NO318848B1 - Anordning for tilforsel av varme til en metallsmelte - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning som angitt i innledningen til patentkrav 1, for tilføring av varme til ei metallsmelte.

Bakgrunn

Det er kjent å bruke elektrisk lysbue enten mellom faste elektroder eller mellom en fast elektrode og ei smelte, for å tilføre varme til smelta. Det oppstår da store temperaturforskjeller mellom øvre og undre sjikt i smelta. Det blir også lett forskjeller i den kjemiske sammensetning mellom de øvre og undre lag. I de øverste sjikt, særlig nær elektroden, vil komponenter i smelta dampe vekk samtidig som materialer tilføres fra elektroden, det vanlige er at karbon avgis fra elektroden og opptas i smelta.

Oppvarming av smelte med lysbue fører således til gradienter både i temperatur og kjemisk sammensetning. Det kreves erfaring, tid og stadige analyser for å oppnå det ønskede metallurgiske produkt.

Disse problemer ville bli redusert eller helt eliminert om det finnes en metode for kontinuerlig innblanding av gass og partikler til smelta mens den ble tilført varme fra en lysbue.

I norsk patentskrift 154498, angis en fremgangsmåte for tilføring av varme til ei metallsmelte ved å frembringe en lysbue mellom en fast montert elektrode og smelta, hvor metallet ved hjelp av et roterende hult legeme, en rotor, som er nedsenket i smelta, bringes til å rotere inne i denne og den elektriske lysbue bringes til å spille mellom overflaten av metallet og den fast monterte elektrode.

Svakheten ved dette forslaget er at smelteoverflata i beholderen blir eksponert mot luft, slik at uønsket oksidering av metall kan forekomme. I tillegg kan varmetapet fra smelteoverflata bli betydelig.

Fra norsk patentskrift 310115 er det kjent å benytte beholdere som settes under vakuum i forbindelse med hydrogenfjerning fra aluminiumsmelter. Derved lykkes det å unngå iufttilgang til smelteoverflata i beholderen. Denne løsningen har imidlertid ingen anordning for energitilførsel.

Formål

Hovedformålet med oppfinnelsen er å redusere eller fjerne disse ulempene og å komme fram til en anordning som er gunstig i bygging, drift og vedlikehold. Det er en særlig formål å komme frem til en anordning for tilførsel av varme til ei metallsmelte, som reduserer oksideringen og varmetapet.

Oppfinnelsen

Oppfinnelsen er karakterisert ved at elektrodeenden er anbrakt i et hult hode med åpning nedover mot bunnen av beholderen, at det hule hodet er innrettet for å gi plass for ei overflate av metallsmelta, slik at lysbuen dannes inne i hodet, at beholderen er utformet med utløpsåpning ved bunnens nivå og at det i beholderens overdel er anordnet uttaksåpning for gass for dannelse av undertrykk over metallsmelta i beholderen.

Patentkrav 2-5 angir fordelaktige detaljer ved oppfinnelsen.

Oppfinnelsen kan brukes ved

a) oppvarming av gass og partikler som tilføres smelte,

b) oppvarming av smelte som overføres mellom to apparaturer ved hjelp av åpen eller lukket

renne og

c) oppvarming av metall i digel eller ovn.

Eksempel

Oppfinnelsen beskrives nærmere i det etterfølgende med hjelp av figurer hvor:

Figur 1 viser prinsippskisse, sett fra a) siden og b) ovenfra av anordningen i samsvar med oppfinnelsen, mens Figur 2 viser prinsippskisse av en alternativ utførelse med to rotorer og to reaksjonskammer sett fra a) siden og b) ovenfra av anordningen i samsvar med oppfinnelsen. Figur 1 viser som nevnt en prinsippskisse av anordningen i samsvar med oppfinnelsen. Utstyret omfatter en sylindrisk eller rektangulær opprettstående beholder 1 med utløp inne i beholderen i form av utløpskanal 2. Smelta som er behandlet strømmer ut gjennom åpning 3 ved utløpskanalens 2 nedre ende. Smelte som skal behandles strømmer inn gjennom en åpning 4 ved beholderens 1 nedre ende og løftes opp pga undertrykk i beholderen som fremskaffes ved hjelp av vakuumpumpe (ikke vist) tilkoblet en koblingstuss 5.1 beholderen 1 er det anordnet en rotor 6 som drives vha av en motor 7 via en rem-overføring 8 eller lignende til ei remskive 9 som er festet til en rørformet aksel 10 som er forbundet med rotoren 6. Motoren 7 er festet til en brakett 11. Braketten 11 kan være festet til beholderen 1 eller til eget stativ. Tettingen mellom rotorakselen 10 og beholderen 1 besørges av pakningen 12. På brakket 11 er det et lager 26 som styrer rotorakselen 10. Sentralt i akselen er det plassert en elektrode 13 hvor i øvre ende strømkabelen er festet med en kabelsko 14. Gjennom elektroden 13 er det boret et sentralt hull for tilførsel av gass som tilkobles en stuss 15 som er festen i enden av elektroden 13. Gassen som tilføres gjennom elektroden 13 er fortrinnsvis argon eller nitrogen eller blandinger av disse. Men også andre gasser kan benyttes. Gassen over øvre smeltenivå 21, vil bestå av en blanding av gass som er tilsatt rotoren og gasser som eventuelt avgis fra smelta, tas ut gjennom røret 5. Mellom rotorakselen 10 og elektroden 13 er det en ring 16 som virker både som tetting og elektrisk isolasjon. Ringen 16 har en gjennomføring for gass og partikler gjennom en rørstuss 17 som er tilknyttet en pulversender 18.1 tilknytting til utstyret, er det i rennen også anordnet en sluseventil 19 og sluseventil 20 (drift av disse er ikke nærmere vist). I den nedre enden av rotoren 6 er det flere hull 25 som går fra periferien og inn mot smeltespeilet 23. Høydenivået på smeltespeilet 23 bestemmes av gasstrykket inne i rotoren 6.

