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Induktionsschmelzofen mit Schmelzkanal für Metall Die Erfindung betrifft
einen Induktionsschmelzofen mit Schmelzkanal für Metall, insbesondere für Stahl
bei dem das feuerfeste Futter sich nach allen Richtungen ausdehnen bzw. zusammenziehen
kann.
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Es sind Schmelzöfen mit feuerfestem Futter, bei denen sich das Futter
in gewissen Grenzen nach allen Richtungen ausdehnen bzw. zusammenziehen kann, bekannt.
Z. B. ist ein Ofen bekanntgeworden, der eine konische Ummantelung besitzt. Bei diesem
Ofen war eine Einstellbark eit des Druckes auf das feuerfeste Futter nur in axiaIer
Richtung des Ofens gegeben. Hierdurch ergab sich, daß eine Ausdehnung des Ofenfutters
in radialer Richtung nur durch ein Verschieben der Ausinauerung des Ofens innerhalb
der einen festen Mantel bildenden-Ofenummantelung möglich ist. Dadurch werden aber
völlig unkontrollierbare Druckverhältnisse geschaffen, die nicht durch einstellbare
Druckmittel ausreichend geregelt werden. können.
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Es ist auch ein Metallschmelzofen bekanntgeworden, bei dem das Futter
nach zwei Richtungen des Raumes unter einstellbarem Druck gehalten wird. Bei dieser
Ausbildung ist ebenfalls eine vollkommene Einstellbarkeit des Futters gegen Ausdelmungen
und Zusammenziehungen nicht gegeben.
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Es hat sich herausgestellt, daß die größten Schwierigkeiten bei der
Verwendung eines Induktionsschmelzofens mit Schmelzkanal zum Schmelzen oder Aufnehmen
von Stahl darin bestehen, daß bei den erforderlichen hohen Temperaturen das feuerbeständige
Futter sich derart ausdehnen oder zusammenziehen würde, daß Risse entstehen, durch
welche das Metall hindurchfließen kann und schließlich ein Bruch und Versagen des
Futters erfolgt. Uin dies zu vermeiden. ist erfindungsgemäß die das feuerfeste Futter
einschließende Ummantelung mindestens in den drei Richtungen des Raumes* unterteilt.
Das Futter lcainn unter Anwendung einstellbar elastischer Verbindungen nach allen
Richtungen unter Druck gehalten werden. Die Ummantelung wird zweckmäßig gemäß der
Erfindung durch iin Ofengehäuse angeordnete und diesem gegenüber verschiebbare Platten
gebildet.
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Insbesondere ist der Ofen nach der Erfindung so ausgebildet, daß an
der Stelle, an welcher die oberen und unteren Teile des Ofens
`egeneinanderstoßen,
jede senkrechte Bewegung des feuerfesten Futters verhindert wird, so daß. wenn diese
Teile gegenseitig starr gehalten werden, die oberen und unteren Teile stets mit
Bezug auf diese unter Druck gehalten werden. Weiter sind Vorrichtungen voräesehen,
durch welche der Ofen anfänglich gegen eine nichtfedernde Stütze abgefiittert wird
oder durch welche die nachgiebige Abstützung von Geit zu Zeit eingestellt werden
kann, um während des Betriebes des Ofens an einer bestimmten Stelle einen bestimmten
Druck aufrechtzuerhalten.
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Weitere -Merkmale der Erfindung ergeben " s ich aus dein nachfolg
e nd an Hand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Auf den Zeichnungen zeigen: Abb. i die Draufsicht auf einen zum Schmelzen,
Frischen und Aufnehmen von Stahl geeigneten Ofen, Abb. 2 die Vorderansicht des Ofens
nach Abb. i mit teilweisem Schnitt nach der Linie A-A der Abb. i, Abb. 3 eine von
rechts gesehene Seitetiansic@t des Ofens nach Abb. i und z finit teilweisem Schnitt
nach der gebrochenen Linie B-B der Abb. a,
Abb. d. eine Einzelansicht des
unteren, hinteren Teiles des Ofenmantels nach Abb. i bis 3, aus welcher die Lage
der verschiedenen, (las Futter unter Druck haltenden I# erlern ersichtlich ist,
und Abb. 5 eine Einzelansicht des unteren, links liegenden Teiles des Ofenmantels
nach Abb. i bis 3, aus welcher ebenfalls die Anordnung verschiedener, zum Halten
des Futters unter Druck dienender Federn ersichtlich ist.
