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Die
Erfindung betrifft Verbesserungen von und in Bezug auf Schmelzöfen und
Schmelzverfahren. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft
die Erfindung Rundöfen
und/oder Verfahren zum Anfahren eines Schmelzvorgangs.
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Es
gibt eine Vielzahl verschiedener Ofentypen. Darunter gibt es unterschiedliche
Ofenformen, verschiedene Verfahren der Wärmezufuhr, unterschiedliche
Größen und
unterschiedliche Materialien, für
welche der Schmelzofen konstruiert ist. Jeder dieser Unterschiede
kann einen beträchtlichen
Einfluss auf die gelungene Konstruktion eines Schmelzofens haben
und sorgt dafür,
dass Verfahren, die bei einer Ofenart durchgeführt werden können, bei
einer anderen Ofenart ungeeignet sind.
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Die
JP-A-07268504 offenbart einen Schmelzofen mit einer elektromagnetischen
Pumpe, welche geschmolzenes Metall aus einem Schmelzofen abführt, dieses
durch die Pumpe hindurch leitet und in eine Wirbelkammer führt. Der
Ausgang der Wirbelkammer führt
zurück
zu dem Schmelzofen.
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Die
DE-A-2903316 offenbart einen Schmelzofen, bei welchem geschmolzenes
Metall abwechselnd in ein unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Metalls
angeordnetes Rohr eingesaugt und von diesem ausgestoßen wird.
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Eine
besondere Schwierigkeit bei Öfen
entsteht bei solchen Öfen,
welche aus dem Kalten heraus angefahren werden. In diesen Fällen wird
eine Charge von zu schmelzendem kaltem Metall im Schmelzofen angeordnet
und die Wärmequelle
betätigt.
Diese ist häufig
durch einen Satz Brennerflammen gebildet, jedoch variiert die Wärmezufuhr
unabhängig
von der Art der Wärmequelle
je nach Position innerhalb des Schmelzofens. Aus diesem Grund schmelzen
manche Bereiche des Metalls früher
als andere, und es benötigt
Zeit, eine homogene Schmelze zustande zu bringen. Bereits geschmolzenes
Metall kann zwar zirkuliert werden. Bevor dies begonnen werden kann,
gibt es jedoch eine Verzögerung,
weshalb die Anfahrdauer bei Systemen nach dem Stand der Technik
dennoch beträchtlich
ist. Diese Verzögerung
wirkt sich im Ergebnis auf die gesamte Zyklusdauer und damit auf
den Durchsatz des Schmelzofens und die Wirtschaftlichkeit der Anlage aus.
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Zu
den Aufgaben der vorliegenden Erfindung zählt die Bereitstellung eines
schnelleren Anfahr-Arbeitszyklus für Schmelzöfen, insbesondere für solche,
die mit einem festen Metall angefahren werden. Zu den Aufgaben der
vorliegenden Erfindung zählt die
Bereitstellung einer verbesserten Konstruktion eines Schmelzofens.
Zu den Aufgaben der vorliegenden Erfindung zählt die Bereitstellung einer
verbesserten Zirkulations-Konfiguration für geschmolzenes Metall in einem
Schmelzofen und/oder einer homogeneren Schmelze.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung stellen wir einen Schmelzofen bereit,
wobei der Schmelzofen einen Behälter
für eine
Metallschmelze umfasst, wobei der Behälter eine Maximaltiefe für die Metallschmelze
in dem Behälter
vorsieht, und welcher außerdem
einen mit dem Behälter über einen Einlass
verbundenen ersten Kanal und einen mit dem Behälter über einen Auslass verbundenen
zweiten Kanal umfasst, wobei der erste Kanal einen Zugang zu einem
Strömungsgenerator
und der zweite Kanal einen Ablauf von dem Strömungsgenerator bereitstellt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schmelzofen ein Rundofen ist,
wobei der Behälter
einen Mittelpunkt aufweist;
der Einlass des ersten Kanals in
den oberen 60 % der Maximaltiefe der Metallschmelze in dem Behälter vorgesehen
ist und/oder der Auslass des zweiten Kanals in den unteren 25 %
der Maximaltiefe der Metallschmelze in dem Behälter vorgesehen ist;
und
der Einlassabschnitt des ersten Kanals bezogen auf den angrenzenden
Teil der Peripherie des Behälters
in einem Winkel von kleiner als 30° angewinkelt ist.
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Der
Behälter
kann eine an die den Behälter bildenden
Wände angrenzende
Peripherie und einen Mittelpunkt aufweisen, wobei der erste Kanal
geschmolzenes Metall von längs
der Peripherie des Behälters
erhält
und/oder wobei der zweite Kanal geschmolzenes Metall in Richtung
auf den Mittelpunkt des Behälters
lenkt.
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Der
Behälter
kann einen Mittelpunkt haben, wobei der erste Kanal über einen
Einlassabschnitt mit dem Behälter
verbunden ist und der zweite Kanal über einen Auslassabschnitt
mit dem Behälter
verbunden ist, wobei wenigstens der Einlassabschnitt des ersten
Kanals bezogen auf den Mittelpunkt des Behälters in einem Winkel von wenigstens
30° angewinkelt
ist und/oder bei welchem wenigstens der Auslassabschnitt des zweiten
Kanals bezogen auf den angrenzenden Teil des Behälters in einem Winkel von wenigstens
60° und/oder
bezogen auf den Mittelpunkt des Behälters in einem Winkel von kleiner
als 30° angewinkelt
ist.
