Induktionsschmelzofen

Abstract

 Der erfindungsgemäße Induktionsschmelzofen enthält einen von einem Induktor (1) umschlossenen gekühlten Metall­tiegel (2). Im unteren Teil des Tiegels (2) ist ein ge­kühltes Gespann (5) untergebracht, das in Form einer hermetisch abgeschlossenen Kammer ausgeführt ist, die mit einem Kühlmittel-Förderungssystem (8) verbunden ist. Die dem Innenraum des Tiegels (2) zugekehrte Wand des Gespanns (5) ist in Form einer Gruppe elektrisch gegeneinander iso­lierter Stäbe (9) ausgeführt. Die Stäbe (9) sind auf einer Grundplatte (11) parallel zur Symmetrieachse des Tiegels (2) befestigt. Der Werkstoff der Grundplatte (11) muß eine Wärmeleitzahl aufweisen, die höher als die Wärmeleitzahl des Werkstoffes der Stäbe (9) ist, während der Durchmesser der Stäbe (9) in Abhängigkeit vom spezifischen Widerstand ihres Werkstoffes und von der Frequenz des Stroms des Induktors (1) gewählt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf Öfen für ein Induktions­schmelzen von Metallen und betrifft insbesondere Induk­tionsschmelzöfen.

[0002] Es ist ein Induktionsschmelzofen (L. L. Tir, N.I. Fomin "Sovremennye metody induktiionnoi plavki" ("Moderne Induk­tionsschmelzverfahren"), 1975, Verlag "Energiya" (Moskau), S. 43. Fig. 16) bekannt, der einen von einem Induktor um­schlossenen gekühlten Metalltiegel und ein gekühltes Metallgespann enthält, das in Form einer hermetisch ab­geschlossenen Kammer ausgeführt ist, die mit einem Kühl­mittel-Förderungssystem verbunden ist, wobei in der dem Innenraum des Tiegels zugekehrten Kammerwand Nuten ausge­führt sind, deren Höhe kleiner als die Eindringtiefe des durch den Induktor bei der Frequenz des Arbeitsstroms erzeugten elektromagnetischen Feldes im Metall des Ge­spanns ist.

[0003] Bei einer derartigen Konstruktion des Gespanns weist aber das durch den Induktor aufgebaute elektromagnetische Feld wegen des Randeffekts eine scharf ausgeprägte Inhomogeni­tät auf, weshalb die elektrischen Verluste im Gespann beträchtlich sind.

[0004] Es ist außerdem ein Induktionsschmelzofen (A.E. Sluk­hotskii "Ustanovka induktsionnogo nagreva" ("Induktions­heizanlage"), 1981, Verlag "Energiizdat" (Leningrad), S. 241, Fig. 14-13) bekannt, der einen von einem Induktor umschlossenen gekühlten Metalltiegel und ein gekühltes Gespann aufweist, das in Form einer hermetisch abgeschlos­senen Kammer ausgeführt ist, deren Innenraum mit einem Kühlmittel-Förderungssystem verbunden ist, wobei die dem Innenraum des Tiegels zugekehrte Kammerwand glatt ausge­bildet ist.

[0005] Beim Schmelzen des Metalls im Gespann durch das elektro­magnetische Feld, das durch den Induktor erzeugt wird, werden Wirbelströme induziert, die eine Erhitzung des Ge­spanns bewirken. Dies führt zu elektrischen Verlusten, die einen erheblichen Teil der Gesamtleistung ausmachen, die für ein Aufschmelzen des Beschickungsguts benötigt wird. Darüber hinaus schirmt ein derartiges Gespann das elektro­magnetische Feld des Induktors in der unteren Zone des Tiegels ab, wodurch in dieser Zone eine Masse von unge­schmolzenem Metall gebildet wird, deren Vorhandensein zu einer Verringerung der Masse von brauchbarem Metall führt sowie die Ausnutzung des Induktionsofens zum Erschmelzen von Präzisionsmetallen beschränkt.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Induk­tionsschmelzofen mit einer derartigen konstruktiven Aus­führung des gekühlten Metallgespanns zu schaffen, die es gestattet, die durch Induktion von Wirbelströmen im Gespann bedingten Energieverluste des elektromagnetischen Feldes des Induktors und die Masse von ungeschmolzenem Beschickungsgut geringer als bisher zu halten.

