FI74538B - Smaeltugn med styv struktur. - Google Patents

Description

74538 Jäykkärakenteinen sulatusuuni Tämä keksintö liittyy jäykkärakenteiseen sulatusuuniin.

5 Rakenteeltaan tavanomaisessa sulatusuunissa, jossa on yhteenliitetyistä tiilistä tehty runko, on tärkeää, että sulatettaessa uunissa sellaista metallia kuten kupari, sulanut metalli ehdottomasti estetään vuotamasta tiilien välisten liitosten läpi. Tästä syystä on alalla yleisenä käytäntönä 10 varustaa sulatusuuni jäykällä rakenteella. Tällainen jäykkärakenteinen sulatusuuni käsittää toisiinsa liitetyistä tiilistä tehdyn uunin rungon kehämäisen seinän ympärille asennetun rautavaipan. Tässä jäykässä rakenteessa rautavaippa auttaa estämään tiilisenän lämpölaajenemista uunin käytön ai-15 kana saaden siten ennalta määrätyn suuruiset puristusvoimat vaikuttamaan tiiliin, jotka muodostavat uunin rungon kehämäisen seinän, siten että tiilien välisten liitosten murtuminen tai halkeaminen estetään, jolloin taataan, että uunissa oleva sula metalli ei vuoda liitosten läpi. Jäykkäraken-20 teisen uunin huollon takia on usein tarpeellista päästää kuuma uuni jäähtymään sen määrittämiseksi, tarvitseeko uuni korjausta. Kun jäykkärakenteinen uuni saatetaan kuumennus-ja jäähdytysvaiheen alaiseksi toistuvasti, uunin rungon muodostavien tiilien lämpölaajenemisen määrä asteittain kasvaa 25 siten, että rautavaipan tiiliin vaikuttavat puristusvoimat lopulta tulevat liian suuriksi. Tämä voi saada tiilet murtumaan paineen alla. Tarkemmin esitettynä, kun jäykkärakenteinen uuni saatetaan yhden kuumennus- ja jäähdytysvaiheen alaiseksi ennalta määrätyssä kuormituksessa, tiilet tulevat pie-30 nemmiksi virumiskutistumisen johdosta sen jälkeen, kun ne on päästetty jäähtymään huoneen lämpötilaan. Vaikka tiilet ovat lämmön johdosta laajentuneet uunin kuumentamisen aikana, joutuvat ne tällaisen virumiskutistumisen alaisiksi, koska rautavaippa pidättää niitä. Kuten kuvassa 1 on esitet-35 ty, on tämä virumiskutistuminen kahden tekijän summa, jotka ovat virumiskutistumismäärä 1^, joka tapahtuu sinä ajanjak- 2 74538 sona, kun tiilien lämpötila nousee virumisalkulämpötilasta Tcr suurimpaan kuumennuslämpötilaan Te, sekä virumiskutis-tumismäärä 1^, joka tapahtuu sinä ajanjaksona, kun tiilet ovat suurimman kuumennuslämpötilan alaisia. Siten tiili tu-5 lee pienemmäksi yhdessä vaikuttavien virumiskutistumismää-rien 1^ ja 12 vaikutuksesta. Kuitenkin siinä tapauksessa, jossa tämä kuumennus- ja jäähdytysvaihe toistetaan tiilien ollessa ennalta määrätyn suuruisen paineen alaisina kosketuksessa sulaan metalliin kuten kupariin, sulanut metalli 10 tunkeutuu tiilien sisään, kun tiilet ovat korkeiden lämpötilojen alaisina. Tämän johdosta, kuten kuvassa 2 on esitetty, on jokaisen jäähtyneen tiilen kutistumismäärä L' pienempi kuin sen virumiskutistumismäärä L, ja se määrä, joka saadaan vähentämällä määrä L' määrästä L, on läsnä jäännöslaa-15 jentumismääränä, kuten kuvassa 2 on käyrällä 1 esitetty, laajenee lämmön johdosta myös tiileen tunkeutunut metalli, siten että tiilen lämpölaajenemiskerroin kasvaa. Tästä läm-pölaajenemiskertoimen suurentumisesta ja jäännöslaajentumi-sesta aiheutuu, että tiilen maksimilaajentuma, välittömästi 20 ennen virumiskutistumisen vaikutusta tiileen, kasvaa olennaisesti joka kerran, kun uunin kuumennus- ja jäähdytys-vaihe toistetaan, kuten käyrillä 1-3 on esitetty kuvassa 2. Sen johdosta, vaikkakin rautavaipan tiiliin aiheuttamat puristusvoimat, sen jälkeen kun jäykkärakenteinen uuni 25 saavuttaa maksimikuumennuslämpötilan, ovat pienemmät kuin tiilien murtolujuus, ovat tiilet virumiskutistumisen johdosta ylimääräisten puristusvoimien vaikutuksen alaisia, jotka voimat ovat suuremmat kuin murtolujuus, sen ajan kun uunin kuumennuslämpötila nousee maksimikuumennuslämpötilaansa.

