HU215627B - Előfigyelmeztető berendezés olvadt fémnek olvasztókemencék, különösen indukciós kemencék kerámiabélésén történő áttöréseire - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya előfigyelmeztető berendezés őlvadt fémnekőlvasztókemencék, különösen indűkciós kemencék kerámiabélésén történőáttöréseire, amely berendezés a mindenkőri kerámiabélésen ( ),különösen annak külső őldalán elrendezett elektródőkkal vagyelektródhálóval (7) van ellátva, ahől az elektródők két különbözőpőlaritású csőpőrtra vannak felősztva, amelyek egymástól meghatárőzőttávőlságra vannak elrendezve, és kiértékelő egységgel vannakösszekötve. A találmány újdőnsága abban van, hőgy az elektródők legalább egyikeelektródhálóként (7) egyőldalúan kerámiafólián van elrendezve, amelyvagy az elektródhálóval (7) ellátőtt őldallal, agy az elektródhálóval(7) ellentétes őldallal a kerámiabélésen (2) van elrendezve, ahől akerámiafólia a kerámiabélés (2) anyagával összehasőnlítva az elsőkéntemlített esetben kisebb hővezető képes éggel, valamint kisebb villamősvezetőképességgel, a másődikként említett esetben pedig azőnős vagynagyőbb hővezető képességgel, valamint azőnős vagy nagyőbb villamősvezetőképességgel jellemezhető. ŕ

Description

A találmány tárgya előfigyelmeztető berendezés olvadt fémnek olvasztókemencék, különösen indukciós kemencék kerámiabélésén történő áttöréseire. A berendezés a mindenkori kerámiabélésen, annak külső oldalán elrendezendő elektródokból vagy elektródhálóból áll, ahol az elektródok különböző polaritású, egymástól meghatározott távolságra elrendezett két csoportra vannak felosztva, ahol a két csoport a kerámiabélésnek a két csoport közötti, hőmérséklettől függő villamos ellenállását meghatározó kiértékelő egységgel van összekötve.

Az ilyen jellegű olvasztókemencéknél a kerámiabélések üzem közben termikus, vegyi és mechanikai igénybevételeknek vannak kitéve. Ennek során üregek és adott esetben repedések képződnek, amelyek az indukciós kemencéknél egészen a tekercsig teijedhetnek. Amennyiben a folyékony fémfürdőnek a tekercshez való áthatolását nem ismerik fel időben, jelentősen sérülhet az indukciós olvasztókemence, és szélsőséges esetben az olvasztóberendezés robbanásszerűen kiürülhet.

Ahhoz, hogy az indukciós kemencéknél az ilyen jellegű hibákat időben felismeqék, a bevezetőben említett előfigyelmeztető berendezéseket alkalmazzák, amelyek az ellenállásmérés elvén alapulnak. Ez azon a felismerésen alapul, hogy a kemence kerámiabélésének két tetszőleges, például a külső oldalon lévő pontja közötti villamos ellenállás a hőmérséklettől függ, éspedig növekvő hőmérséklettel jelentősen csökken, ez a csökkenés a nagy ellenállású tartományban néhány nagyságrendet tesz ki. Amennyiben a kerámiabélés falában áttörési hely alakul ki, helyi hőmérséklet-növekedés lép fel, amely a kerámiabélésen, például annak külső falán, alkalmasan elosztott elektródok segítségével ellenállásmérés útján állapítható meg. Ahhoz, hogy a várható olvadékáttörésről megbízható előrejelzést kaphassunk, a kemence kerámiabélésének külső oldalán elrendezett elektródhálónak megfelelően sűrűnek kell lennie.

