EP0410026A1 - Induktionsschmelzofen - Google Patents

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EP0410026A1
EP0410026A1 EP89113611A EP89113611A EP0410026A1 EP 0410026 A1 EP0410026 A1 EP 0410026A1 EP 89113611 A EP89113611 A EP 89113611A EP 89113611 A EP89113611 A EP 89113611A EP 0410026 A1 EP0410026 A1 EP 0410026A1
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EP
European Patent Office
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crucible
sections
projection
melting furnace
induction melting
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Ceased
Application number
EP89113611A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nikolai Matveevich Slotintsev
Evgeny Isaevich Rytvin
Semen Lvovich Roginsky
Oleg Petrovich Shiman
Nikolai Nikolaevich Trofimov
Viktor Alexandrovich Pershin
Alexandr Pavlovich Gubchenko
Sergei Leonidovich Sheffer
Igor Valentinovich Kuzovlev
Vladimir Lvovich Dreitser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
VSESOJUZNY NAUCHNO-ISSLEDOVATELSKY PROEKTNO-KONSTRUKTORSKY I TEKHNOLOGICHESKY INST ELEKTROTERMICHESKOGO OBORUDOVANIA VNIIETO
Original Assignee
VSESOJUZNY NAUCHNO-ISSLEDOVATELSKY PROEKTNO-KONSTRUKTORSKY I TEKHNOLOGICHESKY INST ELEKTROTERMICHESKOGO OBORUDOVANIA VNIIETO
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/04—Crucible or pot furnaces adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/06—Crucible or pot furnaces heated electrically, e.g. induction crucible furnaces with or without any other source of heat
    • F27B14/061—Induction furnaces
    • F27B14/063—Skull melting type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/12—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces with electromagnetic fields acting directly on the material being heated
    • 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
    • H05B6/22—Furnaces without an endless core
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B2014/008—Continuous casting

Definitions

  • the invention relates to metal melting furnaces and relates in particular to an induction melting furnace and its use.
  • An induction melting furnace (JV Petrov, EG Ratnikov “Kholodnye tigli”("ColdCrucible"), 1972, Energiya Publishing House (Moscow), p. 52) is known, which contains a crucible enclosed by an inductor, the side wall of which is arranged by vertically arranged Sections are formed with cooling channels. The sections are intimately connected to one another with the aid of insulating material intermediate layers. A cooled metal combination is used to hold the molten metal in the crucible.
  • the known induction melting furnace can only be used for melting high-melting metals at working temperatures of approx. 2000 ° K. It has insufficient operational reliability at higher temperatures. This is due to the fact that the insulating material intermediate layers mounted between the sections do not withstand and fail at the high temperatures heat loads which arise from the action of a heat radiation conducted through them of the metal melt filling the crucible. This leads to burnout and insulation damage to the inductor or to the failure of the latter. In addition, during the process of manufacturing and assembling the crucible and in furnace operation, gaps are formed between the sections of the crucible, through which the heat radiation of the molten metal spreads, which acts on the structural components which are located outside the crucible and are subjected to considerable thermal loads that can lead to an emergency.
  • the invention has for its object to provide an induction melting furnace with such a structural design of the sections of the crucible and such an arrangement of the intermediate insulating layers between them, which make it possible to prevent the action of heat radiation from the molten metal on the components of the furnace, which are outside the crucible lie.
  • the object of the invention is an induction melting furnace which comprises a crucible, the side wall of which is arranged by vertically arranged and intimately connected sec tions with cooling channels is formed, an inductor enclosing the crucible and a cooled metal team for holding a molten metal in the crucible, with the characteristic that at the locations of the arrangement of the insulating material intermediate layers on one of the side surfaces of each section a projection and on the other side surface a recess whose configuration corresponds to the configuration of the surface of the protrusion of the adjacent section to be coupled thereto are formed on the inner surface of the crucible side wall.
  • the present invention provides reliable protection for the components of the furnace, which are located outside the crucible, especially for the inductor, against heat radiation from the molten metal, which allows the temperature in the crucible to be raised to 3000 ° K.
  • the induction melting furnace according to the invention contains an inductor 1 (FIG. 1), which encloses a crucible 2, and a cooled metal team 3.
  • the side wall of the crucible 2 is in front by vertically arranged metal sections 4 preferably made of copper, with cooling channels 5, which are connected by means of connecting piece 6 to a (not shown) coolant delivery system.
  • each section 4 On one of the side surfaces of each section 4 (Fig. 2) is a projection 7 and on the other is a recess 8, the configuration of which corresponds to the configuration of the surface of the projection 7 of the adjacent section 4 to be coupled thereto, adjacent to the inner surface of the crucible side wall educated.
  • insulating material In each gap between the projection 7 and the recess 8 4 insulating material intermediate layers 9 are arranged over the total height of the sections.
  • the height of the projections 7 and the depth of the recesses 8 depend on the geometric dimensions of the crucible 2, the flowability of the molten metal and its temperature.
  • the sections 4 can be designed in such a way that the column at the junction of the sections 4, d. H.
  • the cooled team 3 preferably made of copper, is intended for holding a molten metal 11 in the crucible 2.
  • the induction melting furnace works as follows. A batch to be melted is placed on the trailer 3 to be cooled. The inductor 1 is actuated. As the batch heats up, a molten metal 11 forms, which takes the form of a convex meniscus, the height of which depends on the density of the remelt Metal and depends on the strength of the electromagnetic field generated by the inductor 1. The projections 7 and the recesses 8 with the insulating material intermediate layers 9 create an obstacle on the way of heat radiation from the molten metal 11, which is completely absorbed by uninsulated sections of the cooled sections 4.
  • the present invention thus makes it possible to reliably protect the inductor 1 located outside the crucible 2 against the thermal effect of the melt 11, as a result of which the operating life of the furnace is extended many times over.
  • the present invention can be applied in induction furnaces for melting high-melting metals with a cooled metal crucible.
  • the invention can also be used in vacuum induction furnaces for high-temperature treatment of graphite products in the production of composite materials at temperatures of approximately 3000 ° K.

