PL221094B1 - Sposób uzyskiwania temperatury topienia metali i agregat hutniczy do tego sposobu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób uzyskiwania temperatury topienia metali i agregat hutniczy do tego sposobu.

Jednym z najbardziej nieprzyjaznych dla środowiska naturalnego człowieka i przyrody przemysłów jest przemysł hutniczy. Wyjątek stanowi francuski obrotowy tygiel słoneczny zainstalowany w Odeillo w Pirenejach. W tyglu koncentrują się promienie słoneczne odbite od wklęsłego zwierciadła nieruchomego, na które padają promienie Słońca odbite od płaskich zwierciadeł nastawianych automatycznie do Słońca. W tradycyjnym hutnictwie dotychczas stosowane są piece, w których przestrzeń spalania paliwa i przestrzeń topienia metalu jest połączona z atmosferą. Trujące gazy hutnicze i spalinowe są do niej odprowadzane przez wysokie kominy. W celu uzyskiwania wysokiej temperatury spalania stosowane są wymienniki ciepła w piecu Martenowskim i w żeliwiaku. W łukowym piecu elektrycznym ciepło łuku elektrycznego topi metal, zaś w tyglu indukcyjnym ciepło powstaje z prądów wirowych wysokiej częstotliwości w topionym metalu. W wymienionych piecach topiony jest złom. Piece Martenowskie i piece łukowe w większości przypadków budowane są do dużych mas wsadu. Są to kosztowne inwestycje, skoncentrowane na obszarach wielkich kombinatów przemysłowych w pobliżu dużych miast i terenów gęsto zaludnionych.

Z polskiego opisu patentowego Nr 152 837 znany jest silnik spalinowy i doładowarka do tego silnika lub maszyna chłodnicza i grzewcza. Jest to dwuwirnikowa maszyna rotacyjna ciągłego przepływu dynamiczno-wyporowego, w której występuje strefa sprężania, strefa rozprężania czynnika roboczego oraz strefa wymiany ładunku przez odśrodkowy wypływ czynnika z komór łopatkowych wirnika łopatkowego i napływ nowego ładunku do tych komór. Czynnikiem roboczym tej maszyny może być para ziębnika lub gaz.

W inżynierii materiałowej od końca XX wieku znana jest technologia wytwarzania materiałów konstrukcyjnych silnie obciążonych termicznie i wytrzymałościowo tzw. cermetali. Są one stosowane na łopatki turbin gazowych silników lotniczych.

Znana jest też próba zbudowania silnika spalinowego małej mocy tzw. adiabatycznego, całkowicie z materiałów ceramicznych. W silniku tym, nie chłodzono cylindra do współdziałania z tłokiem jak w klasycznych silnikach spalinowych tłokowych.

Istota sposobu uzyskiwania temperatury topienia metali, w którym stosuje się znane przemiany termodynamiczne gazów i drugą zasadę termodynamiki polega na tym, że gaz o ciśnieniu atmosferycznym podgrzewa się izobarycznie ciepłem odpadowym lub z atmosfery w wymienniku początkowym dolnego źródła pierwszego obiegu do temperatury 293 K i następnie spręża się izentropowo do ciśnienia 1,45 MPa w strefie pierwszej sekcji pierwszej pierwszego obiegu, gdzie osiąga się temperaturę 605 K przy wykładniku izentropy równym 1,37, zaś sprężony gaz przetłacza się przez przeciwprądowy pierwszy wymiennik górnego źródła ciepła pierwszego obiegu, w którym ochładza się izobarycznie do temperatury 500 K przekazując ciepło do dolnego źródła drugiego obiegu, po czym gaz rozpręża się izentropowo do ciśnienia 0,1 MPa w strefie pierwszej sekcji pierwszej pierwszego obiegu gazu osiągając temperaturę 243 K, zaś po rozprężeniu gaz przetłacza się przez wymiennik początkowy i pierwszy obieg zamyka się.

