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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Metallschmelztechnik und insbesondere einen zum Belüften und Rühren eines Schmelzofenbodens dienenden atmungsaktiven Stecker und ein solche atmungsaktiven Stecker aufweisenden Schmelzofen.
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Stand der Technik
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Aluminiumlegierungsbarren und die im Produktionsprozess benötigten Legierungsflüssigkeiten müssen raffiniert werden. Beim herkömmlichen Raffinationsverfahren werden Metallbarren oder dergleichen in einen Metallschmelzofen eingebracht und wird das Metall durch Erhitzen geschmolzen und dadurch in den flüssigen Zustand überführt. Anschließend werden eine Legierungskomponente und ein Raffinationsmittel, wie z. B. ein Chlorsalz oder ein Fluorsalz, der geschmolzenen Metallflüssigkeit zugegeben, wodurch eine Legierungsflüssigkeit mit einem Raffinationsmittel, wie z. B. einem Chlorsalz oder einem Fluorsalz, reagiert, um dadurch wasserstofffreie Blasen zu erhalten. Dadurch, dass die wasserstofffreien Blasen und das Raffinationsmittel während des Auftriebsvorgangs Wasserstoffe und Oxideinschlüsse adsorbieren und diese zur Flüssigkeitsoberfläche der Druckgusslegierung tragen, kann das Ziel der Entgasung und Schlackenentfernung erreicht werden.
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Die bestehenden Raffinations- und Reinigungsverfahren für Aluminiumlegierungen umfassen den folgenden Betriebsprozess: 1. Zuführen von Material: Einbringen eines Aluminiumbarrens oder einer elektrolytischen Aluminiumlösung in den Ofenkörper; → 2. Erhitzen und Schmelzen und Einbringen eines Abdeckmittels → 3. Öffnen und Schließen der Ofentür, Umrühren, erstmaliges Schlackenentfernen und Probenehmen und Analysieren der im Material enthaltenen Elemente; → 4. Öffnen und Schließen der Ofentür und Hinzufügen einer Legierungskomponente (eines Metalls oder eines Zusatzstoffs); → 5. Öffnen und Schließen der Ofentür, Umrühren, Probenehmen und Analysieren; → 6. Die Ofentür bleibt offen und die Einwirkungszeit des pulverförmigen Raffinationsmittels beträgt > 30 Minuten; → 7. Verstreuen eines Entschlackungsmittels und zweites Schlackenentfernen (> 10 min); → 8. Schließen der Ofentür nach dem durch Verstreuen des Abdeckmittels erzielten Schutz, Ruhenlassen und Warmhalten für mehr als 20 Minuten und Reinigen.
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Zusammenfassend weisen die bestehenden Schmelz- und Raffinationsverfahren für Aluminiumlegierungen die folgenden Probleme auf: 1) Im gesamten Raffinationsprozess muss die Ofentür relativ häufig geöffnet und geschlossen werden, breitet sich die Wärme der Schmelze stark aus und ist der Temperaturabfall sehr groß. Daher muss der Ofen mehrmals erhitzt werden und beträgt die Ruhe- und Warmhaltezeit oft mehr als 30 Minuten, sodass der Energieverbrauch sehr hoch ist; 2) Durch das mehrmalige Öffnen der Ofentür (über den gesamten Prozess beträgt die Zeit, in der die Ofentür offen steht, mindestens 1 Stunde) steigt ferner die Wahrscheinlichkeit, dass die Schmelze mit Außenluft in Kontakt kommt, wodurch in der Luft enthaltene H- und O-Elemente in die Aluminiumschmelze gelangen, sodass die Indikatoren wie Wasserstoffgehalt und Oxidfilm hoch sind; 3) Durch Hinzufügen von Raffinationsmittel im Aluminiumschmelz-Raffinationsverfahren entsteht mehr Schlacke. Die Menge an verwendetem Raffinationsmittel führt beim zweiten Schlackenentfernen direkt zur Entstehung einer bestimmten Menge an Schlacke, wodurch sich die Kosten zur Schlackenentfernung erhöhen; 4) Zusätzlich zu den obigen Problemen wird im Raffinations- und Reinigungsverfahren häufig eine große Menge an giftigem Gas/Staub, das/der Chlor und Fluor enthält, freigesetzt, was eine große Belastung für die Umweltschutzanlagen des Unternehmens bedeutet. Dadurch entstehen nicht nur hohe Betriebskosten, sondern es entsteht außerdem bei den Umweltschutzanlagen leicht Korrosion. Gleichzeitig entsteht eine große Menge an chlor- und fluorhaltiger Aluminiumschlacke. Nachdem das restliche Aluminiummetall aus der Aluminiumschlacke gewonnen wurde, werden ferner fluorhaltige Feststoffe freigesetzt, die die Umwelt stark belasten; 5) Ferner wird im Raffinationsverfahren für Aluminiumlegierungen die Qualität der zukünftigen Metallgussteile direkt von der Gleichmäßigkeit der Aluminiumflüssigkeit und der Legierungszusammensetzung beeinflusst. Im Schmelzofen wird die Gleichmäßigkeit durch den Gravitationseffekt, den Temperatureffekt, die erblichen Eigenschaften von Metallen usw. beeinflusst, sodass eine Verbesserung der Qualität der Metallgussteile nur schwer zu erzielen ist. Beim bestehenden Schmelzverfahren für Aluminiumlegierungen ist das Umrühren ein intermittierender Vorgang, sodass es schwierig ist, die Gleichmäßigkeit der Aluminiumschmelze sicherzustellen.
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Wegen der oben genannten Gründe findet der auf Belüftung beruhende Raffinationsprozess aufgrund seiner Vorteile, nämlich geringer Energieverbrauch, gleichzeitiges Erzielen des Umrührens und einer hohen Raffinationseffizienz, geringe Wasserstoff- und Sauerstoffeinschlüsse bei der neu hergestellten Metallflüssigkeit, geringe Schlackenproduktion und keine Emission von Abgasen, Stäuben und fluorhaltigen Feststoffen, bei den damit im Zusammenhang stehenden Unternehmen mehr und mehr Beachtung. Durch Verwenden eines auf Belüftung beruhenden Raffinationsprozesses werden Gase wie Argongase und Stickstoffgase in die Metallschmelze eingeleitet, wobei diese Gase nicht mit der Legierungsflüssigkeit reagieren, wobei während des Auftriebsvorgangs zum einen die Gase die oxidierten Einschlüsse adsorbieren und zum anderen der Druckunterschied zwischen den Blasen und der Kontaktfläche der Blasen mit der Legierungsflüssigkeit erhöht wird, sodass die in der Legierungsflüssigkeit gelösten Wasserstoffe durch die Blasen adsorbiert werden. Wenn die Einschlüsse und/oder Wasserstoffe adsorbierenden Blasen auf der Flüssigkeitsoberfläche schweben und dann entfernt werden, kann das Ziel der Entgasung und Entschlackung erreicht werden.
