CN102834685A - 带陶瓷衬套的沟槽式感应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有芯感应炉的沟槽式感应器。所述沟槽式感应器包括熔沟衬套，所述熔沟衬套限定了熔融金属流过所述沟槽式感应器的熔沟。所述熔沟衬套包括所述熔融金属的入口和出口以及法兰，所述法兰用于将所述熔沟衬套安装至所述有芯感应炉的坩埚的耐火材料衬里。所述熔沟衬套是由耐熔沟中的所述熔融金属的化学侵蚀的陶瓷材料形成的，从而使得在所述有芯感应炉的使用中，所述熔融金属与所述沟槽式感应器之间的直接接触限于仅与包括所述法兰在内的所述熔沟衬套接触，并且所述熔融金属不与所述沟槽式感应器的其它部分接触。

Description

带陶瓷衬套的沟槽式感应器
技术领域
本发明涉及有芯感应炉（channel induction furnace）的沟槽式感应器（channel inductor）。
特别地，本发明涉及沟槽式感应器的熔沟衬套（channel liner）。
本发明还涉及有芯感应炉。
背景技术
有芯感应炉在工业被上被用于熔化金属（包括金属合金）并且使该金属保持在熔融状态。例如，在电镀和铸造等行业中有芯感应炉被用于熔化含锌合金和含铝合金（包括含Al/Zn的合金），并且将这些合金保持在熔融状态。
已知的有芯感应炉包括：（a）钢制外壳；（b）外壳内由诸如硅酸铝系（aluminosilicate）耐火材料制成的衬里（lining）；（c）由带耐火材料衬里的外壳限定的用于容纳熔融金属池的坩埚（pot）；以及（d）用于加热金属的一个以上的沟槽式感应器，该沟槽式感应器与所述外壳连接，并且通过喉部（throat）与所述坩埚流体连通，所述喉部经过所述带耐火材料衬里的外壳延伸至所述沟槽式感应器中的入口。
沟槽式感应器包括：（i）钢制外壳；（ii）诸如硅酸铝系耐火材料（耐火浇注料（castable refractory）或者干式振动料（dry-vibratablerefractory））制成的衬里；（iii）由带耐火材料衬里的外壳限定的熔沟，所述熔沟形成使熔融金属从坩埚通过熔沟流回到坩埚中的路径；以及（iv）产生电磁场的电磁线圈。在任意给定时间，熔沟中的熔融金属成为变压器的次级电路，并且被电磁场的感生电流加热并保持在熔融状态。沟槽式感应器是外壳上的锁销式组装件（bolt-on assembly）。选择形成上述衬里的耐火材料使其适应具体的机械要求、隔热要求和耐铝和/或锌的化学侵蚀的要求的范围。从需要不同的材料特性的意义上而言，这些要求在一定程度上是相互矛盾的要求，并且因此上述耐火材料的选择往往是折衷方案。
沟槽式感应器在含锌和含铝合金中的寿命是有限的，并且通常在以下状况下失效：
●在加热、干燥或工作时耐火材料的开裂，特别是沿着沟槽式感应器的中心面的开裂，以及随后锌和/或铝金属或者锌蒸汽渗透到上述裂缝中使得裂缝延展，最终导致金属从沟槽式感应器漏出。
●另外，在含铝的合金的情况下，通过铝对耐火材料中的SiO2的还原，形成了Al2O3和Si，这伴随着耐火材料的体积的减少以及耐火材料的穿透和/或剥落。
典型地，在含铝合金中的沟槽式感应器的寿命是6-24个月，并且这是金属涂镀生产线停工的主要原因之一。
上述论述并不旨在作为在澳大利亚和其它地方的一般常识的声明。
发明内容
本发明提供了一种有芯感应炉的沟槽式感应器，所述沟槽式感应器包括熔沟衬套，所述熔沟衬套限定了熔融金属流过沟槽式感应器的熔沟，所述熔沟衬套包括针对熔融金属的入口和出口以及用于将所述熔沟衬套安装至所述有芯感应炉的坩埚的耐火材料衬里的法兰，并且所述熔沟衬套是由耐所述熔沟中的所述熔融金属的化学侵蚀的陶瓷材料形成的，从而使得在所述有芯感应炉的使用中，所述熔融金属与所述沟槽式感应器之间的直接接触限于仅与所述熔沟衬套（包括所述法兰）接触，并且所述熔融金属不与所述沟槽式感应器的其它部分接触。
