EP0106792A2 - Ofenanordnung zum Schmelzen und Warmhalten von Metall - Google Patents

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EP0106792A2
EP0106792A2 EP83710070A EP83710070A EP0106792A2 EP 0106792 A2 EP0106792 A2 EP 0106792A2 EP 83710070 A EP83710070 A EP 83710070A EP 83710070 A EP83710070 A EP 83710070A EP 0106792 A2 EP0106792 A2 EP 0106792A2
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EP
European Patent Office
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furnace
chamber
inductor
arrangement according
channels
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EP83710070A
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EP0106792A3 (en
EP0106792B1 (de
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Lars Halén
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ABB Norden Holding AB
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ASEA AB
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/16—Furnaces having endless cores
    • H05B6/20—Furnaces having endless cores having melting channel only

Definitions

  • the invention relates to a furnace arrangement for melting and keeping metal warm according to the preamble of claim 1.
  • a furnace arrangement is known from DE- AS 2 007 081.
  • furnace assemblies of the type mentioned there is a desire to keep the metal in the furnace chamber - usually aluminum or an aluminum alloy - in the molten state over long time intervals, for example over several hours or days, during which time no further melting or supply takes place of metal takes place.
  • the invention has for its object to develop a furnace arrangement of the type mentioned at a low cost such that the inductor can be easily installed and removed and the contraction distance in the inductor is small. Furthermore, it should be possible, while maintaining the inductor, which is very advantageous for melting, for keeping the melt warm with a low output get.
  • furnace inductors have a shell made of metallic material, the inductor being connected to a furnace vessel by flanging said shell onto the furnace vessel.
  • the inductor used in the present invention according to a further development of the invention does not have such a sheath, as a result of which eddy current losses which otherwise occur are avoided.
  • said ceramic body is made as a self-supporting block from a material that can withstand relatively high compressive stresses, the inductor being connected to the furnace vessel in such a way that said stone is clamped between two furnace vessels.
  • This construction according to the invention allows quick assembly and disassembly of the inductor. This is very advantageous since inductors for trough furnaces are at relatively short intervals, e.g. annually.
  • the term “contraction distance” is generally understood to mean a channel section present in the inductor, along which a body of solidified metal forms when the furnace heating is switched off. As it cools further, this body tears easily because its contraction is somewhat prevented by the canal. This cracking often has the result that the electrical secondary circuit of the inductor is interrupted.
  • the ver in the invention turned inductor has the advantage that its contraction distance is shorter than in known inductors, which results from the fact that the channels of the inductor are open to two furnace chambers. This reduces the length of the contraction section to about a third compared to a conventional inductor.
  • said first and / or second chamber also contains a heat source arranged above the melt, which can be activated even when the inductor is switched off and whose maximum power is smaller than the maximum power of the inductor, but is sufficient to achieve the Keep molten metal in a liquid state for at least 24 hours.
  • a heat source arranged above the melt, which can be activated even when the inductor is switched off and whose maximum power is smaller than the maximum power of the inductor, but is sufficient to achieve the Keep molten metal in a liquid state for at least 24 hours.
  • the number of channels arranged between the two furnace chambers is at least 4, preferably at least 6, divided. in 2 or 3 pairs, each pair (together with paths in the furnace chambers) enclosing a primary coil (13 ', 13 ", 13"'), which sits on the leg of a transformox core.
  • Each primary coil is fed by a phase of a two-phase or multi-phase electrical voltage system.
  • This expansion of the furnace arrangement according to the invention to a two-phase or multi-phase furnace arrangement results in a substantially larger furnace capacity and a high degree of efficiency.
  • the achievable increase in efficiency can be 10 or more percent.
  • a phase can also be switched off and a warming effect can be achieved.
  • there is an asymmetrical load on the electrical network but this can be avoided by means of compensation arrangements.
  • the inductors provided between the two furnace vessels can consist of a modular system of one or more identical inductor units, so that by combining several such inductor units that are identical to one another, furnace arrangements with different melting capacities can be built up be arranged in both furnace vessels.
  • FIGS 1 to 4 show a furnace arrangement which contains two furnace vessels 1 and 1 'which are identical to one another with the exception that the furnace vessel 1 has a filling opening 2 for molten metal, while at the corresponding location of the furnace vessel 1' a corresponding opening is closed or does not exist.
  • Each furnace vessel 1 and 1 ' has a vessel 3 or 3' made of sheet steel, which is lined with a lining 4 or 4 'made of ceramic material and contains an oven chamber 5 or 5'.
  • a furnace inductor 6 is arranged between the two furnace vessels 1 and 1 '.
  • the furnace inductor 6 contains an inductor block 7 which is constructed as a single stone consisting of ceramic material.
  • the inductor block 7 is essentially designed as a parallelepiped block with three through channels (holes) 8, 9 and 15. Two of these channels, 8 and 9, are horizontal, essentially straight and mutually parallel inductor channels. Each inductor channel 8 and 9 forms a hydraulic connection between the two furnace chambers 5 and 5 ', which takes place via two preferably widening openings 10 and 10' in the two furnace vessels 1 and 1 '.