30 Tämä johtaa paineenalaisten tiilien murtumiseen, sekä siihen, että jäykkärakenteisella sulatusuunilla on lyhentynyt käyttöikä. Lisäksi tiilien murtolujuus pienenee asteittain, koska tiilet huonontuvat ajan kuluessa. Tiilien murtolujuu-den alentumisen sekä ylimääräisten puristusvoimien vaikutuk-35 sesta ovat uunin rungon muodostavat tiilet alttiita murtumaan paineen alaisina, jolloin jäykkärakenteisen sulatusuunin käyttöikä edelleen lyhenee.

II

3 74538

Keksinnön kohteena on tarkemmin sanottuna jäykkära-kenteinen uuni, joka käsittää: a) onton rungon sulatettavan materiaalin vastaanottamiseksi, joka runko koostuu yhteenliitetyistä tiilistä, 5 b) tiilirunkoa ympäröivän rautavaipantiilirungon läm pölaajenemisen estämiseksi uunin toiminnan aikana, ja c) vaipan ympärille sovitetut kuumennuselimet vaipan kuumentamista varten säätämään vaipan lämpölaajenemisen määrää, millä säädetään vaipan tiilirunkoon aiheuttamia puristus-10 voimia, kun tiilirunko on lämpölaajentunut uunin toiminnan aikana. Elimet, joilla pienennetään rautavaipan aiheuttamia puristusvoimia tiiliin uunin toiminnan aikana, estävät tiiliä murtumasta paineessa.

Keksinnön mukaiselle sulatusuunille on tunnusomaista, että se edelleen käsittää säätöyksikön, joka käsittää valvon-15 taelimet tiilirungon lämpölaajenemisen astetta edustavan il- maisusignaalin tuottamiseksi, sekä ilmaisusignaalille herkän säätöpiirin kuumennuselinten toiminnan säätämistä varten vaipan kuumentamiseksi sillä tavoin, että vaipan lämpölaajeneminen toteutuu pääasiassa tasatahdissa tiilirungon läm-20 pölaajenemisen kanssa.

Kuva IA on graafinen esitys tiilen laajenemisen ja kutstumisen välisestä suhteesta, kun tiili on kuumennus- ja jäähdytysvaiheen alaisena ennalta määrätyssä kuormituksessa; kuva IB on graafinen esitys tiilen virumiskutistumi- 25 sesta; kuva 2 on graafinen esitys tiilen laajenemisen ja kutistumisen välisestä suhteesta tiilen ollessa kosketuksessa sulaan kupariin, kun tiili on toistuvan kuumennus- ja jäähdytysvaiheen alaisena ennalta määrätyssä kuormituksessa; 30 kuva 3 on poikkileikkauskuva osalta sulatusuunia, jo ka on varustettu nyt esillä olevan keksinnön mukaisesti; kuva 4 on osakuva sulatusuunista esittäen valvontaelimiä; kuva 5 on lohkokaavio sulatusuunia varten olevasta 35 säätöjärjestelmästä; kuva 6 on osakuva sulatusuunissa esittäen muunneltuja valvontaelimiä; ja 4 74538 kuva 7 on lohkokaavio sulatusuunia varten olevasta muunnellusta säätöjärjestelmästä.

