Устройство и способ для литья и выпуска расплавленных железосодержащих и минеральных материалов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к выпуску или литью горячих расплавов. Устройство содержит плавильную печь с выходным отверстием для выпуска расплава. У выходного отверстия расположен инструмент для механического удаления пробок, закрывающих выходное отверстие. Инструмент установлен с возможностью перемещения по круговой траектории в плоскости, перпендикулярной к направлению вытекания расплава. Способ включает процесс выламывания, выбивания или скалывания пробки выходного отверстия с периодичностью 1-3 секунды при помощи инструмента для удаления пробок. Использование изобретения обеспечивает непрерывный и безотказный процесс литья из плавильной печи. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к устройству и способу для безотказного выпуска или литья горячих расплавов, которые хранят в резервуарах до тех пор, пока из них не образуют отливки.

В высокотемпературной технологии часто приходится иметь дело с жидкими расплавами. Жидкие расплавы с температурой около 1000°С присутствуют, например, в литейном производстве, стекольной промышленности или при высокотемпературной газификации согласно процессу THERMOSELECT, и это лишь несколько примеров. Как правило, расплавы хранят в плавильных печах, оборудованных электрической или наружной нагревательной системой и затем разливают или выпускают для последующей обработки (непрерывное литье, поверхностное литье, литье в разовые формы и т.п.).

При высокотемпературной газификации различного вида отходов согласно процессу THERMOSELECT, например бытовых, промышленных или специфических отходов, несортированные отходы загружают, например, в реактор. Неорганические компоненты, например железо, плавятся при температурах около 2000°С. Затем минеральный расплав пропускают через охлажденное медное кольцо и гранулируют с помощью Н₂O. Над охлаждающим медным кольцом установлены горелки для направления расплава в гранулирующую систему.

Недостаток таких способов, особенно процесса THERMOSELECT, заключается в образовании у выпускного отверстия печей так называемых пробок из затвердевшего расплава, что очень часто приводит к сбою или другим нарушениям в работе. Например, в ходе процесса THERMOSELECT, когда содержание железа в расплаве велико, затвердевающий при вытекании расплав через некоторое время начинает прилипать к охлаждающему кольцу и образуется пробка. И только после ее удаления вручную процесс литья может быть продолжен.

Цель изобретения заключается в создании устройства и способа, которые делают возможным непрерывный и безотказный процесс литья или выпуска жидких расплавов, имеющих температуру более 1000°С, из резервуаров для их хранения.

Эта цель достигается с помощью устройства согласно п.1 и способа согласно п.9 формулы изобретения. Зависимые пункты 2-8 описывают предпочтительные варианты выполнения устройства согласно п.1. Зависимые пункты 10-12 описывают варианты выполнения способа.

Согласно изобретению предложен инструмент для механического удаления пробок, образованных в результате затвердевания расплава у выходного отверстия резервуара, где он хранится. Затвердевание расплава происходит из-за того, что выходное отверстие для выпуска расплава имеет охлаждающее устройство того или иного вида. Охлаждение может происходить, например, из-за того, что при вытекании расплав подвергается действию температуры окружающей среды. Согласно изобретению инструмент для удаления пробок установлен у края выходного отверстия для выпуска расплава и не закрывает это отверстие, когда находится в положении покоя.

Преимущество изобретения состоит в возможности выполнения операции выпуска расплава из резервуара без каких-либо действий вручную.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения над выходным отверстием для выпуска расплава расположено охлаждаемое водой медное кольцо. Благодаря высокой теплопроводности медного кольца неподвижные соединения между ним и пробкой не образуются. Выходное отверстие для выпуска расплава имеет диаметр предпочтительно от 200 до 800 мм, более предпочтительно 500 мм.

Предпочтительно, чтобы перед операцией удаления пробки инструмент для удаления пробок находился в положении покоя или даже в конечном положении. В этом конечном положении указанный инструмент не препятствует выпуску расплава.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения место нахождения инструмента в положении покоя представляет собой охлаждаемую зону. Цель этого решения состоит в том, чтобы защитить эту зону от излучения, используемого для нагревания резервуара с расплавом. В этой связи возможен также вариант, согласно которому инструмент для удаления пробок охлаждается внутренней системой охлаждения, что позволяет избежать усталости материала. Чтобы предотвратить напряженное состояние или усталость материала, вокруг места, где инструмент для удаления пробок находится в положении покоя, может быть установлен корпус в виде охлаждаемой литой конструкции.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения инструмент для удаления пробок установлен с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной к направлению вытекания расплава. Режущий инструмент перемещается по круговой траектории, охватывающей все выходное отверстие для выпуска расплава. Расстояние между плоскостью перемещения инструмента для удаления пробок и медным кольцом должно быть как можно меньше. Оно должно быть не более 420 мм, предпочтительно даже менее 200 мм. Для непрерывного предотвращения образования пробок перемещение инструмента должно происходить с циклом 1-3 секунды, предпочтительно 2 секунды.

