УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДУЦИРОВАНИЯ ПОТОКА В РАСПЛАВЛЕННОМ МАТЕРИАЛЕ
DEVICE FOR FLOW INDUCTION IN FUSED MATERIAL

Настоящее изобретение относится к устройству для индуцирования потока в расплавленном материале. В частности, но не исключительно, изобретение относится к устройству, содержащему конструкцию для установки электромагнитного индукционного возбуждающего узла на резервуар для хранения расплавленных материалов. Изобретение также относится к установочной пластине для установки электромагнитного индукционного возбуждающего узла на резервуар для хранения расплавленных материалов.
Является известным обеспечение печей для плавления и очистки металлических материалов, включающих алюминий или другие материалы. Печи также использовались для переработки металлолома.
Допускается, что процесс плавления и очистки может быть усовершенствован посредством перемешивания расплавленного металла в печи. Перемешивание расплавленного металла распределяет тепло более равномерно во всем расплаве и таким образом улучшает эффективность процесса. Где дополнительные материалы в твердом состоянии, такие как металлолом для переработки и/или добавки, вводятся в расплав в печи, перемешивание может способствовать более быстрому смешиванию материала в твердом состоянии с расплавом.
Является известным обеспечение перемешивающего устройства в виде электромагнитного индукционного узла (типа линейного индукционного двигателя), расположенного ниже печи в горизонтальной плоскости рядом с нижней стенкой печи. Магнитное поле, созданное индукционным узлом, воздействует через относительно толстую стальную пластину и внутреннее огнеупорное покрытие на нижней части печи для медленного перемешивания расплавленного материала в горизонтальной плоскости с целью распределения тепла равномерно во всем расплаве. Однако предполагается, что такая обработка расплавленного металла может иметь недостатки, по меньшей мере, в определенных применениях. Например, когда дополнительный материал металлолома или легирующие добавки, такие как кремний, вводятся в печь поверх расплава, перемешивающее действие, обеспеченное электромагнитным индукционным узлом, значительно не способствует смешиванию нового материала металлолома/добавок равномерно во всем расплаве. Часто материал металлолома/добавка бывает довольно легким (особенно кремниевая добавка), который будет просто плавать на поверхности расплава, когда он перемещается в горизонтальной плоскости, нежели чем, например, тонуть в расплавленном металле, где он может быть расплавлен и смешан намного быстрее и эффективнее. Еще раз, металлолом с большим отношением площади поверхности к массе (например, размельченные алюминиевые банки для напитков) будет просто плавать сверху расплава и становиться скорее окислившимся, чем погруженным в ванну, для того, чтобы быть расплавленным и переработанным эффективным образом.
Более того, для того чтобы перемешивать металл, необходимо, чтобы индукционный узел обеспечивал магнитное поле с большой величиной проникновения, которое проходит через конструкцию печи для проникновения в расплавленный материал в печи. Это требует работы индукционного устройства на очень низких частотах, как правило 1 Гц. Следовательно, скорость перемешивания является относительно низкой.
Заявитель предложил в WO 03/106908 устанавливать электромагнитный индукционный узел на наклонную стенку порта печи для индуцирования потока или перемешивания в расплавленном металле, имеющего как вертикальную, так и горизонтальную составляющую. Эта конструкция может использоваться для способствования втягиванию отходов или добавок в расплавленный материал для содействия смешиванию. Как описано, электромагнитный индукционный узел устанавливает циркуляционный поток материала в печи посредством создания направленного вниз потока материала на одном конце. Так как не требуется, чтобы электромагнитное поле проникало в расплавленный материал настолько глубоко, насколько с ранее известными конструкциями, является возможным использовать электромагнитный индукционный узел, способный работать при частотах вплоть до 60 Гц, но который создает более поверхностное магнитное поле. Это является предпочтительным, так как он обеспечивает относительно быстрые скорости потоков, подлежащие достижению, приводя к улучшенной гибкости смешивания. Направление магнитного поля также может быть обратным, и система может использоваться для извлечения расплавленного материала из печи посредством перемещения тонкоизмельченного материала вверх по наклонной стенке и в желоб для извлечения.
В предложенной заявителем системе электромагнитный индукционный узел работает при относительно высокой частоте по сравнению с ранее известной системой, а глубина магнитного поля является сравнительно небольшой. В качестве результата, не является возможным установить индукционный узел на резервуар, используя толстую стальную пластину и огнеупорную конструкцию, как использовались в ранее известной конструкции, так как это предотвращало бы проникание магнитного поля в расплавленный материал на достаточную глубину. Взамен индукционный узел устанавливается на резервуар посредством тонкой металлической твердосплавной пластинчатой конструкции, выполненной из нескольких отдельных плиток. Хотя было доказано, что этот способ установки индукционного узла является эффективным при использовании, он является сложным и трудоемким для выполнения. Дополнительный недостаток заключается в том, что печь не может использоваться со снятым индукционным узлом, пока индукционный узел не заменен замещающей пластиной для обеспечения целостности печи. Соответственно, если необходим ремонт или заменена индукционного узла, часто требуется выключить печь.
