NO153908B - Smelte- og stoepeanordning. - Google Patents

Description

Den foreligggende oppfinnelse vedrører en smelte- og støpeanordning som omfatter et varmekammer med sidevegger, en overvegg og en bunn, samtlige av høyeffektivt varmeisolasjonsmateriale som hovedsakelig består av aluminiumoksyd- og silisiumoksydfibrer, en stålmantel som omslutter varmekammeret, en digelsokkel som er anordnet i varmekammeret, en digel som er plassert på sokkelen, og minst tre silisiumkarbid varmeelementer som er installert i varmekammeret, mellom kammerveggene og digelen, uten å befinne seg i fysisk berøring med varme-

elementene og digelen.

Det er fra tidligere kjent oljefyrte smelteovner, induksjonsovner og smelteovner som oppvarmes ved hjelp av elektriske motstander.

Oljefyrte smelteovner er uøkonomiske, idet det f.eks. ved anvendelse av olje for smelting av kobber, medgår ca. 0,5 kg olje pr. kilo kobber. Oljefyrte ovner forårsaker dessuten luft-forurensning på grunn av røkutviklingen. Anvendelse av oljefyrte ovner krever forholdsregler for røkfjerning og ventilasjon.

Induksjonsovner er også uøkonomiske, idet den f.eks. ved anvendelse av en kjerneløs induksjonsovn for smelting av kobber, medgår elektrisk strøm i en mengde av 0,4 kWh pr. kg. kobber. Induksjonsovner betinger store fremstillingsomkostninger og følgelig en høy anskaffelsespris. Videre er det smeltede metall i en induksjonsovn utsatt for agitering og følgelig for oksyasj on.

Fra tidligere er det også kjent mostandsovner, men disse

er ikke i stand til å oppnå de relativt høye temperaturer som kreves for smelting av kobber og kobberlegeringer. Disse kjente motstandsovner er dessuten utilfredsstillende med hensyn til den konstruksjonsmessige utforming og de styrke- og holdbarhets

messige egenskaper som skyldes konstruksjonen, og det er særlig fremtredende at diglenes levetid er kort og at varmeøkonomien er ugunstig.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse å frembringe en smelte- og støpeanordning som er anvendbar for smelting av kobber og kobberlegeringer i et temperaturområde av 1100 til 1650°C, som er av enkel konstruksjon og som kan drives med rimelige omkostninger og hvor digelen, varmekammerets inner-vegger og varmeelementene vil ha lengre levetid enn i de kjente anordninger.

De kjenntegnende trekk ved oppfinnelsen er definert i kravene.

ifølge den foreliggende oppfinnelse blir silisiumkarbid-varmeelementer anvendt i ét temperaturområde mellom 1100 og 1650°C.

Oppfinnelsen er basert på anvendelse av mineralfibrer som isolasjonsmateriale i smelte- og støpeanordningen. I anlegg av tidligere kjente typer har smelteovnenes varmeisolasjonslag be-stått av betydelig tyngre og mindre effektive varmeisolerende materialer, såsom keramikk, ildfast sten etc.

Oppfinnelsen er videre basert på installering av varmeelementene i en gitt avstand fra digelen, hvorved det oppnås maksimal utstrålingsstyrke uten at digelen utsettes for over-dreven varmepåkjenning.

Videre er oppfinnelsen basert på en massiv, konstruksjons-messig utforming som vil hindre at metalldamper fra digelen trenger inn i varmekammeret. Varmeelementene vil ikke påvirkes av metalldamper, og elementenes levetid vil derfor forlenges.

For å øke varmeelemtenes levetid kan elementene med fordel være montert horisontalt, og derved rage inn i motstående vegger av varmekammeret, i gitt avstand fra kammerets bunn. Derved vil mekaniske støt under anvendelsen av smelte- og støpeanordningen ikke kunne medføre brudd på elementene, og heller ikke vil eventuelt smeltemetall som renner ned på bunnen av varmekammeret, kunne skade elementene. Videre kan elementene være anordnet i gitt avstand fra kammerets innervegg, for å hindre at veggene utsettes for overdrevne varmebelastninger.

