槽型感应炉的制作方法
【专利摘要】本发明包括双环式槽型感应炉，该双环式槽型感应炉的底部具有：在其炉膛的第一侧上的基部；和斜面，该斜面从基部升高以终止在在通道上方的、远离第一侧的位置处的高台中。斜面和高台至少部分地在炉的相对的端壁之间延伸，并且高台包括沟道，所述沟道至少部分地在高台的相对的端部之间延伸。沟道与通道流体连通，并且沟道的底部定位在一平面中，所述平面高于炉底定位在其中的平面。炉底的基部借助炉底通道与中央通道流体连通，炉底通道从炉底的基部经由斜面在沟道下方延伸到中央通道。
【专利说明】槽型感应炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及在熔融或熔炼金属时使用的槽型感应炉，特别涉及熔炼在金属和炉渣的表面上漂浮的颗粒材料时使用的感应炉。
【背景技术】
[0002]装填有在表面上漂浮的颗粒材料的传统的槽型感应炉设计为具有较深的金属熔池。之所以这样是因为在熔融金属的熔池的顶部上的渣层上漂浮的颗粒材料是不良的散热器，这导致较高的金属温度和加热的金属返回到槽型加热器内的再循环。如果炉设计为利用浅的金属熔池工作，这导致熔融金属过热和耐火材料衬里的损坏。浅的熔池还导致较冷的区域，熔化速率在较冷的区域中比在直接位于槽型加热器上方的区域中慢得多。
[0003]另一方面，深的金属熔池具有缺点:更多金属必须被保持在炉中，导致相比于使用浅的熔池时热损失更大，以及不必要的高的加工负载。当使用深的金属熔池时，在金属泄漏的情况下，金属损失、对设备的损坏和对人员的危险也不必要地增大。
[0004]另外，在具有深的金属熔池的感应炉中，在炉工作过程中在炉中形成强的对流。这导致在一些区域中颗粒材料不稳定的迅速熔化，而在其他区域中没有熔化发生。已经发现，在工作时利用深的金属熔池来熔化颗粒材料导致熔化迁移区域，换句话说，熔化发生的区域在炉中到处运动，导致不稳定的流动和熔化状态。
[0005]在南非专利2002/10025中说明的、克服这种问题的之前的尝试是成功的，但成本
和启动问题导致这种方案很难在实践中应用。
[0006]本发明包括在南非临时专利申请号2010/07936和2010/08674中描述的发明的改进，这些文献的全部说明书通过参考在此被包含并包含在这里所附的附件A和B中，以完整地形成本申请的主题的一部分。
[0007]发明目的
[0008]本发明的目的是提供槽型感应炉和液态金属流的控制装置，该装置至少部分地克服了上述问题。
【发明内容】
[0009]根据本发明提供了 一种双环式槽型感应炉，其包括衬有耐火材料的壳体,并具有炉底和壁，所述壁从炉底延伸以形成炉膛，至少一个感应加热器与炉相连并借助在炉底中的喉管与炉膛连通，所述喉管包括用作通向感应加热器的入口的中央通道和用作感应加热器的出口的在中央通道的相对侧上的两个侧通道，所述喉管的通道互补地成形且配置到在感应加热器中的槽并且每个通道与互补的槽流体连通，炉底具有:在炉膛的第一侧上的基部；和斜面，所述斜面从基部升高以终止在在通道上方的、在远离第一侧的位置处的高台中，斜面和高台至少部分地在炉的相对的端壁之间延伸，高台包括沟道，所述沟道至少部分地在高台的相对的端部之间延伸，沟道与通道流体连通，并且沟道的底部位于一平面中，所述平面高于炉底所处的平面，并且炉底的基部借助炉底通道与中央通道流体连通，炉底通道从炉底的基部经由斜面在沟道下方延伸到中央通道。
[0010]还将感应加热器和高台设置成位于与炉的第一侧相对的第二侧。
[0011 ] 还将炉膛设置成具有工作深度，所述工作深度与液态金属的弯月液面对应，所述弯月液面可操作地定位成足够高以利用液态金属覆盖高台。
[0012]还将炉设置成包括至少一个出渣口，所述至少一个出渣口优选定位在炉的端壁中，并且还优选定位成在高台的高度上方。
[0013]根据本发明的其他特征，提供一种操作如上面所限定的容纳液态金属熔池的炉的方法，所述方法包括:邻近炉膛的第一侧将进料装填入炉膛，以使液态金属弯月面升高到高台上方，借助感应加热器加热液态金属熔池，和将熔融的液态金属从炉排出，和将进料装填入炉膛，以大体保持高台被液态金属覆盖。
[0014]根据本发明的其他特征，通过提供了一种在如上所限定的炉中控制液态金属熔池的加热的方法，所述方法借助以下步骤:将液态金属的深度控制在高台上方，以控制加热的金属从感应加热器经由沟道的流动距离。
[0015]根据本发明的其他特征，提供了一种在如上所限定的炉中控制液态金属熔池的加热的方法，所述方法包括优选通过确保在高台上方距离炉的第二侧约600mm的区域没有进料，而将被液态金属熔池支撑的进料堆的大小控制为小于预定的临界大小。
[0016]本发明的这些和其他特征在下面被更详细地描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]只通过实例且参考附图描述本发明的实施例，在附图中:
