AT512275B1 - Metallschmelzvorrichtung und Verfahren zum Schmelzen von Metall - Google Patents

Abstract

Eine Metanschmelzvorrichtung umfasst einen Heizofen (10), einen Schmelzofen(20), der auf dem Heizofen (10) angeordnet ist, ein Hochfrequenz - Regenerativsystem(HRS) (30), eine Rohmaterialzufuhrvorrichtung (40, 40A) und eine Schmelzmaterialzufuhrvorrichtung (52, 52A), die auf dem Schmelzofen angeordnet (20) ist. Das HRS erhitzt und recycelt die hoch erhitzte Luft in dem Heizofen (10) und fuhrt die hoch erhitzte Luft zu der Vorheizschnecke (42, 42A), um die Metalhnaterialien darin vorzuheizen. Deshalb ist die Zeit, um die Metalhnaterialien von fest nach flüssig zu schmelzen, erheblich verkürzt. Ferner läuft eine Folge von Prozessen zum Vorheizen, Schmelzen der Metalhnaterialien und Injizieren der geschmolzenen Materialien stetig, zeitsparend und sicher ab und kann kontinuierlich fortgeführt werden.

Description

österreichisches Patentamt AT512 275B1 2013-07-15

Beschreibung

1. GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Metallschmelzvorrichtung und ein Verfahren zum Schmelzen von Metall, bei dem die Metallmaterialien mit Hitze von der Metallschmelzvorrichtung vor dem eigentlichen Erhitzen und Schmelzen der Metallmaterialien vorgeheizt werden.

2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

[0002] Ein konventionelles Verfahren zum Schmelzen von Metall ist es, die Metallmaterialien, wie beispielsweise Metallwaren, Metallklumpen, Metallabfälle und ähnliches, in einen Ofen zu tun und zu erhitzen, bis sie geschmolzen sind. Dann werden die geschmolzenen Metallmaterialien in Hohlräume von Gussformen eingespritzt, um spezifische Formen auszubilden.

[0003] Bevor jedoch die Metallmaterialien, insbesondere Metallbarren und Metallklumpen, in dem Ofen erhitzt werden, haben die Metallmaterialien eine gewöhnliche Temperatur, so dass das Schmelzen der Metallmaterialien eine lange Zeit benötigt. Des Weiteren muss das Gießen der geschmolzenen Materialien mit hoher Temperatur aus dem Ofen heraus unabhängig davon, ob es manuell oder durch automatische Mittel geschieht, sehr vorsichtig erfolgen, um Unfälle zu vermeiden. Wenn die geschmolzenen Materialien gegossen werden, muss ferner der Vorgang des Erhitzens und Schmelzens der Metallmaterialien gestoppt werden, so dass die Bediener nicht in der Lage sind, weitere Metallmaterialien in den Ofen hinein zu tun. Das konventionelle Verfahren zum Schmelzen von Metall ist unstet und ist zeitaufwändig und arbeitsintensiv.

[0004] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Metallschmelzvorrichtung und ein Verfahren zum Schmelzen von Metall bereitzustellen. Die Metallschmelzvorrichtung umfasst einen Heizofen, einen Schmelzofen, der auf dem Heizofen angeordnet ist, ein Hochfrequenz -Regenerativsystem (high-cycle regenerative System HRS), eine Rohmaterial zuführende Vorrichtung und eine Schmelzmaterial zuführende Vorrichtung, die auf dem Schmelzofen angeordnet ist.

[0005] Das HRS erhitzt und recycelt Luft mit hoher Temperatur aus dem Heizofen und führt die Luft mit hoher Temperatur zu einer Vorheizschnecke, um die Metallmaterialien in der Vorheizschnecke vorzuheizen. Deshalb ist die Zeit, um die Metallmaterialien von fest nach flüssig zu schmelzen, erheblich verkürzt. Ferner läuft eine Folge von Prozessen zum Vorheizen der Metallmaterialien in der Rohmaterialzuführeinrichtung, Schmelzen der Metallmaterialien im Schmelzofen und Injizieren der geschmolzenen Materialien stetig, zeitsparend und sicher ab und kann kontinuierlich weitergehen.

