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本发明关于用于熔融金属装卸装置(其实例是槽、流槽和其它器皿)的加热和绝热系统。
背景技术：
在处理和传递期间，熔融金属如铝、铝合金和其它金属典型地装卸和/或容纳在各种装置、器皿、槽、流槽和其它容纳和移动/传递装置中。例如，熔融金属槽通常用于传递和容纳熔融金属。
尽管熔融金属含有显著量的内部热，但在许多应用中，合乎需要和/或必要的是提供附加或补充的热至装卸装置中的熔融金属，以便保持熔融金属的期望温度，和/或降低从熔融金属的中心到装卸装置内的融熔金属界面的温差。补充或附加的热可将热供应至且穿过装卸或容纳装置的耐火材料，且至熔融金属自身。
在一些应用中，如果将热添加至熔融金属不被充分控制，则此行业经历金属装卸装置(如，槽)的内表面上的热点，这可引起熔融金属中和装卸装置的耐火材料的内表面上的不合乎需要的问题。平衡利益和考虑在于，为了避免产生热点而减少或缓冲的热供应越多，则大体上该过程的能量效率就越低。
过去解决该问题的尝试包括在加热器元件与装卸装置的耐火材料本体之间产生连续空隙；使用使产品成本潜在过高的较高等级的昂贵材料；以及其它。
在本发明的一些实施例中，还合乎需要的是相对于横跨空气或其它间隙的对流、辐射和/或发射热传递，最大化热传导，这在传导或高传导材料用于所述构造时，趋于提高能量效率。在一些情况中，系统构件的构造导致了所述效率，并且在其它情况中，力的机械施加可给予至各种构件以最小化由于相邻材料的不相似的膨胀和收缩而产生的间隙形成，即，挤压它们或使它们挤压在一起。
技术实现要素：
本发明的一些实施例的目的在于提供一种熔融金属装卸、容纳和/或加热装置，其高效且有效地分配供应至熔融金属的热，同时避免产生热点和其它相关问题。
本发明的一些实施例的又一个目的在于提供此类熔融金属装卸和加热装置，其提供穿过耐火材料本体的底部和/或侧壁的足够的期望热，装置的顶部不需要。
本发明的一些实施例的目的还在于通过传导或传导热传递来最大化热或热传递。
本发明的其它目的、特征和优点将从形成其一部分的说明书、权利要求和附图呈现。在执行本发明的目的时，将理解，其基本特征容易在设计和结构布置上改变，其中仅一个实际且优选的实施例按要求在附图中示出。
附图说明
在下面参照以下附图描述本发明的优选实施例。
图1为本发明的实施例的一个实例的截面视图；
图2为本发明的实施例的另一个实例的截面视图；
图3为具有结合其使用的加热系统的实施例的实例的熔融金属装卸装置、流槽或槽的透视图；
图4a为可在本发明的一些实施例中利用的加热器组件的实例的立面视图；
图4b为图4a中所示的加热器组件的实例的侧视图，其可在本发明的一些实施例中利用；
图5为可在本发明的一些实施例中利用的加热器组件的实例的透视图；
图6为可在本发明的一些实施例中利用的加热器组件的实例的透视图；
图7为可在本发明的一些实施例中利用的加热器组件的实例的透视图；
图8为可在本发明的一些实施例中利用的另一个加热器组件的实例的透视图；
图9为类似于图2中的实例的本发明的实施例的另一个实例的截面视图，其仅具有加热器组件上的相对平的表面；
图10为图2中所示的本发明的实施例的另一个方面的实例的截面视图，其仅具有添加在槽下方的加热器；以及
图11为图9中所示的本发明的实施例的实例的附加方面的截面视图，其仅还包括向内给予在壳上的力来保持或改进热从加热器穿过耐火材料的接触和传导。
具体实施方式
