Плавильно-литейный комплекс для алюминия и его сплавов

Плавильно-литейный комплекс для алюминия и его сплавов

Реферат

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для плавки, приготовления и разливки алюминия и его сплавов.

Известна шахтная печь для плавки алюминиевых сплавов, включающая загрузочную шахту, ванну, подину и газовые горелки, которая снабжена камерой для сжигания газа и газоотводящими патрубками Г-образной формы, расположенными на подине и соединенными с камерой сжигания газа, причем выходные отверстия газоотводящих каналов расположены выше возможного уровня металла в печи (А.с. СССР №972202, F 27 B 1/08, 1982 г. [1]).

Конструктивное выполнение газового нагревательного устройства в известном решении позволяет увеличить коэффициент использования топлива на 5-10%, предотвратить образование настылей на подине. Однако для выливки металла из печи требуется дополнительное устройство, что потребует дополнительных затрат на выливку и дозированную разливку металла.

Известен комплекс для плавки и разливки металла, содержащий поворотную печь с загрузочными окнами и заслонками, выпускным носком для слива металла в желоб, приводом поворота печи и узлом вывода газов, в котором печь выполнена корытоообразной формы, привод поворота печи выполнен в виде гидроцилиндров, для автоматического поддержания уровня металла в желобе печь снабжена программно-технической системой, связанной с одной стороны с гидроцилиндрами привода, а с другой стороны с установленным над желобом датчиком уровня металла, кроме того, печь снабжена карманом для заливки жидкого металла (патент РФ на полезную модель №41512, F 27 B 14/02, 2004 г. [2]).

По назначению, технической сущности, наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.

Основные недостатки известного решения:

- велико время подготовки металла к разливке;

- сложность достижения однородности расплава при приготовлении;

- значительные потери и загрязнения металла за счет угара.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности использования оборудования, повышение технико-экономических показателей процесса.

Техническим результатом является получение однородного расплава, сокращение времени его приготовления, повышение качества металла и снижение его потерь.

Поставленный технический результат достигается тем, что плавильно-литейный комплекс для алюминия и его сплавов, содержащий поворотный миксер, снабженный приводом, загрузочным устройством, нагревательным устройством, устройством для слива жидкого металла, транспортный желоб и устройство для разливки металла, оборудован трехуровневой системой автоматизации, а поворотный миксер дополнительно снабжен магнитогидродинамическим перемешивателем, расположенным под днищем миксера, причем перемешиватель установлен под днищем поворотного миксера с возможностью его перемещения и фиксации и снабжен системой охлаждения, выполненной в виде водоохлаждаемой плиты, расположенной между днищем миксера и корпусом перемешивателя, кроме того, комплекс дополнительно снабжен установкой для рафинирования и фильтрации жидкого металла, встроенной в транспортный желоб, соединяющий устройство для слива жидкого металла из миксера и устройство для разливки металла, и снабжен устройством для разливки жидкого металла, выполненным в виде устройства разливки роторного типа с литейным конвейером, а поворотный миксер снабжен нагревательным устройством, выполненным в виде электронагревателей, закрепленных на своде миксера.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

Поворотный миксер, входящий в состав предлагаемого плавильно-литейного комплекса, дополнительно снабжен магнитогидродинамическим перемешивателем, расположенным под днищем миксера. Это обеспечивает интенсификацию процессов приготовления сплавов за счет перемешивания расплава в печи, эффективного растворения в расплаве алюминия легирующих модифицирующих и основных компонентов, сокращение времени приготовления расплава. В случае рафинирования жидкого алюминия в миксере с использованием рафинирующих реагентов перемешивание расплава также способствует интенсификации процесса и повышению степени очистки расплава от неметаллических и газовых включений. Выполнение магнитогидродинамического перемешивателя с возможностью перемещения и фиксации его под днищем миксера расширяет технологические возможности комплекса, повышает срок службы оборудования. Оснащение перемешивателя системой охлаждения, выполненной в виде водоохлажаемой плиты, установленной между днищем миксера и корпусом перемешивателя, обеспечивает безопасность технологического процесса и также повышает срок службы оборудования.

