NO123500B - - Google Patents

Description

Renneovn.

Oppfinnelsen angår en renneovn med minst en induktor. I en slik induktor er det som regel minst to i stampemasse (keramisk masse) utformede, fra den felles ovnsherd gående sidekanaler og en bunnkanal som forbinder de deler av sidekanalen som vender bort fra herden. Det er eventuelt også en midtre kanal fra bunnkanalen til ovnsherden. I det forst angitte tilfelle omslutter kanalene en primærspole, og i det sist angitte tilfelle omsluttes to spoler. Foreliggende renneovn er spesielt beregnet for smelting eller varmholding av aluminium eller magnesium eller legeringer derav, og spolen eller spolene tilfores en lavfrekvensstrom.

Ovnen ifolge oppfinnelsen kan også være utstyrt med 2 x 1-faserenner eller 3-faserenner med 5 hhv. fire vertikale renner som

er forbundet,av bunnrenner.

En slik smelting eller varmholding gjores som regel i forbindelse med fremstilling av halvfabrikata, som plater, stangmateriale og ror etc. av lettmetall. Det er for dette blitt anvendt lavfre-kvente renneovner for omsmelting av skrap fra egne valse- og press-verk og av returskrap fra halvfabrikataprodusentens kunder. Fra skrapet stopes det stopestykker eller emner for pressverket. Disse valseemner etc. stopes i halvkontinuerlige eller kontinuerlige stopemaskiner. Det forekommer også en kontinuerlig, stoping av brede, .endelose bånd som i takt med utstopingen valses ned til dimensjoner som er. egnet for videre nedvalsing til f.eks. Al-folie.

Returskrap.et kan hovedsakelig bestå av rent aluminium og av en mindre del av forskjellige aluminiumlegeringer sortert efter analyse....Visse legeringselementer, som silicium, magnesium, mangan, kobber, krom, sink, bly, jern og titan,må som regel settes, til smeiten som forlegeringsbestanddeler.. En lavfrekvent.renneovn kan også anvendes for fremstilling av slike, forlegeringer. Ved fremstilling av aluminium anvendes også slike ovner, f.eks. ved stoping av valseemner, s.k. billets og pigs. Et annet anvendelsesområde for anvendelse av.slike ovner er smelting og varmholding i press-stoperier hvor råmaterialet består av aluminium eller Al-legeringer i form av pigs.

Det er et problem ved smelting og også ved varmholding av Al, Al-legeringer, Mg og Mg-legeringer etc. at det i smelterennene for induktoren finner sted avsetninger av metalloxyder ved veggene, og disse minsker efterhvert rennenes tverrsnitt i en slik grad at ovns-driften blir vanskelig og ved fullstendig gjenstopping helt umulig. For å gjore det mulig å rense smelterennene er disse blitt utformet med strake delstrekninger, som regel vertikale, som er lett til-gjengelige for renseverktoy, som innfores gjennom ovnsvannen, selv når det er smelte i denne, og det pleier dessuten i alminnelighet å finnes en vannrett bunnrenne som er forbundet med de vertikale delstrekninger (side- og evt. midtkanaler). Renseanordninger kan innfores i bunnrennen gjennom hull i induktorsidene som i alminnelighet er plugget igjen med losbare propper. Rensingen av bunnrennen kan selvfolgelig forst gjores når ovnen er blitt tomt. Ovner av denne type. er kjente, se f.eks. svenske patentskrifter nr. 9653° og 98312. Det er en ulempe ved slike ovner at de vertikale rennene må renses ofte og som regel e.fter hver smelting eller charge. For smelter f.eks. inneholdende magnesium må rensing dessuten utfores midt under en smelting. Bunnrennen pleier i alminnelighet å

måtte renses en gang pr. uke ved en noenlunde kontinuerlig drift,

og da efter tapping av.ovnen. Efter tapping kan rensing utfores med trykkluftverktoy for alle de forskjellige renner, og disse verk-toy kan være av den roterende type, som slagbergbor, og forsynt med hårdmetallskjær. Disse og andre lignende ulemper har medfort at ovner av den her angitte type bare med vanskelighet eller overhodet ikke har kunnet anvendes for ren sponsmelting, smelting av legeringer med hoyt magnesium- og/eller siliciuminnhold eller smelting av visse forlegeringer etc. Videre medforer renseproblemet at slike ovner bare begrenset er blitt anvendt i forbindelse med kontinuerlige stopefremgangsmåter,

