SE428625B - Rennugn - Google Patents

Description

~a1o61eA-s p d 2 .25 50 Ett hinder mot för större effekter, icke minst aluminium, mässing- eller kopparugnar, är pinch-effekten, som orsakas av elektromagnetiska volym- krafter, som verkar på metallen i rännan och som strävar att snöre. av smält-an _ i rännorna. En induktor kan ej köras nära pinch-effelctgränsen, emedan matande transformator då överbelastas. Pinch-effekten i måssingsindoktorer, för att 'ett exempel, är temperaturberoende, och vid rälnnindulrtorerför alumi- niumsmältning kan pinch-effekt uppträda vid för "stortt gasinjektionsflöde.

Mastmeier ett aet finne en pineh-effettgtäne, viltet mar-ett övergång till för 'större effekter. (Se vidare härom nedan.) Föreliggande uppfinning går ut på en lösning av dessa och andra härmed sanman- hängande problem. Rännugnen enligt uppfinningen kännetecknas därav, att rännans nöja i ett plan genem primarepelene längaexel äejminet 4 x ä , där Se är den i inducerade strömmens inträngningsdjup i smältan, och rännans bredd är minst; 6 x S . »Som nämnts är det frågan om slutna rännor. i I ' Inträngpningsdjupet i smältan erhålles enligtformeln ~ 2,17' f 'lur °/1J.o där är resistiviteten hos den smälta metallen i ohm - m, § inträngnings- djup i m, f = frekvens, i Ez permeabiliteten ur = 1 för smält metall (Al, Gu, (1) t mässing) och /uo (pemeabiliteten i vakuum) = 4 fl' - 10"? H/m.

En rännugn enligt uppfinningen ger möjlighet till betydligt större storlekar, een väeentligt större tänneffekter än vea feilet verit via tidigare kände.

Rännorna blir i huvudsak igensättningsfria, således ingen nämn- värd uppbyggnad av A1- respektive Cu-.oxider på Ugnaina vara ev enkel- eller eutbeltäemtyp, een lämpligen eveeaae för emäitmng av elm- nium, koppar eller mässing. " Ugxen enligt uppfinningen är närmare exemplifierad i bifogade figurer, av vilka figur 1 visar en genomskärning av en enkelränneugzz, figur 2' effekt- täthetskdrvor vid en ränna, figur 5 en detalj vid en induktor enligt uppfin-. ningen och figur 4 en tvärsektion av en induktor enligt uppfinningen, Figur 5 visar faskompenseríaag vid I figur 1 visas en enkelränneinduktor, ansluten till en ugnshärdlll. Denna induktor består av järnkärna 2, spole 5 med Icylfoder 4, sluten :nämna 5 med infodrizxg 6 samt stomme eller mantel 7. 3 8106184-s I figur 4 visas en genomskärning av en induktor i 'ett uplan, "genom spolens längdaxel, och rännans 5 höjd HR skall vara minst 4 :c Ä , där intrång» ningsdjupet enligt ovan. Rännbredden BR skall vara minst 6 x å' . -6 För smält aluminium gäller exempelvis vid 75000 att f = 0,25 - 10 ohm - m, och vid. f = 50 Hz erhålles =oo341 , 277-50-477-167 ' m således 4 ' §_>_-O,1§6 m - BRZ. 0,205 m.

För Gu erhålles ungefär samma. värden.

En räzma med dessa dimensioner ER 2 4 - S , BR ?. 6 - 5 kan ha hög effekt per mngaenhet nämna (ä) i fzsrnalmae till aet elektromagnetiska trycket pen i ... . net gäller approximativt att 93- FT-ÉÄRZ (2) a1=g BR+2- och (vid breda rännor) u ~ 132 pem J (3) och ill/JJ.

Dem =/u0 2* år» i <4) IR är rännströmstyrka. m ränna med egenskaper enligt huvudlcravet, vilket ger hög effekt per längd- enhet, dP/dl, kan användas utan att pinchning inträffar.