  • the continuous channel 15 has an essentially circular cross section, the cylinder axis 15 ′ running vertically.
  • the channel 15 is arranged between the two horizontal inductor channels 8 and 9, and in its longitudinal direction extends one leg 11 of the transformer core 12 and the primary winding 13 sitting on the leg 11.
  • the inductor block 7 is provided with a layer 14 of heat-insulating material, for example ceramic Felt, which reduces the heat flow from the inductor to the surrounding air.
  • the inductor block 7 rests on a profile carrier 16 arranged on the outside of each furnace vessel and is fixed in its correct position with the aid of a pair of upper tie rods 17 and a pair of lower tie rods 18.
  • the pull rods 17 and 18 are inserted at the ends into carrying eyes 19 attached to the furnace vessels 5 and 5 ′ and provided with nuts 20.
  • the nuts 20 are tightened where at the contact surfaces 21 of the inductor block 7 are pressed with such great force against corresponding surfaces of the furnace vessels 5 and 5 'that a pressure-tight connection between the openings 10 and 10' and the inductor channels 8 and 9 is formed. Thanks to the arrangement and fixation described above
  • the furnace inductor 6 can be assembled and disassembled in a very labor and time-saving manner. When dismantling, for example, only four of the nuts 20 need to be loosened somewhat, whereupon the inductor 6 can be lifted straight up and continued by means of a horizontal movement.
  • Each furnace vessel 1, .1 ' is provided with a lid 22 or 22', which consists of a metal tin box, which contains a lining made of heat-resistant and heat-insulating material.
  • Each cover is provided with a heat source in the form of an electrical heating resistor 23 or 23 ', which is connected via an electrical switch, not shown, to an AC power source, not shown, so that it can be switched on or off independently of the power supply to the inductor.
  • Each of the two heating resistors 23 and 23 ′ has a maximum output which is less than 15%, preferably less than 5%, of the maximum output of the inductor 6.
  • the combined power of these two heating resistors 23, 23 are sufficient to keep the melt in the liquid state for several hours, preferably several days, when the inductor is switched off.
  • the maximum power of the inductor 6 is such that the inductor alone is able to supply the energy required for the melting. However, this can be increased further in that at least one of the heating elements 23, 23 'is switched on simultaneously with the inductor.
  • the level of the molten metal is so high that the molten metal that is in the two furnaces chambers 5, 5 ', located in the two openings 10, 10' and in the two inductor channels 8 and 9, forms an electrical secondary circuit surrounding the transformer leg 11 (secondary winding with one turn).
  • Charging is done in such a way that the material to be melted, e.g. Aluminum, magnesium or alloys containing these metals or some of them are fed to the open chamber 5 'when the cover 22' is in the position shown in broken lines in FIG.
  • the melt reaches the filling point 2
  • molten metal flows out of the filling opening when further charging.
  • the furnace arrangement shown in FIGS. 1 to 4 is expediently used together with a special, not shown, known holding furnace, the furnace chamber volume of which is at least twice as large, preferably at least five times as large as the volume of the furnace chamber 5.
  • the filling opening 2 is expediently provided with a pouring spout, with the aid of which molten metal flowing out is fed to the special holding furnace mentioned.
  • furnace vessel 1 is replaced by a furnace vessel 25 which is different in size and construction.
  • This has a heat-insulating cover 26, on the underside of which a heating element in the form of an electrical heating resistor 27 is arranged.
  • the furnace vessel 25 has a furnace chamber 28 which is delimited at the top by the cover 26.
  • the furnace chamber 28 is by means of a vertical partition 30 in two side by side, with sub-chambers 29 and 30 which are connected to one another.
  • the only way for melt located in the subchamber 29 to get into the subchamber 30 is to pass an overflow rim 32 on the partition wall 30.
  • Solid aluminum is charged into the furnace chamber 5 '.
  • the figure shows a point in time at which the entire amount of aluminum charged is protected and the furnace chambers 5 and 28 contain only molten metal, which means that the melt level 34 in the partial chamber 29 is at the same level as the melt level 35 in the furnace chamber 5 If charging is continued, molten aluminum flows over the overflow rim 32 into the partial chamber 30, as a result of which the melt level 33 in this chamber rises.
  • the chamber 30 has a filling opening 36 located at the bottom.
  • the partial chamber 30 holds a maximum of at least twice as much, preferably at least three times as much, molten metal as the partial chamber 29.
  • the partial chamber 29 communicates with the inductor channels of the inductor 6 via an opening 31 in the wall of the Furnace vessel 25.
  • the vertical distance between the overflow rim 32 and the cover 26 is preferably less than 40% of the average height of the furnace chamber 28.
  • the inductor 6 is air-cooled by a fan which is driven by a fan motor 37.
  • the electrical heating elements 23, 23 'and 27 can be powered by other types of heat sources, e.g. Gas burner to be replaced.
  • Figure 6 shows a furnace arrangement according to the invention for three-phase feeding.