本发明中利用的紧固、连接、制造以及其它手段和构件中的许多种在所述的本发明的领域中是公知的并且广泛使用，并且它们的准确性质或类型对于本领域或本行业中的技术人员理解和使用本发明而言不是必需的；因此，它们将不会非常详细论述。此外，本文中针对本发明的任何特定应用示出或描述的各种构件可按本发明预期改变或变化，并且任何元件的特定应用或实施例的实践可已经在本领域中或由本领域或行业的技术人员公知或广泛使用；因此，两者均将不会非常详细论述。
如本文中的权利要求中使用的用语"一"、"一个"和"该"按照长期以来的权利要求撰写惯例且不以限制方式使用。除非本文中明确提出，否则用语"一"、"一个"和"该"不限于此类元件中的一个，而是改为意味着"至少一个"。
图1为由本发明设想的装卸装置加热系统的实施例的一个实例的截面视图，示出了外壳116、容纳壳体106、具有容纳在其中的加热器线圈108的加热器元件或加热器组件107，以及具有槽体103的槽体底壁103a、第一侧壁103b和第二侧壁103c的耐火材料槽体103。槽壁限定槽102。图1进一步示出了容纳壳体106、绝热层104和底部衬套105。图1示出了提供至耐火材料槽102区域的热114，耐火材料槽102区域为熔融金属将接收热的地方。
在图1中，加热器元件或加热器组件107包括加热器组件本体112内的加热器线圈108。图1示出了该实施例中的加热元件可如何包括具有其中的水平凹槽的加热元件107的向内的面。在图1中所示的实施例中，高温热诱导水泥110用于填充加热元件本体的凸出部分之间的那些凹槽，以确保经由传导更有效地提供热传递，而没有通过加热元件本体部分112和通过置于加热元件本体部分112的面向内的表面112a之间的高温热诱导水泥110的间隙。在其中存在加热元件(如，图1中所示)的表面或界面中的此类凹槽的实施例中，高温热诱导水泥可用于填充那些间隙来提供该实施例中所述的面、界面或内表面。
对于一些应用，在本发明的设想内，加热器组件可包括垂直凹槽(随后的图中示出)，其可类似地填充。在又一些实施例中，加热器元件可设有光滑或平的面、界面或内表面，在该情况下，高温热诱导水泥层可置于加热元件与系统的该特定实施例中的容纳围栏、耐火材料或另外下一层之间，所有都在本发明的设想内。
容纳壳体106可不包括增强的玻璃纤维材料("rfm")，如，由pyrotek,inc(spokane,wa)在其rfm品牌下制造的碳化硅浆料中嵌入的玻璃纤维织物制成的低导热复合材料。例如pyrotek制造的rfm碳化硅的热膨胀系数可为大约4.6x104mm/mm-℃。在其它实施例中，在本发明的实施例的设想内，容纳壳体106或围栏可由钢合金或不锈钢制成。尽管容纳壳体106优选用作围栏或周边隔层来在熔融金属逸出穿过耐火材料的情况下提供一些容纳，但这不是本发明的所有实施例要求的。
在钢合金或不锈钢的使用的情况下，耐火材料本体和/或一个或更多个加热器组件的界面表面趋于由于相应材料的热膨胀差异而分离。已经发现，作为本发明的一些实施例的部分，如果容纳壳体的热膨胀性质与耐火材料本体或一个或更多个加热器组件中的一个或两者的热膨胀性质相关，则容纳围栏与耐火材料本体或一个或更多个加热器组件中的一个或两者的分离减少。热膨胀性质的相关性将在热膨胀和收缩期间减小分离。这在如本文中所述的增强玻璃纤维材料("rfm")的使用中经历。当在本文中使用用语玻璃纤维时，其可包括而不限于传统的玻璃纤维垫，或者其可优选地包括具有孔口的呈平织造垫的形式的高温浸析玻璃。平织造垫中的孔口可具有任何几何形状，如，正方形、圆形、多边形或其它。在其它实施例中，可利用"e"级玻璃布。
