DE975180C - Elektrischer Schmelzofen fuer kleinstueckigen Stahl oder kleinstueckiges Gusseisen - Google Patents

Elektrischer Schmelzofen fuer kleinstueckigen Stahl oder kleinstueckiges Gusseisen

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DE975180C
DE975180C DEP32536A DEP0032536A DE975180C DE 975180 C DE975180 C DE 975180C DE P32536 A DEP32536 A DE P32536A DE P0032536 A DEP0032536 A DE P0032536A DE 975180 C DE975180 C DE 975180C
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Otto Junker
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00Crucible or pot furnaces
    • F27B14/06Crucible or pot furnaces heated electrically, e.g. induction crucible furnaces with or without any other source of heat
    • F27B14/061Induction furnaces

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  • Furnace Details (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

  • Elektrischer Schmelzofen für kleinstückigen Stahl oder kleinstückiges Gußeisen Für die Erschmelzung von insbesondere kleinstückigen höherlegierten Stahlgußarten und Stählen stehen bisher keine geigneten Öfen zur Verfügung, die zugleich hinsichtlich ihrer metallurgischen Möglichkeiten als befriedigend angesehen werden könnten.
  • Die am meisten verbreitete Ofentype zum Schmelzen und Raffinieren von Eisen- und Stahllegierungen ist der Lichtbogenofen, der sowohl das Niederschmelzen eines auch kleinstückigen kalten Einsatzes ohne metallurgische Veränderung seiner Zusammensetzung als auch jede Art von metallurgischer Beeinflussung, wie Frischen, Feinen und andere Raffinationsprozesse, gestattet. Diese Ofenart hat zwar den Vorteil, daß die Schlacke zufolge der hohen Temperaturen des Lichtbogens sehr heiß ist und dadurch die Schlackenreaktionen leicht durchgeführt werden können. Auf der anderen Seite hat aber die Erhitzung mittels Lichtbogens den Nachteil, daß zufolge der hohen Temperaturen im Bereich der Schmelzbadoberfläche insbesondere die hochwertigen Legierungsbestandteile leicht verdampfen, was die Raffination hoch- und höchstlegierter Stähle erheblich erschwert. Mit diesem Nachteil hängt ein weiterer grundsätzlicher Mangel aller einseitig nur von oben beheizter Schmelzöfen eng zusammen, nämlich der, daß sie zwar an der Schmelzbadoberfläche sehr hohe Temperaturen erzeugen, die Schmelzbadtemperatur aber zum Boden des Schmelzgefäßes abnimmt. Da die Raffination hoch- und höchstlegierter Stähle zwar eine höhere Temperatur der Schlackendecke als die des Schmelzbades, dabei aber die Einhaltung einer sehr genauen Temperatur in sämtlichen Tiefenbereichen des unter der Schlackendecke befindlichen Schmelzbades erfordert, ist das Arbeiten mit diesen Öfen bei entsprechend hochlegierten Stählen nicht voll zufriedenstellend. Zwar sind diese Öfen aus dem vorerwähnten Grunde ausnahmslos nur als verhältnismäßig flache Wannen- bzw. Herdöfen ausgebildet; der grundsätzliche Nachteil der Temperaturdifferenzierung über die Schmelzbadhöhe läßt sich hierdurch jedoch nur mildern, nicht dagegen völlig beseitigen. Schließlich sind weitere spezifische Nachteile des Lichtbogenofens noch darin zu sehen, daß sie erst oberhalb eines Fassungsvermögens von etwa a t wirtschaftlich arbeiten, daß sie beim Anfahren erhebliche Stromstöße im Netz verursachen und daß das Abgießen mittels Tiegels, wie es insbesondere zur Herstellung kleiner Gußstücke notwendig ist, wegen ihrer großen Flächenausdehnung nur unter großen Schwierigkeiten möglich ist.