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Abstract

Der erfindungsgemäße Induktionsschmelzofen enthält einen Tiegel (2), dessen Seitenwand durch vertikal angeordnete und miteinander mittels Isolierstoffzwischenlagen (9) innig verbundene Sektionen (4) mit Kühlkanälen (5) gebildet ist. An den Stellen der Anordnung der Isolierstoffzwischenlagen (9) sind auf einer der Seitenflächen jeder Sektion (4) ein Vorsprung (7) und auf der anderen Seitenfläche ein Rücksprung (8) ausgebildet, dessen Konfiguration der Konfiguration der mit diesem zu koppelnden Fläche des Vorsprungs (7) der benachbarten Sektion (4) entspricht. Der Tiegel (2) ist von einem Induktor (1) umschlossen und mit einem gekühlten Metallgespann (3) verbunden. Die Vorsprünge (7) und die Rücksprünge (8) schaffen ein Hindernis auf dem Wege einer Wärmestrahlung einer Metallschmelze (11), die durch unisolierte Abschnitte der gekühlten Sektionen (4) ganz absorbiert wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Metallschmelzöfen und be­trifft insbesondere einen Induktionsschmelzofen und dessen Verwendung.
  • Es ist ein Induktionsschmelzofen (J. V. Petrov, E. G. Ratnikov "Kholodnye tigli" ("Kalte Tiegel"), 1972, Verlag Energiya" (Moskau), S. 52) bekannt, der einen durch einen Induktor umschlossenen Tiegel enthält, dessen Seitenwand durch vertikal angeordnete Sektionen mit Kühlkanälen gebil­det ist. Die Sektionen sind miteinander mit Hilfe von Isolierstoffzwischenlagen innig verbunden. Zum Halten der Metallschmelze im Tiegel dient ein gekühltes Metall­gespann.
  • Der bekannte Induktionsschmelzofen kann nur zum Schmelzen von hochschmelzenden Metallen bei Arbeitstemperaturen von ca. 2000° K eingesetzt werden. Bei höheren Tempera­turen hat er eine unzureichende Betriebszuverlässigkeit. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die zwischen den Sektionen montierten Isolierstoffzwischenlagen bei den hohen Temperaturen Wärmebelastungen, die bei der Einwir­kung einer durch sie geleiteten Wärmestrahlung der den Tiegel ausfüllenden Metallschmelze entstehen, nicht stand­halten und ausfallen. Dies führt zu einem Durchbrennen und einer Isolationsbeschädigung beim Induktor bzw. zum Ausfall des letzteren. Darüber hinaus werden beim Vorgang der Herstellung und Montage des Tiegels sowie im Ofenbetrieb zwischen den Sektionen des Tiegels Spalte gebildet, über die sich die Wärmestrahlung der Metallschmelze ausbreitet, wobei sie auf die konstruktiven Bauelemente einwirkt, die sich außerhalb des Tiegels befinden und hierbei er­hebliche Wärmebelastungen erfahren, die zu einem Notfall führen können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Induktions­schmelzofen mit einer derartigen konstruktiven Ausführung der Sektionen des Tiegels und einer derartigen Anordnung der Isolierstoffzwischenlagen zwischen ihnen zu schaffen, die es gestatten, der Einwirkung der Wärmestrahlung der Metallschmelze auf die Bauelemente des Ofens vorzubeugen, die außerhalb des Tiegels liegen.
  • Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Induktionsschmelzofen, der einen Tiegel, dessen Seitenwand durch vertikal angeordnete und miteinander mittels Isolierstoffzwischenlagen innig verbundene Sek­ tionen mit Kühlkanälen gebildet ist, einen den Tiegel umschließenden Induktor und ein gekühltes Metallgespann zum Halten einer Metallschmelze im Tiegel enthält, mit dem Kennzeichen, daß an den Stellen der Anordnung der Iso­lierstoffzwischenlagen auf einer der Seitenflächen jeder Sektion ein Vorsprung und auf der anderen Seitenfläche ein Rücksprung, dessen Konfiguration der Konfiguration der mit diesem zu koppelnden Fläche des Vorsprungs der benachbarten Sektion entspricht, an der Innenoberfläche der Tiegelseitenwand ausgebildet sind.