[0006] BEI DEN ZEICHNUNGEN IST: [0007] Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Metall schmelzvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung, [0008] Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Me tallschmelzvorrichtung entsprechend vorliegender Erfindung und [0009] Fig. 3 eine schematische Ansicht der Metallschmelzvorrichtung aus Fig. 2 von oben.

[0010] Mit Verweis auf Fig. 1 und 2 umfasst eine Metallschmelzvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung einen Heizofen 10, ein Schmelzofen 20, ein Hochfrequenz-Regenerativsystem (HRS) 30, eine Rohmaterialzufuhrvorrichtung 40, 40A, ein Rührwerk 51 und eine Schmelzmaterialzuführvorrichtung 52, 52A.

[0011] Der Heizofen 10 umfasst einen Heizraum 11, der in dem Heizofen 10 ausgebildet ist.

[0012] Der Schmelzofen 20 ist auf dem Heizofen 10 angebracht und umfasst einen Ofenkörper 21, zwei hitzebeständige Platten 23 und eine Abdeckung 22, 22A. Der Ofenkörper 21 ist in dem Heizraum 11 angebracht und umfasst eine obere Öffnung. Die hitzebeständigen Platten 23 sind 1 /9 österreichisches Patentamt AT512 275B1 2013-07-15 separat in dem Ofenkörper 21 angebracht und teilen den Ofenkörper 21 in eine Schmelzzone 211, eine Rührzone 212 und eine Zuführzone 213. Jede hitzebeständige Platte 23 umfasst eine Vielzahl an Durchgangslöchern 231. Die Rührzone 212 steht in Verbindung mit der Schmelzzone 211. Die Zufuhrzone 213 steht direkt in Verbindung mit der Rührzone 212 und über die Rührzone 212 indirekt mit der Schmelzzone 211. Die Abdeckung 22, 22A ist auf der oberen Öffnung des Ofenkörpers 21 angebracht und verschließt den Ofenkörper 21.

[0013] Das HRS 30 umfasst einen regenerativen Heizraum 31, ein Paar Brenner 35, ein paar regenerative Wärmetauschereinheiten 33 und einen Luftkanal 32. Der regenerative Heizraum 31 steht in Verbindung mit dem Heizraum 11. Das Paar Brenner 35 ist in dem regenerativen Heizraum 31 angeordnet und heizt den Heizraum 11 und den Schmelzofen 20 abwechselnd. Das Paar regenerative Wärmetauschereinheiten 33 ist jeweils auf dem Paar Brenner 35 angebracht. Wenn ein Brenner 35 den Heizraum 11 erhitzt, tritt Luft mit hoher Temperatur in den Heizraum 11 durch den anderen Brenner 35 hindurch aus und überträgt die Hitze auf eine entsprechende regenerative Wärmetauschereinheit 33, so dass die Heizfähigkeiten der Brenner 35 verbessert ist.

[0014] Der Luftkanal 32 des HRS 30 umfasst einen Einlass und einen Auslass. Der Einlass des Luftkanals 32 des HRS 30 ist mit dem Paar Brenner 35 verbunden und kommuniziert mit diesen und führt die Luft mit hoher Temperatur um das Paar regenerativer Wärmetauschereinheiten 33 in den Luftkanal 32 hinein. Der Auslass des Luftkanals 32 des HRS 30 erstreckt sich aus dem regenerativen Raum 31 heraus.

