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Elektrischer Schmelzofen mit Wirbelstromumrührung des Bades durch
unterhalb des Ofenbodens angebrachte Umrührvorrichtungen Um mit Hilfe von elektrodynamischen
Kräften das Bad in elektrischen Schmelzöfen umzurühren, kann man sich verschiedener
elektrischer Anordnungen bedienen. So wurde vorgeschlagen, feste, an Wechselstrom
angeschlossene Spulen unterhalb des Ofenbodens anzuordnen. Die Spulen sind hierbei
in der Regel mit Eisenkernen versehen und werden mit zwei- oder dreiphasigem Wechselstrom
gespeist. Die wirkungsvollste Umrührung der Schmelze wird hierbei erreicht, wenn
diese veranlaßt wird, im wesentlichen eine Bewegung auszuführen, die in Abb. i der
Zeichnung dargestellt ist. Hier ist ersichtlich, wie die Schmelze diametral über
den mittleren Teil des Ofens getrieben wird, was unter beschleunigter Bewegung erfolgt,
und darauf gegen das Ofenfutter stößt, wo sie gezwungen wird, nach beiden Seiten
entlang der Ofenwand abzubiegen, um dort verzögert zu werden. Die auf diese Weise
entstehende Wirbelbildung bringt die Mischung zwischen der oberen und unteren Schicht
der Schmelze zustande, die notwendig ist zur Erzielung zufriedenstellender metallurgischer
Ergebnisse und die der eigentliche Zweck des Umrührens ist.
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Es zeigt sich indessen, daß die Anordnung mit der Umrührspule und
dem dazugehörigen Umformeraggregat ziemlich teuer wird, da für das Umrühren ein
sehr niedrig frequenter Strom erforderlich ist, dessen Erzeugung ein kostspieliges
Umformeraggregat erfordert. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung,
bei der dieses Aggregat vollkommen entbehrlich wird.
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Die vorliegende Erfindung, die sowohl bei elektrischen Lichtbogenöfen
als auch bei Hochfrequenzöfen anwendbar ist, in denen das Bad einer Wirbelstromumrührung
durch
unter-halb des Bodens angebrachte Umrührvorrichtungen unterworfen wird, die im Bad
einen niedrigfrequenten Strom induzieren, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein oder
mehrere Magnetsysteme mit einem oder mit mehreren Tolpaaren dicht unterhalb des
Ofenbodens rotieren, wobei die Rotationsachsen der Magnetsysteme sowohl mit der
Ofensymmetrieachse zusammenfallen als auch ekzentrisch zu ihr in einem spitzen Winkel
stehen können.
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Auf den Zeichnungen sind drei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt. Abb. i zeigt, wie erwähnt, das gewünschte Strömungsbild in der Schmelze,
Abb. 2 eine Ausführungsform mit einem mit der Ofenachse konzentrischen Magnetsystem;
eine andere Ausführungsform geht aus Abb. 3 hervor, in der ein Magnetsystern
dargestellt ist, das exzentrisch zur Ofenachse rotiert; die Abb. 4 und
5 zeigen im Schnitt bzw. in der Ansicht von unten die Anordnung von zwei
in entgegengesetzten Umdrühungsrichtungen rotierenden Magnetsystemen.
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Bei der Verwendung eines gleichgtromerregten Magnetsystems ist es
naheliegend, dieses mehrpolig auszuführen, z. B. vier- oder sechspolig, wobei die
Pole im gleichen Abstand von der Ofenachse und um diese rotierend angeordnet sind.
Abb. 2 zeigt schematisch. eine vierpolige wahlweise Ausführung, bei der die vier
Pole i bis 4 auf einem Ring 5 angeordnet sind, wobei die Pole mit wechselnder
Polarität erregt sind. Der Ring 5 kann vermittels einer nicht gezeigten Antriebsvorrichtung
konzentrisch zur Achse des zylinderförmigen Ofens 6 in Rotation versetzt
werden. Dureffi diese Anordnung wird indessen die Schmelze nach einer gewissen Zeit
in eine konstante wirbelfreie Drehbewegung versetzt, und eine Mischung der oberen
und unteren Schicht der Schmelze findet nicht statt. Auf diese Weise erhält man
also kein Strömungsbild gemäß Abb. i. Um Wirbel zu erzeugen, kann man jedoch die
Bewegungsrichtung des Magnetsysterns regelmäßig umkehren, was aber recht unbequem
ist, da das rotierende System ein großes Trägheitsmoment hat.
