EP0106792B1 - Ofenanordnung zum Schmelzen und Warmhalten von Metall - Google Patents

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EP0106792B1
EP0106792B1 EP83710070A EP83710070A EP0106792B1 EP 0106792 B1 EP0106792 B1 EP 0106792B1 EP 83710070 A EP83710070 A EP 83710070A EP 83710070 A EP83710070 A EP 83710070A EP 0106792 B1 EP0106792 B1 EP 0106792B1
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EP
European Patent Office
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furnace
inductor
arrangement according
chamber
channels
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EP83710070A
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French (fr)
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EP0106792A3 (en
EP0106792A2 (de
Inventor
Lars Halén
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ABB Norden Holding AB
Original Assignee
ASEA AB
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Publication of EP0106792A3 publication Critical patent/EP0106792A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/16—Furnaces having endless cores
    • H05B6/20—Furnaces having endless cores having melting channel only

Definitions

  • the invention relates to a furnace arrangement for melting and keeping metal warm.
  • a furnace arrangement which consists of two furnace vessels, each with a melting chamber, the two furnace vessels and their chambers being connected to one another by three inductor units, each with a connecting channel.
  • the melt channel of each inductor unit is surrounded by a cylindrical lining, which in turn is surrounded by an annular iron core on which a primary winding consisting of a copper cylinder is arranged, the longitudinal axis of this copper cylinder coinciding with the melt channel.
  • the inductor units can be installed and removed between the two furnace vessels using bayonet locks.
  • a furnace arrangement which consists of a one-piece unitary furnace vessel, the interior of which is divided into two chambers.
  • the partition between the chambers forms an inductor unit through which two connecting channels run between the two chambers.
  • the inductor unit consists of a core made of ceramic material, which is provided with a vertical channel in which the leg of the iron core of the inductor carrying the primary winding is arranged.
  • the object of the invention is to further develop a furnace arrangement of the type mentioned at the outset at such a low cost that the inductor can be installed and removed in a simple manner and the contraction distance in the inductor is small. Furthermore, it should be possible with the furnace arrangement to maintain a low output while maintaining the inductor, which is very advantageous for melting, for keeping the melt warm.
  • furnace inductors have a shell made of metallic material, the inductor being connected to a furnace vessel by flanging said shell onto the furnace vessel.
  • the inductor used in the present invention according to a further development of the invention does not have such a sheath, as a result of which eddy current losses which otherwise occur are avoided.
  • the said ceramic body is produced as a self-supporting building block from a material that can withstand relatively high compressive stresses, the inductor being connected to the furnace vessel in such a way that the said stone is clamped between two furnace vessels.
  • This construction according to the invention allows the inductor to be assembled quickly. This is very advantageous because inductors for trough furnaces in relatively short time intervals, e.g. B. must be replaced annually.
  • the term “contraction section” is generally understood to mean a duct section which is present in the inductor and along which a body of solidified metal forms when the furnace heating is switched off. Upon further cooling, this body tears easily, since its contraction is prevented to a certain extent by the canal. This cracking often has the consequence that the electrical secondary circuit of the inductor is interrupted.
  • the inductor used in the invention has the advantage that its contraction distance is shorter than in known inductors, which results from the fact that the channels of the inductor are open to two furnace chambers. This reduces the length of the contraction section to about a third compared to a conventional inductor.
  • said first and / or second chamber also contains a heat source arranged above the melt, which can be activated even when the inductor is switched off and whose maximum power is smaller than the maximum power of the inductor, but is sufficient to achieve the Keep molten metal in a liquid state for at least 24 hours.
  • a heat source arranged above the melt, which can be activated even when the inductor is switched off and whose maximum power is smaller than the maximum power of the inductor, but is sufficient to achieve the Keep molten metal in a liquid state for at least 24 hours.
  • the number of channels arranged between the two furnace chambers is at least 4, preferably at least 6, divided into 2 or 3 pairs, of which each pair (together with paths in the furnace chambers) is a primary coil (13 ', 13 " , 13 “'), which sits on the leg of a transformer core.
  • Each primary coil is fed by a phase of a two-phase or multi-phase electrical voltage system.
  • This expansion of the furnace arrangement according to the invention into a two-phase or multi-phase furnace arrangement results in a substantially larger furnace capacity and a high degree of efficiency.
  • the achievable efficiency increase can be 10 or more percent.
  • a phase can also be switched off and a warming effect can be achieved.
  • there is an asymmetrical load on the electrical network but this can be avoided by means of compensation arrangements.
  • the inductors provided between the two furnace vessels can consist of one or more assembled identical inductor units according to a modular system, so that by combining several such inductor units that are identical to one another, furnace arrangements with different melting capacities can be constructed.
  • the individual inductors can be arranged side by side and / or one behind the other between the two furnace vessels.