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Die
Oberfläche
der Metallschmelze kann im Betrieb eine Ebene bilden, wobei der
Schmelzofen einen mit dem Behälter über einen
Auslassabschnitt verbundenen zweiten Kanal umfasst, wobei wenigstens
der Auslassabschnitt des zweiten Kanals bezogen auf die Ebene der
Oberfläche
der Metallschmelze in einem Winkel von wenigstens 2° nach unten
gewinkelt ist.
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Der
erste Aspekt der Erfindung kann außerdem beliebige der folgenden
Möglichkeiten,
Merkmale und Alternativen umfassen.
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Der
Rundofen umfasst einen Behälter,
welcher die Metallschmelze im Betrieb aufnimmt, und vorzugsweise
einen Deckel. Der Deckel ist vorzugsweise abnehmbar. Der Schmelzofen
kann durch einen Boden und eine oder mehrere Wände begrenzt sein. Der Schmelzofen
kann mit einer Wand oder einem Wandabschnitt versehen sein, welche/welcher bezogen
auf die Vertikale geneigt ist. Diese Wand oder dieser Wandabschnitt
kann eine Tülle
am Behälter
und/oder bereichsweise eine Öffnung
im Schmelzofen begrenzen.
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Der
Behälter
ist vorzugsweise durch einen Boden und eine oder mehrere Wände begrenzt.
Vorzugsweise sind alle Wände
und Oberflächen
des Behälters
feuerfest ausgekleidet. Die maximale Breite des Behälters kann
zwischen dem 8- bis 15-fachen der
Maximaltiefe der Metallschmelze liegen.
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Die
Maximaltiefe der Metallschmelze in dem Behälter kann im Wesentlichen,
beispielsweise +/– 2 %, über einen
Bereich von wenigstens 50 % seiner Oberfläche gleich sein. Vorzugsweise
ist der Boden des Behälters
geneigt. Die Maximaltiefe kann anhand einer Eigenschaft des Behälters ermittelt
werden, wie beispielsweise der Höhe
eines Teils der Wand, welche den Umfang des Behälters begrenzt, und/oder anhand
der Menge des dem Schmelzofen zugeführten Metalls.
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Die
Peripherie des Behälters
kann der Bereich oder das Volumen des Behälters sein, welcher bzw. welches
die äußersten
20 % bildet.
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Die
Wand des Behälters
kann, wenigstens über
einen Teil des Umfangs des Behälters,
vertikal verlaufen, vorzugsweise über wenigstens 75 % des Umfangs.
Die Behälterwand
kann im übrigen
Abschnitt des Umfangs geneigt sein, beispielsweise um 30° bezogen
auf die Horizontale.
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Die
Metallschmelze setzt sich vorzugsweise überwiegend aus Aluminium zusammen.
Andere Elemente und/oder Zusätze
können
der Metallschmelze zugeführt
werden, während
sich diese im Schmelzofen befindet. Dem Schmelzofen kann eine Beschickung
zwischen 10 und 150 Tonnen zugeführt
werden.
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Der
erste Kanal ist vorzugsweise ein Rohr. Vorzugsweise hat dieses über seine
Länge den
gleichen Querschnitt. Vorzugsweise verläuft der erste Kanal geradlinig.
Vorzugsweise weist der erste Kanal einen kreisförmigen Querschnitt auf. Der
erste Kanal kann aus Keramik gefertigt sein. Vorzugsweise läuft der
erste Kanal durch eine Wand des Behälters hindurch, vorzugsweise
durch eine feuerfest ausgekleidete Wand. Zur Verbindung mit einem
weiteren Kanal, welcher zu dem Strömungsgenerator führt, kann der
erste Kanal einen Verteiler umfassen.
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Der
zweite Kanal ist vorzugsweise ein Rohr. Vorzugsweise hat dieses über seine
Länge den
gleichen Querschnitt. Vorzugsweise verläuft der zweite Kanal geradlinig.
Vorzugsweise weist der zweite Kanal einen kreisförmigen Querschnitt auf. Der
zweite Kanal kann aus Keramik gefertigt sein. Vorzugsweise läuft der
zweite Kanal durch eine Wand des Behälters hindurch, vorzugsweise
durch eine feuerfest ausgekleidete Wand. Zur Verbindung mit einem
weiteren Kanal, welcher zu dem Strömungsgenerator führt, kann
der zweite Kanal einen Verteiler umfassen.
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Der
Strömungsgenerator
kann eine mechanische Pumpe sein. Vorzugsweise ist der Strömungsgenerator
eine elektromagnetische Pumpe. Vorzugsweise kann der Strömungsgenerator
von dem Schmelzofen abmontiert werden.
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Insbesondere
im Hinblick auf den ersten Aspekt der Erfindung kann der Einlass
des ersten Kanals in den oberen 10 % bis 60 %, bevorzugter in den oberen
25 % bis 60 % und idealerweise in den oberen 40 % bis 60 % der Maximaltiefe
vorgesehen sein.
