DD155433A5

DD155433A5 - Verfahren und vorrichtung zum schmelzen von metallen,insbesondere von leicht-,schwer-und edelmetallen,sowie deren legierungen

Info

Publication number: DD155433A5
Application number: DD80226266A
Authority: DD
Inventors: Josef Zeug
Original assignee: Josef Zeug
Priority date: 1980-02-09
Filing date: 1980-12-18
Publication date: 1982-06-09
Also published as: FR2475706B1; DE3004906C2; AT384296B; JPS5851192B2; CH653367A5; HU178902B; GB2070213B; US4466827A; FR2475706A1; PL228662A1; RO82076B; PL124677B1; JPS56113982A; BE884983A; IT8026891A0; RO82076A; GB2070213A; YU191680A; IT1150071B; SU1063296A3

Abstract

Waehrend das Ziel der Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum wirtschaftlichen Schmelzen von Metallen, insbesondere Leicht-, Schwer- und Edelmetallen sowie deren Legierungen zu qualitativ hochwertigen Metallschmelzen liegt, besteht die Aufgabe darin, Ausdampfungen, Ueberhitzungen und Verschmutzungen der erzeugten Metallschmelzen voellig zu verhindern. Als Loesung ist nunmehr vorgesehen, dass das Schmelzen in Tiegeln oder Wannen, die durch Verbrennung von fluessigen, gasfoermigen oder festen Brennstoffen und durch deren Abgase erwaermt werden, erfolgt, wobei die Abgase eines Schmelzofens und gegebenfalls die eines benachbarten Waermeerzeugers sowie deren unverbrannte Brennstoffanteile in wenigstens eine nachgestaltete, mit Schmelzgefaessen bestueckte Schmelzkammer geleitet werden und dieses Gemisch in der Schmelzkammer verharrt und entspannt wird, wobei die unverbrannten Brennstoffanteile nachverbrannt werden und deren Waermekapazitaet an die innerhalb der Schmelzkammer von ihnen erreichbaren Gegenstaende abgegeben bzw. gespeichert und somit gleichzeitig ein grosser Ausnutzungsgrad des Brennstoffes erzielt wird.

Description

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Verfahren und Vorrichtung zinn. Schmelzen von Metallen, insbesondere von Leicht-, Schwer« und Edelmetallen, sowie Legierungen ·

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen von Metallen, insbesondere von Leicht-, Schwer- und Edelmetallen, sowie deren Legierungen in (Tiegeln oder Wannen, die durch Verbrennung von flüssigen, gasförmigen oder festen Brennstoffen und durch deren Abgase erwärmt werden.

•Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades sind bereits die verschiedensten Vorschläge unterbreitet worden. So ist beispielsweise durch die DE-I-¹S 444 535 ein Tiegelschmelzofen für Metallgießereien mit einem von den Ofenabgasen durchströmten Vorschmelzer offenbart worden» Derartige ' öfen sind insofern nachteilig, weil sich die von den Ofenabgasen mitgeführten Schmutzteilchen auf dem vorzuwärmenden Metall absetzen, was beim Nachsetzen von Gut zu einer erheblichen Verschmutzung und Gasdurchsetzung.des Schmelzbades führt«, Man hat diese Übelstände gemäß der DS-AS 12 IO 132 durch eine indirekt beheizte Vorwärmkammer zu beheben versucht, d_e h., daß die zur Erwärmung der Schrottstücke dienende Vorwärmkammer durch einen gasdichten Zwischenboden von den Abgaszügen getrennt ist.

Wenn hierdurch auch die obengenannten Nachteile bezüglich der Zuführung von Schmutzteilchen'auf das vorzuwärmende

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Metall beseitigt wurden, so kann der thermische Wirkungsgrad in^folge der verhältnismäßig geringen Wärmeleifr- ; fähigkeit des Zwischenbodens weder erhöht, noch voll ausgeschöpft werden, zumal die Erhitzung des Schmelzgutes lediglich von einer Seite (von unten) her erfolgt und eine Wärmeübertragung, besonders durch Strahlung (von oben), nur ungenügend ist»

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum wirtschaftlichen Schmelzen von Metallen, insbesondere von Leicht-, Schwer- und Edelmetallen, sowie deren Legierungen zu qualitativ hochwertigen Metallschmelzen,,

