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Trommelförmiger Niederfrequenz-Induktionsofen Die Erfindung betrifft
einen Niederfrequenz-Induktionsofen, insbesondere zum Schmelzen von Metallen.
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Der Ofen ist mit einem trommelförmigen bzw. zylindrischen Herd ausgerüstet,
an dessen Umfang Schmelzrinnen auswechselbar vorgesehen sind.
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Es ist bekannt, diesen trommelförmigen Induktionsöfen zwei seitliche
Induktionseinheiten zuzuordnen.
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Ferner sind Niederfrequenz-Induktionsöfen mit stehendem, rundem Herd
bekannt, bei denen die Induktionseinheiten gleichmäßig am Umfang des Herdes verteilt
sind und miteinander gleiche Abstände bilden.
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Es ist des ferneren bekannt, drei Schmelzrinnen in Dreieckform oder
in gerader Aufeinanderfolge oder in gleichmäßiger Verteilung urimittelbar unterhalb
des Schmelzherdes eines Niederfrequenz-Induktionsofens- vorzusehen.
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Die Erfindung unterscheidet sich von diesen bekannten Niederfrequenz-Induktionsöfen
dadurch, daß eine oder mehrere Gruppen, bestehend aus drei Induktions-Schmelzrinnen
derart am Umfang eines liegenden trommelförmigen Herdes vorgesehen sind, daß die
mittlere Induktions-Schmelzrinne jeder Gruppe sich durch die senkrechte Mittelebene
des Ofens erstreckt, während die seitlichen Induktions-Schmelzrinnen dieser Gruppe
in einem spitzen Winkel zur senkrechten Ofenmittelebene geneigt sind.
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Die Achsen, welche sich durch die Mittelebenen der drei Schmelzrinnen
erstrecken, treffen sich in einem Punkte, der sich oberhalb der Mittelachse des
trommelförmigen Herdes befindet.
Die Erfindung -ist in -den Zeichnungen
-beispiels= weise dargestellt: Fig. i zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch
eine Ausführungsform des Ofens; Fig. 2 zeigt einen senkrechten Schnitt nach der
Linie 2-2 der Fig. i ; Fig. 3 zeigt eine Endansicht des Ofens von rechts gesehen;
Fig. 4, 5 und 6 zeigen Endansichten des Ofens in verschiedenen Kippstellungen; Fig.
7 und 8 zeigen im Schnitt verschiedene Betriebsstellungen des Ofens; Fig. 9 zeigt
einen senkrechten Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform des Erfinders; Fig.
io zeigt einen senkrechten Schnitt nach der Linie io-io der Fig. 9; Fig. i i zeigt
einen senkrechten Schnitt, einer weiteren Ausführungsform des Ofens, und Fig. 12
zeigt einen senkrechten Schnitt-nach der Linie 12-i2 der Fig.ii.
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Der Ofen ist gemäß Fig. i und 2 mit einem trommelförmigen oder zylindrischen
Gehäuse i versehen, das mit einem hitzebeständigen Futter 2 ausgekleidet ist; dieses
Gehäuse umschließt einen sich in waagerechter Richtung erstreckenden Herd 3.
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Eine aus drei Induktions-Schmelzrinnen 4, 5, 6 bestehende Gruppe (s.
Fig. 2) ist am Umfang des Herdes angeordnet. Die normale Betriehsstellung des Ofens
ist in den Fig. i und 2 gezeigt.
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Der Ofen hat -eine obere Öffnung, die durch einen lösbaren Deckel
7 geschlossen ist. Die Ofentrommel ist an den beiden Enden mit am Umfang vorgesehenen
Führungsschienen versehen, mittels derer der Ofen .auf den Rollen 9 drehbar oder
kippbar angeordnet ist; die. Rollen sind auf einem Fundament io befestigt. Weitere
Rollen 9" verhindern. die Längsverschiebung des Ofens.
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Die Schmelzrinnen sind so. angeordnet, daß die mittlere Induktions-Schmelzringe
5 in der Normalarbeitsstellung des Ofens sich durch eine senkrechte Mittelebene
erstreckt, während die seitlichen Induktions-Schmelzrinnen 4, 6 sich durch schräge
Ebenen erstrecken, die im spitzen Winkel zu der Ofenmittelebene geneigt sind.