Kuva 3 esittää poikkileikkauksen osasta sulatusuunia 10, joka on varustettu nyt esillä olevan keksinnön mukaises-5 ti. Uuni 10 käsittää kehämäisen seinän 11 määrittämän poikki*· leikkaukseltaan ympyränmuotoisen onton rungon 10a sekä pohjan 12, joka on liitetty kehämäisen seinän 11 alapäähän. Kuten kuvassa 3 on esitetty, uunin runko 10a koostuu useista yhteenliitetyistä tiilistä 13. Uunin runko 10a on rautavai-10 pan 14 ympäröimä yläpäästään lukuunottamatta. Tarkemmin esitettynä, rautavaipassa 14 on kehämäinen osa 14a, joka ympäröi uunin rungon 10a kehämäistä seinää 11, sekä pohjaosa 14b, joka on sovitettu makaavaan asentoon uunin rungon 10a pohjan 12 alapuolelle. Laajenemista absorboivaa materiaalia 15, jo-15 ka on tehty esimerkiksi asbestista tai lasivillasta, on asetettu uunin rungon 10a kehämäisen seinän 11 ja rautavaipan 14 kehämäisen osan 14a väliin. Kerros 16 raemaista magnesium-oksidia on asetettu uunin rungon 10a pohjan 12 ja rautavaipan 14 pohjaosan 14b väliin. Muovautuvaa tulenkestävää ainetta 20 18 on sijoitettu uunin rungon 10a kehämäisen seinän 11 alem paan puolikkaaseen.

Rautavaipan 14 kuumentamista varten on varustettu kuu-mennuselimet. Kuumennuselimet käsittävät useita höyryputkia 19, jotka on asennettu rautavaipan 14 kehämäisen osan 14a 25 ympärille sen viereen. Höyryputket 19 on yhdistetty höyryn lähteeseen 21 (kuva 5) siten, että höyry on sovitettu virtaamaan höyryputkien 19 läpi rautavaipan kuumentamiseksi.

Ensimmäiset valvontaelimet on varustettu uunin rungon 10a muodostavien tiilien 13 lämpölaajenemisen suuruuden val-30 vomiseksi. Ensimmäiset valvontaelimet käsittävät useita potentiometrejä P (P^, V 2....Pn), jotka on sijoitettu rauta-vaipan 14 kehämäisen osan 14a ympärille toisistaan välimatkan päähän (kuva 4). Jokaisessa potentiometrissä P on liuku-tanko 20, joka kulkee rautavaippaan 14 muodostetun aukon 14b 35 läpi ja ulottuu laajenemisen absorboivan materiaalin 15 läpi. Liukutangon 20 ulompi pää pidetään kosketuksessa tiiliseinän

II

5 74538 11 ulkopintaan ja liukutangon 20 sisemmässä päässä oleva sähkökosketin on sovitettu olemaan kosketuksessa siihen liittyvän vastuksen kanssa. Kun uunin rungon 10a tiiliseinä lämpölaajenee, liukutanko 20 siirtyy paikaltaan tai ve-5 täytyy sisäänpäin siten, että vastuksen vastusarvo muuttuu ilmaisten tiiliseinän 11 lämpölaajenemisen asteen.

Toiset valvontaelimet on varustettu myös höyryput-kien 19 kuumentaman rautavaipan 14 lämpölaajenemisen suuruuden sekä tiilien lämpölaajenemisen aiheuttaman rautavai-10 pan 14 venymälaajentuman valvomiseksi. Toiset valvontaelimet käsittävät useita potentiometrejä P' (P^, P^····?^)# jotka on sijoitettu rautavaipan 14 ympärille. Potentiometrit P' ovat rakenteeltaan identtisiä ja lukumäärältään yhtä suuria ensimmäisten valvontaelimien potentiometrien P kanssa ja ne 15 on sijoitettu näiden viereen vastaavasti siten, että kaikki vierekkäiset potentiometrit P ja P' muodostavat yhteenkuuluvan valvontaelinparin. Jokaisessa toisten valvontaelinten potentiometrissä P' on liukutanko 20a, joka pidetään kosketuksessa rautavaipan 14 ulkopinnan kanssa. Kun rautavaippa 20 14 lämpölaajenee, liukutanko 20a vetäytyy sisäänpäin tai siirtyy paikaltaan ilmaisten rautavaipan 14 lämpölaajenemisen asteen.