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Insbesondere
im Hinblick auf den ersten Aspekt der Erfindung kann der Auslass
des zweiten Kanals in den unteren 10 % bis 25 % der Maximaltiefe vorgesehen
sein.
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Insbesondere
im Hinblick auf den ersten Aspekt der Erfindung kann der Bezugspunkt
für die
Position, in welcher der Einlass des ersten Kanals und/oder der
Auslass des zweiten Kanals vorgesehen sind, sich auf denjenigen
Punkt beziehen, an welchem sich die Mitte des Einlasses und/oder
des Auslasses befindet.
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Der
erste Kanal erhält
vorzugsweise geschmolzenes Metall stärker bevorzugt von der Peripherie
als von anderen Teilen des Behälters.
Die Peripherie kann die äußeren 15
% des Behälters
sein. Vorzugsweise erhält
der erste Kanal geschmolzenes Metall aus der Peripherie stärker bevorzugt
von einer Seite des Einlasses zu dem ersten Kanal, als er geschmolzenes
Metall von der anderen Seite des Einlasses zu dem ersten Kanal erhält. Das
geschmolzene Metall kann stärker
bevorzugt längs
der Peripherie zum ersten Kanal strömen, als es vom Mittelpunkt des
Behälters
dorthin strömt.
Der Begriff „längs" kann sich auf eine
Strömung
beziehen, welche im Wesentlichen parallel zu derjenigen Behälterwand
verläuft, welche
an den Einlass zu dem ersten Kanal angrenzt.
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Der
zweite Kanal lenkt vorzugsweise geschmolzenes Metall stärker bevorzugt
in Richtung auf den Mittelpunkt des Behälters als auf andere Teile des
Behälters.
Der Mittelpunkt kann diejenigen 20 % des Behältervolumens sein, welche am
weitesten von einer Wand des Behälters,
welche vorzugsweise nicht der Boden des Behälters ist, entfernt liegen. Vorzugsweise
lenkt der zweite Kanal geschmolzenes Metall stärker bevorzugt auf eine Seite
des Mittelpunkts als auf die andere Seite. Das geschmolzene Metall
kann aus dem zweiten Kanal stärker
bevorzugt in Richtung auf den Mittelpunkt des Behälters als längs der
Peripherie des Behälters
strömen.
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Der
Mittelpunkt des Behälters
kann eine oder diejenige Stelle sein, bei welcher der minimale Abstand
zur Peripherie des Behälters,
insbesondere zu den Seitenwänden,
ausgenommen zu dem Boden des Behälters,
am größten ist.
Der Mittelpunkt kann der Mittelpunkt eines kreisförmigen Querschnitts oder
eines Querschnitts mit einer Erstreckung über wenigstens einen 300°-Bogen sein.
Der Mittelpunkt kann ein Punkt oder eine Achse sein. Der Mittelpunkt kann
ein Punkt am Boden des Behälters
sein.
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Der
Einlassabschnitt kann derjenige Abschnitt des ersten Kanals sein,
welcher direkt aus dem Behälter
führt,
vorzugsweise der Endabschnitt des ersten Kanals. Der Einlassabschnitt
kann die äußeren 10
cm des ersten Kanals sein oder umfassen. Der Einlassabschnitt kann
geradlinig verlaufen. Der Einlassabschnitt kann einen kreisförmigen Querschnitt
aufweisen.
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Der
Auslassabschnitt kann derjenige Abschnitt des zweiten Kanals sein,
welcher direkt zu dem Behälter
führt,
vorzugsweise der Endabschnitt des zweiten Kanals. Der Auslassabschnitt
kann die letzten 10 cm des zweiten Kanals sein oder umfassen. Der
Auslassabschnitt kann geradlinig verlaufen. Der Auslassabsehnitt
kann einen kreisförmigen Querschnitt
aufweisen.
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Der
Winkel des Einlassabschnitts des ersten Kanals bezogen auf den angrenzenden
Teil des Behälters
kann sich auf eine Achse des Einlassabschnitts und/oder eine Wand
des Einlassabschnitts beziehen. Der Winkel des Einlassabschnitts
des ersten Kanals bezogen auf den angrenzenden Teil des Behälters kann
sich auf eine Ebene beziehen, welche durch die Wand des Behälters und/oder
durch die an den ersten Kanal angrenzende Oberfläche des Behälters vorgegeben wird. Der
Winkel wird vorzugsweise in einer horizontalen Ebene gemessen.
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Der
Einlassabschnitt des ersten Kanals und der angrenzende Behälterteil
schließen
vorzugsweise einen Winkel von 25° ein.
Der Winkel beträgt
am Bevorzugtesten zwischen 15° und
30°.
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Der
Winkel des Einlassabschnitts des ersten Kanals bezogen auf den Mittelpunkt
des Behälters kann
sich auf eine Achse des Einlassabschnitts und/oder eine Wand des
Einlassabschnitts beziehen. Der Winkel des Einlassabschnitts des
ersten Kanals bezogen auf den Mittelpunkt des Behälters kann
sich auf den Mittelpunkt beziehen, wie er oben definiert wurde.