En rälnninfluktor är normalt feskompenserad (se figur 5). Vid normaldrift är il, << ii och ic år! ii. io är strömmen genom en kapacitans och 1,1, transforma- toms 15 sekundär-ström. ii är strömmen genom en ränninduktor 14.

Vid pinchning blir iiïå 0, vilket leder till att iT 'M ie. Man erhåller då. en större ström än normalt genom transformator-n 13 och dess överlastslcydd 1-s1061sA-s i a 4 kan träda i funktion och effekten stängas av. Detta är ett huvudskäl till 'att 'ej driva en imduktor nära pinch-gränsen. vid 'ginchníng uppträder dessutom stora mekaniska p på- induktor-ï irlfodríngen (jämför med kavitation, som kan gröpa ur stål i 'propellra-r).

' Karna och' spoleutsättes dessutom för onormal belastning.

I Dessutom kan överhettning i ralnnan äga rum på grund av pinch-effekt. via pinelming gäller approximativt att pen = c1(p° + 5,0 - g - n - pvn), där po är azmesfarstryck ovanför smärtan, fo täthet nos flytande metall, g = 9,31 m/sz i=» joraacceleration, h baaajup auch pvfl, förångnlngstryckeför smältan, G1 en dimensionslös konstant av storleksordningen ett, beroende av rännigeometri.

En ränna enligt huvudlcravet ger låg temperaturdifferens mellan och Vanna-_ Det :galleri allmänhet att denna temperaturdifferens är omvänt proportionell mot rännarean. Då. stor rännarea användes erhålles således låg temperaturdíffe- rens mellan :änna och vanna Den högaeffekten per längdenhet och den stora. rännarean medför igensätt- ningsfri räzma och möjlighet till stora rännugnar. I allmänhet gäller att ökad metallhastighet vid rännvägg ger minskad igensättningstendens. *Hög has- 2O _ tighet erhålles med hög ränneffekt.

Osymmetriska rännor vid är i och för sig kända, men här kan man kombinera denna kända idé med uppfinningstaxlken enligt huvudkravet. I figur 1 visas en osymmetrisk ränna 6, där den ena rännmwzlningen 8 är större än den andra 9.

Dennairänna karakteriseras av, att 'en viss kraft söker driva sgältan ut ur den stora mynningen 8 in i den mindre 9.

En dylik ränna förhindrar upypkomsten av flödesstagnationspunkter i ránnan.

Detta bidrar till minskade temperaturdifferenser mellan ränna och härd, samt till minskad igensättning vid drift med aluminium. §0 8106184-8 Kwvor med samma volymeffekt, visande volymeffekt i ränna (ekvivolymeffekts- linjer 11) visas i figxar 2 för en stor ränna och till vänster i samma figur (12) för en liten, konventionell ränna. Man finner att vid uppfinningen effekttätheten är störst vid rännans insida, mot spolen 5 (se figur 2 och 5).

Räzmresistansen ROH beror på. fördelningen av strömtätheten i rämnan. (Volym- effekc pv =fJ2, aa: J är strömcäthet och .9 resistivitet.) Med låÄg spänning för spolen 3 blir rännströmmen ä proportionell mot spän- ningen. Vid högre spänningar kan rännströmmen bli mycket instabil och fluktu- erad mellan praktiskt taget noll och höga värden. Detta instabilitetsfenomen orsakas av den s k pincheffekten. Den elektromagnetiska volymkraften verkar på den smälta metallen i ršinnan och tenderar att snöra saman dess tvärsektion.

Det 'är känt från praktiska pinohförsök med dubbelränneinduktorer för aluminium att pincheffektgränsen ökar med ökande baddjup. Ökar man baddjupet från 1 m till 2 m, ökas emellertid inte pincheffektgränsen med 100 %, utan denna ökning blir i stället i storleksordningen 10-20 åt.