  • Each furnace vessel 1, 1 ' is provided with a lid 22 or 22', which consists of a metal tin box which contains a lining made of heat-resistant and heat-insulating material.
  • Each cover is provided with a heat source in the form of an electrical heating resistor 23 or 23 ', which is connected via an electrical switch, not shown, to an AC power source, not shown, so that it can be switched on or off independently of the power supply to the inductor.
  • Each of the two heating resistors 23 and 23 ' has a maximum output which is less than 15%, preferably less than 5%, of the maximum output of the inductor 6.
  • the combined output of these two heating resistors 23, 23 ' is sufficient to keep the melt in the liquid state for several hours, preferably several days, when the inductor is switched off.
  • the maximum power of the inductor 6 is dimensioned such that the inductor alone is able to supply the energy required for the melting remote. However, this can be increased further by switching on at least one of the heating elements 23, 23 'simultaneously with the inductor.
  • the level of the molten metal is so high that the molten metal, which is located in the two furnace chambers 5, 5 ', in the two openings 10, 10' and in the two inductor channels 8 and 9, has an electrical one that surrounds the transformer leg 11 Secondary circuit (secondary winding with one turn) forms.
  • Charging is done in such a way that the material to be melted, e.g. Aluminum, magnesium or alloys containing these metals or some of them are supplied to the furnace chamber 5 'when the cover 22' is in the position shown in broken lines in FIG.
  • molten metal flows out of the filling opening when further charging.
  • the furnace arrangement shown in FIGS. 1 to 4 is expediently used together with a special holding furnace, not shown, which is known per se and whose furnace chamber volume is at least twice as large, preferably at least five times as large as the volume of the furnace chamber 5.
  • the filling opening 2 is expediently provided with a pouring spout, with the aid of which molten metal flowing out is fed to the special holding furnace mentioned.
  • furnace vessel 1 is replaced by a furnace vessel 25 that is different in size and construction.
  • This has a heat-insulating cover 26, on the underside of which a heating element in the form of an electrical heating resistor 27 is arranged.
  • the furnace vessel 25 has a furnace chamber 28 which is delimited at the top by the cover 26.
  • the furnace chamber 28 is divided by means of a vertical partition 30 into two sub-chambers 29 and 30 which are arranged next to one another and are connected to one another.
  • the only way for melt located in the partial chamber 29 to get into the partial chamber 30 is to pass an overflow edge 32 on the partition wall 30.
  • Solid aluminum is charged into the furnace chamber 5 '.
  • the figure shows a point in time when all the charged aluminum has melted and the furnace chambers 5 and 28 contain only molten metal, which means that the melt level 34 in the sub-chamber 29 is at the same level as the melt level 35 in the furnace chamber 5 '. If charging is continued, molten aluminum flows over the overflow edge 32 into the partial chamber 30, as a result of which the melt level 33 rises in this chamber.
  • the chamber 30 has a filling opening 36 located at the bottom.
  • the partial chamber 30 holds a maximum of at least twice as much, preferably at least three times as much, molten metal as the partial chamber 29.
  • the partial chamber 29 communicates with the inductor channels of the inductor 6 via an opening 31 in the wall of the Furnace vessel 25.
  • the vertical distance between the overflow rim 32 and the cover 26 is preferably less than 40% of the average height of the furnace chamber 28.
  • the inductor 6 is air-cooled by a fan which is driven by a fan motor 37.
  • the electrical heating elements 23, 23 'and 27 by heat sources of a different type, such as. B. gas burners to be replaced.
  • FIG. 6 shows an oven arrangement according to the invention for three-phase feeding.
  • the two furnace vessels 1, 1 'or the furnace chambers 5, 5' are again identical to one another and, in principle, constructed exactly as in the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 4, but with the difference that between the two furnace vessels 1, 1 'three inductor units are arranged.
  • an oven arrangement according to the invention can also be implemented for a two-phase supply, two inductors 6 then being arranged between the two oven vessels.
  • three inductors 6 are present in the three-phase embodiment, each of which is provided with two channels 38, 39 or 40, 41 or 42, 43 running between the chambers 5, 5 ', which channels 8 and 9 in the correspond to the embodiment described above. (See also FIG. 9).
  • Each pair of the channels mentioned serves to form the secondary winding consisting of melt for each of the inductors 6, the primary windings of which are designated 13 ', 13 "and 13"'.
  • the coils 13 ', 13 ", 13/11 are arranged on an iron core 12 (FIG. 7) and are each placed according to FIG. 3.
  • the three (or two) inductor blocks 6 are identical to one another and are pulled together by draw bolts 44. Four pull bolts 44 are generally used for this purpose. A layer 46 of ceramic felt is inserted between the inductor blocks. The inductor channels between the two chambers 5, 5 'are also shown in Figure 9 (38-44). The three assembled blocks 6 are placed on a tripod together with the transformer core 12 and the coils 13.