Der Winkel wird vorzugsweise in einer horizontalen Ebene gemessen.
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Der
Einlassabschnitt des ersten Kanals und der Mittelpunkt des Behälters schließen vorzugsweise
einen Winkel zwischen 30° und
60° ein.
Der Winkel beträgt
am Bevorzugtesten zwischen 30° und 45°.
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Der
Winkel des Auslassabschnitts des zweiten Kanals bezogen auf den
angrenzenden Teil des Behälters
kann sich auf eine Achse des Auslassabschnitts und/oder eine Wand
des Auslassabschnitts beziehen. Der Winkel des Auslassabschnitts
des zweiten Kanals bezogen auf den angrenzenden Teil des Behälters kann
sich auf eine Ebene, welche durch die Wand des Behälters vorgegeben
ist, und/oder die Oberfläche
des Behälters,
welche an den zweiten Kanal angrenzt, beziehen. Der Winkel wird
vorzugsweise in einer horizontalen Ebene gemessen.
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Der
Auslassabschnitt des zweiten Kanals und der daran angrenzende Behälterteil
schließen vorzugsweise
einen Winkel von wenigstens um 70° ein.
Der Winkel beträgt
am Bevorzugtesten zwischen 60° und
120°.
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Der
Winkel des Auslassabschnitts des zweiten Kanals bezogen auf den
Mittelpunkt des Behälters
kann sich auf eine Achse des Auslassabschnitts und/oder eine Wand
des Auslassabschnitts beziehen. Der Winkel des Auslassabschnitts
des zweiten Kanals bezogen auf den Mittelpunkt des Behälters kann
sich auf den Mittelpunkt beziehen, wie er oben definiert wurde.
Der Winkel wird vorzugsweise in einer horizontalen Ebene gemessen.
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Der
Auslassabschnitt des zweiten Kanals und der Mittelpunkt des Behälters schließen vorzugsweise
einen Winkel zwischen 0° und
25° ein.
Der Winkel beträgt
am Bevorzugtesten zwischen 5° und 25°.
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Die
Winkel für
den ersten und den zweiten Kanal können in gleicher Richtung oder
in verschiedener Richtung gemessen werden, werden jedoch vorzugsweise
in der gleichen Ebene gemessen.
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Der
Begriff „nach
unten gewinkelt" bezieht sich
bevorzugt auf eine Richtung weg von der Ebene und in Richtung auf
den Boden des Behälters
zu.
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Vorzugsweise
beträgt
der Winkel bezogen auf die Ebene der Oberfläche der Metallschmelze zwischen
2° und 10°, bevorzugter
zwischen 4° und 6°.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung stellen wir ein Zirkulationssystem
für geschmolzenes Metall
bereit, welches einen Schmelzofen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung
umfasst, wobei das System einen mit dem Strömungsgenerator verbundenen
ersten Kanal und einen mit dem Strömungsgenerator verbundenen
zweiten Kanal umfasst, wobei der vom Strömungsgenerator entfernt liegende
Endabschnitt des ersten Kanals eine End-Stirnfläche aufweist, welche durch
eine Oberfläche
definiert ist, die nicht senkrecht auf der Achse des Endabschnitts des
ersten Kanals steht und/oder wobei der vom Strömungsgenerator entfernt liegende
Endabschnitt des zweiten Kanals eine End-Stirnfläche aufweist, welche durch
eine Oberfläche
definiert ist, die nicht senkrecht auf der Achse des Endabschnitts
des zweiten Kanals steht, wobei die Endabschnitte des ersten und
des zweiten Kanals von einander verschieden sind.
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Der
Strömungsgenerator
und/oder der erste Kanal und/oder der zweite Kanal und/oder Abschnitte davon
können
derart vorgesehen sein, wie es an anderer Stelle in diesem Dokument
ausgeführt
wurde, und den ersten Aspekt der Erfindung umfassen.
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Der
Endabschnitt des ersten Kanals kann teilweise, beispielsweise in
einer Richtung, durch einen Radius oder eine Krümmung definiert sein, insbesondere
den Radius oder die Krümmung
der Peripherie-Wand des Schmelzofens, mit welcher die End-Stirnfläche des
ersten Kanals eine bündige
Fläche
bilden soll.
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Der
Endabschnitt des ersten Kanals kann teilweise durch den nicht-rechtwinkligen
Winkel zwischen der Achse des ersten Abschnitts und dem Teil der
Oberfläche
der Peripherie-Wand des Schmelzofens definiert sein, mit welcher
die End-Stirnfläche des
ersten Kanals eine bündige
Fläche
bilden soll.
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Der
Endabschnitt des ersten Kanals kann, wenigstens teilweise, durch
eine Krümmung
oder einen Radius zwischen 200 und 450 cm definiert sein. Der Endabschnitt
des ersten Kanals kann wenigstens teilweise durch einen Winkel zwischen
50° und 85° zwischen
der End-Stirnfläche
oder einem Teil davon und der Achse des ersten Kanals definiert
sein.
