DE112015006539T5

DE112015006539T5 - Metallschmelze-warmhalteofen

Info

Publication number: DE112015006539T5
Application number: DE112015006539.3T
Authority: DE
Inventors: Kiyata MOCHIZUKI
Original assignee: TOUNETSU Co Ltd
Current assignee: TOUNETSU Co Ltd
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2035-09-01
Also published as: CN107251645B; JP6644776B2; JPWO2016185624A1; US20180124877A1; MX370940B; DE112015006539B4; CN107251645A; WO2016185624A1; JP2020062689A; US10462851B2; JP6842215B2; MX2017014269A

Abstract

Vorgesehen wird ein Metallschmelze-Warmhalteofen mit Wärmeableitungs- und Isolierungseigenschaften. Eine Einsetzöffnung 20 eines Metallschmelze-Warmhalteofens 10 weist einen inneren zylindrischen Bereich (sich verjüngende Oberfläche) 21 und einen äußeren zylindrischen Bereich 22 (zylindrische Oberfläche) auf. Ein Heizrohr 30 weist einen distalen zylindrischen Bereich 35 auf, der dem inneren zylindrischen Bereich 21 entspricht, und einen proximalen zylindrischen Bereich 36, der dem äußeren zylindrischen Bereich 22 entspricht. Das Heizrohr 30 wird in die Einsetzöffnung eingesetzt und positioniert, wobei der distale zylindrische Bereich 35 am inneren zylindrischen Bereich 21 angeordnet ist und der proximale zylindrische Bereich 36 am äußeren zylindrischen Bereich 22 angeordnet ist. Ein Füllmaterial 60 ist zwischen dem Heizrohr 30 und der Einsetzöffnung 20 eingefüllt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Metallschmelze-Warmhalteofen zum Warmhalten einer Metallschmelze.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlicherweise wird ein Metallschmelze-Warmhalteofen zum Warmhalten einer Aluminiummetallschmelze in Patentschrift 1 offengelegt. Der in Patentschrift 1 offengelegte Metallschmelze-Warmhalteofen weist einen Ofenkörper zum Warmhalten einer Metallschmelze auf. Der Ofenkörper weist eine mit einer Öffnung ausgebildete Seitenwand auf, durch die ein Heizrohr in die Metallschmelze eingesetzt wird.
Ein weiteres für den Metallschmelze-Warmhalteofen verfügbares Heizrohr wird in Patentschrift 2 offengelegt.
DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTSCHRIFTEN

Patentschrift 1: JP 2013-170801 A
Patentschrift 2: JP 5371784 B

Ein jeder der in Patentschrift 1 und 2 offengelegten Metallschmelze-Warmhalteofen verwendet das quer eingesetzte Heizrohr zum Erwärmen der Metallschmelze über natürliche Konvektion, was dahingehend vorteilhaft ist, dass die Metallschmelze nicht übermäßig erwärmt wird und daher die Oxidation der Metallschmelze in diesem Ofen im Vergleich zu einem anderen Metallschmelze-Warmhalteofen, in dem die Oberfläche der Schmelzfläche erwärmt wird, verringert wird.
Bei einem Aluminiummetallschmelze-Warmhalteofen wird eine Temperatur der Metallschmelze auf zum Beispiel 700 °C gesteuert, was etwas höher ist als die Schmelztemperatur von Aluminium, d.h. 660 °C. Die Verfestigungstemperatur von Aluminium liegt bei 550 °C. Daher wird die Temperatur eines proximalen Endbereichs des Heizrohrs (d.h. ein Bereich, der sich außerhalb einer Ofenwand befindet) auf 550 °C oder weniger gesteuert, was verhindert, dass die Aluminiumschmelze durch Sprünge leckt, die möglicherweise in dem um das Heizrohr angefüllten Material entstehen.
Wenn die Temperatur des proximalen Endbereichs des Heizrohrs auf eine Temperatur weit unter 550 °C verringert wird, steigt ein Wärmebetrag an, der vom proximalen Endbereich des Heizrohrs freigesetzt wird, was nachteilig hinsichtlich der Wärmeeffizienz ist.
Das in Patentschrift 2 offengelegte Heizrohr weist einen inneren sich verjüngenden proximalen Endbereich auf, der von der Ofenwand gehalten wird. Die Seitenwand des Metallschmelze-Warmhalteofens mit dem Heizrohr weist eine zugehörige sich verjüngende Durchgangsöffnung auf, in der der entsprechende sich verjüngende Bereich des Heizrohrs verkeilt eingepasst ist. Dies führt dazu, dass das zwischen dem Heizrohr und der Durchgangsöffnung eingefüllte Material aufgrund des Verkeilungseffekts in dichter Weise zurückgehalten wird, was das Lecken der Metallschmelze wirksam verhindert. Das sich verjüngende Element von Patentschrift 2 verjüngt sich nach außen und in umgekehrter Weise, und der maximale Querschnitt der Verjüngung befindet sich am äußersten Ende der Wand davon. Diese Anordnung ist hinsichtlich der Wärmeableitung vorteilhaft, kann aber hinsichtlich der Wärmerückhaltung nachteilig sein.
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen neuen Metallschmelze-Warmhalteofen vorzusehen, der die geeigneten Wärmeableitungs- und Wärmerückhaltungseigenschaften hat.