  • the two furnace vessels (the charging part and the drain part) 1 'and 1 are placed on one side of the inductor blocks and pulled together with the tie rods 17, 18.
  • FIG. 10 shows the possibility of building melting furnaces for aluminum, for example, with inductor blocks in the modular system and thereby obtaining furnaces with different melting capacities, but using a single size of inductor blocks 45. These blocks 45 can be arranged side by side and / or one behind the other between the two vessels 1, 1 '.
  • Figure 10 shows various power alternatives for 130, 260, 390, 520 and 780 kW.
  • the furnace arrangements described above can be varied in many ways within the scope of the general inventive concept disclosed.
  • the furnace arrangement shown in FIGS. 6 to 9 can be designed with regard to the details not shown, just like the furnace arrangement according to FIGS. 1 to 4 or the furnace arrangement according to FIG. 5.
  • the chambers 5 and 5 ' can be of the same size or different sizes, the first chamber 5 can be larger than the second chamber 5' or vice versa.
  • the size ratio can be 2: 1.

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  • Electromagnetism (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ofenanordnung zum Schmelzen und Warmhalten von Metall.
  • Bei einer solchen Ofenanordnung, wie sie beispielsweise aus der DE-AS-2 007 081 bekannt ist, besteht der Wunsch, das in der Ofenkammer befindliche Metall - normalerweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung - über lange Zeitintervalle, beispielsweise über mehrere Stunden oder Tage, im geschmolzenen Zustand zu halten, wobei während dieser Zeitintervalle kein weiteres Erschmelzen oder keine weitere Zufuhr von Metall stattfindet.
  • Es erweist sich jedoch als sehr unwirtschaftlich, zum Warmhalten der Schmelze einen Induktor zu verwenden, da dessen Primärwicklung wegen der hohen Umgebungstemperatur einer sehr intensiven Kühlung bedarf, die in der Regel mit Hilfe eines durch die Kühlkanäle getriebenen Kühlmittels arbeitet.
  • Aus der FR-A-614800 ist eine Ofenanordnung bekannt, die aus zwei Ofengefässen mit je einer Schmelzenkammer besteht, wobei die beiden Ofengefässe und ihre Kammern durch drei Induktoreinheiten mit je einem Verbindungskanal miteinander verbunden sind. Der Schmelzenkanal jeder Induktoreinheit ist mit einer zylindrischen Ausfütterung umgeben, die ihrerseits von einem ringförmigen Eisenkern umgeben ist, auf dem eine aus einem Kupferzylinder bestehende Primärwicklung angeordnet ist, wobei die Längsachse dieses Kupferzylinders mit dem Schmelzenkanal zusammenfällt. Die Induktoreinheiten können zwischen den beiden Ofengefässen mittels Bajonettverschlüssen ein- und ausgebaut werden.
  • Aus der CH-PS-211 380 ist eine Ofenanordnung bekannt, die aus einem einteiligen einheitlichen Ofengefäss besteht, dessen Innenraum in zwei Kammern unterteilt ist. Die Trennwand zwischen den Kammern bildet eine Induktoreinheit, durch die zwei Verbindungskanäle zwischen den beiden Kammern verlaufen. Die Induktoreinheit besteht aus einem Kern aus keramischem Material, welches mit einem vertikalen Kanal versehen ist, in welchem der die Primärwicklung tragende Schenkel des Eisenkerns des Induktors angeordnet ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ofenanordnung der eingangs genannten Art mit geringem Kostenaufwand derart weiterzuentwikkein, dass der Induktor in einfacher Weise ein- und ausgebaut werden kann und die Kontraktionsstrecke im Induktor klein ist. Ferner soll es bei der Ofenanordnung möglich sein, unter Beibehaltung des zum Schmelzen sehr vorteilhaften Induktors zum Warmhalten der Schmelze mit einer geringen Leistung auszukommen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Ofenanordnung vorgeschlagen, welche die im Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Ofenanordnung nach der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.
  • Herkömmliche Ofeninduktoren haben eine Hülle aus metallischem Material, wobei der Anschluss des Induktors an ein Ofengefäss dadurch erfolgt, dass die genannte Hülle am Ofengefäss festgeflanscht wird. Der bei der vorliegenden Erfindung gemäss einer Weiterentwicklung der Erfindung verwendete Induktor hat jedoch keine solche Hülle, wodurch anderenfalls auftretende Wirbelstromverluste vermieden werden.
  • Gemäss der Erfindung wird der genannte keramische Körper als selbsttragender Baustein aus einem Material hergestellt, das verhältnismässig hohen Druckspannungen standhält, wobei der Induktor in der Weise an das Ofengefäss angeschlossen wird, dass der genannte Stein zwischen zwei Ofengefässen festgeklemmt wird. Diese Konstruktion gemäss der Erfindung erlaubt eine schnelle Montage des Induktors. Dies ist sehr vorteilhaft, da Induktoren für Rinnenöfen in relativ kurzen Zeitabständen, z. B. jährlich, ausgetauscht werden müssen.