Gaz o ciśnieniu 0,1 MPa w drugim obiegu podgrzewa się izobarycznie w pierwszym wymienniku przeciwprądowym od temperatury 500 K do temperatury 605 K kosztem ciepła górnego źródła pierwszego obiegu, po czym spręża się izentropowo do ciśnienia 0,94 MPa w strefie drugiej sekcji drugiej drugiego obiegu uzyskując temperaturę 1110 K, następnie przetłacza się gaz przez przeciwprądowy drugi wymiennik górnego źródła drugiego obiegu, gdzie ochładza się do temperatury 920 K, przekazując ciepło do drugiego wymiennika dolnego źródła trzeciego obiegu, zaś po ochłodzeniu gaz rozpręża się izentropowo w strefie drugiej sekcji drugiej drugiego obiegu do ciśnienia 0,1 MPa uzyskując temperaturę 500 K, następnie gaz przetłacza się przez pierwszy wymiennik przeciwprądowy dolnego źródła ciepła drugiego obiegu w celu podgrzania kosztem ciepła górnego źródła pierwszego obiegu, zamykając drugi obieg. Gaz w trzecim obiegu o ciśnieniu 0,1 MPa podgrzewa się izobarycznie w wymienniku drugim przeciwprądowym dolnego źródła tego obiegu od temperatury 920 K do temperatury 1110 K i następnie spręża się izentropowo do ciśnienia 0,92 MPa w strefie trzeciej sekcji trzeciej trzeciego obiegu uzyskując temperaturę 2020 K, po czym przetłacza się gaz przez przeciwprądowy trzeci wymiennik górnego źródła ciepła trzeciego obiegu, gdzie ochładza się on do temperatury 1680 K przekazując ciepło do czwartego obiegu, w którym rozgrzany gaz przepływając przez tygiel bezpośrednio topi wsad metalu ze złomu i przepływa przez trzeci wymiennik zamykając czwarty obieg, natomiast ochłoPL 221 094 B1 dzony gaz trzeciego obiegu do temperatury 1680 K w trzeciej strefie trzeciej sekcji rozpręża się izentropowo do ciśnienia 0,1 MPa, następnie gaz jest kierowany do wymiennika drugiego i trzeci obieg się zamyka. Temperatura końca sprężania w strefie trzeciej trzeciego obiegu jest regulowana przez regulacje sprężu jako stosunku ciśnienia końca sprężania do ciśnienia początku sprężania.

Istota agregatu hutniczego zawierającego maszynę grzewczą napędzaną momentem obrotowym, która ma budowę trójsekcyjną zintegrowaną wspólnym cylindrem, wspólnym sztywnym wirnikiem łopatkowym, umieszczonym w cylindrze zewnętrznym o zarysie okręgu, zaś wirnik łopatkowy współpracuje ruchowo z wirnikiem wrębowym, umieszczonym wewnątrz wirnika łopatkowego polega na tym, że w każdej strefie sprężania każdej sekcji zamontowana jest w cylindrze maszyny grzewczej klapa obrotowa sztywno osadzona na wspólnym dla każdej sekcji wałku regulacyjnym, ułożyskowanym w cylindrze maszyny grzewczej agregatu.

Pod osłoną wirnika wrębowego każdej sekcji maszyny grzewczej znajduje się łukowy kanał łączący cylindryczne gniazdo dwóch walcowych wrzecion z przesłonami o przekrojach soczewki wypukłej, zaś skręty wrzecion są sprzężone tak, aby ich przysłony zmieniały położenie kątowe symetrycznie względem płaszczyzny średnicowej wirnika wrębowego i wirnika łopatkowego, przy czym każde gniazdo jest połączone układem równoległych szczelin z komorami międzyłopatkowymi, zaś wrzeciona mają długość równą długości cylindra maszyny grzewczej.

Zespół kanałów osiowych prowadzących gaz do cylindra wewnętrznego każdej sekcji jest zamontowany od strony gorącej trzeciej sekcji maszyny grzewczej.

Ceramiczny trzeci wymiennik ciepła składa się z ciśnieniowego walczaka, wyłożonego materiałem ognioodpornym, zaś w jego wnętrzu znajdują się dwie wkładki, każda w kształcie grubościennej rury cylindrycznej z równoległymi kanałami przepływu czynnika z jednakowymi odstępami od ich osi, zaś każda wkładka na obu jej końcach ma pierścieniowy kolektor dopływu gazu i pierścieniowy kolektor odpływu gazu, przy czym oba kolektory dopływu i odpływu obu wkładek zaopatrzone są w mimośrodowe króćce, które są połączone szczelnie z widłowym końcem króćca dopływu gazu do trzeciego wymiennika, a którego pojedynczy drugi koniec jest wyprowadzony na zewnątrz trzeciego wymiennika, zaś oba kolektory dopływu i odpływu gazu z wymiennika trzeciego, ich mimośrodowe króćce, widłowy koniec króćca odpływu gazu z trzeciego wymiennika oraz pojedynczy drugi jego koniec mają kształt i połączenia symetryczne w symetrii poprzecznej do elementów dopływu gazu z zewnątrz trzeciego wymiennika. Pojedyncze końce króćców posiadające rozwidlenia są współosiowe z osią wzdłużną walczaka zaś między zewnętrznymi powierzchniami wkładek a powierzchnią wewnętrzną wymurowania walczaka jest luz dylatacyjny.

Oba króćce pojedyncze niskiego ciśnienia trzeciego wymiennika ciepła są połączone z króćcami tygla, przy czym króciec wlotowy tego wymiennika jest połączony z króćcem tłocznym trzeciej sekcji maszyny grzewczej agregatu, natomiast króciec zasilania tej sekcji jest połączony z króćcem ciśnieniowym wypływu gazu z wymiennika trzeciego z zachowaniem przeciwprądu.

