Индукционная печь для плавки губчатого железа

 

Изобретение относится к металлургии , в частности к индукционным печам для плавки губчатого железа. Цель изобретения - повьшение производительности и КПД печи и исключение науглероживания расплава. Поставленная цель достигается тем, что нижняя часть шахты 1 снабжена полым графитовым нагревателем 10,. который в переменном электромагнитном поле вьделяет большое количество тепла, а теплообменное устройствоj расположенное в верхней части шахты I, снабжено тепловыми трубами:и съемным нагревательным блоком 15 с тепловыми, трубами, что интенсифицирует теплообмен за счет изменения агрегатного состояния теплоносителя и направляет высвобождаемую тепловую энергию на эффективный полезный нагрев шихты без дополнительных теплозатрат. 3 иЛ. с (Л

союз советсних социАлистичесних

РЕСПУБДИН (19) 1122

4 49 А1 (5И 4 F 27 D 11/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

12о изОБРетениям и ОчнРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4242475/31-02 (22) 16.03.87 (46) 23.03.89. Бкл. Р 1! (71) Донецкий политехнический институт (72) О.В.Дудник,В.П.Зятьев,А.И. Иванов, А.П. Карасев и Г.А. Кудря (53) 621.365.52 (088 ° 8) (56). Авторское свидетельство СССР

У 358597, кл. F 27 В 14/04, 1970.

Авторское свидетельство СССР

2Ъ 998839, кл. Г 27 В 11/06; 1983, (54) ИНДУКЦИОННАЯ ЦЕПЬ ДЛЯ ПЛАВКИ

ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА (57) Изобретение относится к метаплургии, в частности к индукционным печам для плавки губчатого железа.

Цель изобретения — повышение производительности и КПД печи и исключение науглероживания расплава, Поставленная цель достигается тем, что нижняя часть шахты 1 снабжена полым графитовым нагревателем 10 который в переменном электромагнитном поле выделяет большое количество тепла, а теплообменное устройство; расположенное в верхней части шахты i снабжено тепловыми трубами и съемным нагревательным блоком 15 с тепловыми. трубами, что интенсифицирует теплообмен за счет изменения агрегатного состояния теплоносителя и направляет высвобождаемую тепловую энергию на эффективный полезный нагрев шихты без дополнительных теплозатрат, 3 нЛ.

1467349

Изобретение относится к металлургии, в частности к индукционным печам для плавки губчатого железа.

Цель изобретения — повышение производительности и КПД печи и исключение науглероживания расплава..

На фиг. 1 изображена индукционная цепь для плавки губчатого железа; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; ка фиг. 3 — сеченйе Б-Б на фиг. 1.

Индукционная печь содержит шахту с подиной 2 с основным плавильным ин дуктором 3 в нижней ее секции, мик, сер 4 с подиной 5 и сливным отверсти- 15 ем 6, соединенным с шахтой 1 переходной леткой 7. Миксер 4 выполнен раз дельно с шахтой 1 и снабжен дополни,тельным индуктором 8, предназначенным

1 для перегрева жидкого металла, что 0 позволяет жидкому металлу поступать

1из нижней части шахты 1 в нижнюю часть миксера 4 и поддерживать одинаковый уровень жидкого металла в шах ге l и миксере 4 по способу сообщаю- 25 ,;щихся сосудов.

Сливное отверстие 6 миксера 4 расположено от нижнего торца основного плавильного индуктора Э на уровне

h< 0,3-0,4 его высоты h, в результате чего обеспечивается оптимальное .расположение уровня жидкого металла .в плавильной части шахты 1 и достига-, 1 ются оптимальные величины производительности печи и температуры перегре,ва металла на выпуске.

