DE1458804B1 - Vorrichtung zur Entgasung von Schmelzen unter Vakuum - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ent- einem diesen umgebenden vakuumdichten Mantel

gasen von Metallschmelzen, vorzugsweise von Stahl- mit Anschlüssen für die Vakuümleitung und aus

schmelzen, bei der die Oberfläche der Schmelze einem Rinnenofen zum Erwärmen und Umrühren der

einem Vakuum ausgesetzt wird, bestehend aus einem Schmelze und aus einem feuerfesten, die Schmelz-Behälter zur Aufnahme der Schmelze und einem die- 5 rinne und eine Anschlußfläche für das Ofenfutter

sen umgebenden vakuumdichten Mantel mit An- bildenden und von einem Metallgehäuse umgebenen

Schlüssen für die Vakuumleitung und aus einem Körper, wobei das Metallgehäuse, das an der dem

Rinnenofen zum Erwärmen und Umrühren der Ofenfutter zugekehrten Seite des Rinnenofens offen

Schmelze. ist und einen Flansch trägt, der in Verbindung mit

Bekannte Vorrichtungen zum Entgasen der io einem Dichtungsring einen lösbaren Anschluß des Schmelze verwenden Umrührvorrichtungen elektro- Rinnenofens am Schmelzbehälter gestattet. Eine magnetischer Art, die mit Niederfrequenz betrieben solche Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gewerden und gleichzeitig das Warmhalten der Schmelze kennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende und senkbewirken. Ein Nachteil dieser Vorrichtung ist, daß recht zum Eisenkern des Rinnentransformators die für das Umrühren notwendigen Induktionsspulen 15 stehende Seitenwände des vakuumdicht ausgebildeten den Schmelzbehälter umgeben und damit innerhalb Gehäuses durch ein Rohr aus magnetisch nicht leitendes evakuierten Behälters der Entgasungsvorrichtung dem Material miteinander verbunden sind, das den liegen. Es bestehen dann Schwierigkeiten bei der Eisenkern des Transformators umschließt, daß das Isolation der Wicklung. Es kann bei dem sehr nied- Gehäuse in einer das Rohr schneidenden Ebene unrigen Vakuum zu Glimmerscheinungen an der Wick- 20 terteilt ist, so daß jede Gehäusehälfte zwei offene und lung kommen. Außerdem begrenzen die Induktions- durch eine Rohrhälfte verbundene Enden bildet, und spulen die möglichen geometrischen Formen der daß jedes Ende beider Gehäusehälften von einem Schmelzbehälter. Flansch umgeben ist und die gegenüberliegenden

Bekannt ist ein Rinneninduktionsofen (deutsche Flanschen beider Gehäusehälften unter Zwischen-

Patentschrift 374 378) mit einem oder mehreren ab- 25 schaltung einer elektrisch isolierten Dichtung mitein-

nehmbaren Rinneninduktionseinheiten. Dieser Ofen ander verbunden sind.

arbeitet jedoch unter Atmosphärendruck, so daß sich Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung hat den

die Dichtungsprobleme bei einer Vakuumentgasung Vorteil, daß mit dem Rinnenofen neben der Erwär-

und die der Vermeidung von Glimmerscheinungen mung der Schmelze eine intensive Umrührwirkung

bei den bekannten Anordnungen der Induktionsspule 30 erreicht werden kann. In der Rinne wird auf die

nicht stellen. hierin befindliche Schmelze eine magnetische Druck-

Auch ist ein Induktionsofen zum Vakuumentgasen wirkung (»pinch«-Wirkung) ausgeübt, die die Um-

von Schmelzen im Durchlauf bekannt (britische Pa- rührung der Schmelze bewirkt. Die am Boden befind-

tentschrift 702 225), bei dem die Schmelze selbst an liehen Teile der Schmelze werden also durch die ge-

der Einlauf- und der Auslaufseite die Abdichtung 35 nannte Kraft ständig zur Oberfläche geführt, so daß

gegen die Atmosphäre bewirkt. Die Schmelze wird nach und nach die gesamte Schmelze die Oberfläche

auf Grund eines im Ofenraum erzeugten Unterdruk- passiert und hierbei wirksam entgast wird. Der Vor-

kes in diesem über das Niveau der Ein- und Auslauf- teil des Rinnenofens ist, daß seine Wicklung nebst

