Wie eine Rinne, nur besser!
Eine Rinne wird verwendet, um flüssiges Metall zu transportieren. Die Grundkonstruktion einer Rinne ist eine Stahlwanne, die mit feuerfestem Material ausgekleidet ist, um das flüssige Metall vom Stahl zu isolieren. (Sowohl thermisch als auch chemisch isolierend.) Das flüssige Metall verliert Wärme, wenn es durch die Schwerkraft die Rinne hinuntergezogen wird. Wenn die Wärme zu schnell verloren geht, gefriert das Metall in der Rinne. Es gibt eine Reihe von Faktoren, die die Wärmeverlustrate beeinflussen, darunter:
Querschnittsfläche und Metallgeschwindigkeit - Die Querschnittsfläche des geschmolzenen Metalls und die Metallgeschwindigkeit stehen in Beziehung zueinander. Kleine Querschnitte sind auf 8 bis 15 cm/s (Zentimeter pro Sekunde) begrenzt, während große Querschnitte Geschwindigkeiten von bis zu 25 cm/s erreichen können.
Profil (Querschnittsform der Feuerfestauskleidung) - Breite, flache Rinnenprofile führen zu mehr Wärmeverlust, unterstützen aber höhere Volumen. Tiefer gerundete Bodenrinnen halten viel mehr Wärme, arbeiten aber mit geringeren Volumen
Wärmeleitfähigkeit von Feuerfestmaterialien - Die Auswahl an Feuerfestmaterialien beschränkt sich in der Regel auf solche mit ausgezeichneten wärmeisolierenden sowie chemischen Eigenschaften.
Konvektive Luftströmung - Je mehr kühle Luft über die Rinne strömt, desto schneller kühlt das Metall ab
Typischerweise definiert die Anwendung die Anforderungen an das Gesamtvolumen und die Transferrate, die im Rinnensystem benötigt werden. Folglich muss das Rinnensystem so ausgelegt sein, dass es diese Anforderungen erfüllt und gleichzeitig so viel Wärme wie möglich speichert. Eine Erhöhung der Abgastemperaturen, um ein (thermisch) verlustreiches Rinnensystem auszugleichen, ist keine gute Praxis. Die höheren Abgastemperaturen bedeuten einen höheren Energieverbrauch, einen beschleunigten Verschleiß der Ofenauskleidung, einen beschleunigten Pumpenverschleiß und einen beschleunigten Rinnenverschleiß. Ein offenes Rinnensystem verliert Wärme durch Wärmeleitung, Strahlung und Konvektion. Der Großteil des Wärmeverlusts erfolgt durch Wärmeleitung über die Feuerfestisolierung, so dass die Minimierung der Oberfläche in Kontakt mit der Feuerfestisolierung zum Querschnitt des geschmolzenen Metalls entscheidend ist. Dies erklärt, warum die Rinne mit dem abgerundeten Boden eine bessere thermische Effizienz aufweist als die Rinne mit dem flachen Boden. Um die Verluste durch Konvektion und Strahlung zu reduzieren, kann eine Rinne abgedeckt werden.
Feuerfest ausgekleidete Rohre
Eine mit Feuerfestmaterial ausgekleidete Rohrleitung mit 50 % Kapazität ähnelt einem abgedeckten Rinnensystem:
Abgerundetes Bodenprofil - Minimiert die Kontaktfläche mit der feuerfesten Isolierung und reduziert somit den Wärmeverlust durch Wärmeleitung.
Konvektiver und radiativer Wärmetransfer - Mit einer luftdichten Abdeckung wird die Konvektionskühlung fast vollständig eliminiert
Geringe Krätze - Die Atmosphäre innerhalb des feuerfest ausgekleideten Rohrs ist im Vergleich zu einer offenen Rinne begrenzt, so dass es weniger Möglichkeiten gibt, während des Transports Krätze zu erzeugen.
Ein System aus feuerfest ausgekleideten Rohren, das wie ein abgedecktes Rinnensystem konfiguriert ist. Verbessert den Durchfluss, reduziert Wärmeverluste, minimiert das Risiko des Einfrierens und ermöglicht eine einfachere Wiederherstellung nach dem Einfrieren.
Da der Metalltransport in einem geschlossenen System erfolgt, ist die Oxidbildung nahezu ausgeschlossen.
In der Regel ist es die beste Vorgehensweise, ein Rohr mit kleinerem Durchmesser von der Pumpenleitung bis zum höchsten Punkt im Transfersystem zu verwenden. Nach dem Bogen, der vom vertikalen Anstieg zum horizontalen Fluss übergeht, wird ein Expander verwendet, um das Rohr mit dem größeren Durchmesser zu verbinden. Das Steigrohr mit dem kleineren Durchmesser sorgt für eine höhere Geschwindigkeit und schnellere Füllzeiten, während das Rohr mit dem größeren Durchmesser:
Reduziert den Wärmeverlust auf etwa 0,3°F (0,17°C) pro Meter bei einer Transferrate von 1000 lbs/min (7,5 kg/s)
Minimiert das Risiko des Gefrierens
Verbessert die Wiederherstellbarkeit nach dem Einfrieren
Einige Anwendungen verwenden auch ein "Inertgas-Drip", um die Luft in dem Refraktorförmigen Rohr mit größerem Durchmesser zu verdrängen. Dies reduziert die Schlackebildung weiter, indem der verfügbare Sauerstoff verdrängt wird.
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