  • the two furnace vessels 1 , 1 'and the furnace chambers 5, 5 ' are again identical to one another and in principle exact constructed as in the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 4, but with the difference that three inductor units are arranged between the two furnace vessels 1, 1 '.
  • an oven arrangement according to the invention can also be implemented for a two-phase supply, in which case two inductors 6 are then arranged between the two oven vessels.
  • FIG. 6 there are three inductors 6 in the three-phase embodiment, each of which is provided with two channels 38, 39 or 40, 41 or 42, 43 running between the chambers 5, 5 ′, which channels 8 and 9 in the correspond to the embodiment described above. (See also Figure 9). Each pair of said channels is used to form the secondary winding consisting of melt for each of the inductors 6, the primary windings with 13; 13 "and 13" 'are designated.
  • the three (or two) inductor blocks 6 are identical to one another and are pulled together by draw bolts 44. Four pull bolts 44 are generally used for this purpose. A layer 46 of ceramic felt is inserted between the inductor blocks. The inductor channels between the two chambers 5, 5 'are also shown in Figure 9 (38-44). The three assembled blocks 6 are placed on a tripod together with the transformer core 12 and the coils 13.
  • the two furnace vessels (the charging part and the drain part) 1 'and 1 are each placed on one side of the inductor blocks and pulled together with the pull rods 17, 18.
  • the contact surfaces 21 for contacting the furnace vessels 1, 1 ' are also shown in FIG. 8.
  • FIG. 10 shows the possibility of building melting furnaces for aluminum, for example, with inductor blocks in the modular system and thereby obtaining furnaces with different melting capacities, but using a single size of inductor blocks 45. These blocks 45 can be arranged side by side and / or one behind the other between the two vessels 1, 1 '.
  • Figure 10 shows various power alternatives for 130, 260, 390, 520 and 780 kW.
  • furnace arrangements described above can be varied in many ways within the scope of the general inventive idea disclosed.
  • the furnace arrangement shown in FIGS. 6 to 9 can be designed with regard to the details not shown, just like the furnace arrangement according to FIGS. 1 to 4 or the furnace arrangement according to FIG. 5.
  • the chambers 5 and 5 ' can be of the same size or different sizes, the first chamber 5 can be larger than the second chamber 5' or vice versa.
  • the size ratio can be 2: 1.

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Abstract

Ofenanordnung zum Schmelzen und Warmhalten von Metall mit einem ersten und zweiten Gefäß für eine für Schmelze vorgesehenen ersten und zweiten Kammer (5, 5'), mit mindestens einer zwischen den Kammern (5, 5') angeschlossenen Induktoreinheit (6), die einen Block (7) aus keramischem Material, einen aus mindestens zwei Schenkeln (11) und mindestens zwei Jochen bestehenden Transformatorkern (12) und eine auf dem Transformator sitzende Primärwicklung (13) enthält, mit einem durchgehenden Kanal (15) in dem Block, durch welchen Kanal ein Schenkel (11) des Transformatorkerns (12) verläuft und mit Induktorkanälen (8, 9) im Block durch die sich eine aus Schmelze bestehende Sekundärwicklung schließt. Die beiden Ofengefäße mit den beiden Kammern (5, 5') stehen an je einer Seite mit Kontaktflächen (21) des Induktors in Kontakt und werden durch geeignete Befestigungselemente (18) gegen den Induktor gepreßt. Die aus Schmelze bestehende Sekundärwindung des Transformators erstreckt sich über die beiden Induktorkanäle (8, 9), zwei Öffnungen (10, 10') in den Offengefäßwänden und die Kammern (5, 5').

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ofenanordnung zum Schmelzen und Warmhalten von Metall gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Ofenanordnung ist bekannt aus der DE-AS 2 007 081.
  • Bei Ofenanordnungen der genannten Art besteht der Wunsch, das in der Ofenkammer befindliche Metall - normalerweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung - über lange Zeitintervalle, beispielsweise über mehrere Stunden oder Tage, im geschmolzenen Zustand zu halten, wobei während dieser Zeitintervalle kein weiteres Erschmelzen oder keine weitere Zufuhr von Metall stattfindet.
  • Es erweist sich jedoch als sehr unwirtschaftlich, zum Warmhalten der Schmelze einen Induktor zu verwenden, da dessen Primärwicklung wegen der hohen Umgebungstemperatur einer sehr intensiven Kühlung bedarf, die in der Regel mit Hilfe eines durch die Kühlkanäle getriebenen Kühlmittels arbeitet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ofenanordnung der eingangs genannten Art mit geringem Kostenaufwand derart weiterzuentwickeln, daß der Induktor in einfacher Weise ein- und ausgebaut werden kann und die Kontraktionsstrecke im Induktor klein ist. Ferner soll es möglich sein, unter Beibehaltung des zum Schmelzen sehr vorteilhaften Induktors zum Warmhalten der Schmelze mit einer geringen Leistung auszukommen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Ofenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
  • Vorteilhafte.Ausgestaltungen der Ofenanordnung nach der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.