Между витками основного индуктора

3 в шахте выполнена шлаковая летка 9, расположенная на уровне Ь

О 33-0 48h от нижнего торца основФ . У

40 ного плавильного индуктора 3, à maxта от подины 2 до уровня нижнего торца графитового нагревательного элемента 10, на высоте hs = 0,36-0,56h свободна от углеродосодержащего материала. Такое размещение шлаковой летки 9 между уровнями жидкого металла и электропроводного углеродсодержащего нагревательного элемента 10 позволяет перегревать образующийся при плавке шихты шлак и свободно его выпускать через шлаковую летку, так как графитовый нагревательный эле.мент 10 нагревается до более высокой температуры, чем поступакщий в нижнюю часть шахты жидкий металл. При 55 этом науглероживание расплава в ванне графитовшм нагревательным.элементом !О исключается.

Высота основного плавильного индуктора h от нижнего его торца является определяющей в достижении требующихся показателей процесса плавки при указанных оптимальных величинах

h<, h h» зависимых от h и прочих оптимальных условий.

Графитовый нагревательный элемент

10 выполнен в виде полого цилиндра с внутренним и внешним диаметром, равными соответственно 0,4-0,6 и 0,920,96 от внутреннего диаметра ванны (тигля) и высотой, равной 0,45-0,65 высоты основного плавипьного индуктора h.

Для подогрева шихты, удаления влаги, сжигания. горючих веществ и материалов, поступающих с шихтой,в шахте l выше нагревательного элементе

l0 установлено теплообменное устройство 11, выполненное в виде двух коаксиально, расположенных,металлических цилиндров — внешнего 12 и внутреннего 13, между которыми вертикально размещены теплопередающие элементы !4, частично заполненные жидким теплоносителем и работающие по принципу тепловой трубы . Испарнтельные зоны теплопередающих элементов 14 расположены у торца нагревательного элемента 10. В данном случае используется свойство углеродосодержащего материала нагревательного элемента 10 выделять большое количество тепла, будучи помещенным в переменное электромагнитное поле, а интенсификация теплообмена обеспечивается за счет агрегатного состояния теплоносителя и характерных конструктивных особенностей в расположении теплопередающих элементов, что позволяет высвобождаемую тепловую энергию процесса направлять на эффективный, полезный нагрев губчатого железа.

Теплопередающий элемент 14 работает по. замкнутому циклу, т,е ° путем испарения теплоносителя s зоне нагрева, перемещение паров в,зону конденсации и возврата конденсата в зону нагрева.

В нагреваемой части теплопередающего элемента жидкий теплоноситель исларяется с поглощением теплоты, а в охлаждаемой части элемента пар, перетекакщий .из зоны испарения, конденсируется с выделением теплоты.

Высокотемпературный теплоноситель для заполнения теплопередающего эле! 467349 мента 14 выбирается так, чтобы его температура кипения была несколько ниже температуры стенки нагревательного элемента 10, разогреваемого то5 ками и близкой к температуре расплава метапла, например, при плавке губчатого железа теплоноситель выбирается с температурой кипения, близкой к

1570 C. !О

В предлагаемых теплопередающих элементах использован висмут, температура плавления которого 271 С, а температура кипения 1490 С, возможны и другие теплоносители с несколько меньшей температурой кипения, например литий, температура кипения которого 1317 С и др.

Теплопередающие элементы 14, разо- 20 греваясь до 1600-1700 С, служат источником нагрева шихты по всему ее слою в шахте. В рабочем положении каждая сторона теплопе едающего элемента омывается потоками, имеющими различную температуру. Одна сторона потоком с высокой температурой образует зону подвода тепла, которое передается через стенку оболочки.и заполняющему элементу веществу и обуславливает протекание процесса испарения рабочего вещества. Образовавшиеся пары накапливаются в центральной зоне- элемента 14 и перемещаются в осевом направлении в сторону меньшего

35 давления. Другая сторона теплопередающего элемента находится в зоне с более низкой температурой и образует . зону отвода тепла, которое передается от конденсирующего рабочего заполни- 40 ! теля через разделяющую оболочку элемента и перемычки шихте. Сконденсировавшееся рабочее вещество в виде жидкости перемещается из зоны конденсации в зону испарения, где превращается в пар. Движение пара от зоны испарения к зоне конденсации происходит за счет разности температур в зонах испарения и конденсации. Возвращение жидкости в зону испарения осуществляется за счет силы тяжести либо под действием капилярной разности давлений по капилярной структуре (фитилю), расположенному внутри на стенках теплопередающего элемента

55 (не показано). В герметичной оболочт ке теплопередающего элемента осуществляется замкнутый цикл циркуляции рабочего вещества.

