DK164376B - Ovnindretning til smeltning og varmholdning af metal - Google Patents

Description

i

DK 164376 B

Den foreliggende opfindelse angår en ovnindretning, der har en første beholder med et første kammer, der er beregnet for smelte samt mindst en induktorenhed, som er forbundet med det første kammer, hvorhos in-duktorenheden indeholder en blok af keramisk materiale, en magnetker-5 ne, der er udformet med mindst to ben og mindst to åg til dannelse af en sluttet magnetisk kreds samt en primærvikling, der omslutter magnetkernen, hvilken blok er udformet med et gennemgående hul, som omslutter et af nævnte ben, og hvilken blok er forsynet med flader for afgrænsning af en løkke, der er dannet af smelten og som virker som 10 sekundærvikling.

Indretninger af denne slags er blandt andet kendt fra Svensk fremlæggelsesskrift nr. 328.967. Ved sådanne indretninger ønsker man sædvanligvis at kunne holde det metal (sædvanligvis aluminium eller en lege-15 ring, hvori aluminium indgår), der befinder sig i ovnkammeret i smeltet tilstand selv i lange tidsrum, hvor der ikke foregår smeltning og tilførsel af metal, for eksempel flere timer eller dage.

Det er imidlertid temmelig uøkonomisk at anvende en induktor til en 20 sådan varmholdning af smelte eftersom primærviklingen i en induktor af den ovenfor beskrevne type på grund af omgivelsernes høje temperatur kræver en meget intensiv køling, der sædvanligvis tilvejebringes ved hjælp af et kølemiddel, som føres gennem kølekanaler. Det problem som søges løst ved opfindelsen er, uden store meromkostninger, at tilveje-25 bringe en ovnindretning, som har et lav effektbehov ved varmholdning, idet induktoren, der er meget fordelagtig til smeltningsformål, bibeholdes. Dette opnås ved at anvende en varmekilde, der er specielt beregnet til varmholdning.

30 Ifølge en udførelsesform for opfindelsen udføres og indrettes induktoren på en sådan måde, at der med relativ lille varmholdningseffekt i ovennævnte varmkilde kan forhindres en størkning af den metal smelte, som befinder sig i induktorens kanaler og på en sådan måde, at der opnås en formindskelse af de hvirvelstrømstab, der opstår i indukto-35 rens omgivelser og altså en forøgelse af induktorens virkningsgrad.

Konventionelle ovninduktorer er forsynet med et hylster af metallisk materiale, hvorved induktorernes tilslutning til en ovnbeholder sker ved at hylstret gennem en flange spændes fast. Induktoren, ifølge opfindelsen har ikke et sådant hylster, hvorved man undgår de hvirvel-

DK 164376 B

2 strømstab, som ellers ville opstå i dette.

Ifølge denne udførelsesform er den keramiske krop udført som en selvbærende sten af et materiale, som tåler relativt høje trykspændinger, 5 hvorved induktoren fastgøres ved at stenen fastklemmes mellem to ovn-beholdere. Montering og demontering kan da udføres meget hurtigt, hvilket er fordelagtigt eftersom ovninduktorer til rendeovne i almindelighed må udskiftes med relativt korte mellemrum, for eksempel hvert år.

10 Med "kontraktionsstrækning" menes almindeligvis en kanalstrækning, der befinder sig i induktoren og langs hvilken et legeme af størknet metal dannes, når ovneffekten afbrydes. Dette legeme revner let ved yderligere afkølning eftersom dets kontraktion i nogen grad forhindres af kanalen. Revnedannelsen medfører ofte at induktorens sekundære kreds 15 brydes. En induktor ifølge opfindelsen har også den fordel, at den, til sammenligning med en konventionel induktor, har en kortere kontraktionsstrækning, hvilket fremgår af, at induktorens kanaler er udmunder mod to ovnkamre. Kontraktionsstrækningen er derved blevet reduceret til ca en tredjedel i forhold til en konventionel induktor.

