DE1240629B

DE1240629B - Rinnenofen

Info

Publication number: DE1240629B
Application number: DEA51735A
Authority: DE
Inventors: Ivar Beckius; Bengt Fredriksson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1965-03-13
Filing date: 1966-03-03
Publication date: 1967-05-18
Also published as: GB1133162A

Description

Rinnenofen Die Erfindung betrifft elektrische Schmelzöfen, bei denen an der die Schmelze enthaltenden Wanne od. dgl. mindestens eine U-förmige; mit der Schmelze gefüllte Rinne angeschlossen ist und in der Schmelze durch eine sogenannte Induktoreinheit ein Strom durch Induktion erzeugt wird.
Bei Öfen der genannten Art wirken auch elektrodynamische Kräfte auf die in der Rinne befindliche Schmelze (»Pinch-Effekt«), derart, daß ein Fließen der Schmelze durch die Rinne zustandekommt. Diese Strömung erfaßt aber oft nicht den gesamten Inhalt der Schmelzwanne, so daß Teile der Schmelze in der Rinne überhitzt werden. Große. überhitzungen erhält man gewöhnlich bei Öfen mit vertikal oder beinahe vertikal unter der Schmelzwanne angebrachten Rinnen im längsten Teil der Rinne. Es kann jedoch auch in anderen Teilen der Rinne oder Rinnen eine große Temperaturerhöhung erhalten werden. Eine solche Überhitzung kann zur Folge haben, daß die Wände der Rinne ungleichmäßig verchleißen, daß chemische Reaktionen zwischen der Schmelze und dem Wandmaterial beschleunigt werden oder die Bildung von Oxyden gefördert wird, die sich in der Rinne sammeln und diese allmählich verstopfen, was eine weitere lokale überhitzung der Schmelze zur Folge hat. Da diese Öfen für kontinuierlichen Betrieb vorgesehen sind, müssen Betriebsunterbrechungen möb lichst vermieden werden. Diese entstehen in den meisten Fällen dadurch, daß die Rinne durchbricht oder verstopft wird, d. h., die Rinne ist der empfindlichste Teil des Ofens.
Man hat versucht, die örtlichen Überhitzungen der Schmelze dadurch abzustellen, daß man die Heizspule innerhalb der Rinne mit mehreren Umrührspulen versehen hat. Das ist jedoch relativ kompliziert, weil der Raum begrenzt ist, man erhält meist eine zu geringe Umrührkraft. Der magnetische Fluß der Heizspule verursacht zusätzliche Verluste in den Umrührspulen. Außerdem wird der von diesen kommende Fluß in einem gewissen Maße durch die Induktionsspule abgeschirmt.
Die Erfindung betrifft einen Rinnenofen mit mindestens einer Induktoreinheit, die wenigstens eine Spule, einen Eisenkern und eine um die Spule herum verlaufende Rinne hat, wobei diese aus zwei in den Schmelzbehälter mündenden Seitenkanälen und einem Bodenkanal besteht, der die Seitenkanäle miteinander verbindet. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite der Induktoreinheit mindestens ein elektromagnetischer Umrührer angebracht ist. Hierdurch gewinnt man den Vorteil, daß herkömmliche Umrührer, wie sie beispielsweise bei Lichtbogenöfen bekannt sind, verwendet und mit einer wirksamen Kühlung versehen werden können, ohne daß die Induktoreinheit besonders viel Platz einzunehmen braucht. Der Umrührer hat dabei keine nennenswerte Einwirkung auf das elektrische Feld der Heizspule.