  • Es ist zwar bereits bekannt, einen Teil der vorerwähnten Nachteile des Lichtbogenofens, insbesondere diejenigen der mangelnden Durchmischung des Schmelzbades sowie der unzureichenden Erwärmung des Bodenbereiches dadurch zu verringern, daß ihnen zusätzlich eine Induktionsheizung als Hilfsheizung zugeordnet wird, doch sind die Möglichkeiten dieser Hilfslösung von vornherein dadurch beschränkt, daß die Induktionsheizung hierbei wegen der zu großen Durchmesser der Wanne nur unterhalb des Bodens in Form einer Binnenheizung vorgesehen werden kann, bei der lediglich die sich an das selbständig beheizte Lichtbogenbad unterhalb des Bodens anschließenden Rinnen der Induktionsbeheizung ausgesetzt sind. Abgesehen von dem aus vorstehenden Gründen nur sehr beschränkten Erfolg dieser Hilfsbeheizung sind diese Zofen außerordentlich raumbeanspruchend und erfordern wegen der Verwendung von Rinnen, Taschen od. dgl. einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau, während-ihnen im übrigen andere, grundsätzliche Nachteile der Lichtbogenöfen weiterhin anhaften.
  • Ähnlich verhält es sich auch mit den abweichenden Bauarten solcher kombinierter induktions- und lichtbogenbeheizter Metallschmelzöfen, bei denen der lichtbogenbeheizte Schmelzraum entweder mit einem seitlich angeordneten Raum in Verbindung steht, der von einer kernlosen Induktionsspule umschlossen ist, oder bei welchem dem lichtbogenbeheizten Ofen eine seitlich von diesem abgezweigte Schmelzrinne mit eisengeschlossener Induktionsbeheizung zugeordnet ist.
  • Im ersteren Falle soll lediglich das Einschmelzen des Metalls durch den Lichtbogen erfolgen, während das schmelzflüssige Schmelzgut anschließend durch Kippen des Ofens in den seitlich angeordneten induktiv beheizten Raum eingelassen wird.
  • Bei der anderen bekannten Bauart handelt es sich um einen Ofen, bei welchem dem lichtbogenbeheizten Hauptbad eine seitlich von diesem abgezweigte Schmelzrinne mit eisengeschlossener Induktionsbeheizung zugeordnet ist und bei welchem die beiden. verschiedenen, getrenilt ein- und ausschaltbaren Beheizungssysteme lediglich dem Zweck dienen, je nach den Bedürfnissen des Netzes jeweils nur eine der beiden Heizungsarten anzuwenden, um auf diese Weise die von jeder dieser Beheizungsart ausgehende einseitige Belastung des Netzes, nämlich entweder bei Betrieb der Lichtbogenheizung durch die starken Stromstöße im Netz oder beim Betrieb der Induktionsheizung die hierdurch im Netz verursachten starken Phasenverschiebungen auszugleichen bzw. zu verhindern oder zu mildern. Während das lichtbogenbeheizte Hauptbad sämtliche eingangs geschilderten Nachteile des Lichtbogenofens aufweist, fehlt es dem ausschließlich induktiv beheizten Schmelzrinnenteil an einer wirksamen Oberbeheizung für die Schlackendecke, so daß auch dies Bauart keine befriedigende Lösung darstellt.