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Die Ofenwände bestehender Metallschmelzöfen, einschließlich Widerstandsöfen, Induktionsöfen, Gas-/Flüssiggas-Flammöfen usw., bestehen in der Regel aus regelmäßigem, flachem Korund oder aus hochtemperaturbeständigem, verschleißfestem, impermeablem und feuerfestem hochwertigem Aluminiummaterial. Deren Aufnahmekammer wird durch die Ofenwand definiert. Die Ofenwand weist eine verschließbare Ofentür auf. Das Hinzufügen der Legierungszusammensetzung und des Raffinationsmittels und die Bedienung beim Schlackenentfernen erfolgen über die Ofentür. Beim Aufbau des Schmelzofens findet hinsichtlich des auf Belüftung beruhenden Raffinationsprozesses keine Entwicklung und Verbesserung statt, was zu einer begrenzten Anwendung des auf Belüftung beruhenden Raffinationsprozesses führt. Ferner neigt bei der Verwendung des bestehenden Metallschmelzofens die Schmelze dazu, leicht am Boden und an der Innenwand des Ofenkörpers zu verschlacken.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Probleme zu beseitigen und einen Schmelzofen, bei dem ein zum Umrühren dienendes Gas zum Boden des Ofens geleitet werden kann, bereitzustellen, wobei ein Inertgas wie hochreines Argon zum Ofenboden des Schmelzofens geleitet werden kann, um die im Schmelzofen befindliche Metallschmelze umzurühren und somit den Fluss der Metallschmelze im Ofen zu beschleunigen und die Gleichmäßigkeit der Metallschmelze zu verbessern, wobei gleichzeitig im Auftriebsprozess der Metallschmelze die kleinen Moleküle des zugeführten Inertgases mit den in der Metallschmelze enthaltenen H- (Atome oder Moleküle) und Oxidverunreinigungen in Kontakt gebracht werden, wodurch die Verunreinigungen wie Oxide und H hinausgeschafft werden, um eine effiziente Raffination zu erreichen. Durch die Verwendung des Schmelzofens für das Metallschmelzen ist es nicht erforderlich, an der Quelle ein chemisches Raffinationsmittel in den Schmelzofen zu geben, wodurch die Anzahl des Öffnens der Ofentür verringert wird.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen zum Belüften und Rühren des Schmelzofenbodens dienenden atmungsaktiven Stecker bereitzustellen, wobei der atmungsaktive Stecker einen kleinen Entlüftungswiderstand und somit eine hohe Hochtemperaturbeständigkeit aufweist. Durch den atmungsaktiven Stecker kann ferner verhindert werden, dass die im Ofenkörper befindliche Metallschmelze austritt und die Poren des atmungsaktiven Steckers verstopfen und somit Probleme, nämlich schlechte Entlüftung und Lösen des atmungsaktiven Steckers vom Boden des Ofenkörpers, verursacht werden.
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Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch die eine Verschlackung der Metallschmelze am Boden und an der Innenwand des Ofenkörpers vermieden werden kann. Zur Lösung der oben genannten Aufgaben stellt die vorliegende Erfindung in erster Linie die folgende technische Lösung bereit:
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Ein zum Belüften und Rühren des Schmelzofenbodens dienender atmungsaktiver Stecker (100), der am Boden des Ofenkörpers des Schmelzofens angebracht ist und einen atmungsaktiven Kern (2), ein hochtemperaturbeständiges, nahtloses Rohr (6), einen ersten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial (7) und einen zweiten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial (1) umfasst;
wobei der atmungsaktive Kern (2) aus einem hochtemperaturbeständigen Material hergestellt ist und Entlüftungslöcher aufweist, wobei der atmungsaktive Kern (2) eine obere Endfläche (22) und eine untere Endfläche (21) aufweist, wobei die untere Endfläche (21) des atmungsaktiven Kerns (2) mit einer Ausnehmung (211) versehen ist, wobei die Ausnehmung (211) mit einem Einsteckloch (212) versehen ist;
wobei an einem Ende eines hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohrs (6) eine erste Erweiterungsscheibe (61) angeordnet ist, wobei der Endabschnitt des hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohrs (6) in das Einsteckloch (212) des atmungsaktiven Kerns (2) eingesteckt ist, wobei sich die erste Erweiterungsscheibe (61) innerhalb der Ausnehmung (211) befindet.
wobei der erste verfestigte Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial (7) durch Aushärten eines in die Ausnehmung (211) gefüllten hochfeuerfesten Gießmaterials gebildet ist;
wobei der zweite verfestigte Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial (1) durch Aushärten eines hochfeuerfesten Gießmaterials, das den atmungsaktiven Kern (2), den ersten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial (7) und die äußere Oberfläche des nahtlosen Rohrs (6) umgibt, gebildet ist.
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Durch den ersten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial (7) sind das hochtemperaturbeständige, nahtlose Rohr (6) und der atmungsaktive Kern (2) einstückig miteinander verbunden, wobei der atmungsaktive Kern (2) und das hochtemperaturbeständige, nahtlose Rohr (6) durch den zweiten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial (1) stärker miteinander verbunden und befestigt sind, wobei der atmungsaktive Stecker (100) zu einer Ziegelkonstruktion, die leicht im Schmelzofen untergebracht werden kann, verarbeitet ist und als ein separates Teil für die Herstellung von Metallschmelzöfen dient.
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Vorzugsweise weisen die Entlüftungslöcher einen Porendurchmesser auf, der im Bereich von 0,001 mm bis 1 mm liegt, wobei vorzugsweise die Korundpartikeln kalziniert sind und eine Partikelgröße von 0,5 bis 1 mm aufweisen. Entsprechend den erforderlichen Größen der Entlüftungslöcher wird eine geeignete Partikelabstufung gewählt und werden die Partikeln gleichmäßig gemischt, anschließend werden sie zur Herstellung eines Ausgangsprodukts in einem Formwerkzeug gepresst, anschließend wird dieses bei 1400 °C kalziniert, um ein Produkt mit einem Entlüftungsdruck von 0,05 MPa ± 0,005 zu erhalten, wodurch sichergestellt wird, dass kein übermäßiger Entlüftungswiderstand vorhanden ist und dass bei der Raffination der Aluminiumlegierung im Schmelzofen keine Aluminiumflüssigkeit aus dem atmungsaktiven Kern austritt.
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Vorzugsweise ist ein flexibler hochtemperaturbeständiger Faserfilz (3) um die Außenseite der ersten Erweiterungsscheibe (61) und um das obere Rohrsegment und das an die erste Erweiterungsscheibe (61) angrenzende untere Rohrsegment des hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohrs (6) gewickelt. Vorzugsweise weist das hochtemperaturbeständige, nahtlose Rohr (6) ferner eine zweite Erweiterungsscheibe (62), die sich unterhalb der ersten Erweiterungsscheibe (61) befindet, auf, wobei der Außenumfang der zweiten Erweiterungsscheibe (62) mit hochtemperaturbeständigen Dichtschnüren (5) umwickelt ist, wobei der zweite verfestigte Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial (1) die am Außenumfang der zweiten Erweiterungsscheibe (62) befindlichen hochtemperaturbeständigen Dichtschnüre (5) umgibt.
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Vorzugsweise wird das hochtemperaturbeständige, nahtlose Rohr (6) von einer Edelstahlkralle (4) umfasst, wobei sich die Edelstahlkralle zwischen der ersten Erweiterungsscheibe (61) und der zweiten Erweiterungsscheibe (62) befindet, wobei der zweite verfestigte Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial (1) die Edelstahlkralle (4) umgibt.
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Vorzugsweise ist die zwischen der oberen Endfläche (22) und der unteren Endfläche (21) des atmungsaktiven Kerns (2) befindliche Seitenwand mit Kerbnuten (23) versehen, wobei entsprechend der zweite verfestigte Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial (1) mit Vorsprüngen (11), die mit den Kerbnuten (23) im Eingriff stehen, versehen ist.
