Нагревательный блок для разжигания шлаков при плавке в индукционных печах Советский патент 1988 года по МПК C21C5/52 

.V

/

О

;о со ел

Изобретение относится к металлургии, и в частности к устройствам, повышающим активность шлаков при плавке в индукционных печах,

Цель изобретения - повышение производительности печи-: за счет разжижения шлаков по всему их объему,

На фиг. 1 изображена индукционная тигельная печь с предлагаемым нагре- вательным блоком, общий вид.; на фиг. 2 - блок, вид в планер на фиг.З сечение А-А на фиг.2; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг, 3,

Устройство содержит нагреватель- ньй блок 1, плавающий на пов ерхнос- ти расплава металла в тигле 2, размещенного в индукторе 3 индукционной тигельной печи 4. Блок конструктивно .выполнен в. виде вертикальных коакси- ально расположенных графитовых цилиндров -.наружного 5 и внутреннего 6 которые жестко связаны радиальными перемычками 7, в диагональных йана- лах которых расположены теплопере- дающие элементы 8, частично заполненные жидким теплоносителем и работающие по принципу тепловой трубы, а именно, путем испарения теплоносител в зоне нагрева, перемещение паров в зону конденсации и возврата конденсата в зону нагрева, т,е, осуществля ется замкнутый цикл.

Высокотемпературный теплоноситель для заполнения теплопередающего эле- мента выбирается так, чтобы его тёМ пература кипения была несколько ниже температуры стенки внешнего цилиндра блока, разогреваемого токами и близкой к температуре расплава металла, например, при плавке стали теплоноситель выбирается с температурой кипения близкой 1570°С, В предлагаемом нагревательном бл оке использован висмут, температура плавления которо го 271°Cj а температура кипения , возможны и другие теплоносители с более высокой температурой кипения.

Устройство работает следующим образом.

После расплавления шихты на расплав в тигель 2 опускается нагревательный блок 1, шлак при этом заполняет свободное пространство в объеме блока.

Электромагнитное поле, создаваемое индуктором 3,.образует цилиндри- чеакую волну, падающую на поверхност

г

Q

5 0 5 О

г Q

0

5

шихты, находящейся в тигле . Проникающая внутрь шихты волна индуцирует вихревые токи прежде всего в ее поверхностных слоях, что приводит к длительному нагреву шихты. Расплавлять шлак, обладающий низкой электропроводностью, практически невозможно в индукционных тигельных печах. Поэтому для разжижения шлака на поверхности расплава целесообразно применять графитовые нагревательные устройства. Графитовый блок, находящийся в тигле, под воздействием вихревых токов, наводимых электромагнитным полем, быстро нагревается и выделяющаяся в нем тепловая энергия используется для разжижения шлака.

Графитовый цилиндр 5 блока, помещенный в тигель разогревается быстрее по внешнему периметру вследствие тогОз