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EP1055354B1 - Verfahren und induktionsofen zum schmelzen von kleinstückigem metall- und/oder metallhaltigem schüttgut - Google Patents

Verfahren und induktionsofen zum schmelzen von kleinstückigem metall- und/oder metallhaltigem schüttgut Download PDF

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Publication number
EP1055354B1
EP1055354B1 EP99908749A EP99908749A EP1055354B1 EP 1055354 B1 EP1055354 B1 EP 1055354B1 EP 99908749 A EP99908749 A EP 99908749A EP 99908749 A EP99908749 A EP 99908749A EP 1055354 B1 EP1055354 B1 EP 1055354B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
melt
siphon
furnace
metal
crucible
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99908749A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1055354A1 (de
Inventor
Hans Bebber
Juan FÄHNRICH
Günter PHILLIPPS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Induga Industrieofen und Giesserei-Anlagen & Co KG GmbH
Original Assignee
Induga Industrieofen und Giesserei-Anlagen & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Induga Industrieofen und Giesserei-Anlagen & Co KG GmbH filed Critical Induga Industrieofen und Giesserei-Anlagen & Co KG GmbH
Publication of EP1055354A1 publication Critical patent/EP1055354A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1055354B1 publication Critical patent/EP1055354B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • H05B6/34—Arrangements for circulation of melts
    • 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
    • H05B2213/00—Aspects relating both to resistive heating and to induction heating, covered by H05B3/00 and H05B6/00
    • H05B2213/02—Stirring of melted material in melting furnaces

Definitions

  • the invention relates to a method and an induction furnace for melting small pieces of metal and metal containing Bulk material, in particular in the form of chips made of iron, copper, Copper alloys and / or aluminum and its alloys by means of inductive heating.
  • induction crucible furnace used consists of a refractory crucible, around which a water-cooled copper coil is arranged.
  • This coil is powered by an alternating current flows through, so in the crucible insert an electromagnetic Alternating field induces the use for melting brings.
  • the resulting alternating field causes an intense Melting movement, which is the stirring in of the given from above Promotes pieces of metal. Because the abandoned Often oil-containing metal chips are quickly stirred into the melt metal losses of all kinds can be minimized and the Prevent formation of toxic hydrocarbons.
  • the currents in the magnetic coil and in the melting material generate together forces with the magnetic field in the direction of the cylinder axis, which creates a convex weld pool surface.
  • a ring around the surface of the molten bath settles on the inside of the furnace Scabies, the width of the scabies ring so much is less, the more violent the bath movement.
  • the crucible furnace described has the following due to the process Disadvantage:
  • the thermal efficiency of the crucible furnace is relative low, which is why there is a high specific energy consumption results. Furthermore, the crucible furnace can only be operated intermittently be worked. Is the maximum filling level of the Reached the crucible furnace, the melt must be poured before continue melting metal pieces can be. This creates non-productive times that affect system availability limit significantly.
  • DE-A-21 28 742 describes one device in one Melting or mixing furnace to make it easier to load it, the furnace being a main room for melting, alloying or Keeping warm a quantity of material introduced into the furnace.
  • the lower part of the furnace is at least an upward loading channel in connection, which is located outside the furnace and which is on its upper section of a crucible coil for stirring the closed material is provided.
  • At its bottom is the Oven with a heater in the form of an induction coil provided with a magnetic core, which is from a channel for the surrounded by molten metal.
  • the stove also has one siphon-like outlet opening through which molten metal by dumping the furnace around a horizontal shaft can.
  • the feed channel mentioned consists of a tubular assembly releasably attached to the furnace.
  • the main room of the furnace is closed by a cover in which an opening is provided above this main room the melt with a pressure source with controlled Pressure to connect.
  • a pressure source with controlled Pressure to connect.
  • US 4,571,258 shows and describes an oven container, in whose melting chamber via a loading device on the Molten metal surface, namely aluminum, can be abandoned.
  • the melting chamber is in the upper area surrounded with an induction coil and in the lower area as Channel induction furnace designed. Using one at the top the conveyor grate arranged there can be over a The melt flowing out into a separate melt from the furnace Be transferred to the heating vessel.