Öffnungen angehoben und entgast. Zur Warmhaltung Eisenkern nicht in den Vakuumtank der Entgasungs-

uer Schmelze dient ein verjüngter, unterhalb der Ein- 4° vorrichtung eingeschlossen zu werden braucht. Die

und Auslauföffnung gelegener Teil des Ofens, der mit Wicklung kann also unter atmosphärischem Druck

einer Induktionswicklung versehen ist. Auch bei die- arbeiten. Weiter kann dem Schmelzbehälter jede ge-

ser Anordnung wird weder das Problem der Erfin- wünschte geometrische Form und Größe gegeben

dung aufgeworfen noch gelöst. werden. Ein weiterer Vorteil ist die leichte Austausch-

Es ist weiter eine Vorrichtung zur Entgasung einer 45 barkeit des Rinnenofens, wobei der Schmelzbehälter

kontinuierlich durch die Vorrichtung fließenden der Entgasungsvorrichtung nicht von der Schmelze

Schmelze bekannt. Die Vorrichtung besteht im we- entleert werden muß. Es genügt, den Vakuumbehälter

sentlichen aus einem U-förmigen, nach Art eines Baro- so zu kippen, daß die Rinne des Rinnenofens leer-

meterrohres geformten Schacht, in dessen Schenkeln läuft. Am Vakuumtank können mehrere Rinnenöfen

sich die Schmelze entsprechend dem Vakuum ver- 5° angeschlossen sein, so daß während des Auswechselns

schieden hoch einstellen kann. Die Schmelze wird eines Rinnenofens die Schmelze durch die übrigen

dem einen Schenkel zugeführt und fließt aus dem an- warmgehalten werden kann.

deren unter Vakuum stehenden Schenkelende im Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung befreien Fall einer Kokille zu und wird hierbei entgast. steht, um das Ausstampfen der Rinne zu erleichtern, Bei einer solchen Vorrichtung ist es bereits bekannt, 55 die dem Schmelzbehälter abgewandte Gehäusehälfte die durch den U-förmigen Schacht fließende Schmelze aus zwei Teilen, die beide durch Flansche unter Zwimit Hilfe eines Rinnenofens zu erwärmen. Eine dabei schenschaltung eines Dichtungsringes miteinander gleichzeitig auftretende Umrührwirkung bleibt aber verbunden sind. Der Anschluß des Gehäuses am Vaauf einen Teil des Schachtes beschränkt. Eine Um- kuumtank der Entgasungsvorrichtung geschieht dabei rührung im Sinne der Erfindung tritt nicht ein, sie ist 60 unter Zwischenschaltung einer vakuumfesten Pakauch entbehrlich, da die Entgasung an späterer Stelle kung. Sie besteht aus einem Material, das auch bei vorgenommen wird und dank des kontinuierlichen hohen Temperaturen nicht sintert. Da solche Packun-Betriebes sowieso die gesamte Schmelze erfaßt. gen gewöhnlich in elektrischer Hinsicht nicht isolie-

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum ren, ist weiter zwischen den Gehäusehälften eine

Entgasen von Metallschmelzen, vorzugsweise von ⁶S elektrische Isolation angebracht. Erfindungsgemäß ist

Stahlschmelzen, aus, bei der die Oberfläche der jeder Dichtungsring zwischen zwei Metallringen an-

Schmelze einem Vakuum ausgesetzt wird, bestehend geordnet, die an einer Gehäusehälfte befestigt und

aus einem Behälter zur Aufnahme der Schmelze und gegenüber der anderen Gehäusehälfte durch eine

elektrisch isolierende ringförmige Scheibe getrennt sind.

Die Erfindung und weitere Merkmale der Erfindung sind im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben, in dieser zeigt

Fig. 1 perspektivisch einen Rinnenofen für austauschbare Anordnung an einer Vakuumvorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Rinnenofen winkelrecht zur Spulenachse, Fig. 3 eine Seitenansicht des Rinnenofens und

Fig. 4 einen Schnitt durch eine vakuumdichte elektrisch isolierende Dichtung.

