Устройство для очистки расплавленного металла и электролитов от примесей Российский патент 2019 года по МПК C22B9/00 

Описание патента на изобретение RU2681092C1

Устройство относится к области рафинирования металлов, сплавов и электролитов при помощи электромагнитных сил.

Известен магнитогидродинамический сепаратор по а.с. СССР №1461508 МПК В03С 1/30, состоящий из магнитопровода с первичной обмоткой, кольцевого тигля с дном и входным и выходными патрубками, перегородками внутри тигля, U-образного магнитопровода вокруг тигля.

Недостатками конструкции являются неравномерность по высоте электромагнитной силы - в результате чего частицы со дна тигля не поднимаются, необходимость использования дополнительного насоса для слива очищенного металла с предварительным вакуумированием, трудность выполнения U-образного магнитопровода, неизбежная потеря определенной части металла в процессе отвода неметаллических включений, затруднение выполнения многократной очистки.

Известно устройство для очистки расплавленного металла от неметаллических включений по а.с. СССР №248231 МПК С22В 9/02, состоящее из желоба, охватывающего желоб снаружи магнитопровода, вмонтированных в торцевые стенки желоба электродов, вертикальных перегородок.

Недостатками конструкции являются затруднение выполнения многократной очистки, загрязнение и трудность очистки электродов, неравномерность по высоте электромагнитной силы - в результате чего частицы со дна тигля не поднимаются, затруднение извлечения всплывших частиц, затруднение регулирования хода процесса: регулирование скорости движения металла осуществляется либо посредством изменения электрического тока - что изменяет эффект сепарации, либо переделкой конструкции.

Наиболее близким по конструкции и достигаемому техническому результату и выбранное за прототип является устройство для очистки расплавленного металла от неметаллических включений (см. патент на изобретение РФ №2198231, опубл. 10.01.2003), состоящее из желоба, охваченного снаружи магнитопроводом, и встроенного в металлопровод с протекающим по нему электрическим током, а также сменного контейнера, состоящего из боковых, горизонтальных и вертикальных (выполненных из проводящего электрический ток материала) стенок.

Основным недостатком конструкции является отсутствие карманов, улавливающих и удерживающих включения, а предлагаемый механизм налипания включений на перегородках имеет низкую эффективность и работает не для всех типов включений. Совмещение электромагнитных сепаратора и насоса также является недостатком конструкции, так как приводит к возникновению паразитных течений и вихрей, препятствующих сепарации.

Задачами предлагаемого изобретения являются устранение вышеназванных недостатков и расширение границ применения устройства на случай очистки электролитов.

Для этого предлагается устройство для очистки расплавленного металла и электролитов от примесей, состоящее из плоского прямоугольного канала, помещенного между полюсами электромагнита, параллельных вертикальных перегородок, установленных с зазором относительно дна канала, электродов, входного и выходного штуцеров, сливных отверстий, выравнивателей потока, установленных в местах расположения краев сердечника электромагнита, и вертикальных сеток из непроводящего материала.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что оно дополнительно содержит электроды, входной и выходной штуцеры, сливные отверстия, выравниватели потока, установленные в местах расположения краев сердечника электромагнита, и вертикальные сетки из непроводящего материала, а параллельные вертикальные перегородки установлены с зазором относительно дна канала.

На рис. 1 показано устройство для очистки расплавленного металла и электролитов от примесей, которое состоит из плоского прямоугольного канала 1 с рядом вертикальных перегородок 2, задерживающих сепарированную примесь в области 3, с двумя электродами 4 для пропускания тока вдоль канала, а также с выравнивателями потока 5, которые представляют собой утолщенные перегородки с отверстиями 6. Сепарационный канал располагается между полюсами электромагнита 7, состоящего из ферромагнитного магнитопровода 10 и двух катушек 11. Вертикальные перегородки 2 выполнены из проводящего электрический ток материала. В канал жидкость поступает через штуцер 8, а выходит через аналогичный штуцер 9. Для слива загрязненного металла/электролита используются сливные отверстия 12.

Устройство для очистки расплавленного металла и электролитов от примесей работает следующим образом.

