Печи для плавки цинка и его сплавов. Реакционная плавка свинца в короткобарабанной печи Барабанные цинковые плавильные печи

Выбор и применение той или иной печи для плавки цинка и цинковых сплавов зависит от объема и характера производства, свойств и назначения сплава, обеспечения производства электроэнергией, топливом и других факторов. Кроме того, при выборе плавильного агрегата необходимо исходить из необходимости получения сплавов высокого качества при минимальных потерях цинка и легирующих компонентов вследствие угара, минимальной продолжительности и высокой производительности, минимальном расходе электроэнергии (или топлива) и футеровочных материалов на единицу расплавленной шихты, надежности, простоте обслуживания печи и т.д. В зависимости от источника энергии и конструктивных особенностей различают следующие основные плавильные печи для приготовления цинка и цинковых сплавов: топливные и электрические (тигельные и индукционные).

Топливные печи

В топливных печах в качестве топлива используют каменноугольную пыль, мазут, природный и иногда коксовый газ. К этим печам относятся пламенные отражательные и тигельные печи. В литейных цехах для переплавки значительных количеств цинка применяют несколько модификаций отражательных печей: одно-, двух- и трехкамерные. Наибольшее распространение получили одно- и двухкамерные печи. Отражательные печи таких типов имеют большие размеры и удобны для переплавки низкосортного цинка, содержащего большое количество примесей железа и свинца. Основными частями отражательных двухкамерных печей непрерывного действия служат плавильная камера и копильник (рис. 52). Горелки или форсунки расположены в торцевой стенке плавильной камеры.

Под плавильной камеры сделан наклонным, с подъемом к порогу загрузочных окон. Это дает возможность легко отделять из цинковых расплавов железо- и свинецсодержащие фазы, которые осаждаются и отстаиваются в плавильной камере. Расплавленный цинк поступает из плавильной камеры в копильник по специальному каналу. Футеровку топливных отражательных печей выполняют из шамотного кирпича.

При небольшом количестве изготавливаемых цинковых сплавов применяют стационарные и поворотные тигельные топливные печи. Для плавки цинковых сплавов применяют графитовые, шамотно-графитовыe, чугунные или стальные (более стойкие, чем чугунные) тигли. Для повышения стойкости тигля и предотвращения взаимодействия расплавов с материалом тигля его внутреннюю поверхность покрывают огнеупорными обмазками, составы некоторых из них приведены ниже, % (по массе):

1) кварцевый песок 60, огнеупорная глина 30, жидкое стекло 10;

2) магнезитовая крошка 59, асбест молотый 12, жидкое стекло 10, шамотный порошок 18, кремнефтористый натрий 1,0; 3) огнеупорная глина 20, магнезитовая крошка 60, порошкообразный графит 10, жидкое стекло 10; 4) порошкообразный графит 70, тальк 20, жидкое стекло 10; 5) огнеупорная глина 18, порошкообразный графит 17, жидкое стекло 5, шамотный порошок 60.

Огнеупорную обмазку готовят в смесителе путем перемешивания сухих составляющих и последующего увлажнения сухой массы жидким стеклом. Приготовленную обмазку в тестообразном состоянии наносят толщиной до 3-10 мм на внутреннюю поверхность тигля. Трещины в обмазке и другие дефекты заделывают обмазкой исходного состава с последующей сушкой. Для получения гладкого поверхностного слоя обмазки ее покрывают специальными красками.

В состав красок входят в качестве наполнителя водные растворы порошкового мела, или оксида цинка (II), талька, глинозема, магнезита и другие с добавкой крепителей, например жидкого стекла. Некоторые составы красок приведены ниже, % (по массе): 1) жидкое стекло 5, мел отмученный 60, асбест молотый 15, вода 20; 2) жидкое стекло 5, огнеупорная глина 19, вода 76; 3) оксид цинка (II) 10, жидкое стекЛо 6, огнеупорная глина 4, вода 80; 3) оксид цинка (II) 1, жидкое стекло 4, вода 89; 4) жидкое стекло 4, мел отмученный 12, вода 84.

Краски наносят на нагретую до 120-150 °С внутреннюю поверхность тигля, а затем просушивают и даже прокаливают до 350-400 С, если в состав входят связующие вещества.

Тигельные печи обладают следующими положительными качествами:

Универсальностью (можно плавить разнообразные по составу сплавы),

Маневренностью (простота перехода с одной плавки на другую),

Минимальной поверхностью соприкосновения металла с печными газами (малые угар и газонасыщенность металла),

Простотой устройства и обслуживания.

Однако тигельные печи имеют и недостатки: малая производительность, низкий тепловой к.п.д. (7-10%) вследствие потерь тепла с отходящими газами и большой расход топлива (20-25 % мазута и 50-60% кокса от массы выплавляемого металла). До настоящего времени в литейных цехах применяют самые разнообразные тигельные печи начиная от простейших коксовых и нефтяных горнов и кончая более совершенными газовыми и электрическими тигельными печами.

Тигельные электрические печи . Электрические тигельные печи сопротивления являются наиболее универсальными агрегатами, пригодными для плавки цинковых сплавов при. сравнительно небольших масштабах производства. Наибольшее распространение для плавки и выдержки цинковых сплавов нашли печи сопротивления типа CAT (рис. 53) трех видов: поворотные плавильные, стационарные плавильные и стационарные раздаточные (табл. 38).

Основные преимущества тигельных электрических печей перед печами с нефтяным или газовым обогревом: значительное снижение угара и возможность получения жидкого металла лучшего качества. Недостаток этих печей заключается в сравнительно медленном нагреве шихты, что не позволяет осуществлять в печах скоростные плавки. На некоторых заводах при плавке электролитного и полиграфического цинка находят применение отражательные электрические печи сопротивления.

Индукционные электрические печи являются в настоящее время наиболее совершенными плавильными агрегатами для плавки цинка и цинковых сплавов, так как они обеспечивают получение сплавов высокого качества, имеют высокий тепловой и электрический к.п.д., весьма экономичны и наиболее удобны в обслуживании. К преимуществам индукционных печей следует отнести также малые потери металла, их высокую производительность, которая в 2-3 раза превышает производительность топливных печей, и незначительный расход тиглей благодаря тому, что наружная их поверхность не находится под действием раскаленных газов и не подвергается активному окислению.

Если принять стоимость плавки 1 т металла в индукционной печи за 1, то в электрических тигельных печах сопротивления она составит 2,5, а в топливных мазутных печах 8.

Наибольшее распространение для плавки цинковых сплавов получают индукционные тигельные печи (печи без железного сердечника) промышленной частоты типа ИАТ и ИГТ. Индукционные тигельные печи промышленной частоты обоих типов имеют одинаковое устройство и отличаются в основном емкостью тигля и мощностью электрооборудования. Тигли печей типа ИАТ изготовлены путем набивки и спекания огнеупорных масс, печи типа ИГТ снабжены стальным тиглем. Ниже приведены технические данные печей типа ИАТ:

Индукционные канальные печи (печи с железным сердечником) применяют в цехах заготовительного литья для выплавки первичного цинка и сплавов на его основе. Указанные печи целесообразно применять при наличии шихты, состоящей в основном из катодного или первичного чушкового цинка, а также в тех случаях, когда к выплавляемому металлу и получаемым из него отливкам предъявляются высокие требования, в частности по газонасыщенности и по неметаллическим включениям.

Индукционные канальные печи по сравнению с индукционными тигельными печами имеют более высокий к.п.д. и, следовательно, более низкий удельный расход электроэнергии, а также более высокий коэффициент мощности. Они предназначены для непрерывного режима работы. Особенностью индукционных печей этого типа является сложность перевода их с плавки одного сплава на другой, что связано с необходимостью замены металла в канале новым. По этой причине рекомендуется применять канальные печи для плавки цинка или его сплавов постоянного химического состава. Ниже приведены основные характеристики индукционных канальных печей типа ИЦ, ИЦК, ИЛК для плавки и выдержки цинка и сплавов на его основе:

Конструктивно канальные печи представляют собой футерованную ванну, заключенную в кожух и снабженную одной или несколькими индукционными единицами. Рассмотрим стационарную индукционную печь с насосом для переплавки катодного цинка емкостью 20 т. Печь имеет шесть однофазных трансформаторов, соединенных в две независимые параллельные трехфазные группы и подключенных к трехфазной сети. Обе группы могут быть соединены между собой и будут подавать к печи 100% мощности (или 50% при включении только одной группы). Печь имеет 2 камеры: плавильную и разливочную. Камеры разделены стенкой, в которой вблизи дна сделан проем. Через проем чистый цинк стекает из плавильной камеры в разливочную, откуда и выкачивается насосом. Все примеси и неметаллические включения при этом остаются в плавильной камере. Насос представляет собой многолопастный пропеллер из чугуна, вращаемый электродвигателем.

Печь загружается сверху при помощи загрузочного устройства, представляющего собой наклоняющийся стол, на который краном укладывается цинк, подлежащий расплавлению. Затем маховичком или электродвигателем стол поворачивается на оси, и цинк загружается в ванну. В этот момент патрубок присоединяется к вентиляционной вытяжной системе; в результате отсоса пары цинка и печная атмосфера не попадают в цех. На случай попадания в расплавленный цинк влаги и внезапного парообразования предусмотрена заслонка, играющая роль предохранительного клапана. Для слива "болота" при ремонте футеровки служит отверстие, закрываемое при работе печи огнеупорной пробкой.

Чтобы полностью слить металл из каналов, печь слегка наклоняют в сторону сливного отверстия с помощью специального домкрата. Индукционная единица расположена так, что устья ее канала находятся по обе стороны перегородки, благодаря чему происходит подогрев металла в разливочной камере и улучшается перемешивание его в ванне.

Индукционные канальные печи наряду с тигельными электропечами сопротивления находят широкое применение в качестве раздаточных печей при литье под давлением, при заготовительном литье, жидкой штамповке и др. На рис. 56 показана раздаточная индукционная печь, устанавливаемая непосредственно у литейных машин.

Для производства мелкого цинкового литья различными способами применяют стационарные индукционные канальные печи емкостью 200-400 кг. Расход электрической энергии на плавку и перегрев цинка до температуры 480 С, включая работу всех вспомогательных устройств, составляет 95-120 кВт. ч/т.

Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2012.08.17

Теоретическая сущность процесса

Сущность горновой плавки заключается в обработке смеси богатого сульфидного свинцового концентрата с твердым топливом струей сжатого воздуха. При этом происходит частичный обжиг PbS с образованием РbО и PbSO 4 и реакции взаимодействия между PbS и продуктами его окисления - РbО и PbSO 4 . Обжиг и реакционная плавка проводятся одновременно; кроме того, часть свинца восстанавливается углеродом топлива.

Реакция обжига PbS и ее тепловой эффект следующий:

2PbS + ЗО 2 = 2РbO + 2SO 2 + 201 360 кал(8450 кдж),(1)

приведенная реакция является суммарной, так как процесс окисления сульфида свинца протекает в несколько ступеней;

2РbО + 2SO 2 + О 2 = 2PbSO 4 + 183 400 кал(7680 кдж).(2)

Заметные количества сульфата свинца образуются при окислении сульфида уже при 200-300°С, процесс протекает крайне медленно.

После частичного обжига шихта содержит в твердом состоянии следующие химические соединения свинца: PbS, РЬО и PbSO 4 . При нагревании этих веществ, взятых в определенном соотношении, протекают следующие реакции:

PbS + 2РЬ0 = ЗРЬ + SO 2 - 52 540 кал(2200 кдж), (3)

PbS + PbSO 4 = 2Pb + 2SO 2 - 97 380 кал(4070 кдж). (4)

При определенных температуре и давлении SO 2 наступает химическое равновесие: реакции протекают с одинаковой скоростью в обоих направлениях. При повышении температуры равновесие нарушается, и реакции идут слева направо в сторону образования РЬ и SO 2 . Таким образом, повышение температуры полезно для реакционной плавки, так как при этом возрастает выход металлического свинца и ускоряется обжиг PbS. Но как для обжига (во избежание комкования), так и для самой реакционной плавки шихту необходимо сохранять в твердом состоянии. Поэтому процесс реакционной плавки осуществляется при температурах не выше 800-850°С. При более высоких температурах РbО расплавляется, происходит расслаивание по плотности, отчего нарушается контакт между сульфидом и окислом свинца в вытапливание свинца прекращается.

Избыточная окись свинца восстанавливается за счет С и СО по реакциям:

РbО + С = Рb + СО; (5)

РbО + СО = Рb + СО 2 . (6)

Для осуществления этих реакций в шихту горновой плавки вводят некоторое количество углеродистого топлива. Обычно это коксовая мелочь в количестве 4-10% от веса шихты. Чем интенсивнее процесс и чем больше в шихте содержится сульфидной серы, тем меньше требуется топлива для горновой плавки.

