Spôsob tavenia pevných materiálov a zariadenie na jeho vykonávanie

Číslo patentu: 283103

Dátum: 27.12.2002

Autor: Derkenne Jean-marie

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Pec na výrobu elektrotaveného produktu tavením pevných materiálov je vybavená dvomi elektródami (4, 5). Spôsob sa vyznačuje tým, že pred spustením tavenia sa voľné konce (13) elektród (4, 5) dotýkajú pevného materiálu (23) určeného na tavenie a sú od seba vzdialené tak, aby sa medzi nimi mohol vytvoriť elektrický oblúk, ktorý po zapojení elektród spôsobí tavenie materiálu v blízkosti ich voľných koncov (13). V nadväznosti na rozširovanie ohniska taveniny sú voľné konce elektród od seba postupne odďaľované, pričom sa stále udržiavajú v kontakte s taveným materiálom a zabezpečuje sa, aby medzi elektródami bol zachovaný tok elektrického prúdu.

Text

Pozerať všetko

Vynález sa týka spôsobu výroby elektrotaveného produktu tavenim pevných materiálov, najmä kovov alebo keramiky, V elektrickej peci, ktorá je vybavená aspoň dvoma elektródami, medzi voľnými koncami, V ktorých prechádza elektrický prúd, napr. vo forme elektrického oblúka.Vynález sa týkajednoduchého a ekonomicky nenáročného spôsobu výroby elektrotaveného produktu tavenim pevných, elektricky vodivých i nevodivých materiálov, ktoré sa uskutočňuje pri pomerne vysokých teplotách.Doterajšie spôsoby uprednostňujú tavenie elektricky vodivých pevných látok. Ak je vsádzka elektricky nevodivá, je nutné na spustenie tavenia realizovať osobitné opatrenie, napr. pridať do vsádzky uhlík alebo grafit, aby elektrický prúd mohol prechádzať vsádzkou.Doterajšie spôsoby možno uplatniť predovšetkým len pri pomerne nízkych teplotách, napr. od 1500 do 1600 °C, a nevyhovujú teda spracovaniu žiaruvzdomých hmôt.Podstatou vynálezu je spôsob, ktorý do značnej miery odstraňuje nevýhody zavedených spôsobov, a možno ho použiť V pripade tavenia elektricky vodivého i nevodivćho materiálu, pričom s ohľadom na nevodivé materiály nie je nutné realizovať doplňujúce opatrenia.Na spustenie tavenia podľa vynálezu sa voľne konce elektród položia na pevný materiál určený na tavenie a zároveň sa k sebe prísunú na takú vzdialenosť, aby medzi nimi mohol prechádzať elektrický prúd. Akonáhle sa medzi elektródami vytvorí elektrický oblúk, najskôr dochádza k taveniu pevného materiálu v bezprostrednej blízkosti voľných koncov elektród. Potom sa voľne konce elektród v nadväznosti na postupne sa rozširujúce ohnisko taveniny od seba odďaľujú, pričom sa stále udržujú V kontakte s taveným pevným materiálom a medzi voľnými koncami elektród sa zabezpečuje priechod elektród elektrického prúdu, Podstatou vynálezu je tiež elektrická pec na výrobu elektrotavenćho produktu, ktorá je usporiadané tak, aby spĺňala podmienky uskutočnenia spôsobu podľa vynálezu.Pec sa vyznačuje tým, že elektródy sa voľnými koncami k sebe zbiehajú, a sú nezávisle od seba posuvné medzi polohou priblíženia, keď sa ich voľné konce, pripadne aj dotýkajú, a polohou oddialenia, ked je medzi týmito voľnými koncami určitá vzdialenosť. Pec je vybavená prostriedkami, ktoré plynule posúvajú elektródy medzi týmito plochami.Každá elektróda je osadená V nosnom ramene elektricky izolovanom.Elektródy sú podľa vynálezu zavedené do taviacej panvy zboku tak, aby sa mohli posúvať medzi polohami priblíženia a oddialenia.Prehľad obrázkov na výkreseVynález bude bližšie objasnený na výkrese, na ktorom zobrazujeobr. l schému elektrickej pece podľa vynálezu (sčasti V bočnom priereze), obr. 2 prierez na priamke lI-Il z obr. l, obr. 3 schemu zapojenia elektród do elektrického obvodu.Vynález sa predovšetkým týka spôsobu výroby elektrotaveného žiaruvzdorného produktu tavenim pevného materiálu rozličnćho druhu, najmä žiaruvzdorných materiálov.Tavenie