DE1089493B

DE1089493B - Induction crucible furnace

Info

Publication number: DE1089493B
Application number: DEA32897A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Gerhard Seulen
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; AEG AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; AEG AG
Priority date: 1959-09-22
Filing date: 1959-09-22
Publication date: 1960-09-22

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Induktionsspulen bei elektrischen Induktions-Tiegelöfen, insbesondere für Frequenzen von 50 bis 1000 Hz, sind mechanisch einmal durch den erheblichen radialen und axialen Druck der Schmelze, den sogenannten ferrostatischen Druck, und zum anderen auch durch die Vibration der Spule belastet, die sich aus den elektromagnetischen Gegebenheiten der wechselstromdurchflossenen Spule ergibt. Es ist dabei bekannt, diese Spulen mit umgreifenden Eisenjochen zu versehen und diese Joche gleichzeitig mit heranzuziehen, um der Spule eine mechanische Festigkeit und einen Halt innerhalb des Ofenkessels zu geben. Zur Verbesserung des elektrischen Wirkungsgrades der Anlage durch Vermeidung der Streufelder geht allgemein das Bestreben dahin, den Weg des elektromagnetischen Feldes so eng wie möglich zu schließen. Dabei wird das Feld einerseits im Inneren der Spule mit dem zu erwärmenden Tiegelinhalt gekoppelt und außerhalb der Spule über vorgesehene Eisenwege, die Magnetjoche, geschlossen. In diesem Bestreben lag auch der Grund, die Magnetjoche um die Spule herumgreif en zu lassen und sie mit möglichst geringem Luftspalt an den Tiegel heranzuführen. Bei einer derartigen Anordnung der Magnetjoche wird gleichzeitig die unerwünschte Erwärmung des Ofenkessels, des Gehäuses oder der tragenden Konstruktionsteile vermieden. Bei Öfen, die mit niederen Frequenzen, insbesondere Netzfrequenz, betrieben werden, ist eine derartige Konstruktion durchaus brauchbar. Infolge der geringeren Spannungen entstehen weder Glimmerscheinungen noch Überschläge zwischen der Spule und dem Magnetjoch, das allgemein auf Erdpotential liegt.The induction coils in electric induction crucible furnaces, especially for frequencies from 50 to 1000 Hz, are mechanically due to the considerable radial and axial pressure of the melt so-called ferrostatic pressure, and on the other hand also loaded by the vibration of the coil, which is results from the electromagnetic conditions of the coil through which alternating current flows. It is there known to provide these coils with encompassing iron yokes and to use these yokes at the same time, to give the coil mechanical strength and hold within the furnace shell. To the Improving the electrical efficiency of the system by avoiding the stray fields is general striving to close the path of the electromagnetic field as narrowly as possible. On the one hand, the field inside the coil is coupled with the crucible contents to be heated and outside the coil via provided iron paths, the magnet yokes, closed. In this endeavor lay also the reason to let the magnet yokes grip around the coil and keep it with the smallest possible air gap to bring it up to the crucible. With such an arrangement of the magnet yokes is simultaneously the undesired heating of the furnace boiler, the housing or the load-bearing structural parts is avoided. For ovens that are operated with low frequencies, especially mains frequency, is one such a construction quite useful. As a result of the lower voltages, there are no glimmering phenomena still flashovers between the coil and the magnet yoke, which is generally at ground potential lies.

Bei Mittelfrequenzöfen führt jedoch eine derartige Konstruktion zu Störungen des Ofenbetriebes durch Überschläge zwischen der Spule und den Magnetjochen. Eine derartige Gefahr ist bei Mittelfrequenzöfen höher, da die dort anstehenden Potentialunterschiede das Vier- bis Fünf fache derjenigen bei Netzfrequenz betragen. Es handelt sich bei Mittelfrequenzöfen dabei um mehrere tausend Volt. Ein weiterer allgemeiner Nachteil des eng an den Tiegel herangeführten Joches ist der, daß bei einem Tiegeldurchbruch, verbunden mit einem Spulenschaden, das Kühlwasser auf die Joche austritt und von diesen lamellierten Kernen aufgenommen wird. Dadurch zerstört sich die Isolationszwischenlage zwischen den Jochblechen, und es können sich stärkere Wirbelströme über einen größeren Querschnitt des Magnet j oches schließen/ Das führt dann zur Zerstörung des Blechpaket es.In the case of medium-frequency furnaces, however, such a construction leads to disturbances in furnace operation Flashovers between the coil and the magnet yokes. One such hazard is with medium frequency ovens higher, since the potential differences there are four to five times that of the mains frequency be. In the case of medium-frequency ovens, it is several thousand volts. Another The general disadvantage of the yoke, which is brought close to the crucible, is that if the crucible breaks through, associated with a coil damage, the cooling water leaks onto the yokes and laminated from them Cores is added. This destroys the intermediate insulation layer between the yoke plates, and there can be stronger eddy currents over a larger cross section of the magnet yoke close / This then leads to the destruction of the laminated core it.

