(12) Oversettelse av europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. C22B 7/00 (06.01) C22B 21/00 (06.01) F27B 3/04 (06.01) F27D 3/00 (06.01) F27D 27/00 (.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet (86) Europeisk søknadsnr (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato (30) Prioritet , US, P (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR (73) Innehaver ABB AB, Kopparbergsvägen 2, Västerås, Sverige (72) Oppfinner RYDHOLM, Bengt, Brunnbygatan 68, S Vasteras, Sverige SVENSSON, Erik, Bellmansgatan 7A, S Vasteras, Sverige LUNDSTROM, Alf, Karlgatan 24B, S Vasteras, Sverige HACKL, Helmut, Vasagatan 34, S Västerås, Sverige SJODEN, Olof, Persiljestigen 7, S Nykoping, Sverige ERIKSSON, Jan-Erik, Egilsvagen 60, S-723 Vasteras, Sverige KROON, Tord, Dybecksgatan 22E, S Vasteras, Sverige LINDBLAD, Tord, Lejongapsvagen 21, S Vasteras, Sverige (74) Fullmektig Oslo Patentkontor AS, Postboks 7007 Majorstua, 0306 OSLO, Norge (4) Benevnelse Anordning for å dykke ned materiale i flytende metall ved hjelp av en elektromagnetisk rører (6) Anførte publikasjoner GB-A

2 1 Oppfinnelsens område Oppfinnelsen vedrører smelting av metall i en metallsmelteovn for støping. Oppfinnelsen er nyttig ved smelting av flere metaller og er særlig nyttig ved smelting av aluminium. Bakgrunn for oppfinnelsen Når metall smeltes for støping vil det typisk flyte materiale til overflaten av det smeltede metallet og oksyderes. Oksydert metall virker som en forurensing i det etterfølgende støpte metallet, idet det har slike sideeffekter som å svekke metallet og gi det støpte metallet andre ugunstige egenskaper. For å håndtere dette problemet har det blitt utviklet spesielle smelteovner og mekaniske rørere som beskrevet i GB A. Sammenfatning av oppfinnelsen 1 Utførelser av oppfinnelsen håndterer problemet med flytende materiale ved å tilveiebringe en innretning som tillater skrap og andre materialer å dykkes ned under overflaten av smeltet metall, og derved beskytte skrapet og det andre materialet mot oksydasjon. 2 Aspekter ved oppfinnelsen vedrører et smelteovnanlegg som omfatter minst et smeltekar omfattende sidevegger, bunn og et tak. Minst et varmeelement er konfigurert til å varme metall i smeltekaret. Et kammer som omfatter sidevegger fôret med ildfast materiale danner en utvidelse av smeltekaret. Minst en elektromagnetisk rører er arrangert utenfor og tilliggende kammeret. En ildfast plate er arrangert inne i kammeret. Den ildfaste platen omfatter en øvre kant innrettet til å posisjoneres nedenfor en menisk av smeltet metall. Den ildfaste platen omfatter også en nedre kant posisjonert adskilt fra en bunn av kammeret. Den ildfaste platen er arrangert slik at et gap mellom den ildfaste platen og en sidevegg i kammeret øker mot bunnen av kammeret. En ildfast vegg er delvis neddykket i det smeltede metallet og tilliggende den øvre kanten av den ildfaste platen for å holde tilbake slagg som flyter på overflaten av det smeltede metallet. 30 Aspekter ved oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for neddykking av materiale i flytende metall. Faste metallpartikler ledes inn i et smeltebad av flytende metall inne i et kammer med sidevegger. Kammeret danner en forlengelse