Von der Vorrichtung zur Entgasung der Metallschmelze ist in F i g. 2 nur ein Teil des die Schmelze aufnehmenden Behälters 11, beispielsweise also einer Schmelzwanne, mit der Öffnung 28 für den Anschluß eines Rinnenofens gezeigt. Das feuerfeste Futter der Wanneil ist von einem vakuumdichten Metallmantel umgeben, von dem nur ein Teil 12 dargestellt ist. Mit zo 13 ist ein ringförmiger Kühlkanal bezeichnet, der zur Kühlung des feuerfesten Materials 29 dient, das den Einlauftrichter der öffnung 28 bildet. Der erwähnte Mantel 12 besteht vorzugsweise aus rostfreiem, nichtmagnetischem Material. An einem nicht dargestellten Teil des Mantels sind die üblichen Evakuierungsleitungen angeschlossen.

Der im ganzen mit 10 bezeichnete Rinnenofen hat eine übliche annähernd kreisförmige Rinne 18, die im Futter 27 des Rinnenofens ausgebildet ist. Dieses Futter ist in Fig. 2 von einem dreigeteilten metallischen Gehäuse 16 umschlossen, dessen einzelne Teile mit 16 a, 16 b und 16 c bezeichnet sind. Der Gehäuseteil 16 a hat einen länglich rechteckigen Querschnitt und zwei Flanschen 15. Die beiden gegenüberliegenden Längsseiten des Gehäuses 16 α sind durch einen halbkreisförmigen Steg 30 mit Flanschen 31 miteinander verbunden.

Der Gehäuseteil 16 b ist in ähnlicher Weise wie der Gehäuseteil 16 α ausgebildet, der entsprechende Steg ist mit 32, die zugehörigen Flanschen mit 33 bezeichnet. Der Gehäuseteil hat zwei umlaufende Flanschen 34. Die Schmalseiten des Gehäuseteiles 16 b bilden Zylindersegmente, die sich der Kreisform der Rinne 18 anpassen. Das gleiche gilt für die Gehäusehälfte 16 c, bei der die Schmalseiten zugleich den Boden des Gehäuses 16 bilden.

Die beschriebene Unterteilung des im ganzen mit 16 bezeichneten Gehäuses des Rinnenofens soll einmal das Ausstampfen des Gehäuses erleichtern, wobei die Schablone für die Rinne 18 aus einem erstarrten Metallstück entsprechend der Rinnenform besteht, und zum anderen der elektrischen Unterteilung des Gehäuses. Es muß verhindert werden, daß sich ein Kurzschlußstrom durch das Gehäuse und den Mantel 12 der Vorrichtung ausbilden kann.

Zur Befestigung des Gehäuses 16 mit seinem Ofenfutter dient der obere Flansch 15 des Gehäuseteiles 16 a. Dieser Flansch wird mit dem Mantel 12 durch nicht dargestellte Schrauben verbunden, und zwar unter Zwischenschaltung einer vakuumfesten Pakkung 14. Im gleichen Sinne wie die Schrauben wirkt das Vakuum im Ofen. Für die Packung wird vorzugsweise ein elektrisch nicht isolierendes Material verwendet, da bei isolierenden Materialien die Gefahr besteht, daß sie trotz der Flüssigkeitskühlung durch den Ring 16 am Mantel 12 festsintern. Zur elektrischen Isolierung dienen vielmehr die in F i g. 2 mit 19 bezeichneten Dichtungsringe, die zugleich vakuumdicht sind. Ihre Ausbildung ist im einzelnen in F i g. 4 gezeigt. Zwischen den Flanschen 15 und 34 und den gegenüberliegenden Flanschen 31 und 33 der Stege 30 bzw. 32 liegt ein Dichtungsring 21. Jeder Dichtungsring 21 umgibt einen Schenkel der Rinne 18 und liegt zwischen zwei Metallringen 23, die durch Schrauben 35 am Flansch 34 befestigt sind. Zwischen den Ringen 23 und dem Flansch 15 liegt eine elektrisch isolierende Platte 25, die zur elektrischen Trennung der Gehäusehälften 16 α und 16 b dient. Die Vakuumdichtung geschieht durch den Ring 21, der sich an der Platte 25 und am Flansch 34 anlegt.

Zwischen dem unteren Flansch 34 des Gehäuseteiles 15 b und dem Flansch 36 des Gehäuseteiles 16 c liegt eine vakuumdichte Packung 20. Die Dreiteilung des Gehäuses ist in erster Linie deshalb vorteilhaft, um das Einstampfen des Futters 27 zu erleichtern.