  • Neben den lichtbogenbeheizten Wannenöfen sind für die Stahlerzeugung, d. h. für das Ein- und Umschmelzen sowie für die Raffination auch Graphitstab-Schmelzöfen als geschlossene Wannen- oder Trommelöfen bekannt, bei denen die Graphitstäbe durch niedriggespannten Wechselstrom hoher Stromstärke beheizt werden und ihre Wärme lediglich durch Strahlung von oben an den Einsatz sowie die Ofenwände abgeben. Da widerstandsbeheizte Graphitstäbe Temperaturen von mehr als 2000'C annehmen, ermöglicht auch diese Beheizungsart hohe Schlackentemperaturen, wie sie für metallurgische Schlackentemperaturen Voraussetzung bilden. Gegenüber den Lichtbogenöfen haben die Graphitstaböfen eine Reihe von Vorteilen, die sie insbesondere für die Erzeugung von Edelstählen oder Edelstahlguß, die vielfach nur in kleinen Mengen benötigt werden, geeigneter macht. Die wesentlichsten Vorteile sind die, daß die andersgeartete Beheizung die Wirtschaftlichkeitsgrenze dieser Ofengattung zugunsten der kleineren Fassungsvermögen auf einen Bereich unterhalb z t verschiebt sowie ferner, daß die beim Lichtbogenofen als lästig empfundenen Stromstöße im Netz beim Anfahren entfallen. Der erstgenannte Vorteil hat weiterhin zur Folge, daß auch die AußenabmessÜngen des Ofens erheblich kleiner sind und sich damit auch die Wärmeverluste, insbesondere im Bodenbereich, verringern. Während die kleineren Abmessungen dieser Ofentype sowohl die Notwendigkeit als auch die Möglichkeit verringern, unterhalb des Bodens eine zusätzliche induktive Rinnenbeheizung als Hilfsheizung vorzusehen, erleichtern sie andererseits eine schwenkbare Verlagerung des Ofens, die einerseits den Ersatz der induktiv bedingten Badbewegung durch eine Schaukelbewegung ermöglicht und andererseits die Schwierigkeiten vermeidet, die beim Lichtbogenofen im Zuge der Herstellung kleinerer Gußstücke mit dem Abgießen mittels Tiegels verbunden sind.
  • Darüber hinaus haften aber auch diesem Ofen die grundsätzlichen Nachteile aller einseitig nur von oben beheizter Schmelzöfen, insbesondere der Lichtbogenöfen, an, nämlich dieUnmöglichkei.t,über einen ausreichend langen Zeitraum des Raffinationsprozesses (der sich unter Umständen auf mehrere Stunden erstreckt) unterhalb der Schlackendecke in allen Höhenschichten des Bades die gleiche vorbestimmte Badtemperatur aufrechtzuerhalten. Dieser Ofen ist daher zwar für einfache und verhältnismäßig niedriglegierte Stähle gut geeignet, weist aber in Anwendung auf hoch- und höchstlegierte Stähle prinzipiell die gleichen Nachteile auf wie der zuvor behandelte Lichtbogenofen.
  • Der in Edelstahlwerken und Edelstahlgießereien neben den Lichtbogen- und Graphitstaböfen in wachsendem Maße zum Einsatz gelangende Netzfrequenz-Induktions-Tiegelschmelzofen hat zwar gegenüber den strahlungsbeheizten Öfen den erheblichen Vorteil, im wesentlichen unabhängig von der Größe des Fassungsvermögens, eine stets gleichmäßige und an allen Stellen des Bades gleiche Badtemperatur zu gewährleisten, auf der anderen Seite aber den Nachteil, daß die Temperatur des Schmelzbades die höchste des ganzen Systems ist und daher die zur Durchführung wichtiger metallurgischer Prozesse erforderlichen Schlackenreaktionen an der zu