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經濟部中央棣準局員工消费合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（1 ) 技術領域： 本發明與一種熔爐工廠有關，用來作金屬之熔解及/ 或熔融金靥之保持，此X廠至少包含： -至少一熔爐體’此熔爐體具有壁及底部，意欲用於熔融 金屬及/或固體金屬， -至少一熱源，此熱源利用對流和輻射來將熔爐體中存在 之熔融和固體金屬加熱，以及 一電磁機構，用來攬拌熔爐體內存在之熔融金靥。本發明 之較佳地涉及一種用來熔解和/或保持鋁金屬之熔爐工廠 ，此工廠至少包含： —熔爐室’此室具有至少一熔爐糖以及列置於熔爐體上方 之至少一熔爐頂’此室意欲用於熔融及/或固體鋁，該熔 爐體具有壁及底部， 一至少一熱源’此熱源列置於熔爐頂內或其鄰近四周且利 用對流和輻射將熔爐體內存在之鋁加熱，以及 —電磁機構，用來用來攬拌熔爐體內存在之熔融金雇。 背景技術： 鋁之熔解和/或保持期間，已知使用置於熔爐髋下方 之電磁撹拌器來獲得熔爐體內熔融金屬之攙拌並降低熔融 金牖之溫度和澳度梯度且增加熔爐工廠之生產力。尤其， 有意降低熔融金靥之上表面的過溫》此專利申請中所謂之 過溫即熔解與保持期間熔融金屬之任何部分皆被加熱的最 高溫度以至於熔融金靥之熔點間的溫度差。極大之過熱通 本紙張尺度適用中困圃家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· ，订

經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A7 ___B7五、發明説明（2 ) 常因浮渣和熔渣之形成及氧化而導致金屬之損失》於此同 時，處理之能量的使用產生負面的影響。金屬損失和低能 置效率爲所謂反射爐中之問題，其中油料和氣體燃燒器以 對流及輻射來加熱金牖》 藉著攬拌熔融金屬之方式 > 則熔融金鹛中之溫度與濃 度梯度得以均衡以致於過溫情形可被降低而處理之能量效 率亦獲得改善。如此可被闓釋爲，與非攪拌融體中之熱傅 導係數相比，電磁攪拌期間之熔融金屬中的熱傅導有效係 數增加超過十倍。本專利申請中所謂之熱傳導有效係數意 指既考慮熔融金屬與/或固體金屬中傳導之熱通置又考慮 其形式爲經過攪拌之熔融金屬中所獲得之對流熱通量的額 外因素後，描述熔融浴中之熱傳輸的熱俥導係數。 例如於美國專利第4294435號中已知在熔解及保持鋁 金羼所用之熔爐工廠中，將電磁攬拌器列置於熔爐下方以 便達成底部之攪拌。如此則典型地使熱傳導之有效係數的 增加率爲2 5至3 5。然而，某些案例之中，當有意依照習知 技術來將底部攪拌器列置於熔爐下方或接近熔爐底部時卻 產生經濟與構造上之複雜性。意欲於現存之熔爐工廠中安 裝攪拌器以便增加熔爐之生產力和能量效率並降低熔融金 靥中之溫度與濃度梯度等這些案例中，則上述之複雜性尤 其顯著。此外，由於熔爐立於地板上之事實又由於熔爐場 沒有擴場重建之情況下熔爐底部無法安裝底部攪拌器之事 實，故於現存之熔爐工廠裡要作底部攪拌器這種增補性之 安裝的話在許多場合中會造成困難。已知有在熔解用熔爐 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-、1T 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210x29"?公釐> 5 經濟部中央橾準局員工消费合作社印製 307S21 A7 _ B7 五、發明説明（3 ) 中將不同之熔浴分隔開來之爐壁內或爐壁鄰近四周列置電 磁機構以便藉著將熔融金鵰加壓於不同熔浴之間之方式來 達成熔融金羼之攬拌。依照類似方法，可讓電磁機構作用 於某一通道上來獲得攪拌功能，該通道爲列置於熔爐體之 壁內或壁鄰近四周者且該通道之兩端與熔爐體內存在之熔 融金屬相通。再者，美國專利第42 94435號揭示出熔解與 保持鋁金屬之熔爐工廠中可取的是將電磁機構列置於熔爐 壁中所列置之所謂側邊攪拌器之電磁機構的鄰近四周，該 側邊攪拌器之作用穿過爐壁且在熔鱸體內所存在之熔融金 屬上施加磁性攪拌器場以便達成側邊之攪拌。