Der nicht dargestellte Eisenkern mit Wicklung wird in die von den Stegen 30 und 32 gebildete öffnung gesetzt. Die Wicklung liegt also außerhalb des Vakuums, d. h. sie arbeitet unter atmosphärischen Bedingungen, so daß Schwierigkeiten hinsichtlich der Isolation der Wicklung nicht bestehen. Wie Fig. 3 zeigt, können am Gehäuse des Rinnenofens Kühlmittelleitungen angebracht werden, um eine Überhitzung und Sinterung der Packungen und Dichtungen zu verhindern. In Fig. 3 sind diese Kühlleitungen mit 24 bezeichnet. Diese Kühlleitungen liegen außerhalb des Gehäuses, so daß bei ihrem Undichtwerden das Kühlwasser nicht in den evakuierten Teil der Vorrichtung eintreten kann.

Am Mantel 12 der Entgasungsvorrichtung können vorzugsweise mehrere Rinnenof eneinheiten (Induktoreinheiten) angeschlossen werden. Das hat den Vorteil, daß bei Ausfall einer Einheit der Betrieb mit den übrigen fortgesetzt und zumindest beim Auswechseln einer beschädigten Induktoreinheit die Schmelze mit den übrigen Öfen warmgehalten werden kann. Beim Auswechseln einer Induktoreinheit wird die zusammen mit seinem Mantel kippbar gelagerte Vorrichtung in eine solche Stellung, z. B. in die Ausgußstellung geschwenkt, daß die Rinne der betreffenden Einheit leerläuft. Diese kann dann in dieser Stellung abgenommen und durch eine neue ersetzt werden. Es ist dann nur erforderlich, das Futter der Induktoreinheit neu zu stampfen, um sie wieder verwenden zu können.

Induktoreinheiten können gemäß der Erfindung entweder am Boden der Wanne 11 oder auch seitlich zur Wanne angebracht werden, auf alle Fälle aber so, daß die Strömung durch die Rinne eine Umwälzung der Schmelze in der Wanne bewirkt, d. h. eine Umrührung, die die gesamte Schmelze nacheinander an die Oberfläche der Schmelze bringt, wo sie dem Vakuum ausgesetzt ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Entgasen von Metallschmelzen, vorzugsweise von Stahlschmelzen, bei der die Oberfläche der Schmelze einem Vakuum ausgesetzt wird, bestehend aus einem Behälter zur Aufnahme der Schmelze und einem diesen umgebenden vakuumdichten Mantel mit Anschlüssen für die Vakuumleitung und aus einem Rinnenofen zum Erwärmen und Umrühren der Schmelze und aus einem feuerfesten, die Schmelz-

rinne (18) und eine Anschlußfläche für das Ofenfutter (29) bildenden und von einem Metallgehäuse (16 a, b, c) umgebenen Körper, wobei das Metallgehäuse, das an der dem Ofenfutter (29) zugekehrten Seite des Rinnenofens offen ist und einen Flansch (15) trägt, der in Verbindung mit einem Dichtungsring (14) einen lösbaren Anschluß des Rinnenofens am Schmelzbehälter (12) gestattet, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende und senkrecht zum Eisenkern des Rinnentransformators stehende Seitenwände des vakuumdicht ausgebildeten Gehäuses durch ein Rohr (30, 32) aus magnetisch nicht leitendem Material miteinander verbunden sind, das den Eisenkern des Transformators umschließt, das das Gehäuse (16) in einer das Rohr (30, 32) schneidenden Ebene unterteilt ist, so daß jede Gehäusehälfte 16 a, 16 b) zwei offene und durch eine Rohrhälfte (30 bzw. 32) verbundene Enden bildet, und daß jedes Ende beider Gehäusehälften von einem Flansch (15, 34, 31, 33) umgeben ist und die gegenüberliegenden Flanschen beider Gehäusehälften unter Zwischenschaltung einer elektrisch isolierten Dichtung (19) miteinander verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Schmelzbehälter abgewandte Gehäusehälfte aus zwei Teilen (16 b, 16 c) besteht und beide Teile durch Flanschen (34, 36) unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes (20) miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Dichtungsring (21) zwischen zwei Metallringen (23) angeordnet ist, die an einer Gehäusehälfte (16 b) befestigt und gegenüber der anderen Gehäusehälfte (16 d) durch eine elektrisch isolierende ringförmige Scheibe (25) getrennt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen