DE2243769B2 - Vakuuminduktionsofen für die Beheizung und Behandlung metallischer Schmelzen - Google Patents

Description

Andererseits ist es bekannt (GB-PS 5 23 785), einen licht für den Vakuumbetrieb bestimmten Induktions-)fen in der Weise aufzugliedern, daß in einem stationäen Ofenteil, der außer dem tragenden Ofengestell eine in diesem angeordnete induktive Heizeinrichtung umaßt, ein für sich transportfähiger Einsatzkörper auswechselbar gelagert ist, der das die Metallschmelze aufnehmende, aus keramischer Stampfmasse bestehende schmelzgutgefäß und einen dieses außen umkleidenden Mantel umfaßt In diesem Zusammenhang ist zudem offenbart, den das Schmelzgutgefäß umkleidenden Mantel mit Rücksicht auf die hohe Temperatur des Schmelzgutes mit einem mit Luft beaufschlagbaren Kühlrohr-System zu versehen.

Eine solche Aufgliederung der Ofenanlagen ist auch bereits bei Vakuuminduktionsöfen bekannt (US-PS 31 77 282). Dabei umfaßt der stationäre Ofenteil neben dem tragenden Ofengestell und der Induktionsspule auch die Spule außen umschließende Magnetjoche. Hier ist das aas keramischer Stampfmasse bestehende Schmelzgutgefäß, welches den transportfähigen, aus dem stationären Ofenteil herausnehmbaren Einsatzkörper bildet, außen gasdicht von einem Mantel umkleidet, der kühlbar ausgebildet sein kann. Die Kühlung erfolgt mittels Wasser. In diesem Fall ist der das Schmelzgutgefäß außen umkleidende Mantel zudem an beiden Enden vakuumdicht mit je einer den Gefäßboden sowie den Gefäßoberteil gasdicht umschließenden Stahlverkleidung verbunden.

Induktionsöfen mit aus einem stationären Ofengestell herausnehmbarem Schmelzgutgefäß haben den Vorteil, daß eine einzige Heizeinrichtung in Verbindung mit einer großen Zahl von Schmelzgutgefäßen angewendet werden kann. Die beiden bekannten Ofenarten mit aus stationären Ofenteilen herausnehmbaren Schmelzgutgefäßen (GB-PS 5 23 785 und US-PS 31 77 282) weisen gleichermaßen den Nachteil auf, daß für den das Schmelzgutgefäß außen gasdicht umkleidenden Mantel nicht nur im Bodenbereich des Gefäßes und in dessen oberem Bereich, sondern auch in dessen mittlerem und damit im Höhenbereich des Feldes der Induktionsspule Metalle verwendet sind, wodurch in den Gefäßutnkleidungen erhebliche elektromagnetische Verluste auftreten. Bei der einen Ofenart (US-PS 31 77 282) werden die Verluste dadurch vermindert, daß der Metallmantel im Bereich der Induktionspule irtehrgüedng zusammengesetzt ist, ohne daß dies aber voll befriedigen kann.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die elektromagnetischen Verluste in dem das Schmelzgutgefäß umkleidenden Mantel dann weitgehend ausgeschlossen werden, wenn der Mantel in Bereich der Induktionsspule, so wie bei dem eingangs erwähnten Va- *uuminduktionsofen (DT-AS 12 27 926), aus Kunststoff besteht Die Übertragung des Prinzips der Auswechselbarkeit das vakuumfest umschlossenen Schmelzgutgefäßes auf Vakuuminduktionsöfen mit einer gasdichten Tiegelumkleidung in Form eines Kunststoffmantels im Bereich der Induktionsspule stößt aber, insbesondere bei großvolumigen Vakuuminduktionsöfen, deshalb auf Schwierigkeiten, weil der Kunststoffmantel für sich gegenüber äußeren Stoß- und Schlagbeanspruchungen sehr empfindlich ist zumal er mit Rücksicht auf die insbesondere bei Netzfrequenz begrenzte Eindringtiefe möglichst dünnwandig sein muß. Die beim Transport des auswechselbaren Schmelzgutgefäßes unvermeidlich auftretenden mechanischen Beanspruchungen führen daher leicht zu Beschädigungen des Kunststoffmantels, die dessen Undichtheit und damit Beeinträchtigungen des Vakuumbetriebes zur Folge haben können.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den stationären Ofenteil und den im Ofengestell auswechselbar gelagerten, für sich transportfähigen Einsatzkörper bei einem Vakuuminduktionsofen der genannten Gattung so zu trennen, daß der Einsatzkörper ohne Beeinträchtigung der einwandfreien Beheizung und Behandlung der Schmelzen im Vakuumbetrieb leicht gegen einen anderen Austauschbar ist und beim Transport außerhalb des stationären Ofenteils zugleich gefahrlos gehandhabt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, daß die in den gasdichten Mantel aus glasfaserverstärktem Kunststoff fest eingebetteten Kühlrohre an ihrem oberen, über das Ofengestell hinausragenden Ende mit ihren stirnseitigen öffnungen in eine den Oberteil des Schmelzgutgefäßes umgebende geschlossene Ringkammer für das Kühlmedium eingeschweißt sind, die einerseits den Tragkranz für die Dichthaube bildet und andererseits Bestandteil der oberen Stopfbuchsendichtung für den dichtenden Anschluß des Kunstharzmantels ist, und daß die Kühlrohre im Bereich des bodennahen, konisch ausgebildeten Längenabschnittes des Schmelzgutgefäßes eine dieses bodcnseitig untergreifende stählerne Tragplatte durchsetzen und mit dieser fest verschweißt sind, die einerseits Bestandteil der zweiten Stopfbuchsendichtung für den unteren gasdichten Anschluß des Kunstharzmantels ist und andererseits das axiale Traglager und mittels eines an ihr angebrachten vorspringenden Führungsansatzes die radiale Führung des Einsatzkörpers innerhalb des Ofengestells bildet.