3 2 av et smeltekar. En ildfast plate er arrangert i kammeret slik at et gap mellom den ildfaste platen og en av sideveggene i kammeret øker mot bunnen av kammeret. Den ildfaste platen omfatter en øvre kant innrettet til å posisjoneres nedenfor en menisk av smeltet metall og en nedre kant posisjonert adskilt fra en bunn i kammeret, og hvor en ildfast vegg delvis neddykket i det smeltede metallet, arrangert inne i smeltekaret tilliggende den øvre kanten av den ildfaste platen, er innrettet festet til taket i smeltekaret. En elektromotorisk kraft påføres den flytende aluminiumen i kammeret med et magnetisk felt generert av en elektromagnetisk rører installert nær sideveggene eller nær bunnen i kammeret. Ytterligere hensikter og fordeler, så vel som strukturen og funksjonen til eksempelvise utførelser vil fremgå av en betraktning av beskrivelsen, tegningene og eksemplene. Kortfattet beskrivelse av tegningene 1 Utførelser av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet, bare som eksempler, med særlig henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: Figur 1 representerer et bilde ovenifra av en utførelse av et smelteovnanlegg ifølge oppfinnelsen, Figur 2 viser et tverrsnitt av en del av utførelsen vist i Figur 1 langs linjen A-A, Figur 3 er en grafe som illustrerer et forhold mellom rørekraft og rørefrekvens ifølge en utførelse av oppfinnelsen, Figur 4 er en grafe som illustrerer et forhold mellom rørekraft og åpningsbredde ifølge en utførelse av oppfinnelsen, Figur er en grafe som illustrerer et forhold mellom rørekraft og ildfast tykkelse ifølge en utførelse av oppfinnelsen, og 2 Figur 6 er en grafe som illustrerer et forhold mellom rørekraft og forskyvning ifølge en utførelse av oppfinnelsen.

4 3 Detaljert beskrivelse av utførelsesformer av oppfinnelsen Utførelsesformer av oppfinnelsen blir diskutert i detalj nedenfor. Ved beskrivelse av utførelser blir det benyttet spesifikk terminologi for klarhets skyld. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til den spesifikke terminologi som er valgt. Mens det er diskutert spesifikke eksempelvise utførelser, er det å forstå at dette bare er gjort for illustrasjonsformål. En fagkyndig innen det relevante område vil innse at andre komponenter og konfigurasjoner kan brukes uten å gå fra ånden og omfanget av oppfinnelsen. Ved smelting av metall for støping, er det ønskelig å varme opp metallet jevnt og å hindre dannelse av slagg og/eller inklusjoner av slagg i det smeltede metallet. For eksempel kan det akkumuleres metallbiter, spon og andre legeringselementer på overflaten av metallsmelten hvor de kan oksyderes. Dette kan redusere ytelsen. 1 Oppfinnelsen vedrører en struktur og fremgangsmåte som kan redusere eller eliminere slike problemer. For å møte disse problemene, omfatter oppfinnelsen en struktur og en fremgangsmåte som hjelper til å røre metallsmelte, introdusere fast metall i metallsmelten og hjelpe til å hindre introduksjon av uønskede materialer i metallsmelten. En struktur ifølge oppfinnelsen omfatter en mer eller mindre typisk smelteovnsstruktur med et ytterligere kammer i forlengelsen av denne. Minst en rører er arrangert for å røre smeltet metall inne i kammeret. En plate arrangert i kammeret hjelper til å kontrollere flyten av smeltet metall inn i kammeret fra smeltekaret og ut av kammeret inn i smeltekaret. 2 Fig. 1 illustrerer en utførelse av et smelteovnsanlegg ifølge oppfinnelsen. Utførelsen av smelteovnsanlegget vist i Fig. 1 omfatter et smeltekar 1. Smeltekaret omfatter sidevegger 2, en bunn 3 og et tak (ikke vist). Under drfit blir smeltet metall inneholdt i det indre rommet i smelteovnsanlegget. 30 Metallet kan oppvarmes med minst en varmekilde. Varmekilden kan drives med forskjellige drivstoff, slik som gass og/eller elektrisitet. Varmekilden varmer metallet ved stråling og/eller konveksjon Varmen fra varmekilden holder metallsmelten i flytende tilstand og smelter fast metall til en smeltet tilstand. Den minst ene varmekilden kan være arrangert på forskjellige steder for å oppnå effektiv oppvarming av metallet og smelting av fast metall.