术语“化学侵蚀（chemical attack）”在这里被理解为指耐火氧化物的（在此情况下，通过与炉中的诸如铝等熔融金属的接触）热力学还原（thermodynamic reduction）或者熔融金属（诸如锌或铝或Zn-Al合金）或蒸汽（诸如锌）对耐火材料的渗透。
所述熔沟衬套的上述结构使得所述沟槽式感应器的不同部分能够由不同的材料制成，使得所述不同的材料中的各者在所述沟槽式感应器的该部分所需的特性的方面是最佳选择。具体地：
●所述熔沟衬套可以是由耐坩埚中的熔融金属（诸如含铝和/或锌的合金）的化学腐蚀的材料形成的。因此，在所述熔融金属是含有锌和含有铝的合金的形式的情况下，降低了锌蒸汽或者含有锌或含有铝的熔融合金渗透过衬套进入形成所述熔沟衬套的支撑体的耐火材料中的风险。这种效果在所述衬套被制成单体单元的情况下尤其明显。
●形成所述沟槽式感应器的熔沟衬套支撑体的耐火材料（可能是浇注料和干式振动料）能够对隔热材料特性和机械强度特性进行优化，从而使得所述熔沟衬套的完整性在有芯感应炉加热、干燥或工作期间不受损害。
所述熔沟衬套可以形成为单体单元。
所述熔沟衬套可以是任何合适的形状。
所述熔沟衬套可以由任何合适的材料制成。
所述熔沟衬套可以是具有单个U形的熔沟的细长单元（单环感应器（single loop inductor））。更加具体地，所述熔沟可以包括从所述熔沟的基底延伸出的两个臂，其中在所述熔沟的一个臂的端部中具有熔融金属入口，在所述熔沟的另一臂的端部中具有熔融金属出口，从而使得所述熔融金属能够通过所述一个臂流向所述基底，并且通过所述基底流向所述另一臂，并且沿着所述另一臂流动。
所述熔沟衬套可以是具有双U形的熔沟的细长单元。更加具体地，所述熔沟可以包括从所述熔沟的基底延伸出的三个臂（所述基底与所述臂互连），其中在所述熔沟的中间臂的端部中具有熔融材料入口，在所述熔沟的外侧臂的端部中具有熔融材料出口，从而使得所述熔融金属能够通过所述中间臂流向所述基底，并且通过所述基底向外流向所述外部臂，并且沿着所述外侧臂流动。
所述熔沟衬套可以具有顶壁，所述入口和所述出口形成在所述顶壁中，并且安装用的所述法兰从所述顶壁向外延伸。
所述熔沟衬套可以包括侧壁，所述侧壁从所述顶壁的周边延伸，安装用法兰从所述侧壁的上边缘向外延伸。这样的布置限定出了前室（vestibule）或前池（forebay）。
所述熔沟衬套可以由对于所述熔融金属有耐化学性的任意合适的陶瓷材料制成。
所述沟槽式感应器可以包括针对所述熔沟衬套的支撑体，所述支撑体包括耐火材料。
所述熔沟衬套支撑体的耐火材料可被选择为具有对于所述沟槽式感应器最佳的隔热材料特性和机械强度特性。
所述熔沟衬套支撑体还可以包括外部钢制外壳。
本发明还提供了用于沟槽式感应器的熔沟衬套，所述熔沟衬套限定了熔融金属流过所述沟槽式感应的熔沟，并且所述熔沟衬套包括针对熔融金属的入口和出口以及用于将所述熔沟衬套安装至所述有芯感应炉的坩埚的耐火材料衬里的法兰，并且所述熔沟衬套是由耐所述熔沟中的所述熔融金属的化学侵蚀的陶瓷材料形成的，从而使得在所述有芯感应炉的使用中，所述熔融金属与所述沟槽式感应器之间的直接接触限于仅与所述熔沟衬套（包括所述法兰）接触，并且所述熔融金属不与所述沟槽式感应器的其它部分接触。
所述熔沟衬套可以形成为单体单元。
所述熔沟衬套可以是任何合适的形状。
