DE3446260C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Induktions-Schmelzofen mit einem Schmelzgefäß, das von einer ein magnetisches Wechselfeld erzeugenden Spule umgeben ist und eine Auslaß­ einrichtung mit einer Auslaßöffnung zum intermittierenden Auslassen von Schmelze aufweist.

Elektroöfen unterscheiden sich von anderen Industrie­ öfen dadurch, daß bei diesen elektrische Energie benutzt wird, um eine beispielsweise zum Schmelzen einer Ofencharge erfor­ derliche Temperatur zu erzeugen. Je nach Art der Energie­ zufuhr wird bei Elektroöfen zwischen Lichtbogenheizung, Widerstandsheizung und Induktionsheizung unterschieden.

Beim Induktionsofen sieht die gebräuchlichste industrielle Ausführung einen Feuerfesttiegel vor, der von einer wassergekühlten Kupferspule umgeben ist. Durch das elektromagnetische Wechselfeld dieser Induktionsspule werden in elektrisch leitenden Körpern, beispielsweise in einem metallischen Schmelzgut, Wechselströme erzeugt, die dieses aufheizen. Nach der angewendeten Frequenz wird zwischen Nieder-, Mittel- und Hochfrequenz-Induktions­ öfen unterschieden. Bei Induktionsöfen mit einem nicht unmittelbar im magnetischen Wechselfeld heizbaren Schmelz­ gut kann das Schmelzgefäß selbst aus elektromagnetisch- induktiv beheizbarem Material bestehen und durch Übertragung von Wärme an die Charge diese zum Schmelzen bringen. Bei einem Schmelzofen mit Induktionsheizung ist es Stand der Technik, eine Ausflußöffnung am Tiefsten des Schmelz­ tiegels bzw. unterhalb des Niveaus des Schmelzofens anzu­ ordnen. Im Falle eines chargenweisen Betriebes, wobei die Schmelze zum Ende der metallurgischen Behandlung im Schmelzofen zumeist vollständig abgelassen wird, ist die genannte Anordnung der Ausflußöffnung zweckmäßig. Fallweise kann zur Verhinderung des Einfrierens von Metallresten oder zum Wiederaufschmelzen solcher Reste eine eigene Induktionsspule im Bereich der Ausflußöffnung vorgesehen sein. Bei intermittierendem Ofengang, wobei jeweils nur Teile der Schmelze aus dem Ofen abgelassen werden, ergeben sich bei der bekannten Anordnung der Ausflußöffnung Schwierigkeiten und Störungen, die durch das intermittie­ rende Öffnen und Wiederverschließen der Auslaßorgane ver­ ursacht werden.

Ein Schmelzofen zum Betrieb mit intermittierendem Ofengang, wobei in zeitlichen Abständen jeweils Teile der Schmelze aus dem Ofen abgelassen werden, ist aus der DE-OS 21 14 656 bekannt. Bei diesem Ofen befindet sich ein Auslaßorgan in einer Ebene oberhalb des Schmelzgefäßbodens und ist zudem, von den zur Beheizung der Schmelze vorgesehenen Elektroden umgeben, im Bereich höchster Temperatur der Schmelze angeordnet.

Bei dem bekannten Ofen handelt es sich jedoch um einen mit Elektroden bestückten Ofen zum Schmelzen glasförmiger oder keramischer Materialien, nicht aber um einen Induktions­ tiegelofen zum Schmelzen von Metallen. Eine Übertragung der Betriebsbedingungen und Konstruktionsmerkmale von dem aus der DE-OS 21 14 656 bekannten, mit Elektroden beheizten Ofen auf einen den Gegenstand der Erfindung bildenden Induktionstiegelofen ist infolgedessen nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schmelzofen mit Induktionsheizung anzugeben, der in der Lage ist, sowohl im Dauer­ betrieb als auch im diskontinuierlichen Betrieb störungsfrei zu arbeiten, und dessen Auslaßeinrichtung ein beliebiges Öffnen und Schließen zum Teilauslaß von Schmelze problemlos ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem elektrischen Schmelzofen mit Induktionsheizung der eingangs genannten Art dadurch, daß die Auslaßöffnung in einer Ebene oberhalb des Bodens des Schmelzgefäßes angeordnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung befindet sich die Auslaßöffnung im Bereich der Wärmeeinstrahlung durch die sie umgebende heiße Schmelze, wodurch einem Verstopfen der Auslaßöffnung durch ein­ frierende Reste der Schmelze mit Vorteil wirksam begegnet wird.