В таком случае существует потребность в усовершенствованном устройстве для индуцирования потока в расплавленном материале, в котором некоторые или все недостатки предшествующих известных конструкций преодолены или по меньшей мере уменьшены. В частности, существует потребность в усовершенствованном устройстве для индуцирования потока в расплавленном материале, имеющем усовершенствованную конструкцию для установки электромагнитного перемешивающего узла на резервуар для хранения расплавленного материала.
Также существует потребность в усовершенствованной установочной пластине для установки и электромагнитном возбуждающем узле для резервуара для хранения расплавленного материала, который преодолевает или по меньшей мере уменьшает некоторые или все недостатки предшествующих известных конструкций установочных пластин.
Предложено устройство для индуцирования потока в расплавленном материале, при этом устройство содержит порт печи (резервуар) с огнеупорным покрытием для хранения расплавленного материала, имеющий наклонную стенку и область с уменьшенной толщиной в огнеупорном покрытии, установочную пластину из немагнитного материала, разъемно установленную на упомянутую наклонную стенку и проходящую в области с уменьшенной толщиной, электромагнитный индукционный узел, установленный рядом с внешней поверхностью установочной пластины, и систему охлаждения для охлаждения установочной пластины при использовании. Система охлаждения может содержать конструкцию для индуцирования потока охлаждающей текучей среды между электромагнитным индукционным узлом и установочной пластиной. Система охлаждения может содержать множество каналов охлаждения, по которым при использовании протекает охлаждающая текучая среда. Установочная пластина, по меньшей мере, в том месте, где она проходит над отверстием или областью с уменьшенной толщиной в огнеупорном покрытии, может иметь непрерывную область внутренней поверхности и область внешней поверхности с множеством разнесенных перегородок, задающих каналы охлаждения.
Некоторые перегородки могут проходить по нелинейной траектории, по меньшей мере, в области установочной пластины, через которую при использовании проходит магнитное поле, образованное индукционным узлом. Нелинейная траектория может представлять собой криволинейную или зигзагообразную траекторию на указанной области. Область внутренней поверхности и перегородки могут быть выполнены в виде одного целого из единого куска материала. Установочная пластина может быть выполнена из аустенитной стали.
Установочная пластина может иметь толщину в пределах от 10 до 30 мм, предпочтительно в пределах от 15 до 25 мм и более предпочтительно в пределах от 18 до 22 мм. Перегородки могут иметь высоту в пределах от 5 до 25 мм, предпочтительно в пределах от 10 до 20 мм и более предпочтительно в пределах от 13 до 17 мм.
Установочная пластина может быть частью сборки установочной пластины для установки индукционного узла на резервуар.
Установочная пластина может иметь углубление в области внешней поверхности, соединенное с возможностью переноса текучей среды с входным концом каналов охлаждения текучей средой, а сборка установочной пластины может содержать обтекатель, прикрепленный к установочной пластине для направления потока текучей среды в углубление от источника потока текучей среды. Обтекатель может содержать средства для установки, по меньшей мере, одного охлаждающего вентилятора, при этом обтекатель выполнен для направления воздуха, по меньшей мере, от одного вентилятора в углубление.
Сборка установочной пластины может включать в себя закрывающий элемент, установленный на внешней поверхности установочной пластины, при этом закрывающий элемент задает отверстие, через которое открывается, по меньшей мере, область установочной пластины, над которой проходят каналы охлаждения и перегородки, при этом электромагнитный индукционный узел размещен в отверстии таким образом, что поверхность узла прилегает к перегородкам. Где сборка установочной пластины имеет обтекатель, обтекатель может представлять собой нераздельную часть закрывающего элемента.
Сборка установочной пластины может включать в себя дополнительную пластину, проходящую под углом от одного конца установочной пластины.
Устройство может содержать раму, установленную на резервуар вокруг отверстия, при этом установочная пластина разъемно установлена на раму.
Устройство может включать в себя, по меньшей мере, одну огнеупорную плитку, расположенную внутри установочной пластины, при этом, по меньшей мере, одна плитка взаимодействует с огнеупорным покрытием и проходит поперек отверстия в огнеупорном покрытии. Такая или каждая огнеупорная плитка может быть тоньше, чем огнеупорное покрытие, окружающее отверстие. Изоляционный материал также может быть предусмотрен между, по меньшей мере, одной огнеупорной плиткой и установочной пластиной.
Устройство может включать в себя каркас для установки индукционного узла на резервуар для поворачивания между рабочим положением, в котором поверхность индукционного узла расположена рядом с установочной пластиной, и нерабочим положением, в котором индукционный узел расположен на расстоянии от установочной пластины.
Где установочная пластина имеет множество разнесенных перегородок, поверхность электромагнитного индукционного узла может прилегать к перегородкам, когда электромагнитный индукционный узел установлен в рабочее положение.
В одном варианте осуществления, резервуар представляет собой печь. В альтернативном варианте осуществления, резервуар представляет собой порт печи, при этом порт содержит наклонную стенку, на которую устанавливается индукционный узел. Порт может быть разъемно устанавливаемым на стенку печи.
