EP0518971B1 - Hochtemperaturofen - Google Patents

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EP0518971B1
EP0518971B1 EP91905980A EP91905980A EP0518971B1 EP 0518971 B1 EP0518971 B1 EP 0518971B1 EP 91905980 A EP91905980 A EP 91905980A EP 91905980 A EP91905980 A EP 91905980A EP 0518971 B1 EP0518971 B1 EP 0518971B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
charge
susceptor
susceptor ring
high temperature
furnace configuration
Prior art date
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Application number
EP91905980A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0518971A1 (de
EP0518971A4 (en
Inventor
David Stewart Conochie
Shane Maxwell Neecowen
Rory Alan Darey Poulter
Gregory Mcleod
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Rio Tinto Aluminium Ltd
Original Assignee
Comalco Aluminum Ltd
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Comalco Aluminum Ltd, Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO filed Critical Comalco Aluminum Ltd
Publication of EP0518971A1 publication Critical patent/EP0518971A1/de
Publication of EP0518971A4 publication Critical patent/EP0518971A4/en
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/22Furnaces without an endless core

Definitions

  • This invention relates to a furnace configuration for high temperature processes which may require high thermal energies such as melting and/or chemical reaction and starts from GB-A-891263.
  • GB-A-1430382 describes an induction furnace for melting glass.
  • the furnace is assembled by arranging, in a vessel containing the glass, electrically conductive susceptor elements of a material having no significant chemical effect on the glass and having an electrical conductivity higher than that of molten glass, the susceptor elements being positioned to define an electrical current path as a closed loop partly through the glass and partly through the susceptor elements.
  • An alternating current is passed through a conductor coil around the vessel to induce an electric current in the current path through the glass and the susceptor elements.
  • the susceptor means is a ring, it preferably is co-axial with the charge.
  • furnace configuration is particularly suited to a low thermally conducting charge and/or product and the charge can be in physical forms such as powder pellets, brequettes and granules.
  • the positioning of the susceptor in the charge allows a more uniform transfer of heat to the charge, which enables a high temperature process to be scaled up to produce a high purity product at a high yield.
  • the optimal placement of the susceptors in the charge is determined and the position of the processing front with time as shown in Figure 3 can be calculated.
  • the yield, energy consumption, processing time and susceptor temperature can also be determined.
  • a control model can then be developed to determine a time profile of power input for maximum productivity within the processing limits of charge volatility, susceptor temperature and product sintering and fusion.
  • a 200mm gap to a graphite susceptor will give a Q factor about 10.
  • the choice of frequency, susceptor material, refractory and placement of the susceptor is crucial to the satisfactory operation of the furnace.
  • Optimum placement which takes into account coupling requirements may place the susceptor further out than the optimum position based on heat transfer requirements alone.
  • a portion of the susceptor must be capable of coupling with the induction coils.
  • This coupling position can be part of the conducting portion of the susceptor as in FIGURE 11(b) but to reduce the mass of susceptor in the furnace a configuration as in FIGURE 11 (d) and (h) is preferred.
  • the susceptor is formed as a single article to maximise the heat transferred from the coupling portion to the conducting portion.
  • the variation in configuration from a solid charge externally heated furnace to an extended ring heated furnace represents an increase in scale of over 100 times for the same maximum heat transfer distance.

Landscapes

  • Electromagnetism (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Steroid Compounds (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Furnace Charging Or Discharging (AREA)
  • Fireproofing Substances (AREA)
  • Thermal Insulation (AREA)
  • Nitrogen Condensed Heterocyclic Rings (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Claims (16)

