专利名称：高效感应熔化系统的制作方法
要求优先权本申请要求1999年11月12日提交的美国临时申请No.60/165.304和2000年4月14日提交的美国申请No.09/550.305作为优先权。
如图2所示，磁场引起负荷电流1在导体材料外圆柱形表面上流动，并且线圈电流11在图2所示的线圈导体的内表面上流动。在普通熔炉内的炉缸由陶瓷材料制成，并且一般不是导电的。熔炉的效率由下列公式计算等式(1)η=11+D1D2•ρ1ρ2•Δ2Δ1]]>其中η＝熔炉效率D1＝线圈内部直径D2＝负荷外部直径P1＝线圈绕阻材料的电阻率(铜)P2＝负荷的电阻率(熔体)Δ1＝铜绕组中的电流穿透深度；Δ2＝负荷中的电流穿透深度电流穿过的深度(Δ)是表示有下述公式限定的材料特性的函数等式(2)Δ=k•ρf•μ]]>其中p＝电阻率(欧姆.米)f＝频率(赫兹)；u＝导磁率(尺寸相对值)；Δ＝穿过深度(米)；在等式(2)中常数503表示无因次参数。
因为电流不穿过深入到线圈的低电阻铜材料中，当熔料是铁时，一般的线圈有效性大约为80％。熔化低电阻材料，例如铝(一般的电阻率是2.6×10-8欧姆.米)，镁或铜合金的熔炉有更低的效率，大约65％。因为由于电损失而导致的明显的加热，感应线圈应当是水冷的，即，线圈由铜管12制成，并且水基冷却剂通过这些管。当熔化铝，镁及其合金时，水的出现会有额外的危险。在炉缸破裂时，水可能进入熔融的铝中，并且会发生剧烈的化学反应，其中铝和水中的氧结合，释放自由氢，这会引起爆炸。水和镁之间的接触也会导致爆炸和着火。当在普通的水冷熔炉中熔化铝或镁时，需要特别小心。
经常，在一种称作“叠式熔炉(STACK FURNACE)”的煤气加热炉中熔化铝废料。如图3“叠式熔炉”由两个腔室组成，一干腔室20和一湿腔室21。利用一负载传送料斗22装载废料18，所述料斗沿图3表示的箭头将废料卸载到干腔室20。所述废料由来自气体燃烧器23的火焰熔化。熔融的金属从干腔室20的下部出口24流入湿腔室21内的浴槽内，其中由第二气体燃烧器26提供额外的热量。
本发明的一个目的是通过增加负载的电阻改进感应炉的效率，增加负载的电阻是通过使用高温导电材料制成的炉缸或高导磁率的高温材料作为负荷来实现的。本发明的另一目的是通过减少感应线圈的电阻来改进感应炉的效率，减少感应线圈的电阻是通过使用彼此绝缘的多个铜导体电缆线束作为线圈实现的。本发明的再一个目的在于适当地选择操作频率以产生感应炉的最佳效率。
本发明的又一个目的是提供具有熔炉和电源的高效感应熔化系统，其不使用水冷，但能有效地气冷。本发明的再一个目的是使用本发明的高效感应熔化系统来熔化金属废料和铸模，并提供连续的熔融金属源以进行加工，这种加工与感应熔化系统是一体进行的。
发明概述广义上讲，本发明是一种用于熔化金属物料的感应炉。所述感应炉有以基本上由高电阻或高导磁率的材料制成，优选由硅化碳或高导磁率的钢制成。至少一个感应线圈围绕所述炉缸。所述线圈由彼此绝缘的多个导体的电缆线束构成。一隔离套筒电、热绝缘由至少一个感应线圈制成的炉缸。优选，所述隔离套筒是一种复合陶瓷材料，例如两层陶瓷之间的气泡陶瓷。
铜特别适合于用作导体，因为其兼具高导电性和较高的熔化点。电缆的特别优选的形式是李兹线(Litz)，其中每个绝缘的导体这样组织在一起，即，每个导体连续地在电缆的横截面占据所有可能的位置，以最小化集肤效应并在导体之间均匀分布电源。
另一方面，本发明是一种感应熔化系统，其用于熔化金属物料。这种系统至少有一个电源。所述容纳金属物料的炉缸主要由一种高电阻的材料或高导磁率的材料，优选为硅化碳或高导磁率的钢制成。至少一个感应线圈围绕围绕炉缸。所述线圈由彼此绝缘的多个铜导体的电缆线束构成。一隔离套筒电和热使炉缸与至少一个感应线圈绝缘。优选所述隔离套筒是一种复合陶瓷材料，例如两层陶瓷之间的气泡陶瓷。优选所述感应熔化系统是由气源气冷的，所述气源大致冷却电源的每个部件和线圈。所述金属物料放置在炉缸中。从至少一个电源供应电流至至少一个线圈以感应加热炉缸。热量从炉缸通过辐射或传导传递到金属物料，并且熔化金属物料。