Оптимальная крупность кокса от 5 до 15мм.Более крупные частицы кокса способствуют сегрегации шихты, а более мелкие выносятся с пылью.

Короткобарабанная печь представляет собой стальной клепанный кожух, футерованный высокоглиноземистым кирпичом состава, %: 65-70 А1 2 О 3 ; 20-25 SiO 2 ; 3TiO 2 ; 5Fe 2 O 3 ; 0,5СаО. Между кожухом печи и огнеупорной футеровкой находится утрамбованный слой пластической глины толщиной 50 ммна случай расширения футеровки при ее нагревании.

Плавка осуществляется прерывно, каждая операция длится около 4 ч. Загрузив несколько тонн шихты, короткобарабанную печь вращают со скоростью 0,5-1,0 об/мини энергично подогревают сжигаемой угольной пылью до температуры интенсивного протекания реакции (1100°С). Печь может вращаться в двух противоположных направлениях. Благодаря вращению осуществляется хороший контакт между сульфидами и окислами свинца, необходимый для успешной реакционной плавки. Топочные газы проходят котел-утилизатор и фильтруются в мешочных фильтрах.

К концу плавки ее продукты (свинец, шпейза, штейн, шлак) хорошо разделяются по плотности в печи с глубокой ванной и выпускаются раздельно.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к плавильным агрегатам для переработки (переплава) отходов цветных металлов, в частности для переплава вторичных алюминиевых ломов и отходов алюминиевых сплавов в слитки и чушки. Печь может применяться для рафинирования, получения сплавов, усреднения химического состава лома.

Известно устройство вращаюшейся металлургической плавильной печи для переплавки металла (патент РФ №2009423 C1), являющееся аналогом изобретения.

Также как и предлагаемое изобретение, аналог содержит цилиндрический корпус, загрузочное отверстие, горелку, летку для выпуска расплава металла и летку для слива шлака.

1. Сложность загрузки, которая вызвана необходимостью использования специального разливочного крана, и сложность осуществления процесса разлива металла из печи на разливочную машину, который требует наличия промежуточного разливочного ковша.

2. Отсутствие системы пылегазоочистки, которая бы уменьшала вредное влияние при плавке в печи на внешнюю среду.

Известно также устройство вращающейся металлургической плавильной печи для переработки отходов цветных металлов (патент РФ №2058623), являющееся аналогом изобретения.

Описанная в патенте печь содержит, как и предлагаемая, цилиндрический корпус, горелочное устройство, загрузочное отверстие, летку для слива расплава металла.

Недостатками этой печи являются:

1. Расположение летки для выпуска расплава металла и летки для слива шлака с торца печи усложняют процесс подачи металла на разливочную машину, так как при этом необходимо наличие промежуточного разливочного ковша.

2. Расположение загрузочного отверстия на цилиндрической части печи усложняет ее конструкцию, так как необходимо предусмотреть специальное уплотнительное устройство в крышке загрузочного отверстия, потому что печь вращается.

3. Отсутствие системы пылегазоочистки, которая бы уменьшала вредное влияние на окружающую среду при плавке.

4. Отсутствует теплоизоляция, которая бы уменьшала потери тепла в окружающую среду.

Ввиду наличия указанных выше недостатков, печь не может решить поставленную техническую задачу.

Наиболее близким аналогом (прототипом) по отношению к заявляемой плавильной печи является вращающаяся плавильная печь для переработки отходов цветных металлов (патент РФ №2171437), содержащая, как и заявляемая печь, цилиндрический корпус, горелочное устройство, загрузочное отверстие, летку для слива расплава металла. Прототип заявляемой печи имеет следующие недостатки:

1. Печь не имеет быстросменного легочного кирпича, который позволяет производить быстрый ремонт в случае его износа.

2. Отсутствие системы пылегазоочистки, которая бы уменьшала вредное влияние на окружающую среду.

3. Отсутствует теплоизоляция, которая бы уменьшала потери тепла в окружающую среду.

Ввиду наличия указанных выше недостатков, печь не может решить поставленную техническую задачу.

Задачей изобретения является создание вращающейся барабанной плавильной печи простой конструкции для переработки (переплава) отходов цветных металлов, в частности, для переработки алюминиевых ломов, позволяющей снизить выбросы вредных газов в атмосферу, уменьшить потери тепла в окружающую среду, а также увеличить срок ее эксплуатации. Точнее сказать, создание вращающейся барабанной плавильной печи, которая в процессе плавки вращается относительно горизонтальной оси в обе стороны на угол 105° с помощью электрического привода.

Технический результат - разработанная печь является простой по конструкции, имеющей большой срок эксплуатации, позволяющей: использовать алюминиевую стружку, алюминиевый лом, снизить потери тепла в окружающею среду за счет теплоизоляции кожуха печи и торцевых стенок, вести процесс переплава на искусственной и естественной тяге с системой пылегазоочистки, что делает его экологически чистым, кроме того, совершать в процессе плавки вращательные движения относительно горизонтальной оси в обе стороны на угол 105° с помощью электрического привода.

Указанный технический результат достигается за счет того, что во вращающуюся барабанную плавильную печь для переработки отходов цветных металлов, содержащую цилиндрический корпус, горелочное устройство, загрузочное отверстие (окно), летку для слива расплава металла согласно предлагаемому изобретению, введен теплоизоляционный слой, состоящий из трех листов гибкого теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого картона и слоя шамотного легковеса, на который набивается слой футеровки из муллитовой безусадочной набивной массы, в качестве горелочного устройства используется газовая четырехсмесительная инжекционная прямоугольная горелка, в которой в нижнем ряду размещены два смесителя с перфорированной полусферой, дающие пламя длиной 0,7 метра, а верхнем ряду находятся два смесителей с двенадцатью ребрами в конце смесителя на внутренней стороне, которые при горении газовоздушной смеси имеют пламя длиной 2,5 метра, при этом введен механизм поворота горелочного щита, кроме того, печь выполнена с возможностью работы на естественной и искусственной тяге с системой пылегазоочистки для достижения экологически чистого процесса, в которую входят: камера смешения, дымосос, агрегат пылегазоочистки и картриджный фильтр, более того, печь в процессе плавки с помощью приводного механизма совершает вращательные движения относительно горизонтальной оси в обе стороны на угол 105°.

Введенный теплоизоляционный слой, состоящий из трех листов гибкого теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого картона и слоя шамотного легковеса позволяет снизить потери тепла в окружающую среду, а также позволяет дополнительно сохранять температуру металла в барабанной качающейся плавильной печи для переработки отходов цветных металлов (в дальнейшем печи). Срок службы печи увеличивается из-за использования муллитокорундовой набивной массы, которая имеет высокую огнеупорность и стойкость.

Более того, предлагаемая газовая четырехсмесительная инжекционная прямоугольной формы горелка содержит стабилизирующий пламя туннель, огнеупорную набивную массу, четыре смесителя, объединенных общей сварной газораспределительной камерой, в каждом смесителе просверлено четыре сопла под углом 26 градусов к их осям, причем нижние смесители представляют собой в верхней части трубу диаметром 62×10 мм и длиной 300 мм, содержат в нижней части устройства для окончательного перемешивания газовоздушной смеси, состоящее из рассекателя, выполненного в виде конуса, диска, втулки и перфорированной полусферы, а верхние смесители представляют собой трубу диаметром 90×10 мм, при этом смесители, детали к смесителям и литой стабилизирующий пламя туннель, надетый на объединяющую смесители газораспределительную камеру и на кожух горелки, изготовлены из жаростойкого чугуна ЧЮХШ. Стабилизирующий пламя туннель имеет наклонную перегородку, которая позволяет получить от нижних смесителей с перфорированной полусферой пламя, плавящее шихту, находящуюся ближе к горелке, а от двух верхних смесителей пламя, плавящее шихту, находящуюся в середине печи и ближе к дальней от горелке торцевой стенке. Жаростойкий чугун, используемый в качестве материала для изготовления смесителей, деталей к смесителям и литого стабилизирующего пламя туннеля, позволяет увеличить срок службы горелки и, естественно, печи. Номинальная тепловая мощность предлагаемой горелки 1,0 МВт.

Вместе с тем в конструкцию печи введен механизм поворота горелочного щита, состоящий из: колонны, внутри которой размещен вал, с возможностью поворота на угол 100° от гидроцилиндра, при этом на валу жестко закреплен кронштейн с приваренным к нему патрубком, по которому подается из газопровода газ в газовую четырехсмесительную инжекционную горелку, кроме того, на конце кронштейна приварен горелочный щит с горелкой. Введенный в конструкцию печи механизм поворота горелочного щита позволяет улучшить условия труда обслуживающему печь персоналу. Очень важным фактом является то, что механизм поворота горелочного щита позволяет быстро без разборки печи заменить износившуюся горелку, кроме того, через окно, в которое вставляется горелка производить легирование, рафинирование жидкого сплава, а также производить обработку флюсами. Кроме того, для увеличения производительности печи, увеличения объема выпуска металла можно производить загрузку шихты в печь через окно для горелки (при отведенной горелке) с помощью виброзагрузочной машины.

При этом вращающаяся барабанная плавильная печь для переработки отходов цветных металлов выполнена с возможностью работы на естественной и искусственной тяге с системой пылегазоочистки, причем в агрегате пылегазоочистки производится очистка от вредных веществ, содержащихся в дымовых газах, а также от крупной и средней пыли, в картриджном фильтре от мелкой пыли. Картриджный фильтр имеет следующие технические характеристики; производительность по очищаемому газу 11000 м 3 /час; количество фильтровальных элементов 11 штук; количество клапанов продувки 6 штук; толщина теплоизоляции 30 мм; степень очистки - 96%; габариты 2800×2000×3400 мм. Работа на естественной тяге производится в случае ремонта отдельных агрегатов системы пылегазоочистки.

Введение в конструкцию печи перечисленных выше устройств, материалов и т.п. обеспечивает решение поставленной задачи.

Следует отметить, что загружать лом (допустим алюминиевый) в печь для плавки необходимо измельченным на измельчителе (шредере) и прошедшим магнитную сепарацию (для отделения чугуна и стали в виде втулок, вкладышей, толкателей, шпилек, пальцев и т.д., которые находятся в моторном ломе). В конструкторской части заявки на изобретение изображено:

на фиг.1 - вид печи сбоку и со стороны горелки;

на фиг.2 - футеровка печи;

на фиг.3 - газовая инжекционная горелка;

на фиг.4 - разрез А-А газовой инжекционной горелки;

на фиг.5 - агрегат пылегазоочистки;

на фиг.6 - картриджный фильтр;

на фиг.7 - вид печи в плане с разливочным и пылегазоочистным оборудованием.

Предлагаемая вращающаяся барабанная плавильная печь, далее печь, для переработки отходов цветных металлов, в основном алюминиевых ломов состоит из цилиндрического кожуха 1, сваренного из стального листа толщиной 8 мм. Торцовые стенки 2 кожуха 1 отъемные и крепятся двадцатью четырьмя болтами 3, двадцатью четырьмя гайками 4 и двадцатью четырьмя пружинными шайбами 5 фиг.1. В цилиндрической части кожуха 1 выполнено загрузочное окно 6, через которое производится загрузка шихты виброзагрузочной машиной 7 фиг.1, 7. Выпуск расплавленного металла производится через летку 8, расположенную в нижней торцевой стенке 2 печи. Летка 8 выполнена в быстросменном леточном кирпиче (не показан), который позволяет производить быстрый ремонт в случае его износа. Ремонт производится в течение 15-20 минут, при этом футеровка печи не разбирается.

К кожуху 1 печи крепятся два литых опорных кольца 9. Каждое опорное кольцо 9 имеет гладкую опорную поверхность. Кожух 1 печи в горизонтальном положении свободно лежит на четырех направляющих роликах 10. Направляющие ролики 10 имеют ось 11 и закреплены в четырех литых кронштейнах 12, которые смонтированы на опорах 13 литых кронштейнов 12, крепящихся к раме 14 печи. На одной оси 11 рядом с направляющим роликом 10 закреплено зубчатое колесо 15, которое входит в зацепление с зубчатым колесом 16 привода. Рама 14 печи имеет внизу стальные опоры 17, на которых и стоит печь на бетонном полу 18 литейного цеха. Стальные опоры 17 закреплены в бетонном полу 18 фундаментными болтами (не показаны). Привод плавильной печи электрический и включает в себя: зубчатое колесо 16 привода, муфту 19, червячный редуктор 20 и электродвигатель 21. При загрузке плавильной печи шихтой рабочее окно 6 находится сбоку, во время плавки - вверху. Печь в процессе плавки с помощью электрического привода совершает вращательные движения относительно горизонтальной оси в обе стороны на угол 105°. При этом улучшается теплоотдача от футеровки металлу, кроме того, ускоряются процессы модифицирования, обработки флюсами и перемешивания металла в печи. Кроме того, для увеличения производительности печи, увеличения объема выпуска металла можно производить загрузку шихты в печь через окно для горелки (при отведенной горелке) с помощью второй виброзагрузочной машины 7.