  • Die vorliegende Erfindung bietet einen sicheren Schutz für die Bauelemente des Ofens, die sich außerhalb des Tiegels befinden, besonders für den Induktor, gegen eine Wärmestrahlung seitens der Metallschmelze, was es ge­stattet, die Temperatur im Tiegel auf 3000° K zu erhöhen.
  • Die vorliegende Erfindung soll nachstehend an einem konkre­ten Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert werden; darin zeigen:
    • Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Induktionsschmelz­ofens gemäß der Erfindung im Längsschnitt; und
    • Fig. 2 einen Teilquerschnitt nach II-II in Fig. 1 mit nur schematisch angedeutetem Induktor.
  • Der erfindungsgemäße Induktionsschmelzofen enthält einen Induktor 1 (Fig. 1), der einen Tiegel 2 umschließt, und ein gekühltes Metallgespann 3. Die Seitenwand des Tiegels 2 ist durch vertikal angeordnete Metallsektionen 4, vor­ zugsweise aus Kupfer, mit Kühlkanälen 5 gebildet, die mittels Stutzen 6 mit einem (nicht dargestellten) Kühl­mittel-Förderungssystem verbunden sind.
  • Auf einer der Seitenflächen jeder Sektion 4 (Fig. 2) ist ein Vorsprung 7 und auf der anderen ist ein Rücksprung 8, dessen Konfiguration der Konfiguration der mit diesem zu koppelnden Fläche des Vorsprungs 7 der benachbarten Sektion 4 entspricht, an die Innenoberfläche der Tiegel­seitenwand angrenzend ausgebildet. In jedem Spalt zwischen dem Vorsprung 7 und dem Rücksprung 8 sind über die Gesamt­höhe der Sektionen 4 Isolierstoffzwischenlagen 9 angeordnet. Die Höhe der Vorsprünge 7 und die Tiefe der Rücksprünge 8 richten sich nach den geometrischen Maßen des Tiegels 2, der Fließfähigkeit der Metallschmelze und ihrer Tempe­ratur. Um eine qualitätsgerechte Montage des Tiegels 2 zu gewährleisten, können die Sektionen 4 in der Weise ausgeführt sein, daß die Spalte an der Verbindungsstelle der Sektionen 4, d. h. zwischen dem Vorsprung 7 und dem Rücksprung 8, eine größere Breite als die Spalte zwischen den Sektionen 4 außerhalb der Verbindungsstelle aufweisen, die auch über die gesamte Höhe der Sektionen 4 mit Isolierstoffzwischenlagen 10 gefüllt sind. Das vorzugs­weise aus Kupfer hergestellte gekühlte Gespann 3 ist zum Halten einer Metallschmelze 11 im Tiegel 2 bestimmt.
  • Der erfindungsgemäße Induktionsschmelzofen arbeitet wie folgt. Auf das zu kühlende Gespann 3 wird eine zu schmel­zende Charge aufgelegt. Es wird der Induktor 1 betätigt. In dem Maße der Erhitzung der Charge bildet sich eine Metallschmelze 11, die die Form eines konvexen Meniskus annimmt, dessen Höhe von der Dichte des umzuschmelzenden Metalls und von der Stärke des durch den Induktor 1 er­zeugten elektromagnetischen Feldes abhängt. Die Vorsprünge 7 und die Rücksprünge 8 mit den Isolierstoffzwischenlagen 9 schaffen ein Hindernis auf dem Wege einer Wärmestrahlung der Metallschmelze 11, die durch unisolierte Abschnitte der gekühlten Sektionen 4 vollständig absorbiert wird.
  • Die vorliegende Erfindung gestattet es also, den außerhalb des Tiegels 2 befindlichen Induktor 1 gegen die Wärmewir­kung der Schmelze 11 sicher zu schützen, wodurch die Be­triebsdauer des Ofens um ein Vielfaches verlängert wird.
  • Die vorliegende Erfindung kann in Induktionsöfen zum Schmelzen von hochschmelzenden Metallen mit einem ge­kühlten Metalltiegel angewendet werden.
  • Die Erfindung kann auch in Vakuuminduktionsöfen für eine Hochtemperaturbehandlung von Graphiterzeugnissen bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen bei Temperaturen von ca. 3000° K angewendet werden.