Die erfindungsgemäße Lösung führt zu einer äußerst robusten und zugleich zuverlässig gasdichten Umkleidung des Schmelzgutgefäßes, bei der die für die Kühlung des Kunststoffmantel auch während des Transportes unerläßlichen Kühlrohre die Funktion von Zugankern zwischen dem Boden- und dem Oberteil des Einsatzkörpers übernehmen, ohne daß das Prinzip der Stopfbuchsendichtung für den zuverlässigen gasdichten Anschluß des Kunststoffmantels an die stählernde Umkleidung des oberen und unteren Gefäßendes und damit überhaupt die Verwendung von Kunststoff für die vakuumfeste Schmelzgutgefäß-Umkleidung aufgegeben werden müßte. Zudem ist bei erfindungsgemäßen Vakuuminduktionsöfen das Prinzip der Auswechselbarkeit des vakuumfest umschlossenen Schmelzgutgefäßes auch dann befriedigend gelöst, wenn die öfen sehr großes Fassungsvermögen aufweisen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung oes im Kunststoffmantel angeordneten Kühlrohr-Systems wird der für sich gegenüber mechanischen Beanspruchungen äußerst empfindliche gasdichte Kunststoffmantel gegen Druck-, namentlich aber gegenüber Zugbeanspruchungen, und zwar insbesondere solchen in axialer Richtung, wesentlich versteift. Mithin ist der Kunststoffmantel auch gegenüber mechanischen Beanspruchungen beim Transport, z. B. durch Anstoßen, wesentlich gesichert und so in nur sehr geringem Maße der Gefahr ausgesetzt, beim Transport beschädigt und dadurch vorzeitig in seiner Wirksamkeit beeinträchtigt zu werden. Zudem braucht der Kunststoffmantel auf diese Weise nicht dickwandiger ausgebildet zu sein, als es mit Rücksicht auf die elektrische Eindringtiefe erwünscht iiit. Infolge der mechanischen Entlastung des Kunststoffmantel ist der im Ofengestell auswechselbar gelagerte Einsatzkörper vor allem auch im gefüllten

Zustand des Gefäßes sicher aus dem Ofengestell herausnehmbar und transportierbar.

