Induktives Schmelzen und Warmhalten: Grundlagen, Anlagenaufbau, Verfahrenstechnik
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Essen
Vulkan-Verl.
2009
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Titel: Induktives Schmelzen und Warmhalten
Autor: Dötsch, Erwin
Jahr: 2009
INHALT
VORWORT V
GELEITWORT VI
1. EINLEITUNG 1
2. GRUNDLAGEN 3
2.1 Induktive Energieübertragung 3
2.2 Bauformen von Induktionsöfen 4
2.3 Induktions-Tiegelofen 5
2.3.1 Elektrischer Wirkungsgrad 5
2.3.2 Feldverlauf 7
2.3.3 Badbewegung 8
2.3.3.1 Badüberhöhung 8
2.3.3.2 Badströmung 9
2.4 Induktions-Rinnenofen 11
2.4.1 Wirkungsgrad 11
2.4.2 Elektromagnetisches Feld und Schmelze¬
strömung 12
3. AUFBAU DER TIEGELOFENANLAGE 15
3.1 Ofenkörper 16
3.1.1 Feuerfestauskleidung 16
3.1.1.1 Quarzitische Trockenmassen 17
3.1.1.2 Spinellbildende Trockenmassen 20
3.1.1.3 Zustelltechnik 21
3.1.2 Spule und Blechpakete 24
3.1.3 Kippgestell und Ofendeckel 26
3.2 Stromversorgng 28
3.2.1 Netz- und Mittelfrequenzanschluss 29
3.2.2 Parallel- und Serien-Schwingkreisumrichter 31
3.2.3 Netzrückwirkungen 32
3.2.4 Optimierung der Leistungsnutzung durch
Tandemanordnung 34
3.2.5 Frequenzumschaltung 35
3.2.6 Magnetische Streufelder 36
3.3 Peripherie 38
3.3.1 Rückkühleinrichtungen 38
3.3.1.1 Ofenkühlkreis 38
3.3.1.2 Elektrikkühlkreis 40
3.3.1.3 Frostsicherheit und Wasserqualität 41
3.3.1.4 Abwärmenutzung 42
3.3.2 Chargiereinrichtungen 43
3.3.3 Abschlackeinrichtungen 46
3.3.4 Leitsysteme für die Prozesssteuerung 48
3.4 Gesamtanlage 50
4. AUFBAU DES INDUKTIONSRINNENOFENS 55
4.1 Ofenkessel 55
4.1.1 Bauformen zum Warmhalten 55
4.1.2 Bauformen zum dosierten Gießen 58
4.1.3 Bauformen zum Schmelzen 61
4.1.4 Feuerfestauskleidung 62
4.2 Induktoren 63
4.2.1 Bauformen 64
4.2.2 Feuerfestzustellung 67
4.3 Stromversorgung 68
4.3.1 Netzfrequenz-Einspeisung 68
4.3.2 Umrichter-Stromversorgung 69
4.4 Kühleinrichtungen 60
5. ELEKTROMAGNETISCHE RÜHRER UND PUMPEN 71
6. OFENAUSLEGUNG UND ENERGIEAUFWAND 73
6.1 Kenndaten für das Schmelzen im Tiegelofen 73
6.1.1 Ofenleistung 73
6.1.1.1 Spezifische Enthalpie 73
6.1.1.2 Elektrische Verluste 76
6.1.1.3 Thermische Verluste 77
6.1.1.4 Ofenwirkungsgrad 78
6.1.1.5 Auslegung der Ofenleistung 78
6.1.2 Leistungsdichte und Ofengrenzleistung 79
6.1.3 Frequenz des Spulenstroms 81
6.1.4 Energiebedarf 82
6.1.5 Strompreisgestaltung und Lastmanagement 84
6.2 Kenndaten für den Rinnenofen 86
6.2.1 Schmelzen von NE-Metallen 86
6.2.2 Warmhalten und Überhitzen von Eisenschmelzen . 87
7. SCHMELZMETALLURGIE VON EISEN- UND
NICHTEISEN-WERKSTOFFEN 89
7.1 Gusseisen 89
7.1.1 Eisen-Kohlenstoff-Diagramm 89
7.1.2 Eisenguss-Sorten 92