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Es ist eine Gruppe von drei Indüktions-Schmelzrinnen oder es sind
mehrere solcher Gruppen in der Längsrichtung des Ofens vorgesehen. In der Fig..
i sind beispielsweise zwei hintereinander angeordnete Gruppen, bestehend aus je
drei Induktions-Schmelzrinnen,- gezeigt, von denen die mit 5 bezeichneten Schmelzrinnen
sich in der senkrechten Mittelebene des Ofens befinden, während die mit 4 und 6
bezeichneten Induktions-Schmelzrinnen eine zu dieser Mittelebene geneigte symmetrische
Stellung haben.
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Diese Schmelzrinnenanordnung hat wesentliche Vorteile. -Zunächst wird
in einem verhältnismäßig beschränktem Raume eine hohe Energiekonzentration und ein
entsprechendes Schmelzvermögen entwickelt. Eine solche hohe Energiekonzentration
konnte bisher in trommelförmigen Induktionsöfen der vorliegenden Art infolge der
ungenügenden Metallbewegung in den Schmelzrinnen und durch dieselben und der dadurch
verursachten ungenügenden Wärmeverteilung nicht erzeugt werden.
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Der Anschluß der einzelnen Schmelzrinnen und Schznelzrinnengruppen
- an die einzelnen Phasen einer Dreiphasenstromquelle. ermöglicht einen zufriedenstellenden
Belastungsausgleich, zumal der Betrieb jeder Schmelzrinne gesondert kontrolliert
werden kann.
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Fernerhin bewirken drei oder mehr Schmelzrinnen eine gleichmäßige
Metallbewegung im ganzen Bad. Insbesondere erzeugen auch die seitlichen Schmelzrinnen
eine energische Bewegung in den Seitenteilen des Ofens, während die mittlere Schmelzrinne
die mittlere und die Bodenpartie des Bades in stefiger_Bewegung hält. Eine außerordentlich
befriedigende Schmelzwirkung ist die Folgeerscheinung.der Schnielzrinnenanordnung
gemäß der Erfindung.
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-Im Zusammenhang mit den obigen Darlegungen besteht jede Schmelzrinne
aus einem Schmelzkanal 12, welcher nicht direkt mit dem Herd 3 in Verbindung steht
und zweckmäßig parallel zur Längsrichtung der waagerechten Trommelachse verläuft,
sowie drei Schmelzkanälen 13, 14, 15, welche-diesen .Bodenkanal 12 mit dem Herd
verbinden. Die Schmelzkanäle 13, 14, 15 sind -in üblicher Weise von Transformatoren
umschlossen, welche aus den Primärspulen 16 aus isoliertem Kupferdraht und einem
Magnetkern 17. bestehen. Ein Gebläse i9 ist zur Kühlung der Transformatoranordnungen
vorgesehen. Dieselben sind in mit feuerfestem Futter versehenen Gehäusen i i untergebracht,
welche in Richtung der Ebenen 34 auswechselbar an das Trommelgehäuse i angeschlossen
sind.
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Der- Ofen ist in der in den Fig. i und 2 gezeigten Stellung
bis zu dem Badspiegel 18" mit geschmolzenem Metall gefüllt. Die Neigung der seitlichen
Schmelzrinnen 4, 6 ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß die Mittellinien 24 der
Schmelzkanäle in einem Punkt 2o oberhalb des geometrischen Mittelpunktes 2i des
Ofens zusammenlaufen (Fig. 2). In der Richtung der Mittellinien 24 sind Öffnungen
22 in dem Ofenumfang vorgesehen, durch welche Reinigungswerkzeuge in die Schmelzkanäle
eingeführt werden können, auch wenn dieselben mit geschmolzenem Metall gefüllt sind.
Eine Neigung von 45° hat sich für' die- seitlichen Schmelzrinnen als besonders zweckmäßig
erwiesen; bei dieser Neigung können die Schmelzkanäle gereinigt werden, ohne daß
der Ofen entleert zu werden braucht.
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Ein wesentlicher Vorteil des Ofens besteht darin, daß die Auswechslung
der Induktions-Schmelzrinnen ohne Unterbrechung des Ofenbetriebes vorgenommen werden
kann. Diese Auswechslung ercfolgt, nachdem der Ofen in eine Stellung gekippt oder
.gedreht worden ist, in der die auszuwechselnde Induktions-Schmelzrinne sich ungefähr
in der waagerechten Mittelebene des Ofens befindet und daher das geschmolzene Metall
aus der Induktions-Schmelzrinne in den Herd entleert werden kann.