En slik rensing blir dessuten vanskeligere og vanskeligere efterhvert som ovnen anvendes. Hvor fort den kan settes i gang igjen, er avhengig av smeltens sammensetning, men efter en viss tid må ovnen ved anvendelse i den her angitte sammenheng settes ut cc- r drift og induktorene ominnfores, Induktoren kan eventuelt, byttes ut, men også slike induktorer må ominnfores. Det er heller ikke sikkert at avsetningene foregår mer eller mindre jevnt langs du forskjellige delkanaler da slike ansamlinger av oxyder, slagg og lignende materialer også kan forekomme forholdsvis punktvis og for-årsake lokal overoppvarming som kan bevirke- at smeiten trenger ut gjennom foringen med derav folgende ovnshavari. Rensingen medforer også en alvorlig slitasje av det keramiske foringsmalerialq, som sprekkdannelse og erosjon, og disse forhold forkorter også foringens levetid.

De forskjellige ansamlinger av avsetninger forer også til en minsket ovnskapasitet og dessuten til driftsforstyrrelser i form av brudd i den av smeiten i induktorene dannede sekundærkrets, og bl.a. kan pinch-effektgrensen oppnåes når rennenes areal blir for lite. For å kunne anvende slike ovner i forskjellige sammenheng er det for å lose disse problemer blitt forsokt en rekke utveier, som en anvendelse av forskjellige foringstyper av et'materiale , f.eks. et materiale som ikke reagerer med eller fuktet* av aluminium eller forekommende legeringselementer. Både monolittiske' materialer og ferdigsintrede formstener er blitt provet i rennene. Det er også blitt forsokt. å minske forekomsten av oxyddannelser på renne-veggene ved på forhånd å impregnere disse med koksalt eller et lignende materiale.

Det er også blitt forsokt å oke rennearealene på induktorer med hoy smeltekapasitet, men dette har sterkt fordyret anlegget bl.a.

på grunn av behovet for storre kondensatorbatterier på grunn av den okede reaktive effekt.

Intet av de her angitte forsok har utgjort noen absolutt losning av gjentettingsproblemene.

Det er også ved forskjellige utformninger av rennene blitt forsokt å oppnå en såkalt ensrettet badbevegelse for å forhindre forekomsten av avsetninger, men heller ikke dette har lykkes helt, og alle de her angitte problemer har begrenset mulighetene for å til-fredsstille det stadig stigende behov for smelteovner med stor smeltekapasitet. Som et eksempel på den praktiske grense for stør-relsen av en induktorenhet av såkalt W-rennetype (en midtkanal, to sidekanaler) kan ca. ^00 kW angies, men det er onskelig med langt storre effekter.

Det har også ved innblåsing av inert gass i nærheten av munningen av en renne eller i selve rennen lykkes å oppnå en ensrettet badbevegelse, og-dette har i det minste i forbindelse med stålsmelter kunnet forhindre en lokal overoppvarming, men denne fremgangsmåte har ikke lost problemet i forbindelse med f.eks. smelter inneholdende aluminium eller magnesium.

Disse og andre nærliggende problemer loses ved renneovnen ifolge oppfinnelsen som er særpreget ved at det i bunnkanalen, nedenfor hver sidekanal og midtkanalene er anordnet minst ettmunnstykke for innblåsing av gass, som en inert gass, og eventuelt en med deler av ovnsinnholdet reagerende gass. Ved denne anordning kan det dels.

ved tilforsel av forskjellige gassmengder gjennom de forskjellige munnstykker oppnåes en slik styring av smeltesirkulasjonen innen, induktoren at det oppnåes en ensrettet badbevegelse med derav folgende temperaturutjevning. Dessuten oppnåes det oppadstigende gassbobler i alle mer eller mindre vertikale renner og en bevegelse av

bobler i bunnkanalen, og de partikler som i alminnelighet avsetter seg på kanalveggene ved anvendelse av slike ovner for Al- og Mg-holdige smelter (eller også for andre typer av smelter), avsetter seg rundt disse bobler og folger med disse til smelteoverflaten hvor de relativt lett kan fjernes (flotasjonseffekt).

