DE4322463A1 - Vorwarneinrichtung für Induktionsschmelzöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorwarneinrichtung für Durch­ brüche von Metallschmelzen an keramischen Ofenfuttern von Schmelzöfen, insbesondere Induktionsschmelzöfen, mit einer am Ofenfutter angeordneten, ersten Elektrode und einer am Tiegelboden vorgesehenen zweiten Elektrode.

Bekannt ist ein Induktionstiegelofen mit Überwachungsein­ richtung für den Tiegel aus voneinander isolierten, mit einem elektrischen Überwachungsgerät verbundenen Elektroden, wobei das bei Tiegelbruch aus dem Tiegel ausfließende Metall das Überwachungsgerät beeinflussende elektrische Impulse bewirkt, wobei zwischen Arbeitsspule und Tiegel eine Elek­ trode angeordnet ist, die aus einem den Tiegel rings umge­ benden, in elektrisch nicht leitende Schutz- bzw. Isolier­ ungsschichten eingebetteten elektrisch leitenden Mantel aus Graphit besteht (DAS 2 005 240).

Weiterhin ist ein Induktionstiegelofen mit einem Tiegel aus Feuerfestmaterial, einer am Tiegel außen angebrachten Induk­ torspule und in die Tiegelwand eingesetzten Elektroden zur Überwachung des Tiegels auf Risse durchdringende Schmelze bekannt (DOS 2 824 590), wobei die Elektrode spiralförmig mit der gleichen Steigung wie die Windungen der Induktor­ spule ausgeführt ist und wobei im Boden des Tiegels eine zweite Elektrode als Erdleiter vorgesehen ist.

Es ist auch eine Anordnung an Induktionsöfen bekannt, die anzeigt, ob die im Ofen befindliche Charge vollständig in den geschmolzenen Zustand übergegangen ist, wobei die Öfen mit einem Strom fester Frequenz gespeist werden, und wobei Meßgeräte vorgesehen sind, die den Leistungsfaktor oder die Impedanz des Ofens während des Ofenbetriebes messen, wobei die Meßgeräte an Signalgebern gekoppelt sind, die ein Signal abgeben, wenn der Leistungsfaktor oder die Impedanz während des Schmelzverlaufs für eine vorgegebene, vorzugsweise ein­ stellbare Zeitspanne im wesentlichen unverändert geblieben ist (DOS 2 904 516).

Bei einer anderen Vorrichtung zur Anzeige beginnender und zur Verhütung vollständiger Schmelztiegeldurchbrüche, insbe­ sondere bei Induktionsöfen, bestehend aus mindestens einer in die Isolierung zwischen der Tiegelaußenwand und der In­ duktionsspule eingebetteten, axial geschlitzten Mantelelek­ trode, die über eine Spannungsquelle und ein Anzeigeinstru­ ment mit dem Tiegelinneren in leitender Verbindung steht, ist die Mantelelektrode im Randbereich der Induktionsspule entlang des gesamten Umfanges unterteilt (DE 1.220.086), wobei eine zweite Elektrode am Tiegelboden vorgesehen ist die unmittelbar mit der Spannungsquelle in Verbindung steht.

Bekannt ist auch eine Anordnung zur Feststellung von Fehlern in der bzw. in den Spulen und auch im Tiegel eines Induk­ tionsofens vorgeschlagen (DOS 1 565 284), bei dem der Spulen­ leiter von einer von diesem isolierten, den Spulenleiter ganz oder teilweise umschließenden Metallhülle umgeben ist, wobei die den Spulenleiter ganz oder teilwiese umschließende metallische Hülle und der Leiter an einem Spulenende elek­ trisch verbunden und am anderen Spulenende direkt oder über einen Isoliertransformator über ein Relais und/oder ein spannungsmessendes Organ verbunden sind.