然而，該文 件之中並未提及如何設計或列置側邊攬拌器以便當熔爐體 具有相對於其熔浴深度之大熔洛表面時得以達成熔爐體內 所存在之熔融金屬的有效率攪拌。 基於構造與經濟方面之考量，如上所述地可取的是列 置電磁攪拌器以便作用穿過熔爐之側壁當作側邊攪拌器來 達成側邊之攪拌。不過，藉由熔爐體之壁內或其四周所置 放之側邊攪拌器所作之攪拌已被認爲無法在熔爐體內提供 足夠之攪拌，尤其是當熔鑪體具有相對於其熔浴深度之大 熔浴表面時。 本發明之目標欲提議一種熔爐工廠，此工廠包含至少 一個二相或多相電磁攪拌器，該攪拌器依照本發明作設計 並列置以便當熔爐體具有相對於其熔浴深度之大熔浴表面 時得以達成熔爐體內有效率之撅拌，其中熔融金屬之熱傅 導的有效係數的增加率爲10或更大以致於降低溫度和澳度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -----------：4 ,ΐ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印製 Λ7 __ B7 五、發明説明（4 ) 梯度並增加熔爐工廠之生產力和能置效率。 發明之概述： 一種有效率之側邊攪拌器，已完成於金屬之熔解及/ 或熔融金屬之保持的熔爐工廠中，此工廠至少包含： -至少一熔爐體，此熔爐體具有側壁及底部，意欲用於熔 融金屬及固體金屬，較佳之熔鱸體具有相對於其熔浴深度 之大熔浴表面， -至少一加熱器，此加熱器利用輻射和對流來將熔爐體中 存在之熔融金屬和/或固體金靨加熱， -至少一個二相或多相電磁側邊攪拌器，列置於熔爐體之 壁內或其鄰近四周以便穿過此壁作用並施加一磁性傳播之 交變場予熔融金雇，該磁性交變場爲用來攪拌熔爐體中存 在之熔融金靥的磁性攪拌器場》 側邊攪拌器包含至少兩個列置於鐵心附近之相位繞線 。依照本發明，鐵心被列置成具有鉛垂之伸展度，此伸展 度實質上涵蓋熔融金屬，即涵蓋熔爐體中具有最大熔浴深 度的熔融金靥之上表面與底部間之區域。此外’鐵心被列 置成具有一極距r ，此極距超過鐵心至熔融金屬之距離的 兩倍，r > 2 d w。

最大熔浴深度意謂熔爐工廠於正常操作條件下所使用 之最大熔浴深度。正常狀況下，已知之熔爐中用來熔解及 /或保持鋁金靥之熔爐最大熔浴深度小於一公尺：最常見 的是，此型熔爐之最大熔浴深度在0.3至0.9公尺之間距 J 本紙張尺度逋用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本莨) 袈- 訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A7 ___B7五、發明説明（5 ) 內變化。 電流流過側邊攪拌器並在熔融金屬內產生電磁場，此 電磁場有在熔融金屬內製造鉛垂方向之電流的傾向。這些 電流在熔融金屬之上表面及熔鑪體之底部偏位。爲了獲得 所需之有效攪拌，上述之側邊攬拌器中的鐵心被列置成具 有超過鐵心至熔融金屬之距離的範圍，此範圍在熔解及/ 或保持鋁金屬所用之熔爐中通常總計爲0.5至1公尺。本 發明之一種實施例中，鐵心被列置成具有總計爲此距離之 —至三倍的鉛垂範圍，而較佳之範_爲此距離之1.5倍至 3倍。鐵心至熔融金靥間之距離決定於內襯之厚度，故因 而由不受本發明影響之變數來建立，這些瓣數諸如熔融金 靥之特性及內襯材料之選取。 依照本發明之一實施例，熔爐工廠所含之側邊攪拌器 被列置成具有一極距，此極距之範圍在鐵心至熔融金屬之 距離的2. 5至5倍之距離間隔以內。 欲進一步增進攪拌能力，則在本發明之某些實施例中 採用側邊攪拌器以便在熔融金靥上施加頻率爲0. 2至2. 0 赫（Hz)之磁性攪拌器場，該頻率較佳地爲0.4至1.6赫。 依照本發明之另一實施例，採用熔爐工廠中所用之側 邊攪拌器以便在熔融金屬上施加周期性倒轉之攪拌器場。 由於熔融金屬中之流動爲+分遲鈍之現象，故周期性回覆 之倒轉會造成額外增加之攪拌能力。