Печь в торцевой стенке 2 кожуха 1 имеет горелочное устройство. В качестве горелочного устройства используется газовая четырехсмесительная инжекционная прямоугольная горелка 22, далее горелка, в которой в нижнем ряду размещены два смесителя с перфорированной полусферой, дающие пламя длиной 0,7 метра, а в верхнем ряду находятся два смесителя с двенадцатью ребрами в конце каждого смесителя на внутренней стороне, которые при горении газовоздушной смеси имеют пламя длиной 2,5 метра. Более того, предлагаемая горелка содержит стабилизирующий пламя туннель 23, огнеупорную набивную массу 24, четыре смесителя 25, объединенных общей сварной газораспределительной камерой 26, в каждом смесителе 25 просверлено четыре сопла 27 под углом 26 градусов к их осям, причем нижние смесители 25 представляют собой в верхней части трубу 28 диаметром 62×10 мм и длиной 300 мм фиг.3, 4. Каждый нижний смеситель 25 содержит в нижней части устройство для окончательного перемешивания газовоздушной смеси, состоящее из рассекателя 29, выполненного в виде конуса, диска 30, втулки 31 и перфорированной полусферы 32, а верхние смесители 25 представляют собой трубу диаметром 90×10 мм. Рассекатель 29 имеет периферийные отверстия под углом 28 градусов к оси смесителя 25 для прохождения по ним газовоздушной смеси из камеры предварительного смешивания 33, кроме того, диск 30 имеет в центре отверстие, перфорированная полусфера 32 имеет ободок для фиксации, отверстия диаметром 2,5 мм в ней просверлены в разные стороны в шахматном порядке. К торцу газораспределительной камеры 26 приварен сварной стальной кожух 34, который служит для набивки горелки огнеупорной набивной массой 24. Газ в газораспределительную камеру 26 подается по штуцеру 35. Стабилизирующий пламя туннель 23 имеет наклонную перегородку 36, которая служит как направляющая и позволяет получить от нижних смесителей 25 с перфорированной полусферой 32 пламя, плавящее шихту, находящуюся ближе к горелке, а от двух верхних смесителей пламя, плавящее шихту, находящуюся в середине печи и ближе к дальней от горелке 22 торцевой стенке 2. При этом смесители 25, детали к смесителям и литой стабилизирующий пламя туннель 23, надетый на объединяющую смесители газораспределительную камеру 26 и на стальной кожух 34 горелки 22, изготовлены из жаростойкого чугуна ЧЮХШ. Жаростойкий чугун позволяет увеличить срок службы горелки и, естественно, печи.

В конструкцию печи введен механизм поворота горелочного щита 37, который представляет собой круглую стальную пластину диаметром 420 мм и толщиной 8 мм фиг.1. В горелочный щит 37 вварена по центру горелка 22. К фундаменту четырьмя анкерными болтами (не показаны) крепится колонна 38 механизма поворота горелочного щита 37. В колонне 38 поворачивается на угол 100° от гидроцилиндра 39 вал 40 с закрепленным на нем кронштейном 41 и приваренным к нему патрубком 42, по которому подается из газопровода 43 газ в горелку 22. Гидроцилиндр 39 жестко закреплен на опоре 44, а его шток 45 шарнирно соединен с тягой 46, которая приварена к кронштейну 41. К кронштейну 41 приварен горелочный щит 37. Газ по трубе 47 подается в горелку 22, где сгорает, а дымовые газы, образующиеся в процессе плавки, удаляются через зонд 48 в систему пылегазоочистки. Существенно отметить, что на виде сбоку (на фронтальном) механизм поворота горелочного щита 37 не показан фиг.1. Введенный в конструкцию печи механизм поворота горелочного щита позволяет улучшить условия труда обслуживающему печь персоналу. Очень важным фактом является то, что механизм поворота горелочного щита 37 позволяет быстро без разборки печи заменить износившуюся горелку, кроме того, через окно, в которое вставляется горелка производить легирование, рафинирование жидкого сплава, а также производить обработку флюсами.

Печь футеруется шамотным легковесным кирпичом марки ШЛ 0,9 клин ребровый изделие №44, 45.

В качестве связующего вещества применяется огнеупорный раствор, состоящий из огнеупорной глины (20%), шамотного порошка (75%), жидкого стекла (3%) и фоскона (алюмохромофосфатная смесь, 2%) фиг.2. Толщина швов 1-2 мм, термокомпенсационные швы не выкладываются. Для футеровки кожух 1 снимается с катков 10, ставится в вертикальное положение, отвинчивается одна торцовая стенка 2. Сначала на кожух 1 укладывается теплоизоляционный слой, состоящий из трех листов гибкого теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого картона 49, далее на него футеруется слой шамотного легковеса 50. Введенный теплоизоляционный слой, состоящий из трех листов гибкого теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого картона 49 и слоя шамотного легковеса 50, позволяет снизить потери тепла в окружающую среду, а также позволяет дополнительно сохранять температуру металла в печи. На слой шамотного легковеса 50 набивается по шаблону слой футеровки из муллитовой безусадочной набивной массы 51. Теплоизоляционный слой, состоящий из трех листов гибкого теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого картона 49, укладывается на огнеупорный состав, состоящий из огнеупорной глины 30%, шамотного порошка 62%, жидкого стекла 5%, фоскона. Стойкость футеровки из муллитовой безусадочной набивной массы 51 сравнительно велика - более 690 плавок. Срок службы печи увеличивается из-за использования муллитовой безусадочной набивной массы, которая имеет высокую огнеупорность и стойкость.

Печь выполнена с возможностью работы на естественной и искусственной тяге с системой пылегазоочистки для достижения экологически чистого процесса. Система пылегазоочистки двухступенчатая. В первую ступень входят: камера смешения 52, дымосос 53, агрегат пылегазоочистки 54. Во вторую ступень - картриджный фильтр 55. Работа на естественной тяге производится в случае ремонта отдельных агрегатов системы пылегазоочистки. Для разбавления дымовых газов воздухом цеха с целью снижения температуры до 150-170°C перед подачей их в дымосос 53 устанавливается камера смешения 52, которая имеет два шибера: шибер 56 регулирует тягу (разряжение в печи), шибер 57 регулирует подачу цехового воздуха. В системе пылегазоочистки установлен дымосос ДН-9у поз.53, который подает разбавленные воздухом дымовые газы в агрегат пылегазоочистки 54. Агрегат пылегазоочистки 54 представляет собой сборный стальной цилиндрической формы корпус 58, в нижней части которого имеется поворотная загрузочная решетка 59 с отверстиями. Выше загрузочной решетки 59 расположен загрузочный патрубок 60. В верхней части цилиндрического корпуса 58 размещены вращающиеся рукавные фильтры, которые улавливают пылевидные частицы из дымовых газов (не показаны). Вверху агрегата пылегазоочистки 54 размещен привод вращения рукавных фильтров, состоящий из электродвигателя 61, червячного редуктора 62 и тарелки 63.

В верхней части цилиндрического корпуса 58 на раме 64 размещена воздуходувка 65 с электродвигателем, обслуживающая площадка 66 опирается на четыре опоры 67 и имеет слева лестницу 68. Отработанный адсорбент и пыль собираются в конусной части 69 цилиндрического корпуса 58. Очищаемые газы из печи подаются в агрегат пылегазоочистки 54 через патрубок 70. Принцип работы агрегата пылегазоочистки 54 заключается в следующем: из печи дымовые газы нагнетаются дымососом ДН-9у поз.53 в патрубок 70 и под давлением проходят слой адсорбента, при этом образуется «кипящий слой», в результате чего вредные вещества, находящиеся в дымовых газах, адсорбируются гашеной известью, селикагелем и активированным углем. После очистки дымовых газов от вредных веществ они очищаются от пыли во вращающихся рукавных фильтрах, находящихся в верхней части цилиндрического корпуса 58. Очищенные газы воздуходувкой 65 нагнетаются в картриджный фильтр 55. Отработанный адсорбент выгружается через нижнюю горловину 71 цилиндрического корпуса в металлическую емкость и увозится в отвал. Для удаления пыли на вращающихся рукавных фильтрах используется сжатый воздух давлением 0,6 МПа, который подается от заводской компрессорной станции. Основные технические характеристики агрегата пылегазоочистки:

Вторая ступень очистки от пыли включает в себя картриджный фильтр 55. Картриджный фильтр 55 сварен из листовой стали, имеет корпус 72, внутри которого размещены 11 картриджи (не показаны) для улавливания мелкой пыли. К корпусу 72 картриджного фильтра 55 в нижней части крепится бункер 73 для сбора мелкой пыли, а для удаления мелкой пыли из бункера 73 предусмотрен шнековый транспортер 74. В бункере 73 имеются два лючка 75. Корпус 72 картриджного фильтра 55 с бункером 73 опирается на четыре опоры 76, с боковой стороны корпуса 72 расположен входной патрубок 77, а с торцевой стороны корпуса 72 приварен выходной патрубок 78. Пыль с картриджей удаляется импульсом сжатого воздуха давлением 6 ати, подаваемого от компрессорной станции по трубе в шесть клапанов продувки 79. Для проведения обслуживания и ремонта картриджного фильтра предусмотрена нижняя 80 и верхняя 81 обслуживающие площадки и лестница 82. Картриджный фильтр 55 имеет следующие технические характеристики; производительность по очищаемому газу 11000 м 3 /час; количество фильтровальных элементов 11 штук; количество клапанов продувки 6 штук; толщина теплоизоляции 30 мм; габариты 2800×2000×3400 мм. Степень очистки - 96%.

Принцип работы картриджного фильтра 55 основан на улавливании пыли картриджами при прохождении через них дымовых газов. При осаждении пыли поры в картриджах постепенно уменьшаются. Основная масса пыли не проникает в картриджи, а оседает на них.

По мере увеличения толщины слоя пыли на поверхности картриджей возрастает сопротивление движению дымовых газов и снижается пропускная способность картриджного фильтра 55, во избежание чего предусмотрена регенерация запыленных картриджей импульсом сжатого воздуха. Очищенные дымовые газы после прохождения картриджного фильтра 55 поступают в дымовую трубу 83. Существенно отметить, что печь может работать как на искусственной тяге, так и на естественной тяге. За зонтом 48 газоход 84 раздваивается: одна ветвь 85 (работа на естественной тяге) имеет два шибера 86, 87 и идет на дымовую трубу 83, другая - на камеру смешения 52, дымосос 53, агрегат пылегазоочистки 54 и, далее, на дымовую трубу 83 фиг.7. Ветвь боровка, идущая к дымососу, имеет перед дымовой трубой 83 шибер 88. Регулировка шиберами производится не так часто, поэтому для их обслуживания используется приставная лестница. Выплавленный металл разливается из печи по поворотному желобу 89 в изложницы, закрепленные на разливочной карусели 90. Печь работает на естественной тяге следующим образом.

Печь после футеровки прокаливается. Измельченная на шредере шихта проходит магнитную сепарацию и подается в виброзагрузочную машину 7, печь оператором наклоняется в сторону виброзагрузочной машины 7, при этом рабочее окно 6 печи должно встать напротив загрузочного лотка виброзагрузочной машины 7. Оператор включает привод перемещения виброзагрузочной машины 7 вперед, виброзагрузочная машина 7 перемещается по рельсовому пути 91 к печи и ее лоток входит в рабочее окно 6 печи. Включается механизм вибрации виброзагрузочной машины 7 и шихта по лотку падает в предварительно прокаленную печь. После загрузки шихты виброзагрузочная машина 7 подается по рельсам 91 назад, а печь поворачивается в исходное положение. Для увеличения производительности печи, увеличения объема выпуска металла можно производить загрузку шихты в печь через окно для горелки (при отведенной горелке) с помощью второй виброзагрузочной машины 7 одновременно. При этом шиберы 86 и 87 на газоходе 85 открыты, а шиберы 56, 57, 88 закрыты. Пламя горелки 22 нагревает лом в печи до температуры плавления. Металл плавится и накапливается в печи. После полного расплавления загруженного в печь лома, горелка 22 плавильщиком металла отводится, забрасывается в печь через окно, где находилась горелка, флюс, после обработки флюсом жидкого металла и подтверждения лабораторией спектрального анализа марки получаемого сплава, открывают летку 8 и жидкий металл течет по желобу 89, заполняя изложницы, находящиеся на разливочной карусели 90. После разливки жидкого металла, печь поворачивают и по носку рабочего окна 6 шлак скачивают в шлаковню 92.