5 4 Den minst ene varmekilden kan være arrangert på ethvert sted rundt smeltekaret. For eksempel kan den minst ene varmekilden være arrangert på en av veggene. Utførelsen vist i Fig. 1 inkluderer to varmekilder, en arrangert på to forskjellige vegger av smeltekaret. Andre lokasjoner som en eller flere varmekilder kan arrangeres i inkluderer bunnen eller taket av smeltekaret. Smelteovnsanlegget kan inkludere så mange varmekilder som nødvendig. Varmekilden kan være arrangert i enhver lokasjon rundt smeltekaret. For eksempel kan det arrangeres en varmekilde på to forskjellige vegger av smeltekaret, eller i taket og en vegg av smeltekaret, for eksempel. 1 Et smelteovnsanlegg ifølge oppfinnelsen inkluderer også et eller flere kammer som strekker seg fra smeltekaret. Hvert kammer inkluderer et indre rom som er kontinuerlig med det indre rommet til smelteovnsanlegget, slik at smeltet metall kan flyte mellom smelteovnen og kammeret som beskrevet nedenfor. Kammeret eller kamrene kan være arrangert på ethvert sted rundt smeltekaret for å forenkle drift av innretningen. Kammeret/kamrene kan ha enhver ønsket størrelse. Typisk har kammeret/kamrene liten størrelse i forhold til smeltekaret. Dette kan hjelpe til å konsentrere kraften på overflatematerialet. Oppfinnelsen er særlig nyttig med aluminium. Den kan imidlertid være nyttig ved støping av andre metaller, slik som bly, kobber og sink. Utførelser av oppfinnelsen kan utnyttes med ethvert metall hvor det er ønskelig å dykke ned et overflatelag under smelting av metallet Kammeret kan være festet til eller utformet som en integrert del av en smelteovn. Utførelsen av smelteovnsanlegget illustrert i Fig. 1 og 2 inkluderer et kammer 4 som strekker seg fra smeltekaret 1. Kammeret kan være montert på siden av smelteovnen. Kammeret inkluderer vegger 4a og en bunn 4b. den indre overflaten 4c av bunnen kan være på samme horisontale nivå som den indre overflaten 3a av smeltekaret som illustrert i Fig. 2. Veggene 4a av kammeret er tilstrekkelig høye til å inneholde det smeltede metallet. Veggene til kammeret kan være så høye som veggene til smeltekaret eller kan være kortere som i utførelsen vist i Fig. 1 og 2. Veggene i kammeret kan være laget av ethvert egnet materiale. Hvis smelteovnen brukes til å smelte aluminium, kan veggene til kammeret være laget av stål. Hvis oppfinnelsen utnyttes for andre metaller, kan det brukes andre materialer. Veggene