В соответствии со вторым аспектом изобретения, обеспечена установочная пластина для установки электромагнитного индукционного узла на стенку резервуара для хранения расплавленного материала, при этом установочная пластина выполнена из немагнитного материала и содержит область внутренней поверхности и область внешней поверхности, имеющую множество разнесенных перегородок для задания каналов охлаждения, проходящих, по меньшей мере, над областью установочной пластины, в которой, по меньшей мере, некоторые перегородки проходят по нелинейной траектории на всей или части указанной области. По меньшей мере, некоторые перегородки могут проходить по криволинейной или зигзагообразной траектории на указанной области.
Область внутренней поверхности и перегородки могут быть выполнены в виде одного целого из единого куска материала. Установочная пластина может быть выполнена из аустенитной стали.
Установочная пластина может образовывать часть сборки установочной пластины, содержащей закрывающий элемент, установленный на внешней поверхности пластины, при этом закрывающий элемент задает центральное отверстие, через которое, по меньшей мере, часть некоторых перегородок является открытой, и сборку приточной вентиляции для направления потока текучей среды по каналам охлаждения.
Теперь будет описан вариант осуществления изобретения только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фигура 1 представляет собой местный перспективный вид, показывающий часть печи с портом печи, на который установлено электромагнитное индукционное устройство;
Фигура 2 представляет собой продольное сечение через порт и часть печи, как показаны на Фигуре 1;
Фигура 3 представляет собой перспективный вид с разнесением деталей порта, показанного на Фигурах 1 и 2;
Фигура 4 представляет собой дополнительный перспективный вид с разнесением деталей порта, показанного на Фигурах 1 и 2, показывающий часть устройства для установки электромагнитного индукционного устройства на порт;
Фигура 5 представляет собой дополнительный перспективный вид порта, показанного на Фигурах 1 и 2, показывающий раму для поворотной установки электромагнитного индукционного устройства на порт;
Фигура 6 представляет собой перспективный вид сборки установочной пластины, которая образует часть устройства на Фигуре 4; и
Фигура 7 представляет собой перспективный вид с разнесением деталей сборки установочной пластины на Фигуре 6.
Печь 10 имеет устройство для индуцирования и/или возбуждения потока, обозначенное в общем как 12 на Фигуре 1, которое содержит электромагнитный индукционный узел 14 (в виде линейного индукционного двигателя), установленный на наклонной стенке 16 лотка или порта 18 печи, который соединен с вертикальной торцевой стенкой 20 печи.
Общая конструкция и работа перемешивающего/индуцирующего поток устройства 12 являются аналогичными описанным в международной заявке на патент заявителя, опубликованной как WO 03/106908, к которой читателю следует обращаться для подробного описания его конструкции и работы. Содержание WO 03/106908 таким образом полностью включено путем ссылки, включая, в частности, но не исключительно, подробности конструкции и работы перемешивающего устройства и потока расплавленного материала, который может индуцироваться посредством использования устройства 12.
В продольном сечении порт 18 имеет форму, в общем смысле, в виде прямоугольного треугольника с наклонной стенкой 16, расположенной под углом приблизительно 55° относительно вертикальной торцевой стенки 20 печи. Однако не требуется выполнять порт в виде прямоугольного треугольника и угол наклонной стенки может изменяться для удовлетворения конкретному применению и может, например, быть где-то в диапазоне 30-66°.
Порт 18 установлен вокруг отверстия 22 в вертикальной торцевой стенке 20 печи. Верхний конец порта 18 в показанном варианте осуществления удлинен для задания части 24 канала, в которой образован канал 25. При использовании канал 25 находится во взаимодействии по текучей среде с внутренней частью печи посредством проходного сечения в порту и отверстии 22. Канал 25 может быть продлен наружу посредством присоединения дополнительных швеллеров для образования желоба для извлечения. В некоторых вариантах осуществления, не показано, порт 18 не имеет части 24 канала, в случае чего он может быть аналогичным конструкции, описанной относительно Фигур 1-3 в WO 03/106908.
В конструкциях, описанных в WO 03/106908, порт 18 постоянно прикреплен к вертикальной торцевой стенке 20 печи посредством использования огнеупорных технологий. Однако в настоящем варианте осуществления порт 18 разъемно прикреплен к печи. Это является предпочтительным, так как это обеспечивает возможность сборки порта 18, включающего установочную конструкцию для индукционного узла 14, в удаленном месте от печи, и законченная сборка порта затем прикрепляется к печи на месте. Обеспечение съемного порта также делает возможным наличие одного или более запасных портов 18, легко собираемых для обеспечения возможности очень быстрой замены поврежденного порта, если возникнет необходимость. Это значительно уменьшает время простоя печи по сравнению с известными предшествующими конструкциями, в которых поврежденный порт должен был бы демонтироваться, ремонтироваться и снова собираться на месте.
Порт 18 имеет раму 26, содержащую противоположные боковые элементы 26а, 26b, каждый из которых, в общем смысле, имеет треугольную форму. Удлинения 26с выступают наружу от верхнего внешнего (при использовании) угла боковых элементов для образования части 24 канала. Боковые стеновые панели 28 (только одна из которых показана) прикреплены к внутренним поверхностям боковых элементов 26а, 26b для образования боковых стенок порта, и прямоугольная задняя пластина 30 установлена на задних торцевых поверхностях боковых элементов 26а, 26b для расположения на вертикальной торцевой стенке 20 печи вокруг отверстия 22. Задняя пластина 30 имеет отверстие, которое выравнивается с отверстием 22 в вертикальной стенке 20 печи. Задняя пластина 30 и боковые элементы 26а, 26b рамы могут быть установлены на торцевой стенке 20 печи с помощью любого подходящего способа. Например, они могут быть установлены посредством штифтов (не показаны) на стенку 20 печи или других крепежных средств, которые размещаются в соответствующих отверстиях 31 в задней пластине 30 и внутренних вертикальных длинах 26d боковых элементов 26а, 26b. Подходящее уплотнение может быть обеспечено между задней пластиной 30 и стенкой 20 печи.