При работе печи на искусственной тяге, когда шиберы 86, 87 на газоходе 85 закрыты, а шиберы 56, 57 и 88 открыты, продукты горения, пройдя камеру смешения 52, разбавляются в ней воздухом цеха, далее дымососом 53 подаются в агрегат пылегазоочистки. Дымовые газы проходят в них очистку от вредных соединений в «кипящем слое», а во вращающихся рукавных фильтрах происходит их очистка от крупной и средней пыли. Далее воздуходувка 65 подает их в корпус 72 картриджного фильтра 55, в котором они очищаются от мелкой пыли и удаляются в дымовую трубу 83.

Работа печи на естественной тяге осуществляется в случае, если позволяют размеры санитарно-защитной зоны предприятия, а также при проведении ремонтно-профилактических работ системы пылегазоочистки.

Итак, предлагаемая печь является простой по конструкции, используется для переработки (переплава) отходов цветных металлов, в частности для переработки алюминиевых ломов, введенные в конструкцию элементы, устройства позволяют снизить выбросы вредных газов в атмосферу, уменьшить потери тепла в окружающую среду, а также увеличить срок ее эксплуатации.

1. Вращающаяся барабанная плавильная печь для переработки отходов цветных металлов, содержащая цилиндрический корпус, горелочное устройство, загрузочное окно, летку для слива расплава металла, отличающаяся тем, что она снабжена горелочным щитом с механизмом его поворота, приводным механизмом для обеспечения вращательного движения печи относительно горизонтальной оси в обе стороны на угол 105° и теплоизоляционным слоем, состоящим из трех листов гибкого теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого картона и слоя шамотного легковеса, на который набит слой футеровки из муллитовой безусадочной набивной массы, при этом горелочное устройства выполнено в виде газовой четырехсмесительной инжекционной прямоугольной горелки, в которой в нижнем ряду размещены два смесителя с перфорированной полусферой, обеспечивающие пламя длиной 0,7 метра, а в верхнем ряду находятся два смесителя с двенадцатью ребрами в конце смесителя на внутренней стороне, обеспечивающие пламя длиной 2,5 метра, при этом печь выполнена с возможностью работы на естественной и искусственной тяге с системой пылегазоочистки, включающей камеру смешения, дымосос, агрегат пылегазоочистки и картриджный фильтр.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что механизм поворота горелочного щита содержит колонну, внутри которой размещен вал, с возможностью поворота на угол 100° от гидроцилиндра, жестко закрепленный на валу кронштейн с приваренным к нему патрубком для подачи из газопровода газа в газовую четырехсмесительную инжекционную горелку и приваренный на конце кронштейна горелочный щит, при этом механизм поворота горелочного щита выполнен с возможностью загрузки шихты в печь через окно для горелки при отведенной горелке посредством виброзагрузочной машины.

3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что газовая четырехсмесительная инжекционная прямоугольной формы горелка содержит стабилизирующий пламя туннель, огнеупорную набивную массу, четыре смесителя, объединенные общей сварной газораспределительной камерой, в каждом смесителе просверлено четыре сопла под углом 26 градусов к их осям, причем нижние смесители представляют собой в верхней части трубу диаметром 62×10 мм и длиной 300 мм, а в нижней части содержат устройство для окончательного перемешивания газовоздушной смеси, состоящее из рассекателя, выполненного в виде конуса, диска, втулки и перфорированной полусферы, а верхние смесители представляют собой трубу диаметром 90×10 мм, при этом смесители, детали к смесителям и литой стабилизирующий пламя туннель, надетый на объединяющую смесители газораспределительную камеру и на кожух горелки, изготовлены из жаростойкого чугуна ЧЮХШ.

4. Печь по п.1, отличающаяся тем, что картриджный фильтр выполнен с возможностью обеспечения производительности по очищаемому газу 11000 м 3 /час, имеет 11 фильтровальных элементов, 6 клапанов продувки, толщину теплоизоляции 30 мм, степень очистки - 96% и габариты 2800×2000×3400 мм.

Похожие патенты:

Изобретение относится к области промышленной теплоэнергетики и может быть использовано при получении активированного угля. Способ активирования фракционированных по размеру угольных частиц осуществляется их непрерывной пересыпкой и взаимодействием с противоточным факелом в наклоненном относительно горизонтальной плоскости реакторе с нагревом, выделением и выжиганием летучих веществ, образованием и выводом из реактора смеси летучих веществ и продуктов сгорания, последующими пересыпкой и охлаждением противоточным потоком продуктов сгорания в наклоненном относительно горизонтальной плоскости охладителе и дожиганием летучих веществ и сбросом в атмосферу продуктов сгорания.

Изобретение относится к наклонному вращающемуся реактору для сжигания твердых бытовых и промышленных отходов и сушки сыпучих материалов. Реактор содержит установленный на неподвижной опоре с возможностью вращения цилиндрический корпус, в нижней части которого выполнено не менее двух отверстий для разгрузки материала с заслонками, выполненными с возможностью раскрытия в своем нижнем положении и закрытия в своем верхнем положении относительно вертикали под действием собственного веса при вращении реактора.

Изобретение относится к печам для плавки металлосодержащих отходов и нанесения металлических покрытий термодиффузионным методом и может быть использовано для извлечения цветных металлов из смесей и оксидов и обработки поверхностей деталей.

Изобретение относится к технологии обжига строительных материалов и может быть использовано при производстве керамзита. Способ обжига керамзита во вращающейся печи включает задание требуемых значений температуры керамзита в точке, соответствующей концу зоны нагрева, и температуры в точке, соответствующей середине зоны вспучивания, определение температуры в точке, соответствующей концу зоны нагрева, и температуры в точке, соответствующей середине зоны вспучивания, определение разности между требуемым и имеющимся значением температуры керамзита в точке, соответствующей концу зоны нагрева, формирование в функции величины разности этих температур управляющего воздействия на привод ленточного питателя, определение разности между требуемым и имеющимся значением температуры керамзита в точке, соответствующей середине зоны вспучивания, формирование в функции величины разности этих температур управляющего воздействия на горелку печи, дополнительно задают требуемое значение температуры керамзита в точке, соответствующей концу зоны сушки, определяют температуру в точке, соответствующей концу зоны сушки, определяют разность между требуемым и имеющимся значением температуры керамзита в точке, соответствующей концу зоны сушки, формируют в функции величины разности этих температур управляющее воздействие на привод вращения печи. Изобретение также относится к устройству для обжига керамзита. Технический результат - повышение качества керамзита, в том числе и его прочности, сокращение количества технологического отхода при производстве керамзита, стабилизация процесса обжига. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к конструкции летки доменной печи для производства чугуна. Устройство содержит жаропрочные кирпичи, расположенные вдоль внутренней стороны кожуха печи, цилиндрический корпус, проходящий через кожух печи и обращенный к жаропрочным кирпичам, и кольцевой уплотнительный узел, расположенный на конце корпуса рядом с жаропрочными кирпичами и содержащий уплотнитель корпуса. При этом уплотнитель корпуса расположен с обеспечением воздухонепроницаемого уплотнения корпуса по его периферии, а уплотнитель кирпичей - с обеспечением воздухонепроницаемого уплотнения кирпичей по всей периферии между жаропрочными кирпичами и уплотнительным узлом. Изобретение направлено на исключение утечки газа при выпуске жидкого чугуна. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к роторной наклонной печи для переработки алюминиевых ломов. Печь содержит футерованный корпус с опорным кольцом, которое оперто на два ролика, горелочный щит с закрепленной на нем газовой инжекционной горелкой с одиннадцатью смесителями, поворотную футерованную чашу с двумя футерованными желобам, привод вращения печи и привод подвода-отвода горелочного щита. Футерованный корпус имеет теплоизоляционный слой, состоящий из теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого фетра и слоя шамотного легковеса, на который набит слой футеровки из муллитокремнеземистой набивной массы с корочкой гарнисажа. Горелка содержит устройство регулирования расхода воздуха, установлена с наклоном 20° к оси футерованного корпуса с возможностью подачи газа к горелке по трубе, приваренной к кронштейну, закрепленному на поворотной колонне. Печь имеет смонтированную на тележке поворотную футерованную чашу с двумя футерованными желобам, причем один из двух футерованных желобов имеет снизу прикрепленный к нему желоб, который может перемещаться снизу верхнего для увеличения или уменьшения длины состыкованных желобов, тележка перемещается по рельсам к футерованному корпусу и обратно с помощью электропривода, поворотную раму, в рабочем положении опертую на переднюю и заднюю опоры поворотной рамы, печь выполнена с возможностью работы на естественной и искусственной тяге с двухступенчатой установкой пылегазоочистки для достижения экологически чистого процесса. Обеспечивается увеличение срока службы печи, снижение потерь тепла и вредных выбросов в атмосферу. 6 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к обжиговым печам непрерывного действия для термической обработки материала при контролируемой газовой атмосфере и температуре нагрева в режиме непрерывной работы и постоянном перемешивании материала, в частности к шнеко-трубчатой печи. Шнеко-трубчатая печь содержит теплоизоляционный корпус, электронагреватели, трубу-реторту, оснащенную загрузочной и разгрузочной течками, патрубком для подачи/забора воздуха и аптейком; шнек, расположенный внутри трубы-реторты и выполненный с возможностью вращения от электропривода; газоход, систему пылеулавливания и систему КИП, при этом труба-реторта выполнена диаметром в 1,4-2,5 раза больше диаметра шнека с формированием надшнекового пространства внутри трубы-реторты. Шнеко-трубчатая печь может быть выполнена двух-, трех- или четырехступенчатой. Обеспечивается возможность обработки как порошковых, так тонкодисперсных материалов с влажностью до 70% абс. и содержанием выгораемых и легколетучих компонентов от 5 до 95%, при этом пылевынос составляет ~0,5% от загрузки. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к вращающейся плавильной печи для переработки отходов цветных металлов, в частности алюминиевого лома. Печь содержит цилиндрический корпус, футеровку, имеющую теплоизоляционный слой, состоящий из трех слоев гибкого теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого картона и слоя шамотного легковеса, на который набит слой футеровки из муллитовой безусадочной набивной массы с корочкой гарнисажа, два загрузочных отверстия, выполненных в передней и задней торцевых стенках печи, летку для слива расплава металла и летку для слива шлака, и горелочное устройство, отличающаяся тем, что горелочное устройство выполнено в виде двух газовых инжекционных цилиндрических горелок, закрепленных в крышках, закрывающих загрузочные отверстия, при этом каждая из упомянутых горелок имеет двенадцать смесителей, пять из которых снабжены насадками, размещены вверху по месту установки в крышках загрузочных отверстий печи с обеспечением пламени длиной 2,4 м, а семь смесителей без насадок выполнены с возможностью обеспечения при горении газовоздушной смеси пламени длиной 1,5 м, при этом печь имеет смонтированные на тележке два поворотных футерованных желоба с приваренными футерованными чашами и с возможностью перемещения их на тележке по рельсам к летке для слива расплава металла и обратно с помощью электропривода, а в каждой крышке, закрывающей загрузочное отверстие, выполнен газоход, причем печь выполнена с возможностью работы на естественной и искусственной тяге с двухступенчатой системой пылегазоочистки, обеспечивающей экологически чистый процесс и включающей камеру смешения, дымосос, двухсекционный агрегат газоочистки и блок циклонов. Обеспечиваются малые потери тепла, повышение производительности и увеличение срока эксплуатации печи. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к способу первичной обработки сырья, используемого в технологии производства фосфорной кислоты. Способ включает следующие этапы: (1) первичная обработка сырья, (2) заготовка внутренней сферы гранул, (3) формование композитных окатышей, (4) восстановление композитных окатышей по печному методу и (5) гидратация и поглощение фосфора. Технический результат заключается в обеспечении энергосберегающего, экологически безопасного и высокоэффективного процесса, позволяющего получить фосфорную кислоту высокого качества. 12 з.п. ф-лы, 20 ил.

Изобретение относится к вращающейся барабанной плавильной печи для переработки отходов цветных металлов, в частности алюминиевых ломов. Печь содержит цилиндрический корпус, горелочное устройство, загрузочное окно, летку для слива расплава металла, теплоизоляционный слой, состоящий из трех листов гибкого теплоизоляционного стекловолокнистого муллитокремнеземистого картона и слоя шамотного легковеса, на который набит слой футеровки из муллитовой безусадочной набивной массы, горелочное устройство выполнено в виде газовой четырехсмесительной инжекционной прямоугольной горелки, в которой в нижнем ряду размещены два смесителя с перфорированной полусферой, а в верхнем ряду находятся два смесителя с двенадцатью ребрами в конце смесителя на внутренней стороне. Печь имеет механизм поворота горелочного щита, с возможностью загрузки шихты в печь через окно для горелки при отведенной горелке, приводной механизм для вращения печи относительно горизонтальной оси в обе стороны на угол 105, систему пылегазоочистки, содержащую камеру смешения, дымосос, агрегат пылегазоочистки и картриджный фильтр. Обеспечивается простота конструкции, увеличивается срок эксплуатации, снижаются выбросы вредных газов в атмосферу. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

2.1. Назначение индукционных канальных печей

Индукционные канальные печи в основном используются для плавки цветных металлов (медь и сплавы на медной основе – латуни, бронзы, нейзильберы, мельхиоры, куниали; цинк; алюминий и их сплавы) и чугуна, а также в качестве миксеров для тех же металлов. Использование индукционных канальных печей для плавки стали ограничивается из-за недостаточной стойкости футеровки.