Ismert olyan, a bevezetőben leírt előfigyelmeztető berendezés indukciós kemencékhez, amelynél az elektródháló egy úgynevezett kész tégely külső oldalán kiképzett hornyokban van elrendezve, ahol a kész tégelyt előre gyártott eszközként az indukciós kemencébe helyezik be, és ott kerámiamasszával veszik körül, hogy a szükséges gyűrűs hézagot a tekercsfalhoz kitöltsék. Ennél a megoldásnál az elektródháló ugyan kielégítő távolságban helyezkedik el a tekercsfaltól, hogy egy esetlegesen keletkező áttörési helyet időben jelezhessen, anélkül, hogy a tekercs sérülést szenvedne. A gyakorlatban viszont a kész tégelyek alkalmazása nem terjedt el, mivel rendszerint előnyben részesítik a hagyományos kerámiabélést, amelyet az alkalmazás helyén keramikus anyagból építenek fel. Ebben az esetben jelentős nehézséget okoz az áttörési helyek jelzésére szolgáló elektródháló elfogadható ráfordítással való beépítése, ami a hibahely megbízható és pontos, időben történő felismerését biztosítja.

A hagyományos kerámiabélés alkalmazása esetén rúdelektródokat használtak, amelyeket egy hőszigetelő réteg és a tégely anyaga között a tégely kerülete mentén függőlegesen irányítva rendeztek el. Ilyen megoldást ismertet például a DE 2718016-A1 közzétételi irat. Ennél a megoldásnál kiértékelik a legalább részben elmállott keramikus tégelyanyag szomszédos elektródok közötti ellenállásának a hőmérséklet-emelkedés miatt fellépő csökkenését. Ennek az ismert rendszernek az a hátránya, hogy a tekercs rövidzárlatának veszélye áll fenn, valamint nedves hőszigetelő réteg esetén a mérőfeszültségnek a függőleges elektródokon keresztül történő befolyása nem kizárt, ami a mérési eredményeket meghamisítja. Másfelől az elektródok installációja és csatlakoztatása nagy ráfordítást igényei. Az ismert rendszer a kijelzés megbízhatóságának vonatkozásában is hátrányokkal rendelkezik, mivel az előrenyomuló fémfürdőt csak viszonylag későn ismeri fel.

A találmány révén megoldandó feladat, hogy a bevezetőben ismertetett előfígyelmeztető berendezés fejlesztésével olyan előfigyelmeztető berendezést hozzunk létre, amely az elektródoknak a kemence kerámiabélésének a külső oldalán való, egyszerű módon történő elrendezését teszi lehetővé, és a teljes rendszer vonatkozásában megbízható kijelzést biztosít.

A feladat megoldására a bevezetőben leírt előfigyelmeztető berendezés továbbfejlesztésével olyan előfigyelmeztető berendezést hoztunk létre, amelynél a találmány szerint az elektródok legalább egyike elektródhálóként kerámiafólia egyik oldalán van elrendezve. Ez a kerámiafólia vagy az elektródhálóval ellátott oldallal, vagy az elektródhálóval ellentétes oldallal a kemence kerámiabélésének külső oldalán van elrendezve. Az elsőként említett esetben a kerámiafólia a kerámiabélés anyagával összehasonlítva kisebb hővezető képességgel, valamint kisebb villamos vezetőképességgel, a másodikként említett esetben pedig azonos vagy nagyobb hővezető képességgel, valamint azonos vagy nagyobb villamos vezetőképességgel van kialakítva. Alapvetően nem játszik szerepet, hogy az elektródháló a két elektródcsoport elektródjainak csak egyikét, vagy mindkét csoport elektródjait képezi. Döntő jelentőséggel bír viszont az elektródhálónak a kerámiafólián való elrendezése.

A találmány szerinti előfigyelmeztető berendezés szempontjából lényeges, hogy a kerámiafólia a felvitt elektródhálóval együtt a mindenkori alkalmazáshoz előre elkészíthető és attól függetlenül alkalmazható, hogy a kemence kerámiabélése hagyományosan az olvasztókemencében, mint például indukciós kemencében, kerül felépítésre, vagy pedig kész tégelyként kerül a kemencébe. A beépített elektródhálóval ellátott kerámiafólia indukciós kemencéknél a tekercsfaltól azonos távolságban könnyen elrendezhető, ahol a kerámiafólia járulékosan egyben a hőszigetelő réteg feladatát is elláthatja. A kerámiafólia anyagaként kerámikus anyagból való finom, filcszerű, szálakból álló réteg alkalmazható, amely önmagában ismert és mechanikai tulajdonságai vonatkozásában merev papír vagy kartonanyaggal hasonlítható össze.