另一方面，本发明是一种感应熔化系统，用于从包含重金属夹杂物的金属废料中分离金属。所述系统包括至少一个电源。干腔室感应炉包括一个个炉缸用于容纳金属废料。所述炉缸主要由高电阻率或高导磁率的材料制成，优选为硅化碳或高导磁率的钢。至少一个感应线圈围绕炉缸。所述线圈由多个导体的电缆线束构成，优选为彼此绝缘的大量铜导体。一隔离套筒使炉缸与至少一个感应线圈电和热绝缘。优选所述隔离套筒是一种复合陶瓷材料，例如例如两层陶瓷之间的气泡陶瓷。干腔室感应炉包括从熔炉中运出熔融金属的装置，优选通过在熔炉底部的槽进行。湿腔室感应炉接受从干腔室感应炉中出来的熔融金属。所述湿腔室感应炉具有由类似于干腔室感应炉中的炉缸的材料、高电阻或高导磁率的材料制成的炉缸，至少一个感应线圈类似于干腔室感应炉中的线圈，并且隔离套筒与干腔室感应炉中的隔离套筒相类似地放置。所述感应熔化系统还包括用于除去来自干腔室熔炉的感应室的重金属夹杂物的装置，优选是铰接的底部，其能打开以释放夹杂物。干腔室熔炉的盖可以包括输送管用于排除在干腔室熔炉的炉缸内熔融金属产生的烟。振动传送器能用于将金属废料至入干腔室熔炉的传送器内。额外的湿腔室熔炉能设有传输装置，优选为流水槽系统，以从干腔室熔炉向任何一个湿腔室熔炉中选择性地传输熔融金属。优选干腔室熔炉或湿腔室熔炉或两个熔炉都是由单一气源气冷的，所述气体连续冷却至少一个电源的部件和至少一个与干腔室熔炉或湿腔室熔炉或两个熔炉相连的感应线圈。金属废料放置在干腔室感应熔炉的干腔室炉缸中。来自至少一个电源的电流流至至少一个围绕干腔室炉缸的感应线圈内，以感应加热炉缸。热量从炉缸传递至金属废料，由此生产出熔融金属，其从干腔室熔炉中流出，选择性地到达湿腔室感应炉的湿腔室炉缸内。来自至少一个电源的电流到达至少一个适当围绕湿腔室炉缸之一的感应线圈，以感应加热炉缸。热量从炉缸传递至炉缸内的熔融金属。一个或多个湿腔室炉缸能从相连的湿腔室感应炉中移出。
在又一方面，本发明是一种用于从熔融金属铸造铸模的感应炉。所述系统有至少一个电源。一密封的炉缸容纳并加热熔融金属。所述炉缸主要由高电阻率或高导磁率的金属制成，优选为硅化碳或高导磁率的钢。至少一个感应线圈围绕炉缸。所述线圈由彼此绝缘的多个铜导体的电缆线束构成。一隔离套筒电和热使炉缸与至少一个感应线圈绝缘。优选所述隔离套筒是一种复合陶瓷材料，例如两层陶瓷之间的气泡陶瓷。一种适当的但不限于此的陶瓷复合材料是铝基或硅基陶瓷。一管优选有一个凸缘端部，穿过炉缸的密封件并部分浸入熔融的金属浴中。一模制件在管的凸缘端对准，这样其门与管的开口相重合。在密封的炉缸上有一个开口用于连接控制的加压气体至炉缸的内部。优选所述感应熔化系统是由气源气冷的，所述气源大致冷却电源的每个部件和线圈。所述金属物料放置在炉缸中并且炉缸是密封的。从至少一个电源供应电流至至少一个线圈以感应加热炉缸。热量从炉缸传递到金属物料，熔化金属物料并保持金属熔化。加压气体通过气体出口喷入密封腔室，以对炉缸的内部加压，并迫使熔融的金属通过管，进入模腔。当铸模内填充有熔融的金属时，炉缸的内部受压，铸模从管的有凸缘的端部移出。
在再一方面，本发明是一种用于连续供应熔融的金属的感应熔化系统。所述系统有至少一个电源。一密封的炉缸容纳并加热熔融金属。所述炉缸主要由高电阻率或高导磁率的金属制成，优选为硅化碳或高导磁率的钢。至少一个感应线圈围绕炉缸。所述线圈由彼此绝缘的多个铜导体的电缆线束构成。一隔离套筒电和热使炉缸与至少一个感应线圈绝缘。优选所述隔离套筒是一种复合陶瓷材料，例如两层陶瓷之间的气泡陶瓷。入口管道有一在密封的炉缸外侧的接收端和在密封的炉缸内侧的相反的端部，所述相反的端部浸入熔融金属浴中。出口管道伸入密封的炉缸中，有一端浸入熔融的金属浴中，另一相反端部位于炉缸的外侧。在密封的炉缸上有一个开口用于连接控制的加压气体至炉缸的内部。优选所述感应熔化系统是由气源气冷的，所述气源大致冷却电源的每个部件和线圈。熔炉喂入物料由来自炉缸的热传递进行加热，炉缸通过至少一个围绕炉缸的感应线圈进行感应加热。加压气体通过气体出口喷入密封腔室，以对炉缸的内部加压，并迫使熔融的金属通过出口管，到达出口端。出口管道可以是虹吸管，其能保持来自炉缸的熔融金属的连续流，而不需要维持炉缸内的连续的压力。可以在虹吸管出口管道提供一个气体出口，用于喷射气体到出口管道以打破熔融金属的连续流动特性。
从所附的说明书和权利要求书很明显可以得知本发明的这些方面。
图1是表示感应熔化系统的附图，所述感应熔化系统包括一炉缸和整流器；图2是围绕炉缸的铜感应线圈的截面图，所述炉缸内部有导电材料；图3是包括干腔室和湿腔室的叠式熔炉，所述物料传送料斗用于将物料卸载到干腔室内；图4是示出用在本发明的感应炉内的高电阻率的炉缸内的电流分布的截面图；图5(a)是用在本发明的感应炉内的加捻的多个铜导体构成的电缆线束的立体图；图5(b)是图5(a)所示的电缆的截面视图；图5(c)是制造电缆线束的绝缘铜导体的截面图；图6(a)是本发明的感应炉的截面图，具有较高的电阻率，感应线圈在图5(a)中示出；图6(b)是图6(a)所示的隔离套筒的截面视图6(c)是示出流过电源和用于本发明的感应熔化系统的感应线圈的空气流；图7是本发明感应熔化系统的一个实施例的电路的电路图；图8(a)是本发明的用于从金属废料中分离金属的感应熔融系统的横截面图；图8(b)是与本发明的感应熔化系统一起使用的干腔室熔炉底部的一个实施例的立体图；图8(c)是图8(b)的剖面线A-A所表示的干腔室熔炉的底部剖视立体图；图9是本发明的感应熔化系统的立体图，用于从金属废料中分离金属，其中设有两个湿熔炉腔室用于储存熔融的金属，在湿熔炉腔室中的炉缸是轻便式的；图10是本发明的感应熔化系统的截面图；图11是本发明的用于提供连续的熔融金属的感应熔化系统的截面图；图12是本发明的用于提供连续的熔融金属的感应熔化系统的截面图，其中熔融金属从炉缸中流出；图13是本发明的用于加热连续的工件的感应隧道式加热系统的立体图；图14是本发明的用于加热单个工件的感应加热系统的立体图。