  • the melting channel in the area of which no stirring work was carried out must be, can be so in terms of their thermal Make optimal use of efficiency. Overall, the inventive method a significant energy savings of achieve approx. 20%. Furthermore, a constant melt pool surface level are generated, causing the Slag zone is always in the same furnace wall area, so that an overgrowth of the furnace inner wall as with the crucible furnace or so that necessary cleaning work can be avoided.
  • the melting process can be carried out continuously at a stabilized Litigation will be carried out.
  • the method according to the invention creates the Possibility of more than 50%, preferably 60 to 70%, of total electrical supplied to produce the melt Heating output of the melting channel and the rest via the crucible coil supply, with which the higher thermal efficiency Energy transfer into the gutter is used.
  • the siphon can be heated if necessary.
  • the melt in the siphon is preferably at an acute angle to the vertical or vertically according to the principle of communicating Tubes discharged through an outlet of the siphon.
  • the siphon opening arranged with respect to the channel inductor so that Heating and stirring movement into the siphon opening flowing melt reaches into it.
  • the above measures allow the heat generated in the furnace area over the Melt is transported into the siphon, so that in corresponding Dimensions a siphon heater can be omitted.
  • the furnace level will have the melt pool level in it Adjust the height level at which the siphon outlet opening located. To the extent that metallic piece goods melted down melt flows through the siphon outlet, for example in a casting plant. With such a continuous The procedure is also not to clean the inside of the furnace required so that related furnace downtimes omitted.
  • the one defined by the furnace container Melt pool diameter chosen so large that by the stirring movement generated convex dross-free melt surface in the Diameter is greater than twice the width of the edge of the furnace adjacent scraper ring.
  • the diameter of the so-called "Bald" in relation to the width of the scraper ring can be determined by Frequency of the alternating field and the power influence which is fed to the crucible coil. Low frequencies in The range of the network frequency has an advantageous effect here. since they promote the stirring effect. To avoid metal erosion the abandoned metallic bulk material is exclusively on the convex dross-free melt pool surface, in particular fed via a funnel.
  • the task described in the introduction is achieved by the Induction furnace solved according to claim 6.
  • the oven is under training a single melting chamber in the upper area as Induction crucible furnace and in the lower area as an induction channel furnace educated.
  • the induction furnace has one Siphon below the crucible coil of the induction crucible furnace part empties.
  • the siphon outlet is vertical or acute to the vertical and has an outflow opening, which is preferably arranged above the crucible coil.
  • the Ratio of the induction coil height (stirring coil height) to the coil diameter chosen about 1: 2, positive and negative Deviations of 20% are permitted.
  • the gutter of the gutter furnace part is perpendicular to Siphon and the channel inductor arranged horizontally.
  • the channel inductor or Channel conceivable, for example around the flow movement of the melt in the direction to support the siphon outlet.
  • 90 ° be arranged rotated relative to the siphon.
  • the induction furnace according to the invention has only one Melting chamber 10, the upper area of which is water-cooled Crucible coil 11 is surrounded.
  • the oven itself has one Fireproof lining known in principle according to the prior art 12.
  • In the lower area of the furnace is a channel 13 formed, which is heated by means of the channel inductor 14.
  • This channel inductor 14 consists of magnetic sinks 15 over a Iron core 16.
  • This structure results in an upper one Area 17, which corresponds to an induction crucible furnace, and a lower region 18, which corresponds to an induction channel furnace.
  • Below the crucible coil 11 but above the Channel 13 of the induction furnace has an outlet, namely the opening 19 of a siphon 20 opening into the furnace container Longitudinal axis is inclined at an acute angle to the vertical.
  • the Siphon overflow opening 21 is located above the crucible coil 11. From there, the melt flowing away enters one Casting container 22 or the like.
  • the power supply lines for the crucible coil 11 and the channel inductor 14 is 23 designated.
  • the via a funnel 24 or other pouring device abandoned metal chips reach the so-called bald head 25, this is the dross-free convex melt pool surface around which around is the so-called scraper ring 26.
  • the metal chips task is directed in such a way that metal chips on the Bald 25 fall.
  • the melt is in a stirring movement by which the on the bald 25th any chips or pieces of metal lying on top and carried into the Melt are drawn.