Króciec styczny i króciec osiowy trzeciej sekcji jest połączony z przewodem niskiego ciśnienia drugiego wymiennika, przy czym jego przewód ciśnieniowy połączony jest z króćcem zasilania drugiej sekcji maszyny grzewczej i z króćcem tłocznym tej sekcji z zachowaniem przeciwprądu.

Króciec styczny i króciec osiowy drugiej sekcji maszyny grzewczej jest połączony z przewodem niskiego ciśnienia pierwszego wymiennika, którego przewód ciśnieniowy łączy się z króćcem tłocznym i króćcem zasilania pierwszej sekcji maszyny grzewczej z zachowaniem przeciwprądu przepływu czynników, natomiast króciec styczny i króciec osiowy tej sekcji jest połączony z wymiennikiem początkowym ciepła atmosferycznego lub odpadowego w dowolnym procesie technologicznym.

Stosując agregaty hutnicze według wynalazku można zbudować sieć małych hut rozproszonych terytorialnie i przyjaznych środowisku naturalnemu, urzeczywistniając w hutnictwie ideę znanego ekonomisty angielskiego z XX wieku E.F. Schumachera „małe jest piękne”.

Nieszkodliwość małych hut wg, wynalazku wynika z tego, że obieg czynnika bezpośrednio topiącego metal i gazów hutniczych jest zamknięty, zaś ciśnienie tych gazów jest równe ciśnieniu atmosferycznemu. Hutnictwo takie nie wymaga wielkich inwestycji i dużych obszarów pod budowę małych hut. Agregaty hutnicze mogą być stosowane jako agregaty kuzienne do ogrzewania kęsów przed ich kuciem.

Energia do napędu maszyn grzewczych agregatów może pochodzić ze źródeł odnawialnych, dających moment obrotowy na wał maszyny grzewczej. Może to być woda pod ciśnieniem do rotacyjnego silnika hydraulicznego napędowego lub sprężone powietrze albo energia elektryczna. Przez stosowanie wynalazku można topić metal w atmosferze ochronnej np. argonu przy topieniu aluminium.

PL 221 094 B1

Z odmiany agregatu hutniczego można wyprowadzić konstrukcję agregatu piekarnianego lub kuchennego do pieczenia, smażenia i gotowania potraw.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat zamkniętych obiegów gazowych do opisu sposobu uzyskiwania temperatury topienia metali, fig. 1a - wykresy w układzie temperatura-entropia T-S obiegów gazowych do opisu sposobu uzyskiwania temperatury topienia metali, fig. 2 - przekrój poprzeczny A-A maszyny grzewczej agregatu hutniczego, fig. 2a - ćwierćprzekrój F-F - wyrwanie maszyny grzewczej, fig. 3 - przekrój osiowy pionowy B-B maszyny grzewczej agregatu, fig. 4 - przekrój poprzeczny C-C wymiennika ceramicznego, fig. 5 - półprzekrój osiowy poziomy D-D wymiennika ceramicznego, fig. 5A - półprzekrój osiowy pionowy E-E wymiennika ceramicznego, fig. 6 - przekrój pionowy wzdłużny G-G tygla, fig. 6A - przekrój poprzeczny tygla, fig. 7 - schemat ideowy agregatu hutniczego, fig. 7A - zarys rzeczywisty wrębu i wirnika wrębowego maszyny grzewczej oraz łopatki wirnika łopatkowego.

Poszczególne obiegi zamknięte zawierają następujące przemiany termodynamiczne gazu (fig. 1a)

I obieg: linia 1'-2' izobara podgrzewania linia 2'-3' izentropa sprężania linia 3'-4' izobara oddawania ciepła linia 4'-1' izentropa rozprężania

II obieg: linia 1”-2” izobara podgrzewania linia 2”-3” izentropa sprężania linia 3”-4” izobara oddawania ciepła, przedłużona dla wartości ciśnienia p3' w kierunku wzrostu entropii S linia 4”-1” izentropa rozprężania

III obieg: linia 1”'-2”' izobara podgrzewania linia 2”'-3”' izentropa sprężania linia 3”'-4”' izobara oddawania ciepła linia 4'”-1''' izentropa rozprężania

