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    熔融 金属 加热
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    摘要
    申请专利号:

    CN200480037049.9

    申请日:

    2004.12.07

    公开号:

    CN1894061A

    公开日:

    2007.01.10

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效|||公开
    IPC分类号: B22D35/04(2006.01); B22D35/06(2006.01) 主分类号: B22D35/04
    申请人: 诺维尔里斯公司;
    发明人: J·S·廷盖; D·A·萨利; W·L·鲍尔斯
    地址: 加拿大安大略省
    优先权: 2003.12.11 US 10/735,075
    专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 代理人: 温大鹏
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200480037049.9

    授权公告号:

    1894061B||||||

    法律状态公告日:

    2011.12.21|||2007.03.07|||2007.01.10

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种用于载运熔融金属的槽,所述槽包括:由底壁和两个侧壁所限定出的外壳;填充所述外壳的隔热层;和用于载运熔融金属的导热U形耐火槽体,所述槽体被埋入在所述隔热层中。至少一个加热元件被设置在隔热层中,靠近但与所述槽体隔开,从而在所述加热元件与所述槽体之间提供空气间隙。

    权利要求书

    1: 1、一种用于载运熔融金属的槽,所述槽包括: (a)由底壁和两个侧壁所限定出的外壳; (b)填充所述外壳的隔热层; (c)用于载运熔融金属的导热耐火槽体,所述槽体被埋入在所述隔 热层中;和 (d)被设置在隔热层中,靠近但与所述槽体隔开,从而在所述加热 元件与所述槽体之间提供空气间隙的加热元件。 2、根据权利要求1所述的槽,其中所述加热元件与所述槽体之间 的空气间隙为至少0.5厘米。 3、根据权利要求1所述的槽,其中所述加热元件与所述槽体之间 的空气间隙小于
    2: 0厘米。 4、根据权利要求1所述的槽,其中所述加热元件被设置在靠近所 述槽的底端的位置处。 5、根据权利要求4所述的槽,其中所述加热元件被设置在靠近所 述槽的侧壁的位置处。 6、根据权利要求1所述的槽,其中所述槽体由碳化硅或石墨制成。 7、根据权利要求1所述的槽,进一步包括被装配到所述槽体的外 表面上的靠近加热元件的金属注入阻挡装置。 8、根据权利要求7所述的槽,其中所述金属注入阻挡装置由金属 合金或非金属制成。 9、根据权利要求7所述的槽,其中所述金属合金为Fe-Ni-Cr合 金。 10、根据权利要求7所述的槽,其中所述非金属是石墨。 11、根据权利要求1所述的槽,进一步包括设置在加热元件和靠 近熔融金属的槽体中的热电偶和用于控制加热元件热输出的P.I.D.闭 路控制程序。 12、根据权利要求7所述的槽,进一步包括与金属注入阻挡层形 成一个连接且形成适于插入到所述槽内的熔融金属中的第二连接的电 导率检测装置,所述电导率检测装置设有在测量得到的电导率由于金 属浸入到所述槽的衬层内而增大时发出信号的装置。 13、一种对在槽中输运的熔融金属进行加热的方法,所述槽包括 由底壁和一对侧壁所限定出的外壳、填充所述外壳的隔热层、被埋入 在所述隔热层中用于载运熔融金属的导热耐火槽体、和被设置在隔热 层中,靠近但与所述槽体隔开,从而在所述加热元件与所述槽之间提 供空气间隙的加热元件, 所述方法包括通过辐射传热引导热量从加热器穿过空气间隙到达 所述槽体,并且由此提供对槽体和在其中载运的熔融金属的均匀加热。 14、根据权利要求13所述的方法,其中跨过所述空气间隙的距离 为0.5厘米至1.0厘米。 15、根据权利要求13所述的方法,其中所述加热元件被设置在靠 近所述槽的底端的位置处。 16、根据权利要求13所述的方法,其中所述加热元件被设置在靠 近所述槽的侧壁的位置处。 17、根据权利要求13所述的方法,其中对加热元件和靠近熔融金 属的槽体的温度进行测量并将其用于控制加热元件的热输出。 18、根据权利要求13所述的方法,其中所述金属注入阻挡装置被 设置在所述槽体的外表面上靠近加热元件的位置处,并且测量注入阻 挡层与槽内熔融金属之间的电导率,电导率增加表示金属浸渗到所述 槽的衬层中。

