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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
im Längsschnitt dargestellt.
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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.
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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.
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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.