[0015] Mit Verweis auf Fig. 3 umfasst das HRS 30 bevorzugt ferner ein Umschaltventil 34A. Das Umschaltventil 34A ist ein Vierwegeventil und umfasst einen Einlass 342A, einen Auslass 343A und zwei Passagen 344A, 345A. Der Auslass 343A des Gehäuses ist mit dem Luftkanal 32 des HRS 30 verbunden und kommuniziert mit diesem. Die Passagen 344A, 345A sind jeweils mit dem Paar Brenner 35 verbunden und kommunizieren mit diesen. Jede Passage 344A, 345A steht abwechselnd mit dem Einlass 342A und dem Auslass 343A des Umschaltventils 34A in Verbindung.

[0016] Die Rohmaterialzuführvorrichtung 40, 40A umfasst ein Zuführrohr 41,41A, eine Vorheizschnecke 42, 42A und einen Einfülltrichter 44. Das Zuführrohr 41,41A umfasst einen Auslass, der in Verbindung mit der Schmelzzone 211 steht. Die Vorheizschnecke 42, 42A ist axial entlang des Zuführrohrs 41, 41A angeordnet und umfasst einen Luftkanal 421 und eine Schneckenschaufel 423, die um eine äußere Oberfläche des Luftkanals 421 der Vorheizschnecke 42, 42A herum ausgebildet ist. Der Luftkanal 421 der Vorheizschnecke 42, 42A ist drehbar durch das Zuführrohr 41, 41A hindurch angeordnet, wird durch eine Antriebsanordnung 43 angetrieben und umfasst eine Vielzahl an Luftlöchern 422 und einen Einlass, der mit dem Auslass des Luftkanals 32 des HRS 30 verbunden ist und im Austausch mit diesem steht. Der Einfülltrichter 44 ist auf dem Zuführrohr 41,41A angebracht und ist verbunden mit einem Inneren des Zuführrohrs 41,41A und steht im Austausch mit diesem.

[0017] Das Rührwerk 51 ist drehbar an der Abdeckung 22, 22A angeordnet, steht in Verbindung mit der Rührzone 212 und umfasst ein inneres Ende und eine Rührschaufel 511. Das innere Ende des Rührwerks 51 erstreckt sich in die Rührzone 212 hinein. Die Rührschaufel 511 ist an dem hinteren Ende des Rührwerks 51 angebracht.

[0018] Die Schmelzmaterialzuführvorrichtung 52, 52A ist an der Abdeckung 22, 22A angebracht, steht in Verbindung mit die Zuführzone 213 und erstreckt sich in diese, zieht geschmolzene Metallmaterialien aus der Zuführzone 213 und spritzt das geschmolzene Metall in Formen, die verwendet werden, um Metallprodukte zu gießen.

[0019] Mit Bezug auf Fig. 1 ist die Schmelzmaterialzuführvorrichtung 52 eine Röhre und umfasst einen Einlass, der sich in den Ofenkörper 21 hinein erstreckt.

[0020] Mit Bezug auf Fig. 2 ist die Schmelzmaterialzuführvorrichtung 52A eine Pumpe für geschmolzenes Metall.

[0021] Metallmaterialien, wie beispielsweise Metallgranulate oder Metallbleche, werden in den 2/9 österreichisches Patentamt AT512 275B1 2013-07-15

Einfülltrichter 44 gegeben und rutschen in das Zuführrohr 41, 41A. Die Antriebsanordnung 43 dreht die Vorheizschnecke 42, 42A, so dass die Schneckenschaufel 423 der Vorheizschnecke 42, 42A die Metallmaterialien zu dem Auslass des Zufuhrrohrs 41, 41A schiebt. Währenddessen strömt die Luft mit hoher Temperatur aus dem Luftkanal 32 des HRS 30 weiter in den Luftkanal 421 der Vorheizschraube 42, 42A und des Zuführrohrs 41,41A, um die Metallmaterialien in dem Zuführrohr 41,41A zu erhitzen. Da die Schneckenschaufel 423 der Vorheizschnecke 42, 42A die Metallmaterialien auch in dem Zuführrohr 41,41A vermischt, werden die Metallmaterialien gleichmäßig und vollständig erhitzt, ändern ihren Zustand von fest nach halbfest und kommen in die Schmelzzone 211, um es der Hitze des Schmelzofens 20 zu ermöglichen, die halbfesten Metallmaterialien in flüssige zu schmelzen. Dann fließen die geschmolzenen Metallmaterialien in die Rührzone 212. Das Rührwerk 51 dreht sich, um die geschmolzene Metallmaterialien zu rühren und die geschmolzene Metallmaterialien zu vermischen. Danach fließen die geschmolzenen Metallmaterialien weiter in die Zuführzone 213.