Zu diesem Zweck umfasst ein Metallschmelze-Warmhalteofen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung:
einen Ofenkörper (11), der eine Bodenwand (12), eine Deckenwand und eine Seitenwand (13) enthält, die sich zwischen der Bodenwand (12) und der Deckenwand erstreckt, um einen Raum (18) zur Aufnahme von Metallschmelze zu bilden, der durch die Bodenwand (12), die Deckenwand und die Seitenwand (13) definiert ist, wobei der Ofenkörper (11) wenigstens eine Einsetzöffnung (20) enthält, die dazu ausgebildet ist, durch die Seitenwand (13) oder die Deckenwand zu verlaufen; und
ein Heizrohr (30), das einen Wärmeerzeuger (51) enthält und in die Einsetzöffnung (20) eingesetzt ist,
den Metallschmelze-Warmhalteofen (10) zum Warmhalten einer im Raum (18) zur Aufnahme von Metallschmelze enthaltene Metallschmelze unter Verwendung der vom Wärmeerzeuger (51) erzeugten Wärme auf einer bestimmten Temperatur,
wobei die Einsetzöffnung (20) einen inneren zylindrischen Bereich (21) und einen äußeren zylindrischen Bereich (22) in einem Gebiet von einem inneren Endbereich zu einem äußeren Endbereich der Seitenwand (13) oder der Deckenwand enthält, der innere zylindrische Bereich (21) von einem Ausgangspunkt (23) an oder in der Nähe des inneren Endbereichs zu einem Zwischenpunkt (24) zwischen dem inneren und dem äußeren Endbereich verläuft, der äußere zylindrische Bereich (22) von einem Zwischenpunkt (24) zu einem Endpunkt (25) an oder angrenzend an den äußeren Endbereich verläuft, der innere zylindrische Bereich (21) einen Innendurchmesser hat, der langsam vom Ausgangspunkt (23) zum Zwischenpunkt (24) ansteigt, und der äußere zylindrische Bereich (22) einen konstanten Innendurchmesser aufweist,
wobei das Heizrohr (30) einen distalen zylindrischen Bereich (35) enthält, der dem inneren zylindrischen Bereich (21) entspricht, und einen proximalen zylindrischen Bereich (36), der dem äußeren zylindrischen Bereich (22) entspricht, wobei der distale zylindrische Bereich (35) einen Außendurchmesser hat, der langsam vom Ausgangspunkt (23) zum Zwischenpunkt (24) ansteigt, und der proximale zylindrische Bereich (36) einen konstanten Außendurchmesser hat, der kleiner ist als ein Außendurchmesser des distalen zylindrischen Bereichs (35) am Zwischenpunkt (24),
wobei das Heizrohr (30) in die Einsetzöffnung (20) eingesetzt und positioniert ist, wobei der distale zylindrische Bereich (35) des Heizrohrs (30) sich am inneren zylindrischen Bereich (21) der Einsetzöffnung (20) befindet und wobei sich der proximale zylindrische Bereich (36) des Heizrohrs (30) am äußeren zylindrischen Bereich (22) der Einsetzöffnung (20) befindet, und
wobei ein Füllmaterial (60) zwischen dem distalen zylindrischen Bereich (35) des Heizrohrs (30) und dem inneren zylindrischen Bereich (21) der Einsetzöffnung (20) eingefüllt ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Heizrohr (30) einen abgestuften Bereich (37) auf, der an einer ringförmigen Fläche ausgebildet ist, die radial zwischen dem distalen zylindrischen Bereich (35) und dem proximalen zylindrischen Bereich (36) des Heizrohrs (30) verläuft,
wobei ein röhrenförmiges Element (61, 77) zwischen dem proximalen zylindrischen Bereich (36) des Heizrohrs (30) und dem äußeren zylindrischen Bereich (22) der Einsetzöffnung (20) angeordnet ist, und
das röhrenförmige Element (61, 77) gegen den abgestuften Bereich (37) des Heizrohrs (30) gepresst wird.
Das röhrenförmige Element (61, 77) kann entweder aus einem wärmeleitfähigen Metallmaterial oder einem Wärmeisolationsmaterial hergestellt sein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Fixierungselement (62) außerhalb des röhrenförmigen Elements (61, 77) angeordnet,
wobei das Fixierungselement (61, 77) mit der Ofenwand (14) durch ein Befestigungsmittel (63, 64) verbunden ist, und
das röhrenförmige Element (61, 77) gegen den abgestuften Bereich (37) des Heizrohrs (30) durch das Befestigungsmittel (63, 64) gepresst wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der distale zylindrische Bereich (35) und der proximale zylindrische Bereich (36) des Heizrohrs (30) aus einem einzelnen Element hergestellt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der distale zylindrische Bereich (35) und der proximale zylindrische Bereich (36) des Heizrohrs (30) aus verschiedenen Elementen ausgebildet, und der distale zylindrische Bereich (35) und der proximale zylindrische Bereich (36) werden durch Wärme verbunden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der distale zylindrische Bereich (35) des Heizrohrs (30) einen Außendurchmesser, der vom Ausgangspunkt (23) in Richtung des Zwischenpunkts (24) stetig ansteigt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der innere zylindrische Bereich (21) der Einsetzöffnung (20) einen Innendurchmesser, der vom Ausgangspunkt (23) in Richtung des Zwischenpunkts (24) stetig ansteigt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der distale zylindrische Bereich (35) des Heizrohrs (30) einen Außendurchmesser, der vom Ausgangspunkt (23) in Richtung des Zwischenpunkts (24) mit Unterbrechungen ansteigt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der innere zylindrische Bereich (21) der Einsetzöffnung (20) einen Innendurchmesser, der vom Ausgangspunkt (23) in Richtung des Zwischenpunkts (24) stetig ansteigt.