Claims (4)

1. Induktionsschmelzofen, der einen Tiegel (2), dessen Seitenwand durch vertikal angeordnete und miteinander mittels Isolierstoffzwischenlagen (9) innig verbundene Sektionen (4) mit Kühlkanälen (5) gebildet ist, einen den Tiegel (2) umschließenden Induktor (1) und ein gekühltes Metallgespann (3) zum Halten einer Metallschmelze (11) im Tiegel (2) enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den Stellen der Anordnung der Isolierstoffzwischen­lagen (9) auf einer der Seitenflächen jeder Sektion (4) ein Vorsprung (7) und auf der anderen Seitenfläche ein Rücksprung (8), dessen Konfiguration der Konfigu­ration der mit diesem zu koppelnden Fläche des Vorsprungs (7) der benachbarten Sektion (4) entspricht, an der Innenoberfläche der Tiegelseitenwand ausgebildet sind.
2. Induktionsschmelzofen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sektionen (4) auch außerhalb der Vorsprünge (7) und Rücksprünge (8) mittels Isolierstoffzwischen­lagen (10) zwischen ihren Seitenflächen innig miteinan­der verbunden sind.
3. Verwendung des Induktionsschmelzofens nach Anspruch oder 2 zum Schmelzen von hochschmelzenden Metallen.
4. Verwendung des Induktionsschmelzofens nach Anspruch 1 oder 2 als Vakuuminduktionsofen zur Hochtemperatur­behandlung von Graphiterzeugnissen bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen.
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EP0743806A2 (de) * 1995-05-19 1996-11-20 Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha Levitationsschmelztiegel

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