Наличие в индукционных канальных печах электродинамического и теплового движения расплавленного металла или сплава обеспечивает однородность химического состава и равномерность температуры расплавленного металла или сплава в ванне печи.

Индукционные канальные печи рекомендуется использовать в тех случаях, когда к выплавляемому металлу и полученным из него отливкам предъявляются высокие требования, в частности, по минимальным газонасыщенности и неметаллическим включениям.

Индукционные канальные миксеры предназначены для перегрева жидкого металла, выравнивания состава, создания постоянных температурных условий литья и в ряде случаев для дозирования и регулирования скорости литья в кристаллизаторы литейных машин или в литейные формы.

Шихта для индукционных канальных печей должна приготовляться в соответствии с заданным составом выплавляемой марки металла или сплава, должна быть сухой и состоять в основном из первичного чистого металла.

Применение канальных печей не рекомендуется при использовании загрязненной вторичной шихты, использовании стружки, особенно при выплавке алюминиевых сплавов, а также при выплавке всевозможных лигатур и сплавов на медной основе, содержащих свинец и олово, так как при этом резко снижается срок службы футеровки, и эксплуатация канальных печей становится затруднительной.

В приведена следующая классификация индукционных канальных печей и миксеров.

Печь ИЛК - шахтного и барабанного типов – предназначена для плавки меди и сплавов на медной основе.

Миксер ИЛКМ предназначен для выдержки, перегрева и разливки меди и сплавов на медной основе.

Печь ИАК предназначена для плавки алюминия и его сплавов.

Миксер ИАКР предназначен для перегрева, поддержания стабильной температуры жидкого алюминия и заливки его непосредственно в литейные формы.

Печь ИЦК предназначена для плавки катодного цинка.

Миксер ИЧКМ – шахтного и барабанного типов - предназначен для выдержки, перегрева, разливки жидкого чугуна, может работать в комплекте с вагранками или индукционными тигельными печами, или дуговыми печами (дуп- лекс-процесс)2 .

Миксер раздаточный ИЧКР предназначен для перегрева, поддержания стабильной температуры жидкого чугуна и заливки его непосредственно в литейные формы, работает в комплексе с литейными машинами и литейными конвейерами.

Канальные печи могут работать самостоятельно с периодической разливкой расплавленного металла или сплава либо в составе плавильнораздаточных агрегатов. Например , агрегат ИЛКА-6 состоит из печи ИЛК-6 (полезная емкость 6 т, потребляемая мощность 1264 кВт, напряжение 475 В), переливного желоба и миксера ИЛКМ-6 (полезная емкость 6 т, потребляемая мощность 500 кВт, напряжение 350 В). Этот агрегат предназначен для плавки и полунепрерывной разливки меди и ее сплавов в круглые и плоские слитки. Агрегат ИЛКА-16М2 состоит из двух печей ИЛК-16М2 (полезная емкость 16 т, потребляемая мощность 1656 кВт, напряжение 475 В), системы переливных обогреваемых желобов и миксера ИЛКМ-16М2 (полезная емкость 16 т, потребляемая мощность 500 кВт, напряжение 350 В), предназначен для непрерывной плавки и разливки высококачественной бескислородной меди на катанку.

К основным достоинствам индукционных канальных печей можно отне-

1. Минимальный угар (окисление) и испарение металла, так как нагрев происходит снизу. К наиболее нагретой части расплава, находящейся в каналах, нет доступа воздуха, а поверхность металла в ванне имеет сравнительно низкую температуру.

2. Малый расход энергии на расплавление, перегрев и выдержку металла. Канальная печь имеет высокий электрический КПД благодаря использованию замкнутого магнитопровода.

В то же время высок и тепловой КПД печи, так как основная масса расплава находится в ванне, имеющей толстую теплоизолирующую футеровку.

2 Применение дуплекс-процессов для плавки в двух различных плавильных агрегатах целесообразно при полном использовании преимуществ каждой печи, таких как энергетические, теплотехнические, эксплуатационные, экономические и др. . Например, при плавке в вагранке КПД при расплавлении достигает 60%, а при перегреве всего 5%. В индукционной печи при плавке КПД низкий, не более 30%, а при перегреве высокий – около 60%, следовательно, соединение вагранки с индукционной печью дает явное преимущество в использовании тепловой энергии. Кроме того, в индукционных печах можно получить металл более точного химического состава и более стабильную температуру, чем в вагранках и дуговых электропечах.

3. Однородность химического состава металла в ванне благодаря циркуляции расплава, обусловленной электродинамическими и тепловыми усилиями. Циркуляция способствует также ускорению процесса плавки.

К основным недостаткам индукционных канальных печей относятся:

1. Тяжелые условия работы футеровки канала – подового камня. Стойкость этой футеровки снижается при повышении температуры расплава, при плавке сплавов, содержащих химически активные компоненты (например, бронзы, имеющие в своем составе олово и свинец). Затруднена плавка в этих печах также низкосортной, загрязненной шихты – вследствие зарастания каналов.

2. Необходимость постоянно (даже при длительных перерывах в работе) держать в печи сравнительно большое количество расплавленного металла. Полный слив металла ведет к резкому охлаждению футеровки каналов и к ее растрескиванию. По этой причине невозможен также быстрый переход с одной марки выплавляемого сплава на другую. В этом случае приходится проводить ряд балластных переходных плавок. Постепенной загрузкой новой шихты меняют состав сплава от исходного до требуемого.

3. Шлак на поверхности ванны имеет низкую температуру. Это затрудняет проведение нужных металлургических операций между металлом и шлаком. По этой же причине, а также ввиду малой циркуляции расплава вблизи поверхности затруднено расплавление стружки и легкого скрапа.

2.2. Принцип действия индукционной канальной печи

Принцип действия индукционной канальной печи подобен принципу действия силового трансформатора, работающего в режиме короткого замыкания. Однако электрические параметры канальной электропечи и обычного трансформатора заметно отличаются. Это вызвано различием их конструкций. Конструктивно печь состоит (рис. 2.1) из футерованной ванны 2, в которой помещается почти вся масса расплавляемого металла 3, и находящейся под ванной индукционной единицы.

Ванна сообщается с плавильным каналом 5, также заполненным расплавом. Расплав в канале и прилегающем участке ванны образует замкнутое проводящее кольцо.

Система индуктор – магнитопровод называется печным трансформато-

Рис. 2.1. Устройство индукционной канальной печи шахтного типа

Индукционная единица объединяет печной трансформатор и подовый камень с каналом.

Индуктор является первичной обмоткой трансформатора, а роль вторичного витка выполняет расплавленный металл, заполняющий канал и находящийся в нижней части ванны.

Ток, протекающий во вторичной цепи, вызывает нагрев расплава, при этом почти вся энергия выделяется в канале, имеющем малое сечение (в канале поглощается 90 – 95 % подведенной к печи электрической энергии). Металл нагревается за счет тепло- и массообмена между каналом и ванной.

Перемещение металла обусловлено

главным образом электродинамическими усилиями, возникающими в канале, и в меньшей степени конвекцией, связанной перегревом металла в канале по отношению к ванне. Перегрев ограничивается некоторой допустимой величиной, лимитирующей допускаемую мощность в канале.

Принцип действия канальной печи требует постоянно замкнутой вторичной цепи. Поэтому допускается лишь частичный слив расплавленного металла и дозагрузка соответствующего количества новой шихты. Все канальные печи работают с остаточной емкостью, составляющей обычно 20 – 50 % полной емкости печи и обеспечивающей постоянное заполнение канала жидким металлом. Замораживание металла в канале не допускается, во время межплавочного простоя металл в канале должен поддерживаться в расплавленном состоянии.

Индукционная канальная печь имеет следующие отличия от силовых трансформаторов:

1) вторичная обмотка совмещена с нагрузкой и имеет только один виток N 2 с относительно малой высотой по сравнению с высотой первичной обмотки с числом витков N 1 (рис. 2.2);

2) вторичный виток – канал – находится от индуктора на относительно большом расстоянии, так как отделен от него не только электрической, но и тепловой изоляцией (воздушным зазором и футеровкой). В связи с этим магнитные потоки рассеяния индуктора и канала значительно превышают потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток обычного силового трансформатора той же мощности, поэтому значения реактивных сопротивлений рассеяния индукционной канальной печи выше, чем у трансформатора. Это, в свою очередь, приводит к тому, что энергетические показатели индукционной канальной печи – это электрический коэффициент полезного действия и коэффициент мощности – заметно ниже, чем у обычного трансформатора.

R 2 ′ , X 2 ′

R 1 , X 1

Рис. 2.2. Принципиальная схема индукционной канальной печи

Основные уравнения (уравнение токов и уравнения электрического состояния) для индукционной канальной печи аналогичны уравнениям для трансформатора, работающего в режиме короткого замыкания (отсутствует напряжение

U 2 ):

I & 1 = I & 10 + (− I & 2′ ) ;

U & 1 = (− E & 1 ) + R 1I & 1 + jX 1I & 1 ;

E 2 ′ = R 2 ′I & 2 ′ + jX 2 ′I & 2 ′ .

Схема замещения и векторная диаграмма индукционной канальной печи приведены на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Схема замещения и векторная диаграмма:

U 1 - напряжение на индукторе; I 1 - ток в индукторе; I 10 - ток холостого хода в индукторе; I 2 ′ - приведенный ток в канале печи; E 1 - ЭДС самоиндукции (наведенная основным потоком в обмотке индуктора); E 2 ′ - ЭДС взаимоиндукции (наведенная основным потоком в канале печи); - параметры индуктора; - параметры канала

Интенсивное движение расплавленного металла из каналов в ванну и в обратном направлении имеет важнейшее значение, так как почти все тепло выделяется в каналах. В возникновении циркуляции металла некоторую роль играет конвекция, связанная с перегревом металла в каналах, но основным факто-

ром является электродинамическое взаимодействие тока в канале с магнитным потоком рассеяния, проходящим между каналом и индуктором (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Схема взаимодействия тока канала с магнитным полем

Электродинамические силы F r направлены от индуктора и к металлу в канале К при осевом направлении плотности тока в канале δ z . Создаваемое

ими давление равно нулю на внутренней поверхности канала и максимально на его наружной поверхности. Вследствие этого металл вытесняется в ванну из устья канала вдоль его наружной стенки и всасывается в канал вдоль его внутренней стенки (рис. 2.5, б). Для усиления циркуляции устьям каналом придают округлую форму, обеспечивающую минимальное гидравлическое сопротивле-

ние (рис. 2.5, а; 2.6).

В тех же случаях, когда необходимо ослабить циркуляцию (например, при плавке алюминия), устья делают без расширения, с большим гидравлическим сопротивлением.

Сквозное однонаправленное движение металла через канал и ванну вместо симметричной циркуляции позволяет усилить тепло- и массообмен, уменьшить перегрев металла в каналах и за счет этого увеличить стойкость подового камня. Для обеспечения такого движения металла были предложены различные технические решения : винтовые канал с устьями, выходящими в ванну на

разной высоте, что резко усиливает конвекцию; каналы переменного сечения, в которых имеется не только радиальная (обжимающая), но и осевая составляющая сил электродинамического взаимодействия тока в канале с собственным магнитным полем; дополнительный электромагнит для создания электродинамической силы, перемещающей металл вверх по центральному каналу сдвоенной индукционной единицы.

Применение винтовых каналов и каналов переменного сечения на одноканальных единицах себя не оправдало. Использование дополнительного электромагнита связано с усложнением и удорожанием печи и потому нашло лишь ограниченное применение. Использование каналов с устьями переменного сечения на сдвоенных индукционных единицах дало положительный результат. В сдвоенной единице с различной формой центрального и боковых устьев обусловлено однонаправленное движение металла, особенно интенсивное при отсутствии фазового сдвига между магнитными потоками индукторов. Такие единицы применяются в практике и обеспечивают удвоение срока службы футеровки.

2.3. Конструкция индукционных канальных печей

При большом разнообразии типов индукционных канальных печей основные конструктивные узлы являются общими для них всех: футеровка, трансформатор печи, корпус, вентиляционная установка, механизм наклона

(рис. 2.7, 2.8).