[0022] Da sich die Vorheizschnecke 42, 42A dreht und kontinuierlich die Metallmaterialien in die Schmelzzone 211 schiebt, werden die geschmolzenen Metallmaterialien in dem Ofenkörper 21 zusammen gepresst. Als Folge fließen die geschmolzenen Metallmaterialien in der Zuführzone 213 ferner in die Schmelzmaterialzuführvorrichtung 52, 52A und werden dann in die Gussform gegossen. Je nachdem wie die Geschwindigkeit der Vorheizschraube 42, 42A gesteuert wird, werden auch Injektionsgeschwindigkeit und Abgabemenge der Schmelzmaterialzuführvorrich-tung 52, 52A gesteuert.

[0023] Verbrennungsluft fließt in das Umschaltventil 34A durch den Einlass 342A des Umschaltventils 34A und durch eine der Passagen 344A in einen von dem Paar von Brennern 35 und wird durch den Brenner 35 erhitzt, um zu Luft mit hoher Temperatur zu werden. Die Luft mit hoher Temperatur stellt die Hitze für den Ofenkörper 21 bereit und überträgt sie an ihn. Danach fließt die Luft mit hoher Temperatur durch den anderen von dem Paar von Brennern 35 aus dem Heizraum 11 und fließt durch die andere Passage 345A des Auslasses 343A des Umschaltventils 34A und in den Luftkanal 32 des HRS 30.

[0024] Mit Verweis auf Fig. 1 kann das Zuführrohr 41 quer durch den Heizofen 10 und dem Ofenkörper 21 hindurch montiert sein und der Auslass des Zuführrohrs 41 kann sich in die Schmelzzone 211 hinein erstrecken.

[0025] Mit Verweis auf Fig. 2 können das Zuführrohr 41 und die Vorheizschnecke 42A über der Abdeckung 22A angeordnet sein. Die Rohmaterialzuführvorrichtung 40A kann ferner einen Beladungstrichter 45A und eine Dosierschnecke 46A umfassen. Der Beladungstrichter 45A ist auf der Abdeckung 22A und durch diese hindurch angeordnet, ist mit der Schmelzzone 211 verbunden und erstreckt sich in diese und ist mit dem Auslass des Zuführrohrs 41A verbunden und steht in Austausch mit diesem. Deshalb schiebt die Vorheizschnecke 42A die vorerhitzten halbfesten Metallmaterialien in den Beladungstrichter 45A.

[0026] Die Dosierschnecke 46A ist longitudinal in dem Beladungstrichter 45A angeordnet und umfasst einen Stab 461A und eine Schneckenschaufel 462A, die um den Stab 461A herum ausgebildet ist. Der Stab 461A ist drehbar durch den Beladungstrichter 45A hindurch angeordnet und wird durch eine Antriebsvorrichtung 463A angetrieben. Wenn sich die Dosierschnecke 46A dreht, schiebt die Schneckenschaufel 462A der Dosierschnecke 46A die Metallmaterialien aus dem Beladungstrichter 45A in die Schmelzzone 211. Die Hitze in der Schmelzzone 211 wird auch auf den Beladungstrichter 45A übertragen, um die Metallmaterialien in dem Beladungstrichter 45A zu erhitzen. Je nachdem wie die Geschwindigkeit der Dosierschraube 46A gesteuert wird, wird auch die Injektionsmenge an Metallmaterialien aus dem Beladungstrichter 45A in die Schmelzzone 211 hinein gesteuert.