Die zuverlässige Armierung des Kunststoffmantels wird dadurch erzielt, daß die Kühlrohre nicht nur mit der den Oberteil des Schmelzgutgefäßes umgebenden Ringkammer, sondern auch mit der das Schmelzgutgefäß bodenseitig untergreifenden stählernden Tragplatte mechanisch starr und fest verbunden sind.

Die konische Verjüngung des unteren Längenabschniites des Schmelzgutgefäßes ermöglicht es in Verbindung mit der das Gefäß bodenseitig untergreifenden stählernden Tragplatte und dem an dieser Platte angebrachten Führungsansatz, den Durchmesser bzw. Außenumfang des auswechselbar gelagerten Einsatzkörpers so zu dimensionieren, daß er mit nur geringem Spiel leicht und ohne Beschädigung des stationären Ofenteils, insbesondere der diesem zugeordneten Induktionsspule, in das Ofengestell eingeführt und aus ihm wieder herausgenommen werden kann.

Im übrigen wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Bodenbereiches des Einsatzkörpers sichergestellt, daß dieser auch in diesem Bereich so versteift ist, daß er eine gefahrlos zu transportierende, mechanisch außerordentlich feste Baueinheit bildet. Dadurch, daß die das Schmelzgutgefäß untergreifende stählerne Tragplatte zugleich den Träger der unteren Stopfbuchsendichtung bildet, die ebenso wie die Stopfbuchsendichtung am oberen Ende des Einsatzkörpers nachstellbar ist, ist insbesondere auch im Bodenbereich ein zuverlässiger vakuumdichter Abschluß des Kunststoffmantel gewährleistet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die obere Ringkammer die Anschlußmittel für die Zuführung der Kühlluft auf, wobei die an diese angeschlossenen Kühlrohre sämtlich parallel und in gleicher Richtung nach unten von der dort frei austretenden Kühlluft durchströmt sind. Dabei ist es vorteilhaft, an die obere Ringkammer ein auch während des Transportes des Einssatzkörpers wirksames Kühlluftgebläse anzuschließen. So kann der wärmeempfindliche Kunststoffmantel auch während des Transportes sowie beim Befallen stets wirksam und ausreichend gekühlt werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert Es zeigt

F i g. 1 die Vorrichtung im Betriebszustand im axialen Längsschnitt

Fig.2 einen Querschnitt nach der Linie 11-11 der F i g. 1 und

F i g. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 1.

In der Zeichnung sind das stationäre Ofengestell generell mit 1 und der auswechselbar in diesem gelagerten Einsatzkörper generell mit 2 bezeichnet

Das stationäre Ofengestell 1 besteht aus einer im Querschnitt im wesentlichen kreisrund ausgebildeten !»rofilstahl-Konstrufction, die sich einerseits aus über #en Umfang verteilt angeordneten vertikalen U-Eisen § und andererseits aus drei in unterschiedlichem Vertifcalabstand zueinander angeordneten U-Eisenringen 4 Zusammensetzt, die miteinander verschweißt sind.

An dem unteren U-Eisenring 4 sind radiale Stege 5 Angeschweißt, die an ihren einander zugekehrten En-Uen einen gegenüber dem Boden hochgezogenen fctützring 6 aus Winkelprofil tragen.

An jedem vertikalen U-Profilträger 3 ist innenseitig {Ober Stegbleche 7 ein im Längsschnitt U-förmiges Matenetjoch 8 aus lameilierten Eisenblechpaketen ange bracht, zwischen deren U-Schenkeln unter Zwischenschaltung von Isolationsmaterial die wassergekühlte Induktionsspule 9 eingespannt ist. Der im stationären Ofengestell 1 auswechselbar ge lagerte Einsatzkörper 2 umfaßt den aus einer her kömmlichen keramischen Stampfmasse 10 bestehenden Tiegel 11, dessen unterer Längenabschnitt konisch eingezogen ist und der am oberen Ende eine radial vorspringende Gießschnauze 12 aufweist