[0018]图1是根据本发明的炉的炉膛的部分剖视的俯视透视图；
[0019]图2是图1的炉膛的剖视透视侧视图；和
[0020]图3是图2的示出相对于液态金属熔池和被其支撑的进料的工作液面的视图。【具体实施方式】
[0021]附图中示出了根据本发明的槽型感应炉(I)的优选实施例的一部分。如在附图中示出的，炉(I)包括底部(2)和端壁(3A、3B)以及从底部延伸的侧壁(4A、4B)，侧壁形成炉膛(5)。双环式感应加热器(出于简化的原因未被示出)被固定到炉(I)的基底(14)并经由在炉底(2)中的喉管(6)与炉膛(5)连通。
[0022]喉管(6)包括中央通道(8)，该中央通道用作进入感应加热器的入口。喉管(6)还包括在中央通道(8)的相对侧上的两个侧通道(7，9)，这两个侧通道用作感应加热器的出口。炉(I)具有大体矩形形状，且中央通道(8)和两个侧通道(7，9)沿炉底(2)的长度定位
成一直线。
[0023]炉底(2)包括:邻接第一侧壁(4A)的、邻近炉膛(5)的第一侧的基部(10);和斜面
(11)，该斜面从基部(10)升高以终止在邻近炉膛(5)的第二侧的高台(12)中。炉膛(5)的第二侧定位在炉(I)的相对侧处、邻接第二侧壁(4B )、在喉管通道(7，8，9 )上方。
[0024]斜面(11)和高台(12)在炉(I)的相对的端壁(3A，3B)之间延伸。高台(12)包括在端壁(3A，3B)之间延伸的沟道(13A，13B)。沟道(13)与喉管通道(7，8，9)流体连通。沟道(13)的底部定位成在炉膛(5)中比炉底(2)的基部(10)高。[0025]炉底(2 )的基部(10 )借助连接通道(15 )与中央通道(8 )流体连通，连接通道从炉底的基部(10)经由斜面(11)在高台(12)中的沟道(13)下方延伸到中央通道(8)。
[0026]在使用中，液态金属在感应加热器的槽中借助这些槽中的电磁感应电流的电阻被加热。较冷的金属经由中央通道(8)、从液态金属熔池的底部通过连接通道(15)被抽吸而进入中央槽，而加热的金属从两个外槽经由外喉管通道(7，9)向高台(12)排出。这是已知技术不需要额外说明。
[0027]以下设计:在加热的液态金属从侧通道(7，9)排入炉膛(5)之后在炉底(2)上的斜面(11)和高台(12)引导加热的液态金属，被认为是最佳的并且至少部分地通过附壁效应(Coanda effect)来描述。
[0028]这种效应描述了气态或液态的流体附着到在孔(流体从该孔以流的形式排出)附近的表面的趋势。该效应的重要部分是流体的主流夹带或吸入来自周围的更多流体的趋势。因此，从喷嘴排出的流体倾向于遵循在附近的弧形表面，甚至达到围绕角部弯曲的位置，如果表面或角度有曲率，表面使流不会太尖锐。
[0029]这种情况的结果是流体的流型受流体在其上流动的表面的影响。流体的流型也受流体在其内流动的介质的影响。在本实例中，流动的流体是加热金属，而介质是温度较低的液态金属。在流动的流体和介质之间的相互作用导致流动的流体散开到介质内并且通过介质受影响地流动，就像其是柱状流体。本发明允许操控流型，以确定炉料的熔化在哪里发生。
[0030]通道(7，9)和沟道(13)成形为形成平滑的轨迹，以用于将加热的液态金属流在高台(12)上方向炉(I)的端壁(3A，3B )水平引导。每个侧通道(7，9 )通入沟道(13)的与其对应的部分(13A，13B)，并且加热的液态金属从每个侧通道(7，9)的流动因而被沟道(13)的自身的对应部分向最接近的端壁(3A，3B)引导。加热的液态金属在高台(12)上方流动并沿斜面(11)向下，在被支撑的进料(17)下面、在被支撑的进料(17)和液态金属熔池(18)之间的界面(20)下方熔化并与在炉膛(5)中的液态金属熔池(18)混合。进料(17)以一定角度放置在液态金属熔池(18)上，如液态金属熔池(18)上的进料(17)的上表面(21)所示的。
[0031]已经发现，通过将沟道(13)的底部升高到炉底(2)的基部(10)上方并通过将液态金属熔池的液面(16 )控制在高台(12 )上方，加热的液态金属的流型能被控制。
[0032]还发现，通过将金属熔池的液面16改变为在高台(12)的上方，加热的液体金属在高台(12)上方和向下在被支撑的进料(17)下的流型被改变。因此在工作中能通过反复尝试来改变加热的液体金属的流型，从而改变被支撑的进料(17)的熔型(me 11 ing pattern )。因此在实践中确定了某一最佳液面。影响材料的熔型的另一方法是改变炉(I)中的材料
(17)的量，从而改变金属弯月面(19)(其不支撑进料(17))的宽度和液态金属和被支撑的进料(17 )之间的接触表面区域(20 )。