  • Unter «Kontraktionsstrecke» wird bei einem Induktor allgemein eine im Induktor vorhandene Kanalstrecke verstanden, längs welcher beim Abschalten der Ofenheizung sich ein Körper aus erstarrtem Metall bildet. Bei der weiteren Abkühlung reisst dieser Körper leicht, da seine Kontraktion in gewissem Masse von dem Kanal verhindert wird. Diese Rissbildung hat oft zur Folge, dass der elektrische Sekundärkreis des Induktors unterbrochen wird. Der bei der Erfindung verwendete Induktor hat den Vorteil, dass seine Kontraktionsstrecke kürzer als bei bekannten Induktoren ist, was sich daraus ergibt, dass die Kanäle des Induktors zu zwei Ofenkammern hin offen sind. Dadurch verkleinert sich die Länge der Kontraktionsstrecke gegenüber einem konventionellen Induktor auf ca. ein Drittel.
  • Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die genannte erste und/oder zweite Kammer auch eine über der Schmelze angeordnete Wärmequelle, die auch bei ausgeschaltetem Induktor aktivierbar ist und deren maximale Leistung zwar kleiner als die maximale Leistung des Induktors ist, jedoch ausreicht, um die Metallschmelze mindestens 24 Stunden lang im flüssigen Zustand zu halten. Hierdurch kann man mit einer verhältnismässig kleinen Warmhalteleistung der zusätzlichen Wärmequelle ein Erstarren der in den Kanälen des Induktors befindlichen Metallschmelze verhindern.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die Anzahl der zwischen den beiden Ofenkammern angeordneten Kanäle mindestens 4, vorzugsweise mindestens 6, aufgeteilt in 2 bzw. 3 Paare, von denen jedes Paar (zusammen mit Pfaden in den Ofenkammern) eine Primärspule (13', 13", 13"') umschliesst, welche auf dem Schenkel eines Transformatorkerns sitzt. Jede Primärspule wird von einer Phase eines zwei-oder mehrphasigen elektrischen Spannungssystems gespeist.
  • Durch diese Erweiterung der Ofenanordnung nach der Erfindung zu einer zwei- oder mehrphasig gespeisten Ofenanordnung wird eine wesentlich grössere Ofenkapazität und ein hoher Wirkungsgrad erzielt. Die erzielbare Wirkungsgraderhöhung kann 10 oder mehr Prozent betragen. Auch kann bei herabgesetztem Betrieb eine Phase abgeschaltet werden und ein Warmhalteeffekt erzielt werden. Hierbei findet allerdings eine unsymmetrische Belastung des elektrischen Netzes statt, was jedoch durch Kompensationsanordnungen vermieden werden kann.
  • Die zwischen den beiden Ofengefässen vorgesehenen Induktoren können nach einem Modulsystem aus einem oder mehreren zusammengesetzten gleichen Induktoreinheiten bestehen, so dass man durch Kombination mehrerer solcher untereinander gleicher Induktoreinheiten Ofenanordnungen mit unterschiedlicher Schmelzkapazität aufbauen kann. Die einzelnen Induktoren können dabei nebeneinander und/oder hintereinander zwischen den beiden Ofengefässen angeordnet sein.
  • Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
    • Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ofenanordnung gemäss der Erfindung in Draufsicht,
    • Fig. 2 die Ofenanordnung nach Fig. 1 in einer Ansicht in Richtung der Pfeile 11-11 in Fig. 1,
    • Fig. 3 im vergrösserten Massstab einen Horizontalschnitt längs der Linie 111-111 in Fig. 2,
    • Fig. 4 einen partiellen Vertikalschnitt längs der Linie IV-IV in den Figuren 1 bis 3,
    • Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer Ofenanordnung nach der Erfindung teils im Vertikalschnitt und teils in Seitenansicht,
    • Fig. 6 eine dritte nicht ganz vollständig dargestellte Ausführungsform einer Ofenanordnung nach der Erfindung in entsprechender Darstellung wie Fig. 1 für dreiphasige Speisung,
    • Fig. 7 die bei der Ausführungsform nach Fig. 6 verwendeten Primärspulen mit einem Teil des Eisenkerns,
    • Fig. 8 den Zusammenbau der drei Induktoreinheiten bei der Anordnung nach Fig. 6,
    • Fig. 9 den Gegenstand gern. Fig. 8 in Seitenansicht, jedoch mit herausgenommenen Primärspulen und Eisenkern,
    • Fig. 10 verschiedene Ausführungsformen von Ofenanordnungen gern. der Erfindung unter Verwendung von Induktoreinheiten nach einem Modulsystem.