Zur Abhilfe gegen derartigen Schaden wird daher ein Induktions-Tiegelofen vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das aus Tiegel und Induk-Induktions -TiegelofenTo remedy this type of damage, an induction crucible furnace is therefore proposed, which thereby is characterized in that the crucible and induction induction Crucible furnace

Anmelder:Applicant:

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft,General Electric Company,

Berlin-Grunewald, Hohenzollerndamm 150, und Deutsche EdelstahlwerkeBerlin-Grunewald, Hohenzollerndamm 150, and Deutsche Edelstahlwerke

Aktiengesellschaft,
Krefeld, Oberschlesienstr. 16Corporation,
Krefeld, Oberschlesienstr. 16

Dr.-Ing. Gerhard Seulen, Remscheid,
ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Gerhard Seulen, Remscheid,
has been named as the inventor

tionsspule bestehende Bauteil mittels mit den Windungen der Spule verbundenen, nach außen stehenden axialen Zapfenreihen axial im äußeren Ofengefäß in Nuten- oder Schienenvorrichtungen einschiebbar befestigt ist und daß die bis an die Induktionsspule heranragenden Magnetjoche zur rückwärtigen Führung des elektromagnetischen Spulenfeldes fest mit der äußeren Ofenkonstruktion verbunden sind.tion coil existing component by means of the turns of the coil connected to the outside axial rows of pins axially attached in the outer furnace vessel in grooved or rail devices is and that the magnetic yokes protruding up to the induction coil for the rear guidance of the electromagnetic coil field are firmly connected to the outer furnace structure.

Entgegen den allgemeinen Bestrebungen des Fachmannes auf dem Gebiet der Induktionsofentechnik zur Erzielung des besten Leistungsfaktors (cos φ) durch möglichst enges Schließen des Eisenweges für das elektromagnetische Feld schlägt die Erfindung bewußt das Gegenteil vor, nämlich die Magnetjoche nicht mit der Spule zu verbinden, sondern diese zum Schutz gegen die Erwärmung der Ofenkonstruktion mit dem Ofenkessel bzw. mit der Ofenkonstruktion zu verbinden, die Induktionsspule, mit dem Schmelztiegel aufgestampft, ist dabei gegenüber den Magnetjochen frei beweglich. Durch die größeren Luftzwischenräume zwischen der Stirnfläche der Joche und dem Schmelztiegel bzw. dessen Inhalt ergibt sich zwar ein geringfügig schlechterer Leistungsfaktor infolge stärkerer Streuung des elektromagnetischen Feldes an den Übergangszonen, jedoch erhält man hierdurch eine höhere Sicherheit gegen Betriebsstörungen. Ein weiterer erheblicher Vorteil dieser Anordnung liegt auch darin, daß sich die Spule mit dem eingestampften Tiegel zu einem zweckmäßigen Bauteil zusammenfassen läßt, das nun in besonders günstiger und einfacher Weise auswechselbar in den Ofen eingeschoben werden kann und jederzeit leicht ersetzbar ist.Contrary to the general efforts of those skilled in the field of induction furnace technology to achieve the best power factor (cos φ) by closing the iron path for the electromagnetic field as tightly as possible, the invention deliberately proposes the opposite, namely not to connect the magnet yokes to the coil, but to it To protect the furnace structure from heating up, to connect it to the furnace chamber or to the furnace structure, the induction coil, tamped with the crucible, can move freely with respect to the magnet yokes. The larger air gaps between the end face of the yokes and the crucible or its contents result in a slightly poorer power factor due to the greater scattering of the electromagnetic field at the transition zones, but this provides greater security against operational disruptions. Another significant advantage of this arrangement is that the coil with the tamped crucible can be combined to form an appropriate component which can now be inserted into the furnace in a particularly inexpensive and simple manner and can be easily replaced at any time.