Agregat hutniczy składa się z następujących urządzeń: trójsekcyjnej maszyny grzewczej z sekcjami Si, S2, S3, wymiennika W1 wymiennika W2 ceramicznego o podobnej konstrukcji jak wymiennik W3 ceramiczny, tygla T_g i przewodów rurowych łączących poszczególne urządzenia. Maszyna grzewcza zawiera nieruchomy cylinder 1, w skład którego wchodzą takie elementy jak króciec kt3 tłoczny, króciec zasilania, króciec ksą styczny, pokrywy 14, 15, 18 łożyskowania wirnika 13 łopatkowego. W cylindrze 1 ułożyskowana obrotowo jest klapa 3 z wałkiem 4 regulacyjnym. Do cylindra 1 przymocowany jest sztywno cylinder 23 wewnętrzny, podparty ślizgowo czopem z tarczą 12, w skład którego wchodzą następujące elementy; izolacja termiczna 17, zespół 16 kanałów osiowych ko1_, ko2, ko3, tarcze 10, 11, 12, a pod osłoną 24 znajduje się kanał 25 łukowy, łączący gniazda wrzecion 21 i 22 przysłaniających układy 19 i 20 szczelin regulacji przepływu czynnika. W cylindrze 1 osadzony jest obrotowo sztywny wirnik 13 łopatkowy z łożyskiem, złożony z następujących elementów; łopatek 6, pierścieni 9, międzysekcyjnych elementów 8 tarczy z końcem wału 7 maszyny grzewczej z kołem 5 zębatym i końcem napędzanego wału. Z wirnikiem 13 łopatkowym współpracuje ruchowo wirnik 2 wrębowy, sprzężony z wirnikiem 13 łopatkowym kołem 5 zębatym, zaś w tarczach 10, 11, 12 cylindra 23 wewnętrznego ułożyskowany jest wirnik 2 wrębowy.

Wysokotemperaturowy wymiennik W3 ceramiczny ma następującą budowę; metalowy walczak 26 z pokrywami 35 i 37 z podstawą 28 jest wewnątrz wymurowany materiałem 27 ognioodpornym, w którym znajdują się dwie wkładki 29 ceramiczne z kanałami 30 przepływu w ich grubych ścianach cylindrycznych, połączonymi kolektorami 36 odpływu i 38 dopływu pierścieniowymi wchodzącymi swoimi mimośrodowymi króćcami w widłowe końce 34 króćca odpływu gazu i 40 dopływu gazu do tygla Ta przez króćce 39 i 41. Przez króćce 31 i 32 ciśnieniowy czynnik doprowadzany jest do sekcji S3 króćcami kt3 i k_z3. Karby 33 znajdujące się na zewnątrz wkładek 29 ceramicznych stanowią podpory wkładek 29 wiszących na widłowych końcach 34 i 40 króćców 39 i 41. Tygiel T_g ma okno 42 wsadowe z klapą 43 z układem odciążenia, zaś przy trzonie tygla T_g znajduje się otwór 44 spustowy z rynną. Przestrzeń nad poziomem ciekłego metalu jest połączona z przewodem niskiego ciśnienia wymiennika W3 ceramicznego.

W schemacie ideowym całego agregatu hutniczego występują następujące połączenia elementów przewodami rurowymi: wymiennik W0 jest połączony z króćcem ks1 i króćcem sekcji S1, której króćce kt1 i k^ są połączone z przewodem ciśnieniowym wymiennika W1 sekcji §1, zaś jego niskociśnieniowy przewód jest połączony z króćcem ko2 i kg2 sekcji §2. Króćce kt2 tłoczny i k_r są połączone

PL 221 094 B1 z przewodem ciśnieniowym wymiennika W2, którego niskociśnieniowy przewód połączony jest z króćcami k₀3 i k_S3 sekcji S3. Króćce kt3 i kz3 tej sekcji połączone są z przewodem ciśnieniowym wymiennika W3, którego niskociśnieniowy przewód łączy się z przestrzenią gorącego gazu topiącego metal w tyglu Ta- Zarys rzeczywisty Z wrębu wirnika 2 wrębowego składa się z łuku okręgu o promieniu r połączonego stycznymi do tego łuku i jednocześnie stycznymi do małych okręgów o promieniu ρ ze środkami na okręgu zarysu teoretycznego wirnika 2 wrębowego o promieniu 0,5R, gdzie R jest promieniem okręgu zewnętrznego teoretycznego wirnika 13 łopatkowego. Łopatka 6 tego wirnika ma w zarysie dwa odcinki prostych a i b stycznych do okręgu K o promieniu ρ ze środkiem w osi obrotu wirnika 13 łopatkowego, zaś styczne a i b są jednocześnie styczne do okręgów o promieniu ρ ze środkami leżącymi na okręgu o promieniu 0,5R teoretycznego zarysu wirnika 2 wrębowego. Średnica D jest średnicą rzeczywistą wirnika 13 łopatkowego, zaś średnica rzeczywista wirnika 2 wrębowego jest powiększona o wartość 2p względem średnicy teoretycznej tego wirnika.

