SE420344B - Anordning for smeltning av metallspan - Google Patents

Description

7aovs44-3' 10 15 20 25 30 35 Enligt föreliggande uppfinning föreslås en metod för smältning av metallspân, bestående i åt- gärderna att förflytta metallspânen i motflöde mot en atmosfär av icke oxiderande gaser som förvärmer spånen och eliminerar alla reducerbara ytbelägg- ningar på dessa, att uppsamla spånen i en smält- kammare, att anordna en ljusbågshärd med åtskilda elektroder i förbindelse med smältkammarenv att tända en elektrisk ljusbåge i gapet mellan elektro- derna, att inmata en icke oxiderande gas genom I detta gap för att bilda en plasmavind och att rikta plasmavinden in i smältkammaren för att smälta metallspånen.

Uppfinningen innefattar också en anordning för smältning av metallspân bestående av en för- värmkammare, en förreduktionskammare i förbindelse med förvärmkammaren, en.smältkammare i förbindelse med förvärmkammaren, en ljusbågshärd med åtskilda elektroder och anordnande av en bågkammare i för- bindelse med smältkammaren, elektriska anordningar för tändning av en elektrisk ljusbåge i gapet, anordningar för inblåsning av icke oxiderande gas_ genom gapet för att bilda en utsträckt plasmavind av den icke oxiderande gasen och ljusbågen, var- vid den icke oxiderande gasen strömmar genom smält-H kammaren, förreduktionskammaren och förvärmkammaren i motström mot metallspånens rörelse genom nämnda kammare.

De förut omnämnda problemen kan enkelt lösas genom anordnande av ett smältsystem bestående av med varandra förbundna zoner för förvärmning, för- reduktion och smältning av metallspån under det dessa förflyttas kontinuerligt genom systemet. Den för detta ändamål föredragna metoden och apparatu- ren kännetecknas av en förvärmningskammare i vilken chargen av metalliska bearbetningsspån tillföres att intag och förflyttas utmed en lutande yta till ' ett avlopp från vilket de förvärmda spånen når för- 10 15 20 25 30 35 reduktionskammaren i vilka de faller fritt ner i smältkammaren där värme för smältning åstadkommes genom en utsträckt plasmavind som består av reduce- rande gas och en elektrisk ljusbåge utgående från en båghärd från vilken gasen strömmar genom resp. smält-, förreduktions- och förvärmkammarna i mot- ström mot metallspånens rörelseriktning.

Nämnda förfarande och anordning kan tilläm- pas för spån som är täckta med ytskikt av t ex oxid. I de fall där spånen icke har reducerbart ytskikt eller det icke är önskvärt att reducera materialet kan förreduktionskammaren uteslutas och gasatmosfären i systemet vara inert.

Fördelen med förfarandet och anordningen enligt föreliggande uppfinning är att den åstad- kommer en kontrollerad gasatmosfär i vilken metal- liska bearbetningsspån smältes på så sätt att de inte oxideras och vidare att därest spånen har en reducerbar ytbeläggning som t ex en oxid, denna beläggning kan reduceras.

Uppfinningen beskrivas nedan genom ett ut- föringsexempel i anslutning till åtföljande rit- ningar, där: Figur l är ett flödes-blockschema för appa- raturen enligt uppfinningen; Figur 2 är ett längssnitt genom ljusbågs- härden; och Figur 3 är ett vertikalsnitt genom smält- anläggningen enligt uppfinningen.

Förfarandet utgör en metod för smältning av metallpartiklar som t ex bearbetningsspån och inne- fattar närmare bestämt stegen att införa metall- spånen i en förvärmkammare i motström mot en redu- cerande gasatmosfär för att förvärma spånen, för- flyttning av de förvärmda spånen till en förreduk- tionskammare i motström mot en reducerande gasatmo- sfär för att eliminera alla ytbeläggningar på spå- nen, införande av metallspånen från förreduktions- kammaren i en smältkammare, anordning av en ljus- 7807344-2 7se7z44-2 10 15 20 25 30 35 bågshärd för tillförande av värme till smält- kammaren vid en temperatur över metallspånens smältpunkt varvid reducerande gaser passerar genom ljusbâgshärden, genom smält-, förreduk- tions- och förvärmkamrarna respektive, i mot- ström mot metallspånens förflyttningsriktning.