  • Herkömmliche Ofeninduktoren haben eine Hülle aus metallischem Material, wobei der Anschluß des Induktors an ein Ofengefäß dadurch erfolgt, daß die genannte Hülle am Ofengefäß festgeflanscht wird. Der bei der vorliegenden Erfindung gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung verwendete Induktor hat jedoch keine solche Hülle, wodurch anderenfalls auftretende Wirbelstromverluste vermieden werden.
  • Gemäß der Erfindung wird der genannte keramische Körper als selbsttragender Baustein aus einem Material hergestellt, das verhältnismäßig hohen Druckspannungen standhält, wobei der Induktor in der Weise an das Ofengefäß angeschlossen wird, daß der genannte Stein.zwischen zwei Ofengefäßen festgeklemmt wird. Diese Konstruktion gemäß der Erfindung erlaubt eine schnelle Montage und Demontage des Induktors. Dies ist sehr vorteilhaft, da Induktoren für Rinnenöfen in relativ kurzen Zeitabständen, z.B. jährlich, ausgetauscht werden müssen.
  • Unter "Kontraktionsstrecke" wird bei einem.Induktor allgemein eine im Induktor vorhandene Kanalstrecke verstanden, längs welcher beim Abschalten der Ofenheizung sich ein Körper aus erstarrtem Metall bildet. Bei der weiteren Abkühlung reißt dieser Körper leicht, da seine Kontraktion in gewissem Maße von dem Kanal verhindert wird. Diese Rißbildung hat oft zur Folge, daß der elektrische Sekundärkreis des Induktors unterbrochen wird. Der bei der Erfindung verwendete Induktor hat den Vorteil, daß seine Kontraktionsstrecke kürzer als bei bekannten Induktoren ist, was sich daraus ergibt, daß die Kanäle des Induktors zu zwei Ofenkammern hin offen sind. Dadurch verkleinert sich die Länge der Kontraktionsstrecke gegenüber einem konventionellen Induktor auf ca. ein Drittel.
  • Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die genannte erste und/oder zweite Kammer auch eine über der Schmelze angeordnete Wärmequelle,die auch bei ausgeschaltetem Induktor aktivierbar ist und deren maximale Leistung zwar kleiner als die maximale Leistung des Induktors ist, jedoch ausreicht, um die Metallschmelze mindestens 24 Stunden lang im flüssigen Zustand zu halten. Hierdurch kann man mit einer verhältnismäßig kleinen Warmhalteleistung der zusätzlichen Wärmequelle ein Erstarren der in den Kanälen des Induktors befindlichen Metallschmelze verhindern.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die Anzahl der zwischen den beiden Ofenkammern angeordneten Kanäle mindestens 4, vorzugsweise mindestens 6, aufgeteilt. in 2 bzw. 3 Paare, von denen jedes Paar (zusammen mit Pfaden in den Ofenkammern) eine Primärspule (13', 13", 13"') umschließt, welche auf dem Schenkel eines Transformatoxkerns sitzt. Jede Primärspule wird von einer Phase eines zwei-oder mehrphasigen elektrischen Spannungssystems gespeist.
  • Durch diese Erweiterung der 0fenanordnung nach der Erfindung zu einer zwei- oder mehrphasig gespeisten Ofenanordnung wird eine wesentlich größere Ofenkapazität und ein hoher Wirkungsgrad erzielt.Die erzielbare Wirkungsgraderhöhung kann 10 oder mehr Prozent betragen. Auch kann bei herabgesetztem Betrieb eine Phase abgeschaltet werden und ein Warmhalteeffekt erzielt werden. Hierbei findet allerdings eine unsymmetrische Belastung des elektrischen Netzes statt, was jedoch durch Kompensationsanordnungen vermieden werden kann.
  • Die zwischen den beiden Ofengefäßen vorgesehenen Induktoren können nach einem Modulsystem aus einem oder mehreren zusammengesetzten gleichen Induktoreinheiten bestehen, so daß man durch Kombination mehrerer solcher untereinander gleicher Induktoreinheiten Ofenanordnungen mit unterschiedlicher Schmelzkapazität aufbauen kann..Die einzelnen Induktoren können dabei nebeneinander und/oder hintereinander zwischen den beiden Ofengefäßen angeordnet sein.
  • Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
    • Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ofenanordnung gemäß der Erfindung in Draufsicht,
    • Fig. 2 die Ofenanordnung nach Fig. 1.in einer Ansicht in Richtung der Pfeile II-II in Fig. 1,
    • Fig. 3 im vergrößerten Maßstab einen Horizontalschnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,
    • Fig. 4 einen partiellen Vertikalschnitt längs der Linie IV-IV in den Figuren 1 bis 3,
    • Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer Ofenanordnung nach der Erfindung teils im Vertikalschnitt und teils in Seitenansicht,
    • Fig. 6 eine dritte nicht ganz vollständig dargestellte Ausführungsform einer Ofenanordnung nach der Erfindung in entsprechender Darstellung wie Fig. 1 für dreiphasige Speisung,
    • Fig. 7 die bei der Ausführungsform nach Fig. 6 verwendeten Primärspulen mit einem Teil des Eisenkerns,
    • Fig. 8 den Zusammenbau der drei Induktoreinheiten bei der Anordnung nach Fig. 6,
    • Fig. 9 den Gegenstand gem. Fig. 8 in Seitenansicht, jedoch mit herausgenommenen Primärspulen und Eisenkern,
    • Fig. 10 verschiedene Ausführungsformen von Ofenanordnungen gem. der Erfindung unter Verwendung von Induktor- einheiten nach einem Modulsystem.