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Vorzugsweise ist die untere Endfläche (21) des atmungsaktiven Kerns (2) größer als die obere Endfläche (22) und weist eine sich nach oben verjüngende Stumpfkegelform auf. Durch eine solche Struktur kann das Problem vermieden werden, dass sich der atmungsaktive Kern (2) durch den Belüftungsdruck löst. Ferner haben die Kerbnuten (23) dieselbe Funktion.
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Vorzugsweise liegt der Durchmesser der oberen Endfläche des atmungsaktiven Kerns (2) des atmungsaktiven Steckers (100) im Bereich von 200 bis 300 mm.
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Vorzugsweise weist der zweite verfestigte Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial (1) einen nahezu rechteckigen Querschnitt auf, wobei dessen Außenwandfläche mit impermeablen Rastnuten (12) versehen ist. In die impermeablen Rastnuten (12) können hochtemperaturbeständige Dichtschnüre (8) eingesetzt werden.
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Die vorliegende Erfindung umfasst ferner einen Metallschmelzofen, wobei der Metallschmelzofen einen Ofenkörper (201) aufweist, wobei atmungsaktive Stecker (100) gemäß einer der obigen Ausführungsarten am Boden des Ofenkörpers (201) angebracht sind.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Metallschmelzofens sind die atmungsaktiven Stecker (100) am Boden des Ofenkörpers (201) gleichmäßig verteilt angeordnet, wobei der Durchmesser der oberen Endfläche (22) des atmungsaktiven Kerns (2) eines jeweiligen atmungsaktiven Steckers (100) im Bereich von 200 bis 300 mm liegt, wobei der Abstand zwischen je zwei benachbarten atmungsaktiven Kernen (2) im Bereich von 400 bis 600 mm liegt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Metallschmelzofens sind atmungsaktive Stecker (100) an den Ecken des Bodens des Ofenkörpers (201) angeordnet. Das Umrühren an den Ecken des Bodens des Ofenkörpers (201) ist am schwierigsten und hochkonzentrierte Metallschlacke und Legierungselemente lagern sich und fällen am leichtesten in den Ecken ab bzw. aus. Es ist schwieriger, die Ecken des Ofens zu reinigen. Wenn der Ofenkörper (201) für eine Zeitdauer betrieben wird, verringert sich daher nach und nach das effektive Volumen des Ofenkörpers (201). Eine solche Situation kann dadurch vermieden werden, dass atmungsaktive Stecker (100) an den Ecken des Bodens des Ofenkörpers (201) angebracht werden. Ferner umfasst die Erfindung ein Steuersystem zur intermittierenden Durchspülung der an den Ecken des Ofenkörpers angeordneten atmungsaktiven Stecker, wobei das Steuersystem zur intermittierenden Durchspülung der an den Ecken des Ofenkörpers angeordneten atmungsaktiven Stecker an den Ecken des Ofenkörpers angeordnete atmungsaktive Stecker (100), eine Argon-, Neon- oder Heliumstation (302), eine erste Pumpe (303), eine zweite Pumpe (304), eine die zweite Pumpe (304) antreibende elektrische Maschine (305) und ein die elektrische Maschine (305) zum intermittierenden Ein- und Ausschalten steuerndes SPS-Steuermodul umfasst, wobei der Einlass der ersten Pumpe (303) und der Einlass der zweiten Pumpe (304) jeweils mit der Argon-, Neon- oder Heliumstation (302) durchgängig verbunden sind, wobei der Auslass der ersten Pumpe (303) über eine erste Rohrleitung (306) mit den an den Ecken des Ofenkörpers angeordneten atmungsaktiven Steckern (100) verbunden ist, wobei der Auslass der zweiten Pumpe (304) über eine zweite Rohrleitung (307) und eine dritte Rohrleitung (308) mit den an den Ecken des Ofenkörpers angeordneten atmungsaktiven Steckern (100) verbunden ist, wobei ein erstes Vorsteuerventil (309) an der ersten Rohrleitung (306) angeordnet ist, wobei ein zweites Vorsteuerventil (310) und ein Verstärkerventil (311) nacheinander an der zweiten Rohrleitung (307) in Reihe verbunden sind; wobei die zwischen der ersten Pumpe (303) und dem ersten Vorsteuerventil (309) befindliche Rohrleitung über eine vierte Rohrleitung (313) mit der zwischen dem zweiten Vorsteuerventil (310) und dem Verstärkerventil (311) befindlichen Rohrleitung verbunden ist, wobei die vierte Rohrleitung (313) mit dem dritten Vorsteuerventil (312) verbunden ist, wobei der Auslass der zweiten Pumpe (304) ferner mit dem Vorsteuerende (a) des zweiten Vorsteuerventils (310) verbunden ist, wobei der Auslass des zweiten Vorsteuerventils (310) ferner jeweils mit dem Vorsteuerende (c) des ersten Vorsteuerventils (309) bzw. dem Vorsteuerende (b) des dritten Vorsteuerventils (312) verbunden ist, wobei die dritte Rohrleitung (308) ferner mit einem ersten Rückschlagventil (314), das in Richtung der an den Ecken des Ofenkörpers angeordneten atmungsaktiven Stecker (100) öffnet, verbunden ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Metallschmelzofens weist der Ofenkörper (201) des Metallschmelzofens eine Ofenwand (200) auf, wobei die Ofenwand (200) von außen nach innen nacheinander aus einem Ofengehäuse (13), einer Kieselgur-Ziegelschicht (12), einem impermeablen Gießmaterial (11) und einem Antihaft-Aluminium-Gießmaterial (10) besteht, wobei im Antihaft-Aluminium-Gießmaterial (10) und impermeablen Gießmaterial (11) eine Montageausnehmung (A) mit einer Größe, die größer als die Größe eines atmungsaktiven Steckers (100) ist, vorab angeordnet ist, wobei die Kieselgur-Ziegelschicht (12) und das Ofengehäuse (13), die sich unterhalb der Montageausnehmung (A) befinden, vorab mit einem Loch, durch das ein hochtemperaturbeständiges, nahtloses Rohr (6) herausgeführt ist, versehen sind, wobei ein dritter verfestigter Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial (9) zwischen dem jeweiligen atmungsaktiven Stecker (100) und der jeweiligen Montageausnehmung (A) durch Füllen ausgebildet ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Metallschmelzofens ist die Außenwandfläche des jeweiligen atmungsaktiven Steckers (100) mit impermeablen Rastnuten (12) versehen, wobei die impermeablen Rastnuten (12) mit hochtemperaturbeständigen Dichtschnüren (8) umwickelt sind. Vorzugsweise beträgt die Anzahl der impermeablen Rastnuten (12) > 2.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Metallschmelzofens ist auf der Außenseite des Ofengehäuses (13) eine Metallplatte (14) an der Stelle, an der das jeweilige hochtemperaturbeständige, nahtlose Rohr (6) herausgeführt ist, geschweißt, wobei ein nahtloses Rohr (141), dessen Durchmesser größer als der des jeweiligen hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohrs (6) ist, im mittleren Abschnitt der Metallplatte (14) angeordnet ist, wobei ein Abschnitt des jeweiligen hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohrs (6) aus dem jeweiligen nahtlosen Rohr (141) herausragt, wobei ein flexibles feuerfestes Material (15) in den Zwischenraum zwischen dem jeweiligen nahtlosen Rohr (141) und dem jeweiligen hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohr (6) gefüllt ist, wobei das untere Ende des jeweiligen nahtlosen Rohrs (141) mit einem Rohr mit einstellbarem Durchmesser (16) kombiniert und das untere Ende des jeweiligen hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohrs (6) in das Rohr mit einstellbarem Durchmesser (16) eingesteckt ist.