kalten Schlacke scheitern. Aus diesem Grunde werden netzfrequenzbetriebene Induktions-Tiegelschmelzöfen lediglich als »Umschmelzöfen« verwendet, um den festen Einsatz im wesentlichen unverändert flüssig wiederzugeben, wohingegen man sich für metallurgische Arbeiten der eingangs behandelten Lichtbogen- oder Graphitstaböfen bedient. Der Grund, warum Induktions-Tiegelschmelzöfen für Netzanschluß als »Umschmelzöfen« den Vorzug verdienen, ist im wesentlichen in ihrer, gegenüber allen anderen bekannten Ofentypen, wirtschaftlicheren Betriebsweise, insbesondere in ihrem niedrigen Stromverbrauch, zu sehen sowie ferner in dem Fortfall jeglicher einseitiger oder stoßweiser Belastungen des Netzes, dem Fortfa11 des Kohle- oder Graphitverbrauchs sowie schließlich in der Möglichkeit zur Verwendung weniger kostenaufwendiger Auskleidungen infolge Fehlens einer Übertemperatur der Heizquelle. Allerdings haftet den Induktionsöfen der Nachteil an, daß bei ihnen die Wahl der Frequenz nicht nur von der elektrischen Leitfähigkeit, sondern auch von der Stückgröße des Einsatzgutes abhängt, und zwar in der Weise, daß die Frequenz um so höher sein muß, je geringer die Leitfähigkeit und je kleiner die Stückgröße ist. Dies hat zur Folge, daß festes Einsatzgut unterhalb einer bestimmten, als Schrott aber vielfach anfallenden Stückgröße bei Netzanschluß des Ofens nicht mehr induktiv eingeschmolzen werden kann, so daß in diesem Fall Mittel- oder Hochfrequenzanschluß gewählt werden müßte, die jedoch im Betriebe erheblich unwirtschaftlicher sind und wegen der erforderlichen Frequenzumformer auch wesentlich höhere Anlagekosten verursachen.
  • Verschieden von dem zuletzt behandelten Problem der Niederfrequenz- und Induktionsöfen, wenn auch in ähnlicher Weise gelagert, ist die bei Niederfrequenz-Induktions-Öfen mit geschlossener Schmelzrinne bestehende Schwierigkeit, daß diese nur mit schmelzflüssigem Sumpf in Betrieb genommen bzw. angefahren werden können. Während es dieser Schwierigkeit wegen früher notwendig war, zusätzlich einen vorzugsweise mit elektrischer Widerstandsbeheizung ausgerüsteten Tiegelofen vorzusehen, in welchem der notwendige Teil des Schmelzgutes erschmolzen wurde, um ihn anschließend als Sumpf in die Schmelzrinne des Induktionsofens einzugeben, geht ein jüngerer bekannter Vorschlag zur Lösung dieses Problems dahin, daß vor dem Einschalten der Niederfrequenzheizung in den Herdraum des Induktionsofens eine elektrische Widerstandsheizung und ein von ihr beheizter Tiegel eingesetzt und diese nach Vorschmelzen des Sumpfes innerhalb des Tiegels wieder aus dem Herdraum entfernt werden. Auf ähnlichem Wege wäre es zwar denkbar, auch Niederfrequenz-Induktions-Tiegelöfen mit kleinstöckigem Stahl- oder Eisenschrott anzufahren, doch eröffnet dieser bekannte Vorschlag keine Möglichkeit, diese Ofentype auch zu einer metallurgisch einwandfreien Schlackenarbeit nutzbar zu machen, da es an den Voraussetzungen eines nach außen abgeschlossenen Ofensystems sowie insbesondere an der Möglichkeit einer wirksamen Beheizung der Schlackendecke fehlt, die für einwandfreie Schlackenreaktionen eine um mindestens etwa 5o bis zoo° C höhere Temperatur als das Schmelzbad aufweisen muß.
