Устройство для электромагнитного рафинирования электропроводных расплавов

 

Изобретение может быть использовано в металлургии для электромагнитного рафинирования, дозирования, перекачивания и перемешивания электропроводных расплавов в процессе приготовления и литья сплавов. Устройство содержит металлотракт с футерованным цилиндрическим каналом, на входе которого с внутренней стороны расположен впускной клапан, а на выходе размещены граничный - коническо-цилиндрической формы и осевой - цилиндрической формы металлоотводы с установленными в них фильтрами , при этом металлотракт охвачен индуктором по всей его длине. Посредством центробежных и центростремительных сил, возникающих в результате интенсивного вращательно-поступательного движения под воздействием бегущего электромагнитного поля индуктора, происходит разделение примесей с различными удельными плотностями на фракции и выведение их через металлоотводы из процесса литья. Основной поток расплава происходит дополнительную очистку, протекая через фильтр тонкой очистки, установленный с внутренней стороны граничного металлоотвода, и поступает в кристаллизатор литейной машины, предложенное устройство позволяет разделить электропроводный расплав на фракции высокой, средней и низкой удельной плотностей и вывести фракции высокой и низкой удельной плотности из дальнейшего технологического процесса. 1 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к устройствам для электромагнитного рафинирования, дозирования, перекачивания и перемешивания электропроводных расплавов в процессе литья.

Известна установка для рафинирования электропроводного расплава "SNIF R-60/4" производства США, состоящая из рафинирующих камер, роторов для интенсификации процесса, привода роторов и распыляющих форсунок для подачи инертного газа или газопылевой смеси, представленная в "Техническом описании ", прилагаемом к заявке. Однако наличие вращающихся роторов, расположенных в высокотемпературной среде расплава, приводит к быстрому выходу их из строя и выходу из строя установки в целом. Залогом успешной работы установки является непрерывная подача инертного или рафинирующего газа как в процессе работы, так и во время холостого хода - с целью охлаждения роторов. В то же время в установке необходимо поддерживать высокую температуру не только в процессе рафинирования и литья, но и в процессе "поддержания", что приводит к значительным потерям энергии во время простоя и снижает коэффициент полезного действия установки.

Наиболее близким к заявленному устройству является устройство для магнитогидродинамического рафинирования, представленное в статье "МГД-устройства для приготовления высококачественных алюминиевых сплавов" В.Н.Тимофеев, С.А. Бояков, Р.М. Христинич и др. Вестник Красноярского гос. техн. университета: Сб. научн. трудов; Под ред. В.В. Слабко/ КГТУ. Вып. 2. Красноярск, 1996, с. 13-18, содержащее индуктор и футерованные каналы, в области которых создается вращающееся электромагнитное поле, приводящее жидкий металл в каналах во вращение. Недостатками такого устройства являются: 1. Низкая скорость вращения электропроводного расплава в каналах, так как для этого используется электромагнитное поле рассеяния индуктора, что накладывает ограничения на применение устройства.

2. Непрерывная работа установки как в процессе рафинирования, так и во время "поддержания" расплава в разогретом состоянии приводит к увеличению расхода электроэнергии и к снижению коэффициента полезного действия устройства.

3. Выход из строя составных частей устройства приводит к выходу устройства в целом на длительное время и требует значительных усилий по его восстановлению (вес составляет от 3 до 5 тонн).

4. Наличие громоздкой и сложной системы газораспределения приводит к уменьшению активной зоны и к снижению пропускной способности канала, что снижает эффективность устройства.

В основу изобретения положена задача создания устройства для электромагнитного рафинирования, позволяющего разделять электропроводный расплав на фракции высокой, средней (или основной) и низкой удельной плотностей и выводить фракции высокой и низкой удельной плотностей из дальнейшего технологического процесса.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для электромагнитного рафинирования, электропроводных расплавов, содержащем индуктор и металлотракт, согласно изобретению металлотракт выполнен с футерованным цилиндрическим каналом, на входе которого, с внутренней стороны, расположен впускной клапан, а на выходе размещены граничный - коническо-цилиндрической формы и осевой - цилиндрической формы металлоотводы с установленными в них фильтрами, при этом индуктор охватывает металлотракт по всей его длине.