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht aus einer Induktoreinheit mit zwei Spulen und Doppelrinnen mit einem gemeinsamen zentralen Kanal und je einem Seitenkanal und einem den zentralen Kanal und die Seitenkanäle verbindenden Bodenkanal sowie aus einem oder zwei Eisenkernen, die die Spule bzw. Spulen durchsetzen. Hierbei ist am Bodenkanal mindestens ein Umrührer angeordnet und/oder mindestens ein Umrührer an einem oder beiden Seitenkanälen oder am zentralen Kanal. Bei dieser Ausführungsform kann in einfacher Weise eine Strömung in einer Richtung in den Rinnen erreicht werden. Man kann durch zweckmäßige Wahl der Umrührrichtung oder -richtungen eine Strömungsrichtung von dem Behälter der Schmelze in den zentralen Kanal oder in die Seitenkanäle oder umgekehrt oder auch von dem Behälter in den einen und die umgekehrte Richtung in den anderen Seitenkanal erhalten. Der Wechsel zwischen verschiedenen Strömungsrichtungen kann auch schnell erfolgen, alles mit dem Zweck, eine überhitzung in den Kanälen zu verhindern, die Erwärmung der Schmelze zu verbessern und gleichzeitig auch im Behälter der Schmelze eine Umrührung zu erhalten, die für den metallurgischen Prozeß nützlich ist. Man kann auch eine solche Umrührung ohne Strom in den Induktionsspulen erhalten, z. B. für die Reinigung der Rinne oder zum Erreichen von gewissen metallurgischen Prozessen im Behälter.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen F i g. 1 und 2 zwei Schnitte eines Einzelrinneninduktors mit Umrührern, F i g. 3 und 4 entsprechende Schnitte eines Doppelrinneninduktors, F i g. 5 eine alternative Anordnung des Umrührers und F i g. 6 eine besondere Ausführung der Rinne.
In F i g. 1 und 2 ist der Schmelzraum bzw. der Herd des Ofens mit 1 bezeichnet. An diesem können ein oder mehrere Rinneninduktoren angeschlossen sein, im Ausführungsbeispiel ist ein Rinneninduktor mit zwei Seitenkanälen und einem Bodenkanal gezeigt, die zusammen eine mit dem Herd 1 verbundene Rinne 2 bilden. Eine auf einem Eisenkern 3 angebrachte Spule 4, die netzfrequenzgespeist ist, induziert einen Strom in der mit flüssigem Metall gefüllten Rinne 2. An den Außenseiten des die Rinne bildenden Ofenfutters 5 ist eine elektromagnetische, ein- oder mehrphasig gespeiste Umrührerwicklung mit Eisenkern angebracht, die mit Netzfrequenz oder niedrigererFrequenz gespeist wird. Der Umrührer kann entweder unter dem Bodenkanal oder an einem oder beiden Seitenkanälen oder auch an allen drei Kanälen angeordnet sein; in der Zeichnung sind diese Lagen mit 6, 7 und 8 bezeichnet.
Der Umrührer 6, 7 bzw. 8 kann eine Stab- oder Spulenwicklung haben, d. h. wie der Stator einer Asynchronmaschine aussehen und in beiden Fällen mit Wasser- oder mit Luftkühlung versehen sein. Die Pfeile in den verschiedenen Kanälen in F i g. 1 zeigen die Umrührrichtung für die Schmelze in der Rinne, die auch umgekehrt sein oder zwischen zwei Richtungen wechseln kann. Der Umrührer kann mit besonders niedriger Frequenz (0,4 bis 10 Hz) gespeist werden (mehrphasig), mit dem Zweck, eine motorische Umrührung zu bewirken. Die Induktoreinheit kann auch austauschbar gemacht werden, z. B. gemäß dem schweizerischen Patent 393 568.
In F i g. 3 und 4 ist ein Doppelrinneninduktor gezeigt, der austauschbar am Ofenkörper 10 einer Schmelzwanne 9 angebracht ist. Die Induktoreinheit ist vom Doppelrinnentyp mit zwei Zwillingsspulen 11, 12, die ein- oder zweiphasig gespeist und auf einem oder zwei (s. F i g. 3) Eisenkernen 13, 14 sitzen. Die Rinnen bestehen aus einer gemeinsamen zentralen Rinne 15 und zwei Seitenrinnen 16, 17 sowie einem diese drei Rinnen verbindenden Bodenkanal 18. Im gezeigten Fall ist die Rinne wie ein ca ausgebildet, sie kann aber auch rechtwinklig sein. Der zentrale Kanal 15 hat einen nach oben breiter werdenden Querschnitt, alle Ecken des Bodenkanals 18 sind abgerundet, um eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze zu erreichen. Der zentrale Kanal 15 kann auch mit einem konstanten Querschnitt ausgeführt werden.