[0007] Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Induktionsschmelzofen, der einen von einem Induk­tor umschlossenen gekühlten Metalltiegel und ein gekühltes Metallgespann enthält, das in Form einer hermetisch abge­schlossenen Kammer ausgeführt ist, deren Innenraum mit einem Kühlmittel-Förderungssystem verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Innenraum des Tiegels zuge­kehrte Wand der hermetisch abgeschlossenen Kammer des Gespanns in Form einer Gruppe elektrisch gegeneinander isolierter, parallel zur Symmetrieachse des Tiegels ange­ordneter Metallstäbe ausgeführt ist, die auf einer Grund­platte befestigt sind, die aus einem Werkstoff hergestellt ist, dessen Wärmeleitzahl höher als die Wärmeleitzahl des Werkstoffes ist, aus dem die Stäbe hergestellt sind, deren Durchmesser in Abhängigkeit vom spezifischen Widerstand ihres Werkstoffes und von der Frequenz des Stroms des Induktors gewählt ist.

[0008] Vorzugsweise ist dieser Durchmesser höchstens gleich der Größe der Eindringtiefe des durch den Induktor erzeugten elektromagnetischen Feldes.

[0009] Die vorliegende Erfindung gestattet es, durch die kon­struktive Ausführung des gekühlten Metallgespanns die Induktion von Wirbelströmen in diesem zu beseitigen und die Masse von ungeschmolzenem Beschickungsgut zu ver­ringern.

[0010] Die Erfindung wird nachstehend an einem konkreten Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert, in der eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Induktionsschmelzofens mit einem gekühlten Metallgespann dargestellt ist.

[0011] Der erfindungsgemäße Induktionsschmelzofen enthält einen Induktor 1, in dessen Innerem ein Tiegel 2 untergebracht ist. Die Seitenfläche des Tiegels 2 ist durch vertikal an­geordnete gekühlte Metallsektionen 3 gebildet, die durch Elektroisolierzwischenlagen 4 getrennt sind. Im unteren Teil des Tiegels 2 ist ein Metallgespann 5 zum Halten einer Metallschmelze 6 angeordnet. Das Gespann 5 ist in Form einer hermetisch abgeschlossenen Kammer ausgeführt, deren Innenraum 7 mit einem Kühlmittel-Förderungssystem 8 verbunden ist. Die dem Innenraum des Tiegels 2 zugekehrte Wand der Kammer des Gespanns 5 ist in Form einer Gruppe von Kupferstäben 9 ausgeführt, die parallel zur Symmetrie­achse des Tiegels 2 angeordnet und gegeneinander durch eine Elektroisoliermasse 10 isoliert sind. Die Stäbe 9 sind auf einer Grundplatte 11 befestigt, die beispiels­weise aus Silber, jedenfalls aber aus einem Werkstoff hergestellt ist, dessen Wärmeleitzahl höher als die Wärmeleitzahl von Kupfer liegt, aus dem die Stäbe 9 her­gestellt sind. Um eine Induktion von Wirbelströmen zu vermeiden, beträgt der Durchmesser jedes Stabes 9 höchstens die Größe der Eindringtiefe des durch den Induktor 1 erzeugten elektromagnetischen Feldes.

