DD148763A5 - Verfahren zur herstellung und inbetriebsetzung von induktoren fuer induktionsrinnenoefen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung, den Austausch, die Inbetriebsetzung und die Erhoehung der elektrischen Leistung der Induktoren fuer Induktionsrinnenoefen zur Prod. von Cu in OFHC-Qualitaet und Messinglegierungen.Durch die Erfindung wird die Erhoehung der Leistungsfaehigkeit des Schmelzofens und der Standzeit der Induktoren eine wesentliche Reduzierung des Aufwandes fuer Herstellung,Montage und Inbetriebsetzung derselben erreicht.Erfindungsgemaesz wird aeuszerst reines,mindestens 99,5% SiO&ind2!enthaltendes Mahlgut,welches nach einer Trocknung von 8h bei 400 Grad C mit einem, auf 1 bis 1,6% Na&ind2!B&ind4!O&ind7! bestehenden Sinterungsmaterial vermischt wurde, im trockenen Zustand in das Induktorengehaeuse eingestampft, in das zuvor eine vorgefertigte, rohrfoermige Kanalschablone aus Kupfer eingelegt wurde. Vorteilhafterweise wird das Sinterungsmaterial bis zu max. 50% mit H&ind3!BO&ind3! substituiert.
Description
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Verfahren zur Herstellung und Inbetriebsetzung von Induktoren für Induktionsrinnenofen
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung, den Austausch, die Inbetriebsetzung und die Erhöhung der elektrischen Leistung von Induktoren eines Induktionsrinnenofens, der mit Netzfrequenz betrieben und mit einem Kanalsystem aus austauschbaren Induktoren ausgerüstet ist und zur Produktion von mit Phosphor desoxidiertem Kupfer in OPHC &©*· Qualität sowie von Messing-Legierungen mit zwei und mehreren Komponenten eingesetzt wird.
Die auf dem gegenwärtigen technischen Niveau arbeitenden, international bekannten Kupferschmelzaggregate sind zur Aufnahme von 20 bis 50 Tonnen flüssigen Metalls geeignet.
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Im allgemeinen sind diese Schmelzaggregate Induktionsrinnenofen, die mit Metzfrequenz betrieben werden und mit einem Kanalsystem aus austauschbaren Induktoren ausgestattet sind. Die Induktoren bilden den Sekundärteil des nach dem Prinzip eines Transformators arbeitenden Ofens und dienen zum Schmelzen des eingesetzten Kupfermaterials durch Induktionserwärmung. In der Mitte des Kanalsystems ist der Eisenkern mit der dazugehörigen, isolierten, induktiven mehrgängigen Primärspule installiert.
Den wichtigsten Teil der zum Kupferschmelzen dienenden Induktionsrinnenofen bilden die austauschbaren Induktoren, die am Mantel des Schmelzofens angeordnet sind. Ihre Anzahl ändert sich zwischen 2 und 6 je Anlage.
Im allgemeinen werden bei der Herstellung der Induktoren Stampfschablonen aus Stahl verwendet, die nach erfolgtem Einstampfen aus dem Kanalsystem entfernt werden. Der Regel nach weisen die unteren Kanalsysteme einen oblongen, die Steigstränge einen kreisförmigen Querschnitt auf.
Meistens wird zur Herstellung des Induktorkanals Stampfmaterial mit der Zusammensetzung von 50 bis 55 % AlgO^j 40 bis 45 % SiO2; 0 bis 5 % TiO2 und ZrO verwendet.
