NO156629B - Fremgangsmaate for tilfoering av varmeenergi til en metallsmelte eller lignende og et varmeelement for bruk hertil. - Google Patents

Description

Nærværende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å holde metall eller lignende i smeltet tilstand i en beholder ved hjelp av elektrisk motstandsoppvarming. Oppfinnelsen vedrører videre et varmeelement til bruk ved fremgangsmåten.

For å tilføre energi til en metallsmelte er det fra tidligere kjent å anvende elektriske motstandselementer, som i prinsipp kan være anordnet på to forskjellige måter, nemlig enten på oversiden av smeltens overflate eller i et rør eller en annen hylseformet gjenstand som er delvis nedsenket i metallsmelten. Vanlige materialer i slike elektriske motstandselementer er legeringer av krom-nikkel og jern-aluminium samt materialer såsom silisiumkarbid, grafitt og molybden- silisium.

Ved den metode hvor de elektriske motstandselement er anordnet over metallsmeltens overflate,vil energi fra motstandselementene overføres til metallsmelten ved varmestråling til overflaten. Dette betyr at selve beholderen for metallsmelten må dimensjon-eres i like stor grad med hensyn til overføring av varmeenergi som med hensyn til det plassbehov selve produksjonsprosessen krever. Dette medfører i sin tur at metallbadets innhold av smeltet metallmengde er betydelig større enn det som skulle være nødvendig for selve produksjonsprosessen. På denne måte kan betydelig kapital bli bundet, slik som f.eks. ved toppfyrte varmforsinkingsovner. Ytterligere ulemper ved denne metode består i at motstandselementene er lite resistente mot metallsprut fra metallbadet, og at en eventuell beskyttelse av motstandselementene mot en slik metallsprut innebærer en redusert varmeoverføring fra nevnte element til metallsmelten.

Ved en annen kjent metode tilføres metallsmelten energi ved hjelp av varmeelement/motstandselement, fortrinnsvis i stav-form, som er plassert i et rør med bunn eller en annen hylseformet gjenstand, som er delvis neddyppet i metallsmelten, og hvorved det ikke foreligger elektrisk ledende kontakt mellom mostandselement og hylsen. Ved denne metode overføres varme ved stråling fra motstandselement til hylsen, hvorfra varmeledning finner sted til metallsmelten. Oppvarmingselement av den ovennevnte type beskrives bl.a. i UK pat.nr. 1.027.163 og US pat. nr. 4.132.886. Materialene i de nevnte hylser kan være av forskjellig art. Når materialet utgjøres av metalliske legeringer, vil selve hylsetemperaturen være begrenset til et relativt lavt nivå, hvilket reduserer den energioverførings-mengde som ellers kunne ha vært utnyttet fra motstandselementene. En ytterligere ulempe med metalliske legeringer er at de er lite resistente mot metallsmelter av f.eks. sink og aluminium. Rør eller hylser av materialer som er basert på f.eks. grafitt, silisiumkarbid, silisiumnitrid eller aluminium-nitrid tåler høyere temperaturer, og kan også være resistente mot smeltede metaller. I praksis har det imidlertid vist seg at det er vanskelig å oppnå et tilfredsstillende tett rør eller hylse i disse materialer. Dette resulterer bl.a. i at rørets eller hylsens ytterflate tilføres oksygen, som i sin tur oksyderer den nevnte ytterflate og/eller det smeltede metall som befinner seg umiddelbart inntil nevnte ytterflate. Det derved dannede oksydsjikt virker varmeisolerende og dermed reduserende på energioverføringsmengden. En ytterligere ulempe ved slike rør eller hylser er at varmevekslingsbestandigheten kan være dårlig.

Ifølge nærværende oppfinnelse er det fremskaffet en ny fremgangsmåte for tilføring av varmeenergi til en metallsmelte e.l. ved hjelp av elektrisk motstandsoppvarming, hvorved de foran nevnte ulemper stort sett er eliminert. Fremgangsmåten er i alt vesentlig karakterisert ved at det i smeiten delvis nedsenkes et stavlignende element, som består av endestykker av elektrisk godt ledende materiale samt av et lengre midtparti av elektrisk motstandsmateriale, som er overtrukket med et elektrisk isolerende og varmeledende belegg, som er resistent overfor nevnte smelte, hvilket midtparti sammen med det nedre endestykke er nedsenkt i smeiten. Det øvre endestykket av elementet, og som befinner seg over smeltens overflate, tilsluttes en elektrisk strømkilde, hvorved den i elementets motstandsmateriale skapte varmeenergi overføres via det nevnte belegg til smeiten.

Ifølge oppfinnelsen er det også fremskaffet et nytt varmeelement til bruk ved fremgangsmåten. Varmeelementet er i alt vesentlig karakterisert ved at det består av et midtparti av elektrisk motstandsmateriale, som i begge ender befinner seg i kontakt med endestykker av et materiale med god elektrisk ledningsevne, og at det nevnte midtparti er overtrukket med et elektrisk isolerende og varmeledende belegg, som er resistent overfor smeiten som skal tilføres varmeenergi, og som består av ett eller flere oksyder av metaller og/eller halvmetaller.