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Die vorliegende Erfindung weist die folgenden vorteilhaften Effekte auf:
- 1. Der erfindungsgemäße atmungsaktive Stecker (100) weist mehrere Anschlagstrukturen auf, durch die ein Lösen des jeweiligen atmungsaktiven Kerns (2) verhindert werden kann. Die Anschlagstrukturen weisen die folgenden Merkmale auf: Die Kerbnuten (23) sind auf die Vorsprünge (11) abgestimmt, ein jeweiliger atmungsaktiver Kern (2) weist eine sich nach oben verjüngende Stumpfkegelform auf, die erste Erweiterungsscheibe (61) des jeweiligen hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohrs (6) ist mit dem jeweiligen ersten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial (7) in Eingriff, eine jeweilige Edelstahlkralle (4) ist mit dem entsprechenden zweiten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial (1) in Eingriff und die jeweilige zweite Erweiterungsscheibe (62) ist mit dem jeweiligen zweiten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial (1) in Eingriff. Mit diesen Strukturen kann die Befestigung des jeweiligen atmungsaktiven Kerns (2) mit dem jeweiligen hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohr (6) verstärkt werden, um zu verhindern, dass der jeweilige atmungsaktive Kern (2) durch einen höheren Belüftungsdruck gedrückt wird und sich vom jeweiligen hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohr (6) löst.
- 2. Der erfindungsgemäße atmungsaktive Stecker (100) weist ferner mehrere Abdichtungsstrukturen auf, die einen flexiblen hochtemperaturbeständigen Faserfilz (3) und hochtemperaturbeständige Dichtschnüre (5) umfassen, wodurch der erfindungsgemäße atmungsaktive Stecker (100) gute Dichtungseigenschaften aufweist, um eine Leckage von Metallflüssigkeit zu verhindern. Der erfindungsgemäße atmungsaktive Stecker weist eine hohe Druckfestigkeit und den vorteilhaften Effekt auf, dass verhindert wird, dass sich der jeweilige atmungsaktive Kern löst. Die Erfindung weist eine gute Haltbarkeit auf.
- 3. Der atmungsaktive Kern eines erfindungsgemäßen atmungsaktiven Steckers (100) besteht vorzugsweise aus kalzinierten, feuerfesten Korundpartikeln mit einer Partikelgröße von 0,5 bis 1 mm. Die Korundpartikeln werden in einem Formwerkzeug gepresst und dann bei 1400 °C kalziniert. Ein auf diese Weise hergestellter atmungsaktiver Kern weist Poren auf, die zur Einleitung von Argongas und zur Bildung von Mikrobläschen geeignet sind. Der Entlüftungsdruck beträgt 0,05 MPa ± 0,005, wodurch sichergestellt wird, dass kein übermäßiger Entlüftungswiderstand vorhanden ist und dass bei der Raffination der Aluminiumlegierung im Schmelzofen keine Aluminiumflüssigkeit aus dem atmungsaktiven Kern austritt.
- 4. Beim erfindungsgemäßen Metallschmelzofen ist die Montagestruktur zwischen der Ofenwand (200) und dem jeweiligen atmungsaktiven Stecker (100) richtig bemessen und stabil konstruiert und weist mehrere hochtemperaturbeständige Dichtschnüre (8) auf. Ferner ist auf der Außenfläche der Ofenwand (200) ein nahtloses Rohr (141) mit großem Durchmesser durch Schweißen einer Metallplatte (14) angeordnet, anschließend werden das nahtlose Rohr (141) und das Rohr mit einstellbarem Durchmesser (16) auf der Außenseite mittels Gewinde, durch mechanisches Verrasten oder dergleichen miteinander befestigt, wobei das aus dem nahtlosen Rohr (141) herausragende hochtemperaturbeständige, nahtlose Rohr (6) in die Mitte des Rohrs mit einstellbarem Durchmesser (16) eingesteckt wird, um eine mehrfache Anti-Versickerung zu erzielen und die Kombinationsfestigkeit des Rohrs mit einstellbarem Durchmesser (16) mit dem hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohr (6) zu verbessern und somit die Gesamtlebensdauer des Ofens zu verlängern.
- 5. In der Vergangenheit führte eine langfristige Produktion beim Ofen zu einer Verschlackung, was zu einem schnellen Schrumpfen des Volumens des Schmelzofenbeckens führt. Nach einer gewissen Zeit muss der Ofen zur Durchführung einer Reinigung abgeschaltet werden, was nicht nur zeitaufwendig ist, sondern auch den Produktionszyklus beeinträchtigt. Beim erfindungsgemäßen Metallschmelzofen sind atmungsaktive Stecker (100) an den Ecken des Bodens jedes Ofenkörpers (201) angebracht und ist ein Steuersystem zur intermittierenden Durchspülung der an den Ecken des Ofenkörpers angeordneten atmungsaktiven Stecker konzipiert, um das Problem der Verschlackung durch Metallflüssigkeit an den Eckpositionen zu beseitigen. Da die im Ofenkörper (201) befindliche Metallschmelze sich weiterhin in Bewegung befindet, kann die durch den Kontakt der Metallflüssigkeit über längere Zeit mit der eine niedrige Temperatur aufweisenden Ofenwand hervorgerufene Verschlackung reduziert werden. Daher kann mit der Erfindung die Lebensdauer des Schmelzofens verlängert und können Arbeitszeit und -kraft gespart werden.