Med en induktor med W-formet renne ( to side- og en midtkanal

og en bunnkanal) kan det f.eks. ordnes en svakere gasstrom i midt-kanalen, hvorved smeiten går mot herden i sidekanalene, men dette sirkulasjonsmonster kan på enkel måte forandres ved å forandre gass-stromningsforholdene. En fIotasjonseffekt oppnåes i alle kanaler,

og avsetninger hindres.

På grunn av dette stromningsbilde oppnåes det i herden, over kanalmunningene eller munningen i midten eller, ved en enkel sirkula-s jonsvei ,over den kanal som har oppadrettet strømning, en slaggfr.i overflate hvorfra gass, som frigjort hydrogen, kan avgies uten a hindres av eller å reagere med slaggen.

Ved dessuten å innfore aktiv gass, som klorgass, i rennene kan f.eks. oxyder i smeiten reduseres, hvorved klorid dannes som stig".;-opp i form av slagg eller skum til badoverflaten. På samme måte kan det oppnåes en onsket raffinering av smeiten. Derved cl im: v.o* behovet for en lanseneddykking med gassinnblåsing i smeiten ellfrr-rennene eller pulverprosesser, f.eks. lor klortilsetning. Tilfør-selen av aktiv gass kan eventuelt reduseres eller om mulig elim.i rifire:--dersom fIotasjonseffekten skulle gi en 100 % effekt og alle oxydinneslutninger og lignende skulle ha forsvunnet på denne måte, men en tilforsel av aktiv gass kan av og til være gunstig for å komp-lettere tilførselen av inert gass.

Disse og andre fordeler ved oppfinnelsen er nærmere beskrevet nedenfor i forbindelse med tegningene, hvorav fig. 1 viser et snitt gjennom en renneovn med en enkeltrenne-induktor, fig. 2 et snitt gjennom en renneovn med dobbeltrenner (W-renne) av avrundet type og fig. 3 et snitt gjennom en tilsvarende ovn med rette, vertikale renner.

På fig. 1 er vist en induktor 10 som er losbart festet til en ovnsvanne (herddelen) 11 og forsynt med en sentral, lavfrekvensmatet spole 12 og to sidekanaler 13, lk som forbinder en bunnkanal 15 med ovnsherden 16. I bunnkanalen 15 er det ved sidekanalene 13, lh anordnet gassuttomningsmunnstykker 17, 18 forsynt med porose plugger 19, 20 for gassgjennomgang og en reguleringsanordning for gass-strommen (ikke vist). I disse munnstykker innblåses i forste rekke en inert gass (argon, nitrogen eller en annen gass), og derved tilfores det til munnstykket 17 en vesentlig storre gassmengde enn til munnstykket 18, hvorved det i smeiten i induktoren oppnåes en ensrettet badbevegelse i pilens 21 retning. Denne badbevegelse star-tes for strom tilfores spolen 12 og det vanlige stromningsbilde med sluttede sirkulasjonssystemer innen de forskjellige sidekanaler forandres. Rundt rennemunningene oppstår det en stromning som angitt ved pilene 22 ved overgang fra et lite areal i sidekanalene 13, 1^ til et stort areal i herden 16, men dette forandrer ikke sluttstrom-mens karakter av en ensrettet badbevegelse ifolge pilen 21.

For å oppnå et minimum av gass- og oxydinneslutninger i smeiten er det tidligere når chargen (f.eks. inneholdende aluminium) er blitt smeltet og stopetemperaturen nådd, blitt utfort en avgassing ved i smeiten å nedfore et egnet pulver, f.eks. hexaklorethan, og eventuelt er klorgass blitt blåst inn i smeiten gjennom en dobbeltlanse,

og avgassings- og rensevirkningen oppnådd ved flotasjon. Dette er imidlertid en adskilt fremgangsmåte som er tidskrevende, og den kan ved anvendelse av ovnen ifolge oppfinnelsen og visse ekstra an-ordninger helt eller delvis elimineres.

Med ovnen og den i forbindelse med fig.l beskrevne anordning oppnåes det en gjennomspyling av kanalene (se de strekede pilene på fig.l), og en avgassings- og temperaturutjevningsvirkning oppnåes i rennene. Ved samtidig å spyle aktiv gass, som klor,, inn i munnstykkene (eller på et annet sted) oppnåes det en ytterligere rense-(raffinerings-)virkning for en smelte inneholdende aluminium, magnesium eller lignende metaller.

