EA010006B1 - Желоб для расплавленной меди - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится к желобовому устройству, по которому перемещается расплавленный металл. Металл течет в нижней части желобового устройства по каналу, ограниченному огнеупорным материалом, при этом желоб имеет такую термоизоляцию, что в рабочем состоянии металл образует твердую зону в пористом огнеупорном материале. Существенными элементами желобового устройства являются крышка, имеющая электрические резисторы, благодаря которым металл поддерживается в расплавленном состоянии, а желоб остается достаточно горячим на протяжении всего процесса, и газовая горелка, предотвращающая охлаждение металла под воздействием газа, протекающего в канале желоба.

Description

Данное изобретение относится к желобу, используемому при производстве и отливке расплавленного металла, например меди.

Производство меди включает в себя стадию, на которой медные аноды отливаются из черновой меди в литейной установке для электролитической очистки меди. Из плавильной печи медь через желоба и лотки направляется и дозируется в разливочную машину. Желоба, имеющие стальной корпус, облицованы огнеупорным материалом и могут быть либо открытыми, либо иметь крышку. Желоба установлены под таким углом, чтобы обеспечивать движение потока расплавленного металла под действием силы тяжести. Для передвижения и дозировки расплавленного металла необходимы также лотки, такие как, например, стабилизирующие лотки. Расплавленный металл попадает в стабилизирующий лоток из плавильной печи, и движение расплавленного металла стабилизируется в лотке перед попаданием в желоба. Кроме того, часто имеется потребность в промежуточных и дозировочных лотках. При увеличении производственной мощности литейной установки длина желобов увеличивается, при этом создается большая проблема, заключающаяся в охлаждении и застывании меди. Застывшая в желобе медь препятствует движению потока расплавленного металла, и последний переливается через края желоба. Чтобы предотвратить застывание металла, расплавленную медь нагревают до достаточно высокой температуры в плавильном реакторе, так что температура расплавленного металла обеспечивает его движение, и желоб остается горячим на всем протяжении до разливочной машины. Желоба облицованы огнеупорным материалом, износ которого прямо пропорционален температуре переправляемого металла: чем выше температура расплавленного металла, тем больше износ облицовки. Очевидно, что это повышает стоимость эксплуатации. Застывание расплавленного металла в желобах особенно вероятно на начальном этапе отливки, когда желоба еще холодные.

В конце этапа отливки желоба и лотки быстро охлаждаются, при этом расплавленный металл застывает в них. Аналогично, при возникновении любых других помех, поток расплавленного металла может быть остановлен или ослаблен до такой степени, что металл застывает, и вся система желобов требует дополнительного обслуживания перед продолжением отливки или началом новой отливки.

Предыдущие попытки решения описанной технической проблемы базировались на использовании газовой горелки или электрических резисторов. Пламя газовой горелки располагали так, чтобы нагревать расплавленный метал, желоба и лотки. Однако проблема заключается в том, что горелки не могут нагревать желоба до температуры плавления меди, а, следовательно, действуют как охлаждающие элементы в процессе отливки. До настоящего времени не удавалось достичь значительного нагревательного эффекта с помощью электрических резисторов в желобах, что в значительной степени объяснялось слишком большой потерей тепла.

В патенте США № 5744093 описано желобовое устройство, используемое при отливке меди, при этом желоб, имеющий стальной корпус и облицованный огнеупорным материалом, снабжен изолирующей крышкой. Дополнительное нагревание желоба осуществляется с помощью газовой горелки. Газовыводная система желоба расположена на крышке. Крышка желоба так же служит изолятором для излучаемого в желобе тепла. Один из недостатков желобовой системы, описанной в данной публикации, заключается в том, что вследствие образования тяги в наклонном горячем желобе с крышкой формируется восходящий поток газа, при этом горячий металл в желобе охлаждается. Уплотнительная заглушка, предлагаемая в качестве решения этой проблемы, не подходит для желобовой системы, выполненной согласно нашему изобретению, в котором используются стабилизирующие и промежуточные лотки для регулировки потока расплавленного металла.

Целью настоящего изобретения является решение вышеописанных проблем, а также создание усовершенствованного желобового устройства, по которому перемещается расплавленный металл. Другой целью настоящего изобретения является создание желобового и лоткового устройства, которое обеспечивает надежное и малочувствительное к прерываниям процесса отливки перемещение расплавленного металла из плавильной печи в разливочную машину. В частности, целью является создание надежной системы перемещения меди из анодной печи в отливную машину анодов.