  • the melting of the small pieces Metal particles essentially happen in the melt, which can prevent metal erosion.
  • melt column in the siphon 20 corresponding to the Melt bath surface 25.
  • induction furnace as shown "Filled”
  • metal chips generated melt inflow related to a drain Quantities over the overflow 21 The control of the process is designed so that the heating power is large enough to the imported Melt metal chips completely.
  • processable Chips consist in particular of iron, copper, aluminum and their alloys.
  • the method according to the invention is also applicable to metal-containing bulk goods that are used for recycling of residues such as ashes, filter dust etc. occur.
  • the induction furnace had an output of 2 MW, with 1100 kW via the gutter and 900 kW have been delivered via the crucible coil 11.
  • the furnace dimensions could melt 8 t / h brass chips become.
  • the energy savings achieved compared a crucible furnace was about 20%.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Induktionsofen zum kontinuierlichen Schmelzen von kleinstückigem Metall- und/oder metallhaltigem Schüttgut, wobei auf die in einem Ofenbehälter erzeugte Schmelze das Metallschüttgut von oben zugeführt wird und die Schmelze im oberen Bereich durch ein mittels einer ersten um den Ofenbehälter angeordneten Magnetspule (Tiegelspule 11) erzeugtes Wechselfeld einer Rührbewegung ausgesetzt wird und der Schmelze gleichzeitig im unteren Bereich in einer Schmelzrinne (13) um den Eisenkern (16) eines Niederfrequenztransformators als kurzgeschlossene Sekundärwicklung Wärme zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Induktionsofen zum Schmelzen von kleinstückigem Metall- und metallhaltigem Schüttgut, insbesondere in Form von Spänen aus Eisen, Kupfer, Kupferlegierungen und/oder Aluminium und dessen Legierungen mittels induktiver Erwärmung.
Zum Schmelzen von kleinstückigem Metall- und/oder metallhaltigem Schüttgut, insbesondere von Spänen, wie sie bei der Metall-Zerspanung anfallen, sind nach dem Stand der Technik zwei unterschiedliche Induktionsofen-Typen bekannt. Beide Ofentypen basieren auf der Ausnutzung der magnetischen Induktion.
Der vorwiegend zum Einschmelzen von Metallspänen, insbesondere Messingspänen, eingesetzte Induktionstiegelofen besteht aus einem feuerfesten Tiegel, um den eine wassergekühlte Kupferspule angeordnet ist. Wird diese Spule von einem Wechselstrom durchflossen, so wird in dem Tiegeleinsatz ein elektromagnetisches Wechselfeld induziert, das den Einsatz zum Schmelzen bringt. Das hierbei entstehende Wechselfeld bewirkt eine intensive Schmelzebewegung, welche das Einrühren der von oben aufgegebenen Metallstücke fördert. Dadurch, daß die aufgegebenen, oft ölhaltigen Metallspäne rasch in die Schmelze eingerührt werden, lassen sich Metallverluste jeder Art minimieren und die Bildung von toxischen Kohlenwasserstoffen verhindern.
Die Ströme in der Magnetspule und im Schmelzgut erzeugen zusammen mit dem Magnetfeld Kräfte in Richtung auf die Zylinderachse, wodurch sich eine konvexe Schmelzbadoberfläche ausbildet. Ringförmig um die Schmelzbadoberfläche setzt sich am Ofeninnenmantel Krätze ab, wobei die Breite des Krätze-Ringes um so geringer ist, je heftiger die Badbewegung ist.
Der geschilderte Tiegelofen hat verfahrensbedingt folgende Nachteile:
Zunächst ist der thermische Wirkungsgrad des Tiegelofens relativ gering, weshalb sich ein hoher spezifischer Energieverbrauch ergibt. Des weiteren kann mit dem Tiegelofen nur diskontinuierlich gearbeitet werden. Ist der maximale Füllgrad des Tiegelofens erreicht, muß die Schmelze vergossen werden, bevor mit dem weiteren Einschmelzen von Metallstücken fortgefahren werden kann. Hierdurch entstehen Nebenzeiten, die die Anlagenverfügbarkeit erheblich einschränken.