В еще одном варианте осуществления изобретения инструмент для удаления пробок может быть выполнен в виде мечевидного режущего инструмента. В этом случае наиболее эффективным приводом для него является гидравлический приводной механизм.

Согласно следующему варианту осуществления изобретения предусмотрен регистрирующий механизм, запускаемый инструментом для удаления пробок. Регистрирующий механизм обнаруживает, принял ли инструмент для удаления пробок свое конечное положение. Если он не достиг конечного положения, что означает образование пробки, которую инструмент удалить не может, то автоматически включается кислородная фурма, расплавляющая пробку над отверстием для выпуска. Таким образом, пробка срезается или оксидируется с помощью механизма, подобного газовому резаку. В альтернативном варианте затвердевание материала в выходном отверстии для выпуска расплава предотвращается благодаря наличию одной или нескольких трехканальных горелок над охлаждаемым медным кольцом.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает вид в продольном разрезе части плавильной печи с инструментом для удаления пробок, а фиг.2 - вид в разрезе в плане, показывающий перемещение инструмента при работе.

В соответствии с чертежом плавильная печь, содержащая электрическую или наружную нагревательную систему (не показана) для хранения расплава, имеет выходное отверстие 1 для выпуска расплава, снабженное охлаждающим устройством. У выходного отверстия 1 расположен инструмент для механического удаления пробок, закрывающих отверстие 1, обозначенный позицией 2 при его нахождении в одном из положений покоя. Инструмент 2 имеет мечевидную форму и установлен с возможностью перемещения его режущей кромки поперек отверстия 1. Инструмент 2 расположен так, что в положении покоя он не закрывает отверстие 1. Инструмент 2 снабжен гидравлическим приводным механизмом 3.

При выпуске расплава 4 из печи он вытекает через отверстие 1. В случае образования пробки в результате затвердевания расплава 4 у отверстия 1 гидравлический механизм 4 перемещает инструмент 2 у края отверстия 1 по круговой траектории в направлении, перпендикулярном направлению вытекания расплава. При этом инструмент 2 удаляет образовавшуюся пробку путем ее выламывания, выбивания или скалывания. Промежуточное положение инструмента 2 при его перемещении обозначено позицией 2а на фиг.2.

1. Плавильная печь, содержащая электрическую или наружную нагревательную систему для хранения расплава и выходное отверстие для выпуска расплава, имеющее охлаждающее устройство, отличающаяся тем, что у выходного отверстия для выпуска расплава расположен инструмент для механического удаления пробок, закрывающих это отверстие, причем инструмент для удаления пробок установлен с возможностью перемещения по круговой траектории в плоскости, перпендикулярной к направлению вытекания расплава, у края выходного отверстия для выпуска расплава и не закрывает это отверстие в положении покоя.

2. Плавильная печь по п.1, отличающаяся тем, что место, где инструмент для удаления пробок находится в положении покоя, охлаждают и защищают от теплового излучения, нагревающего плавильную печь.

3. Плавильная печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что инструмент для удаления пробок имеет внутреннюю систему охлаждения.

4. Плавильная печь по п.3, отличающаяся тем, что инструмент для удаления пробок имеет гидравлический приводной механизм.

5. Плавильная печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что инструмент для удаления пробок имеет мечевидную форму, а его режущая кромка расположена в плоскости, перпендикулярной к направлению вытекания расплава.

6. Плавильная печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что выходное отверстие для выпуска расплава имеет диаметр от 200 до 800 мм, предпочтительно 500 мм.

7. Плавильная печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что над выходным отверстием для выпуска расплава расположено охлаждаемое водой медное кольцо.

8. Плавильная печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что инструмент для удаления пробок в положении покоя запускает механизм, регистрирующий нахождение инструмента для удаления пробок в этом положении.

9. Способ удаления пробок в выходном отверстии для выпуска расплава в плавильной печи по любому из пп.1-8, характеризующийся тем, что пробки, закрывающие выходное отверстие для выпуска расплава в плавильной печи, удаляют при помощи инструмента для механического удаления пробок, который перемещают по круговой траектории в плоскости, перпендикулярной к направлению вытекания расплава, для выламывания, выбивания или скалывания пробки.

10. Способ по п.9, характеризующийся тем, что процесс выламывания, выбивания или скалывания пробки осуществляют периодически с циклом 1-3 с.

11. Способ по п.9 или 10, характеризующийся тем, что инструмент для удаления пробок перемещают с помощью гидравлического привода.

12. Способ по п.9 или 10, характеризующийся тем, что инструмент для удаления пробок в положении покоя запускает механизм, регистрирующий нахождение инструмента для удаления пробок в конечном положении, в случае непринятия им в течение заданного временного интервала конечного положения включают более мощный механизм для удаления пробок или выдают предупредительный сигнал.