Kuva 5 esittää uunin 10 säätöjärjestelmän lohkokaaviota. Potentiometrin P^ lähtösignaali syötetään komparaat-25 torin toiseen syöttönapaan, jolloin lähtösignaali edustaa liukutangon 20 siirtymän suuruutta. Myös potentiometrin P| lähtösignaali syötetään komparaattorin toiseen syöttönapaan, jolloin tämä lähtösignaali edustaa liukutangon 20a siirtymän suuruutta. Vastaukseksi näihin kahteen potentio-30 metriparilta P^ ja tulleeseen lähtösignaaliin komparaattori syöttää lähtösignaalin säätöpiiriin 23, joka lähtö-signaali vastaa potentiometrin P^ liukutangon 20 ja potentiometrin P| liukutangon 20a siirtymien suuruuksien erotusta.

Samalla tavoin kaikki muutkin yhteenkuuluvat potentio-35 metriparit P ja P1 välittävät vastaavat lähtösignraalinsa niitä vastaavalle komparaattorille C, ja jokainen komparaattori 6 74538 C välittää lähtösignaalin säätöpiiriin 23, kuten edellä kuvattiin komparaattorin yhteydessä. Vastauksena komparaattoreilta C^-Cn tuleviin lähtösignaaleihin säätöpiiri 23 välittää lähtösignaalin virtauksen säätölaitteeseen 24, joka 5 lähtösignaali edustaa komparaattoreiden C^-Cn lähtösignaa-lien esittämien erotusten keskimääräistä arvoa. Virtauksen säätölaite 24 on asennettu höyryn lähteen 21 ja höyryputkien 19 väliin. Vastaukseksi säätöpiiriltä 23 tulevaan lähtösig-10 naaliin virtauksen säätölaite 24 säätää höyryputkien 19 läpi kulkevan höyryvirtauksen määrän siten, että rautavai-pan 14 lämpölaajenemisen aste säätyy pääasiassa tasatahdissa uunin 10 tiilisenän 11 lämpölaajenemisasteen kanssa. Höyryputkien 19 myötävirtaan oleva puoli on yhdistetty höy-15 ryn lähteeseen 21 lauhduttimen (ei esitetty) kautta.

Vaihtoehtoisesti edellä mainitut valvontaelimet voivat olla yksinkertaistettua rakennetta. Tarkemmin esitettynä, kuvissa 6 ja 7 esitetyn keksinnön muunnellun muodon mukaisesti edellä olevassa toteuttamismuodossa kuvatut toiset 20 valvontaelimet on jätetty pois. Jokaisen potentiometrin P

lähtösignaali syötetään säätöpiiriin 23a, joka lähtösignaali edustaa kunkin potentiometrin P liukutangon siirtymän suuruutta. Vastaukseksi potentiometreiltä tuleviin lähtösignaaleihin säätöpiiri välittää lähtösignaalin vir-25 tauksen säätölaitteelle 24, joka lähtösignaali edustaa liu-kutankojen 20 siirtymien suuruuden keskimääräistä arvoa. Vastaukseksi säätöpiiriltä 23a tulevaan lähtösignaaliin virtauksen säätölaite 24 säätää höyryputkien 19 läpi kulkevan höyryvirtauksen määrän siten, että rautavaipan 14 lämpö-3Q laajenemisen aste säätyy pääasiassa tasatahdissa uunin tiiliseinän 11 lämpölaajenemisen asteen kanssa.