Gemäß dem so konstruierten Metallschmelze-Warmhalteofen (10) fließt die Wärme der Metallschmelze durch das Heizrohr (31) in einer Richtung vom distalen Ende (im Inneren des Ofens) in Richtung des proximalen Endes (außerhalb des Ofens). Da die Querschnittsfläche am Grenzbereich zwischen dem distalen zylindrischen Bereich (35) und dem proximalen zylindrischen Bereich (36) wesentlich verringert ist, ist die über den Grenzbereich vom distalen zylindrischen Bereich (35) zum proximalen zylindrischen Bereich (36) hinaus übertragene Wärme begrenzt, sodass der proximale zylindrische Bereich (36) auf einer wesentlich geringeren Temperatur gehalten wird. Daher wird eine Metallschmelze, die vom Inneren des Ofens zur Außenseite des Ofens entlang der Außenumfangsfläche des Heizungsschutzrohrs (30) fließt, auf dem Weg dorthin verfestigt und fließt nicht aus dem Ofen heraus. Ein an die Atmosphäre abzuleitender Wärmebetrag wird wesentlich verringert. Daher wird der Metallschmelze-Warmhalteofen mit verbesserten Wärmeableitungs- und Wärmerückhalteeigenschaften vorgesehen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Ausschnitt einer Querschnittsansicht eines Metallschmelze-Warmhalteofens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht eines Heizrohrs, das in dem in 1 dargestellten Metallschmelze-Warmhalteofen verwendet wird.
3 ist ein Ausschnitt einer Querschnittsansicht eines Metallschmelze-Warmhalteofens gemäß einer anderen Ausführungsform.
4 ist ein Ausschnitt einer Querschnittsansicht eines Heizungsschutzrohrs gemäß einer anderen Ausführungsform.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Ein Metallschmelze-Warmhalteofen einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf die Zeichnungen im Anhang beschrieben. In der Beschreibung des Metallschmelze-Warmhalteofens sind Bereiche davon, die sich innerhalb und außerhalb des Ofens befinden, jeweils durch begleitende Positionsbezeichnungen, wie „innen" und „außen" angegeben. In der Beschreibung eines Heizrohrs, das durch eine Ofenwand des Metallschmelze-Warmhalteofens eingesetzt wird, werden Bereiche des Heizrohrs, die sich innerhalb und außerhalb des Ofens befinden, jeweils durch begleitende Positionsbezeichnungen, wie „distal" und „proximal" angegeben.
1 ist eine Querschnittsansicht eines Ausschnitts eines Metallschmelze-Warmhalteofens 10 zum Warmhalten einer Metallschmelze, wie Aluminium. Der Ofen 10 weist einen Ofenkörper 11 auf. Ähnlich wie beim herkömmlichen Metallschmelze-Warmhalteofen ist der Ofenkörper 11 aus einer Bodenwand 12 und einer Umfangs- oder Seitenwand 13 gefertigt, die sich vom Umfang der Bodenwand 12 aus nach oben erstreckt. In der Regel enthalten die Bodenwand 12 und die Seitenwand 13 eine aus Eisen hergestellte Außenwand (Eisenverschalung) 14, eine Wärmeisolationsschicht 15, eine Verstärkungsschicht 16 und eine feuerfeste Schicht 17, die in dieser Reihenfolge von außen nach innen davon angeordnet sind, und eine Metallschmelze-Warmhaltekammer 18 ist in der feuerfesten Schicht 17 ausgebildet.
Wie in 2 dargestellt, weist die Seitenwand 13 des Metallschmelze-Warmhalteofens 10 eine Vielzahl von horizontal ausgerichteten Rohreinsetzöffnungen (die im Folgenden als „Rohreinsetzöffnungen" bezeichnet werden) 20 auf, die angrenzend an die Bodenwand 12 zum Halten der später beschriebenen Heizrohre ausgebildet sind. Wie in der Zeichnung dargestellt, hat eine jede der Rohreinsetzöffnungen 20 einen inneren zylindrischen Bereich (sich verjüngender zylindrischer Bereich) 21 und einen äußeren zylindrischen Bereich (sich nicht verjüngender zylindrischer Bereich) 22. Der innere zylindrische Bereich 21 verläuft von einem Ausgangspunkt (innerstes Ende), der durch das Bezugszeichen 23 angegeben ist, zu einem Zwischenpunkt, der durch das Bezugszeichen 24 angegeben ist und weist eine zylindrisch sich verjüngende Oberfläche auf, die sich langsam von außen nach innen verjüngt. Der äußere zylindrische Bereich 22 verläuft vom Zwischenpunkt 24 zu einem Endpunkt (äußerstes Ende), der durch das Bezugszeichen 25 angegeben ist und eine zylindrische sich nicht verjüngende Oberfläche mit einem Innendurchmesser hat, der dem Innendurchmesser des äußersten Endes des inneren zylindrischen Bereichs 21 entspricht.
In dem den Umfang der Rohreinsetzöffnung 20 umgebenden Gebiet hat die innere feuerfeste Schicht 17 des Ofenkörpers 11 eine höhere Dicke als die äußere Wärmeisolationsschicht 15. Der innere zylindrische Bereich 21 ist in der feuerfesten Schicht 17 ausgebildet, und der äußere zylindrische Bereich 22 ist in der Verstärkungsschicht 16 und der Wärmeisolationsschicht 15 ausgebildet.
Das Heizrohr 30 weist ein Heizungsschutzrohr 31 auf. Das Heizungsschutzrohr 31, das zum Beispiel aus einer Siliziumnitrid-basierten Keramik hergestellt ist, hat eine im Wesentlichen zylindrische Form, wobei ein geschlossener distaler Endbereich 32 in die Metallschmelze-Warmhaltekammer 18 hervorsteht und ein offener proximaler Endbereich 33 aus der Seitenwand 13 hervorsteht.