Das obenerwähnte Stampfmaterial wird mit 4»2 - 5»5 % HgO vermischt und nach 24stündigem Reifen mit dem Ausstampfen des Induktors begonnen. Beim Ausstampfen v/ird das Material in einer Dicke von 60 mm ausgebreitet und danach auf eine Dicke von 30 mm abgestampft. Der abgestampfte Teil v/ird aufgerauht und dann die nächste...Schicht ausgebreitet. Wach dem Ausstampfen des Induktors v/erden die Kanalschablonen entfernt. Uach einer, bei Raumtemperatur durchgeführten, 6 Tage langen Lufttrocknung wird der Induktor in einen Trocknungsraum gelegt und einem weiteren, 3tägigen, Lufttrocknungsprozeß im Trocknungsraum unterzogen. Anschließend
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werden Y/iderstandsstreifen eingezogen und an einen mehrstufigen Transformator angeschlossen·. Auf der Grundlage eines Aufheizungsfahrplanes von 3 °C/Tag steigend wird die Spannung langsam erhöht und die Temperatur des ausgestampften Kanalsystems auf 1βΟ 0C gebracht· Der Induktor wird 6 Tage lang auf diesem Temperaturwert gehalten, und während eines langsamen Rückganges, die Temperatur des ausgestampften Induktors auf 60 0C gesenkt und bis zu dem, dem Aufsetzen auf den Ofenkörper vorangehenden Tag auf diesem Y/ert gehalten·
Bei Anwendung dieses Verfahrens verfügt der Betrieb erst nach einer recht schwierigen und langsamen Aufheizung über einen verwendbaren Induktor· Durch ein unachtsames Ausstampfen, eine Schwingung, eine zu schnelle Aufheizung oder einen bei der Montage verursachten harttn Schlag kann der Induktor leicht beschädigt und dadurch unbrauchbar v/erden. Auch bei beschleunigter Montage und einer zügigen Aufheizung kann das Auffüllen mit flüssigem Kupfer und die Inbetriebsetzung erst nach einer Aufheizungsdauer von 96 Stunden erfolgen.
Die im Laufe der Trocknung oder bei der Aufheizung entstandenen Spannungsrisse treten bei der elektrischen Belastung des Induktors in Erscheinung· Unter dem Einfluß der Leistung serhöhung füllen sich die bereits vorhandenen Risse mit flüssigem Metall, das dann bei starker Kanalbewegung bis zur Primärwicklung vordringen kann. Dadurch wird eine weitere Belastung und der Betrieb des Induktors unmöglich.
Ziel der Erfindung:
Durch die Erfindung wird eine wesentliche Verkürzung des zeitlichen Aufwandes für die Herstellung und die Inbetriebsetzung der Induktoren und eine höhere Standzeit derselben erreicht· Die Erfindung gestattet ferner einen einfacheren und leichteren Austausch einzelner Induktoren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf der Basis eines neuen Stampfmaterials die Herstellung und Inbetriebsetzung von Induktoren mit hoher Leistungsfähigkeit zu verbessern»
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß gegenüber dem Maß-Stampfverfahren ein äußerst reines, min. 99»5 % SiOp enthaltendes Mahlgut verv/endet wird, welches nach einer Trocknung von 8 Stunden bei einer Temperatur von 400 0C mit einem, aus 1 - 1,6 % Na^B, 0„ bestehenden Sinterungsmaterial vermischt wird - wobei innerhalb der Sinterungsmäterialmenge etwa 50 % durch £LB0_ ersetzt werden können - und das Ausstampfen in trockenem Zustand derweise erfolgt, daß in die unteren und oberen Zweige eine vorher aus Kupfer gefertigte, rohrförmige Kanalschablone in das Induktorengehäuse eingelegt wird.
Die Erfindung sichert einen idealen und hohen Wirkungsgrad und eine maximale Induktionsausbeute.
Im Laufe der ¥orbereitung des Materials wird dem fraktionierten Mahlgut (min. 99,5 % SiOp) 2 - 4 % auf Mehlfeinheit gemahlener reiner Graphit in gleicher Verteilung zugemischt. Die Temperatur des in dem Induktorkanal vorhandenen flüssigen Metalls (1400-1500 0C) bewirkt im Laufe der Sinterung der Kanalwand, daß die eingeführten C Körner eine SiC Verbindung eingehen, wodurch die Wärmebeständigkeit des Kanals weitgehend erhöht und seine Lebensdauer verlängert wird.
Der auf diese Weise hergestellte Induktor kann sofort auf den Ofen montiert und der Kanal nach erfolgter Aufheizung der Kanalschablonen mit flüssigem Kupfer (Op-Gehalt 100 ppm) aufgefüllt werden. Die Aufheizung dauert acht Stunden und
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wird mit einem Gasbrenner vorgenommen, Itfach einer 48stündigen Sinterung kann die elektrische Leistungsbelastung des Induktors erfolgen.
Der Betrieb der übrigen Induktoren wird-nicht gestört. Wach Auffüllen mit Metall kann der Schmelzofen bei voller Belastung der übrigen Induktoren in Betrieb gehalten werden.