sa realizuje v elektrickej peci, ktorá je vybavená aspoň dvomi elektródami, medzi voľnými koncami ktorých po zapojení prechádza elektrický prúd poskytujúci potrebnú energiu na tavenie.Ak je vsádzka elektricky nevodivá alebo menej vodivá a tvoria ju napr. pevné keramické materiály, V takom pripade sa voľne konce elektród pri spustení tavenia dotýkajú,pričom sa dotýkajú tiež i pevného materiálu, ktorý bude tavený. Po zapojení do obvodu sa medzi elektródami vytvorí elektrický oblúk, ktorý ohrieva a tavi pevný materiál V bezprostrednej blízkosti voľných koncov elektród.Voľné konce elektród sú postupne od seba odďaľované tak, ako sa rozširuje ohnisko taveniny, pričom sa stálo udržujú V kontakte s taveným pevným materiálom. Tiež je nutné dbať na to, aby sa zachoval priechod elektrického prúdu medzi elektródami a cez tavenínu, ktorá sa tvorí medzi ich voľnými koncami. Ohrev je v tomto kroku tavenia spôsobený Joulovým teplom, vznikajúcim V dôsledku odporu taveného materiálu, ktorý sa nachádza medzi elektródami, čiastočne ponorenými do taveniny, na priechod elektrického prúdu. Tým sa stáva pôvodne nevodivý pevný tavený materiál vodivým, lebo bol uvedený do kvapalného skupenstva.Akje tavený materiál dostatočne elektricky vodivý a ide napr. o kovy, nie je nutné, aby sa pri spustení tavenia voľne konce elektród dotýkali. V tomto prípade postačí, aby vzdialenosť medzi elektródami zodpovedala možnosti vytvorenia elektrického oblúka. Ohrev vznikajúci v tomto kroku tavenia je čiastočne spôsobený teplom Vyžarovaným elektrickým oblúkom a prenikajúcim pevným materiálom,čiastočne Joulovým teplom, v dôsledku odporu taveného materiálu proti prechádzajúcemu elektríckému prúdu v tej časti taveniny, do ktorej sú elektródy čiastočne ponorené..le zrejmé, že vzdialenosť medzi elektródami sa môže meniť podľa druhu taveného materiálu. V pripade elektricky nevodivého materiálu sa elektródy navzájom dotýkajú alebo sa takmer dotýkajú tak, aby sa medzi ich voľnými koncami vytvoril elektrický oblúk, zatiaľ čo v prípade elektricky vodivého materiálu môžu byť voľné konce elektród od seba oddialené.Vzdialenosť medzi elektródami je teda závislá od vodivosti taveného materiálu, ale aj od sily elektrickej inštalácie, pričom vzdialenosť medzi voľnými koncami elektród by mala zabezpečiť optimálny výkon tavenia.Tavenina sa pred vypustenlm z panvy homogenizuje premiešanim konvekčným prúdom. Tento krok sa podľa vynalezu uskutoční krátko po dokončení tavenia opätovným priblížením voľných koncov elektród.Priložené obrázky zobrazujú elektrickú pec na výrobu elektrotaveného produktu spôsobom podľa vynálezu.Elektrická pec je typom, ktorý používa systém ponorných elektród.Pec je vybavená panvou l, ktorá je V homej časti uzatvorená klenbou 2 s násypným otvorom 3, ktorým sa do panvy vkladá vsádzka.Po obidvoch stranách z boku panvy 1 sú V nosných ramenách 6 prichytené dve elektródy 4 a 5 tak, aby ich voľnékonce 13 smerovali šikmo na seba. Nosné ramená 6 sú elektricky izolované. Elektródy sú V nosných ramenách prichytené tak, aby sa mohli posúvať, medzi polohou priblíženia, ked sa oba ich voľné konce pripadne dotýkajú, a polohou oddialenia, keď je medzi voľnými koncami určitá vzdialenosť. Z toho dôvodu elektródy voľne prechádzajú otvormi v bočných stenách 1 panvy 1, ich prierez je vyhotovený tak, aby okolo elektród vznikol kruhový priechod 19, ktorým do pece preniká vzduch, a je dostatočne veľký,aby bolo možné elektródy vychyľovať. Osi elektród tam môžu zvierať uhol ot 15 ° až l 65 °.Elektródy sa vychyľujú okolo vonkajšieho bodu vychýlenia 28, ktorý je dostatočne vzdialený od steny 1 pece,aby vychýlenie voľných koncov elektród 4 a 5 v peci bolo čo najväčšie, a tým bola docielená presná kontrola tavenia nezávisle od