當採用側邊攪拌器來 改變施加之攪拌器場的強度和方向使得寳質上在加置單一 方向之最大轉速予熔融金屬所需之時距以後會令攪拌方向 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 B7 經濟部中央樣準局負工消費合作社印裝 五、發明説明（6 ) 倒轉時，則可獲得最大之攪拌能力》道種介於倒轉之間的 時距長度可在各熔爐工廠既知之數量的基礎上預作決定， 這些數量諸如熔爐體之幾何構造、熔融金屬之質量，以及 磁場之特性等。 欲利用側邊攪拌器在熔融金屬上施加具有良好產能之 磁性攪拌器場，則鄰接側邊攪拌器之熔爐體壁的較佳列置 應使得施加之攬拌器場中至少在熔融金屬內產生所需之攪 拌的磁場強度分量可穿過爐壁而僅有少置之損失且幾乎毫 無阻滯》本發明之一實施例中，藉著使熔爐體壁鄰接非磁 性材料中之側邊攪拌器的方式來達成上述提議。較佳的已 是藉著將熔爐體之金屬套的視窗列置於不銹鋼中鄰近一側 邊搅拌器之方式來達成上述提議。另一實施例於熔爐工廠 中尤其有用，其中基於種種理由，有必要避免作熔爐體壁 之重建而無視於這些爐壁包含有磁性材料層之事實。此實 施例中藉著提出供應有直流電的至少一線圈或至少-·永久 磁體以便施加磁性之直接場來作用於壁中之一層磁性材料 上的方式使得攬拌器場中由側邊攪拌器施加於熔融金牖中 以便在熔融金屬中產生番要之攪拌的那些磁場強度分量可 穿過爐壁而僅有少量之損失且幾乎沒有阻滯。依此方法， 則可在提及之爐壁的一部分中達成某飽和方向上的非等向 性指向之磁性飽和，該飽和方向之方位大體上在壁之平面 中且該飽和方向之實質指向爲平行於所需之攬拌器方向。 包含有磁場強度分量且其方位在平行於上述飽和方向並垂 直於壁之平面的平面中之低頻率磁性攪拌器場因此得以穿 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐" ~~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局工消費合作社印製 A7 _____B7_五、發明説明（7 ) 過鲅壁之飽和部分而僅有少童之損失且幾乎毫無阻滯又得 以在鋁熔體中產生其形式成磁性交變場的攪拌器場，此磁 性交變場具有其指向實質上平行於飽和方向與垂直於飽和 方向的分量。 附圖之簡要說明： 下文中將極詳細地解說本發明且藉著若干種熔爐幾何 形狀之較佳實施例並參照隨附圖畫來做爲範例。附圖1顯 示熔爐之鉛垂橫斷剖面以便說明本發明之基本原理。附圖 2 a、2b與2 c顯示實質上具有圚形熔鑪體之依照本發 明的熔爐之水平橫斷剖面，而附圖3 a和3 b顯示實質上 具有矩行熔爐體之依照本發明的熔爐之水平橫斷剖面。 較佳實施例之說明： 附圖1顯示依照本發明之較佳實施例的熔爐工廠中之 熔爐室1。熔爐室1包含適於充滿熔融金屬25及固體金 靥26之熔爐體2，又包含側壁21和底部22。熔融金 牖的上方有熔逋頂3，而在此熔爐頂3中或其鄰近四周有 適於利用輻射和對流來加熱熔爐體中所存有之熔融金靥 2 5及固體金屬2 6的燃器3 1。熱源之選取對本發明而 言並非重大之事且當然諸如電阻器元件等其他型式之熱源 皆可被使用於可以該種機構達成足夠之加熱能力的案例之 中。至少一個二相或多相電磁側邊攪拌器4被列置於熔爐 體之壁21附近以便穿過壁21而作用且在熔融金屬上施 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2!0x297公釐） 10 307821 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（8 ) 加磁性攪拌器場。側邊攪拌器4包含至少雨個（未顯示之 )相位繞線，這些繞線列置於（未顯示之）鐵心的附近。 鐵心具有鉛垂之範圍，此高度範圃Η實質上涵蓋熔融金屬 ，即涵蓋熔爐體中具有最大熔裕深度D max時之熔融金屬 的上表面與底部2 2間之區域《所謂最大熔浴深度Dmax 意指正常操作條件下熔爐工廠中所用之最大熔浴深度。正 常狀況下，熔爐中用來熔解及/或保持鋁金屬的最大熔浴 深度小於一公尺：最常見的是，此型熔爐之最大熔浴深度 Dmax在0.3至0.9公尺之間變化3 電流流過側邊攪拌器4並在熔融金屬2 5內產生電磁 場以便在熔融金靥中力求產生鉛垂指向之電流。