Рис. 2.7. Индукционная канальная печь для плавки медных сплавов с трехфазной индукционной единицей (шахтного типа):

1, 2 - футеровка; 3 – 5 – трансформатор печи; 6 - 8 –корпус; 9 – крышка; 10 – 11 – вентиляционная установка; 12 – 13 – механизм наклона

Рис. 2.8. Индукционная канальная печь (барабанного типа):

1- кожух; 2 – механизм поворота; 3 – футеровка; 4 – индукционная единица; 5- воздушное охлаждение футеровки канальной части; 6 – подвод тока и воды к индукторам

Трансформатор печи

Схема трансформатора печи, элементами которого являются магнитопровод, индуктор, канал, определяется конструкцией печи.

Основными элементами трансформатора являются магнитопровод и ин-

Печь с одной индукционной единицей имеет однофазный трансформатор с броневым магнитопроводом. Широко применяются также трансформаторы со стержневыми магнитопроводами. Напряжение на первичную обмотку (индуктор) подается от питающего автотрансформатора с большим числом ступеней напряжения, что позволяет регулировать мощность печи. Автотрансформатор включается на линейное напряжение цеховой сети обычно без симметрирующего устройства, поскольку мощность однофазных печей относительно невелика.

Печь со сдвоенной индукционной единицей (рис. 2.9,) представляет собой двухфазную нагрузку, так же, как печь с двумя отдельными однофазными индукционными единицами. Индукторы в двухфазной системе подключаются к трехфазной сети по схеме открытого треугольника, если это не вызывает недопустимой несимметрии напряжений, или по схеме Скотта, обеспечивающей равномерную загрузку трех фаз. Конструктивно сдвоенная единица состоит из двух трансформаторов стержневого типа.

Печь с трехфазной индукционной единицей может иметь трехфазный трансформатор или три однофазных трансформатора. Последнее предпочтительнее, несмотря на большую массу магнитопровода, так как обеспечивает более удобную сборку и разборку, которые приходится периодически производить при смене футеровки.

Рис. 2.9. Типовые унифицированные отъемные индукционные единицы:

а – для печей ИЛК (мощность при плавке меди 300 кВт, при плавке латуни - 350 кВт, у сдвоенной единицы соответственно 600 и 700 кВт); б – для печей ИАК (мощность 400 кВт); в – для печей ИЧКМ (мощность 500 кВт – однофазная единица и 1000 кВт – сдвоенная единица);

1 – кожух; 2 – футеровка; 3 – канал; 4 – магнитопровод; 5 - индуктор

Трехфазные индукционные единицы или группы однофазных единиц, число которых кратно трем, позволяют равномерно загрузить питающую сеть. Питание многофазных печей осуществляется через регулировочные автотрансформаторы.

Магнитопровод трансформатора печи изготовляется из листовой электротехнической стали, ярмо выполняется съемным из-за регулярной сборки и разборки.

Форма поперечного сечения стержня при небольшой мощности трансформатора – квадратная или прямоугольная, а при значительной мощности – крестообразная или ступенчатая.

Индуктор представляет собой выполненную из медного провода спиральную катушку. Как правило, катушка индуктора имеет круглое поперечное сечение. Однако в печах, имеющих прямоугольный контур плавильного канала, катушка индуктора может повторять его форму. Полученный из электрического расчета диаметр индуктора определяет размеры располагаемого внутри него сердечника.

Печной трансформатор работает в тяжелых температурных условиях. Он нагревается не только за счет электрических потерь в меди и стали, как обычный трансформатор, но и за счет тепловых потерь через футеровку плавильного канала. Поэтому всегда применяется форсированное охлаждение печного трансформатора.

Индуктор канальной печи имеет принудительное воздушное или водяное охлаждение. При воздушном охлаждении индуктор изготовлен из медного обмоточного провода прямоугольного сечения, средняя плотность тока составляет 2,5 − 4 А/мм2 . При водяном охлаждении индуктор, изготовленный из профилированной медной трубки, желательно неравностенной, с толщиной рабочей стенки (обращенной к каналу) 10 – 15 мм; средняя плотность тока достигает 20 А/мм2 . Индуктор, как правило, выполняется однослойным, в редких случаях – двухслойным. Последний значительно сложнее конструктивно и имеет более низкий коэффициент мощности.

Номинальное напряжение на индукторе не превышает 1000 В и чаще всего соответствует стандартному напряжению сети (220 , 380 или 500 В). Витковое напряжение при малой мощности индукционной единицы составляет 7 – 10 В, а при большой мощности оно возрастает до 13 – 20 В. Форма витков индуктора обычно круговая, лишь у печей для плавки алюминия, каналы которых состоят из прямолинейных отрезков, а сердечник всегда имеет прямоугольное сечение, витки индуктора также делаются прямоугольными. Индуктор изолируют киперной, асбестовой лентой или лентой из стекловолокна. Между индуктором и сердечником расположен изолирующий цилиндр толщиной 5 – 10 мм из бакелита или стеклотекстолита. Цилиндр фиксируют на сердечнике при помощи забиваемых деревянных клиньев.

Когда печь не питается от специального регулируемого силового трансформатора, от нескольких крайних витков индуктора делаются отпайки. Подавая питающее напряжение на различные отпайки, можно менять коэффициент трансформации печного трансформатора и тем самым управлять величиной выделяемой в канале мощности.

Корпус печи

Обычно корпус печи состоит из каркаса, кожуха ванны и кожуха индукционной единицы. Кожух ванны у печей малой емкости, а у барабанных печей также и значительной мощности, может быть выполнен достаточно прочным и

жестким, что позволяет отказаться от каркаса. Конструкции и крепления корпуса должны быть рассчитаны на нагрузки, возникающие при наклоне печи, чтобы обеспечивать необходимую жесткость в наклоненном положении.

Каркас изготовляется из стальных фасонных балок. Цапфы оси наклона опираются на подшипники, смонтированные на опорах, установленных на фундаменте. Кожух ванны изготовляется из листовой стали толщиной 6 – 15 мм и снабжается ребрами жесткости.

Кожух индукционной единицы служит для соединения подового камня и печного трансформатора печи в единый конструктивный элемент. Двухкамерные печи не имеют отдельного кожуха индукционной единицы, он составляет у них одно целое с кожухом ванны. Кожух индукционной единицы охватывает индуктор, поэтому для уменьшения потерь на вихревые токи он делается составным из двух половин с изолирующей прокладкой между ними. Стяжка производится болтами, снабженными изолирующими втулками и шайбами. Таким же образом кожух индукционной единицы крепится к кожуху ванны.

Кожухи индукционных единиц могут быть литыми или сварными, часто имеют ребра жесткости. В качестве материала для кожухов предпочтительнее использовать немагнитные сплавы. Двухкамерные печи имеют один общий кожух ванны и индукционной единицы.

Вентиляционная установка

В печах небольшой емкости, не имеющих водяного охлаждения, вентиляционная установка служит для отвода тепла от индуктора и поверхности проема подового камня, нагреваемой за счет теплопроводности от расплавленного металла в близко расположенных каналах. Применение водоохлаждаемого индуктора не освобождает от необходимости вентилировать проем подового камня во избежание перегрева его поверхности. Хотя современные съемные индукционные единицы имеют не только водоохлаждаемые индукторы, но и водяное охлаждение кожухов и проемов подового камня (в проем вставляется во-

доохлаждаемый кессон), вентиляционная установка является обязательным элементом оборудования канальной печи.

Вентиляторы с приводными двигателями часто устанавливаются на каркасе печи. При этом вентилятор соединяется с коробом, распределяющим воздух по вентилируемым проемам, коротким жестким воздуховодом. Масса вентиляционной установки может быть значительной, что приводит к существенному увеличению нагрузки на механизм наклона печи. Поэтому применяется и другая компоновка, при которой вентиляторы устанавливаются рядом с печью и соединяются с нею гибкими рукавами, обеспечивающими возможность наклона. Вместо гибких рукавов может использоваться воздуховод, состоящий их двух жестких участков, сочленяющихся с помощью поворотного стыка на продолжении оси наклона, что также позволяет осуществлять опрокидывание печи. При такой компоновке уменьшается нагрузка на механизм наклона, но усложняется конструкция воздуховодов и загромождается пространство вокруг печи.

Печи со съемными индукционными единицами оборудуются индивидуальными вентиляторами для охлаждения каждой единицы. Выход из строя вентилятора может привести к аварии печи. Поэтому вентиляционная установка должна иметь резервный вентилятор, готовый к немедленному включению и отделенный от воздуховода задвижкой. Исключение составляют печи с индивидуальными вентиляторами на индукционных единицах. Индивидуальные вентиляторы имеют небольшие габариты и массу и в случае выхода из строя могут быть очень быстро заменены, поэтому устанавливать резервные вентиляторы на печь не требуется.

Печи со съемными индукционными единицами оборудуются индивидуальными вентиляторами для охлаждения каждой единицы.

Механизм наклона

Канальные печи малой емкости (до 150-200 кг) снабжаются обычно механизмом наклона с ручным приводом, ось наклона проходит вблизи центра тяжести печи.

Крупные печи оборудуются механизмами наклона с гидравлическим приводом. Ось наклона располагается у сливного носка.

Наклон барабанных печей осуществляется путем поворота вокруг оси, параллельной продольной оси ванны. При вертикальном положении печи леточное отверстие находится выше уровня жидкого металла, при повороте печи на катках оно оказывается под зеркалом ванны. Положение летки относительно ковша в процессе слива металла не изменяется, поскольку летка располагается в центре опорного диска, на оси поворота.

Механизм наклона любого типа должен обеспечивать слив всего металла из печи.

2.4. Футеровка индукционных канальных печей

Футеровка канальной печи является одним из основных и ответственных элементов, от которого зависят многие технико-экономические показатели, производительность и надежность ее работы . К футеровке ванны печи и индукционным единицам (подовому камню) предъявляются разные требования. Футеровка ванны должна иметь высокую стойкость и длительный срок службы, так как стоимость футеровочных материалов высока, а время, необходимое для ее замены и сушки, может составлять несколько недель. Кроме того, футеровка ванны печи должна иметь хорошие теплоизоляционные свойства, с тем, чтобы повысить тепловой КПД печи.

Материалы, применяемые для футеровки ванны, должны обладать постоянством объема при обжиге и иметь минимальный температурный коэффици-

ент расширения (т. к. р.) при нагреве, чтобы исключить возможность возникновения опасных термических и механических напряжений.

Огнеупорный слой футеровки ванны должен противостоять высоким термическим, химическим и механическим нагрузкам. Огнеупорные материалы, применяемые для этой цели, должны обладать высокой плотностью, огнеупорностью, шлакоустойчивостью, термической стойкостью и иметь высокую механическую прочность.

При качественном выполнении футеровочных работ соответствующими огнеупорами стойкость ванны печи для горячей выдержки чугуна достигает двух лет, а для плавки медных сплавов – до трех лет.

Футеровка канальной части печи (подовый камень) эксплуатируется еще в более тяжелых условиях, чем футеровка ванны, так как она работает под большим гидростатическим давлением столба металла. Температура металла в канале выше, чем в ванне печи. Движение металла, вызываемое магнитным потоком, приводит к быстрому механическому износу огнеупорного материала в печах для чугуна и медных сплавов. В каналах печей для плавки алюминия магнитные поля приводят к наслоению окислов алюминия в определенной зоне и способствуют зарастанию каналов.

Толщина футеровки канальной печи (подового камня) должна быть минимально возможной, с тем, чтобы не ухудшать энергетических показателей печи. Малая толщина иногда приводит к чрезмерному ослаблению механической прочности футеровки и к высоким перепадам температуры по толщине футеровки между наружной и внутренней стенками канала, что вызывает образование трещин. Температура внутренних стенок канала соответствует температуре перегретого металла, а наружные стенки охлаждаются водоохлаждаемым цилиндром или струей холодного воздуха.

Одной из основных причин выхода из строя футеровки является проникновение расплавленного металла из канала подового камня на индуктор и кожух по трещинам в футеровке. Дополнительным фактором образования трещин является пропитка стенок канала окислами металла или шлака, что вызывает дополнительные напряжения. Для футеровки подового камня применяют лучшие огнеупорные материалы и самую современную технологию.

Применяемые для футеровки электрических плавильных печей огнеупорные материалы по своему химическому характеру делятся на кислые, основные

и нейтральные.

К кислым огнеупорным материалам относятся кремнеземистые набивные

массы с высоким содержанием окиси кремния (97 – 99 % SiO2 ), динас, а также шамот, содержащий не связанную с глиноземом окись кремния (Al2 O3 < 27 % ).

К основным материалам относятся огнеупоры, которые состоят главным образом из окислов магния или кальция (магнезитовые, магнезитохромитовые, периклазошпинелидные, периклазовые и доломитовые огнеупоры).

К нейтральным огнеупорным материалам относятся такие огнеупоры, для которых характерно преимущественное содержание амфотерных окислов алюминия, циркония, а также окиси хрома (корундовые, муллитовые, хромитовые, цирконовые и бакоровые огнеупоры).