Плавильно-литейный комплекс оборудован трехуровневой системой автоматизации, включающей три иерархических уровня: нижний, средний и верхний. Нижний уровень включает контрольно-измерительное оборудование и исполнительные механизмы, обеспечивающие измерение технологических параметров и исполнение управляющих воздействий. На среднем уровне компонуются программно-технические средства контроллера сбора данных и управления (КСДУ) и пульта операторов, основным функциональным назначением которых является:

- ввод/вывод нормативных электрических сигналов от датчиков и исполнительных механизмов, расположенных на нижнем уровне системы;

- первичная обработка данных;

- программная реализация законов автоматического регулирования и управления;

- формирование и отображение сигналов аварийной и предупредительной сигнализации;

- мониторинг текущих значений технологических параметров;

- ручное управление агрегатом (при необходимости);

- обмен информацией с верхним уровнем системы;

- задание предельных значений технологических параметров для формирования аварийной и предупредительной сигнализации.

Верхний уровень системы включает в себя автоматизированное рабочее место мастера участка.

Взаимодействие между нижним и средним уровнем системы ведется через сигнальные линии тока и напряжения. Связь среднего и верхнего уровней осуществляется посредством коммуникационной подсистемы, взаимодействие верхнего и среднего уровней поддерживается программно-техническими средствами обоих уровней. Система автоматизации предлагаемого плавильно-литейного комплекса выполнена на базе стандартных инженерных решений с применением используемых в промышленности контрольно-измерительных приборов, общедоступной комплектации и программного обеспечения. Выполнение системы автоматизации трехуровневой позволяет осуществлять эффективный контроль и мониторинг технологического процесса, упростить техническое обслуживание узлов и уровней системы.

Для повышения качества разливаемого металла комплекс может быть дополнительно снабжен установкой для рафинирования и фильтрации металла, встроенной в транспортный желоб, соединяющий устройство для слива жидкого металла из миксера.

Для разливки жидкого металла и получения товарного изделия комплекс может быть оснащен устройством для разливки металла в чушки роторного типа с литейным конвейером, на котором закреплены изложницы для производства чушек из алюминия или его сплавов. Нагревательное устройство предлагаемого комплекса может быть выполнено в виде электронагревателей, закрепленных на своде миксера. Использование электронагрева упрощает конструкцию нагревательного устройства по сравнению, например с газовым нагревом, а при использовании магнитогидродинамического перемешивателя, интенсифицирующего тепломассообмен жидкого расплава, по эффективности не уступает ему.

Предлагаемый литейно-плавильный комплекс, содержащий поворотный миксер, снабженный магнитогидродинамическим перемешивателем, оборудованный трехуровневой системой автоматизации, а также оснащенный установкой для рафинирования и фильтрации жидкого металла и устройством для разливки жидкого металла, выполненным в виде устройства разливки роторного типа с литейным конвейером, является агрегатом нового поколения, отвечающим современным требованиям.

Общими признаками предлагаемого технического решения и известного, [2], принятого в качестве ближайшего аналога являются:

1) объект - плавильно-литейный комплекс;

2) комплекс содержит поворотный миксер, снабженный приводом;

3) поворотный миксер снабжен:

а) нагревательным устройством;

б) загрузочным устройством;

в) устройством для слива жидкого металла из миксера;

4) комплекс содержит:

а) транспортный желоб;

5) автоматическое поддержание уровня металла в желобе.

От известного предлагаемый плавильно-литейный комплекс отличается следующим:

- поворотный миксер, входящий в состав комплекса, дополнительно снабжен магнитогидродинамическим перемешивателем, расположенным под днищем миксера;

- комплекс оборудован трехуровневой системой автоматизации.

Кроме того, магнитогидродинамический перемешиватель установлен под днищем миксера с возможностью его перемещения и фиксации и снабжен системой охлаждения, выполненной в виде водоохлаждаемой плиты, расположенной между днищем миксера и корпусом перемешивателя, комплекс дополнительно может быть снабжен установкой для рафинирования и фильтрации жидкого металла, встроенной в транспортный желоб, соединяющий устройство для слива жидкого металла из миксера и устройство для разливки металла, устройство для разливки металла в чушки может быть выполнено в виде устройства разливки роторного типа с литейным конвейером.

Наличие в предлагаемом решении вышеуказанных отличительных признаков позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности "новизна".