Решение вышеупомянутых проблем в соответствии с настоящим изобретением основано на том, что крышка, снабженная электрическими резисторами, расположена в желобовом устройстве, его желобах и лотках, нагревая желоб и лотки, по которым течет медь. Также решение основано на том факте, что образование тяги, возникающей в желобе, имеющем крышку, ограничено давлением торможения, которое создается у верхнего конца накрытой части желоба.

Нагревающая крышка, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, может использоваться, например, в желобах для расплавленного металла, промежуточных лотках, из которых расплавленный металл подается в разливные лотки, и разливных лотков, из которых расплав подается в литейные формы.

Настоящее изобретение имеет значительные преимущества. Оно позволяет нагревать желобовое устройство с меньшими энергетическими затратами по сравнению с использованием традиционных газовых горелок. Подача тепла легко регулируется, и также можно избежать появления локального температурного напряжения, а, следовательно, и трещин в облицовке желоба. Поскольку отливка может быть прервана без угрозы застывания металла в желобах и лотках, вероятность вынужденного простоя литей

- 1 010006 ной установки уменьшается. Изобретение увеличивает период эксплуатации облицовки желобов и лотков и, особенно, анодной печи.

В предлагаемом желобовом устройстве расплавленный металл, такой как, например, расплавленная медь, подается с обеспечением протекания под действием силы тяжести по наклонному желобу, имеющему огнеупорную облицовку и металлический корпус. По меньшей мере часть желоба и лотков покрыты изоляционной крышкой. В крышке желоба расположен по меньшей мере один электрический резистор для нагревания желоба и поддержания металла в расплавленном состоянии. В верхнем конце накрытой части желоба расположена горелка горячей воздуходувки для создания давления торможения в канале желоба, которое замедляет или блокирует поднимающийся газовый поток или даже заставляет его двигаться вниз.

Крышки, расположенные на верхней части лотков, используются во время отливки и в период между отливками, а также во время любых перерывов в процессе отливки. Благодаря легкости конструкции, крышки лотков просто надеваются и снимаются.

Нагревающие элементы могут быть расположены в крышке лотков, так что они выдаются в область углубления лотка, где перемещается расплавленный металл во время процесса.

Нижняя часть желоба в предлагаемом желобовом устройстве содержит сам желоб, по которому течет расплавленный металл. Поперечное сечение пространства желоба, по которому течет расплав, может, например, иметь И-образную форму, которая расширяется и открывается вверх. Внутренняя поверхность желоба, находящаяся в контакте с расплавленным металлом, выполнена из огнеупорного материала, такого как, например, керамическая композиция. Подходящим материалом является огнеупорный отливаемый известковый раствор. Огнеупорный материал формирует канал, по которому течет расплавленный металл и который в предпочтительном варианте имеет форму расширяющегося вверх желоба с закругленным дном. В предпочтительном варианте размер канала таков, что в нормальном рабочем состоянии верхняя поверхность текущего металла находится на высоте, составляющей от 10 до 20% полной высоты канала. Верхняя оболочка желоба в предпочтительном варианте выполнена из металла, например из стали. При изготовлении керамической облицовки стальная оболочка служит в качестве формы, чтобы облегчить транспортировку к монтажной площадке.

Желобовое устройство, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, содержит металлическую оболочку, такую как, например, стальной корпус, которая образует внешнюю поверхность дна желоба, огнеупорную облицовку, которая ограничивает проточный канал для расплавленного металла, и изолирующий слой, расположенный между огнеупорной облицовкой и металлической оболочкой. При этом изолирующий слой является гораздо лучшим изолятором, чем огнеупорная облицовка.