发明详述如果能增加负载的电阻率，就能改进由等式(1)和等式(2)表示的感应炉的效率。通过将电磁场连接到炉缸上而非金属本身上可以增加熔炉内负载的电阻率，所述熔炉用于熔化高导电性金属，例如铝、镁或铜合金。所述陶瓷炉缸可以由高温、导电且具有较高电阻率的材料替代。硅化碳(SiC)是一种具有这些性能的材料，即电阻率大致为10～104欧姆·米。电阻率大致在3000～4000欧姆.米的硅化碳组合物特别适于本发明。或者，所述炉缸可以由钢做成。例如高导磁率的铁磁钢，导磁率在5000左右。在此情况下，不是取决于高电阻率，高导磁率会导致电流较深地穿过。图4示出炉缸27内的电流28的分布，这会产生高的总电阻的效果。当炉缸的壁厚大约为电流穿入炉缸的深度的1.3至1.5倍时，可以取得最好的效果。在此情况下，高导电性的熔融金属29的分流作用可以最小化。
通过减小线圈的电阻率可以实现额外的对感应炉的效果的改进。高导电性的铜广泛地用作线圈绕阻的材料。然而由于铜的高导电性(低电阻)，电流集中在面对负载的线圈表面的线圈电流的薄层上，如图2所示。电流穿过的深度由等式(2)给出。由于层相当薄，特别是在频率提高的情况下。有效的线圈电阻可以高过铜和铜线圈的整个横截面区域的电阻率。这会明显地影响熔炉的效率。不使用实心管导体，本发明的一个实施例使用彼此绝缘的多个铜导体卷绕而成的电缆17，如图5(a)，5(b)，5(c)所示。在图5(c)中示出了一绝缘的铜导体14，具有一绝缘件16，其使铜导体15与周围的导体相绝缘。在电子工业中已知的电缆是李兹线。其能确保在每个单个的铜线的直径明显小于等式(2)给出的电流穿入深度Δ1时，在铜导体横截面内的电流的均匀分布。对于本申请，适当的，但不限定于此，铜绞线的根数大约在1000至2000之间。也可以采用不同于李兹线的结构，只要不脱离本发明的构思。
适当地选择操作频率可以产生感应炉的最佳效率。所述频率选择的标准基于电流在高电阻率的炉缸和铜线圈中的穿过深度。所述两个标准是Δ1＞＞d1；并且Δ2≈1.2d2其中d1＝李兹线的铜绞线的直径，d2＝炉缸壁的厚度。
例如，当铜绞线的直径为d1＝0.01英寸，并且硅化碳壁的厚度d2＝2.0英寸时，最佳的频率是3,000HZ.以此选择，线圈中的相应的电损失可以减少至2.2％，其大于标准感应炉的15倍。
可接受地，但不限定于如此，根据本发明的的熔炉的参数选定为，d1在0.2到2.0米的范围内，d2在0.15到1.8米的范围内，并且频率在1000至5000Hz的范围内。
这种频率的增加或线圈损失的减少，以及由此导致的线圈加热的减少，消除了对水基冷却系统的需要。相反，通过感应线圈的合理的气流足以除去线圈产生中产生的热量。熔炉炉缸能与线圈良好地绝缘，以使由于热传导而导致的热损失和加热铜绕组最小化。
现参照附图，其中相同的标号表示相同的部件，在图6(a)中示出了根据本发明的高效感应熔融系统33的一个实施例。所述感应熔融系统33包括高电阻率或高导磁率的容纳金属物料31的炉缸30。所述高电阻率或高导磁率是通过使用由高电阻率的材料(p＞2500微欧·厘米)，诸如硅化碳或高导磁率的钢来实现的。所述熔炉材料的选择取决于待熔化的材料的性质。对于铝或铜合金，硅化碳是较好的炉缸材料，而对于镁或镁合金，钢可以是炉缸材料较好的选择。所述炉缸30由线圈32的电流产生的磁场加热，所述线圈由李兹线制成。所述热的炉缸由隔离套筒34与线圈热和电绝缘。所述隔离套筒由高强度的复合陶瓷材料构成，所述复合陶瓷材料包括一个或多个内层35和外层36，填充有有良好绝热性能的气泡陶瓷37。所述隔离套筒的蜂房式结构提供了必要的强度和绝热性能。所述隔离套筒的电绝缘特性，以及其低的导磁性能确保在隔离套筒的内部没有可察觉到的感应热的产生。其使热量集中在炉缸30的内部，在隔离套筒34的热绝缘的内侧，这改进了感应熔化系统33的效率并减少了线圈32的发热。
