UA63413U - Спосіб плавлення алюмінію в індукційній канальній печі - Google Patents

Abstract

Спосіб плавлення алюмінію в індукційній канальній печі включає в себе індукційне нагрівання рідкого металу в циліндричному каналі печі, плавлення металу (шихти) в її ванні за рахунок тепла, що виділяється в каналі, створення в каналі обертального руху рідкого металу. В одній половині каналу метал обертають з більшою швидкістю, ніж в другій половині.

Description

явище в печах називають "заростанням" каналів, в другій половині. При цьому значний позитивний яке призводить до погіршення процесу плавлення ефект досягається, коли в одній половині каналу металу. При цьому, чим більші електромагнітні печі рідкий метал обертають зі швидкістю, яка не сили в металі, тим сильніше (швидше) заростають менше, ніж на 20 95 перевищує швидкість руху в канали. другій половині.

Тому збільшення електромагнітних сил в гирлі Як показують експериментальні дослідження каналу з метою створення в ньому транзитної течії індукційних канальних печей з обертальним рухом металу призводить до більш інтенсивного зарос- рідкого металу, якщо швидкість обертання розп- тання каналу, що є суттєвим недоліком цього спо- лаву в обох половинах каналу різна, то в такому собу. каналі виникає транзитна течія, за якою метал із

Відомий спосіб плавлення алюмінію, взятий за ванни поступає в ту половину каналу, де швид- прототип, включає в себе індукційне нагрівання кість металу менша, а залишає його через другу рідкого металу в циліндричному каналі індукційної половину, в якій швидкість обертання є більшою. печі, плавлення шихти в ванні печі за рахунок теп- При цьому встановлено, що чим більша різниця ла, що виділяється в каналі, та створення в ньому швидкостей обертального руху в цих половинах, обертального руху рідкого металу І|4|. Наявність в тим більша швидкість транзитної течії в каналі. циліндричному каналі печі, що має круговий попе- Суттєве підвищення інтенсивності тепломасообмі- речний переріз, обертального руху приводить до ну в печі (за рахунок цієї течії) досягається тоді, появи додаткових (відцентрових або доцентрових) коли відмінність швидкостей обертання металу в сил, що діють на неметалеві домішки (частинки). каналі перевищує 20 95. В цьому випадку значно

Оскільки ці частинки, адсорбуючи на своїй поверх- зменшується перегрів металу в каналі в порівнянні ні газ (водень), який зазвичай присутній в розплаві, з тим випадком, коли ця течія відсутня. Зниження стають легшими за розплавлений алюміній, то в температури металу в каналі призводить до зме- обертальному потоці рідкого металу на них діє ншення теплових втрат, тобто збільшення ККД доцентрова сила, тобто сила, яка спрямована про- печі, що дозволяє скоротити питомі витрати елек- ти електромагнітної сили, створеної індуктором. троенергії при плавленні алюмінію. Окрім цього,

Якщо така сила перевищує радіальну електромаг- зниження температури металу дозволяє також нітну силу, то оксидні частинки, рухаючись в обер- збільшити ресурс роботи печі за рахунок підви- тальному потоці по спіральних траєкторіях, будуть щення стійкості футеровки. переміщатися уже не до стінки циліндричного ка- Таким чином, сукупність суттєвих ознак, що налу, а до його осі. Перебуваючи в такому русі, викладені у формулі корисної моделі, є необхід- вони стикаються між собою і коагулюють, створю- ною і достатньою для досягнення нового технічно- ючи в кінцевому рахунку оксидні конгломерати, які го результату - підвищення ефективності процесу після вимкнення печі від електричної мережі вири- плавлення алюмінію та його сплавів в індукційній нають на поверхню металу в ванні печі. Таким канальній печі, а також збільшення ресурсу її ро- чином за такого способу плавлення алюмінію від- боти. бувається також його очищення (рафінування) від Пропонований спосіб може бути реалізований неметалевих домішок. в індукційній канальній печі, схематичне зобра-