В одном из вариантов выполнения изобретения температура меди, текущей в желобе, находится в диапазоне от 1080 до 1300°С. Огнеупорная облицовка канала желоба в предпочтительном варианте имеет такую толщину, что температура внешней поверхности дна желоба в рабочем состоянии, когда медь течет по желобу, находится в диапазоне от 700 до 900°С. Текущая по желобу разливаемая медь застывает при температуре порядка 1070°С. Расплавленная медь проникает в поры огнеупорной облицовки и затвердевает в ней, формируя зафиксированный слой меди в облицовке в месте, где температура близка к температуре застывания меди. В соответствии с этим в предпочтительном варианте огнеупорная облицовка имеет такую толщину и тепловая изоляция желоба расположена так, что в рабочем состоянии температурный диапазон, соответствующий температуре застывания меди, соответствует температуре внутри огнеупорной облицовки. В других вариантах выполнения изобретения в желобе течет расплавленный алюминий, цинк или сплав металлов, при этом изоляция желоба выполнена в соответствии с температурами плавления этих металлов.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения, огнеупорная облицовка желоба является отдельным элементом, который можно снять как составную часть и заменить, так что при этом термоизоляция и/или стальная оболочка остаются на месте. В этом случае керамическая вата отделяет облицовочное соединение от стального корпуса и облегчает процесс замены соединения. Облицовочное соединение крепится к стальному корпусу с помощью элементов крепежа, такого как винты. Крепежные винты затягиваются гайками, которые вводятся в соединение через стальной корпус и ватную изоляцию.

Предпочтительный градиент температуры огнеупорной облицовки, описанный выше, обеспечивается, например, путем выбора подходящей толщины и объема термоизоляционного слоя, который находится между огнеупорной облицовкой желобового устройства и внешней оболочкой. Особенно подходящим материалом для вышеупомянутого изоляционного слоя является керамическая вата. Изоляционный слой существенен, так как без него потери тепла слишком большие и мощность, необходимая для обогревающего резистора, может расплавить сам резистор. С другой стороны, если изоляция слишком хорошая, расплавленный металл, такой как медь, может просачиваться через керамическое огнеупорное соединение, и желоб будет протекать.

Крышка желобового устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, расположена сверху на желобе, так что газ в больших объемах не может выйти наружу из пространства между крышкой и желобом, и потери тепла за счет теплового излучения или газового потока отсутствуют. По

- 2 010006 верхности крышки и желоба, расположенные друг против друга, в предпочтительном варианте гладкие, при этом желоб поддерживает крышку, по существу, по всей длине ее длинных кромок.

Крышка желобового устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, включает в себя металлическую крышку, такую как стальной корпус; по меньшей мере один электрический резистор, расположенный с обеспечением нагревания нижней части желоба; и изолирующий слой, предназначенный для предотвращения потери тепла за счет излучения через металлическую оболочку. Терморезистор(ы) расположен(ы) над каналом желоба так, чтобы беспрепятственно излучать тепло непосредственно на металл, который течет по дну желоба по огнеупорной облицовке. В рабочем режиме электрические резисторы нагреваются до 1100-1300°С. Теплоизоляция предпочтительно выполнена из керамического ватного изолятора, при этом изоляция может состоять из одного или нескольких изоляционных слоев. Ватная изоляция в крышке и желобе в предпочтительном варианте включает в себя алюминиевую силикатную вату, магниевую силикатную вату или вату из алюминиевой окиси, которые выдерживают высокие температуры.

Терморезисторы имеют достаточную толщину, благодаря чему их деформирование или изгиб в результате нагрева незначительны. Терморезистор в предпочтительном варианте состоит из металлического стержня или трубки круглого диаметра. Один или несколько терморезисторов могут быть расположены на крышке с возможностью перемещения рядом друг с другом вдоль желоба. Резисторы в предпочтительном варианте выбираются так, чтобы их рабочее напряжение находилось в так называемой зоне безопасности. Резисторы в предпочтительном варианте установлены на крышке желоба, на так называемых опорных поперечных балках, расположенных в продольном направлении желоба под резисторами поперечно им. Опорные поперечные балки могут представлять собой металлические стержни или трубки, покрытые керамическим огнеупорным материалом.

Крышка накрывает часть желобового устройства. Крышка, совмещенная с желобом, и желоб образуют канал желоба. В месте у верхнего конца канала желоба, т.е. со стороны входящего металлического потока, имеется отверстие, через которое выводятся газы, образовавшиеся в результате образования тяги между желобом и крышкой. В желобовом устройстве, выполненном в соответствии с данным изобретением, в этом же месте расположены газовая горелка или горячий воздуходув, создавая давление торможения, чтобы предотвратить газовый поток, выходящий из желоба, или ограничить его. Газ, нагретый с помощью горелки или воздуходува, двигается в направлении отверстия между крышкой и нижней частью, при этом действие давления торможения усиливается. Для горелки может использоваться такое топливо, как, например, природный газ или сжиженный газ. Горячая газовая горелка может нагреваться даже с помощью электричества.