[0027] Die oben beschriebene Metallschmelzvorrichtung und das Verfahren zum Schmelzen von Metall weisen die folgenden Vorteile auf. Das HRS 30 recycelt die Luft mit hoher Temperatur aus dem Heizofen 10 und führt die Luft mit hoher Temperatur in die Vorheizschnecke 42, 42A, um die Metallmaterialien in der Vorheizschnecke 42, 42A vorzuheizen. Folglich ist die Zeit für das Schmelzen der Metallmaterialien von fest nach flüssig stark verkürzt. Da die Metall- 3/9 österreichisches Patentamt AT512 275B1 2013-07-15

Schmelzvorrichtung nicht gestoppt werden muss, um es einem Bediener zu ermöglichen, die geschmolzene Materialien hinein zu gießen oder abzuschöpfen, läuft eine Folge von Prozessen zum Vorheizen der Metallmaterialien in der Rohmaterialzuführvorrichtung 40, 40A, zum Schmelzen der Metallmaterialien in dem Schmelzofen 20 und zum Injizieren der geschmolzenen Materialien in die Gussformen, um Metallprodukte zu gießen, stetig, zeitsparend und sicher ab und kann kontinuierlich voranschreiten. 4/9

Claims (8)

1. österreichisches Patentamt AT512 275B1 2013-07-15 Patentansprüche 1. Metallschmelzvorrichtung, die umfasst: einen Heizofen (10), der einen Heizraum (11) umfasst, einen Schmelzofen (20), der an dem Heizofen (10) angebracht ist und der umfasst: einen Ofenkörper (21), der in dem Heizraum (11) des Heizofens (10) angebracht ist und der eine obere Öffnung umfasst, und eine Abdeckung (22, 22k), die auf der oberen Öffnung des Ofenkörpers (21) angebracht ist und die den Ofenkörper (21) verschließt, ein Hochfrequenz-Regenerativsystem (HRS) (30), das umfasst: einen regenerativen Heizraum (31), der in Verbindung steht mit dem Heizraum (11), ein Paar Brenner (35), die in dem regenerativen Heizraum (31) angebracht sind und den Heizraum (11) des Heizofens (10) abwechselnd erhitzen, ein Paar regenerativer Wärmetauschereinheiten (33), die jeweils auf dem Paar Brenner (35) angeordnet sind, und einen Luftkanal (32), der umfasst: einen Einlass, der verbunden ist mit dem Paar Brenner (35) und mit diesen im Austausch steht, und einen Auslass, der aus dem regenerativen Heizraum (31) hervorsteht, eine Rohmaterialzuführvorrichtung (40, 40A), die umfasst: ein Zuführrohr (41, 41A), das einen Auslass umfasst, der mit dem Ofenkörper (21) verbunden ist, eine Vorheizschnecke (42, 42A), die axial durch das Zuführrohr (41, 41A) hindurch angeordnet ist und die umfasst: einen Luftkanal (421), der drehbar durch das Zuführrohr (41) hindurch angeordnet ist und der umfasst: eine Vielzahl an Luftlöchern (422) und einen Einlass, der verbunden ist mit dem Auslass des Luftkanals (32) des HRS (30) und der im Austausch mit diesem steht, und eine Schneckenschaufel (423), die um eine äußere Oberfläche des Luftkanals (421) der Vorheizschnecke (42) herum ausgebildet ist, und einen Einfülltrichter (44), der auf dem Zuführrohr (41, 41A) angeordnet ist und der verbunden ist mit einem Inneren des Zuführrohrs (41, 41A) und mit diesem im Austausch steht, und eine Schmelzmaterialzuführvorrichtung (52, 52A), die auf der Abdeckung (22, 22k) angeordnet ist und sich in den Ofenkörper (21) hinein erstreckt.
2. 2. Metallschmelzvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Zuführrohr (41) der Rohmaterialzuführvorrichtung (40) transversal durch den Heizofen (10) und den Ofenkörper (21) hindurch angeordnet ist und der Auslass des Zuführrohrs (41) sich in den Ofenkörper (21) hinein erstreckt.