本发明的一个实施例包括一个整流器39，其将三相标准的线电压，例如220，280，或660转变成单相电压，频率在1000至3000Hz.所述整流器可以包括电源半导体二极管41，硅可控整流器(SCR)40，电容42，电感器43和46，和控制电子元件。在图7中示出了整流器的一种实施形式的示意图。所有的整流器的半导体元件通过热交换器44进行气冷。也可以使用其它的转换电流系统和机电系统。
在本发明的一个实施例中，所述整流器39相邻于感应线圈32安装。如图6(a)和图6(b)所示，一气流47(如由箭头表示的来自外吹风机)47喂入整流器，其中冷空气先冷却半导体的热交换器44，然后电容，电感器和其它元件。所述整流器壳体是受正压力的，以放置铸造厂的灰尘进入电子元件。所述气流从电源39的后壁上的开口48出来，流过线圈室38以带走线圈的热量。在图6(c)中，为了清楚地示出通过感应熔化系统的气流47，所述感应熔化系统33用虚线表示。
为了熔化所包含的废料79，本发明的另一个实施例包括一个感应废料熔炉78，其包括两个感应加热的熔炉，一个形成以干腔室50，另一个形成一湿腔室60，如图8(a)所示。干腔室熔炉所选择的元件类似于图6(a)所示出的感应熔化系统的部件。例如，所述干腔室包括高电阻率的导电的壁51，所述壁能通过外部的低电阻率的李兹线圈52中的电流感应加热。所述腔室的壁通过陶瓷套筒53与线圈电和热绝缘。与图6(a)所示出的感应熔化系统不同，干腔室的底部54包括一个槽55(在图8(b)和图8(c)可以更清楚地看出，熔融金属通过所述槽可以从干腔室流入湿腔室60。
可以有重金属夹杂物，例如铁或钢(一般是当再熔带有铝套插入件的铝发动机组时)的铝废料在振动式传送器49的帮助下填充入干腔室的开口部分。熔炉的倾斜的盖56具有一排气管57。由于感应熔炉78不燃烧燃料，唯一的容器是盛装金属废料的容器。因次通过连接到熔炉盖56的排气管57上的排除系统(附图未示出)能很容易地排除。
所述铝废料79通过来自干腔室壁51的辐射而被加热。随着所装载的物料预热并且熔化，所述金属废料79朝向底部移动。熔融的金属通过底部的槽55到达湿腔室60。所述未熔化的钢夹杂物和非金属浮渣留在干腔室底部54。
在本发明的另一个实施例中，所述干腔室的底部54铰接在铰接件58上。一个支撑所述干腔室的圆柱体59能倾斜底部，以将浮渣和重钢余料移入渣料斗77中。所述渣料斗77和圆柱体59在图8(a)中用虚线示出表示当底部54打开时，其所在的位置。所述湿腔室60类似于前述的感应加热的熔炉。
图9示出本发明的另一个实施例，其中感应堆叠炉的干腔室熔炉70能连接两个湿腔室炉71和72。一可转动的流水槽73引导金属流离开干腔室进入湿腔室中的一个。所述腔室以这种形式构造，即带有熔融金属的炉缸74可以通过降低熔炉或提高感应线圈从湿腔室感应炉中移出。所述带有熔融金属的炉缸可以送入工厂周围的铸造站或送到其他的工厂。因此通过干腔室炉70可以连续地供应熔融的金属，其中金属在炉缸中分布。
图10示出本发明的感应熔化系统的另一个实施例。在此实施例下，熔炉覆有移密封盖80，通过该密封盖一高温管81可以进入金属浴中。在另一端，管81有一凸缘连接到铸模82上，所述铸模可以是永久性的铸模，或是砂模，铸模内的进料门与管相连。压力气体通过口85喷入盖80和金属浴表面87之间的熔炉内。额外的压力迫使熔融金属31提升浇铸管81并将熔融的金属注入铸模的模腔84内。在铸模和浇铸管之间的窄的入口86在铸模能够从凸缘上移动之前冷冻。所述熔炉降压，并且管中多余的金属回到熔融的金属浴中。为了用熔融的金属重新填充熔炉，盖80能被抬起。
本发明的感应熔化系统能用于从感应炉中提供连续的熔融金属。如图11所示，高炉喂入材料放置在高温入口管道91的接收器96内。入口管道91的出口端(与接收器96相对)位于熔融金属浴87的表面的下方，优选与炉缸30的壁相邻，以实现从炉缸壁到输入管道的高的热传输率。喂入的材料，取决于特定的炉设计和操作条件，可以从不纯的固体金属变化至金属浆或至低温下能熔融的金属。高炉喂入材料通过入口管道91到达出口端97进入炉缸，在炉缸内进一步熔化并与出来的熔融金属31相混合。
高温出口管道92提供了从炉缸30连续引导熔融金属的方式。如图11和图12所示，出口管道的部分包括炉缸的内壁。完全与内壁分离的管道可以使用。从适当源(附图未示出)出来的控制的加压气体通过口85喷射入封闭的容积，所述容积由炉缸和盖组件和熔融金属浴的表面界定。所述气体保持在金属浴上的压力，以迫使熔融金属通过出口管道92离开炉缸。