附加的隔层或层104可取决于实施例和应用而为许多不同材料中的任何一种或更多种，如，图1中所示的实施例，其利用与包括耐火材料槽103的大约百分之三十五的碳化硅耐火可铸材料组合的大约百分之七十四的碳化硅材料。底层或衬套105可为任何一种或更多种不同材料，如，基于陶瓷纸的衬套、微孔板或其它，其中具体而言没有一种是实践本发明必需的。
与绝热层104组合的图1中所示的耐火材料本体103可由许多不同材料中的任何一种或更多种构成，如，可从pyrotek,inc(spokane,wa)获得的pyrocast220ht耐火可铸材料。pyrocast220ht是基于熔化的二氧化硅和碳化硅(35%的近似百分比)的高性能耐火可铸材料，并且导热率是：752℉下大约0.79w(m-k)[5.5btu-in/ft2/hrof]、1022℉下1.08w/(m-k)[7.5btu-in/ft2/hrof]，以及1292℉下1.45w/(m-k)[10btu-in/ft2/hrof]。
例如，加热器组件107可为如由sandvikheatingtechnology(uk)制造的陶瓷加热面板，其可由sandvik的fibrothal材料制成。
例如，高温热诱导陶瓷水泥(图1中的物件110和图2中的物件144)可从sauereisencompany(pittsburgh,pa)获得，作为其8号electrotempcement(其提供高温水泥，该高温水泥为导热性的，导热率为6.7到8.3btu-in/ft2/hrof)。
应当注意到，本发明不限于一种特定类型或成分的热诱导水泥，而是改为可使用许多不同类型中的任何一种，包括而不限于基于硅酸铝、磷酸盐等的那些，所有都在本发明的设想内。
通过利用加热元件与加热元件与耐火材料槽之间的高温热诱导水泥的组合，系统的热传递实现了较高或改进的能量效率。此外，通过利用例如高温热诱导水泥，热膨胀和/或收缩性质与耐火材料更相容，导致了在将热提供至熔融金属方面的更一致的传导界面和改进的操作效率。
图2为本发明的实施例的另一个实例130的截面视图，示出了外壳146、耐火材料槽体132，其具有槽体132的槽底部132a、第一侧壁132b和第二侧壁132c。图2示出了加热元件或组件140，其具有容纳在加热器组件本体144内的加热线圈141、加热器组件本体144的面向内的表面144a，所有都在外壳146内。
图2示出了本发明的实施例，其中高温热诱导水泥142层设在在其它情况下将是加热器组件本体144之间的凹槽的物件中。高温热诱导水泥142的添加在该实施例中有助于保持与容纳壳体135或围栏的接触，并且提供了高导热率材料来提供从加热器线圈141朝耐火材料槽132的热或能量通路。该实施例中所示的构造提供了加热器组件140中的加热器线圈141与任何相邻或邻接的构件如容纳壳体135之间的间距(经由加热器组件本体部分144)。
图2中的独特构造可利用高磨损冲击耐火可铸材料，如，pyrotek,inc(spokane,wa)制造的pyrocastscm-2600。pyrocastscm-2600具有高导热率：1000℉下的大约6.6w/(m-k)[45.8btu-in/ft2/hrof]、1500of下的7.19w/(m-k)[49.9btu-in/ft2/hrof]，以及2000℉下的7.8w/(m-k)[54.1btu-in/ft2/hrof]。pyrocastscm-2600大体上具有百分之七十四(74%)或更高(76.7%)的碳化硅(sic)内容物中的碳化硅(sic)成分。
图2进一步示出了底部衬套134和容纳壳体135，它们也可包括增强的玻璃纤维材料("rfm")，如，由pyrotek,inc(spokane,wa)在其rfm品牌下制造的碳化硅浆料中嵌入的玻璃纤维织物制成的低导热复合材料。