Po przyłożeniu mocy Mo do wału 7 maszyny grzewczej w strefie S_I, Sn, Sm sekcji S1, S2, S3 następuje sprężanie gazu, zaś w strefie r_I, rn, każdej sekcji następuje rozprężanie gazu. Gaz sprężony do ciśnienia p₁ = 1,45 MPa o temperaturze T₃ = 605 K króćcem kt1 tłocznym sekcji S1 płynie do kanałów ciśnieniowych wymiennika W1 przeciwprądowego I obiegu gdzie oddaje ciepło czynnikowi II obiegu w jego kanałach niskiego ciśnienia p₀ = 0,1 MPa. Po ochłodzeniu do temperatury T₄ = 500 K gaz I obiegu płynie do króćca k^ z zasilania sekcji Sn i podlega rozprężeniu do ciśnienia p₀ = 0,1 MPa w strefie rj tej sekcji, osiągając temperaturę T₄ = 243 K. Po rozprężeniu gaz płynie do kanałów niskiego ciśnienia wymiennika W0, gdzie pobiera ciepło odpadowe lub atmosferyczne ogrzewając się do temperatury T₂ = 293 K, następnie gaz płynie do strefy S_I sprężania sekcji S_I i I obieg zamyka się. Wymiana ładunku gazu w komorach międzyłopatkowych następuje przez jego odśrodkowy przepływ z kanału osiowego kon do króćca k_s1 stycznego sekcji S1·

Przez sekcję S2 przepływa II obieg gazu, który ogrzany w wymienniku W w jego kanałach niskiego ciśnienia od temperatury = 500 K do temperatury ₂ = 605 K kosztem ciepła I obiegu podlega sprężeniu w strefie Su do ciśnienia p₂ = 0,94 MPa osiągając temperaturę T₃ = 1110 K. Sprężony gaz przez króciec kt2 tłoczny płynie do ciśnieniowych kanałów wymiennika W2 przeciwprądowego, gdzie oddaje ciepło czynnikowi II obiegu w kanałach niskiego ciśnienia tego wymiennika, ochładzają się do temperatury T₄ = 920 K. Po ochłodzeniu gaz przez króciec k_z- zasilania płynie do strefy rozprężania sekcji S2 i ulega rozprężeniu do ciśnienia p₀ = 0,1 MPa, gdzie uzyskuje temperaturę T₄ = 500 K i II obieg się zamyka.

Wymiana ładunku w komorach międzyłopatkowych dokonuje się przez odśrodkowy przepływ gazu z kanału osiowego ko2 do króćca ks2 stycznego sekcji S2·

Przez sekcję S3 płynie III obieg gazu, który ogrzany w wymienniku W₂ w jego kanałach niskociśnieniowych od temperatury = 920 K do temperatury ₂ = 1110 K kosztem ciepła II obiegu gazu podlega sprężeniu w strefie SIII do ciśnienia p3 = 0,92 MPa osiągając temperaturę = 2020 K i przekazuje ciepło do IV obiegu gazu w kanałach ciśnieniowych ceramicznego wymiennika W₃ przeciwprądowego ochładzając się do temperatury = 1680 K.

Ochłodzony gaz płynie przez króciec k^ zasilania sekcji S3 do strefy rozprężania i osiąga ciśnienie p₀=0,1 MPa i temperaturę T₄ = 920 K i III obieg się zamyka.

Płynąc przez kanały niskociśnieniowe wymiennika W3 IV obiegu gaz ogrzewa się od temperatury T₄ = 1680 K do T₃ = 2020 K kosztem ciepła III obiegu i bezpośrednio topi w tyglu T_g wsad metalowy. Rodzaj gazu w IV obiegu jest tak dobierany aby był atmosferą ochronną dla danego rodzaju topionego metalu np. argon dla aluminium, czy azot dla stali.

W obiegu I, II, III czynnikiem roboczym może być powietrze.

Cyrkulację gazu w IV obiegu z prędkością obwodową roR wymusza dmuchawa Dm ceramiczna napędzana silnikiem pneumatycznym.

Wykresy na fig. 1a są wykresami w układzie temperatura-entropia T-S trzech obiegów: I, II, III, zaś różnica entropii AS dla każdego z nich jest jednakowa i obrazują one narastanie temperatury gazu od temperatury atmosfery ₂ = 293 K do temperatury 2020 K czynnika bezpośrednio topiącego wsad metalowy np. stali. Zachodzi następująca równość temperatur: = = 500 K, = ₂ = 605 K, = = 920 K, = ₂ = 1110 K przy wykładniku izentropy m = 1,37.