6 kan være foret med ildfast (refractory) materiale. Eksempler på ildfast materiale som kan utnyttes kan inkludere ildfaste materialer basert på aluminiumoksyd eller ildfaste materialer basert på silisiumkarbid, blant annet. For å forenkle blanding av smeltet materiale og neddykking av fast metall i metallsmelten, er det arrangert en plate 6 av ildfast materiale eller en metallplate kledd med ildfast materiale inne i kammeret. Ethvert egnet materiale kan utnyttes i denne lokasjonen. Ifølge en utførelse kan platen være festet til sideveggen i kammeret, slik at det dannes en klaring i bunnet slik at metallet kan flyte. Den ildfaste platen 6 kan være orientert for å oppnå en ønsket blanding av metallsmelte og/eller neddykking av materiale i metallsmelten. For eksempel kan høyden av den ildfaste platen endres så vel som avstanden av platen ifohold til en eller flere vegger i kammeret. I tillegg kan vinklingen (tilt) av den ildfaste platen endres. 1 den ildfaste platen blir typisk montert i forlengelseskammeret i en vinklet posisjon slik at et gap mellom en sidevegg i kammeret er smalere mot en topp av kammeret sammenlignet med mot bunnen av kammeret, som i utførelsen illustrert i Fig. 1 og 2. For eksempel kan det være et første smalt gap 9 mellom toppen av den ildfaste platen og sideveggen i forlengelseskammeret fjernt fra eller videre vekk fra smeltekaret. Orienteringen av den ildfaste platen kan endres i forhold til den fjerne sideveggen eller den andre sideveggen av forlengelseskammeret. Ifølge en utførelse, er den ildfaste platen minst 0 mm fra veggen i smeltekaret og minst 0 mm under nivået av toppen av badet. 2 Den ildfaste platen kan arrangeres bevegelig eller fast inne i forlengelseskammeret. Hvis den ildfaste platen er bevegelig, kan posisjonen av platen flyttes under driften av smelteovnsanlegget. Dette kan hjelpe til å optimalisere ytelsen av smelteovnsanlegget etter som forholdene endrer seg. 30 Den ildfaste platen blir typisk posisjonert slik at den øvre kanten av platen er lavere enn menisken av smeltet metall inne i kammeret. Det er et gap mellom den ildfaste platen og bunnen av forlengelsen for å oppnå en strøm av metallsmelte fra forlengelsen og inn i smelteovnen. Gapene mellom den ildfaste platen og sideveggene i forlengelseskammeret som strekker seg fra sideveggen i smeltekaret er typisk så små som mulig for å legge til rette for flyt av metall innen kammeret og mellom kammeret og smeltekaret.

7 6 For ytterligere å legge til rette for drift av oppfinnelsen, er det arrangert en vegg 7 av ildfast materiale inne i smelteovnen, tilliggende den øvre delen av den ildfaste platen. Den ildfaste veggen kan være festet på flere forskjellige måter. For eksempel kan den ildfaste veggen være festet til veggen i forlengelseskammeret, veggene i smeltekaret og/eller taket av smeltekaret. Den ildfaste veggen er typisk arrangert slik at den vil bli neddykket i metallsmelten. Når den er posisjonert på denne måten i forhold til kammeret, smeltekaret og den ildfaste platen vil den hjelpe til å hindre slagg fra å komme inn i kammeret. Posisjonen og orienteringen av den ildfaste veggen kan endres for å kontrollere flyten av metall, etter som nivået av metallsmelte i smelteovnsanlegget varierer, og/eller med forandret orientering av den ildfaste platen. 1 En eller flere elektromagnetiske rørere er posisjonert tilliggende forlengelseskammeret. Den ene eller flere rørere kan være posisjonert tilliggende en eller flere vegger og/eller bunnen av forlengelseskammeret. Utførelsen vist i Fig. 1 og 2 inkluderer en rører arrangert tilliggende en vegg av forlengelseskammeret i avstand fra smeltekaret. En vegg av forlengelseskammeret som en rører er arrangert tilliggende kan lages av austenittisk stål i et smelteovnsanlegg for smelting av aluminium. En posisjon av den ene eller flere rørere kan endres. For eksempel kan høyden av enhver rører arrangert tilliggende en sidevegg av forlengelseskammeret være justerbar. Røreren kan orienteres til å operere nedover. I et slikt arrangement kan røreren generere et elektromagnetisk felt som går nedover inn i kammeret med metallsmelte. Magnetfeltet beveger metallsmelten nedover mot bunnen av kammeret og videre inn i smelteovnen Mesteparten av rørekraften som oppnås av røreren kan påføres i et første område (Område X) bak den ildfaste platen og under menisken av smeltet metall i kammeret. Et andre område (Område Y) er plassert under menisken og over det første området (Område X). Område Y kan gjøres mindre ved å forandre posisjonen av den ildfaste platen. Dette kan gjøre det mulig å akselerere hastigheten av smeltet metall ven menisken i kammeret. Akselerering av metallsmelten tillater i sin tur materiale ført til ved menisken å dykkes ned inn i metallsmelten. Akselerasjonen frembringes ved prinsippet om lik masseflyt. Ifølge lik masseflyt, er massestrøm gjennom Område Y lik massestrømmen gjennom Område X, som tilsvarer Hastighet 1 * Område Y = Hastighet 2 * Område X.