Durch Ablagerungen an der Tiegelwand ergibt sich ein hoher Reinigungsaufwand. Schließlich führen Schlackenanhaftungen an der Tiegelwand zu nicht unerheblichen Leistungsverlusten.
Eine Alternative bietet der sogenannte Rinnenofen, bei dem sich das Schmelzgut in einer geschlossenen Rinne um den Eisenkern eines Niederfrequenztransformators befindet. Die Schmelze bildet die kurzgeschlossene Sekundärwicklung, wobei die Heizwirkung durch den hohen, in der Schmelzrinne fließenden Strom entsteht. Allerdings fehlt bei der Rinnenofen-Ausführung die Badbewegung, wodurch die Gefahr des Metallabbrandes erhöht ist, soweit die auf dem flüssigen Bad liegenden Metallstücke der oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt sind. Bedingt kann dem Metallabbrand durch Einsatz von Stampfern oder Rührwerken entgegengewirkt werden, die jedoch den technischen Aufwand erhöhen. Obwohl der thermische Wirkungsgrad des Rinnenofens groß ist, können nur kleine Schmelzleistungen erzielt werden, da das mechanische Einrühren zeitintensiv ist. Im Regelfall werden nur 30 % Metallspan-Anteile zum stückigen Schrott zugesetzt, um befriedigende Schmelzleistungen zu erzielen. Ebenso wie der Tiegelofen arbeitet der Rinnenofen nur diskontinuierlich. Außerdem ist auch er mit dem Nachteil hoher Nebenzeiten behaftet.
Die DE-A-21 28 742 beschreibt eine Vorrichtung in einem Schmelz- oder Mischofen zum Erleichtern vor dessen Beschickung, wobei der Ofen einen Hauptraum zum Schmelzen, Legieren oder Warmhalten einer in den Ofen eingebrachten Materialmenge aufweist. Der Ofen steht an seinem unteren Abschnitt mit wenigstens einem nach oben gerichteten Beschickungskanal in Verbindung, der außerhalb des Ofens angeordnet ist und der an seinem oberen Abschnitt von einer Tiegelspule zum Aufrühren des geschlossenen Materiales versehen ist. An seinem Boden ist der Ofen mit einer Heizvorrichtung in Form einer Induktionsspule mit einem Magnetkern versehen, die von einem Kanal für das geschmolzene Metall umgeben ist. Außerdem besitzt der Ofen eine siphonartige Auslaßöffnung, durch die geschmolzenes Metall durch Kippen des Ofens um eine horizontale Welle abgegeben werden kann. Der genannte Beschickungskanal besteht aus einer rohrförmigen Anordnung, die an dem Ofen lösbar angebracht ist. Der Hauptraum des Ofens ist durch eine Abdeckung verschlossen in der eine Öffnung vorgesehen ist, um diesen Hauptraum oberhalb der Schmelze mit einer Druckquelle mit kontrolliertem Druck verbinden zu können. Durch Regulierung des Druckes oberhalb der Schmelze in dem Hauptraum des Ofens soll der Spiegel in dem Beschickungskanal des Ofens angehoben oder abgesenkt werden. Durch Anheben des Spiegels im Beschickungskanal wird ermöglicht, daß dort Schlacke abgenommen werden kann, die sich im oberen Teil des Beschickungskanales angesammelt hat. Erhöht man den Druck in dem Raum oberhalb der Schmelze, wird somit gleichermaßen der Schmelzespiegel sowohl in der Auslaßöffnung als auch in dem Beschickungskanal angehoben.