Мощность горелки или воздуходува контролируется с помощью термоэлемента, расположенного в нижнем конце канала желоба. Термоэлемент показывает температуру газового пространства у нижнего конца канала желоба и охлаждающий эффект холодного воздуха, идущего в канал желоба. В желобовом устройстве, выполненном в соответствии с настоящим изобретением, с помощью регулировки питания терморезисторов можно предотвратить их перегрев. Термоизоляционный материал желоба используется для ограничения тепловых потерь до такого уровня, при котором собственная температура терморезисторов не должна выходить за пределы рабочего диапазона.

Настоящее изобретение имеет значительные преимущества. Изобретение уменьшает необходимость применения заделываемых материалов и интервалы технического обслуживания желобов, которые используются при отливки меди. Также уменьшаются вынужденные простои, вызванные заделыванием, и энергия, используемая для предварительного нагрева плавильной печи и нагрева плавильной печи во время отливки. Благодаря уменьшению блокировки желоба во время отливки процесс отливки становится более надежным. Благодаря отсутствию трудно отсоединяемой системы кабелей и газовых каналов, соединенной с крышкой, крышка желоба легкая. В соответствии с этим крышка может быть снабжена зафиксированными или отсоединяемыми подъемными устройствами и соединена с поднимающим механизмом. Таким образом, крышка легко снимается во время технического обслуживания и замены нижней части желоба.

Далее изобретение описано подробно со ссылками на прилагающиеся чертежи.

На фиг. 1 показан поперечный разрез желобового устройства в соответствии с одним из вариантов выполнения изобретения.

На фиг. 2 показан разрез желоба, показанного на фиг. 1, по линии В-В.

На фиг. 3 проиллюстрировано управление желобовым устройством в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 4-6 показан разливной лоток, имеющий электрически нагреваемую крышку.

На фиг. 5 показан в разрезе вид сбоку разливного лотка в соответствии с фиг. 4.

На фиг. 6 показан поперечный разрез разливного лотка в соответствии с фиг. 4 по линии В-В.

На фиг. 1 показана крышка 5 и желобовое устройство 10, которые содержат стальной корпус 1, 2. Терморезисторы 3 расположены на опорных поперечных балках 32 крышки 5 в углублении, покрытом изоляцией 11, выполненной из керамической ваты. Опорные поперечные балки 32 расположены на одинаковом расстоянии друг от друга под резисторной цепью. В нагреваемой области поперечных балок 32

- 3 010006 расположена керамическая изоляция 33. Соединительные выводы 31, по которым ток подается к терморезисторам 3, протянуты через изоляционную облицовку 11 крышки и металлического корпуса 1. Расплавленный металл 4 течет по каналу, имеющему огнеупорную облицовку 22. Огнеупорная облицовка 22 сформирована из заделываемого композита. Изоляционный слой 21, выполненный из керамической ваты, расположен между огнеупорной облицовкой 22 и стальным корпусом 2. Крышка 5 покоится на нижней части и удерживается ею, так что газовый поток и излучение тепла вдоль длинных сторон желоба в значительной степени блокируются.

Крышка 5 закрывает только часть полной длины желоба, как показано на фиг. 2. Желоб находится в наклонном положении, что способствует перемещению расплавленного металла по желобу. Крышка и желоб образуют канал, у верхнего конца которого расположена газовая горелка или воздуходув 23. Поток горячего газа направлен в отверстие канала, чтобы создать давление торможения, при этом газовый поток в канале замедляется или блокируется.

Терморезисторы 3 расположены по всей длине той части желоба, которая покрыта крышкой. Термоэлемент 24, измеряющий температуру терморезистора, расположен в управляющем контуре, задачей которого является предотвращение перегрева терморезистора. В предпочтительном варианте каждый терморезистор связан с управляющим устройством, предотвращающим его перегрев. Термоэлемент 25, измеряющий температуру холодного воздуха, который поступает в канал желоба, расположен в управляющем контуре, который контролирует питание горелки или горячего воздуходува 23. Чем холоднее поступающий в канал воздух, тем сильнее тяга и тем больше тепла должна давать горелка 23.