8 7 1 Rørekraften utvist av røreren(e) på metallsmelten kan variere med frekvensen til røreren(e). Fig. 3 illustrerer et forhold mellom rørekraft og rørefrekvens ifølge en utførelse av oppfinnelsen. Rørekraft utøvd på metallsmelten kan også variere med bredden på åpningen i kammeret. Fig. 4 illustrerer et forhold mellom rørekraft og åpningsbredde ifølge en utførelse av oppfinnelsen. Rørekraft utøvd på det smeltede metallet kan også variere med tykkelsen av smelteovnen. Fig. illustrerer et forhold mellom rørekraft og smelteovntykkelse ifølge en utførelse av oppfinnelsen. Rørekraft utøvd på metallsmelten kan også variere med posisjonen av røreren i forhold til det vertikale senteret av kammeret. Fig. 6 illustrerer et forhold mellom rørekraft og forskyvning ifølge en utførelse av oppfinnelsen. Ifølge en utførelse av oppfinnelsen med den neddykkede ildfaste platen vinklet i forhold til veggen i smeltekaret, kan røreren generere en maksimal hastighet av omtrent 2,7 m/s i nedover røring og omtrent 3,2 m/s i oppover røring. Ifølge en annen utførelse av oppfinnelsen med den neddykkede ildfaste platen parallell med veggen i smeltekaret, kan røreren generere en maksimal hastighet på omtrent 3,8 m/s i nedover røring. Ved å operere den elektromagnetiske røreren oppover, kan røreren utøve et oppover gående elektromagnetisk felt i kammeret, inneholdende smeltet metall. Dette elektromagnetiske feltet beveger smeltet metall oppover mot og over toppen av den ildfaste platen og videre tilbake inn i smelteovnen. 2 Utførelser av oppfinnelsen gjør det mulig å bruke en felles elektromagnetisk rører for å skape en høyere hastighet av smeltet metall, i kammeret, ved menisken tilstrekkelig til å få metallbiter, spon og andre legeringselementer til lett å dykkes ned i badet av smeltet metall i kammeret. Normalt vil disse typer materialer ikke synke under menisken bare ved tyngdekraften. De vil i stedet flyte på menisken eksponert mot overflatemiljøet, som oksyderer materialene og forårsaker mindre utbytte. 30 Utførelsene som her er illustrert og diskutert i denne beskrivelsen er bare ment å lære fagfolk på området den beste måten som oppfinnerne kjenner for å utføre og bruke oppfinnelsen. Det er å forstå at oppfinnelsen kan praktiseres på annen måte enn den som er spesifikt beskrevet, innenfor omfanget av kravene og deres ekvivalenter.

9 8 Patentkrav 1 1. Smelteovnanlegg, omfattende: minst et smeltekar (1) omfattende sidevegger (4a), en bunn (4b) og et tak, minst en varmekilde konfigurert til å varme opp metall i smeltekaret, et kammer (4) omfattende sidevegger foret med ildfast materiale, idet kammeret (4) danner en forlengelse av smeltekaret, minst en elektromagnetisk rører arrangert på utsiden av og tilliggende kammeret, og en ildfast vegg (7) delvis neddykket i det smeltede metallet og tilliggende den øvre kanten av den ildfaste platen (6) for å holde tilbake slagg som flyter på overflaten av det smeltede metallet, karakterisert ved en ildfast plate (6) arrangert inne i kammeret, idet den ildfaste platen omfatter en øvre kant konfigurert til å posisjoneres under en menisk av smeltet metall og omfattende en nedre kant posisjonert adskilt fra en bunn i kammeret, hvor den ildfaste platen (6) er arrangert slik at et gap mellom den ildfaste platen (6) og en sidevegg (4a) av kammeret (4) øker mot bunnen av kammeret (4). 2. Smelteovnanlegg ifølge krav 1, hvor den ildfaste platen (6) er bevegelig. 3. Smelteovnanlegg ifølge krav 1, hvor den ildfaste platen (6) er fast. 4. Smelteovnanlegg ifølge krav 1, hvor nevnte ildfaste vegg (7) er festet til taket i smeltekaret (1), og arrangert inne i smeltekaret (1).. Smelteovnanlegg ifølge krav 1, hvor den minst ene elektromagnetiske røreren () er arrangert vertikalt og nært inntil sideveggen (4a) i kammeret (4) Smelteovnanlegg ifølge krav, hvor en høyde av den elektromagnetiske røreren () er justerbar Smelteovnanlegg ifølge krav 1, hvor den minst ene elektromagnetiske røreren () er arrangert under og nært inntil bunnen av smeltekaret (1) for å virke gjennom bunnen og utøve et rørefelt på det smeltede metallet tilstede i smeltekaret.