  • Die Figuren 1 bis 4 zeigen eine Ofenanordnung, die zwei Ofengefäße 1 und 1'enthält, die untereinander gleich sind mit der Ausnahme, daß das Ofengefäß 1 eine Abfüllöffnung 2 für geschmolzenes Metall hat, während an der entsprechenden Stelle des Ofengefäßes 1'eine entsprechende Öffnung geschlossen ist oder nicht vorhanden ist. Jedes Ofengefäß 1 und l'hat ein Gefäß 3 bzw. 3'aus Stahlblech, das mit.einem Futter 4 bzw. 4'aus keramischem Material ausgekleidet ist und eine Ofenkammer 5 bzw. 5'enthält. Ein Ofeninduktor 6 ist zwischen den beiden Ofengefäßen 1 und 1'angeordnet. Der Ofeninduktor 6 enthält einen Induktorblock 7, der als ein einziger aus keramischem Material bestehender Stein aufgebaut ist. Der Induktorblock 7 ist im wesentlichen als ein parallelepipedischer Block mit drei durchgehenden Kanälen (Löchern) 8, 9 und 15 ausgebildet. Zwei dieser Kanäle, 8 und 9, sind horizontale, im wesentlichen gerade und zueinander parallel verlaufende Induktorkanäle. Jeder Induktorkanal 8 bzw. 9 bildet eine hydraulische Verbindung zwischen den beiden Ofenkammern 5 und 5', was über zwei sich vorzugsweise erweiternde Öffnungen 10 und 10'in den beiden Ofengefäßen 1 und 1'geschieht. Der durchgehende Kanal 15 hat einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, wobei die Zylinderachse 15'vertikal verläuft. Der Kanal 15 ist zwischen den beiden horizontalen Induktorkanälen 8 und 9 angeordnet, und in seiner Längsrichtung erstreckt sich ein Schenkel 11 des Transformatorkerns 12 sowie die auf dem Schenkel 11 sitzende Primärwicklung 13. Der Induktorblock 7 ist mit einer Schicht 14 aus wärmeisolierendem Material, z.B. keramischem Filz, versehen, wodurch der Wärmefluß vom Induktor an die umgebende.Luft reduziert wird. Der Induktorblock 7 ruht auf je einem an der Außenseite jedes Ofengefäßes angeordneten Profilträger 16 und ist mit Hilfe eines Paars oberer Zugstangen 17 und eines Paars unterer Zugstangen 18 in seiner korrekten Lage fixiert. Die Zugstangen 17 und 18 sind an den Enden in an den Ofengefäßen 5 und 5'befestigten Trageösen 19 eingeführt und mit Muttern 20 versehen. Die Muttern 20 sind fest angezogen, wobei die Kontaktflächen 21 des Induktorblockes 7 mit so großer Kraft gegen entsprechende Flächen der Ofengefäße 5 und 5'gepreßt werden, daß eine druckdichte Verbindung zwischen den Öffnungen 10 bzw. 10'und den Induktorkanälen 8 und 9 entsteht.Dank der vorstehend beschriebenen Anordnung und Fixierung des Ofeninduktors 6 können Montage und Demontage des Ofeninduktors in sehr arbeits- und zeitsparender Weise erfolgen. Bei der Demontage beispielsweise brauchen nur vier der Muttern 20 etwas gelöst zu werden, worauf der Induktor 6 gerade nach oben herausgehoben und mittels einer horizontalen Bewegung fortgeführt werden kann.
  • Jedes Ofengefäß 1, .1' ist mit einem Deckel 22 bzw. 22'versehen, der aus einem metallischen Blechkasten besteht, der ein Futter aus wärmebeständigem und wärmeisolierendem Material enthält. Jeder Deckel ist mit einer Wärmequelle in Form eines elektrischen Heizwiderstandes 23 bzw. 23'versehen, der über einen nicht gezeigten elektrischen Schalter an eine nicht gezeigte Wechselstromquelle angeschlossen ist, so daß er unabhängig von der Stromspeisung des Induktors ein- oder ausgeschaltet werden-kann.
  • Jeder der beiden Heizwiderstände 23 und 23'hat eine Höchstleistung, die kleiner als 15 %, vorzugsweise kleiner als 5 %, der Höchstleistung des Induktors 6 ist. Die gemeinsame Leistung dieser beiden Heizwiderstände 23, 23'reicht aus, um bei abgeschaltetem Induktor die Schmelze mehrere Stunden, vorzugsweise mehrere Tage, in flüssigem Zustand zu halten.