3. 3. Metallschmelzvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Zuführrohr (41) und die Vorheizschnecke (42) über der Abdeckung (22) angeordnet sind und die Rohmaterialzuführvorrichtung (40A) ferner umfasst: einen Beladungstrichter (45A), der auf der Abdeckung (22A) und durch diese hindurch 5/9 österreichisches Patentamt AT512 275B1 2013-07-15 angeordnet ist, der sich in den Ofenkörper (21) hinein erstreckt und der mit dem Auslass des Zuführrohrs (41A) verbunden ist und mit diesem im Austausch steht, und eine Dosierschnecke (46A), die longitudinal in dem Beladungstrichter (45A) angeordnet ist und umfasst: einen Stab (461A), der drehbar durch den der Beladungstrichter (45A) hindurch angeordnet ist, und eine Schneckenschaufel (462A), die um den Stab (461A) herum ausgebildet ist.
4. 4. Metallschmelzvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welcher die Schmelzmaterialzu-führvorrichtung (52) ein Rohr ist und einen Einlass umfasst, der sich in den Ofenkörper (21) hinein erstreckt.
5. 5. Metallschmelzvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welcher die Schmelzmaterialzu-führvorrichtung (52 a) eine Pumpe für geschmolzenes Metall ist.
6. 6. Metallschmelzvorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, bei welcher der Schmelzofen (20) ferner zwei hitzebeständige Platten (23) umfasst, die separat in dem Ofenkörper (21) angeordnet sind und die den Ofenkörper (21) in eine Schmelzzone (211), eine Rührzone (212) und eine Zuführzone (213) teilen, wobei jede hitzeresistente Platte (23) eine Vielzahl an Durchgangslöchern (231) umfasst, wobei die Rührzone (212) mit der Schmelzzone (211) verbunden ist und wobei die Zuführzone (213) mit der Rührzone (212) direkt und mit der Schmelzzone (211) über die Rührzone (212) verbunden ist, und die Metallschmelzvorrichtung ferner ein Rührwerk (51) umfasst, das drehbar an der Abdeckung (22, 22A) angeordnet ist, der Rührzone (212) entspricht und umfasst: ein inneres Ende, das sich in die Rührzone (212) hinein erstreckt, und eine Rührschaufel (511), die an dem inneren Ende des Rührwerks (51) angeordnet ist.
7. 7. Metallschmelzvorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher das HRS (30) ferner ein Umschaltventil (34A) umfasst, das ein Vierwege-Ventil ist und umfasst: einen Einlass (342A), einen Auslass (343A), der mit dem Luftkanal (32) des HRS (30) verbunden ist und mit diesem im Austausch steht, und zwei Passagen (344A, 345A), die jeweils mit dem Paar Brenner (35) verbunden sind und mit diesem im Austausch stehen, wobei jede Passage (344A, 345A) abwechselnd mit dem Einlass (342A) und dem Auslass (343A) des Umschaltventils (34A) in Verbindung steht.
8. 8. Verfahren zum Schmelzen von Metall in einer Metallschmelzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das die Schritte umfasst: Führen der Luft mit hoher Temperatur von dem Heizraum (11) des Heizofens (10) durch den Luftkanal (32) des HRS (30) zu dem regenerativen Heizraum (31) und zu dem Luftkanal (421) der Vorheizschnecke (42, 42A), um die Metallmaterialien in dem Zuführrohr (41,41A) zu erhitzen, und Schieben der Metallmaterialien mithilfe der Vorheizschraube (42, 42A) in den Ofenkörper (21) des Schmelzofens (20), um die Metallmaterialien flüssig zu schmelzen. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 6/9