В связи с тем, что температура конденсации пара равна температуре кипения высокотемпературного теплоносителя, по всей высоте элемента 14 устанавливается практически одинаковая температура. При этом шихта подогревается sa счет тепла, отдаваемого парами высокотемпературного теплоносителя при его конденсации.

Эффективная теплопроводность .теплопередаищего элемента 14 (отношение плотности теплового потока через теплопередающий элемент к падению температуры на единицу длины элемента) в десятки тысяч раз больше, чем теплопроводность, например, Си,. А1, или

Al и достигает 10 Вт/(м К). По7 э тому н ав одимые в наг ре вате льном элементе 10 вихревые токи разогревают его до весьма значительных температур, а теплопередающие элементы 14 почти полностью воспроизводят температуру входа за счет аномально высокой теплопроводности, позволяют поддерживать высокую температуру губчатого железа.

Для увеличения действительной поверхности теплообмена и расширения технологических возможностей печи, она снабжена съемным нагревательным блоком 15 с тепловыми трубами, размещенными вертикально в его полых металлических лопастях, радиально ориентированных и жестко закрепленных по оси блока.

Верхняя часть шахты 1 с теплообменным устройством 11, расположенная над индуктором 3 и нагревательным элементом 10 опирается на плиту 16 с опорными колоннами 17, а нижняя часть шахты 1 и миксер 4 размещены на плите 18, закрепленной к опорным колоннам 19. Съемный нагревательный блок

15 опирается на кронштейны 20 в верхней части шахты 1.

Съемный нагревательный блок установлен внутри верхней секции с расположением его нижнего торца ниже верхнего торца графитового цилиндра на 0,3-0,5 его высоты. Расположение нижнего торца блока ниже верхнего торца цилиндра менее 0,3 его высоты приводит к ухудшению такой важной характеристики, как максимальная переносимая мощность, вследствие падения интенсивности тсплосъема, а следовательно, к снижению производительности и КПД печи. При опускании блока

5 14 . более 0 5 длины цилиндра нет заметного выигрыша мощности, но возрастает опасность попадания шлака на стенки блока и вывода его из строя.

Для выбивки подины 2 шахты 1 и облегчения ремонта футеровки предусмотено открывающееся днище 2 F. Шихта загружается в шахту через загрузочое окно 22. Для ремонта футеровки иксера 4 и разогрева футеровки пеед плавкой предусмотрена крышка 23, ерекрывающая миксер 4. Выпуск жидко, о металла в процессе плавки произ-! водится через отверстие 6 по желобу

24, а в конце плавки через летку 25

Ио желобу 26.

Индукционная печь для плавки губ атого железа работает следующим обазом, Перед началом плавки включается одача охлаждающей воды в индукторах и 8, а затем при открытой крышке 23 миксер 4 вставляется переносная орелка и горящим факелом прогреваетя футеровка миксера 4, подины 5, пееходной летки 7, подины 2 и нижней йасти шахты 1. После прогрева футеровки переносная горелка вынимается миксер 4 перекрывается крышкой 23.

В шахту 1 опускают нагревательный. элемент 10 и устанавливают теплообМенное устройство 11. Затем устанавливают нагревательный блок 15 и через загрузочное окно 22 печь загружают

1 убчатым железом. После заполнения

Ыахты 1 шихтой к индукторам 3 и 8 по ается требуемое количество охлаждаю1цей воды и электрический ток соответствующей частоты. Шихта, непрерывно загружаемая в шахту 1, подогревается теплопередающими элементами 14, при этом одновременно удаляются влага, масло и другие газотворные загрязнения. По мере расплавления (осаждения)

Шихты тепловой поток от теплообменников последовательно усваивается материалом, проходя вдоль стенок теплообменного устройства и нагревательноГо блока до нагревательного элемента

10, где температура шихты достигает температуры плавления и она расплавляется.