Ved oppstart er sluseventil 19 stengt og sluseventil 20 åpen og ei renne 24 fylles opp til et visst nivå. Når vakuum påføres fra ei vakuumpumpe via stussen 5 tilsettes samtidig gass gjennom elektroden 13 og/eller gjennom ringen 16 til rotoren 6. Metallsmelta suges opp til øvre nivå 21. Rotoren 6 settes i rotasjon og spenning fra en likeretter eller transformator settes på. Strømmen er tilkoblet vha kabelskoen 14 til elektroden 13 og til en kontakt som er tilknyttet smelta eller via rotorakslingen 10 vha en slepekontakt (ikke vist). En lysbue 22 dannes mellom elektroden 13 ned mot metallspeilet 23. Rotasjon av rotoren 6 bevirker at den oppvarmede smelta som befinner seg i rotoren 6 pumpes ut gjennom hullene 25 og blandes med smelta i beholderen. Hullene 25 kan være runde eller mangekantete og være plassert helt nede på rotorens 6 kant, slik at de danner utsparinger i denne.

Når smelta har nådd ønsket temperatur åpnes sluseventil 19 og sluseventil 20 lukkes. Metallet vil

strømme ut av beholderen 1 for videre behandling.

Figur 2 viser en alternativ utførelse hvor det benyttes to rotorer 6 og følgelig to reaksjonskammer. De to kamrene er koblet i serie der kammer 2 tilsvarer utløpskanalen 2 i forannevnte eksempel vist i figur 1. Figur 2 viser som nevnt en prinsippskisse av anordningen i samsvar med oppfinnelsen.

Anordningen omfatter en sylinderisk eller rektangulær opprettstående beholder 1 som er delt i to kammer og har hver sin rotor 6 som er beskrevet tidligere. Smelta som er behandlet strømmer ut gjennom åpning 3 ved kammer 2 nedre ende. Smelte som skal behandles strømmer inn gjennom en åpning 4 ved beholderens 1 nedre ende og løftes opp pga undertrykk i beholderen som fremskaffes ved hjelp av vakuumpumpe (ikke vist) tilkoblet en koblingstuss 5. Virkemåten for anordningen med to kammer er den samme som beskrevet for figur 1. hovedforskjellen er at i innløpskammeret vil gassen som kommer via rotor 6 stige i medstrøm med smelta, mens gassen vil stige motstrøm med smelta i kammer 2

Ved oppstart er sluseventil 19 stengt og sluseventil 20 åpen og rennen 24 fylles opp til et visst nivå. Når vakuum påføres fra en vakuumpumpe via stussen 5 tilsettes samtidig gass gjennom elektroden 13 og/eller gjennom ringen 16 til rotoren 6. Metallsmelta suges opp i begge kammerene til øvre nivå 21. De to rotorene 6 settes i rotasjon og spenning fra en sin likeretter eller transformator settes på. Strømmen er tilkoblet vha kabelskoene 14 til elektrodene 13 og til en kontakt som er tilknyttet smelta eller via rotorakslingen 10 vha en slepekontakt (ikke vist). En lysbue 22 dannes mellom elektroden 13 ned mot metallspeilet 23. Rotasjon av rotoren 6 bevirker at den oppvarmete smelta som befinner seg i rotoren 6 pumpes ut gjennom hullene 25 og blandes med smelta i beholderen.

Oppfinnelsen ikke er begrenset til utførelseseksemplet som er beskrevet og vist i figurene 1 og 2.

Således kan utstyret f eks bestå av tre, fire eller flere beholdere koblet i serie.

Claims (5)

1. Anordningen for tilførsel av varme til ei metallsmelte, hvor det i en beholder 1 med lokk og med åpninger for tilførsel og bortførsel av smelte og hvor det kan dannes undertrykk, er anordnet en rotor i form av et hult rotasjonslegeme og med en hul drivaksel (10) som opptar en elektrode for tilførsel av elektrisk strøm til en lysbue (22) mot overflaten av metallet og hvor den hule drivakselen er innrettet for tilførsel av gass til metallsmelta, karakterisert ved- at elektrodeenden er anbrakt i et hult hode (6) med åpning nedover mot bunnen av beholderen, - at det hule hodet (6) er innrettet for å gi plass for ei overflate (23) av metallsmelta, slik at lysbuen dannes inne i hodet, og det har hull eller spor (25) som smelta kan passere gjennom, - at beholderen er utformet med utløpsåpning ved bunnens nivå og - at det i beholderens overdel er anordnet uttaksåpning (5) for gass for dannelse av undertrykk over metallsmelta i beholderen.

2. Anordningen i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at uttaksåpningen (5) for gass er plassert i beholderens (1) lokk.

3. Anordningen i samsvar med patentkrav 1 eller 2, karakterisert ved at beholderen er forsynt med en overløpsvegg som danner en utløpskanal (2) ned mot beholderens utløpsåpning for metallsmelte.

4. Anordningen i samsvar med patentkrav 1 eller 2, karakterisert ved at to eller flere beholderen er seriekoblet, slik at den nedstrøms plasserte beholderen får strøm av metallsmelte ned mot utløpsåpningen.

5. Anordningen i samsvar med patentkrav 1 - 4, karakterisert ved at hulrommet i rotorens hode (6) divergerer konisk nedover mot den fri enden av hodet.