20

Ifølge en første foretrukken udførelsesform indeholder det første og/-eller andet kammer også en ovenover smelten tilvejebragt varmekilde, som kan aktiveres ved udkoblet induktor og hvis maksimale effekt er mindre end induktorens maksimale effekt, men som er tilstrækkelig til 25 at holde nævnte metal smelte flydende i mindst et døgn. Herved kan man med en relativ lille varmholdningseffekt for nævnte varmekilde undgå en størkning af den metalsmelte, som befinder sig i induktorens kanaler.

30 Induktorblokken kan være tilvejebragt for indbygning i et modulsystem for opnåelse af et smelteapparat med varierende smeltekapacitet og ved anvendelse af en enkelt størrelse på induktorblokken.

Den nævnte blok er hensigtsmæssigt fastklemt mellem den første og anden 35 beholder ved hjælp af flere trækkraftoverførende organer. Via mindst en åbning i en væg i den anden beholder samt via kanalerne står også det andet kammer hensigtsmæssigt i forbindelse med det første kammer på en sådan måde, at der med en relativ lille varmholdningseffekt i varmekilden kan forhindres en størkning af den metal smelte, som befin-

DK 164376 B

3 der i induktorens kanaler og på en sådan måde opnå en formindskelse af de hvirvelstrømstab, der opstår i induktorens omgivelser.

Det andet ovnkammer har hensigtsmæssigt en volumen som er mindst to 5 gange så stort som det første ovnkammers volumen.

Opfindelsen vil herefter blive forklaret nærmere under henvisning til den medfølgende tegning, hvor 10 fig. 1 viser et billede set fra oven af en første udførselsform for et ovnudstyr ifølge opfindelsen, fig. 2 et billede af samme udstyr og set vinkelret mod et lodret plan gennem II-II i fig. 1, fig. 3 et vandret snitbillede langs III-III i fig. 1 og 2, 15 fig. 4 et partielt lodret snitbillede langs IV-IV i fig. 1,2 og 3, fig. 5 en anden udførselsform for opfindelsen dels i lodret snitbillede og dels i sidebillede, fig. 6 et billede at induktorer for flerfasefødning, fig. 7 et billede af primærspolernes ophør ved denne flerfasefød- 20 ning, fig. 8 et billede af induktorelementernes sammenbygning ved denne flerfasefødning, fig. 9 et billede svarende til fig. 8 men set fra siden, og fig. 10 et billede at et modulsystem ifølge opfindelsen.

25 I fig. 1-4 er der vist en ovnindretning, som har to ovnbeholdere 1 og Γ, som er indbyrdes identiske, bortset fra at ovnbeholderen 1 har en udtapningsåbning 2 for smeltet metal, medens den tilsvarende åbning i ovnbeholderen Γ er lukket eller udeladt. Hvert af ovnbeholderne 1 og 30 1' har en beholder 3 henholdsvis 3' af stålplade, hvilke beholder er forsynet med en foring 4 henholdsvis 4' af keramisk materiale og indeholder et ovnkammer 5 henholdsvis 5'. En ovninduktor 6 er anbragt mellem de to ovnbeholdere 1 og Γ. Ovninduktorene 6 indeholder en induk-torblok 7, der er udført som en enkelt i keramisk materiale udformet 35 sten. Induktorblokken 7 er i alt væsentligt udformet som en parallelle-pipedisk blok med tre gennemgående huller 8, 9 og 15. To af disse, 8 henholdsvis 9 er induktorkanaler, som forløber vandret i alt væsentligt lineært og indbyrdes parallelt. Induktorkanalerne 8 og 9 danner hver sin hydrauliske forbindelse mellem de to ovnkamre 5 og 5', hvilket

DK 164376 B

4 sker via to åbninger 10 henholdsvis 10' i de to ovnbeholdere 1 og 1'.

