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Elektrischer Schmelzofen und Verfahren zum Einschmelzen von metallischem
Gut in diesem Ofen Beim Einschmelzen von metallischem Gut, insbesondere Spänen und
feinstöckigen Abfällen, muß dafür Sorge getragen werden, daß das eingetragene Gut
schnell und vollständig unter die Oberfläche der Schmelze gelangt, da anderenfalls
starke Abbrandverluste auftreten. Man hat bisher zu diesem Zweck-Schaukel- oder
Drehöfen verwendet oder ein besonderes Rührwerk eingebaut. Im letzten Jahrzehnt
sind mehr und mehr die Induktionsöfen mit Schmelzrinne zur Verwendung gekommen.
Die mit letzteren erzielte Badbewegung ist aber selbst bei einem optimalen kinnenquerschnitt
insofern grundsätzlich nicht ausreichend, als sie durch die im Verlaufe der Chargierung
des Ofens ständig zunehmende Höhe des flüssigen Metalls über der Rinne immer mehr
abgeschwächt wird, insbesondere beim Einschmelzen von Schwermetallen, wie zum Beispiel
Zink und Messing.
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Zum Zwecke der Erzeugung feinkörniger und spannungsfreier Gußstücke
ist es bekannt, den Erstarrungsvorgang beim Gießen, insbesondere beim Stranggießen,
von Metallen dadurch zu regulieren, daß dem in der Kokille noch nicht erstarrten
Teil des Gusses Dreh-Bewegungen mittels elektromagnetischer Felder aufgezwungen
werden. Solche Anordnungen sind aber nur für den genannten Zweck bestimmt und geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den wegen seiner wirtschaftlichen
Vorteile beliebten Induktionsrinnenofen dadurch für den genannten Zweck zu vervollkommnen,
daß dem oberen Teil des Ofens zusätzlich auf induktivem Wege Energie zugeführt wird,
die dort eine starke Bewegung des Schmelzbades verursacht und dadurch ein schnelles
Untertauchen des eingebrachten kleinstöckigen Schmelzgutes unter die Badoberfläche
bewirkt. Dabei soll jedoch die Energiezufuhr dem im Laufe der Chargierung ansteigenden
Spiegel des bereits flüssigen Metalls angepaßt werden.
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Es sind bereits elektrische Schmelzöfen bekannt, die im oberen und
unteren Teil je in verschiedener Weise geheizt werden. Insbesondere ist auch eine
Kombination des sog. Induktionsrinnenofens mit einem sog. kernlosen Induktionsofen
bekannt, bei der die Energieleistungen beider Heizungsarten auf eine Schmelzcharge
zur Einwirkung kommen. Die zusätzliche induktive Erwärmung im oberen Ofenteil dient
dabei dazu, das Einbringen von Legierungsbestandteilen zur Schmelze oder- Reaktionen
derselben mit einem Luft-oder Gasstrom oder einer Schlacke vorteilhaft durchzuführen.
Die bekannten Öfen dieser Art, die dem genannten Zweck entsprechend im oberen Teil
mit einer einzigen, nicht unterteilten Induktionsspule ausgerüstet sind, können
die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nicht lösen. Würde man nämlich einen
Ofen mit einer unveränderbaren Induktionsheizung im oberen Teil mit kleinstöckigen
Abfällen oder Spänen chargieren, dann würde beim Beginn des Einschmelzens oberhalb
des Metallspiegels das Gut im Bereich der Induktionswicklungen schon teilweise zum
Abschmelzen kommen. Ein erhöhter Abbrand infolge Lufteinwirkung würde die Folge
sein. Außerdem würde eine solche induktive Heizeinrichtung bei niedrigem Spiegel
des flüssigen Metalls mit sehr schlechtem Leistungsfaktor arbeiten.
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Bei einem elektrischenSchmelzofenzumEinschmelzen von metallischem
Gut, insbesondere Spänen und kleinstöckigen Abfällen, bei welchem dem Schmelzgut
im oberen Teil des Schmelzofens auf induktivem Wege Wärme zugeführt wird und die
Erwärmung des Gutes im unteren Teil des Schmelzofens in Schmelzrinnen erfolgt, die
mit einem oder mehreren durch Wechselströme magnetisierten Eisenkernen verkettet
sind, werden nach der Erfindung die erwähnten Nachteile dadurch vermieden, daß die
zur induktiven Erwärmung des Schmelzgutes im oberen Ofenteil dienende Induktionswicklung
in mehrere Abschnitte unterteilt ist, die einzeln oder in Gruppen einschaltbar sind.
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Dadurch, daß die einzelnen Abschnitte der Induktionswicklung entsprechend
der fortschreitenden Höhe des flüssigen Metallspiegels nacheinander eingeschaltet
werden können, kann ein schnelles Untertauchen des unmittelbar über dem Badspiegel
befindlichen Einsatzgutes ohne wesentlichen Abbrand erreicht werden.
