Oberfläche unterstützen
soll.
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Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Induktionsofeln,
der insbesondere zum Schmelzen und Raffinieren von Stahl geeignet ist. Gemäß der
Erfindung ist der obere, den Badspiegel bergende Teil des zylindrischen Schmelztiegels
trichterförmig erweitert und der Einwirkung eines elektrischen Drehfeldes ausgesetzt,
das, in einer zum Badspiegel parallelen Ebene verlaufend, in der oberen Badschicht
eine solche kreisende Radbewegungerzeugt, daß die von, der den unteren Teil des
Tiegels umgebenden zylindrischen Spule hervorgerufene, zum Badspiegel senkrechte
Badbewegung derart gedämpft und begrenzt wird, daß einerseits unterhalb des Badspiegels
eine kräftige B:addurchmischungerzielt, andererseits eine Durehbrechung der Schlackenschicht
auf dem Badspiegel und damit ein, Luftzutritt zum Bad zuverlässig verhindert wird.
Zur Erzeugung des Drehfeldes wird der obere Teil des Schmelztiegels zweckmäßig von
einem Ring aus lamelliertem Eisen umgeben, der einzelne auf den Schmelztiegel zu
gerichtete Polkerne besitzt. Auf diesen sind die zur Erzeugung der elektromagnetischen
Felder vorgesehenen Spulen angeordnet.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ofenausbildung und Abstimmung der
Felder der
Spulen aufeinander besteht darin, daß eine im Verhältnis
zum Tiegelinhalt besonders große, für die Durchführung des Raffinierens von Stahl
besonders günstige, von Schlacke bedeckte Badoberfläche erzielt wird, die trotz
gründlicher Durchmischung des Bades und guter Wechselwirkung zwischen Schlackenschicht
und geschmolzenem Gut nicht durchbrochen wird und somit das Eindringen von Luftsauerstoff
in die Schmelze verhindert. Auch wird auf diese Weise vermieden, daß Schlackenteile
infolge der Badbewegung an der Tiegelwandung mit nach unten gerissen werden, sich
an tiefer gelegenen Stellen an der Tiegelwandung festsetzen und ihre Verunreinigungen
an das reine Metallbad abgeben.
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Der Schmelztiegel des neuen Ofens kann aus feuerfestem Ton, Schamotte
oder :einem anderen mit Sand vermischten hochhitzebeständigen Werkstoff bc steli2
n. Die zylindrische Spule kann außen von Jochen aus lamelliertem Eisen umgeben sein;
zweckmäßig wird die Anzahl der Joche der Polkernzahl der für die Erzeugung des Drehfeldes
vorgesehenen Einrichtung angepaßt. Die Polkerne werden zweckmäßig mit den Jochen
verbunden. Die Polkerne werden über dein Umfang des Ofens gleichmäßig verteilt.
Ihre Anzahl entspricht zweckmäßig einem Vielfachen der Phasen des Stromes, mit dem
die Einrichtung gespeist wird. Bei einem dreiphasigen Ofen können z. B. sechs Pole
vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es stellen dar: Abb. i einen Querschnitt durch den neuen Ofen,
Abb.2 eine perspektivische Ansicht auf die Ausbildung eines Polkernes und der daran
anschließenden Teile.
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Der Schmelztiegel i ist mit seinem unteren Teil im wesentlichen zylindrisch
gestaltet, während er sich von einer bestimmten Höhe ab nach oben zu stark trichterförmig
verbreitert. Mit 2 ist die Schmelzbadoberfläche angedeutet. Der zylindrische Teil
des Tiegels ist mit einer einphasig angeschlossenen Induktionsspule 3 umgeben, die
in an sich bekannter Weise als mit einer Flüssigkeit gekühltes Rohr ausgebildet
sein kann. Außerhalb dieser Spule befinden sich Eisenjoche 4, die senkrecht gerichtet
und in bestimmten Abständen voneinander angeordnet sind. Die Joche dienen als magnetischer
Schirm und sollen die Kraftlinien in vorgeschriebene Bahnen führen.
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Der obere verbreiterte Teil des Tiegels ist mit einem ringförmigen
Joch 6 aus lamelliertem Eisen umgeben. Der Ring besitzt ' nach innen zu gerichtete
Polkerne 5, die von Flachspulen 8 derart umgeben sind, daß ein Mebrp'hasensystem
gebildet wird, durch das der obere Teil der Beschickung einem sich drehenden magnetischen
Feld ausgesetzt wird. An Stelle der Flachspulen können zur Umwicklung der Polherne
auch gewöhnliche Zylinderspulen verwendet werden. Die Polkerne sind gleichmäßig
um den Umfang des Tiegels verteilt, und ihre Anzahl entspricht einem Vielfachen
der zur Verfügung stehenden Phasen der Stromquelle. Bei Verwendung eines dreiphasigen
Anschlusses sind daher zweckmäßig drei oder sechs Pole vorzusehen.
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Das Ende des Poles 5 bildet einen magnetischen Fortsatz des oberen
Endes des joches4, und zwar ist die Verbindung durch ein Bündel von schematisch
angedeuteten Eisendrähten 7 hergestellt, die durch Stützen i i gehalten werden.
Die Länge dieses Drahtbündels entspricht der Breite des Polkernes. Es ist nicht
unbedingt notwendig, daß die Anzahl der Joche 4 der Anzahl der Pole 5 entspricht,
denn es können besondere Blechpakete zwischen den Polen angeordnet sein, die sticht
mit den Polen in Verbindung zu stehen brauchen. Zwischen dem Eisenpaket 4. und den
Polen ist eine Unterstützungsvorrichtung angeordnet, die mit Asbest belegt sein
kann. Die Spulen 3 und 8 können in beliebiger Weise in ihrer Lage festgehalten sein,
und das Mauerwerk 13 zwischen der Beschickung und den Spulen 3, 8 oder den
Drähten 7 kann in ebenfalls bekannter Weise leicht gegen Durchbrüche dicht gehalten
werden. Der ganze Ofen ist in einem Gehäuse 12 untergebracht, welches aus Stahl
bestehen kann. Wenn man mit dem Gehäuse gleichzeitig eine Abschirmung des Außenraumes
gegenüber den elektromagnetischen Feldern erzielen will, so stellt man das Gehäuse
aus einem elektrisch gut leitenden und wnmagnetischen Werkstoff, wie z. B. Kupfer,
her.
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Aus Abb. 2 ist der Aufbau der Spule 8 sowie der des Polkernes 5 näher
zu ersehen. Das Drahtbündel 7 nach Abb. i ist zur Erhöhung der Deutlichkeit in Abb.2
nicht mit eingezeichnet, dagegen seine Stützen i i sowie das obere Ende des unterteilten
Joches 4.
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Die Spulen 3 und 8 können an die gleichen Stromquellen angeschlossen
sein; die zylindrische Spule 3 kann jedoch auch an einer besonderen Einphasenleitung
solcher Frequenz angeschlossen sein, daß eine möglichst intensive Schmelzung der
zunächst noch festen Beschickung erzielt wird.