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In den verschiedenen Abbildungen sind die einander entsprechenden
Teile mit dem gleichen Bezugszeichen belegt worden.
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Wie aus den Abb. i bis 3 zti entnehmen ist. ist die Hauptschmelz-
oder Haltekammer 2 des Ofens mit dem Deckel i im oberen Teil versehen, und der Schmelzkanal
besteht aus dein oberen Teil 3 und dein unteren Teil 4. Alle diese Teile ruhen auf
der üblichen Tragvorrichtung 5 und sind mittels hydraulischer Kolben ; um eine (furch
die Ausgußrinne (i sich erstreckende Achse herum kippbar.
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Wie insbesondere aus den Abb. 2 und 3 etsichtlich ist, erstreckt sich
ein Eisenkern S mit einer Primärwicklung 9 am oberen waagerechten Schenkel durch
den oberen Teil des Schmelzkanals io hindurch. Wenn die Primärwicklung, q durch
eine in Abb. 3 veranschaulichte Wechselstromquelle i i erregt wird, erhält das in
dein Sekund-irkanal io vorhan-(Ietie -Metall 1a Strom, wodurch dieses Metall erhitzt
undein durch die Pfeife i 3 angedeuteter Umlauf in dtm Kanal und dein Hauptlialteteil
des ()fens bewirkt wird. Die Haupthaltelcatnnier = des Ofens ist beträchtlich vergrö-I:;ert
worden, um den Ofen der größeren -Menge (les Schmelzgutes bei der Stalilfrischung
g(genüber den durchschnittlichen -Nichteisentiictalll;escliiclctingen anzupassen,
wodurch Ofen finit einer Aufnahmefähigkeit von vielen Tonnen Stahl geschaffen werden.
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Beim Entwurf des hier näher beschriebenen Ofens ist die übliche Vorsicht
berücksichtigt \% orden, einen -Mantel und ein Futter mit möglichst wenig scharfen
Ecken herzustellen, und weiter sind Ausdehnuiigsvorriclitungen vorgesehen worden,
um das Futter an allen wichtigen Punkten unter Druck zu halten. So besteht z. B.
der Deckel oder obere Teil des eigentlichen Ofens aus vier einzelnen Gußstücken,
von denen jedes mit Außen- und Innenflanschen i-. bzw. i5 versehen ist. Die -Außenflanschen
1q bilden Sitze. durch welche die vier Teile miteinander verschraubt werden können,
um ein halbkugelförmiges, doppelbogenförmiges Oberteil zu bilden welches hierdurch
als Ganzes seinerseits mit dein unteren oder dem die Beschickung aufnehmenden "feil
2 des Ofens verschraubt werden kann. Der Innenflansch 15 bildet um den ganzen initeren
Teil der Kuppel oder des Deckels herum ein Halteorgan, gegen welches das feuerfeste
Futter des Domes drücken kann, der seinerseits wiederum gegen das Futter in <lein
Hauptaufnahmeteil des Ofens gedruckt werden' kann.
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Beim Ausfüttern des Donies des Mantels werden die vier Teile unter.Zwisclienfiigung
von dünnen Metallstreifen starr miteinander verschraubt. Äußere und innere -'-;cliiclitvn
von geeigneten Isoliersteinen i(-) werden alsdann eingebaut und innerhalb des -Mantels
verkittet. Eine dritte Schicht i; eines feuertesten Baustoffes wird dann in den
Mantel eingebracht, festgestampft und getrocknet. Zti diesem Zwecke sind für die
innere Ansl;leidung Mischungen aus Aluminiumsilicat oller -Magnesia mit Erfolg verwendet
worden, die vor der Benutzung niit Wasser angefeuchtet worden sind. Das eingestampfte
Futter wird zweckmäßig 2d. Stunden an der Luft gehärtet und dann hart gebrannt.
Nachdem das feuerfeste Futter in der oben angegebenen Weise hergestellt worden ist,
werden die die einzelnen Teile zusammenhaltenden Bolzen jeweilig a n einer Seite
entfernt. der zwischen den .\lctallteilen liegende Abstandstreifen entfernt und
die einzelnen Teile durch einstellbare. unter Federdruck stehende Bolzen iN wieder
miteinander verbunden. Nach Beendigung des lusaminenbaues werden die Bolzen auf
Minen bestimmten Druck angezogen. Das Futter bi1(l@t keinen Teil der Erfindung,
vielmehr ist jedes beliebige geeignete 1.#tttter benutzbar.