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Der
Endabschnitt des zweiten Kanals kann teilweise, beispielsweise in
einer Richtung, durch einen Radius oder eine Krümmung definiert sein, insbesondere
durch den Radius oder die Krümmung
der Peripherie-Wand des Schmelzofens, mit welcher die End-Stirnfläche des
zweiten Kanals eine bündige Fläche bilden
soll.
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Der
Endabschnitt des zweiten Kanals kann teilweise durch den nicht-rechtwinkligen
Winkel zwischen der Achse des zweiten Kanals und dem Abschnitt der
Oberfläche
der Peripherie-Wand des Schmelzofens definiert sein, mit welcher
die End-Stirnfläche
des zweiten Kanals eine bündige Fläche bilden
soll.
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Der
Endabschnitt des zweiten Kanals kann, wenigstens teilweise, durch
eine Krümmung
oder einen Radius zwischen 200 und 450 cm definiert sein. Der Endabschnitt
des zweiten Kanals kann, wenigstens teilweise, durch einen Winkel
zwischen 0° und 40° zwischen
der End-Stirnfläche
oder einem Teil davon und der Achse des ersten Kanals definiert
sein. Ein Winkel zwischen 5° und
30° ist
bevorzugt.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung stellen wir ein Verfahren zum Schmelzen
von Metall bereit, wobei das Verfahren das Einbringen einer Charge
von festem Metall in einen Schmelzofen und das Zuführen von
Hitze in den Schmelzofen umfasst, so dass das Metall wenigstens
teilweise geschmolzen wird, wobei der Schmelzofen einen Behälter für eine Metallschmelze
umfasst und der Behälter
eine Maximaltiefe für
die Metallschmelze in dem Behälter vorsieht,
wobei der Schmelzofen außerdem
einen ersten Kanal, welcher mit dem Behälter über einen Einlass des ersten
Kanals verbunden ist, und einen zweiten Kanal, welcher mit dem Behälter über einen Auslauf
des zweiten Kanals verbunden ist, umfasst, wobei der erste Kanal
einen Zugang zu einem Strömungsgenerator
und der zweite Kanal einen Ablauf von dem Strömungsgenerator bereitstellt,
wobei der Schmelzofen dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schmelzofen
ein Rundofen ist und der Behälter
einen Mittelpunkt aufweist; der Einlass des ersten Kanals in den
oberen 60 % der Maximaltiefe der Metallschmelze in dem Behälter vorgesehen
ist und/oder der Auslass des zweiten Kanals in den unteren 25 %
der Maximaltiefe der Metallschmelze in dem Behälter vorgesehen ist; und der
Einlassabschnitt des ersten Kanals bezogen auf den angrenzenden
Teil der Peripherie des Behälters
in einem Winkel von kleiner als 30° angewinkelt ist, wobei der
Strömungsgenerator
geschmolzenes Metall durch sich selbst hindurch über den Zugangs- und den Ablaufkanal
fördert.
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Vorzugsweise
umfasst der Behälter
eine an die den Behälter
bildenden Wände
angrenzende Peripherie und erhält
der erste Kanal geschmolzenes Metall von längs der Peripherie des Behälters und/oder
lenkt der zweite Kanal geschmolzenes Metall in Richtung auf den
Mittelpunkt des Behälters.
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Vorzugsweise
ist wenigstens der Einlassabschnitt des ersten Kanals bezogen auf
den Mittelpunkt des Behälters
in einem Winkel von wenigstens 30° angewinkelt
und/oder wenigstens der Auslassabschnitt des zweiten Kanals bezogen
auf den angrenzenden Teil des Behälters in einem Winkel von wenigstens
60° und/oder
bezogen auf den Mittelpunkt des Behälters in einem Winkel von kleiner
als 30° angewinkelt
ist, wobei der Strömungsgenerator
geschmolzenes Metall durch sich selbst hindurch über den Zugangs- und den Ablaufkanal
fördert.
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Vorzugsweise
definiert die Oberfläche
der Metallschmelze eine Ebene, wobei wenigstens der Auslassabschnitt
des zweiten Kanals bezogen auf die Ebene der Oberfläche der
Metallschmelze in einem Winkel von wenigstens 2° nach unten gewinkelt ist, wobei
der Strömungsgenerator
geschmolzenes Metall durch sich selbst hindurch über den Zugangs- und den Ablaufkanal
fördert.
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Der
dritte Aspekt der Erfindung kann beliebige der Merkmale, Alternativen
oder Möglichkeiten umfassen,
welche an anderer Stelle in diesem Dokument erläutert wurden und welche die
nachstehenden umfassen.
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Die
Charge von festem Metall wird vorzugsweise von oben in den Schmelzofen
hinab gelassen. Vorzugsweise ist der Deckel entfernt, so dass die
Metall-Beschickung erleichtert ist. Vorzugsweise wird der Deckel
wieder angebracht, wenn das Metall zugeführt worden ist. Vorzugsweise
wird Hitze nur dann zugeführt,
wenn der Deckel vorhanden ist. Die Hitze kann durch einen oder mehreren
Brenner zugeführt werden.
Vorzugsweise sind die Brenner unter Einhaltung eines Abstands voneinander
um die Peripherie des Schmelzofens herum angeordnet. Vorzugsweise wird
das Metall nur dann aus dem Schmelzofen entfernt, wenn es vollständig geschmolzen
ist und/oder nachdem sonstige andere Verfahrensschritte durchgeführt wurden.