這些電流 在熔融金屬之上表面及熔爐體之底部偏位。爲了獲得如附 圖 2a、2b、2c、3a 及 3b 中回流 250、251 、252、253、350、351、352等所圖示之 有效攪拌狀態，則將側邊攪拌器中使用的鐵心4、2 4、 24a、24b、24c、34、34a 及 34b 等列置 成具有超過鐵心至熔融金屬之距離dw的範圍H。本發明 之一實施例中，Η總計在dw之一倍至三倍之間，且較佳 地爲dw之1.5至3倍。鐵心與熔融金屬間之距離dw尤 其決定於內襯之厚度且由不受本發明影響之變數來建立， 這些變數諸如熔融金靥之特性及内襯材料之選取。依照本 發明之一實施例，欲在熔融金屬中獲得更有效之攬拌，則 將所用之側邊攪拌器4，24 ‘ 24a ，24b、24c 、34、34a及34b等列置成具有超過2dw之極距 4 裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4規格（21 Ox 297公釐 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 A 7 ________B7 _五、發明説明（9 ) r ，此極距r較佳地在2.5dw至5dw之距離間隔以內 。側邊攪拌器 4、24、24a、24b、24 c、34 、34a及34b等被列置成直線、角形、或彎曲形且這 些側邊攪拌器可隨著熔爐體之形狀作適度之改變，尤其如 此則可將鐵心與熔融金颺間之距離dw減至最小。 欲進一步增加攪拌之能力，則在某些實施例中使用側 邊攪拌器 4、24、24a、24b，24c、34、 3 4 a及3 4 b等以便在熔融金屬上施加頻率爲0.2至2. Ο 赫之磁性攬拌器場。較佳之實施例中，在熔融金腸上施加 頻率爲0.4至1.6赫之攪拌器場。 爲了進一步增進攪拌之效率&由於熔融金羼2 5中之 流動饜於相當遲鈍之現象，故所用之側邊攪拌器4、2 4 、24a、24b、24c、34、34a及34b等被 有利地用來將施加之攪拌器場和因而得到之攬拌2 5 Ο、 251、252、253、350、351、352等做 周期性之倒轉。當側邊攪拌器4 ' 24、24a、24b 、24c、34、34a及34b等被用來改變施加之撹 拌器場的強度和方向使得攪拌方向4、2 4、2 4 a、 24b、24c、34、34 a及34b等在熔融金屬於 單一方向上達到最大轉速時在窗質上之同一時刻作倒轉之 時，便可獲得最大之攪拌能力。實際上，藉著在將單一方 向上之最大轉速授予熔融金屬2 5所需之時距以後改變搅 拌方向之方式便可適切地獲得倒轉。這種介於倒榑之間的 時距間隔可在熔爐工廠既知之數量的基礎上預作決定，這 本紙張尺度適用中國國家梂芈（CNS ) A4规格（210X 297公釐），,0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印聚 A7 B.7五、發明説明（10 ) 些數量諸如熔爐體之幾何構造、熔融金靥之質量、以及磁 場之特性等。 爲了以良好之產能在熔融金屬2 5上施加磁性攪拌器 場，則將鄰近側邊攬拌器4、24、24a 、24b、 24c、34、34a及34b等熔爐體之壁21列置成 使得施加之攪拌器場中至少在熔融金屬2 5內產生所需之 攪拌的那些磁場強度分量可穿過爐壁21而僅有少量之損 失且幾乎毫無阻滯。本發明之一資施例中*藉著使熔爐體 之壁2 1鄰接非磁性材料中2 1 0之側邊擓拌器4 ' 2 4 、24a、24b、24c、34、34a及34b等的 方式來達成上述提議。附圖1中所示之熔爐工廠中’藉著 將熔爐體之金屬殻套的視窗設於非磁性之不銹鋼中鄰近一 側邊攪拌器4、24、24a、24b、24c、34、 34a及34b等之方式來達成上述提議》 ------一丨 — i ΐ (讀先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -13