  • Es ist zwar speziell für Leichtmetall bereits bekannt, einem netzfrequenzbetriebenen Induktions-Tiegelschmelzofen mit nichtmetallischem Tiegel einen Deckel zuzuordnen und auf der Innenseite des Deckels eine zusätzliche Strahlungsheizung vorzusehen, der die besondere Aufgabe einer Beheizung der Schlackendecke zufällt. Die Deckenheizung besteht hierbei aus Eisenblechen, die ebenso wie die den Tiegel auf der Außenseite umgebenden, aus Eisenblech bestehenden Heizkörper gemeinsam von der in Scottschaltung an das Drehstromnetz angeschlossenen und demgemäß in zwei Abschnitte unterteilten Primärspule induktiv beheizt werden. Da zu jeder Zeit während des Betriebes beide Spulenabschnitte zwangläufig an das Netz angeschlossen oder von diesem getrennt sein müssen, sind stets sowohl die Schmelzbad- als auch die Deckenstrahlheizung gleichzeitig in oder außer Betrieb, so daß eine modulierte Beheizung durch getrennte, wechselweise Ein- und Ausschaltung der Schmelzbad- oder Deckenbeheizung ausgeschlossen ist. Abgesehen davon, daß es dieser Bauart wegen des bewußten Verzichts auf eine unmittelbare induktive Beheizung des Schmelzgutes an einer für eine wirksame Schlackenreaktion notwendigen ausreichenden Badbewegung fehlt, ist es hierbei wegen des Fehlens einer vom Schmelzbad unabhängigen Leistungsregelung der Deckenheizung auch ausgeschlossen, die Schlackendecke in der erforderlichen Weise höher zu beheizen als das Schmelzbad.
  • Zwar ermöglicht es diese Bauart wegen des Verzichts auf eine unmittelbare induktive Beheizung des Einsatzgutes auch kleinstöckigen Leichtmetallschrott mit Netzfrequenz unmittelbar einzuschmelzen, doch scheitert die Anwendung dieses Ofens für die Hochtemperaturschmelzung von Stahl- oder Eisenlegierungen grundsätzlich daran, daß die aus Eisenblech bestehenden Heizkörper den hierbei eintretenden hohen Temperaturen zwischen etwa 160o und 170o° C nicht gewachsen wären.
  • Bei einem Vorläufer dieser Bauart fehlten zwar die durch die Primärspule unmittelbar induktiv beaufschlagten Heizkörper, doch war die Beheizung des Tiegels hierbei in der Weise unterteilt, daß nur dessen oberer Bereich von einer Induktionsspule, sein unterer Teil dagegen nur von Heizwiderständen umgeben ist. Die getrennte Ein- und Ausschaltbarkeit der beiden verschiedenen Heizungssysteme dient hierbei dem Zweck, das Einsatzgut zunächst durch die Induktionsheizung zu verschmelzen und das Schmelzgut nach dem Flüssigwerden unter Ausschaltung der Induktionsheizung nur noch durch die Heizwiderstände zu erhitzen. Da bei dieser Bauart eine Deckenheizung fehlt und die im oberen Tiegelbereich vorgesehene Induktionsheizung im Interesse der Vermeidung einer Badbewegung nur während der Einschmelzphase eingeschaltet sein soll, ist eine metallurgisch wirksame Schlackenarbeit hiermit nicht durchführbar, während es die vorgeschlagene Betriebsweise andererseits ausschließt, kleinstückigen Leichtmetallschrott unmittelbar einzuschmelzen. Bei einer Umkehrung der vorgeschlagenen Betriebsweise, bei der zuerst die im unteren Tiegelbereich vorgesehenen Heizwiderstände eingeschaltet werden, wäre es zwar möglich, auch kleinstückigen Schrott einzuschmelzen, doch scheiterte die Durchführung wirksamer Schlackenreaktionen auch in diesem Falle daran, daß eine Deckenheizung fehlt und die im oberen Bereich des Tiegels vorgesehene Induktionsspule die Schlacke wegen ihrer mangelnden elektrischen Leitfähigkeit nicht wesentlich zu erhitzen vermag.