ίο Die Stampfmasse 10 des Tiegels ist außenseitig von einer Wärmeisolaiionsschicht 13 umgeben, gegen die beim Zustellen des Tiegels dessen Stampfmasse unmittelbar gestampft ist. Die Wärmeisolationsschicht 13 ist außenseitig von dem gasdichten Mantel 14 umgeben,

is der aus glasfaserverstärktem Kunstharz besteht in das die seiner Kühlung und mechanischen Versteifung dienenden Kühlrohre 15 unmittelbar fest eingebettet sind. Die Kühlrohre 15 sind vertikal ausgerichtet und in Umfangsrichtung in geringem Abstand zueinander an geordnet. Sie bestehen aus austenitischem Stahl und haben auf dem wesentlichen Teil ihrer Länge einen abgeflachten Ovalquerschnitt. Ihre oberen Mündungen 15a stehen über den oberen Rand des Kunststoffmantels 14 über und sind unmittelbar in entsprechende öff-

2s nungen einer aus Stahl bestehenden Ringkammer 16 eingeschweißt, die zusätzlich zur Umfangsarmierung des Tiegels im oberen Endbereich dient Die Ringkammer 16 weist an einer Seite einen radialen Anschluß 17 für die Zuführung der Kühlluft in Richtung des Pfeiles X auf; an Stelle des Anschlusses 17 kann an dieser Stelle auch ein Kühlluftgebläse fest angeflanscht sein. Ober die Ringkammer 16 gelangt die Kühlluft unmittelbar in die Kühlrohre 15, so daß diese sämtlich in der gleichen Richtung von oben nach unten von der Kühlluft durch strömt werden, wobei die Kühlluft an deren unteren Enden frei austritt.

Der Tiegel 11 ist in seinem unteren Längenabschnitt zu seinem Boden hin konisch verjüngt Entsprechend sind auch die ihn außen umschließenden Kühlrohre 15 sowie die ihrer Einbettung dienende Kunststoffmasse des gasdichten Mantels 14 radial nach innen eingezogen.

Der Tiegelboden 11a ist axial durch ein wänneisolierendes Mauerwerk 18 abgestützt das seinerseits auf einer stählernen Tragplatte 19 ruht An der Unterseite der Tragplatte 19 ist ein Ringblech 20 angeschweißt das in Verbindung mit dem Stützring 6 des Ofengestells 1 die radiale Führung für den Einsatzkörper 2 bildet Das radiale Spiel innerhalb dieser Führung ist zwar groß genug, um den Einsatz des Körpers 2 zu erleichtern, aber zugleich so eng, daß es im Hinblick auf die volle Ausnutzung der elektrischen Eindringtiefe eine einwandfreie Zentrierung ermöglicht Sowohl der Führungsansatz 20 als auch der Stützring 10 kennen zu

SS diesem Zweck konisch ausgebildet sein.

Auf der Oberseite der Tragplatte 19 ist im Süßeren Umfangsbereich der untere Stopfbuchsenring der Stopfbuchsendichtung 21 aufgeschweißt, die in bekannter Weise nachstellbar ausgebildet ist und dazu dient, das untere Ende des Kunststoffmantels 14 vakuumdicht abzuschließen.

Die stählerne Ringkammer 16 ist Ober die Kühlrohre IS mechanisch starr mit der unteren Tragplatte 19 im Bodenbereich des Einsatzkörpers durch Verschweißen ⁶S verbunden. Die Ringkammer trägt an ihrem unteren Stirnende den oberen Stopfbuchsenring der Stopfbuchsendichtung 22, die es ermöglicht den gasdichten Kunststoffmantel 14 am oberen Ende vakuumdicht mit

der den Tiegeloberteil gasdicht umschließenden Stahlverkleidung zu verbinden.

An ihrem oberen Rand trägt die stählerne Ringkammer 16 die Dichtschneide 23, auf der sich mittels einer nachgiebigen Dichtmasse 24 die Dichthaube 23 abstützt, die mit Rücksicht auf die Gießschnauze 12 exzentrisch zur Tiegelachse angeordnet ist, so daß sie die Gießschnauze umschließt. Die obere öffnung des Tiegels 11 ist zentrisch durch einen feuerfesten Deckel 26 verschlossen, der in bekannter Weise mit einer öffnung 27, insbesondere zum Zwecke der Beobachtung der Schmelze, versehen ist.