Электрический ток, проходя через проводящую среду (расплавленный металл либо электролит), взаимодействует с внешним постоянным магнитным полем, создаваемым электромагнитом 7, состоящим из ферромагнитного магнитопровода 10 и двух катушек 11. Катушки 11 подключены последовательно для увеличения величины магнитного поля в зазоре. Направление электрического тока выбирается таким образом, чтобы возникающие электромагнитные силы приводили к затягиванию примеси внутрь перегородок 2 и удерживанию в области 3, и зависит от физических свойств примеси.

В случае непроводящей примеси или примеси, проводимость которой меньше проводимости среды, направление электрического тока выбирается таким образом, чтобы электромагнитная сила действовала вертикально вниз. При этом электромагнитная сила действует только на проводящую электричество среду (жидкий металл, электролит), производя ее квазиутяжеление. На примесь, находящуюся между полюсами электромагнита 7, действует выталкивающая вверх сила, подобная силе Архимеда, вследствие чего примесь поднимается внутрь перегородок 2 и удерживается в области 3.

В случае примеси, проводимость которой больше проводимости среды, направление электрического тока выбирается таким образом, чтобы электромагнитная сила действовала вертикально вверх. При этом электромагнитная сила действует на примесь в большей степени, чем на жидкий металл/электролит, вследствие чего она поднимается внутрь перегородок 2 и удерживается в области 3.

Для наиболее эффективной очистки проводящей среды от примеси сепарационный канал встраивается в замкнутый контур посредством штуцеров 8, 9, что позволяет проводить непрерывную многократную очистку (скорость транзитного течения должна быть не более 0,05 м/с). При этом если в жидкой среде содержится примесь с различными электрическими свойствами (различной проводимостью относительно проводимости среды) возможна двухэтапная очистка. Сначала электромагнитная сила направляется вертикально вверх и сепарируется примесь, проводимость которой больше проводимости среды. Затем электромагнитная сила направляется вертикально вниз и сепарируется примесь, проводимость которой меньше проводимости среды. После каждого этапа сепарированную примесь удаляют из области 3 путем перекрывания штуцеров 8 и 9 и слива загрязненного металла/электролита через сливные отверстия 12.

В случае работы с электролитом в сепарационный канал устанавливаются дополнительные вертикальные сетки 13 из непроводящего материала, задерживающие пузырьки газа, образующиеся на электродах в процессе электролиза. Наличие таких сеток позволяет снизить количество пузырьков в зоне сепарации и, соответственно, повысить ее эффективность.

Преимущества описанного устройства состоят в том, что возможна сепарация примесей, обладающих различными электрическими свойствами, а именно: в зависимости от соотношения величин проводимостей примеси и жидкой среды выбирается направление электромагнитной силы, приводящей к скоплению примеси внутри перегородок. Для примеси с различными электрическими свойствами (различной проводимостью относительно проводимости среды) возможна двухэтапная очистка. В конструкции сепарационного канала предусмотрены выравниватели потока, установленные в местах расположения краев сердечника электромагнита для предотвращения образования вихрей под действием неоднородного магнитного поля в этих областях. Такие вихри создают перемешивающие течения, затрудняющие процесс сепарации. Для повышения эффективности сепарации в случае электролита в конструкции предусмотрены дополнительные сетки, задерживающие пузырьки, образующиеся на электродах в процессе электролиза.

