Шахтная печь для получения расплава алюминия из лома

Шахтная печь для получения расплава алюминия из лома

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность печь состоит из трех футерованных секций для нагрева лома, его плавления и накопления расплава На каждой секции установпены индукторы В стенке секции плавления с заглублением внутрь секции установлены волноводы ультразвуковых колебаний, соединенные с ультразвуковым преобразователем. Между секциями плавления лома и накопления расплава размещен зернистый фильтр Изобретение обеспечивает повышение производительности печи и качества расплава 3 ия

(19) RÖ (и) (ЯЦУ F2783 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4877761/02 (22) 24.10.90 (46) 15.1193 Бк)л, Йв 41-42 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт имГ.И.Носова (72) булах АА; 8ачаев А.В„Иванов Н.И. (73) Вачаев Анатолий Васильевич; Булах Александр

Андреевич; Иванов Николай Иванович (54) ШАХТНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЛАВА АЛЮМИНИЯ ИЗ ЛОМА

{57) Сущность; печь состоит из трех футерованных секций: для нагрева лома, его плавления и накопления расплава. На каждой секции установлены индукторы 8 стенке секции плавления с заглублением внутрь секции установлены волноводы ультразвуковых колебаний, соединенные с ультразвуковым преобразователем. Между секциями ллавгения пома и накопления расплава размещен зернистый фильтр. Изобретение обеспечивает повышение производительности печи и качества расплава. 3 ил

2003011

Г) 5

Изобре i 8(гие относ(лтся к области цве)нс л м -1аллурги;"„в частностл к устройствам

;1 (1;(П ) 8 BlI6L(ÈII аЛ (О МИН И 8 ВОГО Лома, И МожЕТ

) . т(. (с (0!(ьзовано В ()роизводстве алюми

-:.- (а электрошахтная плавильная :. :.. .. .. . ". Г )ящая N3 ша:<ты, имс(ощей Горел л ". и. :« Ip)ева ш fxTI-I и электропечи, )!c(:1:-." (ен(ч(л 8(1(0(.;L:èè6âoro лома В . . i 0i,! акт г(ых печах кОЗффици611ò т спло

:.16р;.-, (3÷!I 0Т ГВЗОвои ГOp8!Il: к лому очень ! s:.)!;., - Го су()(ес Г Рнно ОГОаничивает произ(I(.Àì f (;ëI !(0c rü этих п8ч8йl, .:l (l: (-. .; f II. -:l и (! Дy К ци о (Ч (13!i и I 6 (I(1!1L f(ая . °,.,):,.:(((Вя к "0((ус, В котором науо,,1 .(.-.!" .-„-(Ый Г((гея OKP /3<6(.;Н,. и ф4те"...Iа, i . $lI0IIHых па-l(1:< тепло выделяет(":(:.: (=,; 6(III В 0(араба Гыва: t i:-)Ì f fа ) Э 1 O l!(V O P L) (.f ..1 В 0 " T 0!1 f. 1.(0 C T L .ч::;0,.0,:. (ыь Гч; IÁé сущестиен((о вь(ше ... . ;(::. Iа;;.! Ых Г!6 (6и..:4(-. .0 и 6 и (i,)кц((0 i)LIK печах произ 1 (" т -. Gr Ъа Н (1 IG(-**, 1 )63f «ep6!4(4 печи

Ч,,:-,(. ;.,г Тi ) ИН (УК) ОРВ, TQK Ка1< ПОВЫШ6НИ6 с: П(;Л", 3 ",,1 f i)ЛЬfl(ii f I,; (ВЧ3, ((Ãú В QCW(OВНOQ((1 (» >ЗГ)()анием Эне()ге)ИЧ6СКИХ Возможно