Weiter ist vorgesehen, daß die Auslaßeinrichtung im Wechselfeld der Spule angeordnet ist und aus elektromagnetisch-induktiv beheizbarem Material besteht. Mit Vorteil wird hierdurch die Auslaßeinrichtung durch unmittelbare Einwirkung des induktiven Wechselfeldes beheizt und infolgedessen das Einfrieren von Schmelze in der Auslaßeinrich­ tung wirksam verhindert. Dabei wird diese vorteilhafte Wirkung in einfacher Weise erreicht, ohne daß hierfür die Anordnung einer ei­ genen Induktionsspule erforderlich ist.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen sehen vor, daß Teile der Aus­ laßeinrichtung aus elektrisch leitendem, warmfestem Material wie Metall, vorzugsweise Stahl, und/oder Kohle bzw. Graphit bestehen.

Die Wahl des Materials liegt im Ermessen des Fachmannes und richtet sich vorzugsweise nach der stofflichen Substanz der Schmelze.

Weiter ist vorgesehen, daß die Auslaßeinrichtung eine Auslaßöffnung mit einem mit dieser als Ventil zusammenwirkenden, mechanisch be­ tätigbaren Verschlußorgan aufweist, wobei mit Vorteil das Verschluß­ organ als Ventilnadel ausgebildet ist.

Eine erfindungswesentliche Ausgestaltung der Verschlußeinrichtung sieht weiter vor, daß Auslaßöffnung und Ventilnadel von einer Vor­ kammer umgeben sind, und daß die Vorkammer im Bereich des Schmelz­ gefäßbodens wenigstens eine Einlaßöffnung für Schmelze aufweist und sich nach oben zu mit einem Schutzrohr für die Ventilnadel durch das Schmelzgefäß fortsetzt, und daß Vorkammer und Schutzrohr ebenfalls aus elektromagnetisch-induktiv beheizbarem Material bestehen.

Die erfindungsgemäß ausgestaltete Auslaßeinrichtung ist einerseits unkompliziert im Aufbau und zuverlässig in der Funktion. Dadurch, daß auch die Ventilnadel induktiv erhitzt wird, kann an deren Spitze anhaftende Schmelze nicht erstarren, weil diese mindestens auf Schmelztemperatur induktiv aufgeheizt ist.

Weiterhin wird durch die Anordnung der Vorkammer die induktive Er­ hitzung der Auslaßeinrichtung und Warmhaltung der in ihrem Bereich befindlichen Teile der Schmelze verbessert. Die im Bereich des Schmelzgefäßbodens gelegene Einlaßöffnung der Vorkammer bewirkt mit Vorteil, daß Schmelze aus dem Tiegel oder Schmelzgefäß an dessen tiefster Stelle abgezogen wird und sodann in einem nach oben gerichteten Strom in die höher gelegene Auslaßöffnung gelangt.

Weiter ist vorgesehen, daß die Auslaßeinrichtung eine im Inneren der Vorkammer angeordnete Ausflußkammer mit einem im Abstand vom Boden des Schmelzgefäßes angeordneten Deckel aufweist, und daß die Auslaßöffnung im Deckel angeordnet ist.

Mit Vorteil wird hierdurch erreicht, daß die Vorkammer mit der darin angeordneten Ausflußkammer ein syphonartiges Ausflußsystem bilden, dessen Einlaßöffnung am Boden des Schmelzgefäßes und dessen Auslaßöffnung im Abstand darüber im Deckel der Ausflußkammer gelegen sind. Dabei gewährleistet die untere Öffnung der Vorkammer, daß nur bereits hocherhitztes Material in die Vorkammer einfließt. Obwohl die Ausflußöffnung höher liegt, wird kontinuierlich Schmelze an tiefster Stelle des Schmelzgefäßes abgezogen, wodurch gewähr­ leistet ist, daß kein Restvolumen bleibt, sondern geschmolzenes Gut fortlaufend aus dem Schmelzgefäß genommen werden kann.

Weil auch die Ausflußkammer ebenso wie die übrigen Teile der Aus­ laßeinrichtung induktiv beheizt ist, sichert ihre glockenartige Gestaltung einen Temperaturstau im Ausflußraum. Die Ausflußöff­ nung ist damit immer von schmelzflüssigem Gut umgeben und kann nicht durch einfrierende Schmelze in ihrer Funktion beeinträchtigt werden.