7.1.3 Sauerstoffhaushalt der Schmelze und C/Si-
Isothermen 96
7.1.4 Impfung und Keimbildung 100
7.1.5 Magnesiumbehandlung 103
7.1.5.1 Überschütt-und Sandwichverfahren 105
7.1.5.2 Cover-Tundish-Verfahren 105
7.1.5.3 GF-Konverter-Verfahren 106
7.1.5.4 Drahteinspul-Verfahren 108
7.1.5.5 Inmold-Verfahren 108
7.1.5.6 Weitere Mg-Behandlungsverfahren 108
7.1.6 Entschwefelung 109
7.1.7 Schmelzekontrolle 110
7.1.7.1 Gießkeilprobe 110
7.1.7.2 Thermische Analyse 110
7.2 Stahlguss 112
7.3 Aluminium 114
7.3.1 Primär und Sekundäraluminium 114
7.3.2 Guss-und Knetlegierungen 116
7.3.3 Qualität der Aluminiumschmelze 119
7.3.4 Schmelzebehandlung 121
7.4 Kupferwerkstoffe 122
7.4.1 Kupfergewinnung 123
7.4.2 Kupfersorten und -legierungen 123
7.4.3 Oxidierendes und reduzierendes Schmelzen 125
8. BETRIEB VON INDUKTIONSANLAGEN IN
EISENGIESSEREIEN 129
8.1 Schmelzen im Induktionstiegelofen 130
8.1.1 Verfahrenstechnische Merkmale 130
8.1.2 Induktionsofen gegenüber Kupolofen 131
8.1.3 Netzfrequenz (NF)- oder Mittelfrequenz (MF)-
Tiegelofen 133
8.1.4 Einsatzstoffe 135
8.1.4.1 Stahlschrott 135
8.1.4.2 Roheisen 137
8.1.4.3 Kreislaufmaterial 138
8.1.4.4 Gussbruch 138
8.1.4.5 Späne 138
8.1.4.6 Zuschlagstoffe 139
8.1.5 Herstellen der Schmelze 139
8.1.5.1 Gattierung und Beschickung 139
8.1.5.2 Einstellen der Sollzusammensetzung der
Schmelze 141
8.1.5.3 Heizen auf Abstichtemperatur 143
8.1.5.4 Prozessorgeführter Schmelzablauf 143
8.1.5.5 Ansatz-und Brückenbildung 146
8.1.6 Absaugen der Rauchgase 147
8.1.7 Schmelzen von zinkbeschichteten Blechen 149
8.1.8 Späneschmelzen 152
8.1.8.1 Einsatz von losen Spänen 152
8.1.8.2 Schmelzen von Spänebriketts 154
8.1.9 Schmelzen von Eisenschwamm 154
8.1.9.1 Herstellung 154
8.1.9.2 Charakteristische Eigenschaften 155
8.1.9.3 Schmelzverfahren 156
8.1.9.4 Wirtschaftlichkeit 158
8.1.10 Verfahrensweise während Stillstandzeiten 159
8.1.11 Feuerfestverhalten 160
8.1.10.1 Chemischer Abtrag 160
8.1.10.2 Infiltration über die Flüssig-oder Dampfphase 161
8.1.10.3 Tiegelüberwachung 162
8.2 Duplizieren, Warmhalten und Speicherschmelzen im
Tiegelofen 165
8.3 Warmhalten im Rinnenofen 168
8.3.1 Einordnung in den Fertigungskreislauf 168
8.3.2 Charakteristische Merkmale des Rinnenofens 170
8.3.3 Ofenfahrweise 172
8.3.3.1 Inbetriebnahme 172
8.3.3.2 Betriebsablauf 173
8.3.3.3 Automatische Prozessüberwachung 174
8.3.3.4 Induktorwechsel 175
8.3.3.5 Vorgehen bei Störfällen 175
8.3.4 Induktorüberwachung 176
8.3.5 Verschleißverhalten der Feuerfestauskleidung 179
8.3.5.1 Auswaschen 180
8.3.5.2 Infiltration 180
8.3.5.3 Rissbildung 181
8.3.5.4 Ansatzbildung 182
