DE974053C

DE974053C - Coreless induction crucible furnace for mains frequency for melting light metals, especially magnesium

Info

Publication number: DE974053C
Application number: DEI3646A
Authority: DE
Inventors: Otto Junker; Robert Dipl-Ing Lethen
Original assignee: JUNKER FA O
Current assignee: JUNKER FA O
Priority date: 1950-12-23
Filing date: 1950-12-23
Publication date: 1960-08-25

Description

Kernloser Induktions-Tiegelofen für Netzfrequenz zum Schmelzen von Leichtmetallen, insbesondere Magnesium Zum Schmelzen von Leichtmetallen, insbesondere Magnesium und dessen Legierungen, hat man sich lange Zeit fast ausnahmslos von außen beheizter, z. B. mittels elektrischer Widerstandsheizung oder Gas-, Öl- oder Koksfeuerung strahlungsbeheizter Tiegelöfen bedient, obschon für andere Zwecke, z. B. auch für das Schmelzen von Aluminium, bereits Induktionsöfen bekannt und ihrer Vorteile wegen auch im Einsatz waren. Ein wesentlicher Grund hierfür liegt darin, daß die bei diesen Öfen auftretenden elektrodynamischen Kräfte eine erhebliche Bewegung des Schmelzbades verursachen, die bei Magnesium oder hochmagnesiumhaltigen Legierungen aber auch bei großen Ofenleistungen wegen ihrer hohen Affinität zu Sauerstoff sowie der Brandgefahr nicht eintreten darf. Mit Rücksicht auf die hohe Affinität zu Sauerstoff ist bei Magnesium und seinen Legierungen ein dauernder Schutz der Schmelzbadoberfläche durch Abdecksalze notwendig, die bei einer stärkeren Badbewegung reißen würde, was einen entsprechend hohen Abbrand sowie gegebenenfalls Brandgefahr mit sich brächte.Coreless induction crucible furnace for mains frequency for melting light metals, especially magnesium. B. by means of electrical resistance heating or gas, oil or coke firing radiation-heated crucible furnaces operated, although for other purposes, e.g. B. also for the melting of aluminum, induction furnaces are already known and because of their advantages were also in use. A major reason for this is that the electrodynamic forces occurring in these furnaces cause considerable movement of the molten bath, which must not occur with magnesium or high-magnesium alloys, but also with high furnace outputs because of their high affinity for oxygen and the risk of fire. In view of the high affinity for oxygen, magnesium and its alloys require permanent protection of the molten bath surface by covering salts, which would tear if the bath was moved more strongly, which would result in a correspondingly high level of burn-off and possibly a risk of fire.

Dem steht nicht entgegen, daß in einzelnen Schmelzstufen, nämlich beim Raffinieren und Legieren, eine geringe, aber beherrschte Badbewegung vorteilhaft und auch wünschenswert ist.This is not opposed by the fact that in individual melting stages, namely in refining and alloying, a small but controlled bath movement is advantageous and is also desirable.

Es ist bereits bekannt, zum Schmelzen von Magnesium und dessen Legierungen Induktions-Rinnenöfen zu verwenden, die selbst bei Betrieb mit Niederfrequenz den vorerwähnten Nachteil der lndulctions-Tiegelschmelzöfen nicht aufweisen. Sie haben aber auf der anderen Seite den Nachteil, daß sich die Rinnen leicht verstopfen, sowie ferner, daß sie nicht mit festem Einsatz in Betrieb genommen werden können, sondern die Ausfüllung der Rinne mit flüssigem Metall verlangen, -weil nur dieser flüssige Metallring als Sekundärwicklung zu wirken vermag.It is already known to melt magnesium and its alloys To use induction trough furnaces, even when operating with low frequency do not have the aforementioned disadvantage of the induction crucible melting furnace. They have but on the other hand the disadvantage that the channels clog easily, as well as that they cannot be put into operation with permanent use, but the filling of the gutter with molten metal, -Because only this liquid metal ring can act as a secondary winding.