Dieser konstruktive Vorteil wird dadurch erreicht, daß die Spule, die aus einer Anzahl Windungen vonThis structural advantage is achieved in that the coil, which consists of a number of turns of

009 608/276009 608/276

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Kupferrohr besteht, an ihren äußeren Windungen mit Wandung, verschraubt sind. Sie können auch durch aufgeschraubten, gelöteten oder geschweißten metal- seitlich angebrachte Halteplatten mit der Ofenwanlischen Vorsprüngen versehen wird, die vorzugsweise dung verbunden sein. Die Magnetjoche sind lamelliert eine Zapfenform haben. Diese Zapfen können, axial und reichen nur so weit an die Spule 2 heran, daß die in einer Geraden, sowohl auf jeder Windung als auch 5 letztere ungehindert ausgebaut werden kann und daß nur auf jeder zweiten oder dritten Windung ange- auch bei einem Spulenschaden das austretende Kühlbracht sein. Dabei sollen sie radial möglichst gleich- wasser nicht die Joche beschädigt. Es ist zweckmäßig, mäßig über den Umfang der Spule verteilt sein. Es auf dem Umfang der Ofenwandung 3 jeweils immer kann dabei die erste Windung beispielsweise drei je eine Halterung 4 mit einem Magnetjoch 7 ab-Zapfen haben, die um 120° versetzt sind. Die nächste io wechseln zu lassen.There is copper pipe, on their outer turns with wall, are screwed. You can go through too screwed, soldered or welded metal retaining plates attached to the side with the furnace wall niches Projections is provided, which are preferably connected manure. The magnet yokes are laminated have a tenon shape. These pins can, axially and only reach so far to the coil 2 that the in a straight line, both on each turn and 5 the latter can be expanded unhindered and that only on every second or third turn - even if the coil is damaged, the escaping cooling brings about be. In doing so, they should not damage the yokes as radially as possible. It is appropriate be moderately distributed over the circumference of the coil. It always on the circumference of the furnace wall 3 The first turn can, for example, three each one holder 4 with a magnetic yoke 7 from pegs that are offset by 120 °. To have the next io change.

Windung wiederum drei Zapfen, die auf Lücke gesetzt Um die Spule im Ofen zu fixieren und sie in die sind. Durch diese Anordnung ergibt sich eine Spule, Nut 6 der Halterungen 4 einführen zu können, sind die auf ihrem äußeren Umfang wenigstens zwei oder auf dem Umfang der Spule Zapfen 9 vorgesehen. Diese mehr axial gerade angeordnete Zapfenreihen hat. Die Zapfen werden zweckmäßig längs mehrerer achsen-Reihen werden zweckmäßig auf den Umfang der Spule 15 paralleler Reihen auf dem Umfang der Spule angegleichmäßig verteilt. Die Zapfen selbst werden mit bracht, wobei pro Reihe mit jeder Windung ein einem Isolierkörper, beispielsweise aus Keramik, Zapfen verbunden ist. Es ist allerdings auch möglich, Harzgewebe oder Kunststoff, umgeben. Diese Um- nur auf jeder zweiten oder dritten Windung' einen kleidung kann zweckmäßig sogar so mit vierkantigen solchen Zapfen vorzusehen. Die Anzahl der Zapfen-Isolierkörpern erfolgen, daß sich dadurch aus jeder 20 reihen muß in Anordnung und Anzahl der Anzahl der Zapfenreihe eine ununterbrochene Schiene ergibt, Halterungen 4 mit Nut 6 entsprechen. Die Zapfen wenn die Isolierkörper in ihrer Höhe so auf die Höhe selbst können auf die Spule aufgelötet oder anderder Spulenwindungen abgestimmt sind. weitig mit ihr verbunden sein und bestehen zweckin dem Ofengehäuse sind zwischen den Jochen ent- mäßig aus dem gleichen Material wie die Spule. Statt sprechende Gleitschienen oder U-förmige Profile ange- 25 der Zapfenform kann es sich auch um entsprechend bracht, in die die Isolierkörper eingreifen und in denen anders geartete zweckmäßige Vorsprünge, Bolzen, sie axial gleiten können. Auf diese Weise läßt sich Nocken usw. handeln.Turn three pegs that are placed on the gap in order to fix the coil in the furnace and place it in the are. This arrangement results in a coil to be able to insert the groove 6 of the brackets 4 which are provided on their outer circumference or at least two pins 9 on the circumference of the coil. These has more axially straight rows of pins. The pins are expediently along several rows of axes are expediently adjusted to the circumference of the coil 15 parallel rows on the circumference of the coil distributed. The cones themselves are brought along, with one turn per row an insulating body, for example made of ceramic, pin is connected. However, it is also possible Resin fabric or plastic. This um- only on every second or third turn 'one clothing can expediently even be provided with such four-edged tenons. The number of spigot insulators take place that this means that from each 20 rows must be in order and number of the number of Row of pins results in an uninterrupted rail, brackets 4 with groove 6 correspond. The cones if the insulating body is so at the height itself can be soldered to the coil or other Coil turns are matched. to be broadly connected with it and exist for purpose between the yokes of the furnace housing are made of the same material as the coil. Instead of Talking slide rails or U-shaped profiles adapted to the pin shape can also be corresponding brought into which the insulating bodies engage and in which other types of useful projections, bolts, they can slide axially. In this way cams etc. can be acted upon.