Desweiteren werden durch den Portfall der bisher als Fehlerstellen betrachteten Pfropfenstellen vom elektrischen Standpunkt her ideale, einen oblongen Querschnitt aufweisende, mit Kupferrohr ausgestattete Kanäle erstellt, die eine Erhöhung der elektrischen Belastbarkeit des Induktors und durch die Erhöhung der Stromdichte des Kanals, eine höhere Leistungsbelastung gleicherweise ermöglichen.
Es soll dabei erwähnt werden, daß durch die Gestaltung des neuen Kanalquerschnittes auch die Stärke der sich außerhalb des Kanals befindenden gestampften feuerfesten Schicht erhöht, ohne daß sich die Mittellinie des Kanalsystems gegenüber dem vorherigen System verändert. Auf die früheren induktiven Leistungen bezogen, beträgt die erreichbare Erhöhung der elektrischen Leitung 10 -.15 %·
Erfindungsgemäß wird zwecks Vermeidung der bei der Montage des Induktors eventuell auftretenden Schaden bzw. zur Erreichung der erforderlichen Festigkeit für die Aufnahme des hohen Metalldruckes und der intensiven Me tall strömung der Schmelze im Kanal das Stampfmaterial nach Beendigung des Stampfens aus dem sich an den Induktionsofen anschließenden Teil der abgestampften Fläche in einer Dicke von etwa 50 mm entfernt. Das entfernte Stampfmaterial wird mit 8 % Phosphorsäure vermischt, und das Oberteil des Induktors mit dem Gemisch abgeschlossen. Die erforderliche chemische Abbindung wird durch das Hindurchströmen einer nicht zu starken Gasflamme gefördert. .
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Weiterhin kann erfindungsgemäß der Austausch des Induktors und das Auffüllen des neuen Induktors mit Metall binnen 24 Stunden vorgenommen werden. Gegenüber dem bisherigen Verfahren können die einzelnen schadhaft gewordenen Induktoren ohne den Austausch der ganzen Reihe der an dem Schmelzofen angeordneten Induktoren ausgetauscht werden·
Das V/armhalten des neben der Tauschstelle am Ofen vorhandenen, unter dem Metallspiegel herausgedrehten Induktors wird mit Hilfe eines Gasbrenners ohne Schadhaftwerden des nicht ausgetauschten Induktors vorgenommen. Dadurch kann die Zahl der Induktoraustausche erhöht und eine wirtschaftliche Ausnutzung der Induktoren erreicht werden.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Die die Öffnungen des Kanals bildenden und den Eisenkern abschließenden Einsatzschablonen werden aus Kupfer hergestellt. Die Einsatzschablonen sind an ein bis zwei Stellen mit Unterbrechern aus Kunststoff versehen, um das Aufglühen nach dem Einsetzen in den induktiven Rohrraum zu vermeiden.
Das fraktionierte Stampfmaterial mit einem Minimalgehalt an SiOg von 99,5 % wird 4 Stunden lang einer Trocknung
bei 800 C unterworfen. Bei der Bestimmung der Menge wird auch die für das Induktorengehäuse vorgeschriebene und einzustampfende Menge berücksichtigt.
Nach Abschluß der Trocknung werden im Kollergang 1,4 % Na^B-Or-,, ein gemahlenes Sintermaterial, sowie 3 % auf Mehlfeinheit gemahlener Graphit zugemischt. Das Stahlgehäuse des Induktors wird mit Asbest isoliert und auf der breiteren Seite mit einer Ziegelreihe aus 20 mm dicken Schamott-
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steinen ausgemauert. Anschließend erfolgt das Einstampfen. Das Stampfen wird mit einem rohrförmigen, bzw. flachen, kantenartig ausgebildeten Handstampfer kontinuierlich und trocken durchgeführt. Die einzelnen Schichten werden in einer Dicke von 30 mm kontinuierlich ausgebreitet und eingestampft. Nachdem die ausgebreitete Schicht eingestampft worden ist, wird das Induktorgehäuse mit einem Gummihammer mehrmals angeschlagen, um die Verdichtung der Körner zu fördern. Nach dem Einstampfen der Gesamthöhe des Induktorengehäuses wird die obere, 50 mm dicke Schicht entfernt. Mittels einer Bürste wird Phosphorsäure auf das in dem Induktorengehäuse zurückgebliebene Material getröpfelt, und danach das vorhergehend mit 1 % Wasser befeuchtete und mit 8 % Phosphorsäure vermischte SiOp - Stampfmaterial aufgetragen. Dieser feuchte Teil wird mit einem Starapfhammer in das Oberteil des Gehäuses gut eingestampft, um die gegenüber dem abschließenden Teil gestellten Festigkeitsforderungen zu befriedigen.