Боковые элементы 26а, 26b, боковые стеновые панели 28 и задняя пластина 30 могут быть выполнены из любого подходящего материала, такого как сталь, которая может представлять собой аустенитную сталь. Внутренняя часть порта 18 покрыта огнеупорными материалами 34 для образования канала 25 и проходного отверстия, соединяющего с возможностью переноса текучей среды канал 25 с внутренней частью печи. Огнеупорные материалы также образуют проход или отверстие 35, расположенное рядом с наклонной стенкой 16 порта. Огнеупорное покрытие 34 включает участок 34а основания, который расположен в нижнем конце порта, и участок 34b канала, который расположен в верхнем конце порта и который покрывает часть 24 канала. Огнеупорное покрытие 34 также включает два участка 34с боковых стенок, которые расположены на участке 34а основания и покрывают боковые стенки порта. Пара пластин 45 закреплена на верхних поверхностях боковых элементов 26а, 26b рамы для удерживания участков 34с боковых стен и участка 34b канала из огнеупорного материала на месте.
Как можно видеть наилучшим образом на Фиг. 4, конструкция для установки электромагнитного индукционного узла 14 на порт 18 включает в себя элемент 36 рамы, который установлен на наклонных внешних поверхностях боковых элементов 26а, 26b и на нижних поверхностях удлинений 26с таким образом, чтобы окружать проход 35 в огнеупорных материалах, покрывающих порт. Элемент 36 рамы может быть выполнен из любого подходящего материала, такого как сталь, и может быть прикреплен к боковым элементам 26а, 26b рамы порта посредством любых подходящих средств, например посредством сварки или с помощью подходящих крепежных средств.
Элемент 36 рамы, в общем смысле, имеет прямоугольную форму, но с верхним участком 36а, который расположен под углом относительно основного участка 36b рамы, для размещения под частью 24 канала. В вариантах осуществления, где порт 18 не имеет части 24 канала, элемент 36 рамы может представлять собой простую прямоугольную раму.
Элемент 36 рамы образует проход или окно 37, окружающее отверстие 35 в огнеупорном покрытии 34 порта 18, через которое могут вставляться различные элементы установочной конструкции для индукционного узла. Они включают в себя одну или более огнеупорных плиток 42, слой 44 изоляции и датчик 46 утечки расплавленного материала.
Огнеупорные плитки 42 расположены в углублении 43, образованном в огнеупорном покрытии 34 порта, окружающем проход 35, таким образом, чтобы проходить поперек и рядом с отверстием 35. Размещены три плитки, причем нижняя плитка расположена в части 43а углубления в участке 34а основания огнеупорного материала, верхняя плитка взаимодействует с нижним краем 48 верхнего участка 34b канала, и третья плитка расположена между двумя другими. Хотя в настоящем варианте осуществления используются три плитки 42, это не является существенным, и когда требуется одна, две или более чем три плитки, могут использоваться для закрывания отверстия в огнеупорном покрытии порта.
Огнеупорные плитки 42 тоньше, чем огнеупорное покрытие 34, окружающее отверстие, и могут быть выполнены из стойкого к абразивному износу композиционного керамического материала, хотя другие долговечные огнеупорные материалы могут использоваться. Участок 34а основания и участок 34b канала огнеупорного покрытия также могут быть выполнены из стойкого к абразивному износу композиционного керамического материала, хотя опять любые подходящие огнеупорные материалы могут использоваться. Основание участка 34b канала может иметь такую же толщину, как и плитки. Огнеупорные плитки 42 могут рассматриваться для образования области с уменьшенной толщиной в огнеупорном покрытии. Основание участка 34b канала также может рассматриваться как часть области с уменьшенной толщиной в огнеупорном покрытии.
Обычно огнеупорные плитки 42 будут вставляться в углубление 43, окружающее отверстие 35 в огнеупорном покрытии, через окно 37 после прикрепления рамы 36 к порту. Однако плитки 42 могут быть расположены в отверстии до установки рамы 36 на место, если требуется.
Слой изоляции 44 помещен в проход 37 в раме 36 таким образом, чтобы прилегать к внешним поверхностям плиток 42 и горизонтальной нижней поверхности участка 34b канала огнеупорного материала. Слой изоляции включает в себя основной пластинчатый элемент 44а изоляции, который расположен рядом с плитками 42. Основной пластинчатый элемент изоляции может быть выполнен из любого подходящего материала, но в настоящем варианте осуществления содержит керамический несущий элемент 44b, в котором удерживаются различные изоляционные материалы 44с. Изоляционные материалы проходят по ширине, которая, по меньшей мере, является такой же, как и проход 35 в огнеупорном покрытии 34 порта. Любые подходящие изоляционные материалы могут использоваться и выбираются исходя из их тепловых и механических свойств, измеренных по сравнению с рассчитанными требования в каком-либо конкретном применении. В настоящем варианте осуществления, изоляционный материал содержит 80% или больше оксида алюминия.
Использование керамического несущего элемента 44b для изоляционных материалов обеспечивает устойчивость и правильные сжатия изоляции. Однако использование керамического несущего элемента не является существенным и слой изоляции может быть обеспечен посредством любых подходящих изоляционных материалов, таких как комбинация керамической плиты и изоляционного настила.
Дополнительная пластина 44d изоляции расположена в наклонной части 36а рамы 36 рядом с горизонтальной нижней поверхностью участка 34b канала огнеупорного материала. Дополнительная пластина 44d изоляции может быть выполнена из любого подходящего материала, включая любые из рассмотренных выше относительно основной пластины 44а изоляции.
Датчик 46 утечки расплавленного материала расположен внутри рамы 36 рядом с внешней поверхностью пластинчатого элемента 44а изоляции. Датчик может иметь любую подходящую форму и в настоящем варианте осуществления содержит сеть датчиков, имеющую сетку проводов, встроенную в подложку. Датчик используется как часть электросхемы датчика для обнаружения утечки расплавленных материалов, в частности расплавленного металла, такого как алюминий, известным образом. Могут использоваться другие формы датчика или датчик может быть опущен в конкретных применениях.
Окно или отверстие 37 в элементе 36 рамы закрыто посредством сборки 40 установочной пластины, которая прикреплена к внешней поверхности элемента 36 рамы. Сборка 40 установочной пластины может быть прикреплена на месте посредством использования любых подходящих средств, таких как разъемные крепежные средства, включая штифты или болты. Сборка 40 установочной пластины прочно прикреплена к элементу 36 рамы таким образом, чтобы сдавить огнеупорные плитки 42, слой 44 изоляции и датчик 46 между собой и огнеупорными материалами 34, покрывающими внутреннюю часть порта. Элемент 36 рамы действует в качестве разделителя для определения величина сдавливания плиток 42, слой 44 изоляции и датчик 46 расположены ниже, и толщина рамы, соответственно, выбирается для обеспечения требуемой величины сдавливания в зависимости от материалов и размеров плиток 42, слоя 44 изоляции и датчика 46 (где предусмотрены).
Как показано на Фигуре 5, электромагнитный индукционный узел 14 установлен на порт 18 посредством каркаса, обозначенного в целом с помощью 50. Каркас 50 выполнен с возможностью установки индукционного узла 14 на порт таким образом, чтобы он мог поворачиваться между рабочим положением, как показано на Фигурах 1 и 2, и нерабочим положением, как показано на Фигуре 5. В рабочем положении внутренняя поверхность 52 индукционного узла 14 удерживается в прилегании со сборкой 40 установочной пластины. В нерабочем положении, как показано на Фигуре 5, индукционный узел 14 расположен на расстоянии от сборки 40 установочной пластины. Эта конструкция является предпочтительной, так как индукционный узел 14 является тяжелым и поворачиваемый каркас обеспечивает возможность надежной установки индукционного узла 14 на порт 18 и перемещения в рабочее положение управляемым образом. Дополнительно, индукционный узел 14 может перемещаться в нерабочее положение для проверки или для обеспечения возможности работы, подлежащей выполнению на нем, без необходимости полного снятия узла 14 с порта.
Каркас 50 включает в себя нижние поддерживающие кронштейны 54 с каждой стороны порта 18, каждый установленный для соответствующего одного из боковых элементов 26а, 26b рамы. В общем смысле, U-образная рама 56 установлена с возможностью поворачивания на нижних кронштейнах 54 на одном конце и выполнена таким образом, чтобы окружать индукционный узел 14 с трех сторон. Установочные выступы (не показаны) на индукционном узле имеют отверстия, которые выровнены с отверстиями во фланце 58 на раме 56 для размещения крепежных средств 60 для прикрепления индукционного узла 14 к раме. Как показано на Фигуре 5, индукционный узел может быть вставлен в раму 56 по направлению стрелки В и закреплен на месте.
Верхние поддерживающие кронштейны 62 также установлены на элементах 26а, 26b рамы с каждой стороны порта 18. Верхние поддерживающие кронштейны расположены таким образом, чтобы выравниваться с соответствующими кронштейнами 64 на верхнем конце рамы 56, когда индукционный узел 14 поворачивается в рабочее положение, как показано стрелкой А на Фигуре 5. Верхние поддерживающие кронштейны 62 и соответствующие кронштейны 64 скреплены друг с другом посредством использования подходящих крепежных средств для удерживания индукционного узла 14 в рабочем положении.
Взаимодействующие опоры (не показаны) обеспечены на нижних поддерживающих кронштейнах и раме 56 для удерживания рамы, в общем смысле, горизонтально, когда она находится в нерабочем положении, для того, чтобы индукционный узел 14 мог быть легко и надежно установлен в или снят с рамы 56.