В футеровках индукционных канальных печей огнеупорные материалы прежде всего должны обладать огнеупорностью, превышающей температуру расплавленного металла, так как при температурах, приближающихся к температуре огнеупорности эти материалы начинают размягчаться и терять строительную прочность. Качество огнеупорных материалов оценивают также по их способности противостоять нагрузке при высоких температурах.

Огнеупорная футеровка чаще всего разрушается в результате химического взаимодействия со шлаками и металлом, расплавляемыми в печи. Степень разрушения ее зависит от химического состава металла, воздействующего на футеровку, его температуры, а также от химического состава футеровки и ее пористости.

При воздействии высоких температур большая часть огнеупоров уменьшается в объеме из-за дополнительного спекания и уплотнения. Некоторые огнеупорные материалы (кварцит, динас и т.п.) увеличиваются в объеме. Чрезмерное изменение в объеме может вызвать растрескивание, вспучивание и даже разрушение футеровки, поэтому огнеупорные материалы должны обладать постоянством объема при рабочих температурах.

Изменение температур при разогреве и особенно при охлаждении печей вызывает растрескивание огнеупорного материала из-за его недостаточной термостойкости, которая является одним из наиболее важных факторов, определяющих срок службы футеровки индукционных печей.

В практике редко встречается изолированное воздействие только одного из перечисленных разрушающих факторов.

В настоящее время нет пока огнеупорных материалов, сочетающих в себе все рабочие свойства, необходимые для устойчивой службы футеровки в индукционных плавильных печах. Каждый вид огнеупорного материала характеризуется присущими лишь ему свойствами, на основании которых определяется область его рационального применения.

Для правильного выбора и эффективного использования огнеупорного материала в конкретных печах необходимо детально знать, с одной стороны, все важнейшие свойства материала, а с другой стороны – условия службы футеровки.

Согласно классификации все огнеупорные изделия подразделяются еще по следующим признакам:

1) по степени огнеупорности – на огнеупорные (от 1580 до 1770 ° С), высокоогнеупорные (от 1770 до 2000 ° С) и высшей огнеупорности (выше

2000° С);

2) по форме, размерам – на нормальный кирпич «прямой» и «клиновой», фасонные изделия простые, сложные, особо сложные, крупноблочные и монолитные огнеупорные бетоны, которые одновременно являются безобжиговыми огнеупорами;

3) по способу изготовления – на изделия, полученные пластичным формованием (прессованием), полусухим прессованием, трамбованием из порошкообразных непластичных сухих и полусухих масс, литьем из шлике-

ра и расплава, вибрированием из огнеупорных бетонов, выпиливанием из плавленных блоков и горных пород;

4) по характеру термической обработки – на безобжиговые, обожженные и отлитые из расплава;

5) по характеру их пористости (плотности) – особо плотные, спекшиеся с

пористостью менее 3 % , высокоплотные с пористостью 3 – 10 % , плотные с пористостью 10 – 20 % , обычные с пористостью 20 – 30 % , легковесные, теплоизоляционные с пористостью 45 – 85 % .

2.5. Особенности канальных печей для плавки различных металлов

Печи для плавки меди и ее сплавов

Температура разливки меди 1230 o С , и чтобы перегрев металла не привел к существенному сокращению срока службы подового камня, удельная мощ-

ность в каналах не должна превышать 50 10 6 Вт/м 3 .

Для латуни температура разливки составляет примерно 1050 o С , а удельная мощность в каналах не превышает (50 − 60) 10 6 Вт/м 3 . При большей

удельной мощности возникает так называемая цинковая пульсация, состоящая в прерывании тока в каналах. Цинк, чья температура плавления меньше температуры плавления латуни, при плавке латуни вскипает в каналах. Его пары в виде пузырьков поднимаются к устьям каналов, где, соприкасаясь с более холодным металлом, конденсируются. Наличие пузырьков приводит к сужению сечения канала, а следовательно, к возрастанию плотности тока в нем и увеличению сил электродинамического обжатия металла в канале магнитным полем собственного тока. При удельной мощности, выше указанной, происходит интенсивное кипение цинка, рабочее сечение существенно сокращается, электродинамическое давление превосходит гидростатическое давление столба металла над каналом, вследствие чего металл оказывается пережатым, и ток прекращается. После разрыва тока электродинамические силы исчезают, пузырьки всплывают, после чего прохождение тока возобновляется, разрывы тока происходят 2 - 3 раза в секунду, нарушая нормальную работу печи.

При удельной мощности, меньше указанной, цинковая пульсация начина-

ется при прогреве всей ванны до температуры порядка 1000 o С и служит сигналом о готовности латуни к разливке.

Для плавки меди и ее сплавов применяются шахтные, а при загрузке более 3 тонн – барабанные печи и миксеры. Коэффициент мощности при плавке меди составляет примерно 0,5 ; при плавке бронз и латуней – 0,7 ; при плавке медно-никелевых сплавов – 0,8 .

Печи для плавки алюминия и его сплавов

Особенности канальных печей для плавки алюминия и его сплавов (рис. 2.10, 2.11) связаны с легкой окисляемостью алюминия и другими свой-

ствами металла и его окиси. Алюминий имеет температуру плавления 658 o С ,

разливки около 730 o С . Низкая плотность жидкого алюминия делает нежелательной интенсивную циркуляцию расплава, так как неметаллические включения, увлеченные на глубину ванны, всплывают очень медленно.

Рис. 2.10. Общий вид индукционной канальной электропечи ИА-0,5 для плавки алюминия и алюминиевых сплавов

(полезная емкость печи 500 кг, остаточная емкость 250 кг, мощность печи 125 кВт):

1 – крышка с механизмом подъема; 2 – верхний кожух; 3 – нижний кожух; 4 – магнитопровод; 5 – установка вентилятора; 6 - плунжер; 7 – подшипники; 8 – водопровод; 9 – индуктор; 10 – футеровка

Расплавленный алюминий в печи покрывается пленкой твердой окиси, которая благодаря поверхностному натяжению алюминия удерживается на его поверхности, предохраняя металл от дальнейшего окисления. Однако, если сплошная пленка взломана, то осколки ее тонут и опускаются на дно ванны, попадая в каналы. Окись алюминия химически активна, и осколки пленки вследствие химического взаимодействия прикрепляются к стенкам каналов, уменьшая их сечение. В процессе работы каналы «зарастают» и их приходится периодически очищать.

Рис. 2.11. Сменные индукционные единицы для плавки алюминия

с прямоугольными каналами: а – с доступом к вертикальным и горизонтальным каналам;

б - с доступом к вертикальным каналам

Эти свойства алюминия и его окиси вынуждают работать с низкой удельной мощностью в каналах. При этом перегрев металла в каналах уменьшается, а температура на поверхности поддерживается на минимальном уровне, что ослабляет окисление, скорость которого растет с повышением температуры.

При малой удельной мощности уменьшается циркуляция металла, что способствует сохранности окисной пленки и уменьшению количества неметаллических включений.

Обеспечить сохранность окисной пленки невозможно, так как она разрушается при загрузке шихты. В период расплавления взламывание пленки происходит главным образом вследствие циркуляции металла. Поэтому в печах для плавки алюминия принимают меры для её ослабления, особенно в верхней части ванны: уменьшают удельную мощность в каналах, часто применяют горизонтальное расположение каналов, а при вертикальном их расположении увеличивают глубину ванны, переход из канала в ванну выполняют под прямым углом, что увеличивает гидравлическое сопротивление устья канала. Горизонтальное расположение каналов имеет и то преимущество, что затруднено попадание осколков пленки в каналы, но не исключает его полностью, так как осколки могут увлекаться в каналы циркуляцией металла.

Каналы печей для плавки алюминия состоят из прямолинейных участков, что позволяет облегчить их очистку.

Зарастание канала сказывается на электрическом режиме тогда, когда его размер становится приблизительно равным глубине проникновения тока в металл, которая для расплавленного алюминия при частоте 50 Гц равна 3,5 см. Поэтому, чтобы очистку каналов проводить реже, принимают радиальный размер канала 6 – 10 см. Для горизонтального участка, очищать который особенно затруднительно, принимают радиальный размер канала этого участка примерно (1,3 – 1,5) d 2 . Вертикальные участки очищают примерно один раз в смену, го-

ризонтальные – один раз в сутки.

Наряду с применением печей других конструктивных типов применяют двухкамерные печи. Она может быть однофазной с двумя каналами, соединяющими ванны, или трехфазной с четырьмя каналами. В стенках ванн по осям каналов делают отверстия для чистки каналов, закрываемые глиняными пробками. Чистка производится после слива металла.

Коэффициент мощности из-за большого сечения каналов низок, он составляет 0,3 – 0,4 .

Печи для плавки цинка

В канальных печах переплавляется катодный цинк высокой чистоты, не требующий рафинирования. Расплавленный цинк, обладая высокой жидкотекучестью, вступает в соединение с футеровочными материалами. Поскольку процесс пропитывания футеровки цинком ускоряется с увеличением гидростатического давления металла, печи для плавки цинка имеют прямоугольную ванну небольшой глубины и индукционные единицы с горизонтальными каналами

(рис. 2.12) ..

Рис. 2.12. Индукционная канальная печь типа ИЦ-40 емкостью 40 т для плавки цинка:

1 - плавильная камера; 2 – раздаточная камера; 3 – индукционная единица; 4 – загрузочный рольганг

Ванна разделяется на плавильную и разливочную камеры внутренней перегородкой, в нижней части которой имеется окно. Чистый металл перетекает через окно в разливочную камеру, примеси и загрязнения, находящиеся у поверхности, остаются в плавильной камере. Печи оборудуются загрузочными и разливочными устройствами и работают в непрерывном режиме: катодный цинк загружается в плавильную камеру через проем в своде, а переплавленный металл разливается в изложницы. Разливка может осуществляться вычерпыванием металла ковшом, выпуском его через клапан или выкачиванием насосом. Загрузочное и разгрузочное устройства имеют конструкцию, предотвращающую попадание паров цинка в цех, и снабжаются мощной вытяжной вентиляцией.

Печи с применением съемных индукционных единиц выполняются качающимися, а с несъемными – стационарными. Наклон используется для замены индукционной единицы без слива металла.

Коэффициент мощности печей для цинка равен 0,5 – 0,6 .

Печи для плавки чугуна

Канальные печи используются для плавки чугуна в качестве миксеров в дуплекс-процессе с вагранками, дуговыми и индукционными тигельными печами, позволяя повысить температуру, осуществить легирование и обеспечить однородность чугуна перед разливкой. Коэффициент мощности печей для плавки чугуна – 0,6 – 0,8 .

Печи мощностью до 16 т – шахтные с одной или двумя съемными единицами, печи большей емкости – шахтные и барабанные, с числом съемных единиц от одной до четырех.

Существуют специальные канальные раздаточные миксеры для обслуживания литейных конвейеров. Выдача дозированной порции из такого миксера производится либо с помощью наклона печи, либо вытеснением металла путем подачи сжатого газа в герметизированную печь.

Канальные миксеры для чугуна имеют сифонные системы заливки и сливки металла; заливной и выпускной каналы выходят в ванну около ее дна, ниже зеркала расплава. Благодаря этому металл не загрязняется шлаком. Заливка и слив металла могут происходить одновременно.

2.6. Эксплуатация индукционных канальных печей

Шихта канальных печей составляется из чистых исходных материалов, отходов производства и лигатур (промежуточных сплавов). В печь загружаются вначале тугоплавкие компоненты шихты, затем - составляющие основную массу сплава и последними - легкоплавкие. В процессе расплавления шихту

следует периодически осаживать во избежание сваривания кусков и образования моста над расплавленным металлом.

При плавке алюминия и его сплавов шихтовые материалы должны быть очищены от неметаллических загрязнений, поскольку из-за малой плотности алюминия они удаляются из расплава с большим трудом. Так как скрытая теплота плавления алюминия велика, то при загрузке в печь большого количества шихты металл может затвердеть в каналах; поэтому шихту загружают небольшими партиями. Напряжение на индукторе в начале плавки должно быть снижено; по мере накопления жидкого металла напряжение повышают, следя за тем, чтобы ванна оставалась спокойной и окисная пленка на ее поверхности не взламывалась.

При временных остановках канальная печь переводится в режим холостого хода, когда в ней оставляют лишь такое количество металла, которое обеспечивает заполнение каналов и сохранение в каждом из них замкнутое кольцо металла. Этот остаток металла поддерживается в жидком состоянии. Мощность в таком режиме составляет 10 – 15 % номинальной мощности печи.

При длительной остановке печи весь металл из нее должен быть слит, так как при застывании и последующем охлаждении происходит разрыв его в каналах вследствие сжатия, после чего пуск печи становится невозможным. Для пуска опорожненной печи в нее заливают расплавленный металл, причем ванна и подовый камень должны быть предварительно разогреты до температуры, близкой к температуре расплава, во избежание растрескивания футеровки и застывания металла в каналах. Разогрев футеровки является длительным процессом, поскольку скорость его не должна превышать несколько градусов в час.