Infolge induktiver Beheizung sowohl der Ventilnadel als auch des Schutzrohres weisen diese eine gleiche oder höhere Temperatur auf als die umgebende Schmelze. Gleichzeitig verhindert das Schutzrohr einen thermischen Kurzschluß zwischen der Schmelze und der Ausfluß­ öffnung.

Hierbei kann es, insbesondere im Falle einer induktiv nicht beheiz­ baren Charge, vorteilhaft sein, daß sowohl der Boden des Schmelz­ gefäßes als auch dessen Mantel aus elektromagnetisch-induktiv be­ heizbarem Material bestehen.

Die Erfindung wird in der Zeichnung in einer bevorzugten Ausführungs­ form gezeigt, wobei aus der Zeichnung weitere vorteilhafte Einzel­ heiten der Erfindung entnehmbar sind. Es zeigt

Fig. 1 einen Induktionsofen im Schnitt,

Fig. 2 in Draufsicht den Induktionsofen gemäß Fig. 1.

Der Induktionsofen 1 ist auf einem Ofengestell 15 aufgebaut und weist einen Mantel 14, einen damit verschweißten Boden 2 sowie einen mittels Flanschen 18 unter Zwischenlage einer Dichtung durch Schrauben verbundenen oberen Abschlußdeckel 16 auf, der mit einem Einfüllstutzen 17 versehen ist. Der Mantel 14, ebenso wie der Boden 2 und der Abschlußdeckel 16, sind aus warmfestem Metall, im vorlie­ genden Ausführungsbeispiel aus Stahl gefertigt. Der Mantel 14 ist von einer wassergekühlten, kupfernen Induktionsspule 5 umgeben. Diese ist an einen (nicht gezeigten) Wechselstromgenerator ange­ schlossen und arbeitet nach Maßgabe des schmelzbaren Gutes in einem Frequenzbereich zwischen 50 Hz (Niederfrequenzofen), 500 bis 2000 Hz (Mittelfrequenzofen) bis zu 100 000 Hz (Hochfrequenzofen).

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wobei das Schmelzgefäß 3 selbst aus magnetisch-induzierbarem Material besteht, werden dessen Teile im magnetischen Wechselfeld der Spule 5 nach Maßgabe von Feldstärke und Frequenz des Wechselfeldes unmittelbar erhitzt. Dabei sieht die erfindungswesentliche Ausgestaltung des Induktionsofens 1 vor, daß die Auslaßöffnung 7 in einer Ebene x-x im Abstand oberhalb des Bodens 2 des Schmelzgefäßes 3 angeordnet ist. Überhaupt ist die ge­ samte Auslaßeinrichtung 4 mit der Auslaßöffnung 7 im Wechselfeld der Spule 5 angeordnet und besteht, ebenso wie der Boden 2, der Mantel 14 und der Abschlußdeckel 16 aus elektromagnetisch-induktiv beheizbarem Material, im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Stahl. Die Auslaßeinrichtung 4 ist im übrigen im Zusammenwirken zwischen der Auslaßöffnung 7 und einem mechanisch betätigbaren Verschluß­ organ 8 als Ventil ausgebildet. Dabei besitzt die Auslaßöffnung 7 einen konischen Kanal, der mit einer als Verschlußorgan 8 ausge­ bildeten Ventilnadel 6 verschließbar ist. Auch diese Ventilnadel ist aus elektromagnetisch-induktiv beheizbarem Material herge­ stellt. Die Auslaßöffnung 7 befindet sich im Deckel 13 einer Aus­ flußkammer 12, die ihrerseits von einer Vorkammer 9 umgeben ist. Von dieser erstreckt sich nach oben hin ein Schutzrohr 11, welches die Ventilnadel 6 umschließt. Dieses Schutzrohr 11 setzt sich nach oben hin bis zum Anschluß an den Schmelzgefäßdeckel 16 fort und wird vom Deckel 16 in einer zentrischen Aufnahme 19 gehalten. Die Ven­ tilnadel 16 ist durch eine Bohrung 20 im Abschlußdeckel 16 hin­ durchgeführt und steht mit (nicht dargestellten) Mitteln zur Be­ tätigung der Auslaßeinrichtung 4 in Verbindung. Die Ausflußkammer 12 mündet nach unten zu in einen Abflußkanal 21, der das Ofengestell 15 nach unten durchdringt.

