[0001] Die Erfindung betrifft einen Schmelzofen mit einem tiegelartigen, schwenkbaren Behälter
mit einer oberen Behälteröffnung zur Aufnahme und Entnahme des Schmelzgutes und mit
einer Heizung zum Schmelzen des Schmelzgutes.
[0002] Es sind Schmelzöfen der eingangs erwähnten Art in unterschiedlicher Form bekannt.
Dabei steht häufig ein als Behälter dienender Tiegel während des Schmelzvorganges
senkrecht innerhalb einer Heizvorrichtung, die induktiv, also auf der Basis von elektrischem
Strom, oder auf der Basis eines Brenners am Mantel des Ofens ausgebildet sein kann.
Dadurch soll die Wärme möglichst von unten her durch die Tiegelwand gleichmäßig zu
dem Schmelzgut gelangen. Dabei ergeben sich hohe örtliche Wärmebelastungen und lange
Schmelzzeiten, da sich zwischen der Wärmequelle und dem Schmelzgut ständig ein Hindernis
befindet, welches die Wärme zum Teil abstrahlt und ableitet.
[0003] Es sind auch schon schräg angeordnete drehbare Schmelzöfen mit induktiver Heizung
bekannt, die einen hohen Energiebedarf erfordern. Darüber hinaus ist die in den Behälter
integrierte elektrische Heizung aufwendig.
[0004] Es sind auch Drehtrommelöfen als Schmelzöfen bekannt, bei denen die Flamme eines
Brenners an einem Ende in das Ofeninnere gerichtet ist. Dadurch wird unter anderem
auch die Ofenwand erhitzt, die sich unter dem Schmelzgut hindurchdreht. An der gegenüberliegenden
Auslaßöffnung werden die Rauchgase und damit unerwünscht viel Wärme ungenützt abgelassen.
Darüber hinaus muß eine sehr große Oberfläche erhitzt werden, was wiederum einen erhöhten
Energieverbrauch mit sich bringt. Auch eignet sich ein solcher Drehtrommelofen nicht
dazu, unmittelbar als Gießgefäß verwendet zu werden, wie es die eingangs beschriebenen
Schmelzöfen mit einem senkrecht stehenden Tiegel ermöglichen.
[0005] Es besteht deshalb die Aufgabe, einen Schmelzofen der - eingangs erwähnten Art zu
schaffen, bei welchem das Schmelzgut schnell und energiesparend erhitzt werden kann.
[0006] Die Lösung dieser Aufgabe besteht im wesentlichen darin, daß der Behälter mit seiner
Mittelachse schräg angeordnet und um diese schräge Achse drehbar ist und als Heizung
ein Brenner in die Behälteröffnung gerichtet ist und die Rauchgasabführung zumindest
über den oberen Randbereich der Behälteröffnung vorgesehen ist.
[0007] Eine solche Anordnung erlaubt die unmittelbare Beaufschlagung des Schmelzgutes mit
der größten Hitze. Die Rauchgase gehen nicht wieder aus dem Ofen heraus, bevor das
Schmelzgut bzw. die Ofenwände nicht damit beaufschlagt sind. Somit lassen sich die
Vorteile eines Tiegelofens mit denen eines Drehtrommelofens insoweit kombinieren,
als eine günstige Heizungsform und dabei gleichzeitig eine bessere Wärmeausnutzung
erzielt werden. Die nach oben abstreichenden Rauchgase sowie die Wärmestrahlung erhitzen
dabei sowohl die Schmelze selbst als auch die nach oben gegenüberliegenden Wandungsteile
des Ofens, so daß durch die Drehung diese erhitzten Ofenwände wiederum in den Bereich
der Schmelze gelangen, deren Wärme von dieser aufgenommen wird. Da ein kleinerer Ofenraum
möglich ist als bei einem Drehtrommelofen, ergibt sich auch eine kleinere Futteroberfläche,
eine bessere Wärmeübertragung und eine kürzere Entferung zur Ofenwand. Dies trägt
zu einer Verkürzung der Schmelzzeit bei und verringert eventuelle Abbrände des Schmelzgutes.
[0008] Eine weitere Verkürzung der Schmelzzeit kann dadurch erzielt werden, daß als Brenner
ein öl- und/oder Gasbrenner vorgesehen ist, der mit mit Sauerstoff angereicherter
Luft oder mit reinem Sauerstoff betreibbar ist. Ein solcher Brenner erlaubt höhere
Flammentemperaturen und somit während des Schmelzens eine größere Temperaturdifferenz.