Anschließend erfolgt der Zusammenbau des Induktors mit dem Eisenkern und der Spule. Um die chemische Bindung begünstigen zu können, wird die gestampfte Fläche 2 bis 3mal mit einer Gasflamme mild erwärmt und so der Ofen zur Montage vorbereitet.
Nachdem die Montage beendet worden ist, erfolgt die Aufheizung der Kanalschablone aus Kupfer, wobei die zur Kühlung der Spulen dienenden Ventilatoren in Betrieb gesetzt werden. Diese Maßnahme ist auch zur Vermeidung von Deformationen an dem bei der Primärwicklung angeordneten, aus Kupfer hergestellten, geschlitzten Einsatzes erforderlich. Nach einer Aufheizung des Kanalsystems von 8 Stunden wird der Induktor unter dejl sekundären Transformatorspannung von 130 - 180 V was eine minimale Belastung für den Kanal darstellt - eine 60stündige Sinterung und Glasierung der Induktionskanäle vorgenommen. Während dessen kann der Ofen mit Metall aufgefüllt und durch die betriebsgemäße Belastung der nicht ausge-
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tauschten Induktoren die Anlage angefahren werden.
Hach Ablauf der für die Sinterung erforderlichen Zeitspanne wird unter ständiger Kontrolle der Werte der in den eingestampften Schichten eingebauten Thermoelemente die Leistung stufenweise erhöht* Nach 6 Tagen kann der Induktor mit seiner Maximalleistung belastet werden.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung, zum Austausch, zur Inbetriebsetzung und zur Erhöhung der elektrischen Leistung von Induktoren eines mit JTetzfrequenz betriebenen, und mit einem Kanalsystem aus austauschbaren Induktoren ausgerüsteten Induktionsrinnenofen zur Produktion von Kupfer in OMiC-Qualität, gekennzeichnet dadurch, daß einem getrocknetem, mindestens 99»5 % SiO« enthaltenden, fraktioniertem Stampfmaterial 1 bis 1,6 /ä NagB.O^ als Sinterungsmaterial, sowie 2 bis 4 % auf Mehlfeinheit gemahlener, reiner Graphit zugemischt werden und das Gemisch in trockenem Zustand in das Induktorengehäuse eingestampft wird, in das eine, eine ideale Kanalgestaltung sicherstellende Kanalschablone aus Kupfer eingesetzt ist, wobei das oben erwähnte Sinterungsmaterial bis zu max. 50 % mit H^BO-, substituiert wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die bei dem früher angewendeten Naßstampfverfahren zur Aufheizung notwendigen üblichen Propfungsstellen weggelassen werden und durch die neuartige Dimensionierung der Kanäle die elektrische Leistung des Induktors um 10 bis 15 % erhöht wird.
3. Verfahren nach Punkt .1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß zur Ausgleichung der in dem Kanal entstehenden intensiven Metallströmung bei dem Verschluß des Induktorengehäuses ein Gemisch von Quarzit und 8 % Phosphorsäure verwendet und im Oberteil des Induktors eingestampft wird, wobei zur erforderlichen chemischen Abbindung eine milde Erwärmung durch eine Gasflamme vorgenommen wird.
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4. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß der im laufe der Vorbereitung zugemischte, auf Mehleinheit gemahlene, reine Graphit bei der Sinterung die Bildung von SiC in der, mit dem Metall in direkter Berührung stehenden Stampfmaterialschicht begünstigt, wodurch einerseits die Wärmebeständig des Kanals, anderseits die Lebensdauer erhöht wird.
5« Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Aufheizung des neu ausgetauschten Induktors und das Auffüllen desselben mit flüssigem Metall äußerst rasch, binnen 24 Stunden erfolgt, wodurch der Austausch und Inbetriebsetzung auch nur eines einzigen Induktors ermöglicht wird.
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