  • Die gleichzeitige Verwendung einer induktiven Schmelzbadbeheizung und einer hiervon elektrisch getrennten, nämlich widerstandsbeheizten Deckenstrahlheizung ist bei elektrischen Schmelzöfen an sich bekannt. Hierbei handelt es sich aber ebenfalls um eine speziell für das Einschmelzen von Leichtmetall vorgesehene Ofentype, deren Charakteristikum darin besteht, daß zwei widerstandsbeheizte Herdräume zu beiden Seiten eines mittleren induktivbeheizten Herdraumes vorgesehen und mit diesen verbunden sind. Da der mittlere, der eigentlichen Schmelzarbeit dienende Herdraum nur mit einer unterhalb seines Bodens vorgesehenen induktiven Schmelzrinnenheizung ausgerüstet ist, während die beiden seitlichen, nur Abstehzwecken dienenden Herdräume ausschließlich (insbesondere in Form einer Deckenheizung) widerstandsbeheizt sind, scheiterte eine metallurgisch wirksame Schlackenarbeit auch bei dieser Ofentype an dem Fehlen einer auf den gleichen Schmelzraum gleichzeitig oder wahlweise einwirkenden Induktions- und Deckenstrahlheizung, sofern man die Anwendung dieses speziell für die Bedürfnisse der Leichtmetallschmelzung entwickelten Ofens auf die Hochtemperaturschmelzung von Stahl- oder Eisenlegierungen überhaupt in Betracht ziehen wollte. Indessen ist schließlich weiterhin bereits ein elektrischer Schmelzofen bekannt, bei welchem der ebenfalls durch einen abnehmbaren Deckel nach außen abgeschlossene, nichtmetallische Tiegel außen von einer für den Netzanschluß vorgesehenen Induktionsspule für die unmittelbar induktive Beaufschlagung des Schmelzgutes umgeben ist und bei dem innerhalb des Beschickungsraumes zusätzlich eine aus einem Nichtmetall, insbesondere Graphit, bestehende Strahlungsheizung vorgesehen ist. Die Strahlungsheizung besteht hierbei aus einer zugleich den Deckel bildenden, im oberen Bereich des Tiegels in diesen eingehängten Graphitplatte, die gleichzeitig durch die den Tiegel außen umgebende Induktionsspule unmittelbar induktiv beheizt werden soll.
  • Zwar ist dieser bekannte Ofen zum Erhitzen, Schmelzen oder metallurgischen Behandeln von Metallen, Metalloxyden, Zuschlägen oder Schlacken vorgesehen, doch scheitert eine metallurgisch einwandfreie Schlackenarbeit bei Eisen- oder Stahlschmelzen auch bei dieser Bauart daran, daß es hierbei nicht möglich ist, in der Graphitplatte höhere Temperaturen als im Schmelzbad selbst zu erzeugen. Es ist zwar möglich, Graphit auf induktivem Wege auf sehr hohe Temperaturen, beispielsweise auf 1750 bis 180o° C, zu erhitzen, wie sie für eine metallurgisch wirksame Schlackenreaktion bei Stahlschmelzen erforderlich wäre; da jedoch die Induktionsspule, welche die Graphitplatte induktiv beheizen soll, auch gleichzeitig den Tiegeleinsatz mitbeheizt und der- metallische Tiegelinhalt als Leiter 1. Klasse die zugeführte Energie weit stärker aufnimmt als die zudem im Verhältnis zum Kraftfeld ungünstig ausgebildete und angeordnete Graphitplatte (Graphit ist ein Leiter 2. Klasse!), führt jeder Versuch, die für eine Schlackenarbeit erforderliche hohe Temperatur in der Graphitscheibe durch erhöhte Energiezufuhr zu erreichen, notwendigerweise dazu, daß im Schmelzbad unerträglich hohe Temperaturen entstehen, bei denen sich gerade die empfindlichsten Legierungsbestandteile zufolge Verdampfung verflüchtigen. Die mit derart überhöhten Schmelzbadtemperaturen einhergehende heftige und völlig unbeherrschbare Badbewegung hätte darüber hinaus nicht nur eine Zerstörung der Tiegelzustellung zur Folge, sondern führte vor allem zum Aufreißen und Abdrängen der Schlackendecke in den seitlichen Bereich der Tiegelwandung, wodurch einerseits - zumal im Hinblick auf die bei eingehängten Plattendeckeln unvermeidbare Undichtheit - die Gefahr der Aufnahme von Sauerstoff und Wasserstoff durch das Schmelzbad vergrößert, andererseits aber im gleichen Umfang der notwendige Austausch zwischen Schlacke und Bad behindert würde. Bei dieser bekannten Bauart ist es mithin niemals möglich, die für wirksame Schlackenreaktionen notwendige höhere Temperatur der Schlackendecke gegenüber dem Schmelzbad zu erzeugen.
  • Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, unter Vermeidung der den bekannten Bauarten anhaftenden Nachteile, den seiner wirtschaftlichen Vorteile wegen bekannten Netzfrequenz-Induktions-Tiegelofen dahingehend zu vervollkommnen, daß er nicht nur zum Einschmelzen auch von kleinstückigem Stahl- oder Eisenschrott, sondern darüber hinaus auch, selbst bei hoch- und höchstlegierten Stahlschmelzen, zur Durchführung metallurgisch einwandfreier Schlackenreaktionen in demselben Schmelzgefäß herangezogen werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der zuletzt behandelten Bauart aus. Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer Schmelzofen für kleinstückigen Stahl oder kleinstückiges Gußeisen, bei welchem der nach außen abgeschlossene nichtmetallische Tiegel außen von einer für den Netzanschluß vorgesehenen Induktionsspule umgeben ist, der oberhalb des Beschickungsraumes eine aus einem Nichtmetall, insbesondere Graphit, bestehende Strahlungsheizung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsheizung aus unmittelbar mit Strom gespeisten Graphit- oder Kohlestäben in einem abnehmbaren Deckel auswechselbar eingesetzt und unabhängig von der Induktionsspule ein- und ausschaltbar ist.
  • Abgesehen davon, daß die Bauart gemäß der Erfindung durch die Kombination vorstehend angegebener Merkmale des Netzfrequenz-Induktions-Tiegelofens mit der Graphitstabbeheizung die Vorteile beider an sich bekannten Heizsysteme unter Eliminierung ihrer Nachteile gleichzeitig nutzt, bietet sie die Möglichkeit, die beiden voneinander unabhängig regelbaren bzw. ein- und ausschaltbaren Heizsysteme in ihrer Einwirkung auf das Schmelzbad einerseits und auf die Schlacke andererseits während der verschiedenen Phasen des Einschmelz- und Raffinationsprozesses den jeweils wechselnden Anforderungen genau anzupassen und damit eine den jeweiligen Verhältnissen entsprechende Temperatur- bzw. Energieverteilung zwischen Schmelzbad und Schlackendecke einzuhalten, wie sie notwendig ist, um metallurgisch einwandfreie Reaktionen auch bei höchstlegierten Stahlschmelzen wirtschaftlich und in Zeiträumen durchzuführen, wie sie von den bekannten Schmelzöfen her weder bekannt sind, noch erwartet werden konnten. Während der beibehaltene Charakter des Netzfrequenz-Induktions-Tiegelofens die Möglichkeit gibt, die natürliche Umrührbewegung des unmittelbar induktiv beheizten Bades bei der Zugabe von Legierungen auszunutzen und durch das im Gegensatz zu Mittel- und Hochfrequenzöfen günstige Verhältnis von Höhe zum Durchmesser des Tiegels eine basische Ausfütterung zu verwenden, gestattet die unterhalb des gesonderten Deckels vorgesehene Deckenstrahlheizung in Form von widerstandsbeheizten Graphitstäben nicht nur das Einschmelzen selbst kleinstückigsten Einsatzgutes, sondern zugleich auch eine von der Schmelzbadtemperatur unabhängige, ausreichend hohe Beheizung der Schlackendecke sowie ferner das Arbeiten innerhalb eines geschlossenen Reaktionssystems, d. h. unter praktisch sauerstofffreier Atmosphäre. Darüber hinaus verringert die bei der Erfindung gebotene Möglichkeit einer Verlagerung der Leistungszufuhr zwischen Schlackendecke und Schmelzbad weiterhin die Gefahr, daß infolge einer etwa zu starken Durchwirbelung des Stahlbades die Schlackendecke durchbrochen wird und in diesem Falle Sauerstoff und vor allem Wasserstoff vom Bade aufgenommen werden. Die genaue Einhaltung ganz bestimmter, von der höheren Schlakkentemperatur unabhängiger Temperaturen in sämtlichen Bereichen des Schmelzbades schließt die Möglichkeit einer unliebsamen Verdampfung, insbesondere hochwertiger Legierungsbestandteile, aus und fördert gleichzeitig in Verbindung mit der wirksamen Durchwirbelung des Schmelzbades sowie der hochtemperierten Schlacke die Beschleunigung des Reaktionsaustausches an der Phasengrenzfläche zwischen Schlackendecke und Schmelzbad.
