1/2 - Verein österreichischer Gießereifachleute

GIESSEREI-RUNDSCHAU 60 (2013) HEFT 1/2Anlagen- und verfahrenstechnischeNeuentwicklungen der InduktionsofentechnikEquipment and Process Technology Innovation in Induction Furnace EngineeringDr.-Ing. Wilfried Schmitz,Studium der Metallurgie und Gießereitechnikan der RWTH in Aachen von1976–1982. Anschließend arbeitete er alsGießereiingenieur bei der Fa. Siempelkampbis 1984. Es folgte seine Tätigkeitam Gießereiinstitut in Aachen mit derPromotion zum Dr.-Ing. im Jahre 1988.1994 Einstieg bei der Otto Junker GmbH,deren Forschungs- und Entwicklungsabteilung er heute leitet.Dr.-Ing. Dietmar Trauzeddel,freier Mitarbeiter der Otto Junker GmbHSchlüsselwörter: Induktiondofentechnik, Neuentwicklungen,Schaltungstechniken, Energieeffizienzverbesserung,induktives Pfannensystem, Tiegelüberwachungssysteme,Lining Periscope, EnergiesparspuleKurzfassungVorgestellt werden aktuelle Entwicklungen in Bezug aufden Einsatz spezieller Schaltungstechniken zur gezieltenBeeinflussung der metallurgischen Möglichkeiten der induktivenSchmelztechnik und das Konzept eines induktivenPfannensystems, welches sowohl als Transport- undWarmhaltegefäß als auch als metallurgisches Zusatzaggregateingesetzt werden kann.Neben dem in der Praxis bewährten TiegelüberwachungssystemOCP hat OTTO JUNKER für die periodischeoptische Kontrolle der Tiegelinnenkontur das LasergerätLining Periscope konstruiert und erfolgreich erprobt,wie in dem Bericht ausgeführt wird.Welche Energieffizienzverbesserung der Einsatz derEnergiesparspule bietet, wird an Hand von Beispielen derindustriellen Anwendung aufgezeigt.EinleitungDer Siegeszug der Induktionsofentechnik und die Entwicklungder Mittelfrequenzanlagen zu einem sicherenund energieeffizienten Schmelzaggregat, das sich durchhohe Leistung, Flexibilität und Eignung für die Durchführungmetallurgischer Prozesse auszeichnet, ist durcheine langjährige kontinuierlich und praxisbezogene Entwicklungsarbeiterreicht worden. Dabei stand der technischeund wirtschaftliche Nutzen für den Anwender imMittelpunkt der Innovationen.Diese Arbeit wird mit Engagement fortgeführt, wie dienachfolgenden Informationen über einige der aktuellenEntwicklungen zeigen.SchaltungstechnikenDie Idealvorstellung aus metallurgischer Sicht für den induktivenSchmelzprozess besteht darin, den thermischenLeistungseintrag und die Strömung des flüssigen Metallsso einzustellen, wie es die jeweiligen technologischenBedingungen erfordern. Gleichzeitig ist anzustreben, Leistungseintragund Metallbewegung von einander abzukoppeln,d.h. unabhängig von dem jeweiligen Leistungseintragdie gewünschte Metallbewegung im Ofen einstellenzu können. Während die Einstellung der elektrischenLeistung und damit des thermischen Leistungseintragesanlagentechnisch unproblematisch ist, kann die davonunabhängige Beeinflussung der Metallbewegung nur überbesondere Schaltungstechniken erreicht werden. Wennüber eine intensive Badbewegung gesprochen wird, musszwischen einer guten Durchmischung des gesamten flüssigenMetalls und der Oberflächenströmung unterschiedenwerden, wie später erläutert werden wird.Mit den Entwicklungen der letzten Jahre hat OTTOJUNKER für die Erfüllung der oben genannten Aufgabenstellungdie besonderen Schaltungsvarianten Power-Focus-Technik und Multi-Frequenz-Technik entwickeltund in zahlreichen Anlagen erfolgreich eingesetzt.Die Power-Focus-Technik ermöglicht die automatischeoder frei wählbare Leistungskonzentration in den Spulenbereich,indem diese erforderlich ist (unten oderoben). So kann zum Beispiel bei einem halbgefülltenOfen eine Leistungskonzentration im unteren Tiegelbereicherfolgen und damit dort eine höhere Leistungsaufnahmeerreicht werden. Andererseits kann bei der komplettenOfenfüllung die Leistung in dem oberen Spulenbereicherhöht werden und damit dank der stärkerenBadbewegung ein besseres Einrühren, beispielsweise vonSpänen, erreicht werden.Die Multi-Frequenz-Technik gestattet eine Umschaltungder Betriebsfrequenz im laufenden Schmelzprozess.Beispielsweise wird für das Schmelzen der Einsatzstoffemit der dafür geeigneten Frequenz von 250 Hz gearbeitet.Für das Einbringen von Aufkohlungsmitteln und Legierungszuschlägenwird automatisch auf eine niedrigereFrequenz, so z.B. auf 125 Hz, umgeschaltet. Wie die Praxiszeigt, kann durch die Umschaltung auf die niedrigereFrequenz der Aufkohlungsprozess bei der Analysenkorrekturvon Gusseisenschmelzen wesentlich beschleunigtwerden (Bild 1).Es soll nicht unerwähnt bleiben, dass auch eine Kombinationbeider Schaltungstechniken möglich ist und damitdie gewünschten Effekte noch verstärkt werden können.Mit den neuesten Entwicklungen unter Nutzung derbesonderen technischen Vorteile der IGBT-Umrichtertechnikwerden diese Möglichkeiten noch erheblich erweitert:Neben der bewährten Umrichtertechnik auf Basis vonThyristoren hat die erfolgreiche Entwicklung speziellerIGBT-Umrichter für den Einsatz bei elektrothermischenProzessen zunehmend an Bedeutung gewonnen. Dabeiwerden anstelle der Thyristoren im Wechselrichter IGBTs(Insulated Gate Bipolar Transistor) eingesetzt.2