Ferner ist es bereits bekannt, für das elektrische Schmelzen von Magnesium und Magnesiumlegierungen einen getrennten Einschmelztiegel mit Induktionsheizung und einen besonderen Abstehtieget zu verwenden, Urelche durch im Betriebe von außen regelbare und verschließbare Kanäle verbunden sind. Der Einschmelztiegel ist hierbei so ausgebildet, daß im Schmelzgut Ströme induziert werden, die eine Badbewegung erzeugen, während der Abstehtiegel eine induktive Heizeinrichtung besitzt, die nur in der Tiegelwand induzierte Ströme entstehen läßt, so daß das Erhitzen des Schmelzgutes nur durch Wärmeleitung von der Tiegelwand erfolgt und keine Badbewegung erzeugt wird. Der Tiegel des Einschmelzteils soll bei diesem Ofen entweder aus einem keramischen Material oder in seinem unteren Teil aus einem keramischen Material und in seinem oberen Teil aus Stahl oder ganz aus Stahl und der Abstehtiegel aus Stahl bestehen. Besteht der Tiegel des Einschmelzteils aus einem keramischen Material, so besteht der Verbindungskanal zwischen den beiden Tiegeln aus Stahl. Die Wahl des Materials des Einschmelztiegels und dessen Formgebung ist in jedem Falle so gewählt, daß im Schmelzgut Ströme induziert werden. Diese Unterteilung des Schmelzprozesses von Magnesium in einen Einschmelz-und einen Abstehofenteil wurde für erforderlich gehalten.-Daraus ergibt sich ein sehr umständliches Schmelzverfahren, das eine verlängerte Schmelzzeit zur Folge hat und einen Schmelzofen erfordert, der erhebliche Abmessungen besitzt und umständlich zu bedienen ist. Außerdem ist es nachteilig, daß der Schmelzbehälter und der Kanal zwischen den Tiegeln nur umständlich zu reinigen sind und daß es unmöglich ist, den Tiegel zum Vergießen aus dem Ofen herauszunehmen.Furthermore, it is already known for the electrical melting of magnesium and magnesium alloys have a separate crucible with induction heating and to use a special detachment, Urelche through in the establishment from the outside adjustable and closable channels are connected. The crucible is here designed in such a way that currents are induced in the melted material which cause bath movement generate, while the Abstandsiegel has an inductive heating device that only in the crucible wall induced currents can arise, so that the heating of the melting material only takes place through heat conduction from the crucible wall and does not generate any bath movement will. In this furnace, the crucible of the melting part should either be made of a ceramic Material or in its lower part of a ceramic material and in its upper part made of steel or entirely made of steel and the abutment crucible made of steel. If the crucible of the fused part is made of a ceramic material, then there is the connecting channel between the two steel crucibles. The choice of material the crucible and its shape is chosen in each case so that in Melt streams are induced. This division of the melting process of Magnesium in a melting and a holding furnace part was deemed necessary the result is a very cumbersome melting process that requires a longer melting time and requires a furnace that is large in size and awkward to use. It is also disadvantageous that the melting container and the channel between the crucibles is difficult to clean and that it is impossible is to remove the crucible from the furnace for casting.

Diese Nachteile haben einer Einführung dieses Ofens für das Schmelzen von Magnesium bis heute hindernd im Wege gestanden.These drawbacks are inherent in introducing this furnace for smelting stood in the way of magnesium until today.

Zum Schmelzen von Magnesium ist auch Bereitsein Niederfrequenz-Tiegelofen entwickelt worden, der eine Kombination des Widerstands-Tiegelofens mit dem bisher bekannten Induktionsofen darstellt. Der bei diesem Ofen benutzte eiserne Tiegel besitzt einen dreieckigen Querschnitt, wobei die einzelnen Tiegelseiten in Stromschleifen von hoher elektrischer Leitfähigkeit einbezogen sind, denen drei Einzeltransformatoren mit geschlossenem Transformatorkern zugeordnet sind. Der Aufbau dieses Ofens ist kompliziert und setzt die Verwendung zusätzlicher Stromschleifen aus Kupfer voraus, die den mehrfachen Querschnitt der Tiegelwandung aufweisen. Durch entsprechende Dimensionierung der Tiegelwandstärke hat man bei diesem kombinierten Widerstands-Induktionsofen die Bad Bewegung auf den jeweiligen Verwendungszweck des Ofens abgestellt. Die Versuche mit diesem Ofen sind aber über verhältnismäßig kleine Chargen nicht hinausgekommen. Die baulichen Abmessungen und die Gestehungskosten des Ofens werden bei größeren Schmelzleistungen durch die entsprechenden Abmessungen der drei benötigten Einzeltransformatoren unwirtschaftlich.A low-frequency crucible furnace is also available for melting magnesium has been developed, which is a combination of the resistance crucible furnace with the previous one known induction furnace represents. The iron crucible used in this furnace has a triangular cross-section, with the individual sides of the crucible in current loops of high electrical conductivity are involved, which three individual transformers with the transformer core closed. The structure of this furnace is complicated and requires the use of additional current loops made of copper, which have the multiple cross-section of the crucible wall. Through appropriate The crucible wall thickness is dimensioned in this combined resistance induction furnace the bath movement is based on the intended use of the furnace. The trials with this furnace, however, did not get beyond relatively small batches. The structural dimensions and the cost of the furnace are larger Melting performance through the corresponding dimensions of the three required individual transformers uneconomical.