På grunn av at gassen finfordeles i smelterennen og slynges ut

i herden 16 sammen med det utstrømmende materiale fra induktoren og passerer gjennom induktordysen (ved pilene 22) og dens motstrom-mende hvirvler og dessuten passerer soner i dysen som virker som spredermunnstykker, oppnåes en god fordeling av gassen gjennom hele smeiten samtidig som gassbobler på sin vei gjennom hele smeiten opp

mot badoverflaten tvinges til å passere store mengder smelte (re-aksjonstiden forlenges), og dette er ikke i samme grad tilfellet ved gassinnblåsing i stillestående bad. Sammenlignet med vanlige metoder oppnåes det derved et storre antall små gassbobler for den samme gassmengde, og dette innebærer en vesentlig oket reaksjons-overflate som på sin side bidrar til en mer effektiv hydrogenren-sing (fra smeiten) og en gunstigere fIotasjonseffekt. Derved oppnåes et gunstigere metallurgisk resultat med en mindre mengde gass samtidig som behovet for den adskilte avgassing for utstopingen helt eller delvis kan sloyfes.

Som vist på fig.l stiger de forskjellige partikler 23 som ellers ville ha blitt avsatt på kanalveggene,oppad gjennom smeiten og samles ved overflaten samtidig som gassen avgies.

Anordningen ifolge fig. 1 kan kompletteres med et vakuumanlegg for ytterligere å rense smeiten i ovnen og å lede bort giftige og korroderende gasser fra herden.

På fig. 3 er vist en ovn med en eller flere W-induktorer 2k som eventuelt kan være utbyttbare. I dette tilfelle er tre munnstykker 25, 26, 27 med porose plugger anordnet i bunnkanalen 28 og rettet mot de to siderenner 29, 23 og midtrennen 31. Gjennom disse munnstykker kan dels en inert gass 32 (argon) og dels en aktiv gass 33 (raffineringsgass) blåses i rennene idet det er gunstig å innblåse den sist angitte gass efter at smelteperioden er over. Gasstrykket, i de forskjellige munnstykker og fordelingen av de forskjellige gasser kan ved hjelp av ventilorganer i gassledningen reguleres på egnet måte. Eventuelt kan det inntil gassmunnstykkene være anordnet trykk- og mengdemålere 3-+5 35 'eventuelt sammen med trykkregulerings-anordninger (ikke vist).

Ved den på fig. 3 viste utforelsesform blåses en liten gassmengde inn i den sentrale kanal 31 og storre gassmengder inn i sidekanalene, forst og fremst en inert gass, og efter at smelteperioden er over, kan aktiv gass innblåses, men det er i enkelte tilfeller gunstig å innblåse aktiv gass samtidig med den inerte gass. Det oppnåes en sirkulasjonsretning i overensstemmelse med pilene 36 rundt de med lavfrekvent, en- eller tofaset strdm matede spoler 37, 38.

Den ovenfor angitte avgassings- og renseprosess kan varieres på forskjellige måter, og klorgassbehandlingen (reduksjon av alu~ miniumoxydpartiklene) kan med fordel begrenses til behandlingens sluttfase. Ved anvendelse av en anordning som vist på fig. 1 eller 3 kan den mekaniske rensing og behovet for lanse- eller pulvertil-setningsfremgangsmåter helt eller delvis sloyfes. Det har vist seg at det ved anvendelse av en anordning som vist på fig. 3 kan oppnåes en betraktelig besparelse av den arbeidstid som for gikk med til å rense kanalene. "Dodtid" ved avgassing eller rensing unngåes. Skifte til andre legeringer kan hurtig gjores da ovnen ikke behbver

å stanses og renses for legeringsskiftet.

Induktoren i foreliggende renneovn må ikke nddvendigvis ha smelterenner med rette delstrekninger, men rennen kan være utforme*, på den måte som er vanlig i forbindelse med tungmetall-renneovner, dvs. at rennens form er avpasset i overensstemmelse med den runde primær spoles. form (39,-+0 på fig. 2), og dette forbedrer induktoren s elektriske egenskaper sterkt. En induktor ifolge fig. 2 kan derfor bygges for storre effekter enn andre typer av induktorer, og den aktive effekt okes og den reaktive effekt avtar ved en slik ut-formning av rennen. Det er på fig. 2 vist hvorledes på grunn av den kraftigee rgass trom i det midtre munnstykke hl enn i de munnstykker k- 2, >+3 som ligger inntil sidekanalene, smeltesirkulasjonen kan styr-..-, oppad i det midtre munnstykke og nedad i de ytre som angitt ved pilen ¥+.