Det gennemgående hul 15, der i alt væsentligt er cirkulærcylindrisk med en lodret cylinderakse 15' er anbragt mellem de to vandrette induk-torkanaler 8 og 9, som omslutter et ben 11 tilhørende en transforma-5 torkerne 12 samt en primærvikling 13 som omslutter benet 11. Induktor-blokken 7 er forsynet med et lag 14 af varmeisolerende materiale, for eksempel keramisk filt, hvorved varmeafgivningen fra induktoren til den omgivende luft reduceres. Induktorblokken 7 hviler på en profil-bjælke 16, der er placeret på ydersiden af hver sin ovnbeholder og er 10 fastgjort i korrekt stilling ved hjælp af et par øvre trækstænger 17 og et par nedre trækstænger 18. Trækstængerne 17 og 18 er ved enderne indført i ører 19, som er gjort fast ved ovnbeholderne 5 og 5' og forsynet med møtrikker 20. Møtrikkerne 20 er spændt hårdt til, hvorved induktorblokken 7's kontaktflader 21 bliver presset hårdt mod tilsva-15 rende flader på ovnbeholderne 5 og 5' med en så stor kraft at der opnås en tryktæt forbindelse mellem åbningerne 10 henholdsvis 10' og induktorkanalerne 8 og 9.

Da induktoren 6 er anbragt og fastgjort således som angivet ovenfor 20 kan montering og demontering af denne udføres på en meget arbejds- og tidsbesparende måde. Ved demontering løsnes for eksempel ganske enkelt fire af møtrikkerne 20 en lille smule, hvorefter induktoren 6 kan løftes lige op eller fjernes ved en vandret bevægelse.

25 Hver af de to ovnbeholdere 1 og Γ er forsynet med et låg 22 henholdsvis 22' i form af en metallisk pladekasse med en foring af varmebestan-digt og varmeisolerende materiale. Hvert lås er forsynet med en varmekilde i form af en elektrisk modstand 23 henholdsvis 23', som er tilsluttet til et ikke-vist vekselstrømsnet via en tilsvarende ikke-vist 30 afbryder og kan således kobles ind eller ud uafhængigt af om induktoren tilføres strøm eller ikke.

Hvert af de to varmelementer 23 og 23' har en maksimal effekt som er mindre end 15% af induktoren 6's maksimale effekt fortrinsvis mindre 35 end 5% af denne. Den effekt, som de to varmelementer 23 og 23' giver tilsammen, er tilstrækkelig for, med udkoblet induktor, at holde smelten flydende i flere timer fortrinsvis i flere dage. Induktoren 6's maksimale effekt er tilstrækkelig til, at induktoren alene skal kunne give tilstrækkelig smeltekapacitet men denne kan yderligere øges ved,

DK 164376 B

5 at mindst et af varmeelementerne 23 og 23' anvendes samtidigt med in-duktoren.

Ved normal drift ligger metalsmeltens overniveau så højt, at de mæng-5 der metalsmelte som findes i de to ovnkamre 5 og 5', i de to åbninger 10 og 10' og i de to induktorkanaler 8 og 9 tilsammen udgør en sekundær kreds, som omslutter transformatorbenet 11.

Ladningen sker ved at det materiale, som skal smeltes, for eksempel 10 aluminium, magnesium eller legeringer hvori disse metaller eller nogle af disse indgår, tilføres ovnkammeret 5', når låget 22' står i den med stiplede linier antydede stilling. Når smelten når op til udtapningsåbningen 2 medfører en yderligere ladning at smeltet metal strømmer ud af denne. Den på tegningerne 1-4 viste ovnindretning anvendes hensigts-15 mæssig sammen med en særskilt, ikke-vist, i og for sig kendt varmholdningsovn hvorhos ovnkammerets volumen er mindst dobbelt så stort som ovnkammeret 5's volumen og fortrinsvis mindst fem gange så stor. Udtapningsåbningen 2 er da hensigtsmæssigt forsynet med en udtapningstud ved hjælp af hvilken udstrømmende metal smelte tilføres nævnte særskilte 20 varmholdningsovn.