8.3.6 Energieverbrauch und Wirtschaftlichkeit 183
8.4 Gießen mit druckbetätigten Gießöfen 184
8.4.1 Varianten und Merkmale der Teapot-Gießein-
richtung 184
8.4.2 Einsatz von beheizten und unbeheizten Gießein¬
richtungen 186
8.4.3 Gießen von Mg-behandelter Schmelze 188
8.4.3.1 Ansatzbildung durch suspendierte Oxide 189
8.4.3.2 Magnesiumverdampfung 189
8.4.3.3 Magnesiumreaktionen mit Metalloxiden und
Schwefel 189
8.4.3.4 Betriebserfahrungen 191
8.4.4 Gießen mit Zwischenpfannen 194
8.4.5 Stopfeneinrichtung für automatisches Gießen 195
8.4.6 Gießen im geschlossenen Regelkreis 195
8.4.7 Integriertes Impfen 197
8.4.8 Prozesskontrolle 199
8.5 Kontinuierliche Flüssigeisenversorgung 199
8.5.1 Schmelzzyklus einer Tandemanlage 200
8.5.2 Anlagenkonzepte für die kontinuierliche
Flüssigeisenversorgung 200
8.5.2.1 Rinnenofen als Puffer 201
8.5.2.2 Tandemanlage als Schmelz- und Pufferaggregat . 202
8.5.2.3 Gießofen als Puffer 203
8.5.3 Optimierte Auslegung der Schmelz- und
Gießanlage 205
9. SCHMELZEN VON STAHLGUSS IM INDUKTIONSTIEGEL¬
OFEN 207
9.1 Frequenz und Gasaufnahme 208
9.2 Einstellen der Sollzusammensetzung 209
10. INDUKTIONSTIEGELÖFEN IM MINISTAHLWERK 211
10.1 Der Induktionsofen im Vergleich zum Lichtbogenofen . 211
10.2 Aufgabenstellung für den Schmelzbetrieb 212
10.3 Herstellung verschiedener Stahlsorten 213
10.3.1 Erschmelzen von Baustahl 213
10.3.2 Herstellen von legierten Stählen 215
10.4 Beispiel einer Induktions-Schmelzanlage zur Produktion
von Baustahlknüppeln 216
10.4.1 Produktionszahlen 216
10.4.2 Auslegung der Induktionsanlage 216
11. INDUKTIONSANLAGEN IN DER ALUMINIUM-INDUSTRIE 219
11.1 Einsatz des Tiegelofens in Formgießereien 219
11.1.1 Metallurgisch-verfahrenstechnische Vorteile 220
11.1.2 Duplizieren im Tiegelofen 221
11.1.3 Feuerfestverhalten 221
11.2 Schmelzen von Aluminiumspänen 222
11.3 Induktives Schmelzen in Halbzeugwerken 225
11.3.1 Beispiele bewährter Produktionsanlagen 226
11.3.2 Feuerfestverhalten der Induktoren 228
12. INDUKTIONSANLAGEN FÜR KUPFERWERKSTOFFE 231
12.1 Induktionsöfen in Kupfer-Formgießereien 231
12.1.1 Schmelzen 231
12.1.2 Gießen mit druckbetätigten Gießöfen 232
12.2 Schmelzen in Halbzeugwerken 233
12.2.1 Rinnenöfen mit Hochleistungsinduktoren 233
12.2.2 Einsatz von Tiegelöfen 236
12.2.2.1 Schmelzen von Messingspänen 236
12.2.2.2 Recycling von Kabelabfällen 238
12.2.2.3 Flexibles Erschmelzen von Kupferlegierungen 239
13. INDUKTIONSANLAGEN FÜR ZINK 241
13.1 Umschmelzen von Zinkkathoden 241
13.2 Herstellen von Zinklegierungen 243
13.3 Bandverzinken 244
LITERATUR 245
STICHWORTVERZEICHNIS 255 |
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