На фиг. 3 Т1 - это температура, измеренная температурным датчиком 24 в крышке желоба, а Т2 это температура, измеренная температурным датчиком 25 у нижнего конца желоба и свидетельствующая об охлаждающем воздействии газа, текущего по каналу желоба. Управление газовой горелкой регулирует ее мощность или мощность горячего воздуходува в соответствии с колебаниями температуры охлаждающего воздуха, поступающего в желоб. В этом случае давление торможения, созданное горелкой у верхнего конца желоба, сохраняет соответствующее необходимое значение в течение всего процесса. Мощность нагрева под крышкой желоба регулируется отдельно путем регулировки мощности электрического тока. Термоэлемент Т1 измеряет температуру вблизи электрического резистора.

Разливной лоток 40 на фиг. 4-6 имеет изолированную крышку 41, снабженную электрическими сопротивлениями. Материал, из которого выполнены сопротивления, и соответствующие кабели расположены в объеме 45, который образован стальным корпусом крышки 41. Опоры 43 и 44 для крышки расположены на стенках 42 разливного лотка.

Крышка 41, расположенная в лотке, представляет собой, например, твердый стальной корпус, который удерживает электрические нагревательные элементы на подходящем расстоянии от лотка 40. Крышка в предпочтительном варианте имеет три точки опоры, образованные опорами 43, 44, в которых крышка поддерживается лотком, так чтобы она с достаточной точностью стыковалась с лотком. Между крышкой 41 и нагревательными элементами имеется слой теплоизоляции. Изоляционная вата крышки имеет достаточную мягкость, обеспечивая плотное прилегание ваты к краю лотка, когда крышка надета, и компенсируя неровности, в том числе вызванные застывшими брызгами металла на краю лотка.

Специалистам в данной области должно быть очевидно, что настоящее изобретение не ограничивается только вышеприведенным описанием и решением проблем согласно прилагающимся к нему чертежам. Так же очевидно, что желобовое устройство, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, подходит для перемещения сплавов многих типов.

Claims (9)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Желобовое устройство для перемещения расплавленного металла, например меди, содержащее наклонный желоб (10) для протекания металла (4) под действием силы тяжести, имеющий металлическую оболочку (2) с огнеупорной облицовкой (22) и изолирующую крышку (5), накрывающую по меньшей мере часть желоба, отличающееся тем, что в крышке (5) расположен по меньшей мере один терморезистор (3) для нагревания внутренней части желоба (10) и поддержания металла (4) в расплавленном состоянии, а в верхнем конце накрытой части желоба (10) расположена газовая горелка или воздуходув (23) для создания в канале желоба давления торможения, чтобы замедлить газовый поток, поднимающийся в этом канале, или обеспечить его перемещение вниз.

2. Желобовое устройство по п.1, отличающееся тем, что один или более терморезисторов (3) расположены в крышке (5), по существу, по всей длине части желоба, накрытой крышкой (5).

3. Желобовое устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит изоляционный слой (21), расположенный между огнеупорной облицовкой (22), которая ограничивает проточный канал для расплавленного металла, и металлической оболочкой (2).

- 4 010006 крышке, находятся над проточным каналом желоба таким образом, что тепло, излучаемое ими, беспрепятственно попадает на металл (4), который течет по дну желоба (10), и на огнеупорную облицовку (22).

4. Желобовое устройство по п.3, отличающееся тем, что изоляционный слой (1) содержит керамическую вату, такую как алюминиевый силикат, магниевый силикат или вата из оксидированного алюминия.

5. Желобовое устройство по п.1, отличающееся тем, что терморезисторы (3), расположенные в

6. Желобовое устройство по п.5, отличающееся тем, что терморезисторы (3) имеют температуру нагрева в диапазоне от 1100 до 1300°С.

7. Желобовое устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью регулирования мощности газовой горелки или воздуходува (23) в соответствии с температурой газа в пространстве нижнего конца канала желоба (10) для поддержания необходимого давления торможения.

8. Желобовое устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью регулирования мощности нагрева терморезисторов (3) крышки в соответствии с температурой, измеренной вблизи этих терморезисторов.

9. Желобовое устройство по п.1, отличающееся тем, что огнеупорная облицовка (22) желоба (10) выполнена съемной за счет ее прикрепления к металлической оболочке (2) с помощью крепежных элементов, например винтов.