    Die Figuren 1 bis 4 zeigen eine Ofenanordnung, die zwei Ofengefässe 1 und 1' enthält, die untereinander gleich sind mit der Ausnahme, dass das Ofengefäss 1 eine Abfüllöffnung 2 für geschmolzenes Metall hat, während an der entsprechenden Stelle des Ofengefässes 1' eine entsprechende Öffnung geschlossen ist oder nicht vorhanden ist. Jedes Ofengefäss 1 und 1' hat ein Gefäss 3 bzw. 3' aus Stahlblech, das mit einem Futter 4 bzw. 4' aus keramischem Material ausgekleidet ist und eine Ofenkammer 5 bzw. 5' enthält. Ein Ofeninduktor 6 ist zwischen den beiden Ofengefässen 1 und 1' angeordnet. Der Ofeninduktor 6 enthält einen Induktorblock 7, der als ein einziger aus keramischem Material bestehender Stein aufgebaut ist. Der Induktorblock 7 ist im wesentlichen als ein parallelepipedischer Block mit drei durchgehenden Kanälen (Löchern) 8, 9 und 15 ausgebildet. Zwei dieser Kanäle, 8 und 9, sind horizontale, im wesentlichen gerade und zueinander parallel verlaufende Induktorkanäle. Jeder Induktorkanal 8 bzw. 9 bildet eine hydraulische Verbindung zwischen den beiden Ofenkammern 5 und 5', was über zwei sich vorzugsweise erweiternde Öffnungen 10 und 10' in den beiden Ofengefässen 1 und 1' geschieht. Der durchgehende Kanal 15 hat einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, wobei die Zylinderachse 15' vertikal verläuft. Der Kanal 15 ist zwischen den beiden horizontalen Induktorkanälen 8 und 9 angeordnet, und in seiner Längsrichtung erstreckt sich ein Schenkel 11 des Transformatorkerns 12 sowie die auf dem Schenkel 11 sitzende Primärwicklung 13. Der Induktorblock 7 ist mit einer Schicht 14 aus wärmeisolierendem Material, z.B. keramischem Filz, versehen, wodurch der Wärmefluss vom Induktor an die umgebende Luft reduziert wird. Der Induktorblock 7 ruht auf je einem an der Aussenseite jedes Ofengefässes angeordneten Profilträger 16 und ist mit Hilfe eines Paars oberer Zugstangen 17 und eines Paars unterer Zugstangen 18 in seiner korrekten Lage fixiert. Die Zugstangen 17 und 18 sind an den Enden in an den Ofengefässen 5 und 5' befestigten Trageösen 19 eingeführt und mit Muttern 20 versehen. Die Muttern 20 sind fest angezogen, wobei die Kontaktflächen 21 des Induktorblockes 7 mit so grosser Kraft gegen entsprechende Flächen der Ofengefässe 5 und 5' gepresst werden, dass eine druckdichte Verbindung zwischen den Öffnungen 10 bzw. 10' und den Induktorkanälen 8 und 9 entsteht. Dank der vorstehend beschriebenen Anordnung und Fixierung des Ofeninduktors 6 können Montage und Demontage des Ofeninduktors in sehr arbeits- und zeitsparender Weise erfolgen. Bei der Demontage beispielsweise brauchen nur vier der Muttern 20 etwas gelöst zu werden, worauf der Induktor 6 gerade nach oben herausgehoben und mittels einer horizontalen Bewegung fortgeführt werden kann.
  • Jedes Ofengefäss 1, 1' ist mit einem Deckel 22 bzw. 22' versehen, der aus einem metallischen Blechkasten besteht, der ein Futter aus wärmebeständigem und wärmeisolierendem Material enthält. Jeder Deckel ist mit einer Wärmequelle in Form eines elektrischen Heizwiderstandes 23 bzw. 23' versehen, der über einen nicht gezeigten elektrischen Schalter an eine nicht gezeigte Wechselstromquelle angeschlossen ist, so dass er unabhängig von der Stromspeisung des Induktors ein- oder ausgeschaltet werden kann.
  • Jeder der beiden Heizwiderstände 23 und 23' hat eine Höchstleistung, die kleiner als 15%, vorzugsweise kleiner als 5%, der Höchstleistung des Induktors 6 ist. Die gemeinsame Leistung dieser beiden Heizwiderstände 23, 23' reicht aus, um bei abgeschaltetem Induktor die Schmelze mehrere Stunden, vorzugsweise mehrere Tage, in flüssigem Zustand zu halten.
  • Die Höchstleistung des Induktors 6 ist so bemessen, dass der Induktor allein imstande ist, die für das Schmelzen erforderliche Energie zu liefern. Diese kann jedoch weiter dadurch erhöht werden, dass wenigstens eines der Heizelemente 23,23' gleichzeitig mit dem Induktor eingeschaltet wird.