在图12示出的另一个实施例中，出口管道93形成虹吸管，其使得感应熔融系统能通过出口管道的出口94提供来自炉缸30的连续的金属流，无需通过口85的连续的气体压力。出口管道93的出口94能与指引浇铸线相对准，运输熔炉或其它这样的容器，以在熔融金属从出口管道出来时接受熔融金属。可以设有口95以在压力进入出口管道93时，注入足够的气体量，这样可以在连续的熔融金属流中产生气体中断。可以使用一个阀98控制流入出口管道的气体流。两个不连续的中断的熔融金属流可以流回炉缸，而另一中断的熔融金属流流出出口94。当连续的熔融金属流从出口通道流出时，在通向出口管道93的入口95内能维持一小的正压力。虹吸管和气体中断以停止流动的优点在于，其可避免使用串联的机械泵或阀，这些机械泵或阀会由于在泵送期间熔融金属的冷冻和流动的中断而导致的快速实效。
在图13示出的另一实施例中，根据本发明的高效感应加热系统33a采用隧道式烘炉的形式，通过所述隧道式烘炉，连续的工件90，例如金属废料，线或其他连续的代加热的物体能由一机械传输系统(图中未示出)沿由箭头表示的方向(未示出)运送通过烘炉。在此实施例中，所述烘炉管道炉缸30a，由隔离套筒34a围绕。所述线圈32a是围绕隔离套筒34a的外部卷绕的并且连接到适当的电源整流器上(如图13)所示。一般，上述的炉缸30，线圈32和整流器39和隔离套筒34适用于炉缸30a，线圈32b和图13未示出的电源整流器和隔离套筒34a。在另一实施例中，隧道式烘炉的纵向部分包括炉缸30a的纵向部件和隔离套筒34a，并且线圈32a的部分可以选择性地从隧道式烘炉的其它部分上除下，这样通过沿垂直于工件通过隧道式烘炉移动的方向移动隧道式烘炉，隧道式烘炉能从工件90的周围移除。通过铰接的和/或本领域中已知的互锁电接触元件(例如爪形接点)的设置，可以实现在可移除的线圈部分中的选择性的电连续性。
在图13所示出的隧道式烘炉的变动形式中，根据本发明的封闭的高效感应加热系统33b能通过下述步骤而形成封闭图14所示出的隧道式烘炉的第一端92，如图14所示插入待在工件传输系统96上加热的单个的工件94，封闭烘炉的第二端部98。烘炉的封闭端92和98由成分类似于隔离套筒34a的材料形成。或者如果不使用封闭端92和98，工件传输系统96是连续的传输系统，其移动多个位于传送器上的单个的工件94，可以实现高效感应加热系统，以连续供应单个的工件。
前述实施例并不用于限制本发明的保护范围。本发明的保护范围在所附的权利要求书中。
权利要求
1.一种用于熔化金属物料的感应炉，其包括一用于容纳所述金属物料的炉缸，所述炉缸主要由高电阻率或高导磁率的材料制成；至少一个感应线圈，所述感应线圈包括多个彼此隔离的导体的电缆线束，所述至少一个感应线圈围绕所述炉缸；和一个电和热绝缘且导磁率较低的隔离套筒，所述隔离套筒将所述炉缸与所述至少一个感应线圈分离开来。
2.如权利要求1所述的感应炉，其特征在于，所述炉缸由硅化碳或高导磁率的钢制成。
3.如权利要求1所述的感应炉，其特征在于，所述隔离套筒包括一种复合陶瓷材料。
4.如权利要求3所述的感应炉，其特征在于，所述复合陶瓷材料包括位于至少一内陶瓷层和至少一外陶瓷层之间的气泡陶瓷。
5.一种用于熔化金属物料的感应熔化系统，其包括至少一个电源，其包括用于以选定的频率提供交流电源的反相器；一用于容纳所述金属物料的炉缸，所述炉缸主要由高电阻率或高导磁率的材料制成；至少一个感应线圈，所述感应线圈包括多个彼此隔离的导体的电缆线束，所述至少一个感应线圈围绕所述炉缸；和一个使所述炉缸与所述至少一个感应线圈电和热绝缘的隔离套筒；其中由所述至少一个感应线圈中的选定频率的电流产生的磁场穿透进入炉缸材料内的深度在炉缸的一半厚度到整个厚度之间，所述磁场穿入导体材料的深度大于导体的厚度，并且所述磁场穿入隔离套筒材料的深度大于隔离套筒的厚度；在所述至少一个感应线圈内的电流产生的磁场与所述炉缸感应藕合，以用从炉缸传递过来的热量加热所述炉缸，熔化所述金属物料。
6.如权利要求5所述的感应熔化系统，其特征在于，所述炉缸由硅化碳或高导磁率的钢制成。
7.如权利要求5所述的感应熔化系统，其特征在于，所述隔离套筒包括一种复合陶瓷材料。
8.如权利要求7所述的感应熔化系统，其特征在于，所述复合陶瓷材料包括位于一内陶瓷层和一外陶瓷层之间的气泡陶瓷。
9.如权利要求5所述的感应熔化系统，其特征在于，所述至少一个电源和所述至少一个感应线圈是气冷的。
10.如权利要求5所述的感应熔化系统，其特征在于，所述至少一个电源相邻于所述至少一个感应线圈安装。
11.如权利要求10所述的感应熔化系统，其特征在于，一气流大致冷却所述至少一个电源的部件和所述至少一个感应线圈。
12.如权利要求5所述的感应熔化系统，其特征在于，所述至少一个电源以选定的频率操作，使得在所述至少一个感应线圈内的电流穿入深度明显大于每个铜导体的直径，并且电流在所述炉缸内的穿入深度大致为所述炉缸的厚度的1.2倍。