Schließlich ist eine Vorwarneinrichtung für Durchbrüche von Metallschmelzen an keramischen Ofenfuttern von Schmelzöfen, insbesondere von Induktiosschmelzöfen bekannt (DE 41 20 205), mit einem auf der Außenseite des jeweiligen Ofenfutters anzuordnenden Netzwerk von Elektroden, die in zwei Gruppen unterschiedlicher Polarität unterteilt sind, welche in Abständen voneinander angeordnet sind und die zur Erinnerung des elektrischen, temperaturabhängigen Widerstandes des Ofenfutters zwischen den beiden Elektrodengruppen mit einer Auswerteinheit verbindbar sind, wobei das Elektrodennetzwerk einseitig auf einer keramischen Folie angeordnet ist, die entweder mit der mit dem Elektrodennetzwerk versehenen Seite oder mit der diesem abgewandten Seite an der Außenseite des Ofenfutters anzuordnen ist, wobei die Folie im ersten Fall eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit sowie eine geringere elektrische Leitfähigkeit und im zweiten Fall eine etwa gleiche oder höhere Wärmeleitfähigkeit sowie eine etwa gleiche oder höhere elektrische Leitfähigkeit gegenüber dem keramischen Material des Ofenfutters hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorwarneinrichtung der eingangs genannten Art zu schaf­ fen, die einen möglichen Tiegeldurchbruch weit früher er­ kennt und anzeigt, als die bekannten Vorrichtungen; insbe­ sondere soll die Vorwarneinrichtung unempfindlich gegenüber Polarisationseffekten und orginär verursachten Spannungsab­ fällen sein. Schließlich soll die Standzeit des Tiegels erhöht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zweite Elektrode über einen Stromleiter an den einen Pol eines Ohmmeters angeschlossen ist, wobei der andere Pol des Ohmmeters mit dem einen Anschluß einer Wechselspannungs­ quelle verbunden ist, deren anderer Anschluß mit der ersten Elektrode in Verbindung steht.

Weitere Einzelheiten und Merkmale sind in den Patentansprü­ chen näher beschrieben und gekennzeichnet.

Die Erfindung lädt die verschiedensten Ausführungsmöglich­ keiten zu; eine davon ist in den anhängenden Zeichnungen wiedergegeben, die das Schema eines Induktionsschmelztiegels mit Vorwarneinrichtung und einen Stromlaufplan zeigen.

Der Tiegel besteht aus einem Dauerfutter 2, einem das Dauer­ futter umschließenden Spulenglattstrich 3, dem im Spulen­ glattstrich eingeschlossenen Draht-Netzwerk 4 der Boden­ platte 5, der den Spulenglattstrich umschließenden Induk­ tionsspule 6 der im Bodenteil des Dauerfutters angeordneten Referenzelektrode 7, der Wechselspannungsquelle 8 und dem Ohmmeter 9.

Wie die Zeichnung zeigt, steht die Referenzelektrode 7 in direktem Kontakt mit der Schmelze, wobei der direkte Wider­ stand auf der Strecke zwischen Schmelze und Dauerfutter 2 mit dem Ohmmeter 9 gemessen wird.

Die bekannten Vorrichtungen benutzen als Energieversorgung eine Gleichstromquelle. Neueste Erkenntnisse zeigen, daß aber gerade durch eine Gleichstromquelle ganz oder teilweise eine Polarisation der keramischen Ofenauskleidung oder der Tiegelzustellung erfolgen kann. Dieser unerwünschte Polari­ sationseffekt und der dadurch originär verursachte Span­ nungsabfall verfälschen die zur Auswertung notwendige Mes­ sung, so daß keine zuverlässige Auswerteinformation gewonnen werden kann, so daß im schlimmsten Fall ein bevorstehender Tiegeldurchbruch zu spät erkannt wird.

Lediglich die bereits oben erwähnte Vorrichtung nach der (DE 41 20 205) benutzt eine wechselfrequente Energieversor­ gung, die ein fingerförmig ineinandergreifendes Elektroden­ netzwerk versorgt.