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種熔爐工廠，至少包含： —至少一熔爐體（2)，意欲用於熔融金羼及固體金靥， 此熔爐體具有側壁（2 1 )及底部（2 2 ) * -至少一加熱器（3 1)，此加熱器利用輻射和對流來將 該熔爐體中存在之熔融金屬和/或固體金屬加熱， —至少一個二相或多相電磁側邊攪拌器（4、2 4、 24a、24b、24c、34、34a、34b)，列 置於熔爐體之壁（2 1 )內或其鄰近四周以便穿過此壁作 用並施加一磁性攙拌器場予熔爐體中存在之熔融金靨， 其特徵爲電磁側邊攪拌器包含至少兩個列置成圍繞鐵 心之相位繞線，其中鐵心被列置成具有鉛垂之伸展範圍， 此伸展範圍Η實質上涵蓋熔融金屬，即涵蓋熔爐體中使用 最大熔浴深度時熔融金屬之上表面與底部間之區域D max ，且該側邊攪拌器被列置成具有一極距r 此極距超過鐵 心至熔融金屬之距離的兩倍，τ > 2 d w 。 2 ·依照申請專利範圍第1項之熔爐工廠，其特徵爲 該鐵心具有鉛垂範圍Η，此範圍總計爲鐵心至熔融金屬之 距離的一倍至三倍，dw <H< 3dw 。 3 .依照申請專利範圍第1項之熔爐工廠’其特徵爲 該側邊攪拌器（4、24、24 a 、24b、24 c、 34、34a 、34b)被列置成具有一極距r ’此極距 在鐵心至熔融金屬之距離的2. 5倍至5倍之間距以內’ 2. 5 d w < τ < 5 d w ° 4 .依照申請專利範圍第1項之熔爐工廠’其特徵爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 3U7S21 A 8 B8 Ct m 經濟部中央梂準局員工消費合作社印製 六、申請專利範園 該側邊攪拌器（4、24、24a、24b、24c、 34、34a、34b)被用來施加磁性攪拌器場予熔融 金靥，該磁性攪拌器場爲具有頻率爲0.25赫至2.0赫之磁 性交變場。 5 .依照申請專利範圍第1項之熔爐工廠，其特徵爲 該側邊攪拌器（4、24、24 a 、24b、24c、 3 4、3 4 a 、3 4 b )被用來施加具有周期性倒轉之磁 性攪拌器場予熔融金屬。 6 .依照申請專利範圍第1項、第2項、第3項、第 4項及第5項其中任一項之熔爐工廠，其特徵爲靠近該側 邊攪拌器（4、24、24a、24 b、24 c、34、 3 4 a、3 4 b )的熔爐體之壁（2 1 )之列置使得至少 該側邊攪拌器在攪拌器場中施加於熔融金屬上以便在熔融 金屬內產生所需之回流的那些磁場強度分量可穿過爐壁而 僅有少量之損失且幾乎毫無阻滯》 7 .依照申請專利範圍第6項之熔爐工廠，其特徵爲 靠近該側邊攪拌器（4、24、24 a、24b、24c 、34、34a 、34b)的熔爐體壁被列置於非磁性材 料（2 1 0 )之中。 8 .依照申請專利範圍第6項之熔爐工廠，其特徵爲 熔爐體之壁（2 1 )包含一層磁性材料且其特徵爲供應有 直流電的至少一線圈或至少一永久磁體被設置用來施加磁 性之直接場以便作用於壁中之磁性材料並在該爐壁的一部 分中達成非等向性指向之磁性飽和，該飽和方向之方位大 ------:——U丨— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) Λ4規格（2丨OX；?97公釐） 一 15 — mm A，'.. B8. CB DH 申請專利範圍 需並傳毫場直 所向性乎器垂 於方磁幾拌與 行和率且攪向 平飽頻失的方 爲該低損場和 向於的之變飽 指行量童交於 質平分少性行 實在度有磁平 之位強僅成上 向方場而式質 方其磁分形實 和有之部其向 飽含中和生指 該包面飽產其 且中平之中有 。 中其的壁體具量 面，面爐熔場分 平向平過鋁變的 之方之穿在交向 壁器壁場又性方 在拌於變滯磁和 上攪直交阻此飽 體之垂播無，於 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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