Schließlich hat auch ein seit langem bekannter Hochfrequenz-Tiegelofen zum Schmelzen von Metalloxyden keinen Eingang in die Praxis des Schmelzens von Magnesium gefunden, bei dem ein metallischer, sehr dünnwandiger Tiegel alternativ einen Teil der Induktionsströme in der Tiegelwand aufnimmt. Der Tiegel dieses bekannten Ofens ist trichterförmig ausgebildet und wird kontinuierlich beschickt, wobei in dem oberen, weiteren Teil des trichterförmigen Tiegels das Einsatzgut nur vorerhitzt wird, während es erst im unteren, engeren Bereich des Tiegels verflüssigt -wird und durch eine Öffnung kontinuierlich ausfließt. Da bei dieser Bauart ein wesentlicher Teil der Induktionsströme unmittelbar im Schmelzgut selbst zur Auswirkung gelangt, wäre auch dieser vorbekannte Ofen für das Schmelzen von Magnesium aus den eingangs bereits erörterten Gründen nicht geeignet.Finally, there is also a high-frequency crucible furnace that has been known for a long time for the melting of metal oxides no entry into the practice of melting magnesium found, in which a metallic, very thin-walled crucible alternatively part which absorbs induction currents in the crucible wall. The crucible of this famous furnace is funnel-shaped and is fed continuously, whereby in the upper, further part of the funnel-shaped crucible, the charge is only preheated while it is only liquefied in the lower, narrower area of the crucible and through a Opening flows out continuously. Since a significant part of the Induction currents would also have an effect directly in the melting material itself this previously known furnace for the melting of magnesium from the already mentioned not suitable for the reasons discussed.

Um die vorerwähnten Schwierigkeiten beim Schmelzen von Magnesium und dessen Legierungen zu vermeiden, ist gemäß einem älteren, jedoch nicht vorveröffentlichten Vorschlag bereits vorgeschlagen worden, unter Verwendung eines kernlosen Induktions=fiegelschmelzofens, der nur mit Wiederfrequenz, vorzugsweise Netzfrequenz, betrieben wird, den aus Stahl oder Eisen bestehenden Tiegel über seine gesamte Höhe mit einer-gleichbleibenden Wandstärke solcher Bemessung zu versehen, daß die Sekundärströme ausschließlich oder cum weit überwiegenden Teil in der Tiegelwand erzeugt werden. Da die Induktionsströme hierbei im wesentlichen nur noch in der Tiegelwandung wirksam werden, tritt eine Badbewegung entweder gar nicht oder nur in dem gerade noch erwünschten Maße ein.To the aforementioned difficulties in melting magnesium and Avoiding its alloys is according to an older, but not previously published Proposal has already been proposed, using a coreless induction = crucible melting furnace, which is only operated with repeated frequency, preferably mains frequency, the one made of steel or iron existing crucible over its entire height with a-constant Wall thickness to be provided such that the secondary currents exclusively or cum by far predominant part are generated in the crucible wall. Because the induction currents are essentially only effective in the crucible wall Bath movement either not at all or only to the extent that is just desired.

Zur Lösung der im Prinzip gleichen Aufgabe geht ein anderer, noch älterer, jedoch ebenfalls nicht vorveröffentlichter Vorschlag dahin, die iVanddicke des Tiegels von oben nach unten derart stetig oder stufenweise zu verringern, daß bei einer gegebenen Frequenz des die Induktionsspule speisenden Stromes im oberen Tiegelteil keine, im unteren dagegen eine zum Durchmischen ausreichende Badbewegung erzeugt wird.To solve the in principle the same task, another goes, still older, but also not pre-published proposal for the iVand thickness of the crucible from top to bottom in such a steady or gradual manner that at a given frequency of the current feeding the induction coil in the upper No crucible part, but sufficient bath movement in the lower part for thorough mixing is produced.

Erfindungsgemäß wird die Beherrschung der Radbewegung bei derartigen kernlosen Induktions-Tiegelöfen für Netzfrequenz zum Schmelzen von' Leichtmetallen, insbesondere Magnesium, dadurch verbessert, daß der Tiegel aus über seine Höhe unterschiedlichem Werkstoff besteht und die Materialeigenschaften - gegebenenfalls in Verbindung mit einer unterschiedlichen Wandstärke - derart stetig oder stufenweise verschieden gewählt sind, daß im oberen Bereich des Bades nur eine geringe, im unteren Teil des Bades dagegen eine ausreichend große Badbewegung erzielt wird. Hierbei werden die Materialeigenschaften des Tiegels über seine Höhe unter Berücksichtigung der Wandstärke vorteilhaft in der Weise differenziert, daß die Eindringtiefe des Induktionsstromes im Bereich der ßadoberfläche geringer und im unteren Teil des Bades größer.als die Wandstärke des Tiegels ist.According to the invention, the control of the wheel movement in such coreless induction crucible furnaces for mains frequency for melting '' light metals, especially magnesium, improved by the fact that the crucible is made of different levels over its height Material consists and the material properties - possibly in connection with a different wall thickness - so continuously or gradually different are chosen that in the upper part of the bath only a small, in the lower part the bath, however, a sufficiently large bath movement is achieved. Here will be the material properties of the crucible over its height, taking into account the Wall thickness differentiated advantageously in such a way that the penetration depth the induction current is lower in the area of the bath surface and in the lower part of the bath is greater than the wall thickness of the crucible.