Regulacja temperatury odbywa się przez regulację sprężu /p0 za pomocą nastawialnej klapy 3 dławiącej lub oddławiającej przepływ gazu przez strefę S_III sekcji S3. Regulacja masowego

PL 221 094 B1 przepływu gazu przez wymiennik danego obiegu odbywa się przez dwa wrzeciona 21 i 22, których skręty są symetryczne względem średnicowej płaszczyzny obu wirników. Wówczas przez kanał 25 łukowy pod osłoną 24 płynie część strumienia, która nie zostanie wytłoczona do wymiennika W3 i w ten sposób wydajność cieplna sekcji jest regulowana przy stałej prędkości kątowej ω wirnika 13 łopatkowego maszyny grzewczej. Przy zasłoniętych całkowicie układach 19 i 20 szczelin można otrzymać pełny wydatek objętościowy gazu w poszczególnych sekcjach Si, S2, S3, zaś przy całkowicie odsłoniętych układach szczelin otrzymany minimalny wydatek objętościowy czynnika jest nie zerowy. Skutek grzewczy maszyny grzewczej jako stosunek pola ciepła górnego źródła III obiegu gazu do pola pracy momentu obrotowego, całkowitego, przyłożonego do wału 7 maszyny grzewczej jest bliski jedności przy temperaturze = 2020 K i temperaturze ₂ = 293 K (fig. 1a).

Wykaz oznaczeń cyfrowych

Ozn.	Opis	Ozn.	Opis
1	- cylinder	24	- osłona
2	- wirnik wrębowy	25	- kanał łukowy
3	- klapa	26	- walczak
4	- wałek regulacyjny	27	- materiał ognioodporny
5	- koło zębate	28	- podstawa
6	- łopatki	29	- wkładki
7	- wał	30	- kanały przepływu
8	- element tarczy	31	- króciec wlotowy
9	- pierścienie międzysekcyjne	32	- króciec
10	- tarcza	33	- karby
11	- tarcza	34	- widłowe końce króćca odpływu gazu
12	- tarcza	35	- pokrywa
13	- wirnik łopatkowy	36	- kolektor odpływu
14	- pokrywa łożyskowania wirnika łopatkowego	37	- pokrywa
15	- pokrywa łożyskowania wirnika łopatkowego	38	- kolektor dopływu
16	- zespół kanałów osiowych ko1, ko2, ko3	39	- króciec
17	- izolacja termiczna	40	- widłowe końce króćca dopływu gazu
18	- pokrywa łożyskowania wirnika łopatkowego	41	- króciec
19	- układy szczelin	42	- okno wsadowe
20	- układy szczelin	43	- klapa
21	- wrzeciona	44	- otwór spustowy z rynną
22	- wrzeciona	I, II, III, IV	- numery obiegu
23	- cylinder wewnętrzny

Wykaz oznaczeń literowych

Oznaczenie	Opis
a, b	- proste styczne do okręgu K wirnika łopatkowego
D	- średnica rzeczywista
Dm	- dmuchawa
K	- okrąg styczności do odcinków a i b
kt2	- króciec tłoczny sekcji S2

PL 221 094 B1

kts	- króciec tłoczny sekcji S3
kz2	- króciec zasilania sekcji S2
kz3	- króciec zasilania sekcji S3
ksi	- króciec styczny sekcji Si
ks2	- króciec styczny sekcji S2
ks3	- króciec styczny sekcji S3
koi	- króciec osiowy sekcji Si
ko2	- króciec osiowy sekcji S2
ko3	- króciec osiowy sekcji S3
Wo	- wymiennik ciepła dolnego źródła
Wi	- wymiennik przeciwprądowy I obiegu
W2	- wymiennik przeciwprądowy II obiegu
Wa	- wymiennik ceramiczny przeciwprądowy III obiegu
Po	- ciśnienie gazu po rozprężeniu w strefie pierwszej I obiegu
Pi	- ciśnienie gazu po sprężeniu w strefie pierwszej I obiegu
P2	- ciśnienie gazu po sprężeniu w strefie drugiej II obiegu
P3	- ciśnienie gazu po sprężeniu w strefie trzeciej III obiegu
Pa’	- ciśnienie gazu po sprężeniu izentropowym w obiegu II od ciśnienia P2
T	- temperatura
Λ	- temperatura po rozprężeniu w strefie pierwszej
τ2	- temperatura przed sprężeniem w strefie pierwszej
ń	- temperatura po sprężeniu w I obiegu w strefie pierwszej
ń	- temperatura gazu wypływającego z wymiennika przeciwprądowego Wi
Λ	- temperatura po rozprężeniu w strefie drugiej
τ’2	- temperatura gazu przed sprężeniem w strefie drugiej
ń	- temperatura gazu po sprężeniu w drugiej strefie II obiegu
ń	- temperatura gazu wypływającego z wymiennika przeciwprądowego W2
Λ	- temperatura gazu wypływającego z wymiennika W2
τ’2	- temperatura gazu wypływającego z wymiennika W2
t’2	- temperatura gazu po sprężeniu w drugiej strefie II obiegu
	- temperatura gazu wypływającego z wymiennika p-prąd W2
Tg	- tygiel
S	- entropia
AS	- różnica entropii
Si, S2, S3	- sekcje maszyny grzewczej ze wspólnym cylindrem
Si	- strefa sprężania sekcji Si pierwszego obiegu termodynamicznego
Sii	- strefa sprężania sekcji S2 drugiego obiegu termodynamicznego
Siii	- strefa sprężania sekcji S3 trzeciego obiegu
ri	- strefa rozprężania I obiegu termodynamicznego
rii	- strefa rozprężania II obiegu termodynamicznego