До недоліків такого способу належить те, що ження якої наведено на фіг. 1 та фіг. 2. На фіг. 1 через відсутність в каналі печі транзитної течії представлено загальний вигляд печі, на фіг. 2 - її рідкого металу відбувається значне перегрівання переріз по А-А. його в каналі по відношенню до ванни печі. Як ві- Піч містить ванну 1, в яку завантажується ме- домо, це суттєво погіршує техніко-економічні пока- тал (шихта) для плавлення. Знизу до ванни стику- зники печі. ється так звана індукційна одиниця, яка має в сво-

Задачею корисної моделі є створення способу єму складі індукційний канал та електромагнітну плавлення алюмінію в індукційній канальній печі, систему. Індукційний канал в даному випадку за яким в циліндричному каналі печі з оберталь- складається із трьох з'єднаних між собою секцій: ним рухом рідкого металу створюється транзитна двох вертикальних 2 і З та однієї горизонтальної 4. течія металу, за якою розплавлений метал із ван- Вертикальні секції мають циліндричну форму круг- ни надходить в канал через одне гирло, а залишає лого поперечного перерізу. Електромагнітна сис- його через друге, зменшуючи таким чином пере- тема печі включає в себе індуктор 5, Ш-подібний грів металу в каналі. магнітопровід 6 та чотири додаткових котушки, дві

Новий технічний результат, що досягається в з яких (7 і 8) намотані поверх індуктора, а решта цьому випадку за рахунок інтенсифікації теплома- дві (9 і 10) - на бокові ярма магнітопроводу, як по- сообміну між каналом і ванною печі, полягає в під- казано на фіг. 2. Котушки 7 і 8, а також 9 і 10 між вищенні ефективності процесу плавлення металу собою з'єднані зустрічно. Всі вони живляться від та збільшенні ресурсу роботи печі. однієї напруги, яка забезпечує фазовий зсув між їх

Поставлена задача вирішується завдяки тому, магнітними полями та магнітним полем індуктора в що спосіб плавлення алюмінію, що пропонується, 90 ел. град. включає в себе індукційне нагрівання рідкого ме- При подачі живлення на індуктор печі в індук- талу в циліндричному каналі печі, плавлення ме- ційному каналі наводиться електричний струм, талу (шихти) в її ванні за рахунок тепла, що виді- який замикається через метал, що знаходиться в ляється в каналі, створення в каналі обертального ванні печі. Оскільки поперечний переріз каналу є руху рідкого металу, за умови, що в одній половині набагато меншим від перерізу металу в ванні, то каналу метал обертають з більшою швидкістю, ніж майже все тепло, що утворюється від протікання такого струму, виділяється в індукційному каналі, а буде перевищувати швидкість в секції З не менше, тому важливо ефективно передати його в ванну, ніжв Б рази, тобто не менше, ніж на 2095, де знаходиться метал (шихта), що підлягає плав- Й п ленню. Як відомо, таку передачу може забезпечи- Таким чином, наведений приклад реалізації ти транзитна течія рідкого металу, за якою метал запропонованого способу плавлення алюмінію із ванни поступає в канал через одну циліндричну показує, що за рахунок створення обертального секцію каналу, а залишає його через іншу. руху рідкого металу в каналі індукційної канальної

Додаткові котушки печі призначені для ство- печі, за яким швидкість обертання металу в одній рення в циліндричних секціях каналу обертального половині каналу більша за швидкість в іншій поло- руху рідкого металу. Вони забезпечують в області вині (особливо якщо ця різниця складає не менше цих секцій магнітні поля Вк, які в просторі і за фа- 2075), то в такому каналі виникає транзитна течія зою зсунуті по відношенню до магнітного поля ін- металу, яка інтенсифікує тепломасообмін між інду- дуктора (поля розсіювання) В; на 90 град. Це приз- кційним каналом і ванною печі, що призводить до водить до виникнення в обох секціях каналу зниження температури металу в каналі по відно- обертального магнітного поля, яке змушує метал шенню до ванни (зниження перегріву каналу). В обертатися. Як показують дослідження, електро- свою чергу це зменшує теплові втрати, тобто під- магнітний момент в такому випадку пропорційний вищує ККД печі, а отже скорочує питомі витрати ампер-виткам додаткових котушок (при постійних електроенергії при плавленні алюмінію. Окрім цьо- ампер-витках індуктора). Отже, оскільки магнітне го, зниження температури металу в каналі також поле додаткових котушок Ви в секції 2 каналу збільшує ресурс роботи індукційної канальної печі. створюється котушками 7 і 8, а магнітне поле Во в Література секції З - цими ж котушкам, а також котушками 9 і 1. Колесниченко А.Ф., Гориславец Ю.М., Бундя 10, то швидкість обертання рідкого металу в секції А.П. Создание однонаправленного движения жид-