Das Verfahren kann die Zugabe von einem oder mehreren Materialien
zu dem geschmolzenen oder dem festen Metall umfassen.
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Das
Verfahren kann umfassen, einen Gegenstand aus festem Metall durch
Gießen
oder auf andere Weise aus dem erzeugten geschmolzenen Metall herzustellen.
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Die
Verfahren sorgen vorzugsweise dafür, dass geschmolzenes Metall
von dem Schmelzofen von dessen Peripherie, idealerweise von dem
oberen Teil der Schmelze, abgezogen wird. Die Verfahren sorgen vorzugsweise
dafür,
dass geschmolzenes Metall in den Schmelzofen in Richtung auf dessen Mittelpunkt,
idealerweise im unteren Teil der Schmelze, eingebracht wird. Vorzugsweise
sorgt das Verfahren dafür,
dass geschmolzenes Metall von dem Ablauf über den Boden des Behälters, die
Wände des Behälters hinauf
und entlang der Peripherie des Behälters im oberen Teil der Schmelze
zu dem Zugang fließt.
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Verschiedene
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
erläutert;
in diesen zeigen:
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1 einen
seitlichen Aufriss eines Schmelzofens gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei
die Einlass-Konfiguration
für das
Zirkulationssystem gezeigt ist;
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2 einen
seitlichen Aufriss des Schmelzofens von 1, wobei
die Auslass-Konfiguration des Zirkulationssystems gezeigt ist;
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3 eine
Aufsicht auf den Schmelzofen nach den 1 und 2,
wobei die Einlass- und Auslass-Konfiguration
gezeigt ist; und
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4 eine
schematische Draufsicht, welche die Zirkulation von geschmolzenem
Metall innerhalb des Schmelzofens nach 1 zeigt.
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Manche
Schmelzofen-Konstruktionen werden ausgehend von einem kalten Zustand
während ihres
Schmelzzyklus angefahren, dies trifft insbesondere für Rundöfen zu.
Einfach ausgedrückt
wird der zu schmelzende Metallkörper,
häufig
Aluminium, einem Lager entnommen und in den Schmelzofen eingebracht.
Die meisten Rundöfen
haben einen abnehmbaren Deckel, um diesen Schritt zu erleichtern. Der
Metallkörper,
welcher 100 Tonnen oder mehr wiegen kann, ruht auf dem Boden des
Schmelzofens. Dann wird Hitze zugeführt, üblicherweise aus einer Mehrzahl
von Brennern, welche um die Peripherie des Schmelzofens herum angeordnet
sind. Die Tatsache, dass diese Brenner an manchen Teilen des Innenraums
des Schmelzofens näher
angeordnet sind als an anderen Teilen, und die Tatsache, dass die
Flammen auf manche Teile des Schmelzofens stärker treffen als auf andere
Teile, führt
an manchen Stellen zu einer höheren
Schmelzrate als an anderen Stellen. Schwierigkeiten ergeben sich
auch daraus, dass die Oberfläche
der Schmelze mehr Hitze erhält als
der Boden der Schmelze und aus diesem Grund eine nicht-homogene
Schmelze mit sich daraus ergebenden Schwierigkeiten üblich ist.
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Um
die Hitzeübertragung
zu erhöhen
und dadurch das Material schneller zu schmelzen und eine bessere
Schmelze zu erzielen, kann das bereits geschmolzene Material unter
bestimmten Umständen zirkuliert
werden. Da das Metall, wenn es anfangs geschmolzen wird, eine sehr
hohe Viskosität
hat, die an die Konsistenz von Melasse erinnert, kann es nicht mittels
herkömmlichen
Pumpen zur Zirkulation gebracht werden und neigt dazu, in einer
beliebigen Pump-Ausrüstung
anzubacken, wenn es nicht schnell gefördert wird. Im Ergebnis benötigt der Schmelzzyklus
eine beträchtliche
Zeitspanne, um zu einem vollständig
geschmolzenen Zustand zu kommen. Dies verringert den Durchsatz eines
Schmelzofens beliebiger Größe und wirkt
sich damit auf die Wirtschaftlichkeit der Anlage aus. Auch ist dann
die Ansammlung von kühlerem,
höher viskosem
Metall am Boden des Schmelzofens, im Abstand von den Brennern, üblich.
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Die
Erfindung hat zum Ziel, eine Zirkulations-Konfiguration und ein
Verfahren bereitzustellen, welche es ermöglichen, eine Zirkulation zur
Verfügung
zu stellen, bei welcher eine geringere Neigung zum Anbacken besteht
und durch welche eine bessere Hitzeübertragung zur Verfügung gestellt
wird, wenn die Zirkulation begonnen hat. Im Gesamtergebnis ist die
Zykluszeit für
den Schmelzofen von einem kalten zu einem geschmolzenen Zustand
um etwa 10 % verringert. Dies hat einen immensen Vorteil im Hinblick
auf die Produktivität
und damit auf das Einkommen einer Anlage.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist die Erfindung bei einem Rundofen
eingesetzt, einer Schmelzofen-Konstruktion, für welche sie insbesondere vorteilhaft
ist. Der Schmelzofen 2 umfasst eine vertikale Seitenwand 4,
welche sich um einen Großteil
des Umfangs herum (annähernd
in einem 300°-Bogen)
erstreckt, sowie eine geneigte Wand 6, welche sich von
dem Boden 8 des Schmelzofens 2 hin zu einer Tülle 10 nach
oben erstreckt. Die Tülle 10 definiert
den Boden einer Öffnung 12,
welche für
den Schritt der Oxid-Entfernung und andere Schritte verwendet wird. Die
Wände 4, 6 und
der Boden 10 sind feuerfest ausgekleidet. Die Oberseite
des Schmelzofens 2 ist durch einen Deckel 16 verschlossen.