I tilfælde hvor en særskilt varmholdningsovn allerede findes, er det fordelagtigt, at der på lignende måde som ved dén ovenfor beskrevne ovnindretning, anvendes to praktisk taget identiske ovnbeholdere, ef-25 tersom dette er fordelagtigt af hensyn til fremstillingen. I andre tilfælde er det fordelagtigt, at der i stedet anskaffes den på fig. 5 viste indretning, som kun adskiller sig fra den, der er vist i fig.

1-4, ved at ovnbeholderen 1 er udskiftet med en ovnbeholder 25, der er anderledes med hensyn til størrelse og konstruktion. Denne har et var-30 meisol erende låg 26 på hvis underside, der er anbragt et varmeelement 27 i form af en elektrisk modstand. Ovnbeholderen 25 indeholder et ovnkammer 28 som er opefter afgrænset af låget 26. Ovnkammeret 28 er ved hjælp af en lodret skillevæg 30' opdelt i to ved siden af hinanden anbragte afdelingen 29 og 30, der er i indbyrdes forbindelse. Den ene-35 ste måde hvorpå en smelte i afdelingen 29 kan komme til afdelingen 30 er ved at passerer en overløbskant 32 på skillevæggen 30'. Aluminium i fast form ledes ind i ovnkammeret 5'. Figuren viser en situation hvor hele den indledede aluminiumsmængde er smeltet og ovnkamrene 5 og 28 kun indeholder smeltet metal, hvilket indebærer at overfladen 34 i

DK 164376 B

6 afdelingen 29 ligger i samme højde som overfladen 35 i ovnkammeret 5'.

Når ladningen fortsætter flyder smeltet aluminium over overløbskanten 32 for at blive opsamlet i afdelingen 30, hvorved overfladen 33 af den deri værende smelte stiger. Afdelingen 30 har en udtapningsåbning 36, 5 som befinder sig ved bunden. Afdelingen 30 rummer maksimalt mindst dobbelt så meget, fortrinsvis mindst tre gange så meget smeltet metal som afdelingen 29. Afdelingen 29 står i forbindelse med induktoren 6's induktorkanaler via en åbning 31 i ovnbeholderen 25's væg. Den lodrette afstand mellem overløbskanten 32 og låget 26 er fortrinsvis mindre 10 end 40% af ovnkammeret 28's gennemsnitlige højde.

Induktoren 6 er luftkølet ved hjælp af en blæser, der er drevet en blæsermotor 37.

15 De i forbindelse med tegningerne beskrevne udførselsformer for opfindelsen udgør kun to af mange mulige udførselsformer for opfindelsen.

Således kan for eksempel de elektriske varmeelementer 23, 23' og 27 erstattes med varmekilder af anden slags, for eksempel gasbrændere.

20 I fig. 10 vises induktorer for trefasefødning, en induktor per fase, men ideen kan også anvendes på to faser. De to ovnbeholdere eller ovnkamrene 1 og 1' er vist i fig. 1 og disse er indbyrdes identiske (ovnbeholderen 1 har ligesom den kendte indretning en ikke-vist udtapnings-25 indretning).

Ovnbeholderne er også her indesluttet i et hylster (3, fig. 3) af stålplade, og indenfor dette findes en foring 4, 4' af keramisk materiale, der omslutter selve ovnkamrene 5 , 5' (fig. 3).

30

Den induktor 6 der er anbragt mellem ovnkamrene i fig. 4 (og 1) indeholder en induktorblok 7, der er udformet som en sten i keramisk materiale. To kanaler 8, 9 forbinder kamrene og indgår i sekundærkredsen til rendeovnsinduktoren, hvis primærspole er vist ved 13. 12 er en 35 jernkerne og 11 et ben i denne. 10 er de udvidede åbninger til kamrene (se fig. 3).