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Eine bessere Lösung ist es, gemäß Abb. 3 ein ähnliches mehrpoliges,
rotierendes Magnetsystem mit erheblicher Exzentrizität gegenüber der Ofenachse vorzusehen.
Das Magnetsystem kann zweckmäßigerweise vier oder sechs Pole haben, das erste, dargestellt
in Abb. 3, bei dem vier Pole i bis 4 mit abwechselnder Polarität
- auf dem Ring 5 befestigt sind, der dazu bestimmt ist, um eine gedachte,
durch die Schmelze gehende Achse zu rotieren, die nicht mit der Achse des Ofens
6 zusammenfällt. Hierhei wird jedoch ein zu großer Teil der Kraftlinien unwirksam,
und der Durchmesser des Polsystems wird unbequem groß, wodurch die Konstruktion
unförmig wird.
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Eine wirkungsvollere Anordnung als nach Abb. 3
erhält man durch
die Kombination zweier Magnetsysteme mit geringer Polzahl, beispielsweise mit
je
zwei Polen, wobei der Abstand zwischen den Schnittpunkten der Rotationsachsen
mit dem Ofenboden ungefähr gleich dem doppelten Abstand zwischen diesen Rotationsachsen
und der Achse eines zugehörigen Pols ist. Diese Ausführungsform ist in Abb. 4 dargestellt.
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In Abb. 4 bezeichnet i das Mauerwerk des Ofens, der bis zu einer verhältnismäßig
geringen Höhe mit der Schmelze 2 gefüllt ist, und 3 einen das Mauerwerk umgebenden
Blechmantel, der unter dem Ofenboden, der zweckmäßigerweise einen Teil einer Kugelfläche
bildet, aus unmagnetischem Material besteht.
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Unter dem Boden sind zwei Magnetsysteme 4 und 5 angeordnet.
jedes Magnetsystem besteht aus zwei gleichstromerregten Polen mit Polschuhen von
solcher Formgebung und Anordnung, daß der Luftspalt zwischen diesen und dem Ofenboden
im wesentlichen gleichbleibt. Die Rotationsachsen der Magnetsysteme sind hierbei
ungefähr gegen den Mittelpunkt der Kugelflächt des Bodens gerichtet.
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In der Abbildung si nd die Pole 6 und 7 des MagnetsYstcms
4 mit den Spulen 8 bzw. 9 und die Rotationsachse io des Systems gezeigt.
Das andere Magnetsystem 5 steht in der dargestellten Lage rechtwinklig zum
Magnetsystem 4. Seine Rotationsachse ist mit 13 und der sichtbare Pol mit ii bezeichnet.
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In Abb. 5 ist die Lage der beiden Magnetsysteme in einem bestimmten
Augenblick dargestellt, und die Bezeichnungen entsprechen denen in Abb. 4. Die Pole
des Magnetsysterns 5 sind mit 14 und 15 und die Spulen mit ii und 12 bezeichnet.
Die beiden Systeme sind für synchronen Antrieb mit einer solchen gegenseitigen Kupplung
bestimmt, daß die Pole des einen Systems in die Pollücken des anderen Systems in
der gleichen Weise eingreifen wie die Zähne zweier Zahnräder. Dadurch werden in
der Schmelze zwei ineinander eingreifende Rotationsbewegungen erzielt, so daß sie
im wesentlichen auf dieselbe Weise beschleunigt und verzögert werden, wie in Abb.
i gezeigt. Dadurch, daß die Bodenschicht der Schmelze eine stärker beschleunigte
Bewegung erhält als ihre obere Schicht, wird außerdem eine wirkungsvolle Mischung
zwischen diesen Schichten erreicht. Die Rotationsperiodenzahl des Systems kann bei
großen Ofen mit Vorteil niedrig, etwa i bis 2 Perioden pro Sekunde, gewählt werden.