尽管图1示出了现有的加热元件可如何与填充有高温热诱导水泥110的加热器元件本体112中的凹槽组合利用，但图2示出了没有凹槽，但改为具有在加热器元件或加热器线圈141处、附近或近处的高温热诱导水泥142的连续层的加热器组件本体140。图4b和5示出了加热器组件的面向内的表面可如何为间断的或不具有完全连续表面。
图3为熔融金属装卸装置160的透视图，其在所示应用中是流槽或槽160，其中，加热系统的实施例的实例结合其使用。图3示出了耐火材料槽160，其具有槽内侧壁162b和162c、槽底壁162a、槽内表面164、槽内部161、具有加热器线圈166的加热元件165，以及具有加热器线圈168的加热元件167。
图4a为可在本发明的一些实施例中利用的加热器组件180的实例的立面视图。图4a示出了绝热本体181、加热器组件180的加热器线圈或元件183，以及用于向加热器元件提供期望的电功率的电连接器184。加热器元件180的面上的凹槽185在所示实施例中是水平的。一个此类源包括利用如由sandvikheatingtechnology(uk)制造的fibrothal的单元。
图4b为可在本发明的一些实施例中利用的图4a中示出的加热器组件180的实例的侧视图。图4b示出了加热器元件或加热器线圈183、电连接器184、加热元件本体181，以及加热器本体181中的凹槽185的实例。
图5为可在本发明的一些实施例中利用的加热器组件200的另一个实例的透视图。图5示出了加热元件200可如何包括嵌入在加热元件本体201内的加热器线圈或元件202，其中垂直柱201a从加热元件本体向外突出。在相应的柱201a之间的是垂直通道或凹槽205，其使加热器线圈或元件202暴露，并且提供用于添加其它合乎需要材料，如，高温热诱导水泥的区域(随后的图中示出和论述)。
图6为可在本发明的一些实施例中利用的加热器组件210的实例的透视图。图6示出了加热器本体211，高温热诱导水泥213填充为加热器组件本体211中的凹口或凹槽的物件。加热器本体211具有面向内的表面211a，其将与热诱导水泥213组合，以形成界面表面214，如果热诱导水泥层不放置在界面表面214与耐火材料本体或容纳壳体之间，则界面表面214典型地将邻接抵靠耐火材料本体或容纳壳体。柱211a是与加热器本体211的其余部分相同或相似的材料，然而凹槽或槽口内的材料是不同材料，如，高温热诱导浆状材料或水泥213。
因此，图6导致了加热元件的表面或界面，该表面或界面可包括热传送穿过其的不相似材料的交错的柱。例如，高温热诱导水泥213将具有一个导热率和一组性质，然而加热元件本体柱211a将具有与高温热诱导水泥213不相似的一组性质。这具有的效果在于产生不同于加热元件210的前表面是相同材料的连续平表面的情况的交替或分布式的热传递分布(通过传导)。
图7为可在本发明的一些实施例中利用的加热元件220的实例的透视图。图7示出了加热元件本体221，其具有加热器组件本体的垂直凹槽221a和面向内的表面221b、填充凹槽221a的高温热诱导水泥223，以及覆盖面向内的表面221b和高温热诱导水泥223的面向内的表面的高温热诱导水泥的附加层222。
图8为图7中所示的加热器组件220的实例的备选构造的透视图，并且其可在本发明的一些实施例中利用。图8示出了其中没有任何垂直凹槽或柱的加热元件本体221，但其中高温热诱导水泥的附加层222覆盖加热元件的表面或界面。