Eine Innenfläche des Heizungsschutzrohrs 31 ist durch eine zylindrische Oberfläche definiert, die einen konstanten Durchmesser hat und zur Gänze vom proximalen Endbereich 33 zum distalen Endbereich 32 verläuft. Eine Außenfläche des Heizungsschutzrohrs 31 hat einen zylindrischen Oberflächenbereich 34 mit konstantem Durchmesser, einen sich verjüngenden zylindrischen Oberflächenbereich (distaler zylindrischer Oberflächenbereich) 35 und einen sich nicht verjüngenden zylindrischen Oberflächenbereich mit konstantem Durchmesser (proximaler zylindrischer Oberflächenbereich) 36. Wenn das Heizungsschutzrohr 31 in die Rohreinsetzöffnung 20 eingesetzt wird, wird der zylindrische Oberflächenbereich 34 mit konstantem Durchmesser in der Kammer 18 zum Warmhalten der Metallschmelze angeordnet und der distale und proximale zylindrische Oberflächenbereich 35 und 36 werden jeweils in der Nähe der feuerfesten Schicht und der Isolierungsschicht 17 und 15 angeordnet. Der Verjüngungswinkel des distalen zylindrischen Bereichs 35 ist der gleiche wie der des inneren zylindrischen Bereichs 21 der Rohreinsetzöffnung 20. Wie in den Zeichnungen dargestellt, hat der proximale zylindrische Bereich 36 des Heizungsschutzrohrs 31 einen kleineren Durchmesser als der äußere zylindrische Bereich 22 der Rohreinsetzöffnung 20. Ein abgestufter Bereich 37 ist aus einer ringförmigen Oberfläche ausgebildet, die sich radial vom distalen Ende des proximalen zylindrischen Bereichs 36 zum proximalen Ende des distalen zylindrischen Bereichs 35 erstreckt.
Eine proximale Endöffnung des Heizungsschutzrohrs 31 wird durch eine Endplatte 40 verschlossen. Die Endplatte 40 hat eine erste Elektrodeneinsetzöffnung 43, die sich entlang einer Mittelachse 41 des Heizungsschutzrohrs 44 erstreckt und eine zweite Elektrodeneinsetzöffnung 44, die parallel zur Mittelachse 41 verläuft und radial beabstandet von der Mittelachse 41 versetzt ist. Elektrodenleisten (Anschlüsse) 45 und 46 werden durch die erste und zweite Elektrodeneinsetzöffnung 43, 44 in das Innere des Heizungsschutzrohrs 31 eingesetzt.
Wie in den Zeichnungen dargestellt, verläuft die an der Mittelachse 41 angeordnete erste Elektrodenleiste 45 durch die Endplatte 40, um in der Nähe des distalen Endes des Heizungsschutzrohrs 31 zu enden, und die an der Achse 42 von der Mittelachse 41 beabstandet angeordnete zweite Elektrodenleiste 46 verläuft durch die Endplatte 40, um in der Nähe des distalen Endes (dem Ausgangspunkt 23) des distalen zylindrischen Bereichs 35 des Heizungsschutzrohrs 31 zu enden. Die proximalen Enden der ersten Elektrodenleiste 45 und der zweiten Elektrodenleiste 56 ragen aus der Endplatte 40 hervor.
Zwei ringförmige oder rohrförmige isolierende hitzebeständige Halterungselemente 47 und 48 sind an distalen Bereichen der ersten Elektrodenleiste 45 befestigt, die sich in der Metallschmelze-Warmhaltekammer 18 befinden und voneinander in der axialen Richtung beabstandet sind, um die erste Elektrodenleiste 45 an oder in der Nähe der Mittelachse 41 zu positionieren. Das proximale hitzebeständige Halterungselement 48 hält das distale Ende der zweiten Elektrodenleiste 46. Die hitzebeständigen Halterungselemente 47 und 48 halten einen hitzebeständigen zylindrischen Isolationshohlkörper 49, der außen an der ersten Elektrodenleiste 45 um die Mittelachse 41 angebracht ist. Spiralförmige Nuten 50 sind an einer Außenumfangsfläche des an der ersten Elektrodenleiste 45 befestigten hitzebeständigen zylindrischen Körpers 49 ausgebildet und ein Wärmeerzeuger (Elektroheizvorrichtung) 51 ist in die Nuten 50 eingepasst. Der Wärmeerzeuger 51 ist elektrisch an gegenüberliegenden Enden davon mit der ersten und zweiten Elektrodenleiste 45 und 46 verbunden.
Wie in den Zeichnungen dargestellt, ist vorzugsweise ein Wärmeisolationsmaterial 52 in einem Bereich des Heizungsschutzrohrs 31 angeordnet, das sich zwischen der proximalen Endplatte 40 und dem proximalen wärmebeständigen Halterungselement 48 befindet.
Wie in den Zeichnungen dargestellt, kann die erste Elektrodenleiste 45 aus einem zylindrischen Hohlraum hergestellt sein, um darin ein Thermoelement 53 aufzunehmen.
Das so ausgestaltete Heizrohr 30, im Besonderen das Heizungsschutzrohr 31, in dem die Elektrodenleiste oder das Wärmeisolationsmaterial nicht montiert wurden, wird von außen in die Rohreinsetzöffnung 20 in der Seitenwand 13 eingesetzt. Vor Einsetzen des Heizungsschutzrohrs 31 wird ein Füllmaterial 60 aus einer Zementpaste oder einem Mörtelzement an einer oder beiden der sich verjüngenden Oberflächen (der innere zylindrische Bereich 21) der Rohreinsetzöffnung 20 und der distalen zylindrischen Oberfläche 35 des Heizrohrs 30 aufgetragen, die mit der sich verjüngenden Oberfläche in Kontakt gebracht werden. Das Heizungsschutzrohr 31 wird dann in die Rohreinsetzöffnung 20 eingesetzt. In diesem Prozess wird die sich verjüngende Oberfläche (der distale zylindrische Bereich) 35 des Heizungsschutzrohrs 31 in die entsprechende sich verjüngende Oberfläche (der innere zylindrische Bereich) 21 der Rohreinsetzöffnung 20 eingepasst und dadurch in nicht verschiebbarer Weise präzise fixiert. Da die sich verjüngende Oberfläche (der distale zylindrische Bereich) 35 des Heizungsschutzrohrs 31 verkeilt an der sich verjüngenden Oberfläche (der innere zylindrische Bereich) 21 des Rohreinsetzöffnung 20 eingepasst ist, erstreckt sich das zwischen den sich verjüngenden Oberflächen befindliche Füllmaterial 60 gleichmäßig zwischen den sich verjüngenden Oberflächen, um eine Füllmaterialschicht mit einer konstanten Dicke um das Heizungsschutzrohr 31 zu bilden.