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Um
den Schmelzofen 2 zu beschicken, wird der Deckel 16 nach
hinten geschoben und das zu schmelzende Metall wird herabgelassen
und auf den Boden 8 des Schmelzofens 2 abgesetzt.
Der Deckel 16 wird dann wieder zurückgeschoben, so dass die Öffnung abgedichtet
ist, und der Heizvorgang wird begonnen.
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Wenn
das Metall vollständig
geschmolzen ist, liegt es bei einem maximalen Pegel vor, welcher der
Höhe der
Tülle 10 entspricht,
wie es durch die Niveaulinie 18 im Innenraum 20 des
Schmelzofens gekennzeichnet ist.
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Wenn
der Heizvorgang beginnt, fängt
die Metallbeschickung an, allmählich
zu schmelzen. Das geschmolzene Metall, welches am Anfang hochviskos
ist, fließt
zum Boden 8 und sammelt sich dort an. Wenn der Heizvorgang
weiter fortgeführt
wird, nimmt der Pegel geschmolzenen Metalls zu. Der obere Teil der
Schmelze erhält
die meiste Hitze und dadurch nimmt seine Viskosität ab. Die
Anmelderin hat darüber
hinaus festgestellt, dass das Metall an den Seiten des Schmelzofens
dazu neigt, heißer
zu sein, als dasjenige am Mittelpunkt.
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Die
vorliegende Erfindung erzielt eine Zirkulation mittels einer Pumpeinheit 30,
welche außerhalb
des Schmelzofens angeordnet ist und mit dem Innenraum des Schmelzofens über ein
Einlass- und ein Auslassrohr verbunden ist. Das Einlassrohr 32 ist in 1 gezeigt
und etwa auf halber Strecke zwischen dem Boden 8 und der
Niveaulinie 18 angeordnet. Das Einlassrohr 32 ist
in Richtung auf den Innenraum 20 des Schmelzofens nach
unten in einem Winkel von etwa 1,0° geneigt. Dies unterstützt das
Abfließen
von geschmolzenem Material zurück
in den Schmelzofen 2, sollte der Schmelzofen aus irgendeinem
Grund geleert worden sein. Das Einlassrohr 32 ist aus Keramik
und weist ein Schmelzofen-Ende 34 auf, welches bündig mit
der Wand 4 abschließt.
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Dadurch,
dass das Einlassrohr 32 auf dieser Höhe angeordnet ist, wird die
Pumpeinheit 30 stets mit heißem geschmolzenem Metall aus
dem Inneren des Schmelzofens 3 versorgt. Dies beseitigt
Schwierigkeiten im Hinblick auf ein Anbacken von vorher geschmolzenem
Metall in der Pumpeinheit 30.
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Das
Auslassrohr 36 ist in 2 gezeigt
und ist an anderer Stelle angeordnet. Das Auslassrohr 36 ist
zu dem Boden 8 benachbart angeordnet. Auch das Auslassrohr 36 ist
in Richtung auf den Innenraum des Schmelzofens nach unten geneigt,
diesmal jedoch in einem steileren Winkel von etwa 5°. Dies sorgt
nicht nur, falls dies erforderlich ist, für ein Abfließen aufgrund
der Schwerkraft, sondern unterstützt geschmolzenes
Metall dabei, das Auslassrohr 36 zu verlassen und kraftvoll über den
Boden 8 zu strömen, wodurch
Hitze auf das dort angesammelte kältere Metall übertragen
wird. Wie das Einlassrohr 32 ist das Auslassrohr 36 aus
Keramik und weist ein Ende 38 auf, welches bündig mit
der Innenseite der Wand 4 des Schmelzofens 2 abschließt. Das
Ende 38 des Auslassrohrs 36 ist bei etwa 15 %
des Abstands zwischen dem Boden 8 und der Niveaulinie 18 angeordnet.
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Ebenso
wie die Anordnung des Einlassrohrs 32 und des Auslassrohrs 36 in
vertikaler Richtung mit Bedacht ausgebildet ist, wurde auch die
Konfiguration in horizontaler Richtung mit Bedacht vorgenommen,
wie es in 3 gezeigt ist. In der Draufsicht
von 3 sind erneut der Schmelzofen 2, die
vertikale Wand 4, die geneigte Wand 6, der Boden 8 und
die Tülle 10 gezeigt.