На чертеже изображено устройство для электромагнитного рафинирования электропроводных расплавов.

Устройство содержит индуктор 1, которым охвачен цилиндрический металлотракт 2 с футерованным цилиндрическим каналом, заполненный жидким электропроводным расплавом 3. В металлотракте расположены граничный металлоотвод 4 и осевой металлоотвод 5. В металлоотводе 4 установлен наружный фильтр 6 и внутренний фильтр 7 тонкой очистки, а в металлоотводе 5 размещен фильтр 8. На входе металлотракта расположен впускной клапан 9 для подачи, при необходимости, рафинирующего газа.

Устройство работает следующим образом. С помощью индуктора 1 создается бегущее электромагнитное поле, направленное по спиральной траектории в области футерованного металлотракта 2, заполненного жидким электропроводным расплавом 3. Под действием бегущего электромагнитного поля высокой интенсивности электропроводный расплав 3 приобретает вращательно-поступательное движение и также начинает вращаться по спиральной траектории с высокой скоростью, двигаясь по направлению к выходу из металлотракта 2. Под действием центробежных сил частицы примесей, находящихся в основном составе расплава 3 и имеющих удельную плотность больше него, прижимаются к боковой стенке металлотракта 2, а примеси с меньшей удельной плотностью вытесняются к оси вращения, проходящей по центру металлотракта. Поскольку в металлотракте создается вращательно-поступательное движение, то порции расплава, как и частицы с большей и меньшей удельной плотностями, устремляются к выходу из металлотракта 2. На выходе из него, по внутреннему периметру, расположен граничный металлоотвод 4 с наружным фильтром 6, в котором задерживаются частицы примесей с высокой удельной плотностью. В то же время частицы примесей с меньшей чем плотность основного расплава, удельной плотностью, сконцентрированные по оси металлотракта, улавливаются осевым металлоотводом 5 с фильтром 8. Большая часть расплава со средней удельной плотностью проходит через внутренний фильтр 7 тонкой очистки граничного металлоотвода 4 и поступает в литейную машину. Для интенсификации процесса рафинирования на входе металлотракта установлен впускной клапан для подачи инертного газа или газопылевой рафинирующей смеси. Граничный металлоотвод 4 имеет коническо-цилиндрическую форму для предотвращения процесса обратного скатывания примесей, задержанных перед фильтром 7 тонкой очистки.

Наряду с режимом рафинирования предлагаемое авторами устройство может использоваться в качестве дозирующего устройства, так как оно может располагаться между леткой раздаточного миксера и литейной машиной и позволяет изменять интенсивность движения электропроводного расплава через металлотракт.

Движение расплава по спиральной траектории позволяет использовать эффект "винта" и, при незначительных затратах энергии, создавать давление в металлотракте, способное поднимать расплав, например, алюминия до 2,5-3 метров, одновременно очищая его от примесей, что является актуальным на любом этапе подготовки сплава.

Поскольку в электропроводном расплаве, находящемся в металлотракте, наводятся вихревые токи, то происходит подогрев расплава перед литьем, что исключает "замораживание " летки и устраняет другие нежелательные эффекты.

Известно, что для уменьшения "зерна", улучшения физической структуры слитка и повышения его качества перед заливкой жидкого металла в форму производится введение лигатурного прутка в расплав. Предлагаемое устройство интенсивно перемешивает расплав и способствует достижению однородности химического состава после легирования, что увеличивает выход "годного". В то же время предлагаемое устройство, при наличии высокотемпературной изоляции, может использоваться в качестве погружного перемешивателя для перемешивания расплавов в миксерах, печах, разливочных ковшах.

Формула изобретения

Устройство для электромагнитного рафинирования электропроводных расплавов, содержащее индуктор и металлотракт, отличающееся тем, что металлотракт выполнен с футерованным цилиндрическим каналом, на входе которого, с внутренней стороны, расположен впускной клапан, а на выходе размещены граничный - коническо-цилиндрической формы и осевой - цилиндрической формы металлоотводы с установленными в них фильтрами, при этом индуктор охватывает металлотракт по всей его длине.

РИСУНКИ

Рисунок 1