Verlängerte Teile der aus Stahlblech zusammenge-

schweißten Ringkammer 16 bilden eine zusätzliche äußere Armierung für die Stampfmasse 10 des Tiegels 11 in dessen oberem Randbereich, der ebenso wie der untere Bodenbereich des Einsatzkörpers 2 außerhalb des Streufeldes der Induktionsspule 9 liegt.

Die in der Zeichnung nicht dargestellte Absaugeleitung kann entweder unmittelbar an die Dichthaube 25 oder, bevorzugt, so angeschlossen sein, daß sie von unten her in den sichelförmigen Ringraum mündet, der etwa in Höhe des oberen Tiegelrandes einerseits durch die Dichthaube 25 und andererseits durch den äußeren oberen Rand des Tiegels 11, und zwar seitlich versetzt zur Gießschnauze 12, gebildet ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

509 582/242

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vakuuminduktionsofen für die Beheizung und Behandlung metallischer Schmelzen, bestehend aus einem stationären Teil, der außer dem tragender· Ofengestell mindestens die an diesem angeordnete Induktionsspule und die diese außen umschließenden Magnetjoche umfaßt, sowie aus einem im Ofengestell auswechselbar gelagerten, für sich transportfähigen Einsatzkörper, der mindestens das die Metallschmelze aufnehmende, aus keramischer Stampfmasse bestehende Gefäß in Form einer Gießpfanne, eines Tiegels od. dgl. und einen dieses außen gasdicht umkleidenden Kunststoffmantel umfaßt, der an beiden Enden unter Verwendung von Stopfbuchsendichtungen gasdicht mit je einer den Gefäßboden sowie den Gefäßoberteil gasdicht umschließenden Stahlverkleidung verbunden und innenseitig durch ein mit einem gasförmigen Kühlmedium, insbesondere Luft, beaufschlagbares Kühlrohr-System gekühlt ist, dessen axial verlaufende Kühlrohre aus austenitischem Stahl wenigstens über den wesentlichen Teil ihrer Länge einen abgeflachten Ovalquerschnitt aufweisen und über den Umfang mit geringem Abstand verteilt angeordnet sind, und bei welchem für den vakuumfesten Abschluß der Gefäßmündung außer einem diese unmittelbar verschließenden feuerfesten Deckel eine diesen mit Abstand übergreifenden, auf einem mit Dichtschneiden ausgerüsteten Tragkranz der oberen stählernen Gefäßumkleidung abgestützten Dichthaube vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in den gasdichten Mantel (14) aus glasfaserverstärktem Kunstharz fest eingebetteten Kühlrohre (15) an ihrem oberen, über das Ofengestell hinausragenden Ende (15a) mit ihren stirnseitigen Öffnungen in eine den Oberteil des Schmelzgutgefäßes (11) umgebende geschlossene Ringkammer (16) für das Kühlmedium eingeschweißt sind, die einerseits den Tragkranz für die Dichthaube (25) bildet und andererseits Bestandteil der oberen Stopfbuchsendichtung (22) für den dichtenden Anschluß des Kunstharzmantels ist, und daß die Kuhlrohre (15) im Bereich des bodennahen, konisch ausgebildeten Längenabschnittes des Schmelzgutgefäßes (11) eine dieses bodenseitig untergreifende stählerne Tragplatte (19) durchsetzen und mit dieser fest verschweißt sind, die einerseits Bestandteil der zweiten Stopfbuchsendichtung (21) für den unteren gasdichten Anschluß des Kunstharzmantels ist und andererseits das axiale Traglager und mittels eines an ihr angebrachten vorspringenden Führungsansatzes (20) die radiale Führung des Einsatzkörpers (2) innerhalb des Ofengestells (1) bildet.

2. Vakuuminduktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Ringkammer (16) die Anschlußmittel (17) für die Zuführung der Kühlluft aufweist und die an diese angeschlossenen Kühlrohre (15) sämtlich parallel und in gleicher Richtung nach unten von der dort frei austretenden Kühlluft durchströmt sind.

3. Vakuuminduktionsofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die obere Ringkammer (16) ein auch während des Transportes des Einsatzkörpers (2) wirksames Kühlluftgebläse angeschlossen ist.