Im Gegensatz zu dieser bekannten Vorrichtung wird in der vorliegenden Erfindung auf das ineinandergreifende Elektro­ dennetzwerk verzichtet und mit einem Pol 7 direkt die Schmelze oder der metallisierte Bereich der Ofenzustellung kontaktiert. Der zweite Pol der Meßeinrichtung kann aus einem Umfangssegment oder mehreren Segmenten bestehen, die einzeln oder in Gruppen ausgewertet werden können. Die Segmente dieses zweiten Pols können entweder direkt in die keramische Auskleidung integriert oder aber in das Dauer­ futter eingegossen werden.

Ein weiterer Unterschied zu der bekannten Vorrichtung be­ steht auch in der Tatsache, daß die Elektroden 7 bzw. 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht auf eine stützende Trägerfolie aufgebracht sind, die unweigerlich bei jedem Tiegelausbruch zerstört wird. Dadurch daß bei der vorlie­ genden Erfindung die Auswertesegmente in das Dauerfutter des Ofentiegels integriert sind, wird die Standzeit des Melde­ netzes wesentlich erhöht; bei einer Neuzustellung bleibt das Erfassungsnetzwerk erhalten und kann somit weiterverwendet werden.

Weil bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein anderes Erfas­ sungsnetzwerk und ein anderer Elektrodenaufbau benutzt wird und weil komplett auf die Trägerfolien verzichtet wird, muß auch die Wirkungsrichtung der Widerstandsmessung nicht spe­ ziell eingestellt werden (bei der in DE 41 20 205 A1 be­ schriebenen Vorrichtung wird hierzu eine Trägerfolie ver­ schiedener Leitfähigkeit benutzt, mit der eine Wirk-Rich­ tungsselektivität erreicht wird).

Der in Fig. 2 dargestellte detailliertere Stromlaufplan zeigt, daß neben dem Ohmmesser in Form eines Reglers mit Widerstandsanzeige 9a an den Meßeingang 9b der Konstant­ stromquelle 9c zusätzlich noch ein 1-Kanal-Linienschreiber 9d unter Zwischenschaltung eines Knick-Umrichters 10 ange­ schlossen sein kann, und daß dem Transformator 8a ein Gleich­ richter 8b nachgeschaltet sein kann. Auch kann der jeweilige Betriebszustand der Vorrichtung über Kontroll-Lampen 11, 12, 13 angezeigt werden, wobei die Lampe 11 einen Widerstands­ wert von z. B. unter 5 Ω und die Lampe 12 einen Widerstands­ wert von z. B. 2000-20 000 Ω signalisiert. Schließlich sei noch der Stecker 14 erwähnt, der mit dem Tiegel verbunden sein muß, damit die Vorrichtung betriebsbereit ist.

Claims (7)

1. Vorwarneinrichtung für Durchbrüche von Metallschmelzen an keramischen Ofenfuttern von Schmelzöfen, insbeson­ dere von Induktionsschmelzöfen, mit einer am Ofenfutter angeordneten ersten Elektrode und einer am Boden des Tiegels vorgesehenen zweiten Elektrode, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Elektrode über einen Strom­ leiter an den einen Pol eines Ohmmeters angeschlossenen ist, wobei der andere Pol des Ohmmeters mit dem einen Anschluß einer Wechselspannungsquelle verbunden ist deren anderer Anschluß mit der ersten Elektrode in Verbindung steht.

2. Vorwarneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stromquelle einen wechselfrequenten und modulierten Strom liefert.

3. Vorwarneinrichtung nach den Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erforderliche Wechselstrom entweder aus einer separaten Stromquelle oder aus der Energieversorgung des Tiegelofens ausgekoppelt wird.

4. Vorwarneinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erforderliche Wechselstrom aus einer mehrfrequenten Energiequelle bezogen wird.

5. Vorwarneinrichtung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pol des zur Auswertung notwendigen Elektrodennetzwerkes ganz oder teilweise in der Ofenauskleidung oder im Dauerfutter plaziert ist.

6. Vorwarneinrichtung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pol des Elektrodensystems einen leitfähigen Kontakt mit der Schmelze oder der metallisierten Tiegelauskleidung be­ sitzt.

7. Vorwarneinrichtung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pol des Elektrodensystems aus einem oder mehreren Segmenten besteht, von denen mindestens eines in der Tiegelzustellung plaziert ist.