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с ближайшим аналогом и другими известными решениями, выявленными в процессе поиска, показал следующее:

- известна поворотная электрическая печь для алюминия и его сплавов, в которой трубчатые электрические нагреватели прикреплены к металлической теплоизолированной снаружи и охлаждаемой изнутри трубе, установленной под сводом печи (А.с. СССР №870879, F 27 B 3/00, 1981 г. [3]);

- известен комплекс для плавки и разливки металла, содержащий поворотную печь с приводом, снабженную загрузочным и сливным устройствами, транспортный желоб, систему автоматического поддержания уровня жидкого металла в желобе, разливочное устройство [2];

- известен миксер, включающий ванну и приспособление для перемешивания жидкого металла, выполненное в виде металлопроката, расположенного в зоне действия индуктора бегущего магнитного поля и соединенного патрубками с ванной, в котором один из патрубков расположен так, что его ось проходит через геометрический центр ванны (А.с. СССР №629429, F 27 B 17/00, 1978 г. [4]);

- известно устройство для циркуляции металла, преимущественно алюминия и его сплавов, содержащее U-образный металлопрокат с прямоточным участком в средней части, размещенным в зоне действия одностороннего индуктора, в котором для повышения эффективности рафинирования от натрия и водорода в стенке прямоточного участка со стороны, противоположной индуктору, выполнена полость для подвода газа реагента, отделенная от металлопроката сменным пористым вкладышем, причем границы зоны, в которой расположена полость, отстоят от входного торца индуктора на расстоянии 0,2-0,8 величины полюсного деления индуктора (А.с. СССР №1127912, С 22 В 21/07, 1984 г. [5]);

- известен миксер для рафинирования и приготовления сплавов, содержащий футерованную ванну, металлопрокат с осью в виде трапеции и индуктор бегущего магнитного поля, установленный на ребро у меньшего основания трапеции и смонтированный вместе с металлопрокатом в футеровке боковых стенок ванны, в котором для повышения эффективности рафинирования от натрия, в стенке металлопроката в месте изгиба выполнена выемка длинной 0,5-1,0 величины полюсного деления индуктора, а над выемкой установлен съемный люк с патрубком подачи окислителя (А.с. СССР №1130073, F 27 B 17/00, 1999 г. [6]).

Не выявлено в процессе поиска и сравнения технических решений, характеризующихся аналогичными с предлагаемым решением признаками:

- поворотный миксер дополнительно снабжен магнитогидродинамическим перемешивателем, расположенным под днищем миксера;

- плавильно-литейный комплекс оборудован трехуровневой системой автоматизации, кроме того:

- магнитогидродинамический перемешиватель установлен под днищем поворотного миксера с возможностью его перемещения и фиксации и снабжен системой охлаждения, выполненной в виде водоохлаждаемой плиты, расположенной между днищем миксера и корпусом перемешивателя;

- плавильно-литейный комплекс дополнительно снабжен установкой для рафинирования и фильтрации жидкого металла, встроенной в транспортный желоб, соединяющий устройство для слива жидкого металла из миксера и устройство для разливки металла;

- плавильно-литейный комплекс снабжен устройством для разливки жидкого металла, выполненным в виде устройства разливки роторного типа с литейным конвейером;

- поворотный миксер снабжен нагревательным устройством, выполненным в виде электронагревателей, закрепленных на своде миксера.

Использование в предлагаемом плавильно-литейном комплексе совокупности устройств, их компоновка, автоматизация технологических операций и всего цикла плавки-разливки металла в целом позволяют сделать вывод о создании агрегата нового поколения и, следовательно, о соответствии данного технического решения условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Плавильно-литейный комплекс состоит из поворотного миксера 1, снабженного приводом с домкратами 2, загрузочным устройством в виде форкамеры 3 с заслонкой 4, электронагревателями 5, закрепленными на своде миксера 1, устройством для слива жидкого металла, выполненным в виде сливной летки 6. Комплекс содержит магнитогидродинамический перемешиватель 7, установленный под днищем поворотного миксера 1 с возможностью его перемещения и фиксации, снабженный системой охлаждения, выполненной в виде водоохлаждаемой плиты 8, расположенной между днищем миксера 1 и корпусом перемешивателя 7, комплекс также содержит транспортный желоб 9, встроенную в него установку для рафинирования и фильтрации жидкого металла 10, содержащую устройство для обработки расплава газом 11, и пенокерамический фильтр 12, транспортный желоб 8 соединяет сливное устройство 6 с устройством для разливки металла роторного типа 13, с литейным конвейером 14.

Плавильно-литейный комплекс работает следующим образом - на примере производства сплава А356.2.3.1. К качеству указанного сплава предъявляются повышенные требования по стабильности химического состава, однородности сплава, микроструктуры, наличию газовых и неметаллических включений, а также к механическим свойствам.