Anläggningens huvuddelar är en förvärmare 10, en förreduktionsanordning 12, en smältanord- ning 14 med ljusbâgsvärmekälla 16, ett gascirku- clations- och behandlingssystem 18 och en gas- källa 20 för ljusbâgshärden, så som framgår av blockschemat i Figur l. ' Som visas mer detaljerat i Figur 3 är _ förvärmaren 10 roterbar och innehåller en inåt- lutande härd 22. Förvärmaren 10 drivs runt medelst drivorgan (som icke visas i bilden) och uppbärs på konventionellt sätt av t ex rullar 24. Ett lock 26 är anordnat ovanför härden 10 och täcker denna men följer icke dess rotation.

Ett inlopp 28 för metallspån 30 är anord- nat överst i förvärmarens 10 periferi. Fördelade kring härdkransen finns öppningar som t ex stosarna 32 för bortföring av gas från härden via en perifer kanal 34.

Vinkelställda mot rotationsriktningen är ett flertal bafflar 36 anordnade från locket 26 ner i en förvärmkammare 38. Bafflarna är så arrangerade över härden 22 att spânen 30 då härden roterar för- flyttas inåt från härdkransen mot centrum, där ett utlopp 40 från härden är anordnat. Förvärmaren 10 fungerar sålunda så, att däri förvärmes de fasta metallspånen 30 under det dessa förflyttas över den lutande härden 22 från dess periferi mot centrum i motström mot uppstigande gaser såsom närmare be- skrives nedan. Vidare förgasas i förvärmaren 10 alla kolväten som t ek skäroljor som spånen kan vara bemängda med och blandas förgasningsprodukter- na med reduktionsgaserna som t ex kolmonoxid och väte. 10 15 20 25 30 35 Förreduktionsanordningen 12 utgöres av en vertikal cylindrisk trumma 42 som innesluter en förreduktionskammare 44 och sträcker sig från för- värmkammaren 38 till smältanordningen 14. Trummans 42 överände innehåller tätningsanordningar som t ex en packning 46 för att åstadkomma gastät anslut- ning mellan trumman och kragen 48 i härdens 22 un- derkant.

Smältanordningen 14 utgör en vanna för smält metall 50 från smältning och ansamling av metall- spånen 30. Höljet består av en behållare 52 med tapp- hål 54 i botten och uppåt inåtlutande väggar 56, 58 som upptill på lämpligt sätt tätt ansluter till trummans 42 undre ände.

Som visas i Figur 3 sträcker sig en baffel 60 ner i behållaren 52 till ett stycke ovanför dess botten, så att en öppning 62 bildas mellan baffeln och vannans botten. En plugg 64 arbetar tillsamman med tapphålet 54 på konventionellt sätt.

Ljusbågsvärmekällan 16 består av åtminstone en ljusbågshärd 66 som visas schematiskt i Figur l.

Enligt föreliggande uppfinning arbetar härden 66 vid temperaturer över metallspånens 30 smältpunkt.

Arbetstemperaturen blir sålunda ca 1 650 - 5 500 °C.

En lämplig bågvärmekälla härtill är en sådan som beskrives i U.S. Patent No. 3 832 519. Eftersom bågvärmekällan 66 sålunda är känd, inskränkes be- skrivningen nedan till dess principiella konstruk- tion och funktion. Ljusbågshärden 66 drivs med en- fas vs och är självinstâllande, avsedd för effekter upp till ca 3 500 kW, vid trefasdrift upp till ca 10 000 kW. Vid tillämpning av föreliggande upp- finning föreslâs utnyttjande av tre båghärdar, en för var och en av faserna i trefasnätet.