Die
untere Hälfte des eigentlichen Ofens und die oberen und unteren Teile des Schmelzkanals
werden dann als ein Mantel mit einem Futter ausgekleidet. Der untere Teil der Kammer
2 bestellt aus einem starren Mantel, mit welchem die obere Hälfte des Schmedzkanalo,fenteils
3 verbunden ist. Die untere Hälfte 4. wird dann an den oberen Teil 8, und zwar an
die Flanschen i9, 2o und an den herabhängenden Arm 21 an der Vorderseite des Ofens
angeschraubt. Während der Ofen mit einem Futter bekleidet wird, werden die Verbindungsstellen
bei 19, 2o und 21 starr gehalten, wobei ortsfeste Abstandstücke zwischen den Flanschen
i9 und 2o Verwendung finden. Bei der Benutzung des Ofens jedoch ist diese Verbindungsstelle
regelbar federnd. "An jeder Seite sind im unteren Teil der Kaminer 2 falsche oder
Hilfsseitenteile 22 vorgesehen, die während des Auskleidens durch starre Balzen
einwärts von den Seitenwandungen des Hauptmantels' gehalten, während des Betriebes
des Ofens jedoch durch Federn 23 und Bolzen 2,4' nachgiebig festgeklemmt werden,
um einen bestimmten Druck auf das feuerfeste Futter auszuüben.
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Der um den oberen Teil des Kanals herum liegende Teil 3 des Mantels
ist an allen vier Seiten verjüngt ausgebildet, und der waagerechte Ouerschnitt der
Öffnung ist oben kleiner als unten. Außerdem haben die Rückwand und beide Seitenwandungen
einstellbare Einsätze. Die Einsätze für die Seitenwandung sind in Abb. 2 mit a5,
und der Einsatz für die Rüclnvand ist in Abb. 3 mit 26 bezeichnet. Diese Einsätze
werden während des Auskleidens durch Bolzen von den Hauptwandungen des Mantels fortgehalten
und dann federnd eingestellt, um durch Federn 23 und Schrauben 24 einen bestimmten
Druck auf das Futter auszuüben.
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Die Seitenteile 4 des unteren Teiles des Kanals sind mit einem Hilfsglied
a7, und die Rückwand ist mit einem Hilfsglied 28 versehen. Diese werden in der gleichen
Weise wie die entsprechenden Teile im gerade beschriebenen Teil 3 ausgekleidet und,
wirken ebenfalls in dergleichen Weise. Die Vorderseite dieses Teiles des Mantels,
beispielsweise im Teile 3, ist stets mit Bezug auf die Rückwand und die Seitenwandungen
starr, kann jedoch entlang den Rollen 29 der vorn Teil 3 herabhängenden Stützen
21 gleiten. Der Teil 4. wird gegen diese Rollen durch Schrauben 30 geklemmt, welche
eine Bewegung von den Rallen fort verhindern, eine Bewegung entlang den Rollen jedoch
infolge der geschlitzten Bolzenlöcher 31 zulassen. Eine Bewegung von etwa 25 mm
ist in dieser Richtung möglich, während eine Bewegung von etwa 12 mm an anderer
Stelle möglich ist. Der untere, die untere oder Hauptaufnahmekammer 2 bildende Teil
des, Ofens, der obere Teil 3 und der untere Teil 4 des Kanals sind etwa in der gleichen
Weise ausgefüttert wie der Dom oder der Deckel. Im vorliegenden Falle sind zurn
Auskleiden die gleichen Stoffe verwendet worden. Der äußere oder Hilfsmantel oder
die Halteglieder werden zunächst mit einer doppelten Schicht von Isoliersteinen
auskleidet. Dieses Steinwerk wird um die zum Einführen des.Transformatorkernes belassene
Öffnung herum vorgesehen, und ein vorgeformter Asbestzylinder 3a wird dann als Form
oder Stütze für den gestampften feuerfesten Baustoff eingeschoben. Der Kanal io
wird in der üblichen Weise hergestellt. Um den Asbestzylinder 32 herum wird eine
Holzform angeordnet, und der mit Wasser leicht angefeuchtete feuerfeste Baustoff
17, .ein Gemisch aus # Aluminiumsilicat oder Magnesia, wird zwischen der
Holzform und demZylinder festgerammt und zwischen der Holzform und dem äußeren Steinfutter.