Gleichzeitig kann ein solcher Brenner in seinen Außenabmessungen geringer gehalten
werden. Darüber hinaus wird vermieden, daß unnötige Gasmengen, nämlich der nicht an
der Verbrennung beteiligte Stickstoff, durch den Ofen geführt werden und unnötig Wärme
abführen.
[0009] Um ein Ansaugen kühler Umgebungsluft in das Behälterinnere durch den Zug der Brennerflamme
zu vermeiden, ist es zweckmäßig, wenn der Brenner und die von im erzeugten Flamm-
und Rauchgase.so ausgelegt und angeordnet sind, daß bei Betrieb in-dem Behälter ein
überdruck ist. Dadurch wird der Zutritt von Sekundär-Luft vermieden.
[0010] Vor der Öffnung des Behälters kann ein.-Deckel oder eine Platte vorgesehen sein,
die zwischen sich und der Behälteröffnung einen umlaufenden Kanal zum Auffangen und
Ableiten der Rauchgase hat.
[0011] In vorteilhafter Weise kann der Behälter als Gießgefäß ausgebildet und aus seiner
Lagerung aushängbar sein und ein Gehänge mit Getriebe für den Angriff eines Kranes
und eine Kippbewegung aufweisen. Die Erfindung erlaubt also die Verknüpfung der Vorteile
der schon bekannten Tiegelöfen, bei denen aber eine elektrische oder eine Heizung
von außen erfolgen muß, mit den Vorzügen einer unmittelbaren Beheizung des Schmelzgutes
und der Innenseiten der Ofenwände mittels eines Brenners.
[0012] Der vor der Behälteröffnung angeordnete Deckel kann von der öffnung insbesondere
mittels eines Arbeitszylinders abhebbar und abschwenkbar oder seitlich verschiebbar
sein. Dadurch wird der Zutritt zu dem Behälter des Schmelzofens erleichtert, was sowohl
beim Füllen als auch beim Entnehmen des Schmelzgutes oder des gesamten Behälters zum
Vergießen des Schmelzgutes vorteilhaft ist.
[0013] Der Brenner kann gegenüber der öffnung des schrägen Behälters exzentrisch insbesondere
näher zu dem tieferliegenden Behälter angeordnet sein. Er läßt sich somit vor allem
in den Bereich des Schmelzgutes richten, während die von ihm ausgehenden Heißgase
im Inneren des schrägen Behälters von selbst auch in den oberen Bereich aufsteigen.
Dabei kann der Brenner in seiner-Winkelstellung relativ zu der öffnung des Behälters
und/oder in seinem Abstand verstellbar, insbesondere verschwenkbar aufgehängt sein.
Dadurch läßt sich der Brenner an unterschiedliche Füllmengen oder Füllgüter im Inneren
des Behälters einfach anpassen.
[0014] Im Bodenbereich des Behälters können eine Kupplung und koaxial dazu sein Drehantrieb
angeordnet sein. Dabei kann der schrägstehende Behälter mit seinem Antrieb in einem
schwenkbaren Gestell gelagert und mit diesem um eine horizontale Achse schwenkbar,
insbesondere auf- und abschwenkbar sein. Vor allem die letztere Maßnahme erlaubt eine
Anpassung der Schräge des Behälters an unterschiedliche Füllgutmengen. Ist relativ
wenig Füllgut im Behälter, wird er eine große Schrägstellung gegenüber einer vertikalen
Linie einnehmen, damit das Schmelzgut dennoch während der Drehung des Behälters bis
nahe zu dem Rand und dem Brenner reicht. Bei einer größeren Füllmenge wird der Behälter
entsprechend steiler eingestellt.
[0015] Die horizontale Schwenkachse kann dabei außerhalb und unterhalb des Behälters etwa
im Bereich unterhalb des Drehantriebes angeordnet sein: Somit ist der öffnungsbereich
des Behälters gut zugänglich, so daß auch das Entschlacken bei entsprechend schrägstehen.dem
Behälter einfach bewerkstelligt werden kann.