13.一种熔化金属物料的方法，所述方法包括以下步骤将金属物料放置在大致由高电阻率或高导磁率材料制成的炉缸内；通过供应选定频率的电流到至少一个感应线圈而感应加热所述炉缸，所述所述感应线圈包括多个彼此隔离的导体的电缆线束，所述至少一个感应线圈围绕所述炉缸并通过一个隔离套筒与所述炉缸电和热绝缘；和通过将热量从所述炉缸传导至所述金属物料而熔化所述金属物料；其中由所述至少一个感应线圈中的电流产生的磁场穿透进入炉缸材料内的深度在炉缸的一半厚度到整个厚度之间，所述磁场穿入每个导体材料的深度大于每个导体的厚度。
14.一种用于从包含重金属夹杂物的金属废料中分离金属的感应熔化系统，其包括至少一个电源；一干腔室感应炉，用于接收和加热所述金属废料，以产生熔融金属，所述干腔室感应炉还包括用于容纳和加热所述金属废料的干腔室炉缸，所述炉缸大致由高电阻率和高导磁率的材料形成，以限制电流在有磁场的情况下穿入所述炉缸的深度；至少一个感应线圈，所述感应线圈包括多个彼此隔离的导体的电缆线束，所述至少一个感应线圈围绕所述干腔室炉缸；和一个隔离套筒，所述隔离套筒使所述干腔室炉缸与所述至少一个感应线圈电和热绝缘；其中由电流在所述至少一个连接到所述至少一个电源上感应线圈内的电流感应藕合到所述干腔室炉缸上以加热所述干腔室炉缸，加热是由来自所述干腔室炉缸的热量进行的，以由所述金属废料生产所述熔融金属；用于从所述干腔室感应炉中运出所述熔融金属的装置；一湿腔室感应炉，通过所述运出熔融金属的装置接受所述熔融金属，所述湿腔室感应炉还包括用于容纳熔融金属的湿腔室炉缸，所述炉缸大致由高电阻率和高导磁率的材料形成，以限制电流在有磁场的情况下穿入所述炉缸的深度；至少一个感应线圈，所述感应线圈包括多个彼此隔离的导体的电缆线束，所述至少一个感应线圈围绕所述湿腔室炉缸并连接到所述至少一个电源上；和一个隔离套筒，所述隔离套筒使所述湿腔室炉缸与所述至少一个感应线圈电和热绝缘；和用于从所述干腔室感应熔炉中移出重金属夹杂物的装置。
15.如权利要求14所述的感应熔化系统，其特征在于，所述干腔室熔炉和所述湿腔室熔炉大致由硅化碳或高导磁性的钢制成。
16.如权利要求14所述的感应熔化系统，其特征在于，所述用于干腔室感应炉的隔离套筒和用于湿感应炉的隔离套筒是复合陶瓷材料。
17.如权利要求16所述的感应熔化系统，其特征在于，所述复合陶瓷材料包括位于至少一内陶瓷层和至少一外陶瓷层之间的气泡陶瓷。
18.如权利要求14所述的感应熔化系统，其特征在于，所述至少一个电源和所述至少一个干腔室感应炉以及湿腔室感应炉的感应线圈是气冷的。
19.如权利要求14所述的感应熔化系统，其特征在于，所述至少一个电源相邻于所述至少一个感应线圈安装，并且其中所述至少一个电源、所述至少一个干腔室感应炉和所述湿腔室感应炉的至少一个线圈是气冷的。
20.如权利要求19所述的感应熔融系统，其特征在于，气流连续冷却所述至少一个电源的部件和至少一个感应线圈。
21.如权利要求14所述的感应熔融系统，其特征在于，所述从干腔室感应炉运送所述熔融金属到所述湿腔室感应炉的装置包括在所述干腔室感应炉底部的槽。
22.如权利要求14所述的感应熔融系统，其特征在于，所述用于移走重金属夹杂物的装置包括在所述干腔室感应炉内的铰接的底部。
23.如权利要求22所述的感应熔融系统，其特征在于，所述用于移走重金属夹杂物的装置包括一圆柱体和一渣料斗，所述圆柱体支撑所述铰接的底部以选择性地打开所述铰接的底部，所述渣料斗用于当所述铰接的底部打开时接受所述重金属夹杂物。
24.如权利要求14所述的感应熔化系统，其中所述干腔室感应炉具有一个盖，所述盖包括一个用于排出由于加热所述废料金属而产生的烟。
25.如权利要求14所述的感应熔化系统，其还包括在所述干腔室熔炉内放置所述金属废料的振动式传送器。
26.如权利要求14所述的感应熔化系统，其还包括，一个或多个湿腔室感应炉，并且其中所述用于从干腔室感应炉运出所述熔融金属到所述湿腔室熔炉的装置包括用于从所述干腔室传送熔融的金属的传输装置。
27.如权利要求26所述的感应熔化系统，其中，所述传输装置用于从所述干腔室感应炉有选择地在所述湿腔室感应炉和所述一个或多个湿腔室感应炉中传输熔融金属。
28.如权利要求26所述的感应熔化系统，其中，所述干腔室炉缸可以从所述干腔室感应炉上拆除。
29.如权利要求14所述的感应熔化系统，其中，所述至少一个电源以选定的频率操作，使得电流在所述干腔室感应炉和湿腔室感应炉内的所述至少一个感应线圈内穿入的深度明显大于所述干腔室感应炉和是腔室感应炉的每个铜导体的直径，并且电流在所述干腔室炉缸内的穿入深度大致等于所述炉缸厚度的1.2倍。