Верхние и нижние поддерживающие кронштейны 54, 62 прикреплены непосредственно к каркасу 26 конструкции порта. Это передает напряжение, вызванное установкой индукторного узла, через каркас на печь и, таким образом, изолирует керамические элементы в установочной конструкции, такие как плитки 42, изолирующий пластинчатый элемент 44а и датчик 46, от установочных напряжений индукторного узла 14.
Сборка 40 установочной пластины физически блокирует окно 37 и отверстие 35 порта в огнеупорном покрытии и обеспечивает конструкционную жесткость, при этом оказывая минимум противодействия магнитному полю, образованному индукционным узлом 14. Сборка 40 установочной пластины имеет верхний участок 40а, который расположен под углом относительно основного участка 40b для размещения под частью 24 канала порта. Основной участок 40b сборки установочной пластины расположен на основном участке 36b элемента рамы и образует, в действительности, внешнюю поверхность наклонной стенки 16 порта и обеспечивает внешний закрывающий элемент для отверстия 35 в огнеупорном покрытии 34.
Конструкцию сборки 40 установочной пластины можно увидеть более ясно на Фигурах 6 и 7.
Сборка 40 установочной пластины в настоящем варианте осуществления имеет три основные составные части, основную установочную пластину 66, закрывающий элемент 68 и дополнительную пластину 70. Установочная пластина 66 и закрывающий элемент 68 вместе образуют основной участок 40b сборки 40 установочной пластины, при этом дополнительная пластина 70 образует верхний участок 40а. Все составные части сборки установочной пластины выполнены из немагнитных материалов. В настоящем варианте осуществления, части - все выполнены из аустенитной стали и сварены друг с другом.
Основная установочная пластина 66 изготовлена из единой прямоугольной пластины из аустенитной стали или другого немагнитного материала. Область внешней поверхности пластины 66 подвергнута механической обработке для изготовления перегородок 72, которые образуют каналы 74 воздушного охлаждения. Входное углубление 76 также подвергнуто механической обработке на области внешней поверхности установочной пластины на одном конце каналов 74. Углубление связывает с возможностью переноса текучей среды все каналы 74, таким образом, охлаждающий воздух, направленный в углубление, может протекать вдоль каждого из каналов охлаждения.
В настоящем варианте осуществления, входное углубление 76 образовано на конце каналов, который является самым верхним при использовании, таким образом, воздух протекает вниз по каналам. Однако направление воздушного потока по каналам 74 может быть обратным, таким образом, чтобы он протекал от нижней части к верхней части. На самом деле не требуется, чтобы каналы 74 проходили, в общем смысле, в вертикальном направлении, а могут быть выровнены, в общем смысле, горизонтально, таким образом, чтобы воздух протекал из стороны в сторону поперек индукторного узла 14 или в любом другом направлении.
Установочная пластина 66 может быть любой подходящей толщины в зависимости от применения и глубины магнитного поля, образованного индуктором 14. В настоящем варианте осуществления, установочная пластина имеет общую толщину 20 мм с каналами 74 охлаждения и входным углублением 76, имеющим максимальную глубину около 15 мм. Таким образом, установочная пластина 66 имеет область внутренней поверхности с минимальной толщиной 5 мм в основании каналов, таким образом, пластина образует закрывающий элемент, когда установлена на раме 36. Однако толщина установочной пластины 66 может изменяться, когда требуется, и может быть где-нибудь от 10 до 30 мм, и максимальная глубина каналов 74 охлаждения (или высота перегородок 72) может быть где-нибудь от 5 до 25 мм в зависимости от толщины пластины. Толщина пластины 66 и глубина каналов 74 охлаждения выбираются для обеспечения того, чтобы установочная пластина 66 имела ненарушаемую или непрерывную область внутренней поверхности, которая полностью закрывает отверстие или окно 37 в элементе 36 рамы, обеспечивая физический барьер между индукционным узлом 14 и огнеупорными материалами.
Закрывающий элемент 68 имеет форму прямоугольной рамы, которая расположена на граничной области установочной пластины 66. Множество установочных отверстий 78 расположено вдоль двух сторон и нижнего края сборки 40 установочной пластины как через установочную пластину 66, так и закрывающий элемент 68, посредством которого сборка установочной пластины может быть прикреплена к раме. Установочные отверстия 78 расположены на граничной области сборки 40 и находятся с внешней стороны отверстия 37 в раме 36 таким образом, область внутренней поверхности установочной пластины 66, где она проходит поперек отверстия 37, остается ненарушенной для работы в качестве барьера для предотвращения контактирования какой-либо расплавленной текучей среды, которая может протекать через плитки 42, изоляционные материалы 44 и датчик 46, с индукторным узлом.
Приточная вентиляция 80 образована в виде одного целого как часть верхнего горизонтального элемента закрывающего элемента и расположена таким образом, чтобы перекрывать входное углубление 76 в установочной пластине 66. Приточная вентиляция имеет форму треугольного корпуса, имеющего верхнюю поверхность 82, на которой образованы два прохода 84. Средства обеспечены для установки двух охлаждающих вентиляторов 86 на верхней поверхности таким образом, что воздух от вентиляторов направляется в приточную вентиляцию, которая направляет воздух во входное углубление 76 и по каналам 74 охлаждения. В настоящем варианте осуществления, обеспечены два охлаждающих вентилятора 86, которые имеют такие размеры, чтобы каждый вентилятор был способен создавать достаточный поток охлаждающего воздуха для системы, чтобы надежно работать в случае отказа одного вентилятора. В этом смысле, следует отметить, что воздух от каждого вентилятора 86 способен протекать во все каналы охлаждения. Следует понимать, что количество охлаждающих вентиляторов 86 может быть изменено в соответствии с требованиями системы.