Materialet i kjernen til det fortrinnsvis stavlignende varmeelementet kan i prinsipp bestå av et konvensjonelt elektrisk motstandsmateriale. I en metallsmelte som f.eks. sinksmelte eller aluminiumsmelte vil materialet fortrinnsvis utgjøres av et halvledermateriale som er basert på grafitt eller silisiumkarbid. Beleggmaterialet må i prinsipp være et materiale med god elektrisk isolasjonsevne, god varmeledningsevne, god varmevekslingsbestandighet, god temperaturbestandighet og god resistens mot metallsmelten. Egnede materialer kan her være slike som i alt vesentlig består av oksyder av aluminium, zirkonium eller silisium. Materialet i de såkalte kalde ender kan i prinsipp utgjøres av et hvilket som helst godt elektrisk ledende materiale som er resistent under de rådende drifts-forhold.

Varmeelementet ifølge oppfinnelsen er nedsenket i det flytende metallet med hetesone under metallnivået. Ved tilkopling av varmeelementet til en strømkilde er det således elektrisk forbindelse via metallsmelten mellom varmeelementets nedre kalde ende og f.eks. en nullelektrode. Det vil herved være en viss spenningsforskjell mellom varmeelementets to kalde ender.

På grunn av at belegget danner elektrisk isolasjon mot det flytende metallet, vil den nevnte spenningsforskjell omdannes til varmeenergi i varmeelementets hetesone, som har høy elektrisk motstand. Med denne type varmeelement tilføres metallsmelten varmeenergi ved direkte varmeledning.

I et metallbad eller lignénde kan elementene fortrinnsvis være koplet enkeltvis ifølge enfase-system med nullelektrode eller jordforbindelse, eller elementene kan være koplet i grupper på tre elementer i et stjernekoplet system, hvor metallet danner nullpunkt.

Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere forklares ved hjelp av et eksempel på en utførelsesform av oppfinnelsen og en tegningsfigur, hvor 1 betegner et metallsmeltebad og 2 metallbadets overflate. Et varmeelement er nedsenket i metallsmelten 1, og varmeelementet består av en kjerne 3 av silisiumkarbid med relativ høy elektrisk motstand. I begge ender av silisiumkarbid-staven 3 er det anordnet endestykker 5 av et materiale av likeledes silisiumkarbid, men av en krystallform som gjør materialet til en god elektrisk leder. Disse to endestykker 5 kalles varmelementets kalde ender. Hele kjernen 3 og litt av de såkalte kalde ender er overtrukket med et belegg 4, som i alt vesentlig består av aluminiumoksyd. Strømkilden, som ikke er vist, er tilkoplet varmeelementet

i dets øvre kalde ende 6. Varmeelementets hetesone vil, som man ser, utgjøres av den del av varmeelementet hvor kjernen 3 befinner seg.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for tilføring av varmeenergi til en metallsmelte eller annen elektrisk ledende væske (1) ved hjelp av elektrisk motstandsoppvarming, karakterisert ved at det i smeiten (1) delvis nedsenkes et stavlignende element, som består av endestykker (5,6) av elektrisk godt ledende materiale samt av et lengre midtparti (3) av elektrisk motstandsmateriale, som er overtrukket med et elektrisk isolerende og varmeledende belegg (4), som er resistent overfor nevnte smelte, hvilket midtparti (3) sammen med det nedre endestykke er nedsenkt i nevnte smelte (1), og hvorved det øvre endestykke (6) av elementet, og som befinner seg over smeltens overflate (2), tilsluttes en elektrisk strømkilde, hvorved den i elementets motstandsmateriale (3) skapte varmeenergi overføres via det nevnte belegg (4) til smeiten (1).

2. Et stavlignende varmeelement til bruk ved fremgangsmåten ifølge krav 1,karakterisert ved at det består av et midtparti (3) av i og for seg kjent elektrisk motstandsmateriale, som i begge ender befinner seg i kontakt med endestykker (5) av et materiale med god elektrisk ledningsevne, og at det nevnte midtparti (3) er overtrukket med et elektrisk isolerende og varmeledende belegg (4), som er resistent overfor smeiten som skal tilføres varmeenergi, og som består av ett eller flere oksyder av metaller og/eller halvmetaller.

3. Varmeelement ifølge krav 2, karakterisert ved at belegget (4) i alt vesentlig består av en blanding av to eller flere oksyder av aluminium, zirkonium, silisium og magnesium.

4. Varmeelement ifølge kravene 2 og 3, karakterisert ved at også en del av de frie endestykkene (5) av godt elektrisk ledende materiale er forsynt med nevnte belegg (4).