A találmány szerint nem a kerámia tégelyanyagban mérünk, hanem kívülről a kerámiaanyagba, ezért lényeges jelentőségű, hogy amennyiben a kerámiafólia az elektródháló és a kemence kerámiabélésének a külső oldala között van elrendezve, a kerámikus fóliaanyag hasonlóképpen viselkedjen, mint a kemence kerámiabé2

HU 215 627 Β lése. Amennyiben viszont az elektródháló a kerámiafólia és a kemence kerámiabélése között van elrendezve, a fóliaanyag hőellenállásának és villamos ellenállásának nagyobbnak, célszerűen sokkal nagyobbnak kell lennie, mint a kemence kerámiabélésének. Ebből következően különösen előnyös az olyan kiviteli alak, amelynél az elektródháló két ilyen kerámiafólia között van elrendezve, ahol a kemence kerámiabélésének külső oldalával szomszédosán elrendezendő kerámiafólia a kerámiabélés anyagával összehasonlítva azonos vagy nagyobb hővezető képességgel, valamint kisebb fajlagos ellenállással, míg a kemence kerámiabélésével ellentétes oldalán elrendezendő kerámiafólia kisebb hővezető képességgel, valamint nagyobb fajlagos ellenállással jellemezhető. A nagyobb ellenállásértékekkel jellemezhető kerámiafólia termikus és villamos szigetelő tulajdonságai még azt is lehetővé teszik, hogy az indukciós kemencéknél a tekercsfal és a kemence kerámiabélése között hagyományosan elrendezett külön szigetelőréteget elhagyjuk.

A találmányt az alábbiakban előnyös kiviteli példa kapcsán a mellékelt rajzra való hivatkozással részletesebben is ismertetjük, ahol a rajzon az

1. ábra indukciós kemence vázlatos hosszanti metszete, a

2. ábra az 1. ábra szerinti kemencefal metszeti képének részlete felnagyítva, a

3. ábra az 1. és 2. ábra szerinti indukciós kemencéknél az olvadt fém áttöréseire kialakított előfigyelmeztető berendezés elemeként szolgáló, előregyártott keramikus paplan perspektivikus képe, és a

4. ábra indukciós kemencének a 3. ábra szerint kialakított, több paplannal ellátott bélését mutatja kiterítve, valamint a hozzátartozó villamos kiértékelő egységgel való összekapcsolást.

Az 1. ábrán látható indukciós kemence 1 olvasztótérrel van ellátva, amely egy felső nyílást kivéve teljes mértékben 2 kerámiabéléssel van körülvéve, amely agglomerálható kerámikus anyagból áll. A 2. ábrán jól látható, hogy sugárirányban kifelé a 2 kerámiabéléshez közbetét csatlakozik, amelyben 7 elektródháló van beágyazva, amelyre az alábbiakban még részletesebben kitérünk. A 3 közbetétet kívülről tekercskiegyenlítő anyag veszi körül. A 4 anyagot kívülről 5 tekercs veszi körül, amely járomként kialakított mágneses 6 vezetővel van körülvéve.

Az ily módon kialakított indukciós kemence különlegessége a 3 közbetét kialakításában van, amely a 2 kerámiabélés és a tekercskiegyenlítő 4 anyag között van elrendezve. A 3 közbetét egyrészt szigetelő funkciót lát el, másrészt pedig az említett 7 elektródhálóval van ellátva, amely az olvadt fémnek a 2 kerámiabélésen keresztül történő áttöréseit időben jelző villamos megfigyelőrendszer része. A 7 elektródháló a 2 kerámiabélés külső oldalának teljes kerülete mentén helyezkedik el. Erre az alábbiakban a 4. ábra ismertetésénél még részletesebben is kitérünk. A 3 közbetét egy vagy több előre gyártott részből áll, amit az alábbiakban a 3. ábra kapcsán még részletezünk.