Не является существенным, чтобы охлаждающие вентиляторы 86 располагались на самой сборке 40 установочной пластины. В некоторых применениях может являться желаемым обеспечить удаленный источник воздушного потока и направить воздушный поток в каналы охлаждения посредством воздуховода. Он может соединяться с приточной вентиляцией 80, конструкция которой может быть изменена надлежащим образом. На самом деле в некоторых применениях, где вынужденная конвекция не требуется, охлаждающие вентиляторы могут быть полностью опущены, таким образом, естественная конвекция предполагается для создания потока воздуха по каналам охлаждения. Устройство также может быть модифицировано для использования текучих сред, отличных от воздуха, для охлаждения. Это может включать другие газы или жидкости.
В настоящем варианте осуществления, прямоугольная часть рамы сборки 68 закрывающего элемента имеет толщину около 5 мм, таким образом, что основной участок 40b сборки 40 установочной пластины имеет общую толщину около 25 мм, где закрывающий элемент перекрывает установочную пластину 66.
Нижний горизонтальный элемент 88 закрывающего элемента 68 перекрывает нижний конец установочной пластины 66 и концевые области 74а каналов 74 охлаждения, противоположные относительно входного углубления 76. Проходы 90 в нижнем элементе 88 выровнены с концевыми областями 74а каналов 74 для образования выхода для воздушного потока. Усиливающий фланец 92 выступает наружу вдоль нижнего участка 88 закрывающего элемента непосредственно над выходными проходами 90. Фланец 92 также может служить для отклонения воздуха, протекающего через проходы 90 от индукционного узла 14.
Дополнительная пластина 70 представляет собой плоскую пластину, которая приварена к верхнему концу установочной пластины 66 под углом так, чтобы выступать ниже части 24 канала порта 18 при использовании. Дополнительная пластина 70 установлена на наклонной части 36а рамы для закрывания нижней поверхности части 24 канала, поддерживая участок 34b канала огнеупорного материала и дополнительную пластину 44d изоляции. Дополнительная пластина 70 также проходит над вентиляторами 86 и защищает их. Дополнительная пластина 70 может быть опущена, когда порт 18 не обеспечен с частью 24 канала или когда основание части 24 канала заблокировано посредством некоторых других средств, таких как отдельная пластина.
Прямоугольная рама закрывающего элемента 68 задает центральное прямоугольное отверстие 94, через которое открываются часть каналов 74 охлаждения и перегородок 72 в установочной пластине 66. Когда индукционный узел 14 приведен в рабочее положение, внутренний конец индукционного узла 14 расположен в отверстии 94 таким образом, что внутренняя поверхность 52 индукционного узла приведена в контакт с внешними торцевыми поверхностями перегородок 72. В этом положении каналы 74 охлаждения обеспечивают воздушный зазор между поверхностью 52 индукционного узла и цельной (т.е. непрерывной) областью внутренней поверхности установочной пластины 66, через который охлаждающий воздух протекает, когда работают вентиляторы 86. Это обеспечивает принудительное охлаждение для уменьшения температуры поверхности индуктора и температуры установочной пластины 66. Фланец по периферии индукционного узла 14 образует уплотнение с закрывающим элементом для предотвращения утечки воздуха.
Важный аспект разработки сборки 40 установочной пластины заключается в необходимости для нее оказывать минимальное сопротивление магнитному полю, образованному индукционным узлом 14. В рабочем положении индукционный узел 14 находится в контакте с перегородками 72 таким образом, что магнитное поле проходит только через установочную пластину 66, а не закрывающий элемент 68. Благодаря механической обработке установочной пластины 66 из единого куска аустенитной стали обеспечивается полная электромагнитная неразрывность между перегородками 72 и областью внутренней поверхности. В качестве результата, установочная пластина 66 является относительно нетронутой магнитным полем, образованным индукционным устройством 14. Эта конструкция является очень эффективной, так как не индуцируется или индуцируется только очень ограниченное магнитное поле на установочной пластине 66 таким образом, что имеют место только очень маленькие энергетические потери в магнитном поле, образованном индукционным устройством 14, когда оно проходит через установочную пластину. Также является предпочтительным то, что очень небольшое тепло образуется на установочной пластине 66 электромагнитным полем.
Те перегородки 72b, которые занимают область установочной пластины 66, через которую проходит магнитное поле, образованное индукционным устройством, проходят по нелинейной траектории. Как можно видеть из Фигуры 7, имеются девять перегородок 72, которые задают десять каналов 74. Две крайние перегородки 72а являются линейными. Они обеспечивают подходящую поверхность для установки поверхности 52 индуктора и расположены вне магнитного поля, образованного устройством 14. Две крайние перегородки 72а лежат наполовину под закрывающим элементом 68 и наполовину открыты в отверстии 94. С этой конструкцией, внешние боковые края индукционного узла поддерживаются на открытой половине перегородок 72а, а закрывающий элемент 68 поддерживается на другой половине.