所述熔沟衬套可以由任何合适的材料制成。
所述熔沟衬套可以是具有单个U形的熔沟的细长单元（单环感应器），所述熔沟包括从所述熔沟的基底延伸出的两个臂，其中在所述熔沟的一个臂的端部中具有熔融金属入口，在所述熔沟的另一臂的端部中具有熔融金属出口，从而使得所述熔融金属能够通过所述一个臂流向所述基底，并且通过所述基底流向所述另一臂，并且沿着所述另一臂流动。
所述熔沟衬套可以是具有双U形的熔沟的细长单元，所述熔沟包括从所述熔沟的基底延伸出的三个臂（所述基底与所述臂互连），其中在所述熔沟的中间臂的端部中具有熔融材料入口，在所述熔沟的外侧臂的端部中具有熔融材料出口，从而使得所述熔融金属能够通过所述中间臂流向所述基底，并且通过所述基底向外流向所述外侧臂，并且沿着所述外侧臂流动。
所述熔沟衬套可以具有顶壁，所述入口和所述出口形成在所述顶壁中，并且所述安装用法兰从所述顶壁向外延伸。
所述熔沟衬套可以包括侧壁，所述侧壁从所述顶壁的周边延伸，所述安装用法兰从所述侧壁的上边缘向外延伸。这样的布置限定出了前室或前池。
所述熔沟衬套可以由对于所述熔融金属有耐化学性的任意合适的陶瓷材料制成。
本发明还提供了一种有芯感应炉，所述有芯感应炉包括：
（a）钢制外壳；
（b）耐火材料制成的衬里，所述衬里位于所述外壳内部；
（c）坩埚，所述坩埚是由所述带耐火衬里的外壳限定的，且用于容纳熔融金属池；以及
（d）用于加热金属的一个以上的上述沟槽式感应器，所述沟槽式感应器与所述外壳连接，并且通过喉部与所述坩埚流体连通，所述喉部经过所述外壳和所述耐火衬里延伸至所述沟槽式感应器中的所述入口。
附图说明
将参照附图以举例方式进一步说明本发明，其中：
图1是本发明的有芯感应炉的一个实施例的垂直截面图，该有芯感应炉包括本发明的沟槽式感应器的一个实施例；以及
图2是本发明的沟槽式感应器的一个实施例的垂直截面图。
具体实施方式
图1是在钢带的金属涂镀生产线中使用的用来预熔Al/Zn合金的有芯感应炉3的主要部件的横截面图。需要注意的是，本发明不限于该用途，而是可以被用作任何适合的有芯感应炉的一部分或者用于任何适合的终端应用。
图1中所示的有芯感应炉3包括由外部钢制外壳27和衬里29限定的坩埚，衬里29是由诸如硅酸铝系耐火材料制成的。在使用中，该坩埚容纳有Al/Zn合金熔池。感应炉3还包括两个沟槽式感应器31，沟槽式感应器31分别与钢制外壳27的相对的侧壁连接并且分别通过喉部33与熔池流体连通。在使用中，熔融的Al/Zn合金从熔池中流出，流过沟槽式感应器31并被沟槽式感应器31加热。
图2中的沟槽式感应器的图是垂直截面图，以示出与本发明特别相关的感应器的部件。另外，为了使得这些部件尽可能的清楚，图中的开口1中未含有感应器31的电磁线圈。
沟槽式感应器31包括：
（a）熔沟衬套，总体由数字5标识，以及
（b）熔沟衬套的支撑体。
熔沟衬套5是由对熔融的Al/Zn合金和Zn蒸汽化学耐腐蚀的材料模制成形的。熔沟衬套5是限定使得熔融的Al/Zn合金流过沟槽式感应器的上述开口1和双“U”形熔沟的单体细长单元。所述熔沟包括基底和从基底延伸出的三个平行的臂9。熔沟的中央的臂的上端是熔融的Al/Zn合金的入口15，而熔沟的外侧臂的上端是熔融的Al/Zn合金的出口17。熔沟的基底由熔沟衬套5的基底部7限定，并且熔沟的臂由熔沟衬套5的直立部9限定。这些基底部7和直立部9都是薄壁空心的部分。熔沟衬套5具有顶壁11，并且用于熔融的Al/Zn合金流动的入口15和出口17形成在顶壁11中。熔沟衬套5还包括围绕顶壁11的周边延伸的侧壁21和从侧壁21向外延伸的法兰19。顶壁11和侧壁21限定出了前室或前池。法兰19被设置用来将熔沟衬套5安装至限定有芯感应炉的坩埚（未图示）的坩埚喉部（未图示）的耐火材料衬里（未图示），从而使得熔融的Al/Zn合金与沟槽式感应器之间的直接接触限于仅与熔沟衬套5接触。