En ljusbâgshärd 66 (Figur 2) utgör en del av bågvärmekällan 16 (Figur l). Båghärden 66 (Figur 2) innehåller två ringformiga kopparelek- troder 68, 70, anordnade med ett mellanrum vid 72 på l mm för en 4 kV matningsledning. 7807344-2 7807344-2 10 15 20 25 730 35 4 hettas och reduceras. _ U 6 En båge 74 tänds i gapet 72 och gas betecknad med pilen 76 inmatas genom gapet 72 till bâgkammaren 78 inuti bågvärmekällan 16. Bågen 74 roterar med ca 100 000 r/min till följd av magnetisk interaktion mellan bågströmmen (flera tusen A vs) och fältet från inbyggda likströmsmatade magnetlindningar 80, 82. Den snabba rotationen ger en mycket hög effekti- ivitet för utrustning av denna typ. Förutom till- försel av gasen 76 kan gas inmatas uppströms via öppningen 84, dvs axiellt i kammaren 78.- Under termiskt gynnsamma förhållanden kan energiinnehåll på upp till t ex 35 MJ/kg lätt uppnås vid utgången 86 vid drift av härden med kolmonoxid/vätgas- blandning. Matningsgasen 76 som tillförs i gapet 72 och genom öppningen 84 är en reducerande eller inert gas som t ex kolmonoxid, väte, kväve, argon, helium eller blandningar därav.

Under drift alstrar båghärdarna 66 en ut- sträckt plasmavind 75 som sträcker sig genom ut- loppsöppningen 86 och in i smältkammaren 14.

Plasmavinden den utsträckta elektriska ljusbågen 74son1 de reducerande eller Plasmavinden innefattar såväl inerta gaser som inmatas i härden. 75 är riktad mot metallbadet 50 för att tillföra detta erforderligt smältvärme och hålla smältan flytande. Vid lämpliga tidpunkter avtappas metall- smälta 50 från smältkammaren 14 genom tapphålet 45.

De heta gaserna från plasmavindarna 75 lämnar smältkammaren genom förreduktionskammaren 44 genom vilka spânen 30 faller ned och därvid upp- Förreduktionskammaren 44 i Figur 3 utgör endast ett tillämpningsexempel- Åt- skilliga andra utföringsformer är möjliga, t ex en packad bädd, roterugn eller roterande härd.

Genom att de heta gaserna och de fallande spånen går i motström mot varandrasåväl i förreduktions- kammaren 44 som i förvärmkammaren 38 uppnås en utomordentligt god värmeöverföring. 10 I5 20 25 30 35 Förvärmaren 10 som här beskrives utgör endast ett tillämpningsexempel. Åtskilliga andra utföringsformer är möjliga, t ex packade bäddar, Metallspånen 30 tillföres förvärmaren medelst en slussficka (icke fluidiserade bäddar, roterugnar. visad i bild) och vandrar genom förvärmaren, tills de faller ner genom förreduktionsanordningen 12 till.smältkammaren 14.

Sedan gaserna har lämnat förvärmaren 10 genom kanalen 34 renas de och återcirkuleras via gasrenaren 18. En del av de återcirkulerade gaser- na kan släppas ut vid 35 för att total massabalans skall upprätthållas. Tillsatsgas, åter, tillföres då gaserna âterföres till båghärdarna 66. För att förhindra att spânytorna oxideras och för att re- ducera förefintlig ytbeläggning på spånen, kontrol- leras gasblandningens sammansättning under mot- strömsflödet mellan gas och spån i smältkammare, En betydande fördel uppnås genom användning av båghärdar 66 av förreduktionskammare och förvärmare. den typ som här beskrivits, framför allt därför att med energikällan elektricitet icke införes någon förbränningsavgas i systemet.

Därest spånytorna är täckta med skärolja eller spånen är bemängda med kolväten av annat slag, förgasas kolvätena i förvärmaren och reagerar till i huvudsak kolmonoxid och väte enligt någon eller flera av följande reaktioner: CxHy + 02 = Co + H2 (l) CXHY + coz = co + H2 (2) cxuy + H20 = co + H2 (3) Cxny + 02 + NZ = Co + H2 + Nz, (4) där CXHY betecknar kolvätekällor som t ex skärolja och 02 och N2 betecknar luft.