Die US 4 571 258 zeigt und beschreibt einen Ofenbehälter, in dessen Schmelzraum über eine Beschickungsvorrichtung auf die Schmelzbadoberfläche metallisches Schüttgut, nämlich Aluminium, aufgegeben werden kann. Der Schmelzraum ist im oberen Bereich mit einer Induktionsspule umgeben und im unteren Bereich als Rinneninduktionsofen ausgebildet. Mittels eines am oberen Rand des Ofengefäßes angeordneten Förderrost kann dort über einen Auslauf fließende Schmelze in ein getrennt vom Ofen angeordnetes Heizgefäß überführt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren und den Induktionsofen der eingangs genannten Art zu verbessern, indem die vorgenannten Nachteile beseitigt werden. Insbesondere soll ein kontinuierliches effizientes Einschmelzen von stückigem Metall-Schüttgut und ein hierzu geeigneter Induktionsofen geschaffen werden, der wartungsarm arbeitet.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Hierbei wird auf die in einem Ofenbehälter erzeugte Schmelze das Metall-Schüttgut von oben zugeführt und die Schmelze im oberen Bereich der Schmelzkammer durch ein mittels einer ersten um den Ofenbehälter angeordneten Tiegelspule erzeugtes Wechselfeld einer Rührbewegung ausgesetzt, wobei der Schmelze gleichzeitig im unteren Bereich des Ofenbehälters in einer Schmelzrinne um den Eisenkern eines Niederfrequenztransformators als kurzgeschlossene Sekundärwicklung Wärme zugeführt wird. Ferner wird die Schmelze über einen Siphon mit einer unterhalb der Tiegelspule liegenden, in den Ofenbehälter mündenden Öffnung kontinuierlich abgeführt, vorzugsweise in dem Maß, wie Metallstückgut der Schmelze zugeführt wird. Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, daß mittels einer stromdurchflossenen Tiegelspule in Abhängigkeit der Frequenz der aufgegebenen Wechselspannung eine starke Rührbewegung zur Vermeidung eines Metallbrandes und zur Minimierung der Krätzemenge erzeugt wird. Die Schmelzrinne, in deren Bereich keine Rührarbeit mehr geleistet werden muß, läßt sich so hinsichtlich ihres thermischen Wirkungsgrades optimal ausnutzen. Insgesamt läßt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren eine deutliche Energieersparnis von ca. 20 % erzielen. Weiterhin kann ein konstantes Schmelzbadoberflächeniveau erzeugt werden, wodurch bewirkt wird, daß die Schlackezone stets im gleichen Ofenwandbereich liegt, so daß ein Zuwachsen der Ofeninnenwand wie beim Tiegelofen bzw. die damit erforderlichen Reinigungsarbeiten vermieden werden können. Der Einschmelzprozeß kann kontinuierlich bei einer stabilisierten Prozeßführung vorgenommen werden.
Vorteilhafterweise entstehen keine Nebenzeiten wie bei nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren für Temperaturmessungen und -einstellungen, das Abschlacken, Entleeren und Reinigen aufzuwenden sind. Hierdurch ergibt sich erfindungsgemäß eine Produktionserhöhung in der Größenordnung von ca. 30 % sowie eine Betriebskostensenkung von ca. 10 %. Die Anlagenverfügbarkeit für die Produktion wird erheblich verbessert.
Wie bereits erwähnt, schafft das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, mehr als 50 %, vorzugsweise 60 bis 70 %, der gesamten zur Erzeugung der Schmelze zugeführten elektrischen Heizleistung der Schmelzrinne und den Rest über die Tiegelspule zuzuführen, womit der höhere thermische Wirkungsgrad durch Energieübertragung in die Rinne ausgenutzt wird.
Je nach Ausbildung des Siphons kann dieser ggf. beheizt werden.
Vorzugsweise wird die Schmelze im Siphon spitzwinklig zur Senkrechten oder senkrecht nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren über einen Auslauf des Siphons abgeführt. Hierbei wird nach einer Weiterbildung des Verfahrens die Siphonmündungsöffnung in bezug auf den Rinneninduktor so angeordnet, daß dessen Heiz- und Rührbewegung bis in die in die Siphonmündungsöffnung fließende Schmelze hineinreicht. Die vorgenannten Maßnahmen erlauben es, daß die im Ofenbereich erzeugte Wärme über die Schmelze in den Siphon transportiert wird, so daß in entsprechendem Maße eine Siphon-Heizung unterbleiben kann. In dem verwendeten Ofengefäß wird sich der Schmelzbadspiegel in demselben Höhenniveau einstellen, in dem sich die Siphonauslaßöffnung befindet. In dem Maße, in dem metallisches Stückgut eingeschmolzen wird, fließt auch Schmelze über die Siphonauslaßöffnung, etwa in eine Gießanlage, ab. Bei einer solchen kontinuierlichen Verfahrensführung ist auch kein Reinigen der Ofen-Innenwand erforderlich, so daß diesbezügliche Ofenstillstandszeiten entfallen.