图9为本发明的实施例的另一个实例130的截面视图，示出了具有槽本体132的槽底部132a、第一侧壁132b和第二侧壁132c的耐火材料槽本体132。图8示出了加热元件或加热器组件140，其中加热线圈141容纳在加热元件本体144内。
图9示出了类似于图2的本发明的实施例，其中仅高温热诱导水泥149层设在加热器组件140的相对平或光滑的表面与可铸耐火材料本体132之间。相似标号的物件与图2中的相同，并且这里将不会重复。因此，图9示出了本发明的一个实施例的构造，其中加热器组件的界面表面148邻接高温(和高热导率)热诱导层149的层(其可为如本文中别处所述的高温热诱导水泥，或者其可为邻接热诱导层的一些其它材料)。尽管图1和2示出了现有的加热元件可如何与填充有高温热诱导水泥110的加热器元件本体112中的凹槽组合利用，但是图9示出了没有凹槽(例如，如图4b中所示)，但改为具有在加热器元件141处、附近或近处的高温热诱导水泥149的连续层的加热器组件140。在该情况下，高温热诱导水泥中的后者149允许加热器线圈141置于加热器组件140的面向内的表面148处或附近。
在可用于该类应用的典型加热器组件中，加热器线圈从加热器组件的表面退回或间隔开，例如，该表面与容纳壳体或围栏邻接或对接，或者与耐火材料本体邻接或对接。将典型地对接的加热器面板组件上的柱(如图5中的柱201a)将大体上具有较低导热率。可添加在本发明的实施例中的高温热诱导水泥可具有较高导热率，这改进了本发明的实施例中的加热系统的效率。该类构造将具有改进的系统能量性能，同时保持了加热器组件内的加热器线圈和界面的间距。然而，在本发明的其它实施例中，如图9中所示，其中加热器线圈与加热器组件的外表面或界面之间的间距被消除，高温热诱导水泥层更有效地传送热，而不会产生非期望的热点和其它不合乎需要的结果。
图10为图2中所示的本发明的实施例的另一个方面的实例的截面视图，其仅还包括定位在槽的底壁(或底板)下方或作为其一部分的加热器151。在其中加热器用在槽下方的本发明的方面中，替代了加热器与槽之间的层为绝热物，类似于图2中的物件134，其将改为导热层152。应当注意，如果使用底部加热器151，则取决于特定应用，可或可不利用传导层152。在未利用传导层的情况中，则可优选添加一些附加的容纳层或围栏来在熔融金属逸出穿过耐火材料的情况下来用于附加保护。与图2相似标号的物件也被示出，并且将不会在本文中再次重复或描述。
图11为图9中所示的本发明的实施例的实例的附加方面的截面视图，其仅进一步包括向内给予在壳体上的力来保持或改进热从加热器穿过耐火材料第一侧壁132b和第二侧壁132c的接触和传导。在其中期望最大化加热器140(穿过热诱导层149)与容纳壳体135之间的热传导的实施例中，可合乎需要的是给予力154来保持紧密接触来最大化传导，尤其是在使用的材料中的任一种可由于各种层之间的材料的热膨胀差异而产生小间隙的情况下。许多已知的压机或力感生装置153,153a中的任一种可用于将向内的力给予在槽壳体的相对壁上，其中具体而言没有一个是实践本发明必需的。压机可从零件服务的开始使用，或者其可在整个使用寿命中分段实施，以试图保持最大材料连续性来最大化热传导。与图9相似标号的物件也被示出，并且将不会在本文中再次重复或描述。
如本领域的技术人员将认识到的，存在本发明的许多实施例，以及可使用的元件和构件的改型，所有都在本发明的范围内。例如，在一个实施例中，熔融金属装卸装置包括：具有大体上限定内腔的底部和两个侧壁的外壳；外壳内的一个或更多个加热器组件，各个加热器组件包括：具有面向内的表面的加热器组件本体，面向内的表面包括凹口；与加热器组件本体的面向内的表面间隔开的加热器组件本体内的加热器线圈；限定具有底壁、第一侧壁和第二侧壁的熔融金属运载腔的可铸耐火材料本体，可铸耐火材料本体邻接一个或更多个加热器组件；并且其中热诱导水泥设置在加热器组件本体的面向内的表面中的凹口内，便于传导热从加热器线圈穿过热诱导水泥传递至耐火材料本体。