Durch den Vorschlag gemäß der Erfindung lassen sich die Anpassungsmöglichkeiten des Schmelzofens bzw. seiner Betriebsweise an die verschiedensten Bedürfnisse der Praxis verbessern, wobei die Verwendung eines Tiegels mit über seine Höhe unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften, zumal in Verbindung mit einer gegebenenfalls unterschiedlichen Wandstärke des Tiegels, in vielen Fällen auf einfachere und wirtschaftlichere Weise zum Ziele führt als die vorerwähnten älteren Vorschläge.With the proposal according to the invention, the adaptation options of the melting furnace or its mode of operation to the various needs of the Improve practice, using a crucible with different heights Material properties, especially in connection with a possibly different one Wall thickness of the crucible, in many cases in a simpler and more economical way leads to the goal than the aforementioned older proposals.

So kann man z. B. den Tiegel aus keramischem Werkstoff oder Graphit herstellen und diesem lediglich im oberen Bereich zur Beruhigung der Badoberfläche an oder in der Tiegelwandung eine metallische Abschirmung zuordnen. Hierdurch ergeben sich Material- und Gewichtsersparnisse, die die gesamte Ofenkonstruktion wesentlich leichter und damit besser bedienbar sowie auch billiger machen.So you can z. B. the crucible made of ceramic material or graphite and this only in the upper area to calm the bath surface Assign a metallic shield to or in the crucible wall. This results Material and weight savings, which are essential for the entire furnace construction make it lighter and therefore easier to use and also cheaper.

In dem unteren Bereich des Tiegels, in dem eine größere Badbewegung erwünscht ist, kann man den "Tiegel beispielsweise aus austenitischem Stahl geringerer Wandstärke herstellen, der bekanntlich nur sehr geringe Abschirmungswirkungen aufweist und damit in diesem Bereich eine größere Badbewegung zuläßt.In the lower part of the crucible, in which a greater bath movement is desired, the "crucible, for example, made of austenitic steel can be smaller Produce wall thickness, which is known to have only very low shielding effects and thus allows greater bath movement in this area.

In den Fällen, in denen in der Nähe der Badoberfläche eine metallische Abschirmung entweder an oder in der Tiegelwandung vorgesehen wird, kann diese selbstverständlich gleichzeitig auch zur indirekten Erwärmung des Bades mit herangezogen werden. In Verbindung mit der Verwendung unterschiedlicher Werkstoffe für den Tiegel kann dessen Wandstärke in Richtung von oben nach unten entsprechend dem Grundgedanken gemäß dem älteren Vorschlag sowohl stetig als auch gegebenenfalls stufenweise abnehmen.In those cases where there is a metallic in the vicinity of the bath surface Shielding is provided either on or in the crucible wall, this can of course can also be used for indirect heating of the bath at the same time. In This can be combined with the use of different materials for the crucible Wall thickness in the direction from top to bottom according to the basic idea decrease the older proposal both steadily and, if necessary, gradually.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Coreless induction crucible furnace for mains frequency for melting light metals, in particular magnesium, characterized in that that the crucible consists of different material over its height and the material properties - possibly in connection with a different type of wall thickness or are selected differently in steps, that in the upper area of the bath only one low, in the lower part of the bath, however, a sufficiently large bath movement is achieved will.

2. Oven according to claim i, characterized in that the material properties of the crucible is differentiated in this way over its height, taking into account the wall thickness are that the penetration depth of the induction current in the area of the bath surface is less and in the lower part of the bath is greater than the wall thickness of the crucible.

3. Oven according to claim 1 or 2, characterized in that the crucible is made of ceramic material or graphite, with this in the upper area to calm the bath surface a metallic shield is assigned to or in the crucible wall.

4. Oven according to claim i or 2, in which the crucible is made of steel, characterized in that the crucible consists of austenitic steel of small wall thickness in the region of the greater bath movement. Documents considered: German Patent No. 724 184; Journal "Die neue Gießerei", 1949, p. 172, to 182. Older patents considered: German Patent No. 945 780.