Vorzugsweise wird der durch den Ofenbehälter definierte Schmelzbaddurchmesser so groß gewählt, daß die durch die Rührbewegung erzeugte konvexe krätzefreie Schmelzbadoberfläche im Durchmesser größer ist als die doppelte Breite des am Ofenrand anliegenden Krätzeringes. Der Durchmesser der sogenannten "Glatze" im Verhältnis zur Krätzeringbreite läßt sich über die Frequenz des Wechselfeldes und die Leistung beeinflussen, welche der Tiegelspule zugeführt wird. Niedrige Frequenzen im Bereich der Netzfrequenz wirken sich hierbei vorteilhaft aus, da sie die Rührwirkung fördern. Zur Vermeidung von Metallabbrand wird das aufgegebene metallische Schüttgut ausschließlich auf die konvexe krätzefreie Schmelzbadoberfläche, insbesondere über einen Trichter zugeführt.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung werden die Tiegelspule mit einem Wechselstrom einer Frequenz von 50 bis 250 Hz, vorzugsweise 50 bis 120 Hz, und der Rinneninduktor mit einem Wechselstrom einer Frequenz von 50 bis 60 Hz gespeist.
Apparativ wird die eingangs beschriebene Aufgabe durch den Induktionsofen nach Anspruch 6 gelöst. Der Ofen ist unter Ausbildung einer einzigen Schmelzkammer im oberen Bereich als Induktionstiegelofen und im unteren Bereich als Induktionsrinnenofen ausgebildet. Ferner besitzt der Induktionsofen einen Siphon, der unterhalb der Tiegelspule des Induktions-Tiegelofenteiles mündet. Der Siphonausfluß verläuft vertikal oder spitzwinklig zur Vertikalen und besitzt eine Ausflußöffnung, die vorzugsweise oberhalb der Tiegelspule angeordnet ist. Durch diese Maßnahme werden lange Fließwege vermieden, welche die flüssige Schmelze ansonsten vom Ofen zum Ausfluß zurückzulegen hätte. Darüber hinaus läßt sich durch diese Anordnung die Wärmekonvektion und der Wärmetransport über die im Ofen befindliche Schmelze ausnutzen.
Weitere vorzugsweise Ausbildungen des Induktionsofens sind in den Ansprüchen 7 bis 10 beschrieben.
Ggf. ist der Siphon wärmeisoliert und/oder mittels einer Induktions- oder Widerstandsheizung erwärmbar. Bevorzugt beträgt der Siphonausflußdurchmesser mindestens 150 mm.
In einer weiteren Ausführungsform des Induktionsofens wird das Verhältnis der Induktionsspulenhöhe (Rührspulenhöhe) zum Spulendurchmesser etwa 1 : 2 gewählt, wobei positive wie negative Abweichungen um 20 % zulässig sind.
In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Induktionsofens ist die Rinne des Rinnenofenteiles senkrecht zum Siphon und der Rinneninduktor waagerecht angeordnet. Es sind jedoch auch Schräganordnungen des Rinneninduktors bzw. der Rinne denkbar, etwa um die Flußbewegung der Schmelze in Richtung des Siphon-Ausganges zu unterstützen. Selbstverständlich kann im Sinne der vorliegenden Erfindung die Rinne auch um 90° relativ zum Siphon gedreht angeordnet werden.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Induktionsofens ist in der Zeichnung dargestellt, die Querschnittsansicht dieses Induktionsofens zeigt.
