Шахтная печь для получения расплава алюминия из лома

 

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