Ein röhrenförmiges Element 61 kann koaxial und extern am proximalen zylindrischen Bereich 36 des Heizrohrs 30 befestigt sein. In dieser Ausführungsform ist das röhrenförmige Element 61 ein zylindrischer Körper, der aus einem wärmeleitfähigen Material (z. B. einem Metall wie Edelstahl) hergestellt ist, und das distale Ende davon wird in Kontakt mit dem abgestuften Bereich 37 gebracht. Daher fungiert das röhrenförmige Element 61 in dieser Ausführungsform als Wärmeableitungselement. Das röhrenförmige Element 61 kann am proximalen zylindrischen Bereich 36 des Heizungsschutzrohrs 31 vor dem Einsetzen des Heizungsschutzrohrs 31 in die Rohreinsetzöffnung 20 angebracht werden oder kann am proximalen zylindrischen Bereich 36 des Heizungsschutzrohrs 31 nach Einsetzen des Heizungsschutzrohrs 31 in die Rohreinsetzöffnung 20 angebracht werden. In jedem Fall wird das Füllmaterial 60, wie eine Zementpaste oder ein Mörtelzement, in eine ringförmige Aussparung gefüllt, die zwischen dem äußeren zylindrischen Bereich 22 der Rohreinsetzöffnung 20 und dem röhrenförmigen Element 61 und einer ringförmigen Aussparung zwischen dem proximalen zylindrischen Bereich 36 des Heizrohrs 30 und dem röhrenförmigen Element 61 ausgebildet ist.
Ein ringförmiges Fixierungselement 62 ist am proximalen Ende des röhrenförmigen Elements 61 angeordnet. Das röhrenförmige Element 61 und das Fixierungselement 62 können verschiedene Elemente sein oder können integral miteinander in einem einzelnen Element verbunden sein. Das Fixierungselement 62 ist an der ihm zugewandten Außenwand 14 durch ein geeignetes Befestigungsmittel (Befestigungselement) angezogen, sodass die Befestigungskraft angepasst werden kann. Zum Beispiel hat das Befestigungsmittel Schraubeneinsetzöffnungen (nicht dargestellt), die in der Außenwand 14 ausgebildet sind, und das Fixierungselement 62 in bestimmten Abständen in der Umfangsrichtung, Schrauben 63, die durch diese Schraubeneinsatzöffnungen eingesetzt werden, und Muttern 64, die außen an den Schrauben 63 befestigt sind. In dieser Ausführungsform wird das distale Ende des röhrenförmigen Elements 61 gegen den abgestuften Bereich 37 des Heizungsschutzrohrs 31 durch Anziehen der Muttern 64 gepresst, was dazu führt, dass das Heizungsschutzrohr 31 fest in der Rohreinsetzöffnung 20 fixiert ist.
In der Folge wird eine Baugruppe, die durch Kombination der Elektrodenleisten 45 und 46, der wärmebeständigen Halterungselemente 47 und 48, des wärmebeständigen zylindrischen Isolationskörpers 49, des Wärmeerzeugers 51, des Wärmeisolationsmaterials 52, des Thermoelements 53 und der Endplatte 40 gebildet wird, in das Heizungsschutzrohr 31 eingesetzt.
Schließlich sind Metallbefestigungsstücke (Winkelelemente) 68 außerhalb der Fixierungselemente 62 in regelmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung um die Mittelachse 41 angeordnet. Dann werden Schrauben 69 durch die im Fixierungselement 62 ausgebildeten Schraubenöffnungen (nicht dargestellt) und durch ebenso in den Metallbefestigungsstücken ausgebildeten Öffnungen (nicht dargestellt) eingesetzt. Zuletzt werden die Muttern 70 an den Schrauben angezogen, um die Endplatte 40 an dem Fixierungselement 62 und dem Ofenkörper 11 zu fixieren.
Die proximalen Enden der ersten und zweiten Elektrodenleiste 45, 46 sind mit einer Stromquelle verbunden.
Wie in den Figuren dargestellt, ist vorzugsweise ein röhrenförmiger Rahmen 74 mit einer Öffnungs-/Schließplatte 73 an der Außenwand 14 um die Elektrodenleisten 45, 46, die Endplatte 40 und das Fixierungselement 62 fixiert, um zu verhindern, dass die Elektrodenleisten 45, 46 freigelegt werden.
Gemäß dem so gestalteten Metallschmelze-Warmhalteofen 10 wird elektrische Energie durch die Elektrodenleisten 45 und 46 zugeführt, um den Wärmeerzeuger 51 zu erwärmen. Unter Verwendung der vom Wärmeerzeuger 51 erzeugten Wärme, wird die Metallschmelze im Metallschmelze-Warmhalteofen 10 auf einer bestimmten Schmelztemperatur gehalten.