  • Bei normalem Betrieb liegt der Spiegel der Metallschmelze so hoch, dass die Metallschmelze, die sich in den beiden Ofenkammern 5, 5', in den beiden Öffnungen 10, 10' und in den beiden Induktorkanälen 8 und 9 befindet, einen den Transformatorschenkel 11 umschliessenden elektrischen Sekundärkreis (Sekundärwicklung mit einer Windung) bildet.
  • Das Chargieren geschieht in der Weise, dass das zu schmelzende Material, z.B. Aluminium, Magnesium oder Legierungen, welche diese Metalle oder einige derselben enthalten, der Ofenkammer 5' zugeführt wird, wenn der Deckel 22' in der in Figur 2 gestrichelt dargestellten Stellung steht. Wenn die Schmelze bis zum Abfülloch 2 reicht, fliesst bei weiterem Chargieren geschmolzenes Metall aus der Abfüllöffnung heraus. Die in den Figuren 1 bis 4 gezeigte Ofenanordnung wird zweckmässigerweise zusammen mit einem besonderen, nicht dargestellten an sich bekannten Warmhalteofen verwendet, dessen Ofenkammervolumen mindestens doppelt so gross, vorzugsweise mindestens fünfmal so gross wie das Volumen der Ofenkammer 5 ist. Die Abfüllöffnung 2 ist dabei zweckmässig mit einer Giessschnauze versehen, mit deren Hilfe herausströmende Metallschmelze dem genannten, besonderen Warmhalteofen zugeführt wird.
  • In den Fällen, in denen ein besonderer Warmhalteofen bereits vorhanden ist, ist es vorteilhaft, genau wie bei der vorstehend beschriebenen Ofenanordnung zwei praktisch gleiche Ofengefässe zu verwenden, da dies rein fertigungsmässig günstig ist. In anderen Fällen ist es vorteilhaft, stattdessen die in Figur 5 gezeigte Ofenanordnung zu verwenden, die sich von der in den Figuren 1 bis 4 gezeigten nur dadurch unterscheidet, dass das Ofengefäss 1 durch ein hinsichtlich Grösse und Konstruktion anderes Ofengefäss 25 ersetzt ist. Dieses hat einen wärmeisolierenden Deckel 26, an dessen Unterseite ein Wärmeelement in Form eines elektrischen Heizwiderstandes 27 angeordnet ist. Das Ofengefäss25 hat eine Ofenkammer 28, die oben von dem Deckel 26 begrenzt wird. Die Ofenkammer 28 ist mittels einer vertikalen Trennwand 30 in zwei nebeneinander angeordnete, miteinander in Verbindung stehende Teilkammern 29 und 30 unterteilt. Die einzige Möglichkeit für in der Teilkammer 29 befindliche Schmelze, in die Teilkammer 30 zu gelangen, besteht in der Passierung eines Überlaufrandes 32 an der Trennwand 30. Aluminium wird in fester Form in die Ofenkammer 5' chargiert. Die Figur zeigt einen Zeitpunkt, in dem die ganze chargierte Aluminiummenge geschmolzen ist und die Ofenkammern 5 und 28 nur geschmolzenes Metall enthalten, was bedeutet, dass der Schmelzenspiegel 34 in der Teilkammer 29 auf gleicher Höhe liegt wie der Schmelzenspiegel 35 in der Ofenkammer 5'. Wird das Chargieren fortgesetzt, so fliesst geschmolzenes Aluminium über den Überlaufrand 32 in die Teilkammer 30, wodurch der Schmelzenspiegel 33 in dieser Kammer steigt. Die Kammer 30 hat eine am Boden befindliche Abfüllöffnung 36. Die Teilkammer 30 fasst maximal mindestens doppelt soviel, vorzugsweise mindestens dreimal soviel, geschmolzenes Metall wie die Teilkammer 29. Die Teilkammer 29 kommuniziert mit den Induktorkanälen des Induktors 6 über eine Öffnung 31 in der Wand des Ofengefässes 25. Der vertikale Abstand zwischen dem Überlaufrand 32 und dem Deckel 26 ist vorzugsweise kleiner als 40% der durchschnittlichen Höhe der Ofenkammer 28.
  • Der Induktor 6 wird durch einen Lüfter luftgekühlt, der von einem Lüftermotor 37 angetrieben wird.
  • Die anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind nur zwei Beispiele von vielen anderen möglichen Ausführungsformen der Erfindung.
  • So können beispielsweise die elektrischen Heizelemente 23, 23' und 27 durch Wärmequellen anderer Art, wie z. B. Gasbrenner, ersetzt werden.