  • Die Höchstleistung des Induktors 6 ist so bemessen, daß der Induktor allein imstande ist, die für das Schmelzen erforderliche Energie zu liefern. Diese kann jedoch weiter dadurch erhöht werden, daß wenigstens eins der Heizelemente 23, 23'gleichzeitig mit dem Induktor eingeschaltet wird.
  • Bei normalem Betrieb liegt der Spiegel der Metallschmelze so hoch, daß die Metallschmelze, die sich in den beiden Ofenkammern 5, 5', in den beiden Öffnungen 10, 10' und in den beiden Induktorkanälen 8 und 9 befindet, einen den Transformatorschenkel 11 umschließenden elektrischen Sekundärkreis (Sekundärwicklung mit einer Windung) bildet.
  • Das Chargieren geschieht in der Weise, daß das zu schmelzende Material, z.B. Aluminium, Magnesium oder Legierungen, welche diese Metalle oder einige derselben enthalten, der Offenkammer 5' zugeführt wird, wenn der Deckel 22' in der in Figur.2 gestrichelt dargestellten Stellung steht. Wenn die Schmelze bis zum Abfüllocb 2 reicht, fließt bei weiterem Chargieren geschmolzenes Metall aus der Abfüllöffnung heraus. Die in den Figuren 1 bis 4 gezeigte Ofenanordnung wird zweckmäßigerweise zusammen mit einem besonderen, nicht dargestellten an sich bekannten Warmhalteofen verwendet, dessen Ofenkammervolumenmindestens doppelt so groß, vorzugsweise mindestens fünfmal so groß wie das Volumen der Ofenkammer 5 ist. Die Abfüllöffnung 2 ist dabei zweckmäßig mit einer Gießschnauze versehen, mit deren Hilfe herausströmende Metallschmelze dem genannten, besonderen Warmhalteofen zugeführt wird.
  • In den Fällen, in denen ein besonderer Warmhalteofen bereits vorhanden ist, ist es vorteilhaft, genau wie bei der vorstehend beschriebenen Ofenanordnung zwei praktisch gleiche Ofengefäße zu verwenden, da dies rein fertigungsmäßig günstig ist. In anderen Fällen ist es vorteilhaft, stattdessen die in Figur 5 gezeigte Ofenanordnung zu verwenden, die sich von der in den Figuren 1 bis 4 gezeigten nur dadurch unterscheidet, daß das Ofengefäß 1 durch ein hinsichtlich Größe und Konstruktion anderes Ofengefäß 25 ersetzt ist. Dieses hat einen wärmeisolierenden Deckel 26, an dessen Unterseite ein Wärmeelement in Form eines elektrischen Heizwiderstandes 27 angeordnet ist. Das Ofengefäß 25 hat eine Ofenkammer 28, die oben von dem Deckel 26 begrenzt wird. Die Ofenkammer 28 ist mittels einer vertikalen Trennwand 30 in zwei nebeneinander angeordnete, miteinander in Verbindung stehende Teilkammern 29 und 30 unterteilt. Die einzige Möglichkeit für in der Teilkammer 29 befindliche Schmeize,in die Teilkammer 30 zu gelangen, besteht in der Passierung eines Überlaufrandes 32 an der Trennwand 30. Aluminium wird in fester Form in die Ofenkammer 5'chargiert. Die Figur zeigt einen Zeitpunkt, in dem die ganze chargierte Aluminiummenge gescho3.zen ist und die Ofenkammern 5 und 28 nur geschmolzenes Metall enthalten, was bedeutet, daß der Schmelzenspiegel 34 in der Teilkammer 29 auf gleicher Höhe liegt wie der Schmelzenspiegel 35 in der Ofenkammer 5'.Wird das Chargieren fortgesetzt, so fließt geschmolzenes Aluminium über den überlaufrand 32 in die Teilkammer 30, wodurch der Schmelzenspiegel 33 in dieser Kammer steigt. Die Kammer 30 hat eine am Boden befindliche Abfüllöffnung 36. Die Teilkammer 30 faßt maximal mindestens doppelt soviel, vorzugsweise mindestens dreimal soviel, geschmolzenes Metall wie die Teilkammer 29. Die Teilkammer 29 kommuniziert mit den Induktorkanälen des Induktors 6 über eine Öffnung 31 in der Wand des Ofengefäßes 25. Der vertikale Abstand zwischen dem Überlaufrand 32 und dem Deckel 26 ist vorzugsweise kleiner als 40 % der durchschnittlichen Höhe der Ofenkammer 28.
  • Der Induktor 6 wird durch einen Lüfter luftgekühlt, der von einem Lüftermotor 37 angetrieben wird.
  • Die anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind nur zwei Beispiele von vielen anderen möglichen Ausführungsformen der Erfindung.