Die Einwirkung der vom Wärmeerzeuger 51 an das Heizungsschutzrohr 31 übertragenen Wärme und der von der Metallschmelze übertragenen Wärme kann im Laufe der Zeit zu Sprüngen in dem um das Heizungsschutzrohr 31 eingefüllte Füllmaterial 60 führen, wodurch die Metallschmelze an den Sprüngen entlang von innen nach außen vordringen kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Füllmaterial 60 zwischen dem distalen zylindrischen Bereich (sich verjüngende Oberfläche) 35 des Heizungsschutzrohrs 31 und dem inneren zylindrischen Bereich (sich verjüngende Oberfläche) 21 der Rohreinsetzöffnung 20 gleichmäßig mithilfe einer Druckkraft gefüllt, die von außen nach innen angewendet wird, d.h. einer Kraft, die vom röhrenförmigen Element 61 am abgestuften Bereich 37 des Heizungsschutzrohrs 31 durch Anziehen der Schrauben 63 ausgeübt wird. Das minimiert das Auftreten von Sprüngen. Ebenso sind gegebenenfalls entstandene Sprünge sehr klein. Darüber hinaus wird ein Betrag an Wärme, der sich vom distalen Ende in Richtung des proximalen Endes des Heizungsschutzrohrs 31 bewegt, im Besonderen, der Betrag an Wärme, der vom distalen zylindrischen Bereich 35 zum proximalen zylindrischen Bereich 36 mit verkleinertem Durchmesser fließen kann, am Grenzbereich der distalen und proximalen zylindrischen Bereiche 35 und 36 wesentlich reduziert und daher ist die resultierende Wärme, die das proximale Ende des proximalen zylindrischen Bereichs 36 erreicht, sehr klein, was wiederum bedeutet, dass an die Atmosphäre nur ein kleiner Wärmebetrag abgestrahlt wird.
In dieser Ausführungsform wird die Wärme im distalen zylindrischen Bereich 35 über den dazu benachbarten proximalen zylindrischen Bereich 36 und ebenso über das röhrenförmige Element 61 in Kontakt mit dem proximalen Ende des abgestuften Bereichs 37 des distalen zylindrischen Bereichs 35 in die Atmosphäre übertragen. Daher werden zum Beispiel bei der Gestaltung des Aluminiummetallschmelzofens die Querschnitte der distalen und proximalen zylindrischen Bereiche 35 und 36 und des röhrenförmigen Elements 61 und ebenso ein Querschnittsverhältnis zwischen den proximalen und distalen zylindrischen Bereichen 36 und 61 (d.h. die Wärmeableitungs- und Wärmeisolationseigenschaften) bestimmt, um die Wärmeableitung und Isolation auszugleichen, um die Temperatur des abgestuften Bereichs 37 auf etwa 550 °C zu halten.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenen Weisen modifiziert werden. Zum Beispiel, obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform das röhrenförmige Wärmeableitungselement 61 um den proximalen zylindrischen Bereich 36 des Heizungsschutzrohrs 31 vorgesehen ist, um einen Teil der Hitze durch das röhrenförmige Element 61 an die Atmosphäre freizugeben, wie in 3 dargestellt, kann der proximale zylindrische Bereich 36 des Heizungsschutzrohrs 31 mit einem aus einem Wärmeisolationsmaterial hergestellten röhrenförmigen Element (Wärmeisolationselement) 77 überzogen sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Fixierungselement 62 an der proximalen Seite des röhrenförmigen Elements 77 angeordnet, und das röhrenförmige Element 77 wird über das Fixierungselement 62 gegen den abgestuften Bereich 37 des Heizungsschutzrohrs 31 durch die oben beschriebenen Befestigungsmittel gepresst.
Das aus Metall hergestellte röhrenförmige Element 61 weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der größer ist als diejenigen der umgebenden Wärmeisolations- und Verstärkungsschichten 15 und 16, wodurch das röhrenförmige Element 61 den abgestuften Bereich 37 stark zusammenpressen kann und dadurch ein Lecken der Metallschmelze wirksam verhindern kann. Ebenso kann selbst im Betrieb des Metallschmelze-Warmhalteofens das röhrenförmige Element 61 durch ein anderes Element ersetzt werden, das aus einem anderen Material hergestellt ist oder eine andere Form hat, um die Wärmeableitungs- und Isolationseigenschaften des Ofens zu steuern.
In dieser Ausführungsform kann der distale zylindrische Bereich 36 eine Dicke haben, die größer ist als die der vorhergehenden Ausführungsform, um eine geeignete Wärmeableitungseigenschaft sicherzustellen. In diesem Fall wird bevorzugt der Querschnitt des distalen und proximalen zylindrischen Bereichs 35 und 36 des Heizungsschutzrohrs 31 so bestimmt, dass die Temperatur am abgestuften Bereich 37 so gesteuert wird, dass sie bei etwa 550 °C liegt.
Obwohl in jeder der beiden oben beschriebenen Ausführungsformen der proximale zylindrische Bereich 36 des Heizungsschutzrohrs 31 einen festen Außendurchmesser hat, kann er ein innerer oder äußerer sich verjüngender zylindrischer Bereich sein, von dem sich der Außendurchmesser allmählich in eine Richtung von außen nach innen oder von innen nach außen verringert.