Om onskes kan sirkulasjonsretningen vendes. Ved egnet regu-lering av gassmengden gjennom de adskilte plugger oppnåes det en vesentlig lavere overtemperatur i smelterennen enn hva som tidligere har vært mulig. Den ensrettede badbevegelse bevirker også at effekttettheten i. smelterennen kan okes uten at pinch-effektgrensen over-skrides.

Derved kan effekttettheten i rennen okes, og dette er en forut-setning for å kunne bygge induktorer med hoy smeltekapasitet.

I en ovn med fire vertikale renner kan stromningsmonstret og

-hastigheten reguleres slik at det oppnåes en nedadrettet stromning i de to midtre, de to venstre eller de to hoyre ranner og en motsatt stromningsretning i de ovrige. I en femrenners ovn kan det oppnåes

en nedadrettet stromning i de to ytre og i den midtre renne og en motsatt stromningsretning i de ovrige eller vice versa. Mon-stret kan varieres på en rekke måter ved å regulere forholdet mellom de forskjellige gassmengder.

Det fremgår av alle de viste utforelsesformer at alle deler av induktorens kanaler nåes av spylegassen og at fIotasjonseffekten helt eller i sterk grad kan forhindre avsetningen på kanalveggene. Ved ekstra tilsetning av aktiv gass kan en reduksjon av inneholdte oxyder og uonskede metaller finne sted.

Claims (6)

1. Renneovn med minst en induktor (10), omfattende minst to fra ovnsherden gående sidekanaler (13,1-+,29,30) og en "bunnkanal (15,28) som forbinder de deler av sidekanalene som vender bort fra herden, karakterisert ved at det i bunnkanalen (15,28) nedenfor hver sidekanal (13,1-+,29,30) og eventuelt midtkanal (31) er anordnet minst ett munnstykke (17,18 ,25-27 ,-+l--+3) for innblåsing av gass, f.eks. en inert gass (32) og eventuelt en gass (33) som reagerer med en del av ovnsinnholdet.

2. Renneovn ifolge krav 1,karakterisert ved at gasstilforselen er regulerbar ved ett eller flere av munnstykkene (17,18,25-27 ,)+l-if3), f.eks. for tilforsel av en storre gassmengde ved en del av bunnkanalen (^-1,26) enn ved en annen, for derved å oppnå en ensrettet badbevegelse og gassgjennomstromning i alle deler av rennen.

3. Renneovn ifolge krav 1 eller 2,karakterisert ved at antallet kanaler mellom bunnkanal og -herd er 3 (29-31) og at i det minste det midtre gassmunnstykke (26, hl) er rettet i samme retning som den midtre kanals lengderetning. h.

Renneovn ifolge krav 3, karakterisert ved at det midtre munnstykke (^1,26) er anordnet for gjennomstromning av en mindre gassmengde enn de ytre (V2,1+3,25,27) , hvorved en hovedsakelig fra herden rettet badbevelse oppnåes i den midtre kanal (31) og en hovedsakelig mot herden rettet badbevegelse oppnåes i de ytre kanaler (29,30).

5. Renneovn ifolge krav 3?karakterisert ved • a't-: '* det midtre munnstykke C+1,26) er anordnet for gjennomstromning av en storre gassmengde enn de ytre ( h2 ,M-3,25,27) , hvorved en hovedsakelig mot herden rettet badbevegelse oppnåes i den midtre kanal (31) og en hovedsakelig fra herden rettet badbevegelse oppnåes i de ytre kanaler (29,30).

6. Renneovn ifolge krav 1-5, karakterisert ved. at antallet renner som går fra herden, er minst fire, hvorved sirkula-sjonsmønstret hhv. -hastigheten kan varieres ved å styre innblås-ingen i de forskjellige munnstykker som er rettet mot de angitte renner, f.eks. slik at det i en ovn med fire renner fåes en nedadrettet stromning i de to midtre eller i de to til venstre.