ПОДОВАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА Российский патент 2010 года по МПК F27B3/00 C22B9/22 

Описание патента на изобретение RU2406048C1

Изобретение относится к производству жидкого металла в черной и цветной металлургии. Использование изобретения изложено на примере производства титановых сплавов в вакуумных плавильных печах с холодным подом и независимыми источниками нагрева.

В плавильной подовой печи технологический процесс протекает в ванне на подине. Потери тепла с поверхности ванны расплава становятся сравнимыми (по величине) с конвективными теплопотерями и теплопроводностью обычно при температурах выше 600-650°С. Потери тепла пропорциональны величине удельной теплоотдающей поверхности (т.е. поверхности, приходящейся на единицу объема расплава), следовательно, их относительный уровень увеличивается с уменьшением глубины ванны.

Существуют тугоплавкие металлы, технологический процесс плавки которых происходит при высоких температурах и незначительной глубине ванны расплава, например плавка титана в холодном поде с образованием гарнисажа (температура расплава порядка 1700°С, глубина ванны не превышает 40-60 мм). В этом случае лучистые потери резко возрастают. Их энергия поглощается внутренней поверхностью печи, что снижает ее КПД и требует сложных конструктивных решений для защиты от перегрева отдельных узлов.

Известна конструкция печи, используемая для прямого восстановления железа, в конструкции которой свод используется как экран, позволяющий направлять лучистую тепловую энергию на поверхность расплава, в том числе и дополнительную, возникающую в процессе дожигания образующихся технологических компонентов (патент РФ №2080391, МПК С21В 13/00, публ. 1997.05.27).

Данная конструкция не реализуется в вакуумных печах или в печах с защитной атмосферой, так как предусматривает разогрев внутренний поверхности свода печи до температуры, сравнимой с температурой расплава, и фактически может использоваться в печах, источники нагрева которых находятся вне рабочего пространства, например индукционный нагрев.

Известна конструкция электронной плавильной печи с холодным подом, запатентованная в США в 1965 году фирмой Temescal Metallurgical Corp. (М.Я.Смелянский, Электронные печи, Москва, «Энергия», 1971 г. стр.34) - прототип. Конструкция печи включает рабочую камеру, в которой установлены независимые источники нагрева, холодный под и загрузочное устройство.

Недостатками печи являются большие тепловые потери в форме лучистой энергии с поверхности ванны расплава, эта энергия не только не задействована в технологическом цикле плавки металла, что приводит к резкому снижению КПД печи, но и негативно воздействует на конструкцию, вызывая высокие тепловые нагрузки на ее узлы.

Цель изобретения состоит в повышении КПД печи, снижение тепловых нагрузок на узлы конструкции печи.

Техническим результатом является кардинальное уменьшение лучистых тепловых потерь с поверхности расплава за счет установки экрана над поверхностью ванны, при этом физические свойства экрана в процессе возникновения расплава меняют свои характеристики, создавая условия для возникновения равновесного лучистого теплообмена между экраном и поверхностью расплава.

Указанный технический результат достигается тем, что подовая печь для получения расплавленного металла, содержащая рабочую камеру, устройства для загрузки шихты, независимые источники нагрева, плавильный под и кристаллизатор, дополнительно содержит установленный над расплавом экран, выполненный из металла или сплава аналогичного выплавляемым в печи, и механизм его перемещения, регулирующий расстояние между расплавом и экраном для обеспечения образования на поверхности экрана слоя жидкого металла без его перегрева, при котором жидкий металл с экрана начнет стекать в расплав.

На чертеже показана конструкция подовой печи для получения расплавленного металла.

Печь включает рабочую камеру 1, плавильный под 2, независимые источники нагрева 3 (в примере электронная пушка), кристаллизатор 4, загрузочное устройство (на чертеже не обозначено), над плавильной поверхностью пода установлен экран 5, на поверхности которого, обращенного к поду в процессе плавки, образуется слой расплавленного металла 6, механизм перемещения экрана 7.

Печь работает следующим образом.

В рабочей камере 1 создают вакуум, на плавильный под 2 подают шихту, включают электронные пушки 3, экран 5 опускают над поверхностью расплава на минимально возможное расстояние, при выходе печи на стабильный тепловой режим и образование на поверхности экрана жидкого слоя металла 6 экран, с помощью механизма перемещения 7, устанавливают на расстоянии от поверхности расплава, гарантирующем наличие поверхностного жидкого слоя на поверхности экрана и не допущение перегрева, при котором жидкий металл с экрана начнет стекать в расплав. В процессе плавки расплав стекает в кристаллизатор 4 и формирует в нем слиток.

В процессе плавки на поверхности экрана меняется агрегатное состояние металла (образуется поверхностный жидкий слой, при этом происходит снижение степени черноты, например степень черноты твердой окисленной поверхности стали составляет 0,8, а в расплавленном - 0,3). Такие физические свойства расплава ванны и экрана, как температура и степень черноты выравниваются.

Вследствие этого происходит значительное снижение лучистых потерь с поверхности расплава, т.к. при стабильном тепловом режиме печи возникает равновесный лучистый теплообмен между расплавом и экраном.

Данное изобретение было экспериментально подтверждено на машине непрерывного литья титановых сплавов МНЛТС, в результате скорость литья увеличилась на 25-50%.