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Figurenliste
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Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen atmungsaktiven Steckers;
- 2 eine schematische Seitenansicht des Gesamtaufbaus des atmungsaktive Stecker aufweisenden Schmelzofens gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine schematische Ansicht der Verteilung der am Ofenboden des Schmelzofens angebrachten atmungsaktiven Stecker gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine schematische Ansicht des detaillierten Aufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung, in der der atmungsaktive Stecker in einem Metallschmelzofen untergebracht ist;
- 5 eine schematische Ansicht des Steuersystems zur intermittierenden Durchspülung der an den Ecken des Ofenkörpers angeordneten atmungsaktiven Stecker gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Zur besseren Erläuterung und zum einfacheren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird die vorliegende Erfindung nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht des Aufbaus eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen atmungsaktiven Steckers zeigt. Die atmungsaktiven Stecker 100 werden am Boden des Ofenkörpers des Schmelzofens angebracht. Über die atmungsaktiven Stecker 100 werden Mikrobläschen eines Inertgases wie Argongas oder Heliumgas in den Metallschmelzofen eingeleitet, wobei bei der Belüftung die Funktion des Umrührens und die Funktion der Raffination gleichzeitig erzielt werden. Der atmungsaktive Stecker 100 umfasst einen atmungsaktiven Kern 2, ein hochtemperaturbeständiges, nahtloses Rohr 6, einen ersten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial 7 und einen zweiten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial 1. Der atmungsaktive Kern 2 besteht aus kalzinierten Korundpartikeln mit einer Partikelgröße von 0,5 bis 1 mm. Nach einer durch Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Sol-Gel im Mikrometer- oder Sub-Nanometer-Bereich erfolgten Oberflächenmodifikation (die Keramikphasen, die bei hoher Temperatur auf der Oberfläche der feuerfesten Korundpartikeln gesintert werden, sind gleichmäßig mit einem Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Sol-Gel im Mikrometer- oder Sub-Nanometer-Bereich beschichtet) werden die Korundpartikeln durch isostatisches Pressen oder mit einer 100 Tonnen Hydraulikpresse gepresst und dann bei 1400 °C kalziniert, wobei darin Entlüftungslöcher mit einem Porendurchmesser von 0,001 mm bis 1 mm vorgesehen sind. Der atmungsaktive Kern 2 weist eine obere Endfläche 22 (oder Arbeitsfläche oder atmungsaktive Fläche) und eine untere Endfläche 21 auf. Der Durchmesser der Arbeitsfläche sollte nicht zu klein sein, genauer gesagt sollte er vorzugsweise 200 bis 300 mm betragen. Zum Pressen werden die Korundpartikeln in ein Formwerkzeug eingebracht. Das Formwerkzeug weist einen sich nach oben verjüngenden stumpfkegelförmigen Hohlraum auf, wodurch der gepresste atmungsaktive Kern 2 eine sich nach oben verjüngende Stumpfkegelform aufweist. Gleichzeitig ist durch Anordnen von Vorsprüngen am Boden und an der inneren Seitenwand des Formwerkzeugs der atmungsaktive Kern 2 nach dem Entformen derart ausgebildet, dass die untere Endfläche 21 mit einer Ausnehmung 211 versehen und ein Einsteckloch 212 zum Kombinieren mit dem hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohr 6 in der Mitte der Ausnehmung 211 vorgesehen und die Seite des atmungsaktiven Kerns 2 mit Kerbnuten 23 versehen ist.
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An einem Ende eines hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohrs 6 ist eine erste Erweiterungsscheibe 61 angeordnet, wobei der Endabschnitt des hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohrs 6 bis zum Ende in das Einsteckloch 212 des atmungsaktiven Kerns 2 eingesteckt wird, wodurch die erste Erweiterungsscheibe 61 in die Ausnehmung 211 eintritt. Vor dem Einstecken des hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohrs 6 in das Einsteckloch 212 werden der Umfang der ersten Erweiterungsscheibe 61 und die in ihrer Nähe befindlichen Rohrsegmente, einschließlich dem in das Einsteckloch 212 einzusteckenden Ende, mit einem flexiblen hochtemperaturbeständigen Faserfilz 3 umwickelt. Nachdem das hochtemperaturbeständige, nahtlose Rohr 6 bis zum Ende eingesteckt wurde, wird ein feuerfestes Gießmaterial in die Ausnehmung 211 gefüllt und geschlagen. Nachdem das feuerfeste Gießmaterial für mehr als 24 Stunden getrocknet wurde und nachdem es vollständig ausgehärtet ist, ist ein erster verfestigter Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial 7 gebildet. Die erste Erweiterungsscheibe 61 ist im Inneren des ersten verfestigten Aufbaukörpers aus feuerfestem Gießmaterial 7 eingebettet und somit befestigt. Nachdem das hochtemperaturbeständige, nahtlose Rohr 6 und der atmungsaktive Kern 2 durch den ersten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial 7 einstückig miteinander kombiniert sind, ist es notwendig, den Entlüftungsdruck des atmungsaktiven Kerns 2 zu prüfen und zu erfassen, d. h. ein Gas wird über das untere Ende des hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohrs 6 geleitet, um den Belüftungsdruck soweit zu erhöhen, bis das Gas von der oberen Endfläche 22 des atmungsaktiven Kerns 2 ausgestoßen wird. Der Belüftungsdruck zu diesem Zeitpunkt ist der Entlüftungsdruck des atmungsaktiven Kerns 2. Vorzugsweise weist der atmungsaktive Kern 2 einen Entlüftungsdruck von 0,05 MPa ± 0,005 auf.
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Das hochtemperaturbeständige, nahtlose Rohr 6 weist ferner eine zweite Erweiterungsscheibe 62 auf, die sich unterhalb der ersten Erweiterungsscheibe 61 befindet und deren Außendurchmesser größer als der der ersten Erweiterungsscheibe 61 ist, wobei ferner der Zwischenbereich zwischen der ersten Erweiterungsscheibe 61 und der zweiten Erweiterungsscheibe 62 von einer Edelstahlkralle 4 umfasst wird.
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Der mit dem hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohr 6 kombinierte atmungsaktive Kern 2 wird in ein Formwerkzeug, dessen Aufnahmeraum geringfügig größer als die Größe des atmungsaktiven Kerns 2 ist, eingesetzt, wobei jeweils ein Abstand zwischen der inneren Seitenwand bzw. dem Boden und dem atmungsaktiven Kern 2 vorhanden ist. Die zweite Erweiterungsscheibe 62 stützt den Boden des Formwerkzeugs, wobei der Umfang der zweiten Erweiterungsscheibe 62 mit hochtemperaturbeständigen Dichtschnüren 5 umwickelt ist, wobei das hochtemperaturbeständige, nahtlose Rohr 6 aus dem Formwerkzeug herausragt. Anschließend wird ein feuerfestes Gießmaterial in den Spalt zwischen dem Formwerkzeug und dem atmungsaktiven Kern 2 bzw. zwischen dem Formwerkzeug und dem hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohr 6 gefüllt und geschlagen. Nach einem mehr als 48-stündigen Trocknen bei niedriger Temperatur verfestigt sich das gesamte eingefüllte feuerfeste Gießmaterial auf natürliche Weise und bildet einen zweiten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial 1, wobei alle Abschnitte, mit Ausnahme der oberen Endfläche 22 des atmungsaktiven Kerns 2 und der unteren Fläche der zweiten Erweiterungsscheibe 62, vom zweiten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial umgeben sind. Auf diese Weise ist der größte Teil der Edelstahlkralle 4 und der zweiten Erweiterungsscheibe 62 im zweiten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial 1 eingebettet und somit befestigt. Schließlich wird in dem Zustand, in dem das hochtemperaturbeständige, nahtlose Rohr 6 belüftet wird, die Arbeitsfläche 22 des atmungsaktiven Kerns 2 poliert, gereinigt und mit Bornitrid beschichtet, womit die Herstellung des atmungsaktiven Kerns 2 abgeschlossen ist.
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Die Gestaltung des Formwerkzeugs sieht Vorsprünge an der inneren Seitenfläche des Hohlraums des Formwerkzeugs vor, wodurch zwei impermeable Rastnuten 12 auf der Außenseitenfläche des zweiten verfestigten Aufbaukörpers aus feuerfestem Gießmaterial 1 ausgebildet sind. Hochtemperaturbeständige Dichtschnüre 8 oder andere flexible hochtemperaturbeständige Füllmaterialien können sich in den impermeablen Rastnuten 12 verwickeln. Das feuerfeste Gießmaterial wird geschlagen und dann in die auf der Seitenfläche des atmungsaktiven Kerns vorgesehenen Kerbnuten 23 gefüllt. Nachdem die Verfestigung abgeschlossen ist, sind beim zweiten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial 1 Vorsprünge 11, die auf die Kerbnuten 23 abgestimmt und mit diesen kombinierbar sind, ausgebildet. Auf diese Weise können der atmungsaktive Kern 2 und der zweite verfestigte Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial 1 stabiler miteinander kombiniert werden.