30.一种用于从包含重金属夹杂物的金属废料中分离金属的方法，所述方法包括以下步骤将上述金属废料放置在大致由高电阻率或高导磁率的材料制成的炉缸内；通过向至少一个感应线圈供应电流而感应加热所述干腔室炉缸，所述感应线圈包括多个彼此隔离的铜导体的电缆线束，所述至少一个感应线圈围绕所述炉缸，并且电和热绝缘所述干腔室炉缸；通过从所述干腔室炉缸向所述熔融金属传导热量而熔化所述金属废料；有选择地从所述干腔室炉缸将熔融的金属运出到一个或多个大致由高电阻率或高导磁率的湿腔室炉缸内；通过向至少一个感应线圈供应电流而感应加热所述一个或多个湿腔室炉缸，所述感应线圈包括多个彼此隔离的铜导体的电缆线束，所述至少一个感应线圈围绕所述一个或多个湿腔室炉缸，并且电和热绝缘所述湿腔室炉缸；通过从湿腔室炉缸向所述熔融金属物料传导热量而加热所述一个或多个湿腔室炉缸内的熔融金属。
31.根据权利要求30所述的方法，其还包括步骤从所述一个或多个湿腔室熔炉中移出一个或多个湿腔室炉缸。
32.一种用于从熔融金属浇铸出一铸模的感应炉，其包括至少一个电源；用于容纳并加热所述熔融金属的炉缸，所述炉缸大致由高电阻率或高导磁率的材料制成，以限制电流在有磁场的情况下穿入所述炉缸的深度；用于密封所述炉缸的内部的密封装置；至少一个感应线圈，其包括多个彼此隔离的铜导体的电缆线束，所述至少一个感应线圈围绕所述高电阻率的炉缸；和一个隔离套筒，用于使所述高电阻率炉缸与所述至少一个感应线圈电和热绝缘；一个管通过所述密封装置伸出，所述管包括浸入所述熔融的金属的第一端和一个与所述第一端相对的凸缘端；所述铸模放置在所述凸缘端上，所述铸模的入口与所述管的开口对准；和所述密封装置内的开口，用于将压力气体注入所述炉缸的内部，以在所述炉缸内对着所述熔融金属的表面施加一个压力；其中所述熔融金属被迫通过所述管内的开口进入所述铸模的入口以填充所述铸模的模腔。
33.如权利要求32所述的感应炉，其中所述炉缸大致由硅化碳或高导磁率的钢制成。
34.如权利要求32所述的感应炉，其中所述隔离套筒是一种复合陶瓷材料。
35.如权利要求34所述的感应炉，其中所述复合陶瓷材料包括位于至少一陶瓷内层和至少一陶瓷外层之间的气泡陶瓷。
36.如权利要求32所述的感应熔融系统，其中所述至少一个电源和所述至少一个感应线圈是气冷的。
37.如权利要求32所述的感应熔融系统，其中所述至少一个电源相邻于所述至少一个感应线圈安装。
38.如权利要求37所述的感应熔化系统，其中，气流连续冷却所述至少一个电源的部件和至少一个感应线圈。
39.如权利要求32所述的感应炉，其中所述至少一个电源以选定的频率操作，使得电流在所述至少一个感应线圈内穿入的深度明显大于多个铜导体中的每一个的直径，并且电流在所述炉缸内的穿入深度大致等于所述炉缸厚度的1.2倍。
40.一种由熔融的金属浇铸铸模的方法，其包括以下步骤将上述熔融的金属放置在大致由高电阻率或高导磁率的材料制成的炉缸内；密封所述炉缸的内部；通过向至少一个感应线圈供应电流而感应加热所述炉缸，所述感应线圈包括多个彼此隔离的铜导体的电缆线束，所述至少一个感应线圈围绕所述炉缸，并且电和热绝缘所述炉缸；通过从所述炉缸向所述熔融金属传导热量而加热所述熔融金属；将所述铸模放置在通过所述炉缸伸出的管的凸缘端，这样所述铸模的入口位于所述凸缘端的开口处；使所述管的与凸缘端相对的一端浸入熔融的金属中；将气体注入所述炉缸中以对所述炉缸的内部加压，并迫使熔融的金属通过所述管进入所述铸模内；用熔融的金属填充所述铸模；使所述炉缸降压，并且将所述铸模从所述管上移开。
41.一种用于提供连续的熔融金属的感应熔化系统，其包括至少一个电源；用于容纳和加热所述熔融金属的炉缸，所述炉缸大致由高电阻率或高导磁率的材料制成，以限制电流在有磁场的情况下穿入所述炉缸的深度；密封所述炉缸内部的密封装置；至少一个感应线圈，所述感应线圈包括多个彼此隔离的铜导体的电缆线束，所述至少一个感应线圈围绕所述炉缸；和一个隔离套筒，使所述炉缸与所述至少一个感应线圈电和热绝缘；一个从所述密封装置伸出的入口管道，所述入口管道有一个浸入所述熔融金属中的出口端和一个与所述出口端相对的接受端，所述接受端设置成接受连续供应的喂入物料到所述熔融金属内；一个出口管道，穿过所述密封装置伸出，所述出口管道有浸入所述熔融金属的第一端和与所述第一端相对的出口端；和在所述密封装置内的口，用于将压力气体注入所述炉缸的内部以在所述炉缸内对着所述熔融金属的表面施加一个力；其中，所述熔融金属连续通过所述出口管道并离开所述出口管道的出口端。
42.如权利要求41所述的感应熔化系统，其中所述出口管道形成虹吸管，以在没有对着所述炉缸内的熔融金属的表面施加的力的情况下，从所述炉缸引出熔融金属的连续流。
43.如权利要求41所述的感应熔化系统，其还包括在所述出口管道内的一个口，用于将压力气体注入所述出口管道内，以在所述连续流内形成气体中断，由此中断所述连续的熔融金属流。
