Das Einschmelzen von Schrotten geringer Packungsdichte im Mittelfrequenz-Induktionstiegelofen

Frank Donsbach, S. Niklaus, G. Renftle
Otto Junker GmbH, Simmerath

Der Einfluss der Packungsdichte des Einsatzgutes eines Mittelfrequenz-Induktionstiegelofens auf die Dauer einer Schmelze und somit die Schmelzleistung ist nicht unerheblich. Packungsdichten kleiner 1 t/m3  stellen kein unüberwindbares Hindernis dar, führen aber bei einem für gute Packungsdichten dimensionierten Ofen zu Einbußen in der Schmelzleistung bis zu 10%. Die Einschränkungen nehmen jedoch mit über die Charge zunehmendem Ofeninhalt ab. Man kann sagen, dass bei etwa halber Ofengewichtsfüllung oder nach etwa halber Chargenzeit der Einfluss einer geringen Packungsdichte des Einsatzmaterials nicht mehr messbar ist. Falls man sowohl Material guter als auch schlechter Packungsdichte zur Verfügung hat, so ist es also empfehlenswert, zuerst das Material mit der höchsten Packungsdichte zu chargieren.

Eine weitere Möglichkeit, den Leistungseinbußen entgegen zu wirken, wäre eine Sumpffahrweise mit einem Sumpf von ca. 10-15% des Ofeninhaltes zu praktizieren. Damit lassen sich nahezu vergleichbare Schmelzzeiten erreichen, wie dies im Chargenbetrieb mit Material guter Packungsdichte möglich ist. In diesem Fall muss man natürlich die Nachteile des Sumpfbetriebs wie z.B. geringere Abgussmenge und eingeschränkte Flexibilität bei Legierungswechsel und Betriebsunterbrechungen in Kauf nehmen.

Im Chargenbetrieb ist die erste Einschmelzphase in der Regel dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich nacheinander die Strom- und Spannungsgrenze des Umrichters über längere Zeiträume erreicht werden, wodurch sich jeweils eine momentane Leistung ergibt, die zumeist unter der Nennleistung liegt. Um hier im Einzelfall, z.B. bei Verwendung ungünstiger Schrotte, eine Leistungserhöhung zu erwirken und somit die Gesamtschmelzzeit zu verkürzen, kann die Auslegung der elektrischen Parameter und der Umrichteranlage so erfolgen, dass größere Strom und Spannungsreserven zur Verfügung stehen. Zum Beispiel würde man in einem solchen Fall eine 8 MW Anlage hinsichtlich der Leistungshalbleiter für 10 MW auslegen. Die übrigen Komponenten wie z.B. der Transformator und die Rückkühlanlage blieben nach wie vor für 8 MW ausgelegt. Dabei würde dafür Sorge getragen werden, dass die Anlage bei einer Charge mit guter Packungsdichte und nach Fortschreiten der Chargierung in ihrer Leistungsaufnahme begrenzt werden kann, um die genannten übrigen Komponenten nicht zu überlasten und auch, um z.B. vereinbarte Leistungsverfügbarkeiten des Stromversorgers nicht zu überschreiten. Für eine solche Drosselung eignen sich besonders Parallelschwingkreisumrichter in IGBT Technik, da diese Umrichter im Teillastbetrieb mit unvermindert hohem Wirkungsgrad bei zusätzlich konstantem Leistungsfaktor (0,98) arbeiten.

Dr.-Ing. Wilfried Schmitz