".;,:° . Или:;;:(6(0 порядка, осi(ованяых на проI!6C.;:-С.: Диф(()УЗИИ И ХИМИ (8СКОйЧ КИгlеТИКИ, И, (<ак i! ÎÂÂËËÎ, Не ЗаТРВГИВаеТ ЗН6РГ6ТИКУ д = )л. :f: 6ГО (!0()ilдка = си(1, заклк)че нных в кри ста "!",1:-:ескс ч рец етке тве()дОГО тела. КООме

r o à 0, к с3 ê В э л 6 к) р 0 Гв а xl н ы;(, т а к и в и и д) K ö èОнных печах получить алюминий заданно(.о качества практи (ески невозможна. Поэтому, как праь(лло, рафиниpy(oт 146талл В промежуточных коВшах или в раЗдаточных тиглях, увеличивая тем самым время получения алюминия заданно о качества, т.е. снижая производительность, Наиболее близкой по своей технической сущности к заявляемому. решени(о являетсй шахтная печь, Вклк)чающая шахту для подогрева и подачи лама, охваченную индуктооом, и плавильный тигель с выпускным 0T66pcòè6ì, расположенный под шахтой. выполненный r виде футерованных секций, соединенных между собой, с установленны(ч11 на каждой ч3 них индукторами.

Недостатком известного устройства является то, что повышение производительности может осуществляться в основном только эа счет дополнительной передачи энергии обрабатываемому материалу; которая orpàf(è÷6íà мощностью, а следовательно и ра" ìåðàìè индуктора. При этом термодинамические возможности самой системы твердый металл-расплав (внутренняя энергия, поверхностная энергия) не используется, Кроме того, в известной печи получают продукцию в виде полуфабриката, т.е. не.Воэм()жно получить алюминий заданного качества, поэтому доводку расплава алюминия осуществляют в прбмежуточных ковшах или в раздаточных тиглях. T.е. время, необходимое для производства алюминия заданного качества, увеличивается, тем самым снижается производительность его получения.

Целью изобретения является повышение производительности печи с получением расплава ал(оминия заданного качествау

Цель достиг":6Tcë тем, что в известной шахтной печи, содержащий три соединенные между собой футерованные секции для нагрева лома, его плавление и на.опление расплава и индукторы, установленные на каждой секции, между секциями плавления и Ia;.<Опления размещен зернистый фильтр, а в сте(чке секции плавления с заглублением

Внуrpb ".екци(и устанОВлены Волноводы ульГраэвуковых колебаний, соединенные с ультраэвуковым преобразователем, На фиг,1 показана предлагаемая шахтная плав(чл(,ная лечь в разрезе; на фиг.2— график зависимости уменьшения величины стержня алюминия в. процессе плавки при разных частотах накладываемых ультразвуf коиых колебаний; HG фиг.З вЂ” график зависимости лзмененля скорости плавления в процессе плавки при разных частотах (1акладываемых ультразвуковых колебаний.

Рерх(чяя часть заявляемой шахтной печи представляет собой шахту (секцию) 1 для подогрева и подачи лома 2, она изготовлена из огнеупорного материала и окружена спиральным индуктором 3, состоящим из небольшого количества витков, служащих для предварительного непрерывного нагрева заваливаемого ал(оминиевого лома 2.

Под шахтой (секцией) 1 расположен тигель 4, состоящий .из двух футерованных секций: секции 4 плавления лома и секции 6 накопления расплава. Между секциями 5 и

6 установлен зернистый фильтр 7. Секция плавления 5 окружена более мощным индуктором, имеющим комбинированную спиральную обмотку. При подключении индуктора 8 частично или на полное число витков при различных ступенях напряжения можно обеспечить нагрев лома 2 до температуры плавления и его последующее плавление, В стенке секции 5 плавления в зоне образования жидкой ванны расплава 9 с ззглубл нием внутрь секции 5 встроены

Волноводы ультразвуковых колебаний 10, которые служат для передачи колебаний от

2803011 генератора 11 ультразвуковых колебаний в зону образования жидкой ванны расплава 9.

Секция накопления расплава 6 охваче- на индуктором 12 и имеет выпускное отверстие 13. Эта секция предназначена для 5 разогрева расплава алюминия 14 до 720 С и поддержания этой температуры во время его дальнейшей обработки, На фиг.2 построены зависимости в системе координат, где по оси абсцисс отложе- 10 но время ведения плавки алюминия r, а по оси ординат —. величина уменьшения длины алюминиевого стержня (I). В атой системе координат изображены кривые зависимости I = 1(r, f) 15, 16, 17, 18, 19 соответствен- 15 но при наличии ультразвуковых колебаний с частотой f =70,:60, 25, 100, 150 кГц в зая вляемом решении, а кривая 20 зависимости

I = (r, при f - 0) по прототипу.