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Steuerung des Abgasvolumens und der Abgastemperatur zwischen der Schmelzkammer und dem Schornstein in an sich bekannter Weise ein Schieber angeordnet ist» Zweckmäßigerweise ist außer dem vorgenannten Schieber ein zusätzlicher Schieber im Schornstein angeordnet, der nur über eine Verriegelungsschaltung mit dem ölbrenner betätigbar ist*

Vorzugsweise besteht die Schmelzkammer aus einer äußeren wäriaelsolierenden und einer inneren wärmespeichernden und wärmeabstrahlenden'Wandung, ζ« B_e aus Magnesite Vorteilhaft ist auch, wenn in der Schmelzkammer zusätzlich wärmespeichernde Elemente, z, B* aus Magnesit, angeordnet sind«, .

Im Sinne der Erfindung ist auch, daß in der Schmelzkammer und/oder im Schmelzofen Leitelemente für den Abgasstrom angeordnet'sind.

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Zweckmäßigerweise sind diese Leitelemente verstellbar..

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die innerhalb der Schmelzkammer angeordneten.Wärmeabstrahlelemente ortsveränderlich angeordnet sind.

des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die es ermöglichen, Ausdampfungen, Überhitzungen und Verschmutzungen der erzeugten Metallschmelzen völlig zu verhindern und einen Schmelzvorgang mit über dem gesamten Tiegelmantel gleichmäßiger Temperaturverteilung bei sparsamstem Brennstoffverbrauch und somit einem Höchstmaß an thermischem Wirkungsgrad zu schaffen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Abgase eines Schmelzofens und gegebenenfalls die eines benachbarten Wärmeerzeugers sowie deren unverbrannte Brennstoffanteile in wenigstens eine nachgeschaltete, mit Schmelz.gefäßen bestückte Schmelzkammer geleitet werden und dieses Gemisch in der Schmelzkammer verharrt und entspannt wird j wobei die unverbrannten Brennstoffteile nachverbrannt werden und deren Wärmekapazität an die innerhalb der Schmelzkammer von ihnen erreichbaren Gegenstände abgegeben bzw, gespeichert wird«

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dabei dadurch aus, daß zwischen dem Schmelzofen und der mit Tiegeln bestückten Schmelzkammer ein Abgaskanal mit einer verschließbaren öffnung angeordnet ist, dessen Querschnitt um den etwa 8- bis 12fachen Wert kleiner als der Querschnitt der Schmelz-kammer, ist, so daß durch die plötzliche Querschnittsvergrößerung ein Verharren der

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Abgase bewirkt wird.

Als weiteren Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren ist zu verzeichnen, daß die in die Tiegel der Schmelzkammer eingesetzten Metallteile mit den Ofenabgasen nicht in Berührung kommen und in.relativ kurzer Zeit restlos niedergesehraolzen werden« Die Schmelze kann anschließend entweder dem Schmelzofen zugeführt, oder aber aus den Schmelzkammertiegeln direkt vergossen werden. Beim Verweilen der Schmelze in den mit Barren und Masseln beschickten Tiegel des Schmelzofens werden die zuvor zwischen Tiegelwand und Metall vorhandenen Lufträume mit flüssigem Metall ausgefüllt und dadurch der Wärmeübergang verbessert und die Gesamtschmelzzeit verkürzt. Außerdem bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, kleinere Chargen verschiedener Legierungen aus der Schmelzkammer gleichzeitig gesondert zu verarbeiten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schmelzen von Metallen kann auch an bereits bestehende Schmelzanlagen ohne besondere technische Schwierigkeiten und großen finanziellen Aufwand angebaut werden.

Im Bereich der nachgeschalteten Schmelzkaimner ist infolge der abgeschlossenen Verbrennung der Restsauerstoffgehalt wesentlich niedriger als im Schmelzofen. Überdies liegt die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase gegenüber der des Schmelzofens niedriger«, Beides hat zur Folge, daß die Standzeit der Tiegel in der Schmelzkammer ein Mehrfaches der Standzeit der Tiegel im Schmelzofen erreichen kann«

Ausführ ungsbeispiel

Nachstehend wird die Erfindung.an Hand eines Ausführungs-

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beispiels näher erläutert, bei dem als Wärmequelle ein ölbrenner verwendet wird. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, schematisch und im Schnitt dargestellt;