Das so hergestellte Futter kann für etwa 24 Stunden an der Luft trocknen und wird
alsdann für gewöhnlich mit Hilfe einer Gasflamme gebrannt. Die Holzform für die
Schleife wird ausgebrannt, so daß der aus feuerfestem Baustoff bestehende Kanal
verbleibt. Je nach Verwendung des Ofens und nach Wunsch des den Ofen Bedienenden
können beliebige andere Futterstoffe Verwendung finden.
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Vor der Inbetriebnahme werden die über den ganzen Mantel des Ofens
verteilten Federn 18 und 23 so eingestellt, daß sie mit dem richtigen Druck gegen
die nachgiebigen Verbindungsstellen und Platten sich stützen. Ein Druck von etwa
225 kg hat sich als wirksam erwiesen. Die diese Teile haltenden Bolzen werden dann
abgestützt, und das Futter wird darauf unter gewünschtem Druck gehalten.
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Bei der Verwendung wird das Futter auf annähernd 1-45o° C erhitzt,
und der geschmolzene Stahl wird in den Schmelzkanal gegossen. Die Kraftquelle wird
angestellt, und das Metall in der Schleife wird erhitzt und läuft im oberen Teile
des Ofens um, welchem kalter Schrott zugesetzt werden kann, der alsdann in der gewünschten
Weise geschmolzen wird.
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Während des Betriebes oder nach dem Stillsetzen können die Federn
freigegeben oder angezogen werden, um einen Ausgleich für ein natürliches Ausdehnen
oder Zusammenziehen des Futters herbeizuführen.
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Aus einer Betrachtung der. Zeichnungen ist eisichtlich, daß der Ofen
gemäß der Erfindung keine Stellen besitzt, an welchen das Futter gefährliche Beanspruchungen
entwickeln kann. Durch den sich verjüngenden Teil 3 wird eine Aufwärtsbewegßtng
des Futters an dieser Stelle verhindert. Der eigent-
| liche Schmelzhatial wird starr Segen den |
| festen, ve7rcleren Teil des Ofens an dieser |
| Stelle gehalten. und die nachgiebige Rückwand |
| sowie die Seitenwandungen haben das Be- |
| streben, den Kanal jederzeit gegen diesen |
| festen Vorderteil des Ofens zu halten. Jedem |
| Druck in der Abwärtsriclitung wird durch die |
| uni die Flanschen 1g und 2n lieruin wirkenden |
| Federn entgegengearbeitet, und die feste |
| Vorderseite finit den Rollen 29 ermöglicht eine |
| Bewegung entlan- den Rollen, jedoch nicht |
| von diesen fort. Mithin können keine Scliwer- |
| kräfte auf den unteren Kanal all dieser-Ver- |
| bindungsstelle ai:s:eülit werden, und -%vie in |
| den, oberen Teil des Kanals haben die nach- |
| giebigen Matten rin der Rückwand und ein clen |
| Seitenwandungen das Restreben, das Futter |
| unter Druck geeti die eine starre Seitenwan- |
| @iung zu halten. |
| Das Vtitter in der 1-l:ttiptritifnalinielzaniinei- 2 |
| des Ofens kann nur nach außen und oben sich |
| bewegen. Ewirl in Richtung nach rltlhen |
| durch die nachgiebigen Platten -z und in |
| Richtung nach (->heil durch den nachgiebigen |
| [-lausch i:; des Dornes gehalten. |
| 1?s ergibt sich mithin. (lall ertindtnigegenl:il.l |
| ein Ofen geschaffen wird, dessen Futter in be- |
| stimmten kritischen Richtungen gegen Bewe- |
| gung gesichert ist, dagegen nach allen anderen |
| Richtungen lein frei sich ausdehnen kann, |
| wobei die verschiedenen Druckkräfte jedem |
| Ausdehnen und entsprechenden Zusammen- |
| ziehen derart folgen, daß Hohlräume nicht ge- |
| bildet werden und Beanspruchungen nicht 711111 |
| Bruch des -Kutters führen können. |