Unter dem Bodenkanal 18, außerhalb des Ofenfutters 19, ist ein Umrührer 20, 21 mit einer wesentlichen Erstreckung auf beiden Seiten der Symmetrieebene der Induktoreinheit angeordnet, der sich eventuell sogar längs der Induktorseiten ganz oder teilweise nach oben erstreckt (s. die gestrichelten Linien). Der Umrührer kann ein Ganzes sein oder an der Symmetrieebene in zwei Teile 20, 21 oder mehrere Teile oder in mehrere Abschnitte mit voneinander unabhängig umkehrbaren Umrührrichtungen aufgeteilt sein. Die Induktoreinheit kann alternativ mit einem, zwei oder mehreren Umrührern 22, 23, versehen sein, die an den Seiten des Induktors liegen, oder auch mit Umrührern an allen Seiten. Alternativ kann die Induktoreinheit mit einem oder zwei Umrührern 24, 25 für den zentralen Kanal 15 versehen sein, was schematisch aus F i g. 5 hervorgeht, die einen Horizontalschnitt durch eine Induktoreinheit zeigt. Die Induktoreinheit ist von einer Abschirmung 34 umgeben, die aus einem nicht ferromagnetischen Material besteht, das gleichzeitig ein guter elektrischer Leiter ist, wie z. B. Kupfer oder Aluminium. Die Abschirmung 34 verläuft längs der Wand der Induktoreinheit, aber außerhalb des Umrührers 20, 21, sowohl in der Längsrichtung (F i g. 3) als auch in der Querrichtung (F i g. 4), aber innerhalb des magnetischen Mantels des Induktorgefäßes. Der Vorteil dabei ist, daß der Hauptfluß von den Spulen 11, 12 und der Streufluß von den Kernen 13, 14 keine schädliche Wirkung auf den Umrührer ausüben können.
An der Heizspule 11, 12 sind Streufiußblechpakete 27 angeordnet mit dem Zweck, den Streufluß vorbei am Umrührer und direkt zum Eisenkern 13, 14 zu leiten. Daher sind sie so nahe wie möglich an der Spule 11 bzw. 12 angeordnet. Dadurch verläuft dieses Streufeld im wesentlichen konzentrisch zur Spule 11 bzw.12 (s. F i g. 4).
Die Induktoreinheit nach F i g. 3 und 4 ist auch im Betrieb des Ofens austauschbar und beispielsweise nach der obengenannten Patentschrift ausgeführt. Die Induktoreinheit ist in üblicher Weise mit Flüssigkeitskühlung versehen, deren Rohre in F i g. 3 und 4 mit 35 bezeichnet sind. Beim Umrührer dienen Kühlrohre 26 auch zur Kühlung des Induktorgefäßes (F i g. 3).
Die Umrührrichtung im Umrührer nach F i g. 3 kann in folgender Weise ausgenutzt werden.
Die Richtung I in den Teilen 20 und 21 ergibt eine abwärts gerichtete Strömung in den Kanälen 16 und 17 und eine aufwärts gerichtete Strömung im zentralen Kanal 15.
Die Richtung 1I ergibt die entgegengesetzte Strömungsrichtung.
Die Richtung III, d. h. dieselbe Richtung wie in 20 und 21, ergibt eine abwärts gerichtete Strömung im linken Seitenkanal 16, eine nach rechts gerichtete Strömung im Bodenkanal 18 und eine aufwärts gerichtete Strömung im rechten Seitenkanal 17.