Kun sulatusuuni 10 on vasta rakennettu, uunin sisätila kuumennetaan ensin ennalta määrättyyn lämpötilaan kuumailmapuhalluksilla tai käyttämällä polttimia, kuten kaasu-tai Ö1 jypolttimia. Uunin käytön aikana uunin kuumennus saadaan pääasiassa aikaan hapettamalla uuniin tuotua jauhettua metallia tai malmia. Ö1jypolttimia käytetään apupolttamisen 74538 muodostamiseksi, jolloin polttimet on kiinnitetty joko uunin kattoon tai sen sivuseinään. Kun uuni tulee pitää ennalta määrätyssä lämpötilassa, ei jauhetun metallin tai malmin hapettamisella synnytettyä kuumuutta käytetä hyväksi, vaan 5 se saavutetaan Ö1jypolttimilla.

Nyt kuvaillaan sulatusuunin 10 toiminta. Kuten edellä mainittiin, rautavaipan 14 uunin rungon 10a tiiliin 13 aiheuttamat puristusvoimat tulevat suuremmiksi joka kerran, kun uunin 10 kuummennus- ja jäähdytysvaihe toistetaan. Kun 10 puristusvoimat tulevat liian suuriksi uunin toiminnan aikana höyry pannaan kulkemaan höyryputkien 19 läpi kuumentamaan rautavaippaa 14 sen lämpölaajentamiseksi. Siten koska tiiliä 13 pidättävä rautavaippa 14 lämpölaajenee, tiiliin 13 vaikuttavat puristusvoimat eivät kasva liian suuriksi, jolloin nä-15 mä puristusvoimat pysyvät sopivalla tasolla. Sen vuoksi tiilet 13 eivät ole alttiita murtumaan paineessa edes sinä ajanjaksona, kun jäähdytetyn uunin 10 lämpötila nousee maksimiin kuumennuslämpötilaan toimintansa aikana. Siinä tapauksessa, että rautavaipan 14 tiiliin 13 aiheuttamat puristusvoimat 20 tulevat kohtuuttoman alhaisiksi tiilien virumiskutistumisten johdosta, virtauksen säätölaite 24 vähentää höyryputkien 19 läpi kulkevan höyryn määrää rautavaipan 14 lämpötilan alentamiseksi sen lämpösupistamiseksi siten, että tiiliin kohdistuvat puristusvoimat kasvavat sopivalle tasolle.

25 Nyt kuvaillaan esimerkki uunin 10 toiminnasta. Uuni 10 suunniteltiin siten, että tiiliin 13 kohdistuvat puris- 2 tusvoimat kasvaisivat 2 kp/cm :iin sen jälkeen, kun uunin 10 lämpötila saavuttaa maksimikuumennuslämpötilansa uunin ensimmäisessä toimintavaiheessa. Todelliset puristusvoimat uunin 30 lämpötilan saavutettua maksimilämpötilansa ensimmäisessä 2 toimintavaiheessa olivat 2,1 kg/cra , mikä oli hyvin lähellä 2 arvioitua arvoa 2,0 kp/cm . Sitten uunin kuumennus- ja jääh-dytysvaihe toistettiin. Uunin kymmenennessä toimintavaiheessa uunin lämpötilan noustessa maksimikuumennuslämpötilaansa, 35 tiiliin 13 kohdistuvat maksimipuristusvoimat olivat 13-14 2 2 kp/cm , mikä oli enemmän kuin tiilien murtolujuus (12 kp/cm ).

8 74538

Tiiliin vaikuttavat puristusvoimat virumiskutistumisen päättyttyä olivat 12 kp/cm . Sitten pantiin höyry kulkemaan höyryputkien 19 läpi rautavaipan 14 lämpötilan nostamiseksi 30°C:sta 160°C:een sen lämpölaajentamiseksi. Sen 5 jälkeen uuni 10 kuumennettiin. Tässä tapauksessa tiiliin 13 vaikuttavat maksimipuristusvoimat uunin lämpötilan nous-tessa maksimikuumennuslämpötilaansa olivat 10 kp/cm . Tiilien 13 virumiskutistumisen päätyttyä höyryputkien läpi kulkevan höyryn määrää vähennettiin siten, että rautavai- 10 pan 14 lämpötila aleni 50°C:een vähentäen sen lämpölaajene- 2 maa, siten sovittaen puristusvoimat 11,5 kp/cm :iin.