Indretningen ifølge fig. 3 er identisk for de ovenfor angivne indretninger og induktoren er udformet som en parallellepipedisk blok.

DK 164376 B

7

Induktoren er forsynet med et lag varmeisolerende materiale 14, og 15 er det gennemgående hul for primærspole og jernkerne.

Induktoren 6 holdes sammen med kamrene 1 ved hjælp af trækstænger 18, 5 17 (se tillige fig. 5) som ved enderne er indført i ører 19, der er fastgjort ved kamrene og som er forsynet med møtrikker 20. Disse skal være hårdt til spændte, hvorved induktorblokkens kontaktflade 21 presses mod en tilsvarende flade 21 på kamrene.

10 Lågene med deres modstandsvarmeelementer er ikke vist her, men fremgår af det ovenfor anførte.

Ifølge den foreliggende opfindelse er indretningen i flerfasefeltet forsynet med to eller tre induktorer 6, der hver er forsynet med to 15 kanaler 38, 39 henholdsvis 40, 41 henholdsvis 42, 43 (se fig. 6), der forløber mellem kamrene 1. Disse indgår altså i sekundærkredsene til de tre rendeovnsinduktorer med deres primærspoler 13', 13", 13'".

Spolerne 13', 13", 13'" er anbragt på en jernkerne (se fig. 7) og er 20 hver anbragt således som det fremgår af fig. 3.

De tre (eller to) induktorblokke 6 er identiske og sammentrukne ved hjælp af trækstænger 17, 18 og trækbolte 44. Blokkene er sammentrukket med 4 trækbolte og er tilvejebragt med et lag keramisk filt imellem.

25 Induktorkanalerne mellem de to kamre er tillige vist i fig. 9 (38-43).

De tre sammenføjede blokke 6 er placeret på et stativ sammen med trans-formatorkernerne 12 og spolerne 13.

Indladningsdelene og afløbsdelen 1' henholdsvis 1 er anbragt på hver 30 sin side af induktorblokkene og trækkes sammen med boltene 44. Stødfugerne mod vannerne (kamrene) er tillige vist i fig. 8.

Man kan tillige anvende to eller flere induktorblokke per fase.

35 I fig. 10 vises muligheden for at bygge smelteovne, for eksempel for aluminium, med induktorblokke i modulsystem og derved opnå et smelteapparat med varierende smeltekapacitet under anvendelse af en enkel størrelse af induktorblokkene 45. Disse blokke 45 kan placeres ved siden af hinanden og/eller på række mellem de to beholdere 1, Γ. I

8

DK 164376 B

fig. 10 ses forskellige alternative effekter, nemlig 130, 260, 390, 520 og 780kW.

Indretningen ifølge ovenstående beskrivelse kan varieres på mange si-5 der indenfor rammen af de efterfølgende patentkrav.

10 15 20 25 30 35

Claims (11)

1. Ovnindretning, der har en første beholder (1) med et første kammer (5), der er beregnet for smelte samt mindst en induktorenhed (6), som 5 er forbundet med det første kammer, hvorhos induktorenheden (6) indeholder en blok (7) af keramisk materiale, en magnetkerne (12), der er udformet med mindst to ben (11) og mindst to åg til dannelse af en sluttet magnetisk kreds samt en primærvikling (13), der omslutter magnetkernen, hvilken blok (7) er udformet med et gennemgående hul (15), 10 som omslutter et af nævnte ben (11), og hvilken blok (7) er forsynet med flader for afgrænsning af en løkke, der er dannet af smelten og som virker som sekundærvikling, kendetegnet ved, at ovnindretningen tillige har en anden beholder (Γ) med et andet kammer (5') og at blokken (7) er udformet som en separat enhed med to modstående 15 begrænsningsflader (21), der står overfor hinanden samt to ved siden af hinanden og på hver side af hullet (15) forløbende kanaler (8, 9) for smeltet metal, hver af hvilke kanaler forløber mellem begrænsningsfladerne (21) og udmunder ved disse, hvorved nævnte blok er indrettet til ved hjælp af trækorgan (18) at blive fastklemt mellem den første 20 beholder (1) og anden beholder (Γ) med begrænsningsfladerne liggende op mod hver sin beholder og med kanalerne (8,9) stående i forbindelse med beholderens (1,1') respektive kamre (5,5').

2. Ovnindretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det før-25 ste (5) og/eller det andet kammer (5') tillige har en varmekilde (23'), der er anbragt ovenover smelten og som kan aktiveres ved udkoblet in-duktor, og hvis maksimale effekt er mindre end induktorens (6) maksimale effekt, men tilstrækkelig til at holde metalsmelten flydende i det mindste et døgn. 30

3. Ovnindretning ifølge krav 2, kendetegnet ved, at varmekilden er en elektrisk modstand (23'), der er udført som et varmeelement og understøttet af låget (22').

4. Ovnindretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de to ovnkamre er hydraulisk forbundne med hinanden ved hjælp af induktorka-nalerne (8,9).

5. Ovnindretning ifølge krav 4, kendetegnet ved, det første DK 164376 B (5') og det andet (5) ovnkammer er udformet i en første ovenbeholder (Γ) henholdsvis en anden ovnbeholder (1) og ved at hver af de to ovnbeholdere (5, 5') er anbragt på hver sin side af induktoren (6), medens det første (5') og det andet (5) ovnkammer er hydraulisk forbund-5 ne med hinanden ved hjælp af ovnåbninger (10, 10') og induktorkanalerne (8, 9).

6. Ovnindretning ifølge krav 5, kendetegnet ved, at den første (1') og anden (1) ovnbeholder er presset mod hver sin side indukto- 10 ren (6) ved hjælp af flere trækkraftoverførende organer (17, 18), der forløber mellem de to ovnbeholdere.

7. Ovnindretning ifølge krav 5, kendetegnet ved, at denne stort set er symmetrisk om et tænkt lodret plan (IV-IV), som går gennem 15 induktorens (6) midtpunkt og som skærer induktorkanalerne (8, 9) på tværs.

8. Ovnindretning ifølge krav 7, kendetegnet ved, at mindst en af ovnbeholderne er forsynet med en udtapningsanordning (2), der er 20 beregnet for smeltet metal, og som er udformet i en øvre vægdel, og som er hydraulisk forbundet med en øvre del af ovnkammeret.

9. Ovnindretning ifølge krav log4, kendetegnet ved, at det første (5') og andet ovnkammer (28) er forsynet med hver sit låg og 25 hver sin varmekilde (23', 27), der er anbragt ved lågets underside, at det andet ovnkammers (28) volumen er mindst dobbelt så stort som det første ovnkammers (5') volumen, og at det andet ovnkammer (28) ved hjælp af en lodret skillevæg (30') er opdelt i en mindre afdeling (29), der er forbundet direkte med induktorkanalerne og en større afdeling 30 (30), som i nærheden af ovnkammerets bund er forsynet med en udtap ningsåbning (36) for smeltet metal, hvorhos skillevæggen (30') i nærheden af det andet ovnkammers låg (26) har en overløbskant (32), hvorover smeltet metal kan passere fra den mindre afdeling (29) til den større afdeling (30), hvorved tilførsel af smeltet metal fra induktor-35 kanalen eller induktorkanalerne til den større afdeling (30) kun kan ske over overløbskanten (32) og via den mindre afdeling (29).

10. Ovnindretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det andet ovnkammers (5') volumen er mindst to gange så stort som det før- DK 164376 B ste ovnkammers (5) volumen.

11. Ovnindretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at blokken (7) ved hjælp af flere trækkraftoverførende organer (18) er fastklemt 5 mellem den første (1) og anden (Γ) beholder. 10 15 20 25 30 35