Energiforbruket under drift av smelte- og støpeanordningen ifølge oppfinnelsen er bare halvparten så stort som ved smelteovner av kjente typer. Sammenliknet med en oljefyrt ovn er energiforbruket i ovnen ifølge oppfinnelsen ca. en femtedel av energiforbruket i en likeverdig, oljefyrt ovn, ved smelting av kobber. Smelte- og støpeanordningen ifølge oppfinnelsen-er ut-merket egnet for smelting av kobber og kobberlegeringer i et temperaturområde av 1100-1150-1200-1250-1600-1650°C, og ovnen kan også anvendes til smelting av andre metaller, f.eks. aluminium ved lavere temperaturer, f.eks. ned til 700°C.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori:

Fig. 1 viser et fremre, vertikaltverrsnitt av varme-

kammeret i en svingbar anordning ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser et vertikalt lengdesnitt av varmekammeret

ifølge fig. 1.

Fig. 3 viser et sideriss av smelte- og støpeanordningen ifølge fig. 1 og 2 med tilhørende dreiemekanisme.

Fig. 4 viser et vertikalsnitt av en annen utførelsesform

av anordningen ifølge oppfinnelsen.

Fig. 5 viser et øvre planriss av ovnen ifølge fig. 4.

Fig. 6 viser et vertikalsnitt av en tredje utførelsesform

av oppfinnelsen.

Den smelte- og støpeanordning ifølge oppfinnelsen som er

vist i fig. 1-6, omfatter et varmekammer 20 som avgrenses i sideretninger og høyderetning av sidevegger 1, en overvegg 2 og en bunn 3. Veggene er innkapslet i en stålmantel. I varme-

kammeret er det anordnet en sokkel 6 som understøtter en digel 7, og minst tre varmeelementer 8 som er forbundet med elektriske ledninger 19 og installert i kammeret, mellom innerveggene og digelen, uten å befinne seg i fysisk kontakt med digelen.

Ifølge oppfinnelsen er varmeelementene 8 anordnet i form

av silisiumkarbidelementer som er innrettet til å bringe temperaturen i digelen 7 opp til mellom 1100 og 1650°C, med henblikk på smelting og støping av kobber og kobberlegeringer. Ifølge oppfinnelsen består varmeisolasjonsmaterialet 4 i sideveggene 1 hovedsakelig av aluminium- og silisiumoksydfibrer.

Ifølge oppfinnelsen er varmeelementene dessuten slik plassert i kammeret 20, at avstanden mellom elementenes senterlinje og digelens yttervegg 9 utgjør 2-4 ganger varmeelementenes diameter k.

Smelte- og støpeanordningen ifølge fig. 1-3 har stort sett form av et parallellepipedon, hvor yttersiden av overveggen 2 danner et oppadragende, delvis konvekst flateparti, hvorpå det er montert et lokk 15. Sideveggene 1 avgrenser et mellomliggende og likeledes stort sett parallellepipedformet, avlangt rom, hvori digelen 7 er plassert på sokkelen 6. Digelen 7 rager delvis inn i overveggen 2, og det er opprettet en tettsluttende skjøt mellom digelen og overveggen, slik at metalldamper hindres i å trenge inn i varmekammeret. En pakning 21, eksempelvis av samme, elastiske materiale som isolasjonsmaterialet 4, er anordnet mellom digelens oppadvendte munning og overveggen 2.

Forholdet mellom lengden og bredden av det parallelle-pipedf ormete varmekammer 20 er tilnærmelsesvis 1,6,-1,7. De fire øverste elementers senterlinjeavstand fra digelens 7 yttervegg 9 er på begge sider 2,7-2,8 ganger elementdiameteren, og den tilsvarende avstand for de nederste elementer er 3,1 ganger elementdiameteren. Samtlige tolv elementer, seks på hver side av digelen, ligger i en avstand av 2,8 ganger elementdiameteren.

Elementene 8 som har sirkelformet tverrsnitt og er anordnet innbyrdes parallelt, og montert under hverandre i to rekker, parallelt med kammerets korte sidevegger og vinkelrett mot kammerets lange sidevegger. Hvert element 8 yter maksimalt ca. 8,4 kw, slik at anordningens maksimale totalytelse er ca. 100 kw. Anordningen kan oppta 500 kg kobber eller 150 kg aluminium.