  1. Hochtemperturofen-Anordnung zur Verwendung für die Herstellung von Produkten durch Aufheizen einer Charge (1) von Reaktionspartnern auf eine hohe Temperatur, wobei die Charge (1) und/oder die Produkte eine geringe thermische Leitfähigkeit aufweisen, die Reaktion eine hohe Reaktionstemperatur besitzt, und die Ofen-Anordnung aufweist:
    - eine Außenwandung (6),
    - angrenzend zur Außenwandung ein elektromagnetisches Induktionsmittel (3),
    - eine thermische und elektrische Isolationsschicht (4) zur Isolierung der Induktionsmittel (3) von der Charge (1),
    - einen Chargenaufnahmeraum innerhalb der Isolationsschicht zur Aufnahme der Charge, und
    - einen induktiven Suszeptorring (2), der innerhalb einer Charge im Chargenaufnahmeraum so angeordnet ist, daß die Mitte eines Querschnitts durch den Bereich des Suszeptorrings (2) in einer radialen Richtung innerhalb des Bereichs von 30% bis 90% der radialen Entfernung von der Mitte oder des inneren Randes (5) der Charge zum äußeren Rand der Charge liegt,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der induktive Suszeptorring (2) einen Kupplungsbereich (10) und einen sich radial vom Kupplungsbereich (10) erstreckenden Leitungsbereich (11) zur Leitung der durch den Kupplungsbereich (10) erzeugten Wärme in die Charge (1) aufweist, wobei eine fortschreitende Reaktionsfront von vollständig reagiertem Produkt die Mitte oder den inneren Rand der Charge erreicht, bevor sie die äußere Oberfläche der Charge erreicht.
  2. Hochtemperturofen-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest zwei induktive Suszeptorringe aufweist, von denen jeder so in der Charge angeordnet ist, daß eine von einem der Suszeptorringe ausgehende fortschreitende Reaktionsfront von vollständig reagiertem Produkt oder eine von einem angrenzenden Suszeptorring ausgehende fortschreitende Reaktionsfront von vollständig reagiertem Produkt den inneren Rand (5) der Charge (1) eher erreicht, als die äußere Grenze der Charge (1) erreicht wird.
  3. Hochtemperturofen-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte eines Querschnitts durch den Bereich des Suszeptorrings (2) in einer radialen Richtung innerhalb des Bereichs von 60% bis 85% der radialen Entfernung von der Mitte oder des inneren Randes (5) der Charge zum äußeren Rand der Charge liegt.
  4. Hochtemperturofen-Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Suszeptorring (2) als Körper geformt ist, der durch Rotation seiner radialen Querschnittsform bestimmt ist.
  5. Hochtemperturofen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsbereich (11) des Suszeptorrings (2) eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist als die Charge (1) oder das Produkt.
  6. Hochtemperturofen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Leitungsbereich (11) radial nach innen vom Kupplungsbereich (10) ausgehend erstreckt.
  7. Hochtemperturofen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsbereich (11) und der Kupplungsbereich (10) des Suszeptorrings als einstückiges Bauteil ausgebildet sind.
  8. Hochtemperturofen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Syszeptorring oder die -ringe ein Gesamtvolumen von weniger als 20% des Gesamtvolumens der Charge einnehmen.
  9. Hochtemperturofen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Chargenaufnahmeraum kreisförmig ausgebildet ist.
  10. Hochtemperturofen-Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum in der Mitte des kreisförmigen Chargenaufnahmeraums zur Bildung eines Auslasses unbelegt ist, um Gasen, die während des Betriebs der Ofen-Anordnung entstehen, das Entweichen von der Ofen-Anordnung zu ermöglichen.
  11. Verfahren zur Steuerung einer Ofen-Anordnung, mit einer Außenwandung (6), angrenzend zu der Außenwandung einem elektromagnetischen Induktionsmittel (3), einer thermischen und elektrischen Isolationsschicht zur Isolierung der Induktionsmittel, einem Chargenaufnahmeraum innerhalb der Isolationsschicht, einer in dem Chargenaufnahmeraum positionierten Charge (1), und einem induktiven Suszeptorring (2), der innerhalb einer Charge in dem Chargenaufnahmeraum so angeordnet ist, daß die Mitte eines Querschnitts durch den Bereich des Suszeptorrings in einer radialen Richtung innerhalb des Bereichs von 30% bis 90% der radialen Entfernung vom inneren Rand (5) der Charge (1) zum äußeren Rand der Charge (1) liegt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es die folgenden Schritte aufweist:
    (i) Erhitzen des induktiven Suszeptorrings (2) auf eine vorbestimmte Temperatur,
    (ii) Erhöhen der Temperatur des induktiven Suszeptorrings nachdem eine fortschreitende Front eine Zone vollständig reagierten Produkts sich von der Oberfläche des induktiven Suszeptorrings (2) fortbewegt hat, so daß die Temperatur der Charge (1) vor der Front der fortschreitenden Zone unterhalb der vorbestimmten Temperatur bleibt, und
    (iii) Beibehalten der Temperaturerhöhung des induktiven Suszeptorrings (2), bei Halten der Temperatur vor der Front der fortschreitenden Zone unterhalb der vorbestimmten Temperatur, bis eine Maximaltemperatur des induktiven Suszeptorrings (2) erreicht ist, oder die Front der fortschreitenden Zone den äußeren Rand der Charge (1) erreicht hat.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Suszeptorring (2) so positioniert ist, daß die Front der fortschreitenden Zone den inneren Rand (5) der Charge (1) erreicht, bevor der äußere Rand der Charge (1) erreicht wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Suszeptorring (2) als Körper geformt ist, der durch Rotation seiner radialen Querschnittsform bestimmt ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt durch den Bereich des Suszeptorrings (2) in einer radialen Richtung innerhalb des Bereichs von 60% bis 85% der radialen Entfernung des inneren Randes (5) der Charge zum äußeren Rand der Charge (1) angeordnet ist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Suszeptorring (2) einen induktiven Kupplungsbereich (10) und einen sich radial vom Kupplungsbereich (10) erstreckenden Leitungsbereich (11) zur Leitung der durch den Kupplungsbereich (10) erzeugten Wärme in die Charge (1) aufweist.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt ein Übergangsmetall-Borid ist.
EP91905980A 1990-03-05 1991-03-05 Hochtemperaturofen Expired - Lifetime EP0518971B1 (de)

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AUPJ893190 1990-03-05
AU8931/90 1990-03-05
PCT/AU1991/000074 WO1991014353A1 (en) 1990-03-05 1991-03-05 High temperature furnace

Publications (3)

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EP0518971A1 EP0518971A1 (de) 1992-12-23
EP0518971A4 EP0518971A4 (en) 1993-02-24
EP0518971B1 true EP0518971B1 (de) 1997-01-22

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EP (1) EP0518971B1 (de)
AT (1) ATE148296T1 (de)
BR (1) BR9106141A (de)
CA (1) CA2077669C (de)
DE (1) DE69124367T2 (de)
IS (1) IS3679A7 (de)
NO (1) NO302270B1 (de)
NZ (1) NZ237315A (de)
WO (1) WO1991014353A1 (de)

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BR9106141A (pt) 1993-03-09
EP0518971A1 (de) 1992-12-23
WO1991014353A1 (en) 1991-09-19
IS3679A7 (is) 1991-09-06
NO923458L (no) 1992-11-02
NO302270B1 (no) 1998-02-09
ATE148296T1 (de) 1997-02-15
DE69124367T2 (de) 1997-05-28
CA2077669A1 (en) 1991-09-06
NZ237315A (en) 1993-04-28
CA2077669C (en) 1999-09-28
NO923458D0 (no) 1992-09-04
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