熔沟衬套支撑体包括外部钢制外壳23和耐火材料的衬里25。该耐火材料填充外壳23与熔沟衬套5之间的空间。由于熔融的Al/Zn合金与沟槽式感应器之间的接触只限于与熔沟衬套5接触，所以可以从使得沟槽式感应器的隔热性和机械强度最佳的耐火材料里选择上述该耐火材料，而不用考虑耐化学性能。
上述沟槽式感应器使得作为沟槽式感应器的失效情形的化学侵蚀和开裂最小化。
在不背离本发明的精神的提前下，上述的本发明实施例可以进行很多变形。
例如，本发明并不局限于图中所示的沟槽式感应器3的特定形状。
又例如，本发明不局限于双“U”形熔沟衬套5，而是例如还可以为一个“U”形熔沟衬套5。
再例如，本发明不限于被形成为单体单元的熔沟衬套5。

Claims (8)

1.一种有芯感应炉的沟槽式感应器，所述沟槽式感应器包括熔沟衬套，所述熔沟衬套限定了熔融金属流过所述沟槽式感应器的熔沟，所述熔沟衬套包括针对所述熔融金属的入口和出口并且包括法兰，所述法兰用于将所述熔沟衬套安装至所述有芯感应炉的坩埚的耐火材料衬里，并且所述熔沟衬套是由耐所述熔沟中的所述熔融金属的化学侵蚀的陶瓷材料形成的，从而使得在所述有芯感应炉的使用中，所述熔融金属与所述沟槽式感应器之间的直接接触限于仅与包括所述法兰在内的所述熔沟衬套接触，并且所述熔融金属不与所述沟槽式感应器的其它部分接触。
2.根据权利要求1所述的沟槽式感应器，其中所述熔沟衬套是具有单个U形熔沟的细长单元。
3.根据权利要求1所述的沟槽式感应器，其中所述熔沟衬套是具有双U形熔沟的细长单元。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的沟槽式感应器，其中所述熔沟衬套包括顶壁，所述入口和所述出口形成在所述顶壁中，并且安装用的所述法兰从所述顶壁向外延伸。
5.根据权利要求1所述的沟槽式感应器，其中所述熔沟衬套包括侧壁，所述侧壁从所述顶壁的周边延伸，安装用的所述法兰从所述侧壁的上边缘向外延伸，从而限定出了前室或前池。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的沟槽式感应器，所述沟槽式感应器包括针对所述熔沟衬套的支撑体，所述支撑体包括耐火材料。
7.一种用于沟槽式感应器的熔沟衬套，所述熔沟衬套限定了熔融金属流过所述沟槽式感应器的熔沟，所述熔沟衬套包括所述针对熔融金属的入口和出口并且包括法兰，所述法兰用于将所述熔沟衬套安装至有芯感应炉的坩埚的耐火材料衬里，并且所述熔沟衬套是由耐所述熔沟中的所述熔融金属的化学侵蚀的陶瓷材料形成的，从而使得在所述有芯感应炉的使用中，所述熔融金属与所述沟槽式感应器之间的直接接触限于仅与包括所述法兰在内的所述熔沟衬套接触，并且所述熔融金属不与所述沟槽式感应器的其它部分接触。
8.一种有芯感应炉，所述有芯感应炉包括：
（a）钢制外壳；
（b）耐火材料制成的衬里，所述衬里位于所述外壳内部；
（c）坩埚，所述坩埚由所述带耐火衬里的外壳限定，且用于容纳熔融金属池；以及
（d）用于加热金属的一个以上的前述权利要求1至6中任一项所述的沟槽式感应器，所述沟槽式感应器与所述外壳连接，并且通过喉部与所述坩埚流体连通，所述喉部经过所述外壳和所述耐火衬里延伸至所述沟槽式感应器中的所述入口。
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