Fig. 2 den Schnitt II-II nach Fig. 1

Der mit Hilfe eines Ölbrenners 1 betriebene Schmelzofen 2 ist gemäß den Fig. 1 und 2 mit einem Tiegel 3 ausgerüstet, der das zu schmelzende Metall, z. B. Aluminium, aufgenommen hat. Als Abdeckung für den Schmelzofen 2 und den Tiegel 3 dient ein Deckel 4. Die Heizgase 5 des ölbrenners 1 werden tangential in den Brennraum 6 geleitet, umkreisen dort den Tiegel 3 ¹²^d werden dann durch einen Abgaskanal 7 mit dem Querschnitt Fj und anschließend durch eine Schmelzkammer 8 mit dem Querschnitt F^ zum Schornstein 9 geleitet.

Um .zu bewirken, daß die Abgase den verhältnismäßig großen Querschnitt der Schmelzkammer 8 so bestreichen, daß eine gleichmäßige Temperaturverteilung erzielt wird, können Leitelemente 10 vorgesehen werden.

Zur Regelung des Schornsteinzuges ist in an sich bekannter Weise am Schornsteineingang ein Schieber 11 vorgesehen, der beispielsweise an seinem unteren Ende eine Sicherheitsöffnung 12 auff/eist, die den Abzug der Abgase im Unterdruckbereich sicherstellt. Der Schieber 11 dient gleichzeitig auch dazu, eine ge^wisse Verweilzeit der Abgase in der Schmelzkammer 8 zu erreichen, damit diese ausreichend Gelegenheit haben, die in.ihnen noch enthaltene Wärmemenge an die Umgebung abzuführen. Die Regelung des Schiebers 11 kann von Hand oder in an sich bekannter Weise

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durch einen Antrieb erfolgen«

Wenn der ölbrenner 1 bei erreichter Gießtemperatur der Schmelzflüssigkeit durch eine übliche Steuerung abgeschaltet wird, ist es mit Rücksicht auf. die Höhe des thermischen Wirkungsgrades vorteilhaft, wenn "im Schornstein 9 ein weiterer Schieber 13 angebracht wird, der keinen Sicherheitsschlitz besitzt und lediglich dafür sorgt, daß die gespeicherte Wärme nicht durch den natürlichen Schornsteineinzug ins Freie gelangt». Der Schieber 13 und der ölbrenner 1 sind gegenseitig verriegelt, damit der Ölbrenner 1 nur dann eingeschaltet werden kann, wenn der Schieber 13 geöffnet ist. Die Verriegelungsschaltung 13a ist schematisch durch eine gestrichelt-gezeichnete Linie dargestellt.

In der Zeichnung sind in der Schmelzkammer 8 drei Tiegel 14, 15 und 16 dargestellt, wobei die beiden Tiegel 14 und 15 - in Längsrichtung des Ofens gesehen - zu beiden Seiten der Ofenlängsachse angeordnet sind und der dem Schieber 11 zugewandte Tiegel 16 im Bereich der Ofenlängsachse stehtβ

Um einen für den Schmelzvorgang gewünschten hohen Wärmespeicherwert zu erhalten, und um die Behinderung des am Ofen arbeitenden Bedienungspersonals, beispielsweise durch austretende Abgase, zu verhindern, ist es erforderlich, den Schieber 11 so einzuregeln, daß - je nach Art des eingebauten Brennersystems - die Geschwindigkeit der im Abgaskanal 7 austretenden Abgase .- durch Vergrößerung des freien Schmelzkammerquerschnittes Fp um das etwa 8- bis 12fache - reduziert wird»

Damit - außer beim Kaltstart - ein absoluter Ausbrand des zugeführten Brennstoffes gewährleistet werden kann, werden

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die in die Schmelzkammer 8 noch gelangenden unverbrannten Kohlenwasserstoffteilchen an dieser Stelle völlig aufgespalten und mit Hilfe der gespeicherten Wärmemenge ausgebrannt. Zum Ausgleich von Druckschwankungen beim Kaltstart wird eine Durchlaßöffnung 18 im Abgaskanal. 7 vorgesehen, deren Querschnitt in einfachster Form, beispielsweise durch "Verschieben eines Abdecksteines 19, entsprechend eingestellt werden kann»

Zur vollen Ausstattung des Schmelzkammerraumes mit den abstrahlenden Flächen W ist es vorteilhaft, in der Schmelzkammer 8 zusätzliche wärmeabstrahlende Elemente 20 aus hochwärmespeichernden Werkstoffen, z. B. Magnesit, vorzusehen.