З буде більшою, ніж в секції 2. За рахунок цієї різ- кого металла в каналах индукционньхх плавильньсх ниці в індукційному каналі виникає транзитна те- печей // Магнитная гидродинамика, 1979. - Мей. - чія, за якою метал надходить в канал через секцію С. 138-140. й 2, а виходить в ванну через секцію 3. Загальний 2. Бояревич В.В., Фрейберг Я.Ж., Шилова Е.Й., рух металу в печі умовно показано на фіг. 1 стріл- Щербинин З.В. Злектровихревье течения /Под ками. Проведені дослідження показують, що усе- ред. Щербинина 9.В. - Рига: Зинатне, 1985. - 315 реднена швидкість транзитної течії буде достат- с. всего. - С. 284-289. ньою для інтенсифікації тепломасообміну в печі, 3. Гориславец Ю.М., Бундя А.П., Колесниченко якщо сумарні ампер-витки котушок 7, 8, 9 і 10 бу- А.Ф. Интенсивность МГД тепло-массообмена в дуть більшими за сумарні ампер-витків котушок 7 і двухфазньх канальньх печах в зависимости от 8 не менше, ніж в 1,5 рази. Оскільки обертальна угла сдвига фаз питающих / напряжений (колова) швидкість рідкого металу в циліндрично- ПиИнтенсификация МГД тепломассообмена в инду- му каналі при заданих (постійних) ампер-витках кционньїх канальньїх печах (сборник докладов). - індуктора пропорційна квадратному кореню від Пермь-Киев: АН СССР и АН УССР, 1981. - С. 7-10. ампер-витків додаткових котушок, то це означає, 4. Гориславец Ю.М. Злектромагнитньюе сис- що швидкість обертального руху в секції каналу 2 темь! вращательного движения жидкого металла для индукционньх канальньїх печей //Технічна електродинаміка. - 1998. - Ме4. - С. 12-14.

несе росоогоооотоо окон зееееве

КК 7 Ох що Ко

ВИК ВИН НИ а А о п т п а КК

МО сок ЕНН

ПК ВІ

КеДК я ЖИМ

АК, ОК шик ро БРАК о нм

А К ши ще БІ я В що

ЖУхУ и Ек агі н: -У РН овБЯ еКр т хи

ІК шия Б 1 ж ЗЕ бий Ко идовзккюнх

ШЕ ем ке я ше

РО Ка пит о ше КІ ШИ щі нення СТУ не

Км НВ о ОК СУ Внесені ЖОВ ТК о М І В ОН

ГО НЕ о І ННЯ В

БЕ НК

ЗОШ КО - ке ; зоггогофвн ВООЗ Шин 4 і т

ЖК КК КК Кн КиЯ

Ка

М М

Фіг. 1

А-А з З із -х я о й Я кое ; ї я | фоні. й Її ее же МК, Її

ЩО

М: І, БЕ Б: ь ХХ 1! й й Я Пе Це Ще;

А ; ЗаЯ Я В ї 1 ї ес во і я ча

Х " о Ех ВВ Я В: щ ак:

Х : , ху ї КоЯ х ха ах

Бі и вві З В оси ШИ:

Х ї й і: В я МЕ - ТВ в я ї

З ЕВ Е ї ТВ ска с пиво ацч "Ів

Фіг. 2

Комп'ютерна верстка Л.Литвиненко Підписне Тираж 23 прим.

Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна

ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601