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Das Kippen des Ofens wird mittels eines hydraulisch betriebenen Zylinders
23 bewirkt, der in den Fig. 4, 5, 6 gezeigt ist. Derselbe ist auf dem Fundament
io
mittels der Bolzen 63 und Ösen 25 befestigt; der Kolben 26 des Zylinders ist mit
einem Dopp.elarmhebel27 verbunden, welcher um den geometrischen Mittelpunkt des
Ofens drehbar ist. Ein kleiner hydraulischer Zylinder 28 ist vorgesehen, um den
Ofen in seiner Kippstellung zu sichern.
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Die normale Arbeitsstellung des Ofens ist in den Fig. i und 2 gezeigt.
Zum Auswechseln einer seitlich,en Schmelzrinne wird der Ofen aus der Stellung der
Fig. 2 in die in der Fig. 7 gezeigte Stellung gedreht, wobei eine entsprechende
Menge Metall aus dem Herd durch die Öffnung 6o entleert wird. In dieser Stellung
kann auch eine seitliche Schmelzrinne 6 in den Herd entleert und zur Auswechslung
von dem Gehäuse i abmontiert werden, während die Beheizung des Metallbades in den
anderen Schmelzrinnen fortgesetzt wird. Wenn die Boden-Schmelzrinne 5 ausgewechselt
werden soll, dann wird der Ofen in die Stellung der Fig. 8 gedreht; zur Auswechslung
der Seiten-Schmelzrinne 4 erfolgt die Drehung des Ofens in entgegengesetztem Sinne
zu der der Schmelzrinne 6. Der Ofen bleibt mit den anderen Schmelzrinnen, deren
Auswechslung zur Zeit nicht beabsichtigt ist, im Betrieb.
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Nach erfolgter Auswechslung der Boden-Schmelzrinne 5 wird der Ofen
in die normale Stellung zurückgedreht, und das Metallbad wieder aufgefüllt. Nachdem
diese Auffüllung erfolgt ist, kann die ausgewechselte Mittel-Schmelzrinne oder auch
eine andere Schmelzrinne. durch Drehung mit Metall gefüllt werden.
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In der gleichen Weise kann der Ofen auch von Anbeginn mit Metall gefüllt
werden. Diese Stellung ist in Fig.8 gezeigt. Nachdem der Ofen in diese Endstellung
gekippt worden ist, wird der Herd und die Schmelzrinne durch eine äußere Wärmequelle,
z. B. einen Gasbrenner, vorbeheizt. Hierauf wird geschmolzenes Metall in die untere
Schmelzrinne eingeführt. Diese Schmelzrinne kann nun durch Stromzuführung in Betrieb
genommen werden. Nun wird der Ofen allmählich in seine normale Stellung gekippt
und weiteres Metall eingeführt.
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Es ist jedenfalls immer möglich, eine Schmelzrinne und damit den Ofen,
während der Auswechslung von Schmelzrinnen im Betrieb zu erhalten; das ist wichtig,
da auf diese Weise eine Abkühlung der Ofenausfütterung verhindert wird.
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Der Deckel 7 des Ofens besteht aus vier Teilen 29, die einzeln anhebbar
sind; es genügt, zur Einführung des Metalls einen Teil anzuheben.
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Das Metall wird durch die Öffnung 61 entleert, welche an ein mit Futter
3 i versehenes Rohr 30 angeschlossen ist. Der Ofen kann 'unter völliger Kontrolle
der Entleerurigsgeschwindigkeit durch Kippen entleert werden.
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Der Ofen hat seine volle Ladung in der in Fig. 2 gezeigten Stellung.
Das geschmolzene Metall kann unter Drehung des Ofens durch das Rohr 3o entleert
werden, bis die Stellung der Fig. 7 erreicht ist, wobei die Entleerung durch das
Rohr 30 ein Ende gefunden hat. Wenn weiteres Metall entleert werden soll,
dann kann das durch die Öffnung 6o geschehen, die normalerweise geschlossen ist.
Da., Metall kann durch die Öffnung 6o entleert werden, bis der Badspiegel 18b (Fig.