die Spule einsetzen und in einer nicht näher beschrie- Auf diese Zapfen 9 wird nun ein Isolierkörper 10 benen Weise, beispielsweise durch Klinken, Endstücke gesetzt, der die Zapfen umschließt und zweckmäßiger- oder Niederhalter, die auf die Isolierkörper der oberen 3° weise so weit an die Spulenisolierung herangeführt Windung drücken, fixieren. In dieser Weise ist die bzw. mit in dieses hineingenommen wird, so daß sich Spule in radialer und axialer Richtung vibrationsfest zwischen den Isolierkörpern 10 und den Zapfen 9 kein gehalten. Die Führungsschienen in dem Ofengehäuse Kondenswasser bilden kann. Das Bauteil 10 dient dawechseln sich zweckmäßig jeweils mit einem Magnet- bei zur Führung und Fixierung der Spule in den joch auf dem Umfang ah. 35 Nuten 6 der Halterung 4. Der Isolierkörper 10 kann Die Figuren erläutern den Gegenstand der Erfin- aus Keramik oder anderen isolierenden Werkstoffen dung in einer beispielsweisen Anordnung. · hergestellt sein. Es hat zweckmäßig einen rechteckigen Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Konstruktion Querschnitt und ist an der Stirnfläche mit einem Sackeines Ofens gemäß der Erfindung in der Draufsicht; loch versehen, womit es auf den Zapfen 9 der Spuleinsert the coil and in an unspecified manner. An insulating body 10 is now placed on this pin 9 benen way, for example, set by latches, end pieces that surrounds the pins and expedient- or hold-down devices, which are brought so far to the coil insulation on the insulating body of the upper 3 ° Press the turn, fix it. In this way the or is taken into it, so that Coil in the radial and axial direction vibration-proof between the insulating bodies 10 and the pin 9 no held. The guide rails in the furnace housing can form condensation. The component 10 is used alternately expediently each with a magnet for guiding and fixing the coil in the yoke on the scope ah. 35 grooves 6 of the holder 4. The insulating body 10 can explain the subject matter of the invention made of ceramic or other insulating materials in an exemplary arrangement. · Be manufactured. It conveniently has a rectangular one Fig. 1 shows a section through the construction cross section and is at the end face with a bag one Oven according to the invention in plan view; provided a hole with which it is on the pin 9 of the coil

Fig. 2 zeigt Einzelheiten der Aufhängung der Spule 40 gestülpt werden kann.Fig. 2 shows details of the suspension of the coil 40 can be inverted.