44.如权利要求41所述的感应熔化系统，其特征在于，所述炉缸基本上由硅化碳或高导磁率的钢制成。
45.如权利要求41所述的感应熔化系统，其特征在于，所述隔离套筒是复合陶瓷材料。
46.如权利要求45所述的感应熔化系统，其特征在于，所述复合陶瓷材料包括位于至少一陶瓷内层和陶瓷外层之间的气泡陶瓷。
47.如权利要求41所述的感应熔化系统，其特征在于，所述至少一个电源和所述至少一个感应线圈是气冷的。
48.如权利要求41所述的感应熔化系统，其特征在于，所述至少一个电源相邻于所述至少一个感应线圈放置。
49.如权利要求48所述的感应熔化系统，其特征在于，一气流连续冷却所述至少一个电源的部件和所述至少一个感应线圈。
50.如权利要求41所述的感应熔化系统，其特征在于，所述至少一个电源以选定的频率操作，使得电流在所述至少一个感应线圈内穿入的深度明显大于多个铜导体中的每一个的直径，并且电流在所述炉缸内的穿入深度大致等于所述炉缸厚度的1.2倍。
51.一种连续提供熔融金属流的方法，所述方法包括以下步骤连续供应喂入物料到密封的炉缸内，所述炉缸大致由高电阻率或高导磁率的材料制成；通过向至少一个感应线圈供应电流而感应加热所述炉缸，所述感应线圈包括多个彼此隔离的铜导体的电缆线束，所述至少一个感应线圈围绕所述炉缸，并且电和热与所述炉缸绝缘；通过从所述炉缸向所述熔融金属传导热量而加热所述喂入物料；将一出口管道部分浸入在所述熔融金属内，以从所述出口管道的出口连续引出熔融金属，所述出口管道从所述封闭的炉缸伸出。
52.如权利要求51所述的方法，其还包括以下步骤，连续注入压力气体到所述封闭的炉缸，以连续迫使熔融金属通过在所述出口管道上的出口。
53.如权利要求52述的方法，其还包括以下步骤，将压力气体注入封闭的炉缸，以通过所述出口管道进行熔融金属的连续排出。
54.如权利要求53所述的方法，其还包括将压力气体注入出口管道，以中断所述熔融金属连续排出的步骤。
55.一种加热金属的工艺，所述工艺包括以下步骤将所述金属放在一容器内，所述容器大致由高电阻率或高导磁率的材料制成；通过向至少一个感应线圈内供应电流而感应加热所述容器，所述感应线圈包括多个彼此隔离的导体的电缆线束，所述至少一个感应线圈围绕所述容器，并且通过一个隔离套筒与所述容器电或热绝缘；调整电流的频率，使得所述电流产生的磁场的穿入深度在容器厚度的一半到容器的整个厚度的范围内，并且所述磁场穿入所述多个导体的每个导体材料的深度大于多个导体中的每个导体的厚度；并且通过从所述容器向所述金属传导热量而加热所述金属。
56.如权利要求55的方法，其特征在于，所述容器大致由硅化碳或高导磁率的钢制成。
57.一种用于加热连续的工件的感应炉，其包括一个形成通道的炉缸，连续的工件可以通过所述通道移动，所述炉缸大致由高电阻率或高导磁率的材料制成，至少一个感应线圈，其包括彼此隔离的多个导体的电缆线束，所述至少一个感应线圈围绕所述炉缸；和一个低导磁率的电和热绝缘隔离套筒，其将所述炉缸与所述至少一个感应线圈分离开来。
58.一种用于加热连续的工件的感应炉，其包括一大致封闭的炉缸，其具有一选择性地封闭的开口，其中一单独的工件能在所述炉缸内移动，所述炉缸大致由高电阻率或高导磁率的材料制成；至少一个感应线圈，其包括彼此隔离的多个导体的电缆线束，所述至少一个感应线圈围绕所述炉缸；一个低导磁率的电和热绝缘隔离套筒，其将所述炉缸与所述至少一个感应线圈分离开来；和一个传送系统，用于将单个的工件移入和移出所述炉缸。
59.一种用于加热多个单独的工件的感应炉，其包括；一隧道状的熔炉；一包括连续的传送器的传送系统，所述传送器通过所述隧道状熔炉的隧道，所述连续的传送器运送多个单独的工件通过所述隧道至少一个感应线圈，其包括彼此隔离的多个导体的电缆线束，所述至少一个感应线圈围绕所述炉缸；一个低导磁率的电和热绝缘隔离套筒，其将所述炉缸与所述至少一个感应线圈分离开来。
全文摘要
一种感应熔化系统(78)使用由高电阻率或高导磁率的材料制成的炉缸(50)和一个或多个感应线圈(52)以形成一感应炉,所述感应线圈包括多个彼此隔离的铜导体组成的电缆线束,所述感应炉与一相连的电源一起提供一结构紧凑的设计。所述系统部件是气冷的,无需水冷。所述感应熔融系统特别适用于从金属废料(79)中分离金属,直接从感应炉浇铸铸模,并提供连续的熔融金属源。所述感应系统可以是隧道的形式或封闭的用于加热工件的烘炉的形式。
文档编号H05B6/24GK1364394SQ00802682
公开日2002年8月14日 申请日期2000年11月10日 优先权日1999年11月12日
发明者O·S·费什门, J·H·莫蒂默, J·T·伯什, R·A·兰劳弗, A·马弗罗迪恩 申请人:应达公司