DE935452C

DE935452C - Induktions-Tiegelofen mit hoher Schmelzleistung

Info

Publication number: DE935452C
Application number: DEB21670A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr-Ing Brokmeier; Carsten Dipl-Phys Eden; Walter Dr Phil Habil Geffcken
Original assignee: BROWN
Current assignee: BROWN
Priority date: 1952-08-20
Filing date: 1952-08-20
Publication date: 1955-11-17

Description

Induktions -Tiegelofen mit hoher Schmelzleistung Die Anwendung der Induktionsbeheizung auf Schmelzöfen hat zur Bildung der verschiedensten Ofentypen geführt. Bei der Verwendung von Netzfrequenz sind dabei zwei prinzipielle Typen hervorgetreten z. der Netzfrequenz-Induktions-Rinnenschmelzofen und z. der Netzfrequenz-Induktions-Tiegelschmelzofen.
Die technischen Anforderungen zu immer höheren Schmelzleistungen können von beiden Bauarten nur begrenzt befriedigt werden. Beim Binnenschmelzofen ist die Schmelzleistung durch die mögliche Binnenbelastung begrenzt. Bei den Netzfrequenz-Tiegelschmelzöfen ergibt sich eine Grenze der spezifischen Schmelzleistung durch die auftretende Badbewegung.
Unter dem Begriff spezifische Schmelzleistung soll dabei das Verhältnis Schmelzleistung zu Fassungsvermögen verstanden werden. Dieses Verhältnis kann auch durch die Schmelzzeit gekennzeichnet werden, -die erforderlich ist, um die gesamte Charge vom kalten Zustand aus bei gleichbleibender zugeführter Leistung zu erschmelzen. Die Bestrebungen beim Bau von Induktions-Tiegelöfen gehen dahin, zu immer kürzeren Schmelzzeiten zu gelangen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird teilweise der Weg zu höheren Arbeitsfrequenzen gewählt. Abgesehen davon, daB dadurch steigende Anschaffungskosten. bedingt sind, sinkt die durch den Energieverbrauch hauptsächlich bedingte Wirtschaftlichkeit besonders dann, wenn man gezwungen wird, entweder das Gebiet der Netzfrequenz zu verlassen und den Übergang zu Mittel-bzw. Hochfrequenzanlagen zu wählen.
Die in dem Schmelzgut entstehenden Kraftwirkungen sind der Dichte der magnetischen Kraftlinien und der Leitfähigkeit des betreffenden Materials proportional. Diese Kräfte sind senkrecht zu den Kraftlinien gerichtet.
In der Fig. i ist ein Induktions-Tiegelofen der üblichen Bauart schematisch im Schnitt dargestellt. Darin bedeutet i den Tiegel, 2 das Schmelzbad und 3 die Induktorspule. Durch den Zeiger 2 ist die Dichte und Richtung der gestrichelt angedeuteten magnetischen Kraftlinien und durch den Zeiger P die Richtung der durch das Magnetfeld verursachten Kräfte dargestellt.
Diese Kräfte sind radial nach innen gerichtet, sie wirken also im Sinne einer von der Mitte der Spule ausgehenden Einschnürung des Bades- und erzeugen eine Wölbung des Ballspiegels nach oben. Bei einer Steigerung der von der Spule auf das Bad übertragenen Leistung wird diese Wölbung immer stärker und geht schließlich in eine sprudelnde Bewegung über.
Es ist bereits bekannt, daß man der Ballbewegung durch eine Bauart des Ofens begegnen kann, bei der der Ballspiegel ein beträchtliches Stück oberhalb- der Induktorspule liegt. Durch das Eigengewicht des Bades wird dann eine zu starke Badbewegung verhindert. Dadurch, d.a,ß dabei im wesentlichen nur der untere Teil des Bades beheizt werden kann, ist auch bei dieser Anordnung der Abkürzung der Schmelzzeit eine Grenze gesetzt.
Es ist auch bekannt, die Ballbewegung dadurch zu verringern, daß man die Induktorspule so anordnet, daß sie den Ballspiegel erheblich überragt. Aber auch diese Maßnahme ist nur begrenzt wirksam.
Die Erfindung sieht zur Vermeidung dieser Nachteile eine andere Bauart für einen Tiegelschmelzofen vor. Der Tiegel erhält dabei die Form einer geschlossenen Trommel mit waagerechter oder angenähert waagerechter Achse. Etwa in der Mitte des Tiegels ist eine Beschickungsöffnung und eine Gießschnauze vorgesehen. Die Beheizung des Tiegels erfolgt dabei durch zwei koaxial angeordneten, beiderseits dieser Öffnung, liegenden Induktorspulen.