kvantity taveného materiálu. Vonkajší bod vychýlenia 28 je prakticky situovaný na nosnom ramene 6.Každé nosné rameno 6 je usporiadané zo základne 7, v ktorej je zapustený stlpec 8, a na jeho hornom konci, ktorý je totožný s uvedeným vonkajším bodom vychýlenia 28, je v kĺbovom čape uložený držiak 9. Elektróda je v držiaku posuvne prichytená objímkami 10. Držiak 9 je vybavený ovládacím kolesom 11, ktorým je možné ovládať (ručne alebo motorom) posuv elektród v smere šípok 12, a tým meniť vzdialenosť medzi ich voľnými koncami 13 vnútri panvy 1. Túto vzdialenosť je možné meniť tiež vychyľovanim elektród okolo vonkajšieho bodu vychýlenia 28.Vonkajšia valcovitá stena 15 dna panvy 1 spočíva prostredníctvom valčekov 16 na podstavci 14. Valčeky sú vsunute do koľajníc 17 vo valcovitej stene 15 dna panvy.Asi v polovici výšky bočnej steny panvy 1 je výpustný otvor 18.Na vypustenie elektrotavenej hmoty sa panva vychýli na podstavci 14 V smere šípky 26 (obr. 2).Skutočnosť, že elektródy 4 a 5 prechádzajú celkom voľne stenami l pece a nijako sa ich nedotýkajú, významne odlišuje usporiadanie pece podľa vynálezu od dosiaľ používaných pecí na elektricke tavenie.V súčasnej technike sú elektródy prichytené k stenám pecí a sú výkyvne zavesené na pomeme zložitých prostriedkoch, ktore sú vystavené zvýšeným teplotám, proti ktorýmje treba elektródy chrániť. Tieto prostriedky sú však dôvodom, prečo súčasne pece môžu pracovať len pri teplotách rádovo 1600 °C.Vzhľadom na to, že oproti súčasnej technike je pec podľa vynálezu vybavená kruhovými priechodmi 19, ktoré sú dostatočne veľké a umožňujú prúdenie chladného vzduchu pozdĺž elektród a pretože každá elektróda, ktorá týmto otvorom prechádza, je prichytená v bočnom nosnom ramene 6, ktoré je dostatočne vzdialene od bočnej steny 1, nie je nutné na ochranu elektród a ich nosných ramien realizovať žiadne dostatočné opatrenia proti vysokým teplotám vnútri panvy.To umožňuje spracovať žiaruvzdomé produkty pri teplotách vyšších ako 2500 °C.Na obr. 3 je schematicky znázomené zapojenie elektród 4 a 5 do elektrického obvodu. Obvod nadväzuje na elektrickú sieť na svorkách 29 klasickým spôsobom cez istič(nie je vyobrazený). Do obvodu je vložená samoindukčná cievka 20, ktorá je zapojená do série s elektródami 4 a 5 v prípade, ked sú tieto elektródy v polohe približenia.Spínačom 21 je možné nakrátko spojiť túto cievku v prípade, ked sú elektródy 4 a 5 v polohe oddialenia.Do okruhu je okrem toho vložený transformátor 27,ktorý privádza napätie na svorky elektród a zabezpečuje potrebnú prúdovú hustotu na vykonanie tavenia. Môžeísť o klasický transformátor so stálym prevodom napätia 220/11 000 V.Hlavným vypínačom 22 je možné uzatvoriť elektrický obvod a zapojiť elektródy na sieť.Pri spustení tavenia sa hlavným vypínačom 22 uzatvorí napájací obvod, spínač 21 ostáva rozpojený, elektródy 4 a 5 sú v polohe priblíženia, pričom ich voľné konce sú ponorené do vsádzky alebo sú aspoň v kontakte s ňou.Sotva sa určité množstvo pevného materiálu 23 roztaví a vzniká tavenina 24, vykoná sa postupné oddialenie elektród 4 a 5 od seba a zopnutie spinača 21, aby došlo ku skratovaniu samoindukčnej cievky 20.V nadväznosti na rozširovanie ohniska taveniny sa vykoná zväčšenie vzdialenosti medzi elektródami, pričom je potrebné dohliadnuť na to, aby hustota prúdu prechádzajúceho medzi elektródami cez taveninu 24, bola dostatočne veľká na to, aby sa teplota tavenia prenášala na okolitý pevný materiál 23.Po roztavení všetkého pevného materiálu je výhodné,aby sa elektródy 4 a 5 opäť k sebe priblížili pri ich súčasnom hlbokom ponoreni pod hladinu taveniny, pričom sa podľa potreby rozpojí spínač 21, aby sa znížilo množstvo prúdu v elektrlckom obvode. V dôsledku toho sa koncentruje pomeme značná energia v malom objeme roztavenćho materiálu, ktorá spôsobí lokálne zvýšenie teploty. Tým vzniká konvekčnć prúdenie, čoho výsledkom je dokonalé miešanie roztaveného materiálu a vytvorenie pomerne homogénnej hmoty vysokej kvality.Nasleduje niekoľko konkrétnych príkladov na ilustráciu uplatnenia spôsobu podľa vynálezu v predtým opísanej peC 1.Príklady Do pece je vsadený materiál s celkovou hmotnosťou 1500 kg v tomto zložení 33 oxidu zirkoničitého,50 oxidu hlinitého, 14 oxidu kremičitého a 3 alkalickej soli vo forme uhličitanu sodného, Priememá zmitosť kolíše od 0,5 mm do 15 cm (veľkosť priemeru).Pred spustením tavenia sa oba voľné konce 13 elektród 4 a 5, ktoré v tomto príklade sú z grafitu, priblížia k sebe a na úroveň pevného materiálu vsadeného predtým do panvy 1. Oba voľné konce 13 elektród sa čiastočne zakryjú pevným materiálom tak, aby v ňom boli ponorené.Potom sa hlavným vypínačom 22 uzatvorí elektrický obvod, pričom spínač 21 je rozpojený. Medzi elektródami 4 a 5 sa vytvorí elektrický oblúk.Energia na elektródach je rádovo 300 kW. Asi po 5 minútach vzniká v okolí voľných koncov 13 elektród 4 a 5 dostatočné množstvo taveniny 24 a je možné spínačom 21 nakrátko spojiť samoindukčnú cievku 20. Súčasne sa elektródy postupne odďaľujú od seba.Pretože tavenina 24 je kvapalného skupenstva, prechádza elektrický prúd medzi elektródami cez taveninu. Celkový čas tavenia je asi 45 minút a teplota tavenia sa pohybuje okolo 2250 °C.Vzniknutá teplota taveniaje dostatočne veľká a umožňuje postupne tavenie celej vsádzky pri sústavnom zväčšovaní vzdialenosti medzi elektródami, ktorá sa realizuje až do úplného roztavenia vsádzky.Iné druhy materiálov boli v pecí spracované obdobným spôsobomIný príklad sa týka tavenia sklenených črepov. V tomtopríklade boli použite molybdénové alebo grañtové elektródy.Sklenené črepy boli tavené v predtým opísanej peci spoločne s vypáleným odpadom obsahujúcim napr. ťažké kovy. Išlo hlavne o odpadový extrakt z vypaľovacich pecí v pevnom stave.Tavením sa získal sklovitý produkt obsahujúci spomenuté ťažké kovy, ktorý by mohol byť použitý ako základná surovina na výrobu guľôčok známou technológiou, s cieľom odstrániť ťažké kovy.Tavenie bolo uskutočnené kontinuálne v naklonenej panve 1 tak, aby sklovitý produkt s postupom tavenia odtekal výpustným otvorom 18, pričom panva bola doplňovaná násypným otvorom 3 V klenbe peci.Rovnaký spôsob kontinuálneho tavenia bol použitý aj v prípade vsádzok iného materiálu.Spôsob podľa vynálezu a usporiadanie elektrickej pece,v ktorej je tento spôsob realizovaný, nevyžaduje ďalšie osobitné kroky na spustenie a skončenie tavenia.Je možné napr. nechať stuhnúť časť nevodivej vsádzky v peci. Je však potrebné dohliadnuť, aby elcktródy 4 a 5 boli uvedené do polohy oddialenia nad hladinu stuhnutej vsádzky pred spustením tavenia, ktoré bude uskutočnené predtým opísaným spôsobom. Ak je vsádzka elektricky vodivá, nie je nutné toto opatrenie zrealizovať.Pracovné podmienky pece je možné meniť. Na stenách panvy sa môže ponechať určitá vrstva elektrotaveného produktu 25 ako stála ochrana stien panvy 1.Pec môže byť zapojená na jednosmerný prúd, jednofázový alebo trojfázový prúd.Výhodné usporiadanie a umiestnenie elektród 4 a 5 vzhľadom na panvu 1 umožňuje regulovať veľkosť uhla ot s prihliadnutím na výšku hladiny vsádzky. Na to je treba zabezpečiť, aby sa elektródy mohli vychyľovať na stĺpci 8 nosného ramena 6 v oblúku pomeme veľkého rozpätie. Z toho dôvodu je nutné, aby vonkajší bod vychýlenia bol dostatočne vzdialený od steny pece.Vynález nie je limitovaný spomenutými prikladmi. Bez toho, aby by bol prekročený jeho rámec, je možne použiť rôzne typy elektród, ktoré vyhovujú pre elektrické pece pracujúce systémom ponorných elektród, a aj konštrukcia nosného ramena 6 elektród môže byť usporiadaná iným spôsobom.Taktiež vsádzka, jej zloženie a zrnitosť, môže byť rozmanitá. Môže ísť o materiál práškový alebo o bloky s priemerom až niekoľko desiatok centimetrov.l. Spôsob tavenia pevných materiálov, hlavne kovov alebo keramiky, pri ktorom vzniká elektrotavený produkt v elektrickej peci vybavenej najmenej dvomi elektródami,medzi voľnými koncami ktorých môže prechádzať elektrický prúd hlavne vo forme elektrického oblúka, pričom pri spustení tavenia sa voľné konce elektród dotýkajú taveného materiálu a vzdialenosť medzi nimi umožňuje priechod elektrického prúdu, prípadne vytvorenie elektrického oblúka, pri ktorom dochádza k taveníu pevného materiálu v blizkosti voľných koncov elektród a elektrický prúd prechádza tiež taveninou tvoriacou sa medzi oboma voľnými koncami, vyznačujúci sa tým, že voľné konce elektród (13) sa postupne v súvislosti s rozširujúcím sa ohniskom roztaveného pevného materiálu (23) od seba odďaľujú, pričom sa stále udržujú v kontakte s taveným pevným materiálom (23) na zabezpečenie zachovania toku elektrického prúdu medzi elektródami.2. Spôsob podľanároku Lvyznačuj úci sa t ý m , že v priebehu tavenia sa privádza materiál na tave nie do blizkosti elektród (4, 5), najmä do priestom medzi ne, zatiaľ čo sa súčasne kontinualne odvádza tavenina (24).3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že sa tavenie uskutočňuje v oxidačnom prostredí.4. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3,vyznačujúci sa tým, že pred vypustením taveniny sa uskutoční jej premiešaníe konvenčným prúdom.5. Elektrická pec na vykonávanie spôsobu podľa nároku 1, ktorá je vybavená panvou, najmenej dvomi elektródamí prechádzajúcimi cez stenu pece a prostriedkami na vytvorenie elektrického oblúka medzi voľnými koncami elektród, ktoré sa zbiehajú k sebe a sú posuvné medzi polohou ich priblíženia, ked sa ich voľne konce prípadne aj dotýkajú, a polohou oddialenia, keďje medzi ich voľnými koncami určitá vzdialenosť, ale sú stále v kontakte s taveným materiálom, pričom posúvanie voľných koncov medzi týmito polohami je v podstate nepretržite a je vykonávané prostriedkami, ktoré sú súčasťou pece, v y z n a č u j ú c a s a t ý m , že V nosnom ramene (6) sú prichytené elektródy (4) a (5) posuvné a výkyvné v ich osi okolo vonkajšieho bodu vychýlenia (28) vzdialeného od steny (l ) a prechádzajúce otvorom steny (l), okolo elektród (4) a (5) je kruhový priechod (19) na vychyľovanie elektród (4) a(5), ktorých osi zvierajú uhol a 15 ° až 165, pričom panva(l) je v homej časti uzatvorená klenbou (2), ktorá je vybavená násypným otvorom (3) na plnenie panvy (1) pevným materiálom na tavenie.6. Elektrická pec podľa nároku 5, v y z n a č uj ú c a s a t ý m , že každé nosné rameno (6) je elektricky izolované a usporiadané zo základne (7), v ktorej je uložený stĺpik (8), ktorého homý koniec je vonkajším bodom vychýlenia (28) a je spojený s držiakom (9) kĺbom, pričom k držiaku (9) je upevnená elektróda (4, 5) na posúvanie a vychyľovanie a na menenie vzdialenosti medzi voľnými koncami (13) elektród (4, 5).7. Elektrická pec podľa nároku 5 alebo 6, v y z n a č u j ú c a s a t ý m , že do elektrického obvodu napájania elektród (4) a (5) je vložená samoindukčná Cievka(20), ktorá je zapojená do série s elektródami (4, 5) v ich polohe priblíženia a nakrátko v ich polohe oddíalenia.

MPK / Značky

MPK: H05B 7/00, H05B 3/03

Značky: tavenia, materiálov, spôsob, pevných, vykonávanie, zariadenie

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/7-283103-sposob-tavenia-pevnych-materialov-a-zariadenie-na-jeho-vykonavanie.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob tavenia pevných materiálov a zariadenie na jeho vykonávanie</a>

Podobne patenty