Жидкий металл поступает через пе-, реходную летку 7 в миксер 4, где проИсходит окончательный перегрев до требуемой температурыь

По мере плавления металла и прохода его через проходную летку 7 в мик67349 6 сер 4 при з акрытой летке 25 происходит подъем металла в нижней части

4 шахты 1 и в миксере 4 до оптимального уровня Ь,, на котором размещено

5 сливное отверстие б. При этом одновременно происходит и перегрев металла до требуемой температуры. Далее через сливное отверстие 6 происходит непрерывный выпуск металла, а процессы плавления и перегрева стабилизируются с достижением требуемых производительности печи и температуры получаемого металла. По мере накопления шйака при расположении шлаковой летки 9 на оптимальном уровне h происходит непрерывный его перегрев нагре-. вательным элементом. 1О и свободный выход через шлаковую летку 9. В конце плавки, когда весь твердый металл расплавится, о чем может свидетельствовать прекращение поступления жидкого металла через сливное отверстие

6 и температура металла в миксере 4 и нижней части шахты 1 выровняется, открывают летку 25 и по желобу 26 сливают весь жидкий металл, который используется по назначению.

Без ремонта футеровки в таком состоянии печь можно многократно использовать для возобновления процесса плавки. Плавка может быть прекращена и при наличии твердой шихты в шахте 1. В этом случае следует лишь . выпустить жидкий металл через летку

25. В дальнейшем плавку можно возобновлять. В случае необходимости, когда требуется ремонт футеровки, после выпуска жидкого металла через летку

25, следует снять нагревательный блок 15, теплообменное устройство 11, извлечь нагревательный элемент 10 открыть днище 21 и выбить подину 2 и после охлаждения футеровки можно про45 изводить ремонтные работы..

Таким образом, индукционная печь с графитовым нагревательным элементом и теплообменными устройствами обеспечивает быстрое, эффективное расплавление шихтовых материалов с

60 низкой электропроводностью (губчатое железо) без науглероживания расплава, а теплопередающими элементами, приме няемыми в теплообменных устройствах,, почти полностью воспроизводится температура входа за счет аномально высокой теплопроводности и обеспечивается эффективный теплосброс в нагреваемый материал, благодаря чему обес) 467349 печивается быстрое нагревание и расплавление губчатого железа, при этом не требуется дополнительного расхода газа на подогрев шихты перед ее погружением (опусканиемм) в зону плавле5 ния, т.е. осуществлена интенсификация.процесса путем снижения теплопотерь и сокращения энергетических затрат. 10

Формула изобретения

Индукционная печь для плавки губчатого железа, состоящая из вертикальной шахты, имеющей нижнюю секцию с индуктором и верхнюю секцию с нагревательным устройством, и содержащая миксер с индуктором .и спивным отверстием, отличающаяся тем, что, с целью повышения произво- дительности и КПД печи и исключения науглерожнвания расплава, нижняя секция снабжена полым графитовйм цилиндром, установленньи внутри секции в ее верхней части, а нагревательное устройство выполнено в виде двух вертикальных коаксиально расположенных . жаропрочных стальных цилиндров, между которьии размещены тепловые трубы, испарительные зоны которых расположены у верхнего торца графитового цилиндра, а конденсационные зоны — в верхней части стальных цилиндров, и съемного нагревательного блока в виде полых радиальных лопастей с тепловыми трубами, установленного внутри верхней секции с расположением его нижнего торца ниже верхнего торца графитового цилиндра на 0,3-0,5 его высоты, причем тепловые трубы съемного нагревательного блока установленЫ вертикально в полых лопастях.! 467349

Аж ноареда (еларг ам) Составитель М,Вилкова

Редактор С.Патрушева Техред Л.Сердюкова Корректор М,. Васильева.

Заказ j 182/35

Тираж 533

Подписное

БНЯИПИ Государственного коййтета по изобретениях и открытиях при ГКНТ СССР

113О35, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский кохбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,10)