[0033]改变炉(I)中的进料(17)的量进一步影响对深度(被液态金属熔池(18)支撑的进料(17)将液态金属(18)移置到该深度)的改变，这也影响炉(I)中的熔型。
[0034]对于每个炉(I)且根据其具体尺寸和感应加热器的功率已经确定了存在在炉膛
(5)中的液态金属的液面和进料(17)的量的最佳组合，该组合允许加热的液态金属从感应加热器进行最佳分配。就加热的液态金属进入液态金属熔池(18)的分配被最好的散开这方面而言这是最佳的。这意味着液态金属熔池(18)借助来自感应加热器的液态金属被非常均匀地加热，并且沿炉(I)的长度的融化速率是一致的。
[0035]应该理解上述实施例不意图限制本发明的范围，并且能包括不背离本发明的范围的对实施例的改变。
[0036]例如能在沟道达到炉的端壁之前就终止沟道。这允许加热的液态金属远离中央通道、围绕邻近壁的区域更均匀地散开。还能将这种情况与加宽的沟道结合，同时保持其深度，以减缓液态金属流的速度。
[0037]还应理解沟道允许金属流沿弧形方向、甚至向下被引导，这是意外的，因为加热的金属通常由于其较低的密度在液态金属熔池中上升。无需沟道被覆盖就实现这种情况，即，沟道不是传统方式的管或导管。如果沟道保持相同高度，那么加热流体流能被引导经过很长的距离。
[0038]因此沟道可在任何出口上方使用，以控制来自该出口的流的方向和距离。
【权利要求】
1.一种双环式槽型感应炉，其包括衬有耐火材料的壳体，并具有炉底和壁，所述壁从炉底延伸以形成炉膛，至少一个感应加热器与所述感应炉相连并借助在所述炉底中的喉管与炉膛连通，所述喉管包括用作通向所述感应加热器的入口的中央通道和用作所述感应加热器的出口的在所述中央通道的相对侧上的两个侧通道，所述喉管的通道互补地成形且配置到在所述感应加热器中的槽并且每个通道与互补的槽流体连通，所述炉底具有:在炉膛的第一侧上的基部；和斜面，所述斜面从所述基部升高以终止在在通道上方的、在远离第一侧的位置处的高台中，所述斜面和所述高台至少部分地在所述感应炉的相对的端壁之间延伸，所述高台包括沟道，所述沟道至少部分地在所述高台的相对的端部之间延伸，所述沟道与所述通道流体连通，并且所述沟道的底部可操作地位于一平面中，所述平面高于炉底所处的平面，并且所述炉底的基部借助炉底通道与所述中央通道流体连通，所述炉底通道从所述炉底的基部经由斜面在所述沟道下方延伸到所述中央通道。
2.根据权利要求1所述的双环式槽型感应炉，其中所述感应加热器和所述高台位于与所述感应炉的第一侧相对的第二侧。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的双环式槽型感应炉，其中所述炉膛具有工作深度，所述工作深度与液态金属的弯月液面对应，所述弯月液面可操作地定位成足够高以利用液态金属覆盖所述高台。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的双环式槽型感应炉，其包括至少一个出渣口，所述至少一个出渣口优选定位在所述感应炉的端壁中，并且还优选定位成在所述高台的高度上方。
5.一种在如权利要求1-4中所述的双环式槽型感应炉中控制液态金属熔池的加热的方法，所述方法借助以下步骤:将液态金属的深度控制在所述高台上方，以控制加热的金属从所述感应加热器经由所述沟道的流动距离，其中，液态金属在所述高台上方的液面比导致较短流动距离的临界深度深，并且液态金属在所述高台上方的液面大约是导致较长流动距离的临界深度，并且在所述高台上方的液态金属的液面低于导致较短流动距离的临界深度。
6.一种在如权利要求1-4中所述的双环式槽型感应炉中控制液态金属熔池的加热的方法，其包括将被液态金属熔池支撑的进料堆的大小控制为小于预定的临界大小。
7.一种在如权利要求1-4中所述的双环式槽型感应炉中控制液态金属熔池的加热的方法，其包括确保在所述高台上方的金属熔池的表面保持大体不被进料覆盖。
8.一种根据权利要求5-7中任一项或多项所述的控制液态金属熔池的加热的方法。
9.一种操作如权利要求1-4所述的容纳液态金属熔池的炉的方法，所述方法包括:邻近炉膛的第一侧将进料装填入炉膛，以使液态金属弯月面升高到所述高台上方，借助感应加热器加热液态金属熔池，将熔融的液态金属从所述感应炉排出，和将进料装填入所述炉膛，以大体保持所述高台被液态金属覆盖。
10.如权利要求9中所述的操作炉的方法，其包括如权利要求5-7中任一项或多项所述的控制液态金属熔池的加热。
【文档编号】F27B3/20GK103518115SQ201280020009
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年2月29日 优先权日:2011年3月1日
【发明者】路易斯·约翰尼斯·福里 申请人:路易斯·约翰尼斯·福里