Denna gasblandning återföres sedan till båg- härdarna 66 och utgör ett utomordentligt värmeöver- föringsmedium på grund av vätgasens höga specifika värme. Gasblandningen utgör också ett reduktions- medel för eliminering av oxidskikt på spånytorna. 7807344-2 I 7807344-2 10 15 20 25 Det bör uppmärksammas att syre tillföres systemet från olika källor, innefattande oxidskikt på spånen, innesluten luft i inmatade spân och via läckor från omgivningen. Sådant syre reagerar med kol och väte i oljan. Det är uppenbart att tillsatssyre i form av syrgas, luft eller ånga också kan erfordras för att tillfredsställa materialbalansen. Det är vi- dare_uppenbart att utventilation av gas måste ske i relation till de mängder olja och gas som till- föres systemet. ' Förfarandet och anordningarna enligt före- liggande uppfinning kan slutligen utnyttjas vid omsmältning av ett stort antal metaller, inklusive aluminium, stål, gjutjärn, speciallegeringar, mäs- sing, brons och koppar. På grund av skillnader i egenskaper hos dessa metaller och legeringar kan detaljutformningen av särskilt reduktionskammare, förvärmare och smältkammare inklusive eldfastheten hos inmurningar i ugn och förvärmare varieras.

Förfarandet och anordningarna enligt föreliggande uppfinning erbjuder sålunda möjligheter att smälta metalliska bearbetningsspân medelst elektriska ljusbågshärdar, vilket innebär betydande fördelar i jämförelse med konventionell teknik för smält- ning av sådana spån.

Claims (5)

7807344-2 PATENTKRAV
1. l. Anordning för smältning av metallspån innefattande en förvärmare (10) med förvärmningskammare (38) och en härd (22), som har en i huvudsak plan yta och är roterbar kring en central vertikal axel, och ett inlopp (28) för metall- spânen (30) i närheten av en ytdel av härden och ett ut- lopp (40) för de förvärmda metallspânen i närheten av en annan ytdel av härden, samt anordningar (36) för att för- flytta metallspânen från inloppet (28) till utloppet (40), k ä n n e t e c k n a d av en förreduktionskammare (l2), som står i förbindelse med nämnda utlopp (40), en smältkam- mare (14) som står i förbindelse med förvärmningskammaren (38), en ljusbågsvärmekälla (16) innefattande på axiellt avstånd från varandra belägna och i huvudsak ihåliga cylind- riska elektroder (68, 70), vilka bildar en ljusbågskammare (78), som står i förbindelse med smältkammaren (14), elekt- riska organ för att åstadkomma en elektrisk ljusbåge (74) i ett axiellt gap (72) mellan elektroderna (68, 70), anord- ningar (80, 82) för att bringa ljusbågen (74) att rotera inuti ljusbågskammaren (78), anordningar (20) för att blå- sa en icke-oxiderande gas genom gapet (72), så att det bil- das en lângsträckt ljusbâgsström innehållande den icke- -oxiderande gasen och ljusbågen, och så att den icke-oxi- derande gasen strömmar genom smältkammaren (14), förreduk- tionskammaren (12) och förvärmningskammaren (38) i motsatt riktning mot rörelseriktningen för metallspânen genom nämn- da kammare. '
2. 2. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att den icke-oxiderande gasen utgöres av någon av gaser- na kolmonoxid, kolväten, väte, kväve, argon, helium eller blandningar därav.
3. 3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att förvärmningskammaren (38) innefattar nämnda inlopp (28) och utlopp (40) för metallspânen (30) och ett lutande underlag (22) som sträcker sig mellan dessa inlopp och ut- lopp.
4. 4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att förreduktionskammaren (l2) är anordnad inuti en ver- 7ao7s44-2 . 10 tikal trumma (42), vars övre ände står i förbindelse med förvärmningskammaren (78) och vars undre ände står i för- bindelse med smältkammaren (14).
5. 5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar ledningar (34) och anordningar (18) för âtercirkulering av gaserna från förvärmningskammaren (38) till ljusbâgsvärmekällan (16).