10 9 8. Smelteovnanlegg ifølge krav 1, hvor sideveggene i kammeret omfatter stålplater. 9. Smelteovnanlegg ifølge krav 1, hvor sideveggen (4a) i kammeret tilliggende røreren () er arrangert i en avstand fra smeltekaret (1)..Smelteovnanlegg ifølge krav 1, hvor den minst ene røreren () omfatter austenittisk stål. 11.Smelteovnanlegg ifølge krav 1, hvor sideveggen (4a) i kammeret er tilliggende røreren () Fremgangsmåte for å dykke materiale ned i flytende metall, hvor fremgangsmåten omfatter: tilføring av faste deler av metall inn i et smeltebad av flytende metall inne i et kammer (4) omfattende sidevegger (4a), idet kammeret danner en forlengelse av et smeltekar (1), hvor det er arrangert en ildfast plate (6) i kammeret (4), idet den ildfaste platen (6) er arrangert slik at et gap (8,9) mellom platen og en av nevnte sidevegger (4a) i kammeret øker mot bunnen av kammeret (4) og den ildfaste platen (6) omfatter en øvre kant posisjonert adskilt fra en bunn i kammeret (4), og hvor en ildfast vegg (7) delvis neddykket i det smeltede metallet, arrangert inne i smeltekaret (1) tilliggende den øvre kanten av den ildfaste platen, er arrangert festet til taket av smeltekaret (1), og utøve en elektromagnetisk kraft på den flytende aluminiumen i kammeret (4) med et magnetisk felt generert av en elektromagnetisk rører () installert nært inntil sideveggene eller nær bunnen av kammeret (4) Fremgangsmåte ifølge krav 12, videre omfattende: å bevege den ildfaste platen (6). 14.Fremgangsmåte ifølge krav 12, videre omfattende: å holde den ildfaste platen (6) i en fast posisjon Fremgangsmåte ifølge krav 12, videre omfattende: å arrangere en ildfast vegg (7) inne i smeltekaret tilliggende den øvre kanten av den ildfaste platen (6) og delvis neddykket i det smeltede metallet.

11 16.Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor den ildfaste veggen er posisjonert for å hindre slagg fra å komme inn i kammeret (4). 17.Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor den minst ene elektromagnetiske røreren () er installert vertikalt og nært inntil sideveggen (4a) i kammeret (4). 18.Fremgangsmåte ifølge krav 17, videre omfattende: å justere en høyde av den elektromagnetiske røreren (). 19.Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor den minst ene elektromagnetiske røreren () er installert under og nær bunnen av smeltekaret (1) for å virke gjennom bunnen og utøve et rørefelt på det smeltede metallet tilstede i smeltekaret..fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor veggen i kammeret (4) tilliggende røreren () er arrangert på en avstand fra smeltekaret (1) Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor veggen i kammeret (4) er tilliggende røreren ().

12 1/6

13 2/6

14 3/6

15 4/6

16 /6

17 6/6