Внутренние семь перегородок 72b проходят по зигзагообразной траектории на большей части их длины, и устройство установлено таким образом, что магнитное поле проходит через установочную пластину 66 только в области, где внутренние перегородки являются нелинейными. Нижние концевые области 72с внутренних перегородок 72b, которые расположены вне магнитного поля, являются линейными. Нежели чем проходить по зигзагообразной траектории, центральные перегородки 72b могут проходить по альтернативным нелинейным траекториям, которые могут быть криволинейными. Перегородки 72b могут проходить по синусоидальной или другой волнообразной траектории, например.
Нелинейная форма перегородок 72b увеличивает сопротивление кручению установочной пластины 66 и предполагается для улучшения проницаемости для электромагнитного поля, при сравнении с пластиной, имеющей прямые или линейные перегородки.
В настоящем варианте осуществления, установочная пластина 66, через которую проходит магнитное поле, изготовлена в виде одного нераздельного элемента для обеспечения полной электрической неразрывности. Механическая обработка установочной пластины 66 из единого куска материала также представляет собой очень удобный способ изготовления. Однако установочная пластина 66 может быть изготовлена посредством приваривания отдельных перегородок к плоской пластине, при условии, что сварка является достаточно хорошего качества для обеспечения соответствующей электрической неразрывности. В альтернативной конструкции, дополнительный элемент или элементы могут быть расположены между плоской пластиной и индукционным узлом 14 для образования каналов охлаждения. В этой конструкции, пластина может быть выполнена из немагнитного металлического материала, такого как аустенитная сталь, тогда как дополнительный элемент или элементы могут быть выполнены из непроводящего материала, такого как керамика, например.
Настоящая установочная конструкция для индукционного узла 14 показывает несколько преимуществ по сравнению с предшествующими известными установочными конструкциями. Со сборкой 40 установочной пластины на месте конструкция обеспечивает сильный физический барьер между поверхностью 52 индукторного узла 14 и внутренней частью порта 18 и обеспечивает работу печи с или без индуктора 14 на месте. Это в свою очередь означает, что индукторный узел 14 может быть снят и/или заменен без необходимости отключения печи, таким образом уменьшая до минимума время замены индуктора. Если печь подлежит работе со снятым индукторным узлом, закрывающая пластина (не показана) может быть расположена над установочной пластиной 66 для закрывания внешних поверхностей каналов 74 охлаждения для обеспечения возможности работы системы охлаждения.
Возможность поворота индуктора 14 между рабочим и нерабочим положением посредством использования поворотной рамы 56 обеспечивает безопасное обращение с индукторным узлом 14 и обеспечивает возможность выполнения технического обслуживания индуктора на месте. В качестве альтернативы, индукторный узел 14 может быть заменен для обеспечения возможности выполнения технического обслуживания/ремонта в удаленном месте с минимальным простоем печи.
В случае если сам порт 18 требует осмотра, весь порт может быть снят с печи и размещен на стойке, на которой он может быть повернут из его положения при использовании для способствования сборке/разборке различных элементов. Как рассмотрено ранее, могут быть обеспечены легко собираемые запасные порты 18, таким образом, порт 18 может быть быстро заменен.
Описанная установочная конструкция является особенно подходящей для использования при установке индукционного узла 14 на резервуар для хранения расплавленного алюминия (включая алюминиевые сплавы), так как она является устойчивой к проникновению расплавленного алюминия. Система охлаждения, в сочетании с керамическими плитками и изоляционными материалами, выполнена таким образом, чтобы расположить плоскость замерзания алюминия внутри поверхности 52 индуктора. Это предотвращает вступление в контакт расплавленного алюминия с индукционным узлом 14 в случае протечки через отверстие в огнеупорных материалах.
Однако следует понимать, что установочная конструкция может быть выполнена с возможностью использования с резервуарам, содержащими расплавленные материалы, отличные от алюминия, посредством соответствующего выбора материалов и размера для различных элементов. В действительности, следует понимать, что различные элементы, расположенные внутри установочной пластины 66, могут быть заменены, когда это требуется конкретным применением. Например, датчик 46 утечки может быть опущен, и характер изоляционных материалов изменен для того, чтобы отвечать требованиям применения.
Более того, хотя установочная конструкция является особенно подходящей для установки индукционного узла относительно порта 18 на печи, раскрытые конструкции могут быть приспособлены для установки индукционного узла на любой резервуар, который используется для хранения расплавленных материалов, и могут, например, использоваться для установки индукционного узла непосредственно на стенку или основание печи или, в действительности, любой другой резервуар.
Несмотря на то, что изобретение было описано относительно того, что в настоящее время рассматривается в качестве наиболее практичных и предпочтительных вариантов осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается на раскрытых конструкциях, а скорее предполагается для охватывания различных модификаций и эквивалентных конструкций, включенных в идею и объем изобретения.
Где термины "содержат", "содержит", "содержащийся" или "содержащий" используются в этом описании изобретения, их следует толковать в качестве определения наличия указываемых установленных признаков, целых чисел, этапов или элементов, а не для исключения наличия или добавления одного или более других признака, целого числа, этапа, элемента или их группы.