[0016] Es sei noch erwähnt, daß der Brenner mittels eines Kugelgelenkes im Deckel gelagert
sein kann, so daß seine Einstellbarkeit auf einfache Weise möglich ist. Ferner kann
der Behälter einen mehreckigen, z. B. achteckigen Querschnitt zur Verbesserung der
Durchmischung der Schmelze bei der Drehung des Behälters haben. Dies ist vor allem
dann zweckmäßig und vorteilhaft, wenn in dem Behälter Legierungen hergestellt werden
sollen.
[0017] Vor allem bei Kombination einzelner oder mehrerer der vorbeschriebenen Merkmale und
Maßnahmen ergibt sich ein Schmelzofen, dessen Behälter auf einfache Weise als Gießgefäß
eingesetzt werden kann, bei dem eine schnelle und intensive Erwärmung mit gutem Wärmeübergang
in das Schmelzgut möglich ist, ohne daß eine teure und die Behälterkonstruktion aufwendig
machende elektrische Heizung benötigt wird. Gleichzeitig läßt sich die von einem Brenner
erzeugte Wärme gut ausnutzen, da sie den Behälter erst verlassen kann, wenn sie die
Schmelze und die Behälterwände beaufschlagt hat. Die Drehung des Behälters bewirkt
dabei gleichzeitig eine Verbesserung der Homogenität des Schmelzgutes.
[0018] Die Abgase können auf einfache Weise aufgefangen und durch Wärmetauscher geleitet
werden, um ihre Restwärme auszunutzen.
[0019] Nachstehend ist die Erfindung mit ihren ihr als wesentlich zugehörenden Einzelheiten
anhand der Zeichnung noch näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schmelzofens mit Drehantrieb und
schwenkbarem Lagerungsgestell,
Fig. 2 in schematisierter Darstellung einen Längsschnitt durch einen Behälter des
Schmelzofens mit Deckel und Brenner sowie
Fig. 3 wiederum in schematisierter Darstellung eine. abgewandelte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schmelzofens mit abgewandeltem Drehantrieb seines Behälters.
[0020] Ein im ganzen mit 1 bezeichneter Schmelzofen hat einen tiegelartigen schwenkbaren
Behälter 2 mit einer oberen Behälteröffnung 3 zur Aufnahme und Entnahme des Schmelzgutes
4. Ferner ist eine noch zu beschreibende Heizung -zum-Schmelzen des Schmelzgutes vorgesehen.
[0021] Man erkennt in den Figuren deutlich, daß der Behälter 2 mit seiner Mittelachse schräg
angeordnet ist. Er ist um diese schräge Achse mit Hilfe eines Motors 5 (Fig. 1) oder
einer an seiner Außenseite angreifenden Antriebsrolle 6 (Fig. 3) drehangetrieben.
Als Heizung dient ein Brenner 7, der in die Behälteröffnung 3 gerichtet ist, so daß
die Rauchgase zumindest im oberen Randbereich 8 der Behälteröffnung 3 entweichen können.
Als Brenner 7 ist dabei zweckmäßigerweise ein Öl- und/oder Gasbrenner vorgesehen,
der mit mit Sauerstoff angereicherter Luft oder mit reinem Sauerstoff betrieben ist.
Somit ergibt sich eine bessere Verbrennung und Wärmeausnutzung, ohne daß unnötiger
Stickstoff aufgeheizt und im Rauchgas mit einer entsprechenden Wärmemenge wieder abgeführt
wird.
[0022] Vor der Öffnung 3 des Behälters 2 erkennt man in den Fig. 1 und 2 einen Deckel 9,
der mit etwas Abstand zu der Behälteröffnung 3 angeordnet ist und zwischen sich und
der Behälteröffnung 3 einen umlaufenden Kanal 10 zum Auffangen und Ableiten der Rauchgase
hat oder bildet. Dieser umlaufende Kanal 10 geht gemäß Fig. 1 in eine Rohrleitung
11 über, mit der die Rauchgase zu einem Wärmetauscher und/oder einem Staubabscheider
geführt werden können.
[0023] In Fig. 1 erkennt man, daß der Behälter 2 gleichzeitig als Gießgefäß ausgebildet
ist und aus seiner Lagerung aushängbar ist. Er hat dabei ein Gehänge 12 mit Getriebe
13 für den Angriff eines Kranes und zur Durchführung einer Kippbewegung, wenn er an
dem Kran hängt. Man erkennt das große Handrad 14, mit dem der Behälter 2 beim Hängen
an einem Kran zum Gießen gekippt oder geschwenkt werden kann.
