DE527452C - Verfahren zur Regelung der Bewegung des Metallbades in eisenlosen Induktionsoefen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, zum Schmelzen von Metallen aller Art die eisenlosen Induktionsöfen zu verwenden, die vorzugsweise mit Strömen höherer Frequenz gespeist werden, deren Betrieb aber S unter gewissen Voraussetzungen auch bei Verwendung von normalen Frequenzen möglich und wirtschaftlich ist. Bei derartigen öfen hat sich nun gezeigt, daß die Bewegung des flüssigen Schmelzgutes um so lebhafter wird, je niedriger

ίο die verwendete Frequenz ist. Bei Verwendung von Wechselstrom normaler Frequenz wird bei gewissen Metallen die Bewegung derart lebhaft, daß sie für den metallurgischen Prozeß schädlich wirkt. Es findet bei einigen Metallen, wie Kupfer oder Aluminium, eine zu große Oxydation statt, und daraus ergeben sich unerwünschte Verluste.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Stärke der Badbewegung von der Kopplung zwischen Primärspule und Schmelzbad abhängig ist, d. h. je stärker die Kopplung, um so stärker ist die Bewegung des Metallbades. DurchMie Schwächung der Kopplung des Ofens kann man also die Bewegung des Metallbades so weit dämpfen, daß die Speisung des Ofens mit niederfrequentem Strom möglich wird. Die Schwächung der Kopplung hat jedoch andererseits zur Folge, daß der Wirkungsgrad des Ofens verschlechtert wird.

Dieser Umstand spielt bei der Erhitzung des bereits geschmolzenen Metalls auf die Gießtemperatur keine wesentliche Rolle, ist aber für den Einschmelzvorgang von ausschlaggebender Bedeutung.

Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Regelung der Bewegung des Metallbades, bei dem die Vorteile der losen Kopplung voll ausgenutzt werden, ohne ihre Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der feste Einsatz bei einer starken Kopplung des Ofens geschmolzen wird, während die Erhitzung des geschmolzenen Gutes bei loser Kopplung des Ofens erfolgt. Hierbeifindet also der Einschmelzvorgang mit Rücksicht auf die dabei vorhandene feste Kopplung mit einem guten Ofenwirkungsgrad statt, während nach Beendigung des Einschmelzvorganges die Bewegung des flüssigen Metallbades durch Schwächung der Kopplung beliebig gedämpft wird. Die Schwächung der Kopplung erfolgt zweckmäßig durch eine Verschiebung des Primärfeldes in bezug auf das Schmelzbad. Zu diesem Zwecke ist gemäß der weiteren Erfindung ein Induktionsofen vorgesehen, · dessen Primärspule in Richtung der Spulenachse verschiebbar angeordnet ist. Falls man die Primärspule nicht beweglich anordnen will, kann man die gewünschte Schwächung der Kopplung auch mit Hilfe einer festen Spule erreichen, deren Höhe größer als die des Schmelzbades ist, wobei die Spule derart unterteilt ist.^daß man durch An- und Abschalten

*J Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Manuel Tama in Finow, Mark.

von Windungen das Kraftfeld der Spule beliebig verschieben kann.

In der Fig. ι sind die Ursachen der Bewegung des Schmelzbades in eisenlosen Induktionsöfen schematisch dargelegt, während die zur Regelung dieser Bewegung vorgeschlagenen Mittel in Fig. 2 und 3 zeichnerisch dargestellt sind.

Fig. ι zeigt einen schematischen Schnitt durch einen eisenlosen Induktionsofen. A ist die Primärspule, die von Wechselstrom beliebiger Frequenz durchflossen wird, B der feuerfeste Schmelztiegel, der das Metallbad C enthält. Der Sekundärstrom fließt bekanntlich infolge des Skin-Effektes im wesentlichen nur in einer äußeren Schicht E. Die Ströme im primären und sekundären Kreis laufen in einem gegebenen Augenblick in entgegengesetzter Richtung, was auf der Zeichnung, wie üblich, durch Kreuze und Punkte angedeutet ist. Die Oberfläche des flüssigen Metalls bildet beim Betrieb eine konvexe Fläche F. Es treten ähnliche Vorgänge auf wie bei der Zentrifuge, nur mit dem Unterschied, daß bei der Zentrifuge eine zentrifugale Kraft wirkt, während im eisenlosen Induktionsofen eine zentripetale Kraft auftritt. Daraus erklärt sich hier die konvexe Oberfläche im Gegensatz zur konkaven Oberfläche, die bei der Zentrifuge entsteht. Irgendein Punkt P der Metalloberfläche steht unter der Wirkung von zwei Kräften, nämlich der Schwerkraft S und der elektrodynamischen Abstoßungskraft T. Diese Kraft T kann man sich als die gegenseitige Abstoßung zwischen Primärspule und Schmelzbad denken, die beide, wie bereits dargelegt, von Strömen entgegengesetzter Richtung durchflossen werden. Die Oberfläche des Metallbades im Punkt P stellt sich nach bekannten Gesetzen so ein, daß die tangentiale Ebene in diesem Punkte senkrecht zur Richtung der resultierenden Kraft R aus den beiden soeben genannten Kräften S und T steht. Die Richtung der Kraft T ist, wie aus dem Vorhergehenden sich ergibt, für die Krümmung der Oberfläche wichtig. Je mehr die Kraft T nach oben geneigt ist oder je größer sie ist, um so steiler wird sich die Badoberfläche in bezug auf die Horizontale stellen. Die Richtung der Kraft T hängt also wesentlich von der· Lage der Primärspule in bezug auf die Sekundärspule ab, insbesondere von der Lage des Schwerpunktes der Spule zum Schwerpunkt des Metallbades. Denkt man sich in Fig. 1 die Primärspule A weiter nach oben geschoben, so wird die Kraft T einen kleineren Winkel mit der Horizontalen ein-.schließen und demzufolge die Oberfläche!⁷ eine geringere Abweichung von der Horizontalen aufweisen.