Der Erfindungsgemäße Induktionsofen besitzt eine einzige Schmelzkammer 10, deren oberer Bereich von einer wassergekühlten Tiegelspule 11 umgeben ist. Der Ofen selbst besitzt eine nach dem Stand der Technik im Prinzip bekannte feuerfeste Auskleidung 12. Im unteren Bereich des Ofens ist eine Rinne 13 ausgebildet, die mittels des Rinneninduktors 14 beheizbar ist. Dieser Rinneninduktor 14 besteht aus Magnetspülen 15 über einem Eisenkern 16. Durch diesen Aufbau ergibt sich ein oberer Bereich 17, der einem Induktionstiegelofen entspricht, sowie ein unterer Bereich 18, der einem Induktions-Rinnenofen entspricht. Unterhalb der Tiegelspule 11 aber oberhalb der Rinne 13 besitzt der Induktionsofen einen Auslaß, nämlich die in den Ofenbehälter mündende Öffnung 19 eines Siphons 20, dessen Längsachse spitzwinklig zur Vertikalen geneigt ist. Die Siphonüberlauföffnung 21 befindet sich oberhalb der Tiegelspule 11. Von dort aus gelangt abfließende Schmelze in einen Gießbehälter 22 oder ähnliches. Die Stromversorgungsleitungen für die Tiegelspule 11 sowie den Rinneninduktor 14 ist mit 23 bezeichnet. Der erfindungsgemäße Induktionsofen bzw. das erfindungsgemäße Verfahren arbeiten folgendermaßen:
Die über einen Trichter 24 oder eine sonstige Schüttvorrichtung aufgegebenen Metallspäne gelangen auf die sogenannte Glatze 25, das ist die krätzefreie konvexe Schmelzbadoberfläche, um die herum der sogenannte Krätzering 26 ist. Die Metallspäneaufgabe ist derart gerichtet, daß Metallspäne ausnahmslos auf die Glatze 25 fallen. Durch die Tiegelspule, die mit einer Frequenz zwischen 50 Hz bis 120 Hz gespeist wird, wird die Schmelze in eine Rührbewegung versetzt, durch welche die auf der Glatze 25 aufliegenden Späne oder Metallstückchen mitgerissen und in die Schmelze gezogen werden. Das Aufschmelzen der kleinstückigen Metallteilchen geschieht somit im wesentlichen in der Schmelze, wodurch ein Metallabbrand verhindert werden kann. Vorzugsweise wird über die Tiegelspule 11 nur etwa ein Drittel der dem gesamten Induktionsofen zugeführten Heizleistung zugeführt, zwei Drittel dieser Heizleistung werden über den Rinneninduktor 14 abgegeben. Nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren bildet sich im Siphon 20 eine Schmelzesäule entsprechend der Schmelzbadoberfläche 25 aus. Ist der Induktionsofen, wie dargestellt, "gefüllt", führt jeder weitere durch Metallspänezugabe erzeugte Schmelzenzufluß zu einem Abfließen betreffender Mengen über den Überlauf 21. Die Steuerung des Verfahrens ist so angelegt, daß die Heizleistung groß genug ist, um die eingeführten Metallspäne vollständig aufzuschmelzen. Verarbeitbare Späne bestehen insbesondere aus Eisen, Kupfer, Aluminium und deren Legierungen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch auf metallhaltige Schüttgüter anwendbar, die beim Recycling von Reststoffen wie Aschen, Filterstäube etc. auftreten.
In einem konkreten Ausführungsbeispiel besaß der Induktionsofen eine Leistung von 2 MW, wobei 1100 kW über die Rinne und 900 kW über die Tiegelspule 11 abgegeben worden sind. Durch entsprechende Ofendimensionierung konnten 8 t/h Messingspäne eingeschmolzen werden. Die erzielte Energieeinsparung gegenüber einem Tiegelofen betrug etwa 20 %.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Schmelzen von kleinstückigem Metallund/oder metallhaltigem Schüttgut, insbesondere Spänen aus Eisen, Kupfer und/oder Aluminium, und/oder deren Legierungen mittels induktiver Erwärmung, bei dem auf die in einem Ofenbehälter mit einer einzigen topfartigen Schmelzkammer (10) erzeugte Schmelze das Metall-Schüttgut von oben zugeführt wird und die Schmelze im oberen Bereich der Schmelzkammer (10) durch ein mittels einer ersten um den Ofenbehälter angeordneten Tiegelspule (11) erzeugtes Wechselfeld einer Rührbewegung ausgesetzt wird, wobei der Schmelze gleichzeitig im unteren Bereich des Ofenbehälters in einer Schmelzrinne (13) um den Eisenkern (16) eines Niederfrequenz-Transformators als kurzgeschlossene