Похожие патенты RU2681092C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА ОТ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ 2001
  • Хрипченко С.Ю.
  • Колесниченко И.В.
  • Сухановский А.Н.
RU2198231C2
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1998
  • Кулинский А.И.
  • Курносенко В.В.
  • Бабин В.С.
  • Шундиков Н.А.
  • Шумахер А.А.
RU2133294C1
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ПО ПЛОТНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2007
  • Солоденко Андрей Александрович
  • Паньшин Андрей Михайлович
  • Евдокимов Сергей Иванович
  • Казимиров Михаил Павлович
  • Солоденко Александр Борисович
RU2339452C1
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ МЕТАЛЛО-ОКСИДНО-СОЛЕВЫХ РАСПЛАВОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1999
  • Кулинский А.И.
RU2172354C2
ПОТОЧНАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА (ЕЕ ВАРИАНТЫ) 1995
  • Зуев Н.М.
  • Щелконогов А.А.
  • Мельникова Г.В.
  • Ряпосов Ю.А.
  • Белкин Г.И.
  • Агапов В.М.
RU2100486C1
Устройство для рафинирования и модифицирования металлов и сплавов 1984
  • Худокормов Дмитрий Николаевич
  • Галушко Анатолий Маркович
  • Пиларик Станислав
  • Мургаш Мариан
  • Адамка Иозеф
  • Стриженков Михаил Иванович
  • Киселев Сергей Валентинович
SU1222696A1
УСТРОЙСТВО для очистки РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА ОТ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ 1969
SU248231A1
УСТАНОВКА ОЧИСТКИ И СПОСОБ ОЧИСТКИ 2006
  • Арасеки Хидео
RU2379114C2
Устройство для сепарации частиц из проводящей жидкости 1964
  • Небренчин Алексей Матвеевич
SU515530A1
Электролизер для рафинирования и разделения металлов 1981
  • Козин Леонид Фомич
  • Городыский Александр Владимирович
  • Козин Валентин Фомич
  • Стеценко Владимир Иванович
  • Белецкий Виктор Максимович
  • Аведов Александр Леонтьевич
  • Никитин Анатолий Андреевич
SU947227A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 681 092 C1

Реферат патента 2019 года Устройство для очистки расплавленного металла и электролитов от примесей

Изобретение относится к области рафинирования металлов и сплавов при помощи электромагнитных сил. Устройство содержит ферромагнитный магнитопровод, между полюсами электромагнита которого выполнен сепарационный канал с расположенными в нем параллельными перегородками. Устройство содержит электроды и выравнивателями потока. Вертикальные перегородки из проводящего ток материала размещены с зазором относительно дна канала. Выравниватели потока установлены в местах расположения краев сердечника электромагнита, а канал выполнен с входным и выходным штуцерами и сливным отверстием. Устройство позволяет повысить эффективность сепарации. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 681 092 C1

1. Устройство для очистки расплавленных проводящих сред от примесей, содержащее ферромагнитный магнитопровод, между полюсами электромагнита которого выполнен сепарационный канал с расположенными в нем параллельными перегородками, отличающееся тем, что оно снабжено электродами и выравнивателями потока, при этом вертикальные перегородки выполнены из проводящего ток материала и размещены с зазором относительно дна канала, выравниватели потока установлены в местах расположения краев сердечника электромагнита, а канал выполнен с входным и выходным штуцерами и сливным отверстием.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что расплавленная проводящая среда представляет собой расплавленный металл.

3. Устройство для очистки расплавленных проводящих сред от примесей, содержащее ферромагнитный магнитопровод, между полюсами электромагнита которого выполнен сепарационный канал с расположенными в нем параллельными перегородками, отличающееся тем, что оно снабжено вертикальными сетками из непроводящего материала, установленными в сепарационном канале, электродами и выравнивателями потока, при этом вертикальные перегородки выполнены из проводящего ток материала и размещены с зазором относительно дна канала, выравниватели потока установлены в местах расположения краев сердечника электромагнита, а канал выполнен с входным и выходным штуцерами и сливным отверстием.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что расплавленная проводящая среда представляет собой расплавленный электролит.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2681092C1

УСТРОЙСТВО для очистки РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА ОТ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ 0
SU248231A1
RU 97112936 A, 20.07.1999
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА ОТ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ 2001
  • Хрипченко С.Ю.
  • Колесниченко И.В.
  • Сухановский А.Н.
RU2198231C2
ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ПЕРЕПЛАВА МЕТАЛЛА 2011
  • Трусов Владимир Александрович
RU2480694C1
US 5785851 A1, 28.07.1998
WO 2000011243 A1, 02.03.2000.

RU 2 681 092 C1

Авторы

Колесниченко Илья Владимирович

Мамыкин Андрей Дмитриевич

Лосев Геннадий Леонидович

Даты

2019-03-04Публикация

2017-12-28Подача