[0024] Der vor-der Behälteröffnung 3-angeordnete Deckel 9 kann von der Öffnung 3 insbesondere
mittels eines Arbeitszylinders 15 hydraulisch oder pneumatisch abhebbar und abschwenkbar
sein. Dadurch entsteht genügend Platz, um den Behälter 2 beschicken oder entleeren
oder insgesamt entnehmen zu können. Man erkennt die Führungsstange 16, auf der der
Deckel 9 mit einer Halterung 17 mit Hilfe des Arbeitszylinders 15 verschoben werden
kann. Um diese Führungsstange oder -achse 16 läßt sich in verschobener Position dann
der Deckel auch verschwenken.
[0025] Vor allem in Fig. 2 ist dargestellt, daß der Brenner 7 gegenüber der Öffnung 3 des
schrägen Behälters 2 exzentrisch näher zu dem tieferliegenden Behälterrand angeordnet
ist. Es ergibt sich so die gestrichelt angedeutete unmittelbare Beaufschlagung des
Schmelzgutes 4 mit der Brennerflamme, was zu einer kurzen Schmelzzeit führt. Die von
der Oberfläche des Schmelzgutes 4 aufsteigenden Rauchgase sowie die davon ausgehende
Wärmestrahlung erhitzt gleichzeitig den oberhalb der Schmelze 4 befindlichen Bereich
der Behälterwände, die durch die Drehung des Behälters immer wieder in den Bereich
der Schmelze gelangen. Die Kombination eines schräg stehenden drehbaren Behälters
mit der speziellen Anordnung des Brenners, der keine unnötigen Gase wie Stickstoff
mit sich führt, ergibt insgesamt eine sehr wirtschaftliche und schnelle Arbeitsweise
beim Schmelzen mit dem erfindungsgemäßen Schmelzofen 1.
[0026] Dabei kann der Brenner 7 in seiner Winkelstellung relativ zu der Öffnung 3 des Behälters
2 und gegebenenfalls auch in seinem Abstand dazu verstellbar, insbesondere verschwenkbar
aufgehängt sein. Z. B. kann der Brenner 7 mittels eines Kugelgelenkes im Deckel 9
gelagert sein. Dadurch ist eine Anpassung an unterschiedliches Schmelzgut und unterschiedliche
Mengen von Schmelzgut 4 im Inneren des Behälters 2 sowie auch unterschiedliche Schrägstellungen
des Behälters 2 möglich. Der schräg stehende Behälter 2 kann nämlich mit seinem-Antrieb
5 oder 6 in einem schwenkbaren Gestell 18 mit diesem zusammen um eine horizontale
Achse 19 verschwenkt werden. Dabei ist ein Auf- oder Abschwenken mit Hilfe eines Arbeitszylinders
20 möglich. Somit kann die Schrägstellung des Behälters 2 auf einfache Weise je nach
Menge des Füllgutes variiert werden. Befindet sich beispielsweise wenig Füllgut 4
in dem Behälter 2, kann er noch flacher eingestellt werden, während bei einer größeren
Menge von Schmelzgut eine steilere Anordnung gewählt werden kann. In jedem Falle kann
dadurch dafür gesorgt werden, daß die Oberfläche des Schmelzgutes dem unteren Rand
des Behälters möglichst nahe kommt, so daß eine große Oberfläche der Hitze des Brenners
ausgesetzt ist. Darüber hinaus kann so das Entfernen von Schlacke aus dem Behälter
vereinfacht werden.
[0027] Die horizontale Schwenkachse 19 befindet sich dabei außerhalb und auch unterhalb
des Behälters 2 etwa im Bereich unterhalb des Antriebsmotors 5. Somit wird dieser
und seine Anschlußleitungen bei einer Schwenkbewegung relativ wenig bewegt. Darüber
hinaus läßt sich so eine gute Anpassung der Schwenkbewegung an die Rauchgasableitung
11 durchführen. Es sind jedoch auch andere Anordnungen der Schwenkachse 19 möglich.