Pincheffekten vid mässingsinduktoi-er är temperaturberoende (förångrxing av zink åstadkommer pinchning). Pincheffekt kommer även att uppträda vid rännor för aluminiumugzzar med inertgasinblåsning, om gasflödet är för högt.

Mot baltgz-zmd av dessa fakta beträffande pinchrxing är det rimligt att förklara yincbzxingen som ett kavitationsfenomen.

Det statiska trycket PSMT i rännan utan rännström erhålles genom Psmaflpcfiçfgd* (5) där po är atmosfärsti-ycket, 90 metalltätheten och h badhöjden och g jordaccele- rationen.

Med ström genom rännan erhålles elektromagnetiska Ica-after, som sätter smältan i rörelse och metallens flödeshastighet v blir i relation till det elektro- magnetiska trycket pem följande ~ c -f - 2/2 ~ (e) Fem " 1 O v där G1 är en konstant, som är beroende av rärmgeometrin.

Det statiska trycket PSTAT kommer därvid att sänkas och vi erhåller Psm == p0+š°0 - s - h - fo - v2/2 (7) -8106484-ett 270 i e ”Nar metallhastigheten är så. stor, att det statiska trycket sig vätskans íbrångzzingstryck pvAP börjar kavitation att uppträda.

Enlifi denna teori är villkoret för pinchning således 2. vf, 'gofilåg=po+ço's'h-pvfi (8) eller med ekvationer-na. (6) .och (7) erhåller vi pempimh: 01 (po + 90 ~ e - h - PVAP) (9) dillíektromagnetiska trycket p em beror på rännas effekt per längdenhet (dP/dl) i enligt relationen em _ (10).

G2 .är en konstant som beror på. ränngeometrin och det elektromagnetiska fältets distribution i rännan. Med ekvationerna (9) och-(10) erhåller vi (dr/dl) _=7c2 - p (af/anplínch = G1 v02 (po + fo - à - h - pvp (m Den elektromagnetiska teorin visar, att koefficienten 02 ökar med ökande ränndimensioner. Det gäller approximativt att om HR? 25 och BR 7 25' - i så erhålles (f-ååpinch = Gwåofiš + 2) (po + å, - e - h - 111m) (12) Denna teori visar således att pincheffektgränsen kan “ökas med ökande ränn- dimensioner. Genom att rännan är igensättningsfri finns ej någon risleför pinehning till följd av igensättning. Man kan således vid uppfinningen er- hålla ugnar med stor kapacitet utan hittills kända svårigheter. Rënnan kan i längdsektion vara rundad, eller bestå. av två sidorännor med en dessa för- enande bottenränna, eventuellt med en central ränna., gående från härd till bottenränna. Rëlnndímensionema avser minsta area.

Anordningen enligt uppfinningen kan varieras på. sätt inom ramen för nedanstående patentkcav.

Claims (4)

7 s s s1oe1sa-s PATENITKRAV

1. Rännugn med minst en induktor och slutna rännor, innefattande sidorännor, förenade i botten, eventuellt via en dessa förenande bottenràhma, och even- tuellt även en central ränna, gående mellan härden och bottenkanalen, speci- ellt avsedd för aluminium, koppar eller andra icke-ferrometaller eller -lege- ringaæ, k ä. n n e t e c k n a d därav, att rännans höjd i plan genom primärspolens längdaxel är minst 4 x ö' , där 8 är den i rännan inducerade strömmens inträngningsdjup i smältan, och rännans bredd är minst 6 x 'å .

2. Rännugrz enlig-t patentkrav 1, k ä. n n e t e c kn a d därav, att de olika sidorännorna har inbördes olika tvärsnittsarea.

3. 5. Rännugrz enlig-t patentkrav 1 och eventuellt 2, I: ä. n n e t e c k n a. d därav, att den ena sidorännan har större mçynningsarea mot härden än den andra.

4. Rännugn enligt patentkrav 2-5, k ä n n e t e c k n a d därav, att genom areaolikheterna åstadkommes en viss kraft, som söker driva smälta ut ur den större och in i den mindre gen.