  • Figur 6 zeigt eine Ofenanordnung gemäss der Erfindung für dreiphasige Speisung. Pro Phase ist dabei ein Induktor 6 vorhanden. Die beiden Ofengefässe 1, 1' bzw. die Ofenkammern 5, 5' sind wieder untereinander gleich und im Prinzip genau so aufgebaut, wie bei dem anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel, jedoch mit dem Unterschied, dass zwischen den beiden Ofengefässen 1, 1' drei Induktoreinheiten angeordnet sind. Entsprechend lässt sich eine Ofenanordnung gemäss der Erfindung auch für eine zweiphasige Speisung verwirklichen, wobei dann zwei Induktoren 6 zwischen den beiden Ofengefässen angeordnet sind.
  • Gemäss Figur 6 sind bei der dreiphasigen Ausführungsform drei Induktoren 6 vorhanden, von denen jeder mit zwei zwischen den Kammern 5, 5' verlaufenden Kanälen 38, 39 bzw. 40, 41 bzw. 42, 43 versehen sind, die den Kanälen 8 und 9 im eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel entsprechen. (Siehe auch Figur 9.) Jedes Paar der genannten Kanäle dient zur Bildung der aus Schmelze bestehenden Sekundärwicklung für je einen der Induktoren 6, deren Primärwicklungen mit 13', 13" und 13"' bezeichnet sind.
  • Die Spulen 13', 13", 13/11 sind auf einem Eisenkern 12 (Figur 7) angeordnet und jeweils gemäss Figur 3 plaziert.
  • Die drei (oder zwei) Induktorblöcke 6 sind untereinander identisch und werden durch Zugbolzen 44 zusammengezogen. Hierzu dienen in der Regel vier Zugbolzen 44. Zwischen den Induktorblöcken ist dabei eine Schicht 46 aus keramischem Filz eingefügt. Die Induktorkanäle zwischen den beiden Kammern 5, 5' sind auch in Figur 9 (38-44) gezeigt. Die drei zusammengefügten Blöcke 6 werden zusammen mit dem Transformatorkern 12 und den Spulen 13 auf einem Stativ plaziert.
  • Die beiden Ofengefässe (der Chargierungsteil und der Ablaufteil) 1' bzw. 1 werden jeweils auf einer Seite der Induktorblöcke plaziert und mit den Zugstangen 17, 18 zusammengezogen. Die Kontaktflächen 21 zur Anlage an den Ofengefässen 1, 1' sind auch in Figur 8 gezeigt.
  • Man kann auch zwei oder mehrere Induktorblöcke pro Phase verwenden.
  • Figur 10 zeigt die Möglichkeit, Schmelzöfen für beispielsweise Aluminium mit Induktorblöcken im Modulsystem zu bauen und dadurch Schmelzöfen mit unterschiedlicher Schmelzkapazität, aber unter Verwendung einer einzigen Grösse von Induktorblöcken 45 zu erhalten. Diese Blöcke 45 können nebeneinander und/oder hintereinander zwischen den beiden Gefässen 1, l' angeordnet werden. Figur 10 zeigt verschiedene Leistungsalternativen für 130, 260, 390, 520 und 780 kW. Die vorstehend beschriebenen Ofenanordnungen können im Rahmen des offenbarten, allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.
  • Die in den Figuren 6 bis 9 gezeigte Ofenanordnung kann hinsichtlich der nicht dargestellten Einzelheiten ebenso ausgebildet sein, wie die Ofenanordnung nach den Figuren 1 bis 4 oder die Ofenanordnung nach Figur 5.
  • Im übrigen können bei allen gezeigten Ausführungsformen die Kammern 5 und 5' gleich gross oder unterschiedlich gross ausgeführt sein, wobei die erste Kammer 5 grösser sein kann als die zweite Kammer 5' oder umgekehrt. Beispielsweise kann das Grössenverhältnis 2:1 betragen.

Claims (15)

1. Ofenanordnung zum Schmelzen und Warmhalten von Metall mit einem ersten Ofengefäss (1), welches eine für Schmelze bestimmte erste Kammer (5) bildet, und einem zweiten Ofengefäss (1'), welches eine für Schmelze bestimmte zweite Kammer (5') bildet, mit mindestens einer zwischen den beiden Ofengefässen (1, 1') angeordneten Induktoreinheit (6), die aus einem Block (7) aus keramischen Material, einem aus mindestens zwei Schenkeln und mindestens zwei Jochen bestehenden Trafokern (12) und einer auf dem Trafokern sitzenden Primärwicklung (13) besteht, wobei der Block (7) zwei einander gegenüberliegenden Kontaktflächen (Begrenzungsflächen) (21) hat, von denen jede an je einem Ofengefäss anliegt, und mit zwei nebeneinander verlaufenden Kanälen (8, 9) für geschmolzenes Metall versehen ist, welche von einer zur anderen Kontaktfläche (21) verlaufen und an dieser münden, und mit einem durchgehenden dritten Kanal (15) in dem Block (7), welcher Kanal senkrecht zu den beiden Schmelzenkanälen (8, 9) und zwischen diesen hindurch verläuft und durch welchen sich ein Schenkel (11) des Trafokerns (12) erstreckt.
2. Ofenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (5) und/ oder die zweite Kammer (5') zusätzlich eine Wärmequelle (23, 23') enthält/enthalten, die über der Schmelze angeordnet ist.
3. Ofenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Wärmequelle (23, 23') ein am Deckel (22, 22') angeordneter elektrischer Heizwiderstand ist.
4. Ofenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ofenkammern (5, 5') über die Induktorkanäle (8, 9) hydraulisch miteinander verbunden sind.
5. Ofenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Ofenanordnung (1, 1'), in denen die erste bzw. die zweite Ofenkammer (5, 5') angeordnet sind, je eine Öffnung (10, 10') in einer Seitenwand haben, dass die beiden Ofenkammern (5, 5') an je einer Seite der Induktoreinheit (6) angeordnet sind und dass die erste und die zweite Ofenkammer (5, 5') über die Ofenöffnungen (10, 10') und die Induktorkanäle (8, 9) hydraulisch miteinander verbunden sind.
6. Ofenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ofengefäss (1) und das zweite Ofengefäss (1') gegen je eine Seite der Induktoreinheit (6) mit Hilfe einer Anzahl von Gliedern angepresst werden, die sich zwischen den beiden Ofengefässen erstrecken und Zugspannungen übertragen.
7. Ofenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie im wesentlichen symmetrisch ausgebildet ist in bezug auf eine gedachte vertikale Ebene (IV-IV), in welcher der Mittelpunkt der Induktoreinheit (6) liegt und welche die Induktorkanäle (8, 9) senkrecht zu ihrer Längsrichtung schneidet.
8. Ofenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Ofengefässe (1, 1') eine Abfüllöffnung (2) für geschmolzenes Metall hat, die im oberen Bereich einer Wand angeordnet ist und mit dem oberen Bereich der Ofenkammer hydraulisch in Verbindung steht.
9. Ofenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ofenkammer (5') durch eine vertikale Trennwand (30') in eine kleine Teilkammer (29) und eine grosse Teilkammer (30) unterteilt ist, dass die kleine Teilkammer (29) direkt an die Induktorkanäle (8, 9) angeschlossen ist, dass die grosse Teilkammer (30) nahe dem Boden der Ofenkammer eine Abfüllöffnung (36) für geschmolzenes Metall hat und dass die Trennwand (30') nahe dem Deckel (26) der zweiten Ofenkammer einen Überlaufrand (32) hat, über den geschmolzenes Metall aus der kleinen Teilkammer (29) in die grosse Teilkammer (30) fliessen kann, und dass der Zufluss von geschmolzenem Metall aus den Induktorkanälen in die grosse Teilkammer (30) nur durch die kleine Teilkammer (29) und den Überlaufrand (32) erfolgen kann.
10. Ofenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Kanälen zwischen den beiden Ofenkammern (5, 5') mindestens vier, vorzugsweise mindestens sechs beträgt, dass je ein Paar (38, 39; 40, 41; 42, 43) dieser Kanäle zu beiden Seiten eines Schenkels eines magnetischen Kerns angeordnet ist, der eine Primärwicklung (13', 13", 13"') trägt, wobei diese Primärwicklungen vorzugsweise mit unterschiedlichen elektrisehen Phasen eines merphasigen elektrischen Spannungssystems, vorzugsweise eines zweiphasigen oder dreiphasigen Spannungssystems, gespeist werden.
11. Ofenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Induktoreinheiten (6) mittels einer Anzahl von Zugbolzen (44) miteinander verbunden sind.
12. Ofenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Ofengefässen (1, 1') angeordneten Induktoreinheiten eine Standardausführung haben, mit der ein Modulsystem zum Aufbau von Ofenanordnungen mit unterschiedlicher Schmelzkapazität geschaffen wird.
13. Ofenanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Induktoreinheiten (45) in Standardausführung nebeneinander und/oder hintereinander zwischen dem ersten und zweiten Gefäss (1, 1') angeordnet sind.
14. Ofenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (23, 23') auch einschaltbar ist, wenn der Induktor (6) abgeschaltet ist, und dass die maximale Leistung der Wärmequelle (23, 23') kleiner ist als die maximale Leistung der Induktoreinheit (6), jedoch ausreichend gross ist, um das geschmolzene Metall für mindestens 24 Stunden im geschmolzenen Zustand zu halten.
15. Ofenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der einen Ofenkammer (5, 5') mindestens doppelt so gross ist wie das Volumen der anderen Ofenkammer (5, 5').
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