  • So können beispielsweise die elektrischen Heizelemente 23, 23'und 27 durch Wärmequellen anderer Art, wie z.B. Gasbrenner, ersetzt werden.
  • Figur 6 zeigt eine Ofenanordnung gemäß der Erfindung für dreiphasige Speisung. Pro Phase ist dabei ein Induktor 6 vorhanden. Die beiden Ofengefäße 1, 1'bzw. die Ofenkammern 5, 5'sind wieder untereinander gleich und im Prinzip genau so aufgebaut, wie bei dem anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel, jedoch mit dem Unterschied, daß zwischen den beiden 0fengefäßen 1, 1' drei Induktoreinheiten angeordnet sind. Entsprechend läßt sich eine Ofenanordnung gemäß der Erfindung auch für eine zweiphasige Speisung verwirklichen, wobei dann zwei Induktoren 6 zwischen den beiden Ofengefäßen angeordnet sind.
  • Gemäß Figur 6 sind bei der dreiphasigen Ausführungsform drei Induktoren 6 vorhanden, von denen jeder mit zwei zwischen den Kammern 5, 5'verlaufenden Kanälen 38, 39 bzw. 40, 41 bzw. 42, 43 versehen sind, die den Kanälen 8 und 9 im eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel entsprechen. (Siehe auch Figur 9). Jedes Paar der genannten Kanäle dient zur Bildung der aus Schmelze bestehenden Sekundärwicklung für je einen der Induktoren 6, deren Primärwicklungen mit 13; 13" und 13"' bezeichnet sind.
  • Die Spulen 13; 13", 13"' sind auf einem Eisenkern 12 (Figur 7) angeordnet und jeweils gemäß Figur 3 plaziert.
  • Die drei (oder zwei) Induktorblöcke 6 sind untereinander identisch und werden durch Zugbolzen 44 zusammengezogen. Hierzu dienen in der Regel vier Zugbolzen 44. Zwischen den Induktorblöcken ist dabei eine Schicht 46 aus keramischem Filz eingefügt. Die Induktorkanäle zwischen den beiden Kammern 5, 5'sind auch in Figur 9 (38-44) gezeigt. Die drei zusammengefügten Blöcke 6 werden zusammen mit dem Transformatorkern 12 und den Spulen 13 auf einem Stativ plaziert.
  • Die beiden Ofengefäße (der Chargierungsteil.und der Ablaufteil) 1' bzw. 1 werden jeweils auf einer Seite der Induktorblöcke plaziert und mit den Zugstangen 17, 18 zusammengezogen. Die Kontaktflächen 21 zur Anlage an den Ofengefäßen 1, 1' sind auch in Figur 8 gezeigt.
  • Man kann auch zwei oder mehrere Induktorblöcke pro Phase verwenden.
  • Figur 10 zeigt die Möglichkeit, Schmelzöfen für beispielsweise Aluminium mit Induktorblöcken im Modulsystem zu bauen und dadurch Schmelzöfen mit unterschiedlicher Schmelzkapazität, aber unter Verwendung einer einzigen Größe von Induktorblöcken 45 zu erhalten. Diese Blöcke 45 können nebeneinander und/oder hintereinander zwischen den beiden Gefäßen 1, 1' angeordnet werden. Figur 10 zeigt verschiedene Leistungsalternativen für 130, 260, 390, 520 und 780 kW.
  • Die vorstehend beschriebenen Ofenanordnungen können im Rahmen des offenbarten, allgemeinen Erfindungsgedankens in.vielfacher Weise variiert werden.
  • Die in den Figuren 6 bis 9 gezeigte Ofenanordnung kann hinsichtlich der nicht dargestellten Einzelheiten ebenso ausgebildet sein, wie die Ofenanordnung nach den Figuren 1 bis 4 oder die Ofenanordnung nach Figur 5.
  • Im übrigen können bei allen gezeigten Ausführungsformen die Kammern 5 und 5' gleich groß oder unterschiedlich groß ausgeführt sein, wobei die erste Kammer 5 größer sein kann als die zweite Kammer 5' oder umgekehrt. Beispielsweise kann das Größenverhältnis 2:1 betragen.

Claims (15)

1. Ofenanordnung zum Schmelzen und Warmhalten von Metall mit einem ersten Gefäß (1) mit einer für Schmelze vorgesehenen ersten Kammer (5), mit mindestens einer an die erste Kammer (5) angeschlossenen Induktoreinheit (6), die einen Block (7) aus keramischem Material, einen aus mindestens zwei Schenkeln und mindestens zwei Jochen bestehenden Trafokern (12) und eine auf dem Trafokern sitzende Primärwicklung (13) enthält, mit einem durchgehenden Kanal (15) in dem Block (7), durch Welchen Kanal ein Schenkel (11) des Trafokerns (12) verläuft, und mit Kanälen im Block (7), durch die sich eine aus Schmelze bestehende Sekundärwicklung schließt, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Gefäß (1') mit einer zweiten Kammer (5') vorhanden ist, daß der Block (7) mit zwei einander gegenüberliegenden Kontaktflächen (Begrenzungsflächen) (21) und zwei nebeneinander, jeweils auf einer Seite des Kanals (15) verlaufende Kanäle (8, 9) für geschmolzenes Metall versehen ist, wobei beide Kanäle (8,9) zwischen den Kontaktflächen (21) verlaufen und an diesen münden, und daß der Block (7) zwischen dem ersten Ofengefäß (1) und dem zweiten Ofengefäß (1') angeordnet ist, wobei jede Kontaktfläche (21) an je einem Ofengefäß anliegt.
2. Ofenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (5) und/oder die zweite Kammer (5') zusätzlich eine Wärmequelle (23,23') enthält/enthalten, die über der Schmelze angeordnet ist.
3. Ofenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Wärmequelle (23, 23') ein am Deckel (22, 22') angeordneter elektrischer Heizwiderstand ist.
4. Ofenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ofenkammern (5, 5') über die Induktorkanäle (8, 9) hydraulisch miteinander verbunden sind.
5. Ofenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Ofenanordnung (1, 1'), in denen die erste bzw. die zweite Ofenkammer (5, 5') angeordnet sind, je eine öffnung (10, 10')in einer Seitenwand.haben, daß die beiden Ofenkammern (5, 5') an je einer Seite der Induktoreinheit (6) angeordnet sind und daß die erste und die zweite Ofenkammer (5, 5') über die Ofenöffnungen (10, 10') und die Induktorkanäle (8, 9) hydraulisch miteinander verbunden sind.
6. Ofenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ofengefäß (1) und das zweite Ofengefäß (1') gegen je eine Seite der Induktoreinheit (6) mit Hilfe einer Anzahl von Gliedern angepreßt werden, die sich zwischen den beiden Ofengefäßen erstrecken und Zugspannungen übertragen.
7. Ofenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen symmetrisch ausgebildet ist in bezug auf .eine gedachte vertikale Ebene (IV-IV), in welcher der Mittelpunkt der Induktoreinheit (6) liegt und welche.die Induktorkanäle (8, 9) senkrecht zu ihrer Längsrichtung schneidet.
8. Ofenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der.Ofengefäße (1, 1') eine Abfüllöffnung (2) für geschmolzenes Metall hat, die im oberen Bereich einer Wand angeordnet..ist und mit dem oberen Bereich der Ofenkammer hydraulisch in Verbindung steht.
9. Ofenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ofenkammer (5') durch eine vertikale Trennwand (30') in eine kleine Teilkammer (29) und eine große Teilkammer (30) unterteilt ist, daß die kleine Teilkammer (29) direkt an die Induktorkanäle (8, 9) angeschlossen ist, daß die große Teilkammer (30) nahe dem Boden der Ofenkammer eine Abfüllöffnung (36) für geschmolzenes Metall hat und daß die Trennwand (30') nahe dem Deckel (26) der zweiten Ofenkammer einen Überlaufrand (32) hat, über den geschmolzenes Metall aus der kleinen Teilkammer (29) in die große Teilkammer (30) fließen kann, und daß der Zufluß von geschmolzenem Metall aus den Induktorkanälen in die große Teilkammer (30) nur durch die kleine Teilkammer (29) und den überlaufrand (32) erfolgen kann.
10. Ofenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Kanälen zwischen den beiden Ofenkammern (5, 5') mindestens vier, vorzugsweise mindestens sechs beträgt, daß je ein Paar (38, 39; 40, 41; 42, 43;) dieser Kanäle zu beiden Seiten eines Schenkels eines magnetischen Kerns angeordnet ist, der eine Primärwicklung (13',13", 13"')trägt, wobei diese Primärwicklungen vorzugsweise mit unterschiedlichen elektrischen Phasen eines mehrphasigen elektrischen Spannungssystems, vorzugsweise eines zweiphasigen oder dreiphasigen Spannungssystems, gespeist werden..
11. Ofenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Induktoreinheiten (6) mittels einer Anzahlvon Zugbolzen (44) miteinander verbunden sind.
12. Ofenanordnung nach einem der vorhergehenden.Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Ofengefäßen (1, 1') angeordneten Induktoreinheiten eine Standardausführung haben, mit der ein Modulsystem zum Aufbau von.Ofenanordnungen mit unterschiedlicher Schmelzkapazität geschaffen wird.
13. Ofenanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Induktoreinheiten (45) in Standardausführung nebeneinander und/oder hintereinander zwischen dem ersten und zweiten Gefäß (1, 1') angeordnet sind.
14. Ofenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle (23, 23') auch einschaltbar ist, wenn der.Induktor (6) abgeschaltet ist, und daß die maximale Leistung der Wärmequelle (23, 23') kleiner ist als die maximale Leistung der Induktoreinheit (6), jedoch ausreichend groß ist, um das geschmolzene Metall für mindestens 24 Stunden im geschmolzenen Zustand zu halten.
15. Ofenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der einen Ofenkammer (5',5) mindestens doppelt so groß ist wie das Volumen der anderen Ofenkammer (5',5).
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