8) erreicht ist. Wenn eine vollkommene Entleerung des Ofens gewünscht wird, dann
kann das durch Öffnen eines Verschlußstopfens 62 (Fig. i) erfolgen.
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Zur Entfernung der Schlacken ist ein Auslaß 32 vorgesehen; ein oder
mehrere Teile des Deckels 7 werden zweckmäßigerwei:se entfernt, bevor die Schlacken
durch diesen Auslaß entfernt werden.
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In dar in den Fig.9 und io gezeigten Ausführungsform des Ofens sind
die gleichen Bezugszahlen verwendet. Der Ofen ist auch hier mit drei Induktionseinheiten
4, 5, 6 versehen, die in gleicher Weise, wie vorbeschrieben, angeordnet sind.
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Diese Ausführungsform des Ofens eignet sich insbesondere zum Schmelzen
von Zink sowie anderen Metallprodukten, welche geeignet sind, dicke ozydische Oberflächenschichten
zu bilden.
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Der Ofen besitzt eine Füllöffnung 33. Die Schmelzrinnen haben einen
Bodenkanal i i und drei Verbindungskanäle 13, 14, 15 mit dem Herd. Während des normalen
Ofenbetriebes befindet sich der Badspiegel i8 oberhalb einer durch den Mittelpunkt
2i hindurchgehenden waagerechten Ebene. Diese Ausführungsform der Erfindung unterscheidet
sich von den vorbeschriebenen in folgender Weise.
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Rohr 35, das aus feuerfestem, stromleitendem Material, z. B. Graphit,
Kohle, Karborandum, besteht, ist in den mittleren Schmelzkanal 14 eingesetzt und
reicht in den Herd 3. Das Futter der Schmelzrinnen ist bei 36 ausgespart; daher
ist das Rohr 35 dem Einfluß des durch die Primärspule erzeugten elektromagnetischen
Kraftfeldes zugänglich gemacht. Am Ende des Rohres 35 ist ein Schutzkörper 77 vorgesehen.
Nach unten erweiterte Kanäle 38 sind in dem Herdfutter 2 vorgesehen und verlaufen
in der Richtung der seitlichen Schmelzkanäle 13, 15. Auf Grund der durch
das Rohr 35 bewirkten Verlängerung des mittleren Schmelzkanals ist das Austrittsende
des Rohres der Einwirkung des Magnetfeldes entrückt. Auf diese Weise wird eine Metallbewegung
erzeugt, welche weit in den mittleren und den oberen Teil des Herdes sich erstreckt,
von wo dieselbe dann in die Seitenkanäle 13, 15 zurückführt. Das Metall wird hierbei
in dem Schmelzkanal 14 und in dem Rohr 35 in der Richtung der Pfeile 39 aufwärts
getrieben, fließt in entgegengesetzter Richtung aus dem Herd in Richtung der Pfeile
40 und durch die Schmelzkanäle 13, 15 und von hier wiederum in den Schmelzkanal
14 zurück. In dieser Weise wird unter dem Einfluß des Magnetfeldes eine einheitlich
gerichtete Kreislaufführung des Metalls durch die Schmelzkanäle und den Herd erzeugt;
dieselbe erzeugt eine außerordentlich zufriedenstellende Gleichmäßigkeit des Metallbades.
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Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung besteht
in der allmählichen und leicht kontrollierbaren Entleerung des Metalls. Zu diesem
Zweck ist ein aus hitzebeständigem Material bestehender Körper 41 vorgesehen; derselbe
hat einen Entleerungskanal 42, der eine umgekehrt V-förmige
Gestalt-
hat und mit waagerechten Enden 44a) 44v versehen ist. Ende 44" steht mit dem waagerechten
Entlearungskanal43 in Verbindung; das andere Ende,44a ist mit einem kurzen senkrechten
Kanal 45 verbunden, welcher unterhalb des. Entleerungskanals 43 endet. Mittels dieser
Vorrichtung kann der Metallspiegel in dem Herd allmählich gesenkt werden, während
der Ofen gekippt wird, bis die waagerechte Mittelebene des Ofens erreicht ist. Der
Abstand zwischen dem obersten Teil des V-förmigen Kanals 42 und dem Entleerungskanal
45 -ist so gewählt, daß-in der Normalstellung des Ofens eine Metallentleerung aus
dem Herd unterbleibt. - -Eine dritte Ausführungsform des Ofens ist in den Fig. zr
.und 1.2 dargestellt. -Die Schmelzrinne 5 erstreckt sich in der normalen Betriebsstellung
des Ofens durch die senkrechte Mittelebene desselben; die beiden seitlichen Schmelzrinnen
4, 6 sind in der gleichen Weise angeordnet, wie vorbeschrieben.