Похожие патенты RU2406048C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ МЕТАЛЛОВ 2012
  • Агеев Юрий Афанасьевич
  • Альтман Петр Семенович
  • Бадалов Владимир Анатольевич
  • Быков Леонид Александрович
  • Чащин Михаил Викторович
RU2486265C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПЛАВКИ 2010
  • Пузаков Игорь Юрьевич
  • Ложкин Алексей Александрович
  • Дробинин Роман Владимирович
  • Гончаров Анатолий Егорович
  • Сандырев Евгений Олегович
  • Безматерных Андрей Николаевич
RU2436853C2
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЧИСТОТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ 2009
  • Пузаков Игорь Юрьевич
  • Ложкин Алексей Александрович
  • Дробинин Роман Владимирович
  • Гончаров Анатолий Егорович
  • Сандырев Евгений Олегович
  • Безматерных Андрей Николаевич
RU2425361C1
ПЕЧЬ ДЛЯ ПЛАВКИ И РАФИНИРОВАНИЯ РЕАКЦИОННЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 2009
  • Альтман Петр Семенович
  • Демидов Борис Алексеевич
RU2426804C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СЛОИСТЫХ СЛИТКОВ 2012
  • Волков Анатолий Евгеньевич
RU2598020C2
ВАННА-КРИСТАЛЛИЗАТОР УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОТИТАНА ПУТЕМ ЭЛЕКТРОДУГОВОГО ПЛАВЛЕНИЯ РУТИЛА ПОД СЛОЕМ ЗАЩИТНОГО ФЛЮСА 2007
  • Звездин Александр Афанасьевич
  • Чепель Сергей Николаевич
  • Тарасевич Иван Николаевич
  • Полетаев Евгений Борисович
  • Медведь Сергей Николаевич
RU2377325C2
БЕЗВАННОВОЕ ПЛАВЛЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ПО СПОСОБУ Р.Д.ТИХОНОВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2002
  • Тихонов Р.Д.
  • Кононенко Эдуард Георгиевич
  • Курносов В.В.
  • Тихонова В.Р.
RU2230709C2
ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ПЕРЕПЛАВА МЕТАЛЛА 2006
  • Трусов Владимир Александрович
RU2361162C2
СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ИЛИ ПЛАЗМЕННОЙ ЗОННОЙ ПЛАВКИ В КВАДРАТНЫЙ КРИСТАЛЛИЗАТОР 2007
  • Волков Анатолий Евгеньевич
RU2454471C2
ИОННО-ПЛАЗМЕННЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ ПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ 2010
  • Форбз Джоунс,Робин,М.
RU2544328C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 406 048 C1

Реферат патента 2010 года ПОДОВАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА

Изобретение относится к производству жидкого металла в черной и цветной металлургии, в частности, может быть использовано для производства титановых сплавов в вакуумных плавильных печах с холодным подом и независимыми источниками нагрева. Печь дополнительно содержит установленный над расплавом экран, выполненный из металла или сплава, аналогичного выплавляемым в печи, и механизм его перемещения, регулирующий расстояние между расплавом и экраном для обеспечения образования на поверхности экрана слоя жидкого металла без его перегрева, при котором жидкий металл с экрана начнет стекать в расплав. Изобретение позволяет кардинально уменьшить лучистые тепловые потери с поверхности расплава за счет установки экрана над поверхностью ванны, при этом физические свойства экрана в процессе возникновения расплава меняют свои характеристики, создавая условия для возникновения равновесного лучистого теплообмена между экраном и поверхностью расплава. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 406 048 C1

Подовая печь для получения расплавленного металла, содержащая рабочую камеру, устройства для загрузки шихты, независимые источники нагрева, плавильный под и кристаллизатор, отличающаяся тем, что печь дополнительно содержит установленный над расплавом экран, выполненный из металла или сплава, аналогичного выплавляемым в печи, и механизм его перемещения, регулирующий расстояние между расплавом и экраном для обеспечения образования на поверхности экрана слоя жидкого металла без его перегрева, при котором жидкий металл с экрана начнет стекать в расплав.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2406048C1

СМЕЛЯНСКИЙ М.Я
Электронные печи
- М.: Энергия, 1971, с.34
Способ защиты отражающей поверхности свода электрического миксера от отложений 1980
  • Темеров Александр Алексеевич
  • Видин Юрий Владимирович
  • Федюкович Анатолий Кириллович
SU932174A1
Экран для защиты кожуха доменной печи в зоне чугунной или шлаковой летки от теплового излучения 1985
  • Колесник Николай Петрович
  • Носенко Виталий Иванович
  • Китаев Валерий Николаевич
  • Котляр Борис Давидович
  • Киба Геннадий Яковлевич
SU1294830A1
ФУТЕРОВКА ВАННЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ 2004
  • Горбунов Владимир Анатольевич
  • Черновол Юрий Михайлович
RU2270409C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОН И СТЕПЕНЕЙ НЕГАБАРИТНОСТИ ГРУЗОВ НА ОТКРЫТОМ ПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ С ПОМОЩЬЮ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ 2008
  • Лысый Вячеслав Михайлович
  • Дегтярь Виктор Борисович
  • Аюпов Борис Анварович
  • Хазанский Алексей Валентинович
  • Кугель Александр Яковлевич
  • Курсиков Олег Алексеевич
RU2355595C1
US 4149705 А, 17.04.1979.

RU 2 406 048 C1

Авторы

Альтман Петр Семенович

Демидов Борис Алексеевич

Даты

2010-12-10Публикация

2009-03-17Подача