[0012] Der erfindungsgemäße Induktionsschmelzofen arbeitet, wie folgt. In den Tiegel 2 wird ein Beschickungsgut einge­setzt, und dem Induktor 1 wird eine Spannung zugeführt. Das Beschickungsgut bildet ein Schmelzbad 6, wobei das flüssige Metall, indem es nach unten abfließt und in einen unmittelbaren Kontakt mit dem Gespann 5 kommt, nicht aus­kristallisiert, weil ein starkes elektromagnetisches Feld an der der Schmelze 6 zugewandten gesamten Fläche des Ge­spanns 5 wirksam ist; denn das elektromagnetische Feld ist längs der Stäbe 9 gerichtet, die keine Abschirmwirkung besitzen.

[0013] Nach der Erzeugung des Schmelzbades wird die Schmelze 6 abstehen gelassen, um die erforderlichen Arbeitsgänge durchführen zu können, worauf das Metall aus dem kalten Tiegel 2 abgelassen wird, oder die Schmelze 6 kristal­lisiert unmittelbar im Tiegel 2 aus.

[0014] Die Auswahl des Werkstoffes für die Stäbe 9 und die Grund­platte 11 ist dadurch bedingt, daß durch den Punktkontakt jedes Stabes 9 mit der Grundplatte 11 ein erheblicher Teil der von der Schmelze 6 ausgehenden Strahlung aufgenommen wird. Der Werkstoff der Grundplatte 11 muß eine höhere Wärmeleitzahl als der Werkstoff der Stäbe 9 aufweisen, sonst wird der Punktkontakt jedes Stabes 9 mit der Grund­platte 11 durch die Strahlung von der Schmelze 6 zerstört, und die Stäbe 9 werden aufgeschmolzen.

[0015] Durch Beseitigung der die elektrischen Verluste hervor­rufenden Wirbelströme in den Wänden des Gespanns 5 erhöhen sich also der Ausnutzungsfaktor für die Energie des elek­tromagnetischen Feldes des Induktors 1, die zum Aufschmel­zen des Beschickungsguts benötigt wird, und folglich auch der Ofenwirkungsgrad. Außerdem reduziert die Verwendung des Gespanns 5 erfindungsgemäßer Bauart die Masse von un­geschmolzenem Beschickungsgut, wodurch die Ausbeute des brauchbaren Metalls unter Ausschluß einer Verunreinigung der Schmelze 6 durch die Reste der Ansatzbildung im voran­gegegangenen Schmelzprozeß gesteigert wird.

[0016] Die vorliegende Erfindung kann in Induktionsschmelzöfen für ein Schmelzen von hochschmelzenden und chemisch wirk­samen Metallen und Legierungen auf deren Basis in gekühl­ten Metalltiegeln angewendet werden.

Ansprüche

1. Induktionsschmelzofen, der einen von einem Induktor (1) umschlossenen gekühlten Metalltiegel (2) und ein ge­kühltes Metallgespann (5) enthält, das in Form einer hermetisch abgeschlossenen Kammer ausgeführt ist, deren Innenraum mit einem Kühlmittel-Förderungssystem (8) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Innenraum des Tiegels (2) zugekehrte Wand der hermetisch abgeschlossenen Kammer des Gespanns (5) in Form einer Gruppe elektrisch gegeneinander isolier­ter, parallel zur Symmetrieachse des Tiegels (2) ange­ordneter Metallstäbe (9) ausgeführt ist, die auf einer Grundplatte (11) befestigt sind, die aus einem Werk­stoff hergestellt ist, dessen Wärmeleitzahl höher als die Wärmeleitzahl des Werkstoffes ist, aus dem die Stäbe (9) hergestellt sind, deren Durchmesser in Ab­hängigkeit vom spezifischen Widerstand ihres Werk­stoffes und von der Frequenz des Stroms des Induktors (1) gewählt ist.

2. Induktionsschmelzofen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser jedes Metallstabes (9) höchstens gleich der Größe der Eindringtiefe des durch den Induktor (1) erzeugten elektromagnetischen Feldes ist.

Zeichnung