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Das
Einlassrohr 32 ist mit Bedacht derart angeordnet, dass
es geschmolzenes Metall von etwa dem Rand des Schmelzofens 2 an
der Stelle 40 abzieht. Da diese Stelle 40 dichter
an den nicht dargestellten peripheren Brennern liegt, ist sie heißer als der
Mittelpunkt 42, und zwar auch oben. Dies bedeutet, dass
die Pumpeinheit das heißeste
Metall abzieht, welches für
eine Zirkulation zur Verfügung steht.
Erneut sind Schwierigkeiten im Hinblick auf ein Anbacken in der
Pumpeinheit im Ergebnis weiter verringert.
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Das
Auslassrohr 36 ist ebenfalls mit Bedacht angeordnet, in
diesem Fall derart, dass es heißes
geschmolzenes Metall in Richtung auf den Mittelpunkt 42 des
Innenraums 20 des Schmelzofens lenkt. Im Ergebnis wird
das heißeste
Metall zum Mittelpunkt des Bodens des Schmelzofens gelenkt, so dass
es die kälteste
Stelle und damit das kälteste
Metall im Schmelzofen berührt.
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Der
Gesamteffekt besteht darin, Anback-Schwierigkeiten, wie Blockierungen
oder Einengungen innerhalb der Pumpeinheit 30 und den Rohren 32, 36,
zu beseitigen, indem stets das heißeste Metall durch die Einheit 30 hindurch
geführt wird.
Zusätzlich
wird das heißeste
Metall zu derjenigen Stelle zirkuliert, an welcher sich das kälteste Metall
ansammelt, wodurch die Wärmeübertragung
zu diesem Metall auf den Fließwegen
maximiert ist, was zu einem verstärkten Strom auch von diesem
kühleren
Material führt.
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Die
Vorteile sind außerdem
aus einer Betrachtung der in 4 schematisch
gezeigten Fließwege
ersichtlich. Das Metall an der oberen Peripherie der Schmelze ist
am heißesten,
da es dadurch, dass es oben vorliegt, den Brennern ausgesetzt ist
und aufgrund der größten physischen
Nähe zu
den Brennern die größte Hitze
erhält.
Dieses Metall, Pfeil A, wird in das Einlassrohr 32 und
damit durch die Pumpe 30 hindurch abgezogen, bevor es durch
das Auslassrohr 36 hindurch und am Boden daraus heraus fließt und sich
auf den Mittelpunkt des Innenraums 20 des Schmelzofens
zubewegt, Pfeil B. Die durchgezogenen Pfeile in 4,
wie beispielsweise Pfeil A, zeigen eine Oberflächenströmung an; die gestrichelten Pfeile
in 4, wie beispielsweise Pfeil B, zeigen eine Strömung am
Boden an. Die Strömung
gemäß Pfeil
B spreizt sich über
den Boden 8 hinweg auf, Pfeile C, was dazu führt, dass
heißes
Metall alles kalte Metall, welches sich hier anfangs ansammelt,
berührt
(und dadurch erhitzt) und/oder dass ein Fließen ausgehend von dieser Stelle
verstärkt
wird, Pfeile D. Durch die Strömung
durch die Pumpeinheit ist es möglich,
eine nach oben gerichtete Strömung
an den Wänden,
Pfeile D, eine Zirkulationsströmung
am Boden, Pfeile F und eine Zirkulationsströmung an der Oberfläche, Pfeile
G, zu erzeugen. Das Ergebnis besteht in einer guten Wärmeübertragung
zwischen dem heißen
Material und dem kalten Material sowie der Unterstützung einer
Strömung
durch den Innenraum 20 des Schmelzofens hindurch, im Gegensatz zur
der Möglichkeit,
dass sich unbemerkt kalte Stellen bilden. Der Schmelzvorgang läuft daher
schneller ab, wobei die gleichmäßige Verteilung
innerhalb der Schmelze schneller erfolgt und die gleichmäßige Verteilung
der Hitze gleichmäßiger erfolgt
als bei Systemen gemäß dem Stand
der Technik.
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Während eine
Vielzahl mechanischer Pumpensysteme verwendet werden kann, um die
oben beschriebene Zirkulation zu erreichen, ist das Verfahren insbesondere
auf die Verwendung elektromagnetischer Pumptechnologie gerichtet.
Elektromagnetisches Pumpen nutzt eine magnetische Abstoßung zum
Antrieb eines Leiters, nämlich
des geschmolzenen Metalls, durch die Einheit hindurch. Um diese Wirkung
zu erzielen, werden starke Elektromagneten verwendet, welche rund
um ein feuerfestes Rohr angeordnet sind. Diese Technik ist insbesondere
für die vorliegende
Erfindung geeignet, da sie bei einer Vielzahl von Strömungsgeschwindigkeiten
einfach betrieben werden kann, um die Menge an pumpbarem Metall,
welches beim Anfahren der Anlage zur Verfügung steht, einzustellen; da
sie weniger zum Anbacken neigt als mechanische Pumpen und, was am wichtigsten
ist, da sie deutlich höhere
Durchflussraten erzeugen kann als mechanische Pumpen, was zu einer
optimierten Zirkulation führt.
Elektromagnetisches Pumpen kann dazu verwendet werden, 10 Tonnen
Metall pro Minute oder mehr zu pumpen.