Wie in 4 dargestellt, kann die sich verjüngende Oberfläche des distalen zylindrischen Bereichs 35 des Heizungsschutzrohrs 31 aus einer sich pseudomäßig verjüngenden Oberfläche ausgebildet sein, bei der die sich verjüngenden zylindrischen Oberflächen 81a–81d und die sich nicht verjüngenden zylindrischen Oberflächen 82a–82c abwechselnd angeordnet sind. In dieser Ausführungsform sind die sich nicht verjüngenden zylindrischen Oberflächen 82a–82c vorzugsweise so ausgestaltet, dass sie kleiner sind als die jeweiligen Außendurchmesser der proximal benachbarten sich verjüngenden zylindrischen Oberflächen 81b–81d, um ringförmige Stufen 83a–83c an Grenzbereichen dazwischen zu bilden. Ebenso kann ein ringförmiger abgestufter Bereich zwischen der sich verjüngenden zylindrischen Oberfläche und der proximal benachbarten sich nicht verjüngenden zylindrischen Oberfläche ausgebildet sein. Bei der Anordnung wird das Füllmaterial 60 zwischen dem distalen zylindrischen Bereich 35 des Heizungsschutzrohrs 31 und dem gegenüberliegenden inneren zylindrischen Bereich 21 der Rohreinsetzöffnung 20 in die axiale Richtung gepresst, was sicherstellt, dass das Füllmaterial dazwischen gleichmäßiger ohne Auffülldefekte aufgefüllt ist. Weiterhin kann in Entsprechung zu der sich verjüngenden Oberfläche des distalen zylindrischen Bereichs des Heizungsschutzrohrs 31, der innere zylindrische Bereich der Rohreinsetzöffnung 20 aus einer entsprechenden pseudomäßig sich verjüngenden Oberfläche ausgebildet sein, wie oben beschrieben.
Obwohl in der vorhergehenden Ausführungsform der distale zylindrische Bereich 35 des Heizungsschutzrohrs 31 integral mit dem Heizungsschutzrohr 31 ausgebildet ist, kann er durch Zusammenführen eines sich nicht verjüngenden Rohrs mit einem konstanten Außendurchmesser mit einem sich verjüngenden Rohr, das fest am Außenumfang des sich nicht verjüngenden Rohrs angebracht ist, gebildet werden. Diese Rohre können aus dem gleichen Material oder verschiedenen Materialien hergestellt sein.
Ebenso, obwohl in der vorhergehenden Ausführungsform der proximale zylindrische Bereich 36 des Heizungsschutzrohrs 31 integral mit dem distalen zylindrischen Bereich 35 ausgebildet ist, können sie durch Wärme verbunden werden. Diese Rohre können aus dem gleichen oder verschiedene Materialien hergestellt sein.
Weiterhin haben in den vorhergehenden Ausführungsformen entweder der distale zylindrische Bereich 35 oder der proximale zylindrische Bereich 36 oder beide ringförmige oder spiralförmige konvexe Bereiche (Nuten) oder konkave Bereiche (Vorsprünge), die an den Umfangsflächen davon ausgebildet sind. Die konvexen oder konkaven Bereiche können in stetiger oder unterbrochener Weise in der Umfangsrichtung verlaufen.
Wenngleich in den obigen Beschreibungen die Rohreinsetzöffnung 20 in der Seitenwand 13 vorgesehen ist, kann sie in einer Deckenwand ausgebildet sein, durch die das Heizrohr vertikal eingesetzt wird. Ein Metallschmelze-Warmhalteofen, der das vertikale Heizrohr enthält, ist ebenso im technischen Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
Bezugszeichenliste

10: Metallschmelze-Warmhalteofen
11: Ofenkörper
12: Bodenwand
13: Seitenwand
14: Außenwand (Eisenverschalung)
15: Wärmeisolationsschicht
16: Verstärkungsschicht
17: Feuerfeste Schicht
18: Raum zur Aufnahme von Metallschmelze
20: Rohreinsetzöffnung
21: Innerer zylindrischer Bereich (sich verjüngende Oberfläche)
22: Äußerer zylindrischer Bereich (zylindrische Oberfläche)
23: Anfangspunkt
24: Zwischenpunkt
25: Endpunkt
30: Heizrohr
31: Heizungsschutzrohr
32: Distaler Endbereich
33: Proximaler Endbereich
34: Zylindrische Oberfläche
35: Distaler zylindrischer Bereich (sich verjüngende Oberfläche)
36: Proximaler zylindrischer Bereich (zylindrische Oberfläche)
37: Abgestufter Bereich
40: Endplatte
41: Mittelachse
42: Achse (Offsetachse)
43: Erste Elektrodeneinsetzöffnung
44: Zweite Elektrodeneinsetzöffnung
45: Erste Elektrodenleiste
46: Zweite Elektrodenleiste
47, 48: Wärmebeständiges Halterungselement
49: Wärmebeständiger zylindrischer Isolationskörper
50: Nut
51: Wärmeerzeuger (Heizvorrichtung)
52: Wärmeisolationsmaterial
53: Thermoelement
60: Füllmaterial
61: Röhrenförmiges Element (Wärmeableitungsmaterial)
62: Fixierungselement
63: Schraube
64: Mutter
68: Metallbefestigungsstück
69: Schraube
70: Mutter
73: Öffnungs-/Schließplatte
74: Rahmen
77: Röhrenförmiges Element (Wärmeisolationsmaterial)
80: Pseudomäßig sich verjüngende Oberfläche
81: Sich verjüngende zylindrische Oberfläche
82: Sich nicht-verjüngende zylindrische Oberfläche

Claims