Kammeret som er vist i fig. 1-3 og som avgrenses av veggene 1,2 og bunnen 3 er med sin digel og sine elementer svingbart forbundet med en bære- og rammekonstruksjon 11 som understøtter anordningen, ved hjelp av en horisontal aksel 13 som løper parallelt med.kammerets langside. Anordningen omfatter videre en hydraulisk sylinder 14 som er svingbart forbundet med rammen 11 og kammeret 20, slik at varmekammeret og den til-hørende digel som understøttes av rammen 11, kan svinges mot en utløpskanal 16.

Når anordningen skal tas i bruk, åpnes lokket 15 og digelen 7 fylles delvis med metall som skal smeltes, hvoretter lokket lukkes og den elektriske strøm til varmeelementenes 8 innsjåltes for oppvaiiaing av elementene. Fra varmeelementene overføres varmen, hovedsakelig ved stråling og delvis ved konveksjon, til digelen og metallet i denne, og delvis til innerflaten av sideveggene 1. På grunn av varmeelementenes 8 plassering i viss avstand fra digelen og i viss avstand fra sideveggene i vil varmen overføres jevnt til digelen 7 og til sideveggene 1, uten at temperaturen antar toppverdier eller bunnverdier som forårsaker høye, termiske spenninger. Når smeltemetallet har oppnådd den ønskete temperatur, ledes trykk-væske inn i sylinderen 14 som derved bevirker at anordningen vippes mot utløpskanalen 16, eksempelvis for uttømming av det. smeltede metall i en form. Etter avsluttet støping reduseres trykket i den hydrauliske sylinder 14 ved hjelp av en regulator (ikke vist), slik at kammeret 20 med digelen 7 svinges nedad til den vertikale utgangsstilling.

Idet varmeelementene 8 rager inn i kammerets 20 motstående langvegger og er opplagret i monteringsrør som omslutter elementene og er innført gjennom veggene (rørene er i fig. 1 vist som en massiv ring som omgir de skråskraverte, runde elementer), vil støt som påvirker anordningen, bare påføre elementene små, mekaniske belastninger, som følge av at varmeelementene er opplagret i begge ender. Dessuten vil det fibrøse isolasjonsmateriale 4 dempe støtvirkningene som påføres varmeelementene og som øker når støpeanordningen vibrerer grunnet bevegelsene under tømming.

I anordningen ifølge fig. 1-3 er varmeelementene plassert horisontalt og i gitt avstand, ca. fem ganger elementdiameteren for de nederste elementer, fra bunnen av kammeret. Det vil på den måte oppnås sikkerhet for at metall som strømmer ut på kammergulvet f.eks. fra en delvis sprukket digel, ikke kan beskadige selv de lavest plasserte av varmeelementene.

I anordningen som er vist i fig. 4-5, er forholdet mellom lengden og bredden av varmekammeret ca. 1,6. I kammeret 2 6 er det på hver side av digelen montert tre horisontaltliggende varmeelementer i en vertikal rekke, parallelt med kammerets korte sidevegger. De øverste elementers senterlinjeavstand fra digelens yttervegg er ca. 2,7 ganger varmeelementdiameteren, mens den tilsvarende avstand er ca. 2,9 ganger elementdiameteren for de midtre elementer og ca. 3,4 ganger elementdiameteren for de nederste varmeelementer. Elementenes senterlinjeavstand fra innerflaten av kammerts korte sidevegger er ca. 2,3 ganger elementdiameteren.

Hvert av elementene i anordningen ifølge fig. 4-5 utvikler en maksimaleffekt av ca. 8,3 kW, slik at maksiumseffekten av anordningen i sin helhet utgjør ca. 50 kW. Anordningens charge ringskapasitet er ca. 300 kg kobber eller 90 kg aluminium.

Smelte- og støpeanordningen ifølge fig. 4-5 er konstruert for den horisontale støpeprosess. Digelens 7 utløpskanal 6 er plassert umiddelbart ved bunnen av digelen, og er bestemt for å tilføres avkjølt støpemetall og/eller kjølemiddel. Digelen 7 i smelte- og støpeanordningen ifølge fig. 4-5 er videre utstyrt' med en andre utløpskanal 16' for tømming av digelen. Både bunnen 3 og overveggen 2 er delvis fremstilt av en støpematerial-blanding som sikrer den nødvendige styrke. Åpningen i digelen 7 er avtettet mot overveggen 2 ved hjelp av en pakning 21.