in der Seitenansicht; Die Fig. 2 erläutert den Einbau dieser Isolierkörper Fig. 3 zeigt einen Isolierkörper in Ansicht. 10. Auf jedem Zapfen 9 der Spule 2 befindet sich ein In Fig. 1 ist 1 der Schmelztiegel, der in bekannter derartiger rechteckiger Isolierkörper 10. Diese sind Weise in die Spule 2 eingesetzt oder in dieser ge- derart dimensioniert, daß sie unter Verwendung einer stampft ist. 3 ist die tragende Konstruktion, in dem 45 Zwischenlage 11, die gegebenenfalls auch fortfallen dargestellten Beispiel als Kessel ausgebildet. An kann, gegeneinandergepreßt der Spule den richtigen Stelle eines Kessels können auch andere tragende Windungsabstand vermitteln. Bei einbaufertiger Spule Konstruktionsteile für die Ofenwandung verwendet soll sich durch alle Zapfen einer Reihe eine schienenwerden. Mit dieser Ofenwandung sind auf dem Um- ähnliche Führung längs des Spulenmantels ergeben, fang verteilt Halterungen 4 für das auswechselbare 50 die jeweils in die Nut 6 der Halterung 4 hineinpaßt. Bauelement vorgesehen, das aus Tiegel 1 und Spule 2 Um für den Ein- und Ausbau die Spule als feste besteht. Diese Halterungen sind mit der Ofenwan- zusammenhängende Einheit zu haben, ist es zweckdung 3 fest verbunden, beispielsweise durch die mäßig, wenn die Zapfen 9 bzw. die über die Zapfen Winkel 5j die mit der Wandung verschraubt werden. gestülpten Isolierstücke 10 in einem der Spule 2 be-Die Halterungen 4 selbst können aus jedem beliebigen, 55 nachbarten Teil durch zusätzliche Leisten gehalten vorzugsweise unmagnetischem Werkstoff bestehen. Es sind, so daß sich die einzelnen Spulenwindungen nicht können auch Nichtleiter, wie beispielsweise keramische gegeneinander verschieben können. Diese Leisten oder ähnliche Baustoffe, verwendet werden. Die Halte- können entweder auf beiden Seiten der Zapfen 9 bzw. rungen 4 erstrecken sich in axialer Richtung durch der Isolierstücke 10 angebracht sein, oder sie können den ganzen Ofen in einer Länge, wie sie der Spulen- 60 als Lochleisten ausgebildet sein, wobei sie vor Auflänge bei eingesetzter Spule entspricht. In voller Länge setzen der Isolierstücke 10 über die in einer Reihe ist in den Halterungen eine Führung, beispielsweise stehenden Zapfen 9 gezogen werden. Da diese Leisten durch eine Nut 6, vorgesehen. Diese Nut kann belie- weder Vibrationen noch den f errostatischen Druck der bige Querschnitte haben. Sie ist in den Figuren der Schmelze aufzunehmen haben, sondern lediglich für Einfachheit halber rechteckig vorgesehen, sie kann 65 die Aufnahme der Verwindungsspannung des Spulenaber auch schwalbenschwanzförmig sein. kupfers bestimmt sind, können sie relativ schwachin side view; Fig. 2 explains the installation of this insulating body Fig. 3 shows an insulating body in view. 10. On each pin 9 of the coil 2 is a In Fig. 1, 1 is the crucible, which is known in such a rectangular insulating body 10. These are Wise inserted into the coil 2 or dimensioned in this ge such that they are using a is stomping. 3 is the supporting structure in which 45 intermediate layers 11, which may also be omitted Example shown designed as a boiler. At can, the coil pressed against each other the correct one Place of a boiler can also provide other load-bearing winding spacing. With the coil ready for installation Structural parts used for the furnace wall should be railed through all the pegs in a row. With this furnace wall, a similar guide along the coil jacket is shown Fang distributes brackets 4 for the interchangeable 50, each of which fits into the groove 6 of the bracket 4. Component provided that consists of crucible 1 and coil 2 in order to install and remove the coil as a fixed consists. These brackets are to be had with the unit connected to the furnace wall, it is purposeful 3 firmly connected, for example by the moderate when the pin 9 or the over the pin Angle 5j which are screwed to the wall. Everted insulating pieces 10 in one of the coil 2 be-Die Brackets 4 themselves can be held from any desired, 55 adjacent part by means of additional strips preferably non-magnetic material. There are so that the individual coil turns are not can also move non-conductors, such as ceramic against each other. These bars or similar building materials. The holding can either be on both sides of the pin 9 or Stanchions 4 extend in the axial direction through the insulating pieces 10, or they can the entire furnace in a length as the coil 60 can be designed as perforated strips, whereby they are lengthwise when the coil is inserted. In full length put the insulating pieces 10 over the in a row a guide, for example standing pin 9, is drawn in the brackets. Because these bars by a groove 6 is provided. This groove can withstand either vibrations or the static pressure of the have big cross-sections. It is to be included in the figures of the melt, but only for For the sake of simplicity, it is provided rectangular, but it can take up the torsional tension of the bobbin also be dovetail shaped. copper, they can be relatively weak