Metallschmelze-Warmhalteofen (10). der umfasst: einen Ofenkörper (11), der eine Bodenwand (12), eine Deckenwand und eine Seitenwand (13) enthält, die sich zwischen der Bodenwand (12) und der Deckenwand erstreckt, um einen Raum (18) zur Aufnahme von Metallschmelze zu bilden, der durch die Bodenwand (12), die Deckenwand und die Seitenwand (13) definiert ist, wobei der Ofenkörper (11) wenigstens eine Einsetzöffnung (20) enthält, die dazu ausgebildet ist, durch die Seitenwand (13) oder die Deckenwand zu verlaufen; und ein Heizrohr (30), das einen Wärmeerzeuger (51) enthält und in die Einsetzöffnung (20) eingesetzt ist, den Metallschmelze-Warmhalteofen (10) zum Warmhalten einer im Raum (18) zur Aufnahme von Metallschmelze enthaltenen Metallschmelze unter Verwendung der vom Wärmeerzeuger (51) erzeugten Wärme auf einer bestimmten Temperatur, wobei die Einsetzöffnung (20) einen inneren zylindrischen Bereich (21) und einen äußeren zylindrischen Bereich (22) in einem Gebiet von einem inneren Endbereich zu einem äußeren Endbereich der Seitenwand (13) oder der Deckenwand enthält, der innere zylindrische Bereich (21) von einem Ausgangspunkt (23) an oder in der Nähe des inneren Endbereichs zu einem Zwischenpunkt (24) zwischen dem inneren und dem äußeren Endbereich verläuft, der äußere zylindrische Bereich (22) von einem Zwischenpunkt (24) zu einem Endpunkt (25) an oder angrenzend an den äußeren Endbereich verläuft, der innere zylindrische Bereich (21) einen Innendurchmesser hat, der langsam vom Ausgangspunkt (23) zum Zwischenpunkt (24) ansteigt, und der äußere zylindrische Bereich (22) einen konstanten Innendurchmesser aufweist, wobei das Heizrohr (30) einen distalen zylindrischen Bereich (35) enthält, der dem inneren zylindrischen Bereich (21) entspricht, und einen proximalen zylindrischen Bereich (36), der dem äußeren zylindrischen Bereich (22) entspricht, wobei der distale zylindrische Bereich (35) einen Außendurchmesser hat, der langsam vom Ausgangspunkt (23) zum Zwischenpunkt (24) ansteigt, und der proximale zylindrische Bereich (36) einen konstanten Außendurchmesser hat, der kleiner ist als ein Außendurchmesser des distalen zylindrischen Bereichs (35) am Zwischenpunkt (24), wobei das Heizrohr (30) in der Einsetzöffnung (20) eingesetzt und positioniert ist, wobei der distale zylindrische Bereich (35) des Heizrohrs (30) sich am inneren zylindrischen Bereich (21) der Einsetzöffnung (20) befindet und wobei sich der proximale zylindrische Bereich (36) des Heizrohrs (30) an dem äußeren zylindrischen Bereich (22) der Einsetzöffnung (20) befindet, und wobei ein Füllmaterial (60) zwischen dem distalen zylindrischen Bereich (35) des Heizrohrs (30) und dem inneren zylindrischen Bereich (21) der Einsetzöffnung (20) eingefüllt ist.
Metallschmelze-Warmhalteofen nach Anspruch 1, wobei das Heizrohr (30) einen abgestuften Bereich (37) aufweist, der an einer ringförmigen Fläche ausgebildet ist, die radial zwischen dem distalen zylindrischen Bereich (35) und dem proximalen zylindrischen Bereich (36) des Heizrohrs (30) verläuft, wobei ein röhrenförmiges Element (61, 77) zwischen dem proximalen zylindrischen Bereich (36) des Heizrohrs (30) und dem äußeren zylindrischen Bereich (22) der Einsetzöffnung (20) angeordnet ist, und wobei das röhrenförmige Element (61, 77) gegen den abgestuften Bereich (37) des Heizrohrs (30) gepresst wird.
Metallschmelze-Warmhalteofen nach Anspruch 2, wobei das röhrenförmige Element (61) aus einem wärmeleitfähigen Metallmaterial hergestellt ist.
Metallschmelze-Warmhalteofen nach Anspruch 2, wobei das röhrenförmige Element (77) aus einem Wärmeisolationsmaterial hergestellt ist.
Metallschmelze-Warmhalteofen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein Fixierungselement (62) außerhalb des röhrenförmigen Elements (61, 77) angeordnet ist, wobei das Fixierungselement (62) mit der Ofenwand (14) über ein Befestigungsmittel (63, 64) verbunden ist, und wobei das röhrenförmige Element (61, 77) gegen den abgestuften Bereich (37) des Heizrohrs (30) durch das Befestigungsmittel (63, 64) gepresst wird.
Metallschmelze-Warmhalteofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der distale zylindrische Bereich (35) und der proximale zylindrische Bereich (36) des Heizrohrs (30) aus einem einzelnen Element gefertigt sind.
Metallschmelze-Warmhalteofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der distale zylindrische Bereich (35) und der proximale zylindrische Bereich (36) des Heizrohrs (30) aus verschiedenen Elementen ausgebildet sind, und wobei der distale zylindrische Bereich (35) und der proximale zylindrische Bereich (36) thermisch verbunden werden.
Metallschmelze-Warmhalteofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der distale zylindrische Bereich (35) des Heizrohrs (30) einen Außendurchmesser hat, der vom Ausgangspunkt (23) in Richtung des Zwischenpunkts (24) stetig ansteigt.
Metallschmelze-Warmhalteofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der innere zylindrische Bereich (21) des Einsetzrohrs (20) einen Innendurchmesser hat, der vom Ausgangspunkt (23) in Richtung des Zwischenpunkts (24) mit Unterbrechungen ansteigt.
Metallschmelze-Warmhalteofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der distale zylindrische Bereich (35) des Heizrohrs (30) einen Außendurchmesser hat, der vom Ausgangspunkt (23) in Richtung des Zwischenpunkts (24) mit Unterbrechungen ansteigt.
Metallschmelze-Warmhalteofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der innere zylindrische Bereich (21) des Einsetzrohrs (20) einen Innendurchmesser hat, der vom Ausgangspunkt (23) in Richtung des Zwischenpunkts (24) stetig ansteigt.