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Da hierbei nur jeweils die Abschnitte der Induktionswicklung eingeschaltet
sind, die mit dem flüssigen Metall eng gekoppelt sind, arbeitet die Induktionsspule
auch
mit einem relativ guten Leistungsfaktor.
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Eine zusätzliche Induktionsbeheizung gemäß der Erfindung erlaubt auch,
das Verhältnis der Höhe zum Durchmesser des Schmelzofens unterBerücksichtigung fachmännischer
wirtschaftlicher Erwägungen gegenüber den bekannten Konstruktionen zu erhöhen. Durch
Einschaltung der untersten Stufe, die gegebenenfalls in Höhe der Rinne angebracht
ist, kann weiterhin ein Flüssighalten des Sumpfes bei Stillstandszeiten bewirkt
werden.
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An Hand der Zeichnung, die einen Vertikalschnitt durch einen Induktionsofen
mit Schmelzrinne üblicher Bauart darstellt, sei die Erfindung beispielsweise erläutert.
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1 ist der Ofenmantel, 2 das Futter des Ofenmantels, 3 der Transformatorkern,
4 die Primärspule, 5 der isolierende Schutzzylinder, 6 die Schmelzrinne und 7a,
7 b, 7 c das erfindungsgemäße, beispielsweise dreistufige, zusätzliche Induktionsaggregat.
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Wenn beim Einschmelzen der Metallspiegel die Höhe der unteren Stufe
7c erreicht, wird diese eingeschaltet und bewirkt eine zusätzliche Badbewegung und
schnelleres Abschmelzen des aufgegebenen metallischen Gutes; beim Höherschreiten
des Metallspiegels werden nacheinander die mittlere Stufe 7 b und die obere Stufe
7a, gegebenenfalls zweckmäßig unter Abschaltung der vorangehenden Stufe, betätigt.
Die Dauer der Chargierung wird bei gleichzeitig verringertem Abstand erheblich abgekürzt.
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Nach einem bekannten Vorschlag soll eine starke Badbewegung des Schmelzbades,
die bei Verwendung von Induktionsrinnenöfen infolge des bekannten Pincheffektes
auftritt, durch eine Kombination einer Induktionsheizung im oberen Ofenteil und
einer Strahlungsheizung (indirekter Widerstandsheizung) im unteren Ofenteil vermieden
werden, wobei der Übergang von der Induktionsheizung auf die Strahlungsheizung beim
Flüssigwerden des Schmelzgutes erfolgen soll. Im Gegensatz dazu geht die Erfindung
aber von der Erkenntnis aus, daß die Vermeidung einer mit der Induktionsheizung
verbundenen Badbewegung keinesfalls in allen Fällen zewckmäßig ist, sondern daß
vielmehr zur Durchmischung der Schmelze und zur Erzielung eines schnellen Einschmelzens
eine ausreichende Badbewegung erforderlich ist, die nicht einmal durch die bekannten
Öfen mit geschlossenen Schmelzrinnen in ausreichendem Maße erzielt wird. Da Aufgabenstellung,
Lösungsmittel und technischer Effekt nach dem bekannten Vorschlag sich vom Erfindungsgegenstand
unterscheiden, vermag jener weder einen Hinweis auf diesen zu geben, noch kann mit
Hilfe der bekannten Arbeitsweise der erfindungsgemäß erzielbare technische Fortschritt
erreicht werden.
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Bei einem weiter bekannten elektrischen Schmelzofen für Leichtmetalle,
der aus nebeneinander angeordneten und unten verbundenen Herden besteht, ist der
Schmelzherd mit einer Induktionsheizung und der Abstehherd mit einer Widerstandsheizung
ausgerüstet. In dem einen Herdteil, dem Schmelzteil, wird das metallische Gut in
an sich bekannter Weise mit Hilfe einer Induktionsheizung völlig fertig eingeschmolzen
und darauf in einen oder mehrere andere Herdteile zwecks Abstehenlassens abgelassen.
Die Schmelze wird im Abstehherd mit Hilfe einer Widerstandsstrahlungsheizung auf
Temperatur gehalten und auch gegebenenfalls auf die wenig höhere Gießtemperatur
erhitzt. Auch diese bekannte Anordnung vermag keinen Hinweis auf den Erfindungsgegenstand
zu geben, da beim Schmelzvorgang im oberen und im unteren Teil des Ofens gar nicht
in verschiedener Weise geheizt wird; und selbst wenn man entgegen der bekannten
Lehre im Abstehherd statt der beschriebenen Widerstandsheizung eine Induktionsheizung
anordnen würde, wäre damit nichts zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden
Aufgabe getan.