Wie aus der Darstellung im Schnitt gemäß Fig. 1 deutlich erkenn­ bar, bildet die Ausflußeinrichtung 4 im Zusammenwirken zwischen der Vorkammer 9 und der Ausflußkammer 12 ein syphonartiges Abfluß­ system, wobei die im Bereich des Bodens 2 gelegenen Einlaßöffnun­ gen 10 der Vorkammer 9 dafür sorgen, daß Schmelze jeweils vom Tiefsten des Schmelzgefäßes 3 abgezogen und durch die im Deckel 13 höher gelegene Auslaßöffnung 7 zum Abflußkanal 21 hin abgezogen werden kann. Dadurch, daß alle Elemente der Auslaßeinrichtung, nämlich die im Deckel 13 angeordnete Auslaßöffnung, das Verschluß­ organ 8, die Ausflußkammer 12 sowie die Vorkammer 9 und das Schutz­ rohr 11 aus elektromagnetisch-induktiv beheizbarem Material be­ stehen und im Wechselfeld der Induktionsspule 5 angeordnet sind, ergibt sich mit dieser erfindungswesentlichen Ausgestaltung der Vorteil, daß in jeder Phase des Betriebes, und zwar sowohl im Dauerbetrieb als auch im diskontinuierlichen Betrieb, ein störungs­ freies Arbeiten möglich ist. Die im beheizten Raum des Wechselfeldes angeordnete Auslaßeinrichtung bildet somit eine Wärmestauzone und eine der heißesten Stellen des Schmelzofenraumes. Dadurch ist ge­ währleistet, daß dieser Ausfluß in keiner Phase des diskontinuier­ lichen Betriebes einfrieren kann.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Induktionsofens ist umkompli­ ziert und in funktioneller Hinsicht zuverlässig. Sie stellt damit eine optimale Lösung der eingangs gestellten Aufgabe dar.

Claims (11)

1. Induktions-Schmelzofen, mit einem Schmelzgefäß, das von einer ein magnetisches Wechselfeld erzeugenden Spule umgeben ist und eine Auslaßeinrichtung mit einer Auslaß- Öffnung zum intermittierenden Auslassen von Schmelze auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (7) in einer Ebene (x-x) oberhalb des Bodens (2) des Schmelzgefäßes (3) angeordnet ist.

2. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßeinrichtung (4) im Wechselfeld der Spule (5) angeordnet und aus elektro­ magnetisch-induktiv beheizbarem Material besteht.

3. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Teile (7, 8) der Auslaßeinrichtung (4) aus elektrisch leitendem, wärme­ festen Material, wie Metall, vorzugsweise Stahl und/oder Kohle bzw. Graphit bestehen.

4. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßeinrichtung (4) eine Auslaßöffnung (7) mit einem mit dieser als Ventil zusammenwirkenden, mechanisch betätig­ baren Verschlußorgan (8) aufweist.

5. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan (8) als Ventilnadel (6) ausgebildet ist.

6. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Auslaßöffnung (7) und Ventilnadel (6) von einer Vorkammer (9) umgeben sind.

7. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (9) im Bereich des Schmelzgefäßbodens (2) wenigstens eine Einlaßöffnung (10) für Schmelze aufweist und sich nach oben zu mit einem Schutzrohr (11) für die Ventil­ nadel (6) durch das Schmelzgefäß (3) fortsetzt, und daß Vorkammer (9) und Schutzrohr (11) ebenfalls aus elektromag­ netisch-induktiv beheizbarem Material bestehen.

8. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßeinrichtung (4) eine im Innern der Vorkammer (9) angeordnete Ausflußkammer (12) mit einem im Abstand vom Boden (2) des Schmelzgefäßes (3) angeordneten Deckel (13) aufweist, und daß die Auslaßöffnung (7) im Deckel (13) angeordnet ist.

9. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflußkammer (12) aus elektromagnetisch-induktiv beheizbarem Material besteht.

10. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (2) des Schmelzgefäßes (3) ebenfalls aus elektro­ magnetisch-induktiv beheizbarem Material besteht.

11. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (14) des Schmelzgefäßes (3) aus elektromagnetisch- induktiv beheizbarem Material besteht.