    说明书


    熔融金属加热槽

        【技术领域】

        本发明主要涉及用于输送熔融金属的设备,且更具体而言,涉及用于输送铸铝工艺中的熔融铝的设备。

        背景技术

        在熔融金属处理过程中,通常使用槽(trough)以将熔融金属从熔炉输送至例如铸型、分析器等各种处理装置处。在存在充足的金属流的情况下,在熔融金属中存在足够多的显热用以补偿通过所述槽时的热损耗。然而,在金属流量较低的情况下或者在槽程较长的情况下,需要对所述槽采取一些形式的加热,从而防止产生过多的金属热损失。

        美国专利3,494,410(Birchill等)披露了一种考虑到从任何一侧进行加热的普通加热槽,但是没有对如何实现热控制进行详细说明。

        美国专利4,345,743(Sivilotti)教导了一种用于含有熔融金属的且被加热器元件所包围的包括耐火衬层的绝热管状排出管道。

        2002年9月3日的美国专利6,444,165(Eckert)描述了一种具有嵌在侧壁或底部中的加热器的加热槽,所述加热器与所述槽的耐火材料紧密接触。

        在这两篇参考文献中均使用了借助传导进行加热的加热器。这些加热器由于难于确保与周围耐火材料形成良好的接触,而倾向于形成过热点和不均匀的加热。由于存在通过金属浸渍或元件壳体产生膨胀而被卡住的倾向,因此难于保持住所述加热器。使用通过热接触而工作的加热器,在热接触良好的情况下,加热器与周围材料之间的温度差异将会较小,且因此需要更高的加热器温度以获得较好的功率密度和能量转移。

        美国专利4,531,717(Hebrant)披露了一种在顶盖上安装有加热器的带盖加热槽。这些加热器主要通过辐射而不是通过传导进行工作,并且热通量取决于加热器温度的四次方和接收所述辐射的表面。辐射型加热器具有较高的功率密度。然而,辐射到熔融金属表面上的加热器总体上来说是效率低的,这是因为所述表面具有较低的辐射系数。

        在熔融金属流过所述槽时,一般趋势是在熔融金属中形成杂质或夹杂物,这一问题对于从上方进行加热(顶部加热)的槽而言更为严重。在存在大气氧时,这些夹杂物在所述槽的表面和制造所述槽所使用的耐火材料处长大。在熔融金属表面处的高温以及低金属流速急剧增大了这种效应。

        因此,所希望的是寻找一种槽加热器布置,所述布置能够对流过的熔融金属提供均匀和可控的加热,同时减少夹杂物的形成。

        【发明内容】

        因此,在一个实施例中,本发明提供了一种用于载运熔融金属的槽,所述槽包括由底壁和两个侧壁所限定出的外壳、填充所述外壳的隔热层和用于载运熔融金属的导热U形耐火槽体,所述槽体被埋入在所述隔热层中。至少一个加热元件被设置在隔热层中,靠近但与所述槽体隔开,从而在所述加热元件与所述槽体之间提供空气间隙。

        在本发明的另一个实施例中,给出一种加热在用于载运金属的槽中的熔融铝的方法,其中所述槽包括由底壁和两个侧壁所限定出的外壳、填充所述外壳的隔热层和用于载运熔融金属的U形耐火槽体,所述槽体被埋入在所述隔热层中,并且其中由埋置在槽衬层中靠近传导U形耐火槽、但与所述槽体相隔开的一个或多个辐射式加热器提供加热,从而在所述加热元件与所述槽体之间提供空气间隙。

        【附图说明】

        下面,结合附图对本发明进行描述,其中:

        图1是根据本发明的加热槽的透视图;

        图2是穿过图1所示加热槽的中部进行截取的剖视图;

        图3是示出了根据本发明的另一个实施例的加热槽的如图2所示的剖视图;和

        图4是示出了根据本发明的又一个实施例的加热槽的如图2所示的剖视图。

        【具体实施方式】

        图1和图2示出了根据本发明的加热槽的透视图和剖视图。参见这些附图,槽10包括可由钢或者由本领域中所公知的其它合适材料制成的外壳12、和适于将多个槽部段连接在一起或者适于附接到金属处理系统中的其它部件上的端板13。在外壳12内为一层隔热层14且贴靠在隔热层14内的是用于载运熔融金属18的U形槽体16。槽体16一般导热性较好并且耐熔融金属的腐蚀且可由致密的耐火材料如碳化硅或者石墨制成。隔热层可包含单一类型的隔热材料,或者可从内表面到外表面分为不同类型的子层。典型的隔热材料包括硅酸铝耐火纤维或者可灌浇的隔热耐火材料。