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Der zweite verfestigte Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial 1 weist eine relativ regelmäßige Form, nämlich eine zylindrische oder rechteckige Ziegelstruktur, auf (vgl. 3: in diesem Ausführungsbeispiel hat die Außenkontur des atmungsaktiven Steckers 100 die Form eines quadratischen Ziegelkörpers und weist der mittige atmungsaktive Kern 2 einen runden stumpfkegelförmigen Körper auf), um die Montage am Boden des Ofenkörpers des Metallschmelzofens zu erleichtern. Der atmungsaktive Kern 2 weist eine sich nach oben verjüngende Stumpfkegelform auf, um somit das Problem zu vermeiden, dass sich der atmungsaktive Kern 2 durch den Belüftungsdruck löst. Gleichzeitig kann ferner durch die Eingriffsbeziehung zwischen den Kerbnuten 23 und den Vorsprüngen 11 sichergestellt werden, dass der atmungsaktive Kern 2 und der zweite verfestigte Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial 1 einstückig miteinander kombiniert sind.
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Es wird gleichzeitig auf die 2 und 3 Bezug genommen, die jeweils eine Seitenansicht des Metallschmelzofens mit am Boden des Ofenkörpers 201 angebrachten atmungsaktiven Steckern 100 und eine Draufsicht der Verteilung der am Ofenboden 201 angebrachten atmungsaktiven Stecker 100 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Es wird auf 2 Bezug genommen. Der Metallschmelzofen weist einen Ofenkörper 201 auf, wobei mehrere atmungsaktive Stecker 100 am Boden des Ofenkörpers 201 angebracht sind. Wie in den 2 und 3 gezeigt, sind die atmungsaktiven Stecker 100 am Boden des Ofenkörpers 201 gleichmäßig verteilt angeordnet. In der Regel liegt der Durchmesser der oberen Endfläche 22 des atmungsaktiven Kerns 2 des jeweiligen atmungsaktiven Steckers 100 im Bereich von 200 bis 300 mm, wobei der Abstand zwischen je zwei benachbarten atmungsaktiven Kernen 2 im Bereich von 400 bis 600 mm liegt. Die Verteilungsdichte der atmungsaktiven Stecker 100 verhält sich zur Tiefe der im Metallschmelzofen befindlichen Metallschmelze entgegengesetzt. Wenn beispielsweise die Tiefe der Metallschmelze 500 mm betragen soll, beträgt der Abstand zwischen je zwei benachbarten atmungsaktiven Kernen 2 500 mm; Wenn die Tiefe der Metallschmelze 600 mm betragen soll, beträgt der Abstand zwischen je zwei benachbarten atmungsaktiven Kernen 2 450 mm; Wenn die Tiefe der Metallschmelze 400 mm betragen soll, beträgt der Abstand zwischen je zwei benachbarten atmungsaktiven Kernen 2 550 mm. Auf diese Weise ist es möglich, einen dynamischen Gleichgewichtszustand zu erreichen, in dem sich die Metallschmelze des Ofenkörpers vollständig im zur Flotation verwendeten Blasenbett befindet, um einen optimalen gleichmäßigen Betriebszustand zu erreichen. Wie in 3 gezeigt, sind mehrere atmungsaktive Stecker 100 am Boden des Ofenkörpers 201 gleichmäßig versetzt angeordnet, d. h. fünf atmungsaktive Stecker aus drei benachbarten Zeilen oder drei benachbarten Reihen bilden ein Quadrat mit einer Mitte (diese Struktur weist eine hohe Gleichmäßigkeit auf und ferner kann dadurch vermieden werden, dass sich die Belastung auf eine Linie konzentriert und somit die strukturelle Festigkeit der Ofenwand 200 geschwächt wird). In anderen Ausführungsbeispielen sind die Verteilungsformen nicht auf die in 3 gezeigte Verteilungsform beschränkt. Solange eine gleichmäßige Verteilung vorliegt, kann sichergestellt werden, dass die Metallschmelze gleichmäßig verteilt und umgerührt wird und dass gleichzeitig keine Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft, durch die schwerere Legierungszusammensetzungen und ungleichmäßig gemischte Metallflüssigkeiten verursacht werden, auftreten.
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Insbesondere lagern sich und fällen hochkonzentrierte Metallschlacke und Legierungselemente am leichtesten in den Ecken ab bzw. aus. Es ist schwieriger, die Ecken des Ofens zu reinigen. Wenn der Ofenkörper für eine Zeitdauer betrieben wird, verringert sich daher das effektive Volumen des Ofenkörpers. Daher werden atmungsaktive Stecker 100 an den Ecken des Bodens des Ofenkörpers 201 angeordnet.
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An allen Ecken des Bodens des Ofenkörpers 201 sind atmungsaktive Stecker 100 angebracht und der Belüftungsdruck oder die Flussmenge der atmungsaktiven Stecker 100 wird zum Durchspülen und verstärkten Umrühren in Intervallen erhöht, sodass solche Situationen vermieden werden können.
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Es wird auf 4 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht des detaillierten Aufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung, in der der atmungsaktive Stecker 100 am Boden des Ofenkörpers 201 angebracht ist, zeigt. Wie in 4 gezeigt, weist der Ofenkörper 201 eine Ofenwand 200 auf, wobei die Ofenwand 200 von außen nach innen nacheinander aus einem Ofengehäuse 13, einer Kieselgur-Ziegelschicht 12, einem impermeablen Gießmaterial 11 und einem Antihaft-Aluminium-Gießmaterial 10 besteht. Im Antihaft-Aluminium-Gießmaterial 10 und impermeablen Gießmaterial 11 ist eine Montageausnehmung A mit einer Größe, die größer als die Größe eines atmungsaktiven Steckers 100 ist, vorab angeordnet, wobei die Kieselgur-Ziegelschicht 12 und das Ofengehäuse 13, die sich unterhalb der Montageausnehmung A befinden, vorab mit einem Loch, durch das ein hochtemperaturbeständiges, nahtloses Rohr 6 herausgeführt ist, versehen ist. Die Außenwandfläche des jeweiligen atmungsaktiven Steckers 100 ist mit zwei impermeablen Rastnuten 12, worin hochtemperaturbeständige Dichtschnüre gewickelt sind, versehen. Anschließend wird der jeweilige atmungsaktive Stecker in die Montageausnehmung A eingesetzt und befestigt, wodurch ein Spalt zwischen der Montageausnehmung A und dem Außenumfang bzw. dem Boden des jeweiligen atmungsaktiven Steckers 100 entsteht. Der Spalt wird mit einem hochfeuerfesten Gießmaterial gefüllt. Nachdem das Gießmaterial für 24 bis 48 Stunden geschlagen und getrocknet wurde, bildet es durch Aushärten einen dritten verfestigten Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial 9 aus. Wie in 4 gezeigt, ist an der Seitenwand der Montageausnehmung A zusätzlich eine Rastnut A' (im impermeablen Gießmaterial 11 und Antihaft-Aluminium-Gießmaterial 10) ausgebildet, sodass beim Füllen und Schlagen das feuerfeste Gießmaterial ebenfalls in die Rastnut A' eingeführt wird. Nach 24-stündigem Aushärten wird der dritte verfestigte Aufbaukörper aus feuerfestem Gießmaterial 9 zusammen mit dem impermeablen Gießmaterial 11 oder dem Antihaft-Aluminium-Gießmaterial 10 durch Einrasten fest verbunden, um zu verhindern, dass sich der jeweilige atmungsaktive Stecker 100 löst und in den Ofenkörper 201 eintritt.