A 3 közbetét a 2 kerámiabélés kerülete mentén elrendezett, a 2 kerámiabélés magasságára kiteijedő előre gyártott kerámikus 8 paplanból áll. Egy ilyen felépített kerámikus 8 paplan a 3. ábrán látható, amely olyan előre gyártott szerkezeti elem, amely a mindenkori kemencetípushoz van hozzáillesztve, amelyhez a 8 paplant alkalmazni kívánjuk. A 8 paplan belső 9 kerámiafóliával és külső 10 kerámiafóliával van ellátva, amelyek például kerámikus szálakból filcszerűen (nemezszerűen) vannak felépítve. Mind a két 9, 10 kerámiafólia vastagsága és hajlíthatósága lényegében a kartonénak felel meg. Ezért a két 9, 10 kerámiafólia könnyen hozzáilleszthető a kemencefal belső ívéhez, ahol a kemencefalat bélés nélkül a tekercskiegyenlítő 4 anyag képezi (1. és 2. ábra). A 9, 10 kerámiafóliákat szalaganyagnak is nevezhetjük, ahol a 9, 10 kerámiafóliákat hosszabb kerámiaszalagból vághatjuk le.

A villamos megfigyelőrendszer a kemence 2 kerámiabélésének két 11 elektród közötti ellenállásmérésen alapul, ahol a 11 elektródok speciális konfigurációban a 7 elektródhálót képezik, amely a két 9, 10 kerámiafólia között van elrendezve. így tehát beépített helyzetben a 2 kerámiabélésen kívülről felfekvő 8 paplan felől a 2 kerámiabélés anyagába mérünk. Ezért a 2 kerámiabélésen közvetlenül felfekvő 9 kerámiafólia villamos vezetési és hővezetési tulajdonságainak a 2 kerámiabélés tulajdonságainak kell megfelelniük, vagy legalábbis ezekhez hasonlónak kell lenniük. A beépített helyzetben a 2 kerámiabéléssel ellentétesen elrendezett külső 10 kerámiafólia ezzel szemben szigetelő tulajdonságokkal jellemezhető, azaz sokkal kisebb villamos vezetőképességgel és hővezető képességgel rendelkezik, mint a belső 9 kerámiafólia. A 2 kerámiabélés anyagával összehasonlítva a 9,10 kerámiafóliák mindenkor szükséges fajlagos ellenállásai alkalmas adalékanyagokkal valósíthatók meg, amelyeket a 9, 10 kerámiafóliák anyagához adagolunk hozzá.

A 7 elektródháló 11 elektródjai olyan anyagból állnak, amely hőingadozással szemben nagy ellenálló képességgel, nagy hőálló képességgel és korrózióállósággal jellemezhető. Ehhez ausztenites elektródhuzalokat alkalmazhatunk. All elektródok első 12 csoporthoz és második 13 csoporthoz vannak hozzárendelve, ahol az egymással szomszédosán elhelyezkedő 11 elektródok különböző 12, 13 csoportokhoz tartoznak, és egymástól azonos távolságban vannak elrendezve. Ily módon a két 12, 13 csoporthoz tartozó 11 elektródok egymással szemben álló fésűszerű képződmények, amelyek a fésűfogak irányában egymásba nyúlnak, és így mindenkor az egyik 12 csoporthoz tartozó 11 elektród mellett a második 13 csoporthoz tartozó 11 elektród fekszik. A teljes 7 elektródháló a két 9, 10 kerámiafólia között helyezkedik el, ahol a 9, 10 kerámiafólia alkalmas módon egymással össze van kapcsolva, amivel egyben a 7 elektródhálót is rögzítjük. A 8 paplanon alkalmas helyen csatlakozó 14, 15 vezetékek vannak kivezetve, amelyek egyegy 12, 13 csoporttal vannak összekötve, amelyek kapcsolt állapotban eltérő polaritásúak. Ahogy a 4. ábrán látható, a 2 kerámiabélés körül kerületi irányban több, például öt 8 paplan van elrendezve. A gyakorlatban a