Die Richtung IV ergibt eine entgegengesetzte Strömungsrichtung.
Das Verhältnis im zentralen Kanal 15 bei den Alternativen III und IV ist, daß nur eine unbedeutende und überwiegend aufwärts gerichtete Strömung in diesem erhalten wird.
In F i g. 6 ist eine Ausführung der Rinne mit großem Querschnitt im zentralen Kanal 29 und kleineren Querschnitten in den Seitenkanälen 28 und 3® gezeigt. Die beiden Umrührer 31 und 32 wirken bei dieser Ausführung so, als ob jeder von ihnen eine einzige Rinne beeinflussen würde.
Am Ofenkörper 10 kann eine größere Anzahl Induktoren mit verschiedener Neigung im Verhältnis zur Vertikalebene durch die Längsachse des Ofens angebracht werden. Der Ofen kann auch als Vakuumofen ausgeführt oder in einem Vakuumtank angebracht sein, wobei der Raum über der Schmelze durch eine oder mehrere Leitungen mit einer Vakuumanlage verbunden ist. Eventuell können die Umrührer und/oder die Spule der Induktoreinheit und der Kern dabei unter atmosphärischem Druck stehen, um Glimmen an der Wicklung zu vermeiden.
Durch die Einwirkung der Umrührer wird der Entgasungseffekt sehr groß, weil die ganze Schmelze die Oberflächenschicht durchfließt. Die Anordnung der Umrührer ergibt einen wesentlich größeren Entgasungseffekt als bei einer Umrührung, die nur durch den »Pinch«-Effekt in der Schmelzrinne verursacht wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Rinnenofen mit mindestens einer Induktoreinheit, die mindestens eine Spule, einen Eisenkern und mindestens eine um die Spule herum verlaufende Schmelzrinne hat, die aus zwei am Ofenherd angeschlossenen Seitenkanälen und einem die Seitenkanäle verbindenden Bodenkanal besteht, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite der Induktoreinheit mindestens ein elektromagnetischer Umrührer (6, 7, 8; 20, 21) angebracht ist.
2. Rinnenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umrührer (7, 20, 21) unter dem Bodenkanal (18) und/oder neben den Seitenkanälen (16,17) der Rinne der Induktoreinheit angebracht ist.
3. Rinnenofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei den an sich bekannten Induktoreinheiten mit zwei Spulen außen am Bodenkanal (18) mindestens ein Umrührer (20, 21) angeordnet ist und/oder mindestens ein Umrührer an einem der beiden Seitenkanäle (16, 17).
4. Rinnenofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Bodenkanal (18) ein Umrührer (24, 25) auf jeder Seite einer durch den zentralen Kanal (15) verlaufenden Ebene angeordnet ist.
5. Rinnenofen nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Umrührer oder Umrührerteile umkehrbare Umrührrichtungen haben.
6. Rinnenofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder zwei Umrührer (22, 23) längs des zentralen Kanals (15) in einer Ebene winkelgerecht zur Spulenachse auf der einen bzw. beiden Induktorseiten angeordnet ist bzw. sind.
7. Rinnenofen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens am Boden der Induktoreinheit eine Abschirmung (34) aus nichtmagnetischem Material angebracht ist, die außerhalb des Umrührers oder der Umrührer, aber innerhalb der magnetischen Teile der Induktoreinheit liegt. B.
Rinnenofen nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß um die Induktorspule (11, 12) herum Blechpakete (27) mit axialer Erstreckung zur Konzentrierung des Streuflusses dieser Spulen angeordnet sind.
9. Rinnenofen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (1, 9) ganz oder teilweise in einer Vakuumkammer angeordnet ist.
10. Rinnenofen nach Anspruch 9, dadurch gegekennzeichnet, daß die Umrührer (5, 7, 8; 20, 21, 22, 23), die Induktorspule (4;11, 12) und der Kern (3; 13, 14) unter atmosphärischem Druck angeordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1098 972; schweizerische Patentschrift Nr. 393 568.