PL 221 094 B1

riii	- strefa rozprężania Sekcji S3 iii obiegu termodynamicznego
Z	- zarys rzeczywisty
r	- promień zaokrąglenia
ρ	- promień zaokrąglenia ostrej krawędzi wrębu
R	- promień okręgu teoretyczny wirnika łopatkowego
oR	- prędkość obwodowa wirnika łopatkowego
ω	- prędkość kątowa wirnika łopatkowego
Mo	- moc maszyny grzewczej

Zastrzeżenia patentowe

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób uzyskiwania temperatury topienia metali, w którym stosuje się znane przemiany termodynamiczne gazów i drugą zasadę termodynamiki, znamienny tym, że gaz o ciśnieniu p0=0,1 MPa podgrzewa się izobarycznie ciepłem odpadowym lub z atmosfery w wymienniku (W0) dolnego źródła (I) obiegu do temperatury ₂ = 293 K i następnie spręża się izentropowo do ciśnienia p1=1,46 MPa w strefie (Si) sekcji (Si) (|) obiegu, gdzie osiąga temperaturę T₂ = 605 K przy wykładniku izentropy równym 1,37, zaś sprężony gaz przetłacza się przez przeciwprądowy wymiennik (W1) górnego źródła ciepła (I) obiegu, w którym ochładza się izobarycznie do temperatury T₄ = 500 K i przekazuje się ciepło do dolnego źródła (II) obiegu, po czym gaz rozpręża się izentropowo do ciśnienia p₀=0,1 MPa w strefie (rj) sekcji Si (I) obiegu osiągając temperaturę T₄ = 243 K, zaś po rozprężeniu gaz przetłacza się przez wymiennik (W0) i (i) obieg zamyka się, przy czym gaz o ciśnieniu p₀ = 0,1 MPa w (Ii) obiegu podgrzewa się izobarycznie w wymienniku (Wi) przeciwprądowym od temperatury T₄ = 500 K do temperatury t'2 = 605 K kosztem ciepła górnego źródła (I) obiegu, po czym spręża się izentropowo do ciśnienia p₂ = 0,94 MPa w strefie (Sii) sekcji (S₂) (II) obiegu i uzyskuje się temperaturę t3 = 1110 K, następnie przetłacza się gaz przez przeciwprądowy wymiennik (W₂) górnego źródła ciepła (ii) obiegu, gdzie ochładza się do temperatury T4 = 920 K przekazując ciepło do wymiennika (W₂) dolnego źródła (III) obiegu, zaś po ochłodzeniu gaz rozpręża się izentropowo w strefie (rjj) sekcji (S₂) (II) obiegu do ciśnienia p₀ = 0,1 MPa uzyskując temperaturę 7\ = 500 K, następnie gaz przetłacza się przez wymiennik (Wi) przeciwprądowy dolnego źródła ciepła (II) obiegu w celu podgrzania kosztem ciepła górnego źródła (i) obiegu zamykając (II) obieg, natomiast gaz w (III) obiegu o ciśnieniu p₀ = 0,1 MPa podgrzewa się izobarycznie w wymienniku (W₂) przeciwprądowym dolnego źródła tego obiegu od temperatury T₄ = 920 K do temperatury t'2 = 1110 K i następnie spręża się izentropowo do ciśnienia p₃ = 0,92 MPa w strefie (Sm) sekcji (S3) (III) obiegu i uzyskuje się temperaturę = 2020 K, po czym przetłacza się gaz przez przeciwprądowy wymiennik (W3) górnego źródła ciepła (III) obiegu, gdzie ochładza się do temperatury T₄ = 1680 K i przekazuje się ciepło do (IV) obiegu, w którym rozgrzany gaz przepływając przez tygiel (T_g) bezpośrednio topi wsad metalu ze złomu i przepływa przez wymiennik (W3) zamykając (IV) obieg, natomiast ochłodzony gaz (III) obiegu do temperatury T₄ = 1680 K rozpręża się izentropowo do ciśnienia p₀ = 0,1 MPa w strefie (rm) sekcji (S3), następnie gaz kieruje się do wymiennika (W₂) i (111) obieg się zamyka.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatura (T3) (III) obiegu jest regulowana przez regulację sprężu P3 /p₀ w strefie (Sm) (III) obiegu.
3. 3. Agregat hutniczy, zawierający maszynę grzewczą napędzaną momentem obrotowym, która ma budowę trójsekcyjną, zintegrowaną wspólnym korpusem, wspólnym sztywnym wirnikiem (13) łopatkowym, umieszczonym w cylindrze zewnętrznym o zarysie okręgu, zaś wirnik (13) łopatkowy współpracuje ruchowo z wirnikiem (2) wrębowym umieszczonym wewnątrz wirnika (13) łopatkowego, znamienny tym, że w strefie (S_i, Sii, S111) każdej sekcji (S1, S2, S3) zamontowana jest w cylindrze (1) klapa (3) obrotowa sztywno osadzona na wspólnym wałku (4) ułożyskowanym w cylindrze (1).
4. 4. Agregat według zastrz. 3, znamienny tym, że pod odsłoną (24) wirnika (2) wrębowego każdej sekcji znajduje się łukowy kanał (25) łukowy łączący cylindryczne gniazda dwóch walcowych wrzecion (21) i (22) z przysłonami o przekroju soczewki wypukłej, zaś skręty wrzecion są sprzężone tak, aby ich przysłony zmieniały położenie kątowe symetrycznie względem płaszczyzny średnicowej