Sekundärwicklung Wärme zugeführt wird, und die Schmelze über einen mit einer unterhalb der Tiegelspule (11) liegenden, in die Schmelzkammer (10) mündenden Öffnung (19) und einer Siphonüberlauföffnung (21) ausgestatteten Siphon (20), in dem sich nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren eine der Schmelzbadoberfläche (25) entsprechende Schmelzesäule ausbildet, kontinuierlich in dem Maß abgeführt wird wie Metallstückgut der Schmelze zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als 50 %, vorzugsweise 60 bis 70 %, der gesamten zur Erzeugung der Schmelze zugeführten elektrischen Heizleistung der Schmelzrinne (13) und der Rest über die Tiegelspule (11) zugeführt werden und/oder daß der Siphon (20) beheizt wird, vorzugsweise mittels einer Induktions- oder Widerstandsheizung.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze im Siphon (20) spitzwinklig zur Senkrechten oder senkrecht nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren über einen Auslauf (21) des Siphons (20) kontinuierlich abgeführt wird, wobei vorzugsweise die Siphonmündungsöffnung (19) in bezug auf die Tiegelspule (11) so angeordnet ist, daß die Rührbewegung bis in die Siphonmündungsöffnung (19) fließende Schmelze hineinreicht.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Ofenbehälter definierte Schmelzbaddurchmesser (d) so groß gewählt wird, daß die durch die Rührbewegung erzeugte konvexe (krätzefreie) Schmelzbadoberfläche (25) im Durchmesser größer als die zweifache Breite des am Ofenrand anliegenden Ringes der Krätze (26) ist, wobei vorzugsweise das Metall-Schüttgut ausschließlich auf die konvexe krätzefreie Schmelzbadoberfläche (25) aufgegeben wird, weiterhin vorzugsweise zentrisch über einen Schüttgut-Trichter.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiegelspule (11) mit einem Wechselstrom einer Frequenz von 50 bis 250 Hz, vorzugsweise 50 bis 120 Hz, und der Rinneninduktor (14) mit einem Wechselstrom einer Frequenz von 50 bis 60 Hz gespeist werden.
  6. Induktionsofen zum kontinuierlichen Schmelzen von klein stückigem Metall- und/oder metallhaltigem Schüttgut, insbesondere in Form von Spänen aus Eisen, Kupfer und/oder Aluminium und deren Legierungen, der unter Ausbildung einer einzigen topfartigen Schmelzkammer (10), oberhalb der eine Schüttgutaufgabe angeordnet ist, durch Anordnung einer Tiegelspule (11) um deren oberen Bereich (17) als Induktionstiegelofen und der im unteren Bereich (18) der Schmelzkammer (10) als Induktionsrinnenofen ausgebildet ist und beim dem in die Schmelzkammer (10) unterhalb der Tiegelspule (11) die Öffnung (19) eines Siphons (20) mündet, dessen Längsachse spitzwinklig zur Vertikalen oder vertikal angeordnet ist, der eine Siphonüberlauföffung (21) besitzt und in dem nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren eine der Schmelzbadoberfläche (25) entsprechende Schmelzsäule ausbildbar ist, so daß die Schmelze kontinuierlich in dem Maß abgeführt wird wie Metallstückgut der Schmelze zugeführt wird.
  7. Induktionsofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Siphonüberlauföffnung (21) oberhalb der Tiegelspule (11) angeordnet ist und/oder daß der Siphonausfluß vertikal oder spitzwinklig zur Vertikalen verläuft.
  8. Induktionsofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Siphon (20) wärmeisoliert ist und/oder mittels einer Induktions- oder Widerstandsheizung erwärmbar ist und/oder daß der Siphonausflußdurchmesser mindestens 150 mm beträgt.
  9. Induktionsofen nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Rührspulenhöhe zum Rührspulendurchmesser 1 : 2 (± 20 %) beträgt und/oder daß die Rinne (13) des unteren Bereiches (18) senkrecht zum Siphon (20) angeordnet ist.
  10. Induktionsofen nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rinneninduktor (14) waagerecht oder schräg zur Siphonachse angeordnet ist oder daß der Rinneninduktor (14) um 90° zur Senkrechten verdreht angeordnet ist.
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