Badbewegung

Metallurgie

Umwälzung des Schmelzbades im Induktionstiegelofen. Das von der Ofenspule erzeugte Magnetfeld ruft durch die im schmelzflüssigen Metall induzierten Ströme ponderomotorische Kräfte hervor, welche die Schmelze in die Ofenmitte drängen und von dort nach oben steigen lassen, so dass sich eine Kuppe oder Badüberhöhung (Bü) bildet. Von der Kuppe fließt die Schmelze wieder zum Ofenrand zurück; auf diese Weise entsteht eine von der Betriebsfrequenz und Leistungsaufnahme des Ofens abhängige Badbewegung oder Umwälzung der Schmelze (Bild 1).

Die ponderomotorischen Kräfte Fp können berechnet werden:

Hierin bedeuten:

μ - Permabilität;

f - Frequenz (Hz);

N - im Einsatzmetall induzierte Leistung (kW);

A - Mantelfläche des Tiegelinnenraumes (cm²).

Setzt man A = d · π · h, wobei

d - Tiegelinnendurchmesser (cm) und

h - Tiegelhöhe (cm),

berücksichtigt man außerdem die Dichte des Metalls ρm (kg/dm³), so ergibt sich aus obiger Gleichung die Badüberhöhung Bü wie folgt:

Daraus folgt, dass die Intensität der Badbewegung mit höherer Leistung steigt und mit zunehmender Frequenz sinkt. Gleichzeitig sagt diese Beziehung aus, dass durch Erhöhung der Frequenz in einem Tiegelofen bei gleichbleibendem Fassungsvermögen die Anschlussleistung erhöht oder bei gleichbleibender Leistung das Fassungsvermögen verringert werden kann. Danach lässt sich zum Beispiel für Eisenwerkstoffe ausgehend von einer Netzfrequenz-Grenzleistung von 300 kW/t, in einem 5-t-Ofen bei Netzfrequenz eine Leistung von 1500 kW erreichen. Bei Mittelfrequenz-Induktionstiegelöfen mit 250 Hz werden maximale Leistungsdichten von 700–1000 kW/t angestrebt.

Für Aluminium und Aluminiumlegierungen liegt die Grenzleistungsdichte bei Netzfrequenzöfen bei circa 250 kW/t Fassungsvermögen. Bei Mittelfrequenz-Induktionstiegelöfen wird eine Leistungsdichte je nach Frequenz bei größeren Öfen von 500 kW/t und bei kleineren Öfen bis nahe 1000 kW/t erreicht.

Die Badbewegung führt zunächst zu einer sehr guten Homogenisierung der Schmelze in Bezug auf Analyse und Temperatur. Weiterhin ist die Badbewegung von Vorteil für das Einschmelzen von spezifisch leichten Stoffen wie Späne, Stanzabfälle oder auch Folien. Auch das Legieren von Bestandteilen wird durch die Badbewegung begünstigt. Die Legierungsarbeit erfolgt in sehr kurzer Zeit bei einem Ausbringen nahe 100 %. Die Dauer bis zum Einstellen der Analyse ist im Wesentlichen nur durch die zum Schmelzen der zugegebenen Bestandteile erforderliche Zeit gegeben, die wiederum durch die Badbewegung klein gehalten wird. Schließlich ist noch die Reinigungswirkung der Badbewegung zu erwähnen. Oxydische Verunreinigungen der Schmelze liegen als verhältnismäßig grobe Oxidteilchen vor, die durch die Badbewegung an die Tiegelwand gespült und dort abgeschieden werden, oder als feinverteilte Schwebeteilchen, sogenanntes Oxidplankton, die zumindest teilweise durch die Turbulenz der Badbewegung agglomeriert und dann ebenfalls an der Tiegelwand abgeschieden werden.

Der infolge der Badbewegung ergibt sich ein ständig erneuernder Kontakt der Schmelze mit der Atmosphäre und die damit erhöhte Neigung zur Sauerstoff- und Wasserstoffaufnahme. Bei Aluminiumlegierungen ist in der Regel eine Entgasungsbehandlung nachzuschalten.
 

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