   PL 221 094 B1 wirnika (2) wrębowego i wirnika (13) łopatkowego, przy czym każde gniazdo jest połączone układem równoległych szczelin (19) i (20) z przestrzenią zawartą między cylindrem (1) zewnętrznym a cylindrem (23) wewnętrznym, zaś wrzeciona (21) i (22) mają długość równą długości korpusu (1) maszyny grzewczej,
5. 5. Agregat według zastrz. 3 i 4, znamienny tym, że zespół (16) kanałów osiowych (k_O1 ^02 ^ko3) cylindra (23) wewnętrznego jest zamontowany od strony sekcji (S3) maszyny grzewczej.
6. 6. Agregat według zastrz. 3, 4 i 5, znamienny tym, że ceramiczny wymiennik (W3) ciepła składa się z ciśnieniowego walczaka (26) wyłożonego materiałem (27) ognioodpornym, zaś w jego wnętrzu znajdują się dwie wkładki (29), każda w kształcie grubościennej rury cylindrycznej z równoległymi kanałami (30) przepływu z jednakowymi odstępami od ich osi, zaś każda wkładka (29) na obu jej końcach ma pierścieniowy kolektor (38) dopływu gazu i pierścieniowy kolektor (36) odpływu gazu, przy czym oba kolektory (38) dopływu obu wkładek (29) zaopatrzone są w mimośrodowe króćce, które są połączone szczelnie z widłowym końcem (40) króćca do wymiennika (W3), a którego pojedynczy drugi koniec jest wyprowadzony na zewnątrz wymiennika (W3), zaś oba kolektory (36) odpływu gazu z wymiennika (W3), ich mimośrodowe króćce, widłowy koniec (34) króćca odpływu gazu z wymiennika (W3), oraz pojedynczy drugi jego koniec mają kształt i połączenia symetryczne w symetrii poprzecznej do elementów dopływu gazu z zewnątrz wymiennika (W3).
7. 7. Agregat według zastrz. 3, 4, 5, 6, znamienny tym, że pojedyncze końce króćców (39) i (41) są współosiowe z osią wzdłużną walczaka (26), zaś między zewnętrznymi powierzchniami wkładek (29) a powierzchnią wewnętrzną wymurowania materiałem (27) ognioodpornym walczaka (26) jest luz (L) dylatacyjny.
8. 8. Agregat według zastrz. od 3 do 7, znamienny tym, że króćce (39) i (41) wymiennika (W3) są połączone z króćcami tygla (T_g), przy czym króciec (31) wlotowy wymiennika (W3) jest połączony z króćcem (kt3) tłocznym sekcji (S3), natomiast króciec (k^) zasilania tej sekcji jest połączony z króćcem (32) wymiennika (W3) z zachowaniem przeciwprądu przepływu czynników.
9. 9. Agregat według zastrz. 3 do 8, znamienny tym, że króciec (ks3) styczny i króciec (ko3) osiowy sekcji (S3) jest połączony z przewodem niskiego ciśnienia wymiennika (W?), przy czym jego przewód ciśnieniowy połączony jest z króćcem (k^) zasilania sekcji (S2) i z króćcem tłocznym (kp) tej sekcji z zachowaniem przeciwprądu przepływu czynników.
10. 10. Agregat według zastrz. od 3 do 9, znamienny tym, że króciec (ks2) styczny i króciec (ko2) osiowy sekcji (S₂) jest połączony z przewodem niskiego ciśnienia wymiennika (Wj), którego przewód ciśnieniowy jest połączony z króćcem (kt1) tłocznym i króćcem <^1) zasilania sekcji (Sj) z zachowaniem przeciwprądu przepływu czynników, natomiast króciec (ksj) styczny i króciec (koj) osiowy tej sekcji jest połączony z wymiennikiem (Wn) ciepła z atmosfery lub odpadowego.