Kuten edellä on selostettu, esillä olevan keksinnön mukaisessa sulatusuunissa uunin runkoa ympäröivän rautavaipan lämpölaajenemaa säädetään höyryputkien läpi kulkevan 15 höyryn määrällä siten, että rautavaipan tiiliin aiheuttamat puristusvoimat voidaan pitää optimitasolla. Sen vuoksi, vaikka tiilien laajenemisen määrä asteittain kasvaakin joka kerran, kun uunin kuumennus- ja jäähdytysvaihe toistetaan, tiilet on täysin estetty murtumasta paineen alla. Si-20 ten jäykkärakenteista uunia voidaan käyttää pidemmän ajanjakson ajan.

Vaikka esillä olevan keksinnön mukainen jäykkäraken-teinen uuni on tässä yksityiskohtaisesti esitetty ja kuvattu, keksintöä itsessään eivät rajoita piirrosten tarkka 25 esitys tai niiden selostus. Esimerkiksi, vaikka kuumennus-elimet rautavaipan lämpötilan säätämiseksi käsittävät useita höyryputkia, höyryputket voidaan korvata muillakin sopivilla kuumennuselimillä, kuten rautavaipan ympärille asennetulla kuumennusvaipalla. Edelleen, höyryputket 19 voivat 30 myös olla järjestetyt lähelle rautavaipan 14 pohjaosaa 14b.

II

Claims (2)

9 74538

1. Jäykkärakenteinen sulatusuuni, joka käsittää: a) onton rungon (10a) sulatettavan materiaalin vas-5 taanottamiseksi, joka runko koostuu yhteenliitetyistä tiilistä (13) , b) tiilirunkoa ympäröivän rautavaipan (14) tiili-rungon lämpölaajenemisen estämiseksi uunin (10) toiminnan aikana, ja 10 c) vaipan (14) ympärille sovitetut kuumennuselimet (19) vaipan kuumentamista varten säätämään vaipan lämpölaajenemisen määrää, millä säädetään vaipan tiilirunkoon (10a) aiheuttamia puristusvoimia, kun tiilirunko on lämpölaajen-tunut uunin toiminnan aikana, tunnettu siitä, että 15 se edelleen käsittää säätöyksikön, joka käsittää valvontaelimet (pi_n) tiilirungon (10a) lämpölaajenemisen astetta edustavan ilmaisusignaalin tuottamiseksi, sekä ilmaisu-signaalille herkän säätöpiirin (23a) kuumennuselinten (19) toiminnan säätämistä varten vaipan (14) kuumentamiseksi sil-20 lä tavoin, että vaipan lämpölaajeneminen toteutuu pääasiassa tasatahdissa tiilirungon (10a) lämpölaajenemisen kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sulatusuuni, tunnettu siitä, että säätöyksikkö käsittää ensimmäiset valvontaelimet (P,P1-n) tiilirungon (10a) lämpölaajenemisen 25 astetta edustavan ensimmäisen ilmaisusignaalin tuottamiseksi, toiset valvontaelimet (P',P^_n) vaipan (14) lämpölaajenemisen astetta edustavan toisen ilmaisusignaalin tuottamiseksi, ensimmäiselle ja toiselle ilmaisusignaalille herkän elimen (C^_n) säätösignaalin tuottamiseksi, joka säätö-30 signaali vastaa tiilirungon (10a) ja vaipan (14) lämpölaajenemisten välistä erotusta, sekä säätösignaalille herkän säätöpiirin (23) kuumennuselinten (19) toiminnan säätämistä varten vaipan (14) kuumentamiseksi sillä tavoin, että vaipan (14) lämpölaajeneminen toteutuu pääasiassa tasatahdissa 35 tiilirungon (10a) lämpölaajenemisen kanssa. 10 74538