Ebenfalls mit der OfenwandungS sind, auf dem ausgebildet werden.Also with the furnace wall S are on which to be formed.

Umfang des Ofens verteilt, Magnetjoche 7 verbunden, In dieser Form kann das aus Tiegel 1 und Spule 2Distributed around the circumference of the furnace, magnetic yokes 7 connected, in this form the crucible 1 and coil 2

die in einfacher Form mittels Schrauben 8 mit den mit den Führungselementen 9, 10 bestehende Bauteilwhich in a simple form by means of screws 8 with the existing with the guide elements 9, 10 component

tragenden Teilen des Ofengerüstes, vorzugsweise der 70 leicht aus dem Ofen herausgenommen bzw. ein ent-supporting parts of the furnace frame, preferably the 70 easily removed from the furnace or a removed

sprechendes Bauteil wieder eingesetzt werden. Wenn dieses Bauteil eingesetzt ist, wird in die Nuten 6 ein besonderer Schlußstein gesetzt, der durch eine einfache Klinken- oder Keilanordnung oder durch einen Niederhalter unter Druck gesetzt werden kann, so daß die Spule damit im Ofen in axialer und radialer Richtung vibrationsfest gehalten ist.speaking component can be used again. When this component is inserted, a 6 is inserted into the grooves special keystone set, which is set by a simple latch or wedge arrangement or by a Downholder can be pressurized so that the coil in the furnace in the axial and radial directions is kept vibration-proof.

Durch eine derartige Anordnung ergibt sich eine gute Isolation zwischen den geerdeten Konstruktionsteilen und dem Joch einerseits und der Spule andererseits. Die isolierenden, beispielsweise keramischen Materialien sind nur auf Druck beansprucht, eine Beanspruchung der Art, der sie in weitem Umfang entsprechen können. Die Verbindung zwischen Zapfen 9 und Spule 2 ist eine Lot-, Schweiß- oder Schraubverbindung, die in ihrer mechanischen Festigkeit absolut sicher ist.Such an arrangement results in good insulation between the earthed structural parts and the yoke on the one hand and the coil on the other hand. The insulating, for example ceramic Materials are only subjected to pressure, a stress of the kind that they do to a large extent can correspond. The connection between pin 9 and coil 2 is a solder, weld or Screw connection that is absolutely secure in terms of its mechanical strength.

Claims

Patent claims.

1. Induction crucible furnace with magnetic yokes to guide the electromagnetic field outside of the goods to be heated and a replaceable one consisting of a crucible and induction coil Component, characterized in that the component consisting of crucible and induction coil by means of connected to the turns of the coil, axially projecting rows of pins axially in the outer furnace vessel is attached slidably in grooved or rail devices and that the up to the induction coil protruding magnetic yokes for the rear guidance of the electromagnetic Coil field are firmly connected to the outer furnace structure.

2. Induction crucible furnace according to claim 1, characterized in that over each pin a preferably rectangular insulating body is turned over.

3. Induction crucible furnace according to claim 1, characterized in that one for each row of pins common insulating body, e.g. B. in the form of a ceramic strip is provided.

4. Induction crucible furnace according to claim 1 and one of the following Atisprüche, characterized in that that in the grooved or rails device pawls, wedge-shaped keystones or Hold-down device for axial fastening of the component consisting of the crucible and induction coil are provided.

1 sheet of drawings