  • Vielfältige Raffinationsmöglichkeiten lassen sich in dem Ofen gemäß der Erfindung nicht nur intensiver und in kürzerer Zeit durchführen als bei sämtlichen bekannten Ofentypen, sondern auch wesentlich wirtschaftlicher als bei diesen, da die getrennte Ein- und Ausschaltbarkeit der beiden Heizsysteme unter Verringerung des Stromverbrauchs die Einstellung jeder beliebigen Temperaturverteilung und Rührwirkung innerhalb des Bades gestattet und den Schmelzer damit in die Lage versetzt, die für die Reaktion jeweils günstigsten physikalischen Bedingungen nicht nur einzustellen, sondern auch für beliebig lange Zeit aufrechtzuerhalten.
  • In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel im Längsschnitt dargestellt.
  • Der das Schmelzbad r enthaltende Tiegel :2 wird von der wassergekühlten Induktionsspule 3 umfaßt. Der abnehmbare Ofendeckel 4 mit dem Widerstandsheizelement 5 schließt den Tiegel 2 nach oben ab.
  • R, S, T stellen ein Drehstromversorgungsnetz dar, an welches über die Schalter 6 bzw. 7 in der Phase R, T die Induktionsspule 3 und in der Phase S, T das Widerstandsheizelement 5 angeschlossen sind.
  • Bei der Inbetriebnahme des Ofens wird zuerst mittels des Heizelementes 5 Metall zur Bildung eines Ofensumpfes eingeschmolzen. Sobald dieser Sumpf eine ausreichende Badhöhe erreicht hat, wird die wassergekühlte Induktionsspule eingeschaltet und zusätzliche Schmelzenergie durch induktive Badströme hervorgerufen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Elektrischer Schmelzofen für kleinstückigen Stahl oder kleinstückiges Gußeisen, bei welchem der nach außen abgeschlossene nichtmetallische Tiegel außen von einer für den Netzanschluß vorgesehenen Induktionsspule umgeben ist, der oberhalb des Beschickungsraumes eine aus einem Nichtmetall, insbesondere Graphit, bestehende Strahlungsheizung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsheizung aus unmittelbar mit Strom gespeisten Graphit- oder Kohlestäben in einem abnehmbaren. Deckel auswechselbar eingesetzt und unabhängig von der Induktionsspule ein- und ausschaltbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 309 087, 358 424, 361877, 381263, 4o2 637, 422 004, 541 o4.6, 607 084, 61419o, 626822, 68g455, 70000i, 7005g7, 7264q.5, 752 170; Dürrer, »Die Metallurgie des Eisens«, 1943, S. 689 und 699; Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 194, S.:2 bis 11 ; 1942, S. 10; V D I- Heft, November 1956, S. 1749 bis 1751; Zeitschrift Gießerei, 41/1954, Heft 16, S. 4o5/10, und 4.3/1956, Heft 13, S. 385 bis 389; Prospekt Silit Heizwiderstände, 194.8, S. 8 bis 1o.
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