Химический состав сплава А 356.2.3.1

Марка	Массовая доля примеси %
сплава	Si	Mg	Ti	Sr	Fe	Cu	Mn	Ca	Прочие	∑	Al
А 356.2.6.1.	6,5-7,5	0,2-0,45	0,1-0,2	0,02-0,04	0,1-0,14	0,1	0,05	0,02	0,05	0,1	основа

В миксер 1 емкостью 15 т равномерно по подине загружают 1080 кг кристаллического кремния. Затем заливают жидкий алюминий при температуре ˜850°С в количестве 14100 кг. Включают магнитогидродинамический перемешиватель расплава 7, производится интенсивное перемешивание расплава и растворение кремния. После 10 полного растворения кремния вводят легирующие компоненты: титановую 80% лигатуру в качестве 24 кг, магний в количестве 63 кг и 10% лигатуру в количестве 52,5 кг. Затем снова включают МГД-перемешиватель 7 и производят перемешивание и сплава. Если химический состав сплава будет соответствовать заданному значению, производят его разливку. МГД-перемешиватель 7 отключают. При этом включается трехуровневая система автоматизации управления разливкой, которая автоматически регулирует скорость подачи расплава в транспортный желоб 9 синхронно со скоростью движения разливочного конвейера 14 путем подачи соответствующих сигналов на маслостанцию, устанавливающую необходимое давление масла в гидроцилиндрах, обеспечивающее заданную скорость поворота миксера 1.

Расплав по транспортному желобу 9 попадает в блок пенокерамического фильтра 12, совмещенного с установкой обработки расплава инертным газом 11. Затем расплав подается в разливочное колесо 13 и разливается в чушки на разливочном конвейере 14. Скорость разливки металла может регулироваться от 1 до 7 т/ч. Заданная температура металла в миксере поддерживается с точностью до ±5°С автоматическим включением и отключением электронагревателей, закрепленных в своде миксера 1. Для сокращения затрат при монтаже-демонтаже и для ремонтоспособности свод миксера выполнен плоским, блочным. По окончанию разливки сплава миксер 1 возвращается в исходное положение и цикл повторяется.

Отдельные узлы и устройства, входящие в состав плавильно-литейного комплекса, прошли опытно-промышленные испытания, эксплуатируются в производстве и показали высокую надежность, технологичность и удобство в эксплуатации. Работоспособность плавильно-литейного комплекса в целом сомнений не вызывает, его использование позволит повысить эффективность литейного передела и повысить качество отливаемой продукции.

Информация

1. А.с. СССР №972202, F 27 В 1/08, 1982 г.

2. Патент РФ на полезную модель №41512, F 27 В 14/02, 2004 г.

3. А.с. СССР №870879, F 27 В 3/00, 1981 г.

4. А.с. СССР №629429, F 27 В 17/00, 1978 г.

5. А.с. СССР №1127912, С 22 В 21/06, 1984 г.

6. А.с. СССР №1130073, F 27 B 17/00, 1999 г.

1. Плавильно-литейный комплекс для алюминия и его сплавов, содержащий поворотный миксер с приводом, загрузочным устройством, нагревательным устройством и устройством для слива жидкого металла из миксера, транспортный желоб и устройство для разливки металла, отличающийся тем, что поворотный миксер снабжен магнитогидродинамическим перемешивателем, расположенным под днищем миксера, а комплекс оборудован системой автоматизации разливки металла.

2. Плавильно-литейный комплекс по п.1, отличающийся тем, что магнитогидродинамический перемешиватель установлен под днищем миксера с возможностью перемещения и фиксации и снабжен системой охлаждения, выполненной в виде водоохлаждаемой плиты, расположенной между днищем миксера и корпусом перемешивателя.

3. Плавильно-литейный комплекс по п.1, отличающийся тем, что комплекс дополнительно снабжен установкой для рафинирования и фильтрации жидкого металла, встроенной в транспортный желоб, соединяющий устройство для слива жидкого металла из миксера и устройство для разливки металла.

4. Плавильно-литейный комплекс по п.1, отличающийся тем, что поворотный миксер снабжен нагревательным устройством, выполненным в виде электронагревателей, закрепленных на своде миксера.

5. Плавильно-литейный комплекс по п.1, отличающийся тем, что устройство для разливки металла выполнено в виде устройства механизированной разливки роторного типа с литейным конвейером.