Unter Ausnutzung dieser Erkenntnis besteht der Erfindungsgegenstand, der in Fig. 2 und 3

dargestellt ist, nunmehr darin, die Primärspule so auszubilden, daß während des Betriebes ihr Schwerpunkt nach Belieben gegenüber dem Schwerpunkt des Metallbades verändert werden kann. Durch Versetzung des Schwerpunktes der Primärspule nach oben wird man also eine 6g geringere Ausbauchung der Metalloberfläche und somit eine weniger lebhafte Bewegung erzielen als bei der normalen Lage des Schmelzbades.

In Fig. 2 und 3 sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Beide stellen schematische Querschnitte durch eisenlose Induktionsöfen dar. Bei Fig. 2 sind die Primärspule 1 und der Tiegel 2 bedeutend höher ausgeführt, als es bisher üblich war. Diese Öfen werden nämlich meistens so ausgeführt, daß der Durchmesser des Tiegels gleich seiner Länge ist. Die Spule ist mit verschiedenen Anzapfungen 3, 4, 5 und 6 versehen, so daß die Wechselstromspannung E nach Belieben an 3 bis 4 oder an 5 bis 6 angelegt werden kann. Man wird die Klemmen 3 bis 4 anschließen, solange das Metall fest ist, wird das Metall flüssig, so schaltet man um auf die Klemmen 5 bis 6, wodurch der Schwerpunkt der Spule nach oben hin gerückt wird und die Bewegung, wie bereits erläutert, gedämpft wird.

Man hat zwar bereits vielfach eisenlose Induktionsöfen gebaut, deren Spulen verschiedene Anzapfungen hatten, zum Zwecke, die Leistungs- go aufnahme des Ofens in gewissen Grenzen zu regehi. Diesem Zwecke entsprechend, waren die Anzapfungen nur auf einer Seite der Spule ausgebildet, meistens auf der oberen Seite, während das andere Ende der Spule dauernd mit einem und demselben Pol der Zuleitung verbunden blieb. Ferner war die Anzahl der abschaltbaren Windungen nur gering.

Demgegenüber kommt es bei dem Erfindungsgegenstand darauf an, die beiden Pole der Stromquelle gleichzeitig abzuschalten und an zwei andere Anzapfungen der Spule anzuschließen, um das ganze primäre Feld um eine größere Strecke nach oben zu verschieben.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier ist 7 die Primärspule und 8 der Schmelztiegel. Die Primärspule ist nun so angeordnet, daß sie nach Belieben in jede Lage nach oben verschoben werden kann, während der Schmelztiegel seinen Platz nicht ändert. Der Schmelztiegel sitzt fest auf einer Unterlage 9 aus feuerfestem Material, die wiederum auf einer gußeisernen Grundplatte 10 befestigt ist. Diese Grundplatte wird durch Schrauben o. dgl. auf dem Ofenfundament 11 verankert. Die Primärspule 7 wird von zwei oder mehreren Bolzen 12 und 13 getragen, die durch Buchsen an. der Grundplatte 10 starr geführt werden, so daß, wenn die Traverse 14 durch geeignete Mittel nach oben oder nach unten bewegt wird, die ganze Primärspule an dieser Bewegung teilnimmt. In dem dargestellten Ausführungsbei-

spiel wird die axiale Bewegung der Traverse 14 durch eine Spindel 15 über Kegelräder 16 und 17 vom Handrad 18 aus eingeleitet.

Bei der Ausübung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird man das fest eingesetzte Metall schmelzen mit der Primärspule in der normalen Lage, die in Fig. 3 gezeichnet ist. Sobald das Metall flüssig geworden ist, wird man durch Betätigung des Handrades 18 die Primärspule

nach oben verschieben, und zwar so weit, bis man die Bewegung des Metallbades auf das gewünschte Maß gedämpft hat.

Da die eisenlosen Induktionsöfen in neuerer Zeit teilweise mit Eisenjochen versehen werden, um eine zu große Streuung zu vermeiden, muß betont werden, daß die Erfindung auch auf derartige öfen angewendet werden kann.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Regelung der Bewegung des Metallbades in eisenlosen Induktionsöfen, insbesondere beim Betrieb mit Niederfrequenzstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Einsatz bei einer starken elektrischen Kopplung des Ofens geschmolzen wird, während die Erhitzung des geschmolzenen Gutes bei loser elektrischer Kopplung des Ofens erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwächung der Kopplung durch Verschiebung des primären Kraftfeldes in bezug auf das Metallbad vorgenommen wird.
3. 3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 fund 2, gekennzeichnet durch eine in Richtung der Längsachse des Induktionsofens verschiebbare Primärspule.
4. 4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Primärspule, die so unterteilt ist, daß durch das An- und Abschalten von Windungen das Kraftfeld der Spule in Richtung ihrer Längsachse verschoben werden kann.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Spule größer ist als die des Schmelzbades.

   "Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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