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Ferner ist auf der Außenseite des Ofengehäuses 13 eine Metallplatte 14 angeschweißt, wobei ein nahtloses Rohr 141 in der Mitte der Metallplatte 14 angeordnet ist, wodurch, nachdem das hochtemperaturbeständige, nahtlose Rohr 6 des jeweiligen atmungsaktiven Steckers 100 durch das Ofengehäuse 13 durchgeführt wurde, ein Abschnitt aus dem nahtlosen Rohr 141 herausragt, wobei ein flexibles feuerfestes Material 15 in den Zwischenraum zwischen dem jeweiligen nahtlosen Rohr 141 und dem jeweiligen hochtemperaturbeständigen, nahtlosen Rohr 6 gefüllt ist. Das untere Ende des jeweiligen nahtlosen Rohrs 141 weist ein Außengewinde oder einen Verbindungsabschnitt zum Befestigen bzw. Verbinden mit einem anderen Rohrelement auf, wobei das jeweilige Rohr mit einstellbarem Durchmesser 16 mittels Gewinde oder durch Einrasten mit dem unteren Ende des jeweiligen nahtlosen Rohrs 141 fest kombiniert ist, wobei das jeweilige hochtemperaturbeständige, nahtlose Rohr 6 in die Mitte des Rohrs mit einstellbarem Durchmesser 16 eingesteckt ist. Das Rohr mit einstellbarem Durchmesser 16 ist über eine Rohrleitung mit der Flüssigargon-(Neon- oder Helium-) Station verbunden. Jeder atmungsaktive Stecker 100 verfügt über eine eigene Rohrleitung, die mit der Flüssigargon-Station verbunden ist, wobei die Rohrleitung jedes atmungsaktiven Steckers 100 jeweils mit einem Steuerschrank, wie z. B. einem SPS-Steuermodul, verbunden ist, wobei der Betriebszustand eines jeweiligen atmungsaktiven Steckers 100 gemäß dem Raffinationszustand und Raffinationsergebnis der im Ofenkörper befindlichen Metallflüssigkeit separat vom SPS-Steuermodul eingestellt wird, sodass bei Aufrechterhaltung des dynamischen Gleichgewichts des zur Flotation verwendeten Mikrobläschenbetts ein Teil des Energieverbrauchs eingespart wird.
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Das Arbeitsprinzip des Schmelzens einer Metalllegierung unter Verwendung des obigen Metallschmelzofens ist im Folgenden beschrieben:
- Dadurch, dass Argongas kontinuierlich zum kontinuierlichen, in Bewegung versetzenden Umrühren der im Metallschmelzofen befindlichen Metallschmelze in den Metallschmelzofen geleitet wird und während des Auftriebsvorgangs der in der Metallschmelze befindlichen Argongas-Mikrobläschen das in der Metallschmelze enthaltene H (Atome oder einfache Elemente) und die enthaltenen Oxide über die Oberfläche der Metallschmelze entweichen und somit hinausgeschafft werden, kann eine Raffination der Metallschmelze erzielt werden.
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Um eine Verschlackung der Metallschmelze am Boden und an der Innenwand des Ofenkörpers zu vermeiden, erfolgt bei den an den Ecken des Ofenkörpers 201 angeordneten atmungsaktiven Steckern eine intermittierende Durchspülung und werden intermittierend der Belüftungsdruck und die Belüftungsströmungsmenge erhöht. Beispielsweise werden die an den Ecken angeordneten atmungsaktiven Stecker 100 so gesteuert, dass bei ihnen schlagartig Argongas in Intervallen mit einem Basis-Betriebsparameter von 3- bis 5-mal eingeleitet wird. Durch den größeren Belüftungsdruck und die größere Belüftungsströmungsmenge kann die Durchspülungsfunktion erzielt werden. Auf dieser Grundlage stellt die vorliegende Erfindung ein Steuersystem zur intermittierenden Durchspülung bereit, das für einen Schmelzofen geeignet ist. Es wird auf 5 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht des Steuersystems zur intermittierenden Durchspülung der an den Ecken angeordneten atmungsaktiven Stecker zeigt. Wie in 5 gezeigt, umfasst das Steuersystem zur intermittierenden Durchspülung an den Ecken des Ofenkörpers angeordnete atmungsaktive Stecker 100, eine Argon- (Neon- oder Helium-) Station 302, eine erste Pumpe 303, eine zweite Pumpe 304, eine die zweite Pumpe 304 antreibende elektrische Maschine 305 und ein die elektrische Maschine 305 zum intermittierenden Ein- und Ausschalten steuerndes SPS-Steuermodul, wobei der Einlass der ersten Pumpe 303 und der Einlass der zweiten Pumpe 304 jeweils mit der Argon-, Neon- oder Heliumstation 302 durchgängig verbunden sind, wobei der Auslass der ersten Pumpe 303 über eine erste Rohrleitung 306 mit den an den Ecken des Ofenkörpers angeordneten atmungsaktiven Steckern 100 verbunden ist, wobei der Auslass der zweiten Pumpe 304 über eine zweite Rohrleitung 307 und eine dritte Rohrleitung 308 mit den an den Ecken des Ofenkörpers angeordneten atmungsaktiven Steckern 100 verbunden ist, wobei ein erstes Vorsteuerventil 309 an der ersten Rohrleitung 306 angeordnet ist, wobei ein zweites Vorsteuerventil 310 und ein Verstärkerventil 311 (auch Druckerhöhungspumpe genannt) nacheinander an der zweiten Rohrleitung 307 in Reihe verbunden sind, wobei die zwischen der ersten Pumpe 303 und dem ersten Vorsteuerventil 309 befindliche Rohrleitung über eine vierte Rohrleitung 313 mit der zwischen dem zweiten Vorsteuerventil 310 und dem Verstärkerventil 311 befindlichen Rohrleitung verbunden ist, wobei die vierte Rohrleitung 313 mit dem dritten Vorsteuerventil 312 verbunden ist, wobei der Auslass der zweiten Pumpe 304 ferner mit dem Vorsteuerende a des zweiten Vorsteuerventils 310 verbunden ist, wobei der Auslass des zweiten Vorsteuerventils 310 ferner jeweils mit dem Vorsteuerende c des ersten Vorsteuerventils 309 bzw. dem Vorsteuerende b des dritten Vorsteuerventils 312 verbunden ist, wobei die dritte Rohrleitung 308 ferner mit einem ersten Rückschlagventil 314, das in Richtung der an den Ecken des Ofenkörpers angeordneten atmungsaktiven Stecker 100 öffnet, verbunden ist. Hierbei ist das erste Vorsteuerventil 309 ein normalerweise offenes 2/2-Wegeventil und sind das zweite Vorsteuerventil 310 und das dritte Vorsteuerventil 312 beide normalerweise geschlossene 2/2-Wegeventile. Nachfolgend ist das Arbeitsprinzip beschrieben: Wenn bei den an den Ecken angeordneten atmungsaktiven Steckern 100 keine Durchspülung mit großer Durchflussmenge und Hochdruck erforderlich ist, wird die elektrische Maschine 305 durch das SPS-Steuermodul so gesteuert, dass sie ausgeschaltet wird. Argongas (Neongas oder Heliumgas) wird nur von der ersten Pumpe 303 über die erste Rohrleitung 306 und das erste Vorsteuerventil 309 in die atmungsaktiven Stecker 100 eingeleitet (da sich das dritte Vorsteuerventil 312 in der geschlossenen Position befindet, wird Argongas (Neongas oder Heliumgas) nicht über die vierte Rohrleitung 313 in die atmungsaktiven Stecker 100 eingeleitet). Zu diesem Zeitpunkt sind sowohl die Durchflussmenge als auch der Druck des eingeleiteten Argongases (Neongases oder Heliumgases) niedrig. Wenn Argongas (Neongas oder Heliumgas) mit großer Durchflussmenge und Hochdruck zur Durchspülung benötigt werden, wird die elektrische Maschine 305 durch das SPS-Steuermodul so gesteuert, dass sie eingeschaltet wird, wodurch die zweite Pumpe 304 zur Arbeit angetrieben wird. Da der Auslass der zweiten Pumpe 304 mit dem Vorsteuerende a des zweiten Vorsteuerventils 310 durchgängig verbunden ist, wird das Vorsteuerende a des zweiten Vorsteuerventils 310 unter Druck gesetzt, wodurch beim zweiten Vorsteuerventil 310 die Richtung so geändert wird, dass eine durchgängige Verbindung geschaffen wird (d. h. das normalerweise geschlossene zweite Vorsteuerventil 310 befindet sich in der Verbindungsposition). Da der Auslass des zweiten Vorsteuerventils 310 noch jeweils mit dem Vorsteuerende c des ersten Vorsteuerventils 309 und mit dem Vorsteuerende b des dritten Vorsteuerventils 312 verbunden ist, werden das Vorsteuerende c des ersten Vorsteuerventils 309 und das Vorsteuerende b des dritten Vorsteuerventils 312 unter Druck gesetzt, wodurch beim ersten Vorsteuerventil 309 die Richtung so geändert wird, dass keine durchgängige Verbindung vorliegt (d. h. das normalerweise offene erste Vorsteuerventil 309 befindet sich in der geschlossenen Position), und beim dritten Vorsteuerventil 312 die Richtung so geändert wird, dass eine durchgängige Verbindung geschaffen wird (d. h. das normalerweise geschlossene dritte Vorsteuerventil 311 befindet sich in der Verbindungsposition). Zu diesem Zeitpunkt fließt das am Auslass der ersten Pumpe 303 befindliche Argongas (Neongas oder Heliumgas) über die erste Rohrleitung 306 und die vierte Rohrleitung 313 mit dem am Auslass der zweiten Pumpe 304 befindlichen Argongas (Neongas oder Heliumgas) zusammen (d. h. die Durchflüsse der beiden Pumpen fließen zusammen und es erhöht sich dadurch die Durchflussmenge). Nach dem Zusammenfließen wird das Argongas (Neongas oder Heliumgas) in das Verstärkerventil 311 (auch Druckerhöhungspumpe genannt) eingeleitet, wobei das unter Druck gesetzte Argongas (Neongas oder Heliumgas) über die dritte Rohrleitung 308 in die atmungsaktiven Stecker 100 eingeleitet wird. Zu diesem Zeitpunkt sind die Durchflussmenge und der Druck des Argongases (Neongases oder Heliumgases) höher. Dadurch, dass die elektrische Maschine 305 durch das SPS-Steuermodul intermittierend zum Ein- und Ausschalten gesteuert wird, kann eine intermittierende Durchspülung der an den Ecken angeordneten atmungsaktiven Stecker 100 erreicht werden. Die Bedienung ist einfach. Vorzugsweise sind ein zum Verhindern eines Rückflusses dienendes zweites Rückschlagventil 315 und ein zum Steuern der Verbindung der ersten Rohrleitung 306 dienendes Magnetventil 301 am Auslass der ersten Pumpe 303 angeordnet. Vorzugsweise ist ein zum Verhindern eines Rückflusses dienendes drittes Rückschlagventil 316 am Auslass der zweiten Pumpe 304 angeordnet. Vorzugsweise werden bei der Durchspülung alle atmungsaktiven Stecker 100 so gesteuert, dass bei ihnen die Belüftung separat und versetzt durchgeführt wird. Dadurch kann bei Aufrechterhaltung des dynamischen Gleichgewichts des zur Flotation verwendeten Mikrobläschenbetts ein Teil des Energieverbrauchs eingespart werden. Auf diese Weise wird nach mehreren Verwendungszyklen des Schmelzofens gegenüber dem Stand der Technik in Bezug auf das Phänomen der Verschlackung der Ofenwand oder des Ofenbodens eine deutliche Verbesserung erzielt. Die Basis-Betriebsparameter eines jeweiligen atmungsaktiven Steckers 100 werden folgendermaßen erhalten: Gemäß den unterschiedlichen Positionen der atmungsaktiven Stecker 100 muss das vom jeweiligen atmungsaktiven Stecker 100 ausgeblasene Argongas so eingestellt werden, dass Blasen mit einer Höhe von 20 bis 50 mm und einem Diffusionsdurchmesser von 500 mm an die Oberfläche der im Ofenkörper befindlichen Metallflüssigkeit geblasen werden.
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In obigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die Aufbauten der atmungsaktiven Stecker 100 und des Ofenkörpers 201 des Schmelzofens nicht nur für Gasflammöfen, sondern auch für verschiedene bestehende Schmelzöfen aus Aluminiumlegierung, wie z. B. Widerstandsöfen und Induktionsöfen, verwendet werden. Die atmungsaktiven Stecker 100 können jeweils über das hochtemperaturbeständige, nahtlose Rohr 6, das Rohr mit einstellbarem Durchmesser 16 usw. sowohl mit einer Flüssigargon-Station als auch mit einer Inertgasquelle, wie z. B. einer Hochdruckheliumgasquelle, verbunden sein. Der Unterschied zwischen den beiden Gasquellen besteht lediglich darin, dass unterschiedliche Inertgase unterschiedlich gut verfügbar sind, eine unterschiedlich gute Anpassung erlauben (beispielsweise kann Stickstoff nicht zur Raffination von magnesiumhaltigen Legierungen verwendet werden) und unterschiedliche Herstellungskosten haben. Die konkreten Details werden gemäß den Eigenschaften der Metallschmelze und der Legierungszusammensetzung im Schmelzofen bestimmt. Dadurch, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Inertgas zur Raffination und Verunreinigungsentfernung kontinuierlich und variabel zum Boden des Ofenkörpers des Metallschmelzofens geleitet wird, dass die Anzahl des Öffnens der Ofentür verringert wird, dass der Ofenkörper nicht mit kalter Außenluft in Kontakt kommt und somit kein Austausch zwischen diesen stattfindet, dass ein kontinuierliches Umrühren zur Gewährleistung der Gleichmäßigkeit der Metallschmelze durchgeführt wird, dass eine regelmäßige Durchspülung zur Wartung des Ofenkörpers durchgeführt wird und dass die Belüftungsparameter eines jeweiligen atmungsaktiven Steckers gemäß der aktuellen Raffinationsstufe intelligent angepasst und in Echtzeit gesteuert werden, können die mit der Raffination zusammenhängenden Aufgaben und die damit verbundenen Anforderungen der jeweiligen Stufen erfüllt und somit Energie gespart werden.