Die Erfindung betrifft einen Vakuuminduktionsofen für die Beheizung und Behandlung metallischer Schmelzen, bestehend aus einem stationären Teil, der außer dem tragenden Ofengestell mindestens die an diesem angeordnete Induktionsspule und die diese außen umschließenden Magnetjoche umfaßt, sowie aus einem im Ofengestell auswechselbar gelagerten, für sich transportfähigen Einsatzkörper, der mindestens das die Metallschmelze aufnehmende, aus keramischer

ίο Stampfmasse bestehende Gefäß in Form einer Gießpfanne, eines Tiegels od. dgl. und einen dieses außen gasdicht umkleidenden Kunststoffmantel umfaßt, der an beiden Enden unter Verwendung von Stopfbuchsendichtungen gasdicht mit je einer den Gefäßboden so-

IS wie den Gefäßoberteil gasdicht umschließenden Stahlverkleidung verbunden und innenseitig durch ein mit einem gasförmigen Kühlmedium, insbesondere Luft, beaufschlagbares Kühlrohr-System gekühlt ist, dessen axial verlaufende Kühlrohre aus austenitischem Stahl

ίο wenigstens über den wesentlichen Teil ihrer Länge einen abgeflachten Ovalquerschnitt aufweisen und über den Umfang mit geringem Abstand verteilt angeordnet sind, und bei welchem für den vakuumfesten Abschluß der Gefäßmündung außer einem diese unmittelbar verschließenden feuerfesten Deckel eine diesen mit Abstand übergreifende, auf einem mit üichtschneiden ausgerüsteten Tragkranz der oberen stählernen Gefäßumkleidung abgestützten Dichthaube vorgesehen ist.
!n Gießereien besteht häufig das Problem, Metallschmelzen vor dem Abgießen aus dem Schmelzgutgefäß in die Kokillen über einen längeren Zeitraum warmzuhalten oder zum Zwecke metallurgischer Behandlung zu überhitzen. Sollen die Metallschmelzen nicht nur warmgehalten oder überhitzt, sondern auch entgast werden, bedarf es insbesondere eines Vakuumofens, bei dem das Schmelzgutgefäß selbst Bestandteil der Entgasungsvorrichtung bilden kann.

Für die Beheizung und Behandlung metallischer Schmelzen werden bevorzugt netzfrequenzbelriebene Induktionsöfen verwendet, die in Form von Induktions-Tiegelöfen grundsätzlich sowohl zum Einschmelzen als auch zur Warmhaltung oder Überhitzung zuvor bereits verflüssigter Metalle herangezogen werden können.

Es sind Vakuuminduktionsöfen bekannt (DT-AS 12 27 926), bei denen der Tiegel selbst den Vakuumbehälter bildet und der Tiegel, wie beim gattungsgemäßer Ofen, innerhalb der ihn außen umgebenden Induktionsspule von einem gasdichten Kunststoffmantel um schlossen ist, der an beiden Enden unter Verwendung von Stopfbuchsendichtungen gasdicht mit je einer der Tiegelboden sowie den Tiegeloberteil gasdicht umschließenden Stahlverkleidung verbunden und innen seitig durch ein mit einem gasförmigen Kühlmedium insbesondere Luft, beaufschlagbarvs Kühlrohr-Systen gekühlt ist, und bei denen der Tiegel sowohl durcl· einen feuerfesten Deckel als auch durch eine dieser außen übergreifende Dichthaube vakuumfest ver schlossen ist. Bei diesen öfen bestehen die Kühlrohre vorzugsweise aus austenitischem Stahl, wobei die Roh re wenigstens über den wesentlichen Teil ihrer Läng« einen abgeflachten Ovalquerschnitt aufweisen.

Es gehört auch zum Stand der Technik (OE-Pi 2 30 106), bei einem Vakuuminduktionsofen mit einen das Schmelzgutgefäß gasdicht umgebenden Kunststoff mantel die zu dessen Kühlung bestimmten, über dei Umfang des Gefäßes verteilt angeordneten und siel axial bis in die Bodenplatte erstreckenden Kühlrohre ii den Kunststoffmantel selbst einzubetten.