除前段中公开的之外的另外和/或附加的实施例可为熔融金属装卸装置：进一步其中，热诱导水泥具有不同于一个或更多个加热器组件本体的面向内的表面的导热率；还包括一个或更多个加热器组件与耐火材料本体之间且邻接它们的容纳壳体；进一步其中，容纳壳体由增强的玻璃纤维材料制成；进一步其中，加热器组件本体的面向内的表面和设置在加热器组件本体的面向内的表面中的凹口内的热诱导水泥组合成便于传导热从加热器线圈传递至耐火材料本体；进一步其中，容纳壳体的热膨胀性质与加热器组件本体的面向内的表面和设置在加热器组件本体的面向内的表面中的凹口内的热诱导水泥的热膨胀性质相关，以在热膨胀和收缩期间减少分离；进一步其中，容纳壳体的热膨胀性质与加热器组件本体的面向内的表面和设置在加热器组件本体的面向内的表面中的凹口内的热诱导水泥的热膨胀性质相关，以在热膨胀和收缩期间减少分离；并且/或者，进一步包括设置成将向内的力给予在外壳的两个侧壁上而足以朝耐火材料本体压缩加热器组件本体的面向内的表面的压机。
除前面第二段中公开的之外的另外和/或附加的实施例或方面可包括熔融金属装卸装置：进一步其中，加热器组件的面向内的表面和设置在加热器组件的面向内的表面中的凹口内的热诱导水泥的组合组合成形成传导界面表面，其中可能的另外的方面包括传导界面表面与耐火材料本体之间的热诱导水泥层，并且在其中容纳壳体在耐火材料本体与加热器组件之间的实施例中，热诱导水泥层在容纳壳体与传导界面表面和/或耐火材料本体中的一个或两者之间。
在本发明的各种实施例中，容纳壳体的热膨胀性质可与传导界面表面之间的热诱导水泥层的热膨胀性质、加热器组件界面和/或耐火材料本体的热膨胀性质相关，这在本发明的设想内。
在本发明的另一个实施例中，提供了熔融金属装卸装置，其包括：具有大体上限定内腔的底部和两个侧壁的外壳；外壳内的一个或更多个加热器组件，各个加热器组件包括连续的面向内的表面，以及加热器组件本体内且邻近面向内的表面的加热器线圈；具有底部和两个侧壁的容纳壳，容纳壳在一个或更多个加热组件的面向内的表面内并且邻接其；夹在容纳壳与一个或更多个加热器组件的面向内的表面之间的热诱导水泥层；以及限定具有底壁、第一侧壁和第二侧壁的熔融金属运载腔的可铸耐火材料本体，可铸耐火材料本体在容纳壳体内并且邻接其。
除前段中公开的之外的附加和/或另外实施例为：进一步其中，容纳壳体由增强玻璃纤维材料制成；并且/或者进一步其中，容纳壳体的热膨胀性质与传导界面表面与耐火材料本体之间的热诱导水泥层的热膨胀性质相关，以在热膨胀和收缩期间减少分离。
在又一个实施例中，提供了熔融金属装卸装置，其包括：由大体上限定内腔的底部和两个侧壁限定的外壳；可铸耐火材料本体，其限定具有底壁、第一侧壁和第二侧壁的熔融金属运载腔；一个或更多个加热器组件，各个加热器组件包括：具有邻接容纳壳体的两个侧壁的界面表面的加热器组件本体，加热器组件本体具有加热器组件热膨胀系数；耐火材料本体与一个或更多个加热器组件之间的容纳壳体，容纳围栏具有容纳壳体热膨胀系数；其中加热器组件热膨胀系数与容纳壳体热膨胀系数相关，使得两者相容，由此在热膨胀和收缩期间减少分离。
除前段中描述的之外的附加和/或另外实施例为：进一步其中，容纳壳体由增强的玻璃纤维材料制成；并且/或者进一步其中，容纳壳体的热膨胀性质与耐火材料本体的热膨胀性质相关以在热膨胀和收缩期间减少分离。