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In der Richtung der Schmelzkanäle 13, r4, 15 sind Kanäle 38,
38a in der Gehäuseausfütterung :2 des Ofens vorgesehen. Die Kanäle 38 sind an ihrem
unteren Ende zu Kammern 52 erweitert. Ein aus hitzebeständigem, stromleitendem Material
bestehendes Rohr 35 verbindet die Kanäle 38a mit dem Mittelkanal 14 der Induktions-Schmelzrinne
bzw. Schmelzrinnen. -Auch hier vereinigen sich-die Mittellinien der Schmelzkanäle
in einem Punkt 2o oberhalb des geometrischen Mittelpunktes 21 des Ofens, wodurch
die Reinigung der Kanäle erleichtert wird, während dieselben mit Metall gefüllt
bleiben.
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- Der Unterschied dieser Ausführungsform der Erfindung gegenüber den
vorbeschriebenen besteht in der Anordnung der Wände 5o, welche sich durch das Ofengehäuse'erstrecken.
In -dieser Weise ist der Innenraum des Ofens in einen mittleren Herd-3 und zwei
seitliche Kammern 54 unterteilt.
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Kanäle 55 in den Wänden 5o verbinden den Herd 3 und die Kammern 54,
und Kanäle 56 verbinden den Bodenteil der Kammern mit den Aussparungen 52 und damit
mit den Seitenkanälen 13,
15 der Schmelzrinnen. In dieser Weise ist die Grundlage
für eine einheitlich gerichtete Bewegung des Metalls aus dem Metallkanal 14 durch,
Kanal 38d in der Richtung' der Pfeile 39, die Kanäle 56 und Aussparungen 52 in die
Seitenkanäle 13, 'r5 und von hier in die senkrechten Kanäle 14 geschaffen. Der Ofen
eignet sich daher besonders zum Schmelzen von Metallen, welche leicht Oxyde und
Schlacke bilden.
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Das Metall wird in den Herd 3 durch Öffnung 33 eingeführt, wobei ein
Teil der Schlacke und des Schlammes sich auf der Oberfläche des Bades ansammeln.
Auf Grund der oben - beschriebenen Metallbewegung verbleibt ein-..- großer Teil
des Schlammes und- der Schlacken auf der Oberfläche des Bades. Ein verhältnismäßig
reines Metall fließt in die seitlichen Kammern 54. Da eine Eigenbewegung des Bades
in diesen Kammern verhindert ist, findet in denselben ein Aufwärtsfluß der suspendierten
Verunreinigungen und eine weitere Reinigung des Bades statt.
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Des weiteren wird durch Einfüllung des Metalls in -den Herd 3, von
welchem das Metall ständig in der Richtung der- Pfeile 39 in die Seitenkammern 54
fließt, ein energischer Wärmeausgleich zwischen den Schmelzrinnen und neu zugeführtem
Metall bewirkt. -Da in den Austrittsstellen der Schmelzkanäle Saugwirkungen nicht
auftreten können, ist die Gefahr, daß Oxyde in dieselbe eingesaugt werden, nicht
vorhanden. Die Verunreinigungen sammeln sich sämtlich auf der Badoberfläche an,
von wo sie in Abständen über die Bleche 64 entfernt werden: - -Die Kanäle 38 sind
durch Stopfen 59 geschlossen, die zum Zwecke der Reinigung der Kanäle 13, 15 geöffnet
werden, während der Mittelkanal 14 für von oben durch den Kanal 38a eingeführte
Reinigungswerkzeuge direkt erreichbar ist.
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Bei sämtlichen hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung
sind auswechselbare Schmelzrinnen vorgesehen, die einen kontinuierlichen Ofenbetrieb
sichern, wobei unter dem Ausdruck »Schmelzrinne« das Gesamtgehäuse derselben, enthaltend
den Transformator, das Kühlgebläse und das hitzebeständige Material, bezeichnet
wird, das die Sekundärrinne des Induktierofens bildet.