Ein Ofen nach der Erfindung ist in der Fig. 2 in senkrechtem Schnitt und in der Fig. 3 in Draufsicht dargestellt. Es bedeutet wieder i den Tiegel und 2 das Schmelzbad. 3" und 31, sind die beiden, beispielsweise- in Reihe geschalteten Induktorspulen. Der trommelförmige in den Lagern q. drehbare Tiegel ist mit der Beschickungsöffnung 5 und der Gießschnauze 6 versehen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Anordnung so getroffen, daß der Ballspiegel unter der Beschickungsöffnung bzw. in der Nähe dieser Stelle auch bei höchster Leistungskonzentration- ruhig bleibt. Würde man die beiden Spulen so nahe aneinander rücken, daß sie wie eine Spule wirken, so würden sie nach dem oben Gesagten eine Einschnürung des Bades bzw. eine Wölbung des Ballspiegels nach unten in der Mitte der Spule bewirken. Würde man dagegen die beiden Spulen weit auseinanderziehen, so würden sie in der Mitte des Zwischenraumes, also in der Nähe der Beschickungsöffnung eine Wölbung des Ballspiegels nach oben erzeugen. Erfindungsgemäß wird die Bemessung und der Abstand der Spulen so gewählt, daß diese beiden Wirkungen sich gerade aufheben, so d.aß der Ballspiegel unter der Beschickungsöffnung auch bei höchster spezifischer Schmelzleistung ruhig bleibt.
Die Erfindung ist nicht an die in dem Ausführungsbeispiel dargestellte Form gebunden.
Zum Beispiel können zur Verstärkung des Kraftfeldes Joche aus ferromagnetischem Material, insbesondere Transformatorenbleohen, vorgesehen sein, durch die der von den magnetischen Kraftlinien zu überwindende Widerstand verringert wird und die Form des Magnetfeldes dem gewünschten Zweck entsprechend beeinflußt werden kann.
Ferner braucht der Schmelztiegel nicht zylindrisch zu sein, sondern kann sich z. B. nach den Enden zu konisch verjüngen oder faßförmig ausgebildet sein. Der Querschnitt kann kreisförmig, viereckig, oval oder sonst beliebig gestaltet sein. Die Induktorspulen können, ebenfalls konisch geformt sein und/oder an einzelnen Stellen ihrer Länge durch dichtere Anordnung der Windungen bzw. durch die Anordnung mehrerer Lagen von Windungen in ihrer Wirkung verstärkt sein.
Die Spulen können auch Anzapfungen besitzen oder aus zwei oder mehreren Teilspulen bestehen. Sie, können auch durch Ströme verschiedener Phasenlage gespeist werden.
Durch geeignete Wahl- der Größen- und Abstandsverhältnisse läßt sich stets ein einwandfreier Schmelz- und Gießbetrieb bei ruhigem Ballspiegel trotz hoher Leistungskonzentration, also kurzer Schmelzzeit, erreichen.
Der Tiegel kann dabei sowohl aus einem feuerfesten Isoliermaterial als auch aus Stahl mit einer zweckentsprechdnden isolierenden Umhüllung bestehen.
Wenn durch die Erfindung auch in erster Linie eine Abkürzung der spezifischen Schmelzzeit bei Niederfrequenzöfen bezweckt wird, so kann sie doch auch mit Vorteil bei Öfen angewandt werden, die mit höheren Frequenzen betrieben werden. Sie gestattet dabei entweder die Wahl einer niedrigeren Frequenz zur Erreichung einer bestimmten Schmelzzeit oder sie ermöglicht bei einer gegebenen Frequenz eine- weitere Abkürzung der Schmelzzeit.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Induktions-Tiegelofen hoher Schmelzleistung, dadurch- gekennzeichnet, daß der Tiegel die Form einer .geschlossenen Trommel mit im wesentlichen waagerechter Achse hat, drehbar gelagert ist, etwa. in der Mitte mit einer Beschickungsöffnung und einer Gießschnauze versehen ist und durch zwei beiderseits der Beschickungsöffnung koaxial angeordnete Induktorspulen beheizbar ist.
2. Induktions-Tiegelofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und der gegenseitige Abstand der Spule derart gewählt ist, daß in der Nähe der Beschickungsöffnung diejenigen Kräfte, die einerseits eine Wölbung des Badspiegels nach unten und andererseits eine Wölbung des Badspiegels nach oben bewirken würden, sich im wesentlichen aufheben.
3. Induktions-Tiegelofen nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Joche aus ferromagnetischem Material, insbesondere Transdormatorenblechen, vorgesehen sind, die den von den Kraftlinien zu überwindenden magnetischen Widerstand verringern und die Ausbildung eines solchen Magnetfeldes unterstützen, das für die Badbeauhigung geeignet gestaltet ist. q..
Induktions-Tiegelofen nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen Anzapfungen haben. und/ oder aus zwei oder mehreren Teilspulen bestehen.
5. Induktions-Tiegelofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, d.aß die. Spulen oder Teilspulen durch Ströme verschiedener Phasenlagen gespeist sind.