HU 215 627 Β paplanokat a tekercsnek a keramikus kiegyenlítő 4 anyag által képzett belső fala mentén 3 közbetétként (1. és 2. ábra) a 2 kerámiabélés felépítése előtt helyezzük el. A 4. ábrán a 2 kerámiabélésnek az ellenőrizendő, tehát a 8 paplanok által átfedett A magasságát és a megfelelő B kerületét nyíllal jelöltük. Ahhoz, hogy minden egyes 8 paplan számára részleges áttörésmegfigyelést tegyünk lehetővé, az egyes 8 paplanok egyik csatlakozó 14 vezetéke 16 kiértékelő egység külön bemenetével villamosán össze van kötve, míg a 8 paplanoknak a további csatlakozó 15 vezetékei alappotenciálra vannak kapcsolva. Az egyes 8 paplanok külön-külön megfigyelési szegmenst képeznek, s így a 2 kerámiabélés kerülete mentén kialakuló olvadékáttörés a 16 kiértékelő egység által tartományra vagy szegmensre vonatkoztatva kijelezhető. Ezáltal az alakuló hibaeset lokalizálása lehetségessé vált. A bemutatott kiviteli példától eltérően a 8 paplanok magassági irányban is el lehetnek osztva, ha a várható hibahelynek a 2 kerámiabélés magassági irányában való lokalizálása a feladat.

A 7 elektródháló (3. ábrán) két 12, 13 csoportja a 16 kiértékelő egységen keresztül szinusz alakú váltakozó feszültségre van kapcsolva, amelynek frekvenciája 20 és 30 Hz közötti tartományban van. Ez a frekvenciatartomány ugyanis olyan tartománynak bizonyult, amelynél a szokásos 50 Hz-es hálózati frekvenciát és az indukciós kemence tekercsének üzemelési frekvenciáit figyelembe véve a felharmonikusok és szórási hatások, valamint a kapcsolási túlfeszültségek következtében fellépő zavarok a legkisebbek. Ez a frekvencia a 7 elektródháló 12, 13 csoportjainak 11 elektródjai közötti és kapacitív összetevőt tartalmazó villamos impedancia komplexitásával függ össze, ahol a kapacitív összetevő a vonatkozó 8 paplan geometriai kivitelétől függ, amelybe a vonatkozó 7 elektródháló be van ágyazva. A 2 kerámiabélés anyagában előforduló polarizációs jelenségekre visszavezethető és mérő-egyenfeszültség által előidézett hibás kijelzéseket az említett váltakozó mérőfeszültség megakadályozza.

A találmány szerinti előfigyelmeztető berendezés úgy is kialakítható, hogy elektródjainak egyikét a 7 elektródháló képezheti, míg az olvadék a másik elektródot képezi.