Переход к новому составу сплава возможен лишь при условии, что футеровка по своим температурным характеристикам и химическим свойствам пригодна для нового сплава. Прежний сплав полностью сливается из печи и в нее заливается новый. Если прежний сплав не содержал компонентов, не допустимых для нового сплава, то годный металл может быть получен при первой же плавке. Если же такие компоненты содержались, то приходится провести несколько переходных плавок, после каждой из которых содержание нежелательных компонентов, оставшихся в каналах и на стенках ванны при сливе металла, снижается.

Для нормальной эксплуатации канальной печи со съемными индукционными единицами необходимо иметь в резерве полный комплект разогретых единиц, готовых к немедленной замене. Замена производится на горячей печи с временным отключением охлаждения заменяемой единицы. Поэтому все операции по замене должны выполняться быстро, чтобы длительность перерыва в подаче охлаждающей воды и воздуха не превысила 10 – 15 минут, в противном случае электрическая изоляция будет разрушена.

Состояние футеровки ванны в процессе эксплуатации контролируется визуально. Контроль недоступных для осмотра каналов осуществляется косвенным методом, путем регистрации активного и реактивного сопротивлений каждого индуктора, которые определяются по показаниям киловаттметра и фазометра. Активное сопротивление в первом приближении обратно пропорцио-

нально площади сечения канала, а реактивное - пропорционально расстоянию от канала до индуктора. Поэтому при равномерном расширении (размыве) канала активное и реактивное сопротивления снижаются, а при равномерном зарастании канала – увеличиваются; при сдвиге канала в сторону индуктора реактивное сопротивление уменьшается, а при сдвиге в сторону кожуха – увеличивается. По данным измерений строятся диаграммы и графики изменения сопротивлений, позволяющие судить об износе футеровки каналов . О состоянии футеровки канальной печи судят также по температуре кожуха, которую регулярно измеряют во многих контрольных точках. Местное повышение температуры кожуха или повышение температуры воды в какой-либо ветви системы охлаждения свидетельствует о начавшемся разрушении футеровки.

Футеровка индукционных канальных электропечей выполняет одновременно функции электрической и тепловой изоляции. Однако при отсыревании (холодная печь) или насыщении электропроводящими материалами (из расплава или газовой среды) электрическое сопротивление футеровки резко падает. Это создает опасность поражения током.

Вследствие неисправности может возникнуть электрический контакт между токоведущими частями и другими металлическими частями электропечи; в результате такие сборочные единицы, как каркас, с которыми в процессе эксплуатации соприкасается персонал, могут оказаться под напряжением.

При эксплуатации электропечей, устройств и входящего в состав установок электротехнического оборудования (щитов управления, трансформаторов и т. п.) для защиты от поражения током применяют обычные средства: заземление металлических частей (каркасов печей, площадок и пр.), защитные изоляционные средства (рукавицы, ручки, подставки; помосты и другие), блокировки, предотвращающие открывание дверец до отключения установки, и др.

Источником взрывоопасности являются водоохлаждаемые узлы (кристаллизаторы, индукторы, кожухи и другие элементы электропечей). При неисправностях герметичность их нарушается и вода попадает в рабочее пространство печи; под действием высокой температуры вода интенсивно испаряется и в герметично закрытой печи в результате повышения давления может произойти взрыв; в некоторых случаях вода разлагается и при попадании воздуха в печь может образоваться гремучая смесь. Такие аварии имеют место при проедании футеровки в индукционных плавильных печах.

К взрыву может привести скопление в печи легко возгорающих веществ (натрий, магний и др.), образовавшихся в ходе технологического процесса, а также влажная шихта. Источником взрыва могут быть дефекты элементов электропечей.

В процессе эксплуатации печи необходимо постоянно вести наблюдение за бесперебойной подачей охлаждающей воды и воздуха и их температурами на выходе из систем охлаждения. При снижении давления воды или воздуха срабатывают соответствующие реле, отключается энергопитание неисправной индукционной единицы и подаются световые и звуковые сигналы. В случае снижения давления в водоподводной магистрали печь переводят на резервное охлаждение от пожарного водопровода или аварийного бака, обеспечивающего

самотечное питание водой систем охлаждения печи в течение 0,5 – 1 часа. Прекращение бесперебойной подачи охлаждающей воды и воздуха приводит к аварийной ситуации: обмотка индуктора расплавляется.

Прекращение подачи воды в водоохлаждаемые рубашки кристаллизаторов приводит к тому, что металл, переливаемый из раздаточной коробки в кристаллизатор, застывает в кристаллизаторе, что приводит к выходу из строя кристаллизатора и нарушению технологического процесса.

При прекращении питания электроэнергией металл в печи может застыть, что является серьезной аварией. Поэтому в системах электроснабжения канальных печей желательно предусматривать резервирование. Мощность резервного питания должна быть достаточной для поддержания металла в печи в расплавленном состоянии.

Нарушение футеровки печи (незафиксированное визуально или по приборам) приводит к тому, что металл из ванны или канальной части печи попадает на печной трансформатор, что может привести к выходу из строя печного трансформатора и к взрывоопасной ситуации.

Взрывобезопасность обеспечивают путем надежного контроля за ходом процесса, сигнализацией о нарушениях режима, незамедлительным устранением неисправностей, инструктажем персонала.

2.7. Расположение оборудования литейной установки

Печная установка включает в себя собственно канальную печь с механизмом наклона и ряд элементов оборудования, необходимых для обеспечения ее нормальной эксплуатации.

Печи сравнительно небольшой мощности питаются от шин низкого напряжения цеховой понижающей подстанции. При наличии нескольких печей их распределяют по фазам так, чтобы по возможности равномерно загрузить трехфазную сеть. Автотрансформатор для регулирования напряжения иногда может предусматриваться один на несколько печей, в этом случае схема коммутации должна позволять быстро включить его в цепь любой печи. Это возможно, например, при плавке латуни и цинка в литейных цехах с постоянным ритмом работы, когда понижение напряжения может потребоваться при первом пуске ка- кой-либо печи после замены индукционной единицы или при случайном простое для поддержания металла в печи в нагретом состоянии.

Печи мощностью свыше 1000 кВт обычно питаются от сети 6 (10 ) кВ через индивидуальные силовые понижающие трансформаторы, оборудованные встроенными переключателями ступеней напряжения.

Компенсирующая конденсаторная батарея, как правило, входит в состав печной установки, однако у печи, имеющей небольшую мощность и относительно высокий коэффициент мощности (0,8 и выше), ее может и не быть. Эле-

ментами каждой печной установки являются токоподвод и аппаратура защиты и сигнализации, измерительная и коммутационная аппаратура.

Расположение оборудования печной установки может быть различным (рис. 2.13). Оно определяется в основном удобством транспортировки жидкого металла, в особенности, если канальная печь работает совместно с другими плавильными печами и разливочными средствами.

Рис. 2.13. Расположение оборудования канальной индукционной печи ИЛК-1,6

Отметка, на которой устанавливается печь, выбирается из условия удобства загрузки или заливки и слива металла, а также монтажа и смены индукционных единиц. Как правило, печи малой емкости устанавливаются на уровне пола цеха, наклоняющиеся печи средней и большой емкости – на приподнятой рабочей площадке, крупные барабанные печи, имеющие помосты для обслуживания, - тоже на уровне пола. Описание типов ванн индукционных канальных печей приведено в разделе 3.3.

Конденсаторная батарея размещается в непосредственной близости от печи, обычно под рабочей площадкой или в подвале, в помещении с принудительной вентиляцией, поскольку конденсаторы на частоте 50 Гц имеют воздушное охлаждение. При открывании двери конденсаторного помещения установка отключается блокировкой безопасности. Под рабочей площадкой устанавливаются также автотрансформатор и маслонапорная установка гидропривода механизма наклона.

При питании печи от отдельного силового трансформатора его ячейка должна располагаться возможно ближе к печи для уменьшения потерь в токоподводе.

Вблизи печей должен быть оборудован участок для футеровочных работ, сушки и прокаливания индукционных единиц.

В качестве примера на рис.2.13 показана плавильная установка с канальной печью емкостью 1,6 т для плавки медных сплавов. Трансформаторная ячейка 6, в которой размещается трансформатор мощностью 1000 кВ А с коммутационной аппаратурой высокого напряжения и защитой, изображена штриховыми линиями, так как она может располагаться и в другом месте. На рабочей площадке 7 установлен щит управления 4, на лицевой панели которого находятся измерительные приборы, сигнальные лампы, кнопки включения и отключения нагрева и управления переключением ступеней напряжения. Управление наклоном печи 8 производится с пульта 9, установленного в месте, удобном для наблюдения за сливом металла. Уровень рабочей площадки обеспечивает удобство подведения ковша под сливной носик печи. Площадка 7, наклоняющаяся вместе с печью, закрывает вырез в основной рабочей площадке и позволяет печи свободно поворачиваться вокруг оси наклона. Под рабочей площадкой установлен силовой щит 1 с электроаппаратурой и гидравлический механизм наклона печи 2; здесь же смонтирован токоподвод 3, соединенный с печью гибкими кабелями. Под рабочей площадкой располагаются также конденсаторная батарея и маслонапорная установка.

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ИНДУКЦИОННОЙ КАНАЛЬНОЙ ПЕЧИ

Существуют два основных метода расчета индукционных канальных печей. Один из них основан на теории поглощения электромагнитных волн в металле. Этот метод предложен А.М.Вайнбергом и изложен в монографии «Индукционные канальные печи» . Второй метод основан на теории трансформатора, работающего в режиме короткого замыкания. Одними из авторов этого метода являются С.А.Фардман и И.Ф.Колобнев . Этот метод нашел широкое применение как инженерный метод расчета индукционных канальных печей

В данной главе приводятся последовательность инженерного электрического расчета с элементами расчета по индукционно-канальной печи и примеры расчета по отдельным этапам.

Схема инженерного расчета индукционной канальной печи приведена

Как правило, в качестве исходных данных для расчета принимаются :

Характеристики расплавляемого металла или сплава:

температура плавления и разливки;

плотность в твердом и расплавленном состоянии;

теплосодержание или энтальпия сплава при температуре разливки (зависимость энтальпии от температуры показана на рис. 3.1) или теплоемкость и скрытая теплота плавления;

удельное сопротивление в твердом и расплавленном состоянии (зави-

симость удельного сопротивления от температуры показана на рис. 3.2);

ср

- характеристики печи :

назначение печи;

емкость печи;

производительность печи;

длительность плавки и длительность загрузки и разливки;

- характеристики питающей сети :

частота питающей сети;

напряжение сети или напряжение вторичной обмотки электропечного трансформатора, питающего печь.

3.1. Определение емкости печи

Полная емкость печи G состоит из полезной (сливаемой) емкости G п и остаточной емкости (емкости болота) G б

где k б - коэффициент, учитывающий остаточную емкость (массу болота). Этот

коэффициент принимают равным 0,2 – 0,5 ; причем меньшие значения - для печей емкостью более 1 тонны, а большие - для печей емкостью менее 1 тонны.

Полезная емкость (сливаемая емкость)

где A п - суточная производительность печи в тоннах (т/сутки); m п - число плавок в сутки.

Число плавок в сутки

где τ 1 - длительность плавки и подогрева жидкого металла в часах, τ 2 - длительность разливки, загрузки, чистки и т.д. в часах.

Следует отметить, что значение величины производительности весьма относительно. В справочной литературе значения производительности даются ориентировочно (табл. 3.1) .

Длительность плавки и подогрева жидкого металла (τ 1 ) зависит от физи-

ческих свойств (теплоемкости и скрытой теплоты плавления) расплавляемых металлов и сплавов. Повышение производительности связано с уменьшением

величины τ 1 , что ведет к повышению подводимой к печи мощности, и влияет на конструкцию печи, т.е. вместо однофазной печи необходимо будет разраба-

тывать трехфазную печь, вместо одной индукционной единицы необходимо будет использовать несколько индукционных единиц и т.д.

С другой стороны, увеличение τ 1 может нарушить технологический про-

цесс плавки металла или сплава, например, легирующие добавки могут испариться до процесса разливки.

В зависимости от вида загружаемой шихты, скорости отливки, размера сечения отливаемого слитка и т.д. величина τ 2 также может изменяться в до-

вольно широком диапазоне.

Поэтому при проведении расчетов необходимо величину производительности оценивать с учетом как технологии плавки металлов или сплавов, так и конструктивных особенностей разрабатываемой печи.

Если задана полезная емкость печи, то полная емкость определяется по выражению

где γ мж - плотность металла в жидком состоянии, кг м 3 .

В табл. 3.2 приведены значения плотности некоторых металлов и сплавов.

Сечение ванны печи S вп определяется после расчета канала печи. Высота ванны печи h вп определяется по выражению