[0028] In Fig. 1 ist dabei vorgesehen, daß im Bodenbereich des Behälters 2 eine Kupplung
21 und koaxial dazu der Drehantriebsmotor 5 angeordnet .sind. In Fig. 3 ist eine Anordnung
vorgesehen, bei der- der Behälter 2 mit seinem Bodenbereich auf einem Axiallager 22
ruht, während seine Drehbewegung durch eine angetriebene Rolle 6 an seinem Umfang
erzeugt wird. Die Ausführungsform nach Fig. 1 sieht ebenfalls-eine Umfangsrolle 23
in diesem Falle aber nur als Abstützung vor.
[0029] Es sei noch erwähnt, daß für eine Verbesserung der Durchmischung der Schmelze 4 und
somit wiederum eine Beschleunigung des Schmelzvorganges der Behälter 2 einen mehreckigen,
z. B. achteckigen Querschnitt mindestens in seinem Innenraum haben kann. Die so gebildeten
Innenecken fördern die Durchmischung der Schmelze bei der während des Schmelzvorganges
vorgesehenen Drehung.
[0030] Insgesamt ergibt sich eine kompakte Konstruktion eines Schmelzofens, der auch für
kleinere Mengen von Schmelzgut wirtschaftlich eingesetzt werden kann und eine hohe
Wärmeausnutzung bei gleichzeitig kurzer Schmelzzeit erlaubt.
1. Schmelzofen mit einem tiegelartigen, schwenkbaren Behälter mit einer oberen Behälteröffnung
zur Aufnahme und Entnahme des Schmelzgutes und mit einer Heizung zum Schmelzen des
Schmelzgutes, dadurch gekennzeichnet , daß der Behälter (2) mit seiner Mittelachse
schräg angeordnet und um diese schräge Achse drehbar ist, daß als Heizung ein Brenner
(7) in die Behälteröffnung (3) gerichtet ist und die Rauchgasabführung zumindest über
dem oberen Randbereich (8) der Behälteröffnung (3) vorgesehen ist.
2. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Brenner (7) ein Öl-
und/oder Gasbrenner vorgesehen ist, der mit mit Sauerstoff angereicherter Luft oder
mit reinem Sauerstoff betrieben ist.
3. Schmelzofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (7)
und die von ihm erzeugten Flamm- und Rauchgase so ausgelegt und angeordnet sind, daß
bei Betrieb in dem Behälter (2) ein Überdruck erzeugbar ist.
4. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der
öffnung (3) des Behälters (2) ein Deckel (9) oder eine Platte vorgesehen ist, die
zwischen sich und der Behälteröffnung (3) einen umlaufenden Kanal (10) zum Auffangen
und Ableiten der Rauchgase hat.
5. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter
(2) als Gießgefäß ausgebildet und aus seiner Lagerung aushängbar ist und ein Gehänge
(12) mit Getriebe (13) für den Angriff eines Kranes und eine Kippbewegung aufweist.
6. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der von
der Behälteröffnung (3) angeordnete Deckel (9) von der öffnung insbesondere mittels
eines Arbeitszylinders (151 abhebbar und abschwenkbar oder seitlich verschiebbar ist.
7. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner
(7) gegenüber der öffnung (3) des schrägen Behälters (2) exzentrisch, insbesondere
näher zu dem tieferliegenden Behälterrand angeordnet ist.
8. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner
(7) in seiner Winkelstellung relativ zu der öffnung (3) des Behälters (2) und/oder
in seinem Abstand verstellbar, insbesondere verschwenkbar aufgehängt ist.
9. Schmelzofen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
im Bodenbereich des Behälters eine Kupplung und koaxial dazu sein Drehantrieb angeordnet
sind.
10. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
schrägstehende Behälter (2) mit seinem Antrieb (5, 6) in einem schwenki baren Gestell
gelagert und mit diesem um eine horizontale Achse schwenkbar, insbesondere auf- und
abschwenkbar ist.
11. Schmelzofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Schwenkachse
(19) außerhalb und unterhalb des Behälters (2) etwa im Bereich unterhalb des Drehantriebes
(5) angeordnet ist.
12. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der
Brenner (7)mittels eines Kugelgelenkes im Deckel (9) gelagert ist.
13. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der
Behälter einen mehreckigen, bevorzugt achteckigen Querschnitt hat.
14. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel
(9) einen Halter (17) aufweist, der auf einer Führungsstange (16) verschiebbar und
drehbar gelagert ist.