Versuche haben gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Anordnung, auch in Verbindung mit der bisher üblichen druck- und temperaturabhängigen Steuerung der gesamten Ofenanlage, bei gleichem Brennstoffverbrauch eine beträchtliche Erhöhung der Schmelzleistung erbracht werden kann, so daß die für solche Anlagen aufgewendeten Investitionskosten in kurzer Zeit amortisierbar sind.

Der Gegenstand der Erfindung läßt sich in mehrfacher Weise abwandeln, ohne vom eigentlichen Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise möglich, anstelle des ölbrenners andere Heizquellen, z«, B. Erdgas oder auch feste Brennstoffe, zu verwenden. Ferner können statt der dargestellten Tiegel, insbesondere bei Großanlagen, auch Wannen benutzt werden» Ferner ist es'möglich, die Form bzw» die Abmessungen der Schmelzkammer 8 den örtlichen Verhältnissen anzupassen und statt der in der Zeichnung in Fig. dargestellten Hechteckform eine hiervon abv/eichende Form, z. B„ sich in Richtung des Schornsteins verjüngende Form, zu wählen. Außerdem ist die Anlage so aufgebaut, daß die

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einzelnen Verfahrensschritte sowie der gesamte Betriebsablauf mit Hilfe von Programmsteuerungen bekannter Art vollautomatisch durchgeführt werden können.

Claims

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1. Verfahren zum Schmelzen von Metallen, insbesondere von Leicht-, Schwer- and Edelmetallen, sowie deren Legierungen in Tiegeln oder Wannen, die durch Verbrennung von flüssigen₅ gasförmigen oder festen Brennstoffen und durch deren Abgase erwärmt werden, gekennzeichnet dadurch, daß die Abgase eines Schmelzofens (2) und gegebenenfalls die eines benachbarten Wärineerzeugers sowie deren unverbrannte Brennstoffanteile in wenigstens eine nachgeschaltete, mit Schinelzgefäßen bestückte Schmelzkammer (8) geleitet werden und dieses Gemisch in der Schmelzkammer (8) verharrt und entspannt wird, wobei die unverbrannten Brennstoffanteile nacirtferbrannt werden und deren Wärmekapazität an die innerhalb der Schmelzkaimner (8) von ihnen erreichbaren Gegenstände abgegeben bzw. gespeichert wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Schmelzofen (2) und der mit Tiegeln (14; 15; 16} bestückten Schmelzkammer (8) ein Abgaskanal (7) mit einer verschließbaren öffnung (18) angeordnet ist,, dessen Querschnitt (F^) um den etwa 8- bis la^fachen Wert kleiner als der Querschnitt (ITo) 'der Schmelzkamiaer (8) ist«

3· Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß zur Steuerung,des Abgasvolumens und der Abgastemperatur zwischen der Schmelzkammer (8) und dem Schornstein (9) in an sich bekannter Weise ein Schieber (11) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach den Punkten 2 und 3» gekennzeichnet dadurch,-daß außer dem Schieber (11) ein zusätzlicher Schieber (13) im Schornstein (9) angeordnet ist, der nur

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über eine Verriegelungsschaltung (13s) mit dem ölbrenner (1) betätigbar ist.

5» Vorrichtung nach den Punkten 2 bis 4, gekennzeichnet dadurch* daß die Schmelzkammer (8) aus einer äußeren wärmeisolierenden und einer inneren wärmespeichernden und wärmeabstrahlenden Wandung (W), z. B. aus Magnesit, besteht*
6. Vorrichtung nach den Punkten 2 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß in der Schmelzkammer (8) zusätzlich wärmespeichernde Elemente (20), z. B. aus Magnesit, angeordnet sind« ' '

7e Vorrichtung nach den Punkten 2 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß in der Sohmelzkammer (8) und/oder im Schmelzofen (2) Leitelemente (10) für den Abgasstrom angeordnet sind«

8_e Vorrichtung nach Punkt 7$ gekennzeichnet dadurch, daß die Leitelemente (10) verstellbar sind«,

9« Vorrichtung nach den Punkten 2 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die innerhalb der Schmelzkammer (8) angeordneten Wärmeabstrahlelemente (20) ortsveränderlich angeordnet sind ο

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