Claims (10)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Előfigyelmeztető berendezés olvadt fémnek olvasztókemencék, különösen indukciós kemencék kerámiabélésén történő áttöréseire, amely berendezés a mindenkori kerámiabélésen elrendezett elektródokkal van ellátva, amelyek két, különböző polaritású, egymástól meghatározott távolságra elrendezett csoportra vannak felosztva, amelyek a kerámiabélésnek a két csoport közötti, hőmérséklettől függő villamos ellenállását meghatározó kiértékelő egységgel vannak összekötve, azzal jellemezve, hogy az elektródok legalább egyike elektródhálóként (7) egyoldalúan kerámiafólián (9 vagy 10) van elrendezve, amely vagy az elektródhálóval (7) ellátott oldallal, vagy az elektródhálóval (7) ellentétes oldallal a kerámiabélés (2) külső oldalán van elrendezve, ahol a kerámiafólia (9 vagy 10) a kerámiabélés (2) anyagával összehasonlítva az elsőként említett esetben kisebb hővezető képességgel, valamint kisebb villamos vezetőképességgel, a másodikként említett esetben pedig azonos vagy nagyobb hővezető képességgel, valamint azonos vagy nagyobb villamos vezetőképességgel rendelkezik.
2. 2. Előfigyelmeztető berendezés olvadt fémnek olvasztókemencék, különösen indukciós kemencék kerámiabélésein történő áttöréseire, amely berendezés a mindenkori kerámiabélés külső oldalán elrendezett, elektródokat tartalmazó elektródhálóval van ellátva, ahol az elektródok két, különböző polaritású, egymástól meghatározott távolságban elrendezett csoportra vannak felosztva, amelyek a kerámiabélésnek a két csoport közötti, hőmérséklettől függő villamos ellenállását meghatározó kiértékelő egységgel vannak összekötve, azzal jellemezve, hogy az elektródháló (7) egyoldalúan kerámiafólián (9 vagy 10) van elrendezve, amely vagy az elektródhálóval (7) ellátott oldallal, vagy az elektródhálóval (7) ellentétes oldallal a kerámiabélés (2) külső oldalán van elrendezve, ahol a kerámiafólia (9 vagy 10) a kerámiabélés (2) anyagával összehasonlítva az elsőként említett esetben kisebb hővezető képességgel, valamint kisebb villamos vezetőképességgel, a másodikként említett esetben pedig azonos vagy nagyobb hővezető képességgel, valamint azonos vagy nagyobb villamos vezetőképességgel rendelkezik.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti előfigyelmeztető berendezés, azzal jellemezve, hogy a kerámiafólia (9 vagy 10) a kerámiabélés (2) anyagával összehasonlítva a kerámiabélés (2) külső oldalával szomszédosán elrendezett elektródháló (7) esetén kisebb fajlagos villamos ellenállással, míg a kerámiabéléssel (2) ellentétes oldalon elhelyezkedő elektródháló (7) esetén nagyobb fajlagos villamos ellenállással van kialakítva.
4. 4. A 3. igénypont szerinti előfigyelmeztető berendezés, azzal jellemezve, hogy az elektródháló (7) két kerámiafólia (9 vagy 10) között van elrendezve, ahol a kerámiabélés (2) anyagával összehasonlítva a kerámiabélés (2) külső oldalával szomszédosán elrendezett kerámiafólia (9) azonos vagy nagyobb hővezető képességgel, valamint kisebb fajlagos ellenállással, míg a kerámiabéléssel (2) ellentétes oldalon elrendezett kerámiafólia (10) kisebb hővezető képességgel, valamint nagyobb fajlagos ellenállással van kialakítva.
5. 5. A 4. igénypont szerinti előfigyelmeztető berendezés, azzal jellemezve, hogy a két kerámiafólia (9, 10) a köztük elrendezett elektródhálóval (7) együtt - kivezetett csatlakozó vezetékekkel (14, 15) ellátott, előre gyártott, beépítésre kész - kerámikus paplanként (8) van kialakítva.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti előfigyelmeztető berendezés, azzal jellemezve, hogy a vonatkozó kerámiabélés (2) kerületi és/vagy magassági irányában több kerámiafólia (9, 10) vagy kerámikus paplan (8) van elrendezve, amelyek külön-külön történő megfigyelést biztosítva, külön-külön vannak a kiértékelő egységgel (16) összekötve.

   HU 215 627 Β
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti előfigyelmeztető berendezés, azzal jellemezve, hogy az elektródok, illetve az elektródhálók (7) két csoportja (12, 13) váltakozó feszültségre van kapcsolva.
8. 8. A 7. igénypont szerinti előfigyelmeztető berendezés, azzal jellemezve, hogy a kerámiafólia (9 vagy 10) vagy paplan (8) elektródhálóinak (7) két csoportja (12, 13) szinusz alakú váltakozó feszültségre van kapcsolva, amelynek frekvenciája 20 és 30 Hz között van.
9. 9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti előfigyelmeztető berendezés, azzal jellemezve, hogy az egyegy csoporthoz (12, 13) tartozó elektródok (11) fésű alakúak, a két csoport (12, 13) a fésűfogak irányában

   5 elrendezett elektródokkal (11) felváltva, azonos távolságokban egymásba nyúlóan van elrendezve.
10. 10. Az 1. igénypont szerinti előfigyelmeztető berendezés, azzal jellemezve, hogy az elektródok egyikét az elektródháló (7), míg a másik elektródot az olvadék

    10 képezi.