        槽体被支承在周围隔热层14内由耐火材料例如硅酸钙(硅灰石)耐火板制成的支座19上面。

        加热元件20被设置在隔热层14中支座19之间,靠近但与所述槽体16相隔开,从而提供空气间隙28。该空气间隙28允许在所述加热元件20与所述槽体16之间进行辐射传热。由于所述槽体导热性较好,因此热平衡使得在加热器与所述槽体上面对加热器但与所述加热器相隔开的部分之间存在明显的温度差。即便是加热器的温度低于在传导加热条件下所使用的温度的情况下,这也能允许加热器高效工作并且获得较大的热通量??掌湎?8足以防止在加热器与槽体之间产生或是断续的或是偶然的热接触,并且因此除去了通过传导进行的局部传热和不均匀的加热和过热点??掌湎?8的最大尺寸并不是关键的,且在一个实施例中,可以使用渐细的间隙,更大的间隙宽度允许与面对的槽面积相比较加热器表面积更大,结果是传热效率更高。为了避免硅灰石支座19产生传导热损失,所述空气间隙在加热器元件与所述支座的侧面之间还是连续的。尽管被称为单个加热元件,但是应理解在此所使用的术语“加热元件”还包括多于一个的元件。该加热元件是例如由Watlow供应的典型的辐射式加热器。

        由耐火材料如硅灰石制成的另一块隔板21被设置在加热器20下面??扇サ舾酶舭?,从而在进行维护或更换时易于拆卸所述加热器,而不用拆除所述槽。

        所述槽体材料应对于辐射具有较强的吸收能力,或者被涂覆有导热的吸收率较高的涂层,从而使辐射传热最大化。碳化硅和石墨槽材料对于这些应用而言具有可接受的吸收率。

        位于所述至少一个加热元件与所述槽体之间的空气间隙28优选至少为0.5厘米,从而避免在使用中产生偶然热接触。对于实用空间而言,一般使用1厘米的最大空气间隙。

        图2另外示出了又一个优选实施例,其中如本领域中已公知的隔热盖26可被放置在所述槽10的上面,以减小熔融金属的热损失。在一些实施例中,在隔热盖26下面设置一个惰性气体注入装置,且在这些实例中,所述盖上设有适当的密封装置。

        在如图3所示的优选实施例中,所述槽可进一步包括靠近加热元件20的金属或非金属的金属注入阻挡层,例如装配到所述槽体16的外表面上的金属或石墨滤网或多孔薄板30,从而起到金属阻挡层的作用。该滤网可以是金属合金如Fe-Ni-Cr合金。所述金属注入阻挡层应具有热稳定性并且不会被铝润湿,并且能够高效传递辐射热,而不产生损失效应。为此,0.5毫米×0.5毫米大小的筛目尺寸是典型有效的。

        当由导电金属或非金属制成时,通过在阻挡层与金属之间设置一个用于检测槽中的电导率变化的装置,金属注入阻挡层可被用于检测金属漏损。这种检测装置可包括一个浸入槽内金属中的探头32和与金属注入阻挡层相连的电连接装置34,电导率检测装置36被连接在上述二者之间。通常能够检测到非常低的电导率,但是如果发生金属浸渗,那么电导率将会升高且电导率检测装置36将会发出故障信号,从而采取正确的动作。

        本发明的另外一个实施例如图4所示。在该实施例中,硅灰石支座19具有向外渐细的结构40,使得辐射间隙28向外渐细,从而允许在加热器20中产生更大的功率密度,如上面所述。图4中还示出了另外一个实施例,其中与底部加热器20相似的加热器42沿槽16侧面被安装在硅灰石支座44之间。每个加热器均设有辐射间隙46,且在如图所示的设计中,该辐射间隙也有效地渐缩。应该理解,这些侧部加热器可与如图中所示出的底部加热器结合使用,或者单独使用。在一些实施例中还可在所述槽的侧部中使用与底部隔板21相类似的检查盖板(未示出),从而使得易于对所述侧部加热器进行观察。

        本领域已公知的适当的温度控制系统可与本发明的槽结合在一起使用。所述系统可包括设置在一个或多个加热元件20中且在所述槽体16靠近熔融金属18的顶表面的部段中的热电偶。槽加热器控制程序利用两种类型的热电偶的输出来保持精确的熔融金属温度,同时通过限制加热元件20的输出而使加热元件20的寿命得到延长??墒褂靡桓龌蚨喔龅缪挂约尤群捅3植厶迥谌廴诮鹗舻谋砻嫖露?。例如,所述电压可为220伏特或者110伏特。

        在加热器控制程序后面的逻辑电路采用了P.I.D.闭路控制,以便刚好在引入到铸模中之前保持熔融金属温度的精密公差。在美国专利No.6,555,165(Eckert)中披露了一种合适的温度控制系统的实例,所述内容在此作为参考而被引用。

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