Fig. 6 viser et vertikalsnitt av en tredje utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen. Kammeret har form av et parallellepiped, hvor forholdet mellom langsiden og kortsiden utgjør ca. 1,6. Anordningen er ialt utstyrt med seks varme-'elementer som er anordnet horisontalt og over hverandre i to rekker, parallelt med kammerets kortsider, på begge sider av digelen. Varmeelementenes senterlinjeavstand fra digelens yttervegg utgjør ca. 2,4 ganger elementdiameteren for de øverste elementer, ca. 2,8 ganger elementdiameteren for midtelementene og ca. 3,3 ganger elementdiameteren for de nederste elementer. Elementenes senterlinjeavstand fra innersiden av de korte kammervegger utgjør 2,1 ganger elementdiameteren, og senter-lin j eavstanden mellom hvert av elementene og det nærmest over-liggende/underliggende element utgjør ca. 2,8 ganger elementdiameteren, mens de nederste elementers senterlinjeavstand fra kammerbunnen er ca. 3,2 ganger elementdiameteren. Hvert element har en maksimalytelse av ca. 14 kw, og anordningen utvikler en maksimaleffekt av ca. 85 kW. Anordningen kan oppta ca. 1000 kg kobber eller 300 kg aluminium.

Vedrørende metallsmelting og oppvarming av anordningen er virkemåten den samme som beskrevet i det ovenstående i forbindelse med anordningen ifølge fig. 1-3. Videre er anordningen bestemt for hovedsakelig å forbli i stasjonær tilstand, slik at digelen 7 bare løftes ut av kammeret 20 gjennom kammeret 5 i tilknytning til støpeprosessen, ved hjelp av en løfteinnretning av konvensjonell type som ikke er vist.

Eksempel 1

Det ble fremstilt de typer av støpeanordningen ifølge fig. 1-3, som er angitt i tabell I.

Eksempel 2

Det ble fremstilt de typer av støpeanordningen ifølge fig. 6, som er angitt i tabell II.

Den innbyrdes avstand mellom varmeelementene, senter-lin jeavstanden mellom hvert av de horisontale varmeelementer og det parallelle, nærmest overliggende/underliggende varmeele-ment er f.eks. 2-4 ganger elementdiameteren, og utgjør i ut-førelsesformen ifølge fig. 4-5 3,4 ganger elementdiameteren, i utførelsesformen ifølge fig. 6, 2,8 ganger elementdiameteren og i den utførelsesform som er angitt i tabell II, type T-2000, ca. 2,2 ganger elementdiameteren. På denne måte og grunnet

elementenes gitte avstand fra digelens yttervegg og fra inner-

siden av varmekammerets korte sidevegg, vil varmen utstråle jevnt fra varmeelementene til digelens yttervegg, dvs. at digelens overflatetemperatur er stort sett jevn. Videre vil.varmen som utstråler fra varmeelementene til innersiden av varmekammerets kortvegger, likeledes fordeles jevnt over nevnte veggflater. Tempera-turdifferansene mellom forskjellige punkter i digelens ytter-

flate, og likeledes mellom forskjellige punkter i varmekammerets innerflate vil således være minst mulig, og varmespenningene som påvirker disse flatepartier, er redusert til et minimum.

Dersom varmeelementenes avstand fra varmekammerets kort-

vegger er kortere enn som angitt i det ovenstående, vil den varme-mengde som overføres ved konveksjon og stråling, øke med derav følgende økning av veggflatetemperaturen. Dette vil medføre forringet varmeøkonomi og store belastninger på sideveggene, som vil resultere i høye driftsomkostninger og forkortelse av veggenes levetid. Hvis elementenes avstand fra sideveggene er større enn den angitte avstand, vil dette betinge en urimelig størrelse av varmekammeret, og spesielt vil avstanden av varmeelementene fra kortveggene og dermed fra digelen øke. Dette vil betinge en økning både av dimensjoner og flateareal av anordningens ytter-vegger, og dette vil øke varmeoverføringen til omgivelsen ,dvs.

øke varmetapene som følge av den større overføringsflate. Dette vil medføre forringet varmeøkonomi og større omkostninger.

Mengden av de inngående bestanddeler i mineralfiber-^

materialet som anvendes som varmeisolasjon, kan variere betydelig.

Den samlete mengde av Al203 og Si02 er 50-100 vekt%, hvorav

mengden av A^O^ kan ligge mellom 0-10 0 vekt%, f.eks. over 40

vekt%, såsom 40-60 vekt%, mens mengden av SiC^ kan ligge på

0-100 vekt%, f.eks. over 40 vekt%, såsom 40-60 vekt%, og andre tilsatsstoffer og urenheter kan inneholdes av fibrene, forutsatt at urenhetene ikke vil forårsake korrosjon eller annen beska-

digelse av digelen, elementene eller ovnkonstruksjonene, hvorav særlig elementene og ovnkonstruksjonen er utsatt for skadevirk-ninger fra jernforbindelser.

Varmeledningsevnen for isolasjonsmaterialet 4 kan eksempelvis være 0,1-0,3 kcal/m h°C i henholdsvis ytterlaget av det fibrøse isolasjonsmateriale og i innerlaget nærmest digelen ved hen-

holdsvis ca. 400°C og 1200°C.

Isolajonslaget 4 består av mineralfibrer, eksempelvis "Triton kaowool" eller "Fiberfax" som inneholder følgende bestanddeler:

Anordningens effektivitet kan bedres og den nødvendige mengde isolasjonsmateriale reduseres ved å anbringe en passiv reflektor mellom kammerets korte sidevegger og varmeelementene, for reflektering av varmen til digelen.

Anordningen ifølge oppfinnelsen kan forbindes med for-skjellig hjelpeutstyr som i og for seg er kjent i forbindelse med smelte- og støpeanordninger, såsom en termostat med tempera-turføler (vist i fig. 4 ovenfor kanalen 16 og det øvre varme-element), støpedeler, kanallukkerinnretninger m.m.

Claims (5)

1. Smelte- og støpeanordning som omfatter et varmekammer (20) med sidevegger (1), en overvegg (2) og en bunn (3), samtlige av høyeffektivt varmeisolasjonsmateriale (4) som hovedsakelig består av aluminiumoksyd- og silisiumoksydfibrer, en stålmantel (5) som omslutter varmekammeret (20), en digelsokkel (6) som er anordnet i varmekammeret (20), en digel (7) som er plassert på sokkelen (6), og minst tre silisiumkarbid varmeelementer (8) som er forbundet med elektriske ledninger (19), og som er installert i varmekammeret, mellom kammerveggene og digelen, uten å befinne seg i fysisk berøring med varmeelementene (8) og digelen (7), karakterisert ved at varmeelementene (8) er opplagret i begge ender mot støtvirkning, og at varmeelementene er slik plassert i varmekammeret at avstanden fra elementenes senterlinje til digelens yttervegg (9) utgjør 2-4 ganger varmeelementdiameteren (k), avstanden mellom varmeelementet (8) og den paralleltløpende innervegg (10) i varmekammeret (20) utgjør 2-4 ganger varmeelementdiameteren, og hvert av elementenes (8) senterlinjeavstand fra det nærmestliggende element i vertikal retning utgjør 2-4 ganger varmeelementdiameteren (k).

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at varmekammeret (20) i hovedsak har form av et avlangt parallellepiped hvor digelen (7) er plassert stort sett i midten av kammeret, og at varmeelementet (8) strekker seg inn i kammerets motstående langvegger (10), parallelt med kortveggene (10), og er anordnet over hverandre i to vertikale rekker på hver sin side av digelen, mellom kammerets (20) kort-vegg og digelen, hvorved avstanden fra elementenes senterlinje til digelens yttervegg utgjør 2,3-3,5 ganger varmeelement-diamteren (k).

3. Anordning i samsvar med krav 2, karakterisert ved at varmelementenes (8) senterlinjeavstand fra varmekammerets (20) kortvegger utgjør 2-3 ganger varmeelementdiameteren (k).

4. Anordning i samsvar med krav 2, karakterisert ved at de nederste elementers (8) senterlinjeavstand fra kammerets (20) bunn (3) utgjør 3-5 ganger elementdiameteren .

5. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at varmeisolasjonsmaterialet (4) har en varmeledningsevne av 0,1-0,3 kcal/m h°C i henholdsvis ytterlaget og innerlaget ved henholdsvis 400 og 1200°C.