На фиг.3 приведены зависимости в сис- 20 теме координат, где по оси абсцисс отложено время (r ) ведения плавки алюминия, а по оси Ординат — скорость плавления (van) алюминиевого стержня в расплаве в заявляемом устройстве {кривые 21. 22, 23, 24, 25) и 25 в прототипе (кривая 26). Кривые 21, 22,. 23, 24, 25 показывают скорости плавления стержня при частотах соответственно 70, 60, 25, 100, 150 кГц, а кривая 26 изображает скорость плавления стержня в устройстве-прото- 30 типе при f = О.

Предлагаемая шахтная печь работает следующим образом.

Подготовленный кусковый лом загружается в шахту (секцию) 1 сверху и, ненрерыв- 35 но нагреваясь от индуктора 3 до 460 С, опускается под действием собственной массы. Плавление лома 2 происходит в жидкой ванне расплава 9, образовавшейся над зернистым фильтром 7. Для. интенсификации 40 плавления в жидкую ванну расплава 9 через волноводы 10 от генератора ультразвуковых колебаний 11 вводятся ультразвуковьа колебания частотой 60-70 кГц. 8 качестве источника ультразвука можно применять 45 генераторы УЗГ-1ц,. Под воздействием ультразвуковых колебаний в расплаве алюминия в пограничном слое около кусков лома возникают течения Шлихтинга, которые разрушают этот слой и тем самым интенси- 50 фицируют процесс-тепло- и массопередачи и следовательно плавление. Под действием ультразвуковых колебаний имеет место и кавитация расплава, которая также интенсифицирует процессы тепло- и массопере- 55 дачи и, кроме того, частично рафинирует расплав. Образующийся расплав аропускается через зернистый фильтр 7 толщиной

ЗΠ— 50 мм, который состоит иэ корунда, полиэтиленового кокса и из сплавов фторидов кальция или магния крупностью +2-(-4).

Сверху и снизу фильтр 7 охвачен сеткой из нержавеющей стали. Проходя через зернистый фильтр 7, расплав алюминия очищает-ся от железа, меди, оксидов алюминия, железа, щелочных металлов и других химических соединений, и скапливается в секции накопления расплава. 8 ней поддерживается температура 720 С, которая наиболее благоприятна для дальнейшего рафинирования расплава алюминия 14. Рафинирование производят в зависимости от требований к качеству металла. После окончания рафинирования расплав выпускают через сливное отверстие 13.

Для подтверждения получения положительного эффекта более высокого по сравнению.с прототипом были проведены экспериментальные исследования, которые проводились в лаборатории ультразвуковой дефектоскопии.

Осуществляли выплавку алюминия в устройстве-прототипе и в предлагаемой печи.

Эксперимент осуществляется на устройстве-прототипе, выполненном в виде лабораторной индукционной плавильной печи промышленной частоты 50 Гц и мощностью2 кВт. 8 стальных тиглях печи-прототипа, помещенных.в ее рабочее пространство, приготавливался перегретый на 50 С над температурой плавления расплав алюминия, в который сверху опускался алюминиевый стержень. По уменьшению длины стержня (фиг.2, кривая 20) определялась скорость плавления металла в расплаве (фиг.З, кривая 26). Измерение температуры расплава выполнялось термопарой ХАщ, показания которой фиксировались на диаграммной ленте потенциометра КСП-4, В процессе эксперимента в момент погружения стержня в расплав стальным волноводом 10 через боковые стенки тигля 4 вводились ультразвуковые колебания различной частоты. Источником ультразвука являлись серийные дефектоскопы ДУК-20 и

УКБ-1М, которые обеспечивали передачу ультразвуковых колебаний частотой 25, 60, 70, 100, 150 кГц. Результаты экспериментов приведены на фиг;2 и 3.

По изменению длины алюминиевого стержня в процессе плавки (кривые 15, 16, 17, 18, 19) при разных частотах 70, 60, 25, 100, 150 кГц в предлагаемом решении и в прототипе (кривая 20 частота f = О) была рассчитана скорость плавления члл стержня

s расплаве (кривые 21, 22, 23, 24, 25 — для предлагаемого решения, 26 — для прототипа).

2003011

Из фиг,3 видно, по скорость плавления

{..!!:-дла;замом устройстве выше, чем в про--от (1О, л следовательно и производитель:{эсгь:."г(являемой пе (и тоже выше. Так, ;;а{э: !{-1ер, наиоольшая скорость плавления ;:(({(), а следоватсльно L1 производительность

;;,; .,:,-,:,Qf ой и = {и достигается при воздейст((({ н а рве{{язв у льтразвуком чаСтотой 60

70 к{ц, что обеспечивает повышение ..производительности эаявляег1ой печи по (...I(QQíQI(è!o с f"(рототипом на 25%, f"i;) :., (ла гаемое устройство обладает пре,мущ{эством по сравнению с г1рототипом, та({ как эбеспечивает повышение проиэво,{(иэел(.ности печи с получением расплава ал(:{э{,1(1{-{{1я(за(дань{ого качества. Наличие в за>:,:,ля;;:; „1 р -,шенин в с<енкG секции плавлани,: с заглуолениеь{ внутрь секции волно"({(,:.,Ос ультразвуковых колебаний с!("со0с Г!! "ет образованию интен(сивных ,,;.:;:,;:,,,и -.:о.; ; f „ ñoëîâQ, которые спо".,об..:-,:.",:= ра.р.(оoff!00 кристаллической ре;:<, ";, : .;:-.;го;-,1{.-;г (f:ла. к:э(1такт{1рующего ,:,;::-.! f. В 0{1оа{оатываемом расплаве = 1СТИ i!-.С, f!Q ТЕЧ{Ч1ИЯ, и, (.(;;a!(t:èö{,,ц(:(от про(leco тепло- и массо"

:.==.0((:: —.,-(.:и, i-:- зрушают пограни-ffff.fA слой,,,î:.-- :—.,! „I! (с эр((".,óQ (ся на границе { аздела ф ээ

1т«.-;;дый металл — расплав и ингенсифицирует тег{ (о-. { массообмен и соотве гственно

Формула изобретения

ШАХТНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

РАСПЛАВА АЛ!СМИНИЯ ИЗ ЛОМА, содержащая три соединенные между собой футерованные секции для нагрева лома, его плавления и накопления расплава и индукторы, установленные на каждой секции, отличаюЕцаяся тем, что, с целью повышения процесс плавления, что подтвердили проведенные экспериментальные исследования.

Наряду с очисткой расплава от примесей зернистый фильтр способствует обргэова5 нию над ним жидкой ванны расплава алюминия. Благодаря наличию жидкой ванны расплава куски алюминиевого лома плавятся непосредственно в жидком металле под действием ультразвуковых колебаний, что

10 интенсифицирует процесс плавления и частично рафинирует расплав.

В предлагаемой печи вторая секция тигля предназначена для накопления расплава алюминия, обеспечивает возможность вес15 ти одновременно плавление и рафинирдвание, что позволяет получать расплав алюминия заданного качества без дальнейшей обработки расплава в других агрегатах

{в промежуточных и разливочных ковшах и

20 тд.), Это обеспечивает сокращение времени получения расплава заданного качества, т.е. ведет к повышению производительности печи с получением расплава алюминия заданного качества по сравнению с прото25 типом. (56) Смирнов B.È. Металлургия меди. никеля и кобальта, М Металлургия. 1964. с,158— 159.

30 Авторское свидетельство СССР

¹ 204355, кл. F 27 В 1/09, 1965, производительности печи и качества расплава, она снабжена. зернистым фильтром, размещенным между секциями плавления и нак{эпления, и волноводами ультразвуковых колебаний, соединенными с ультразву40 ковым и Реобразователем и установленными в стенке секции плавления с эаглублением внутрь секции.

Составитель А.Булах

Редактор B.Tðóá÷åíêo, Техред M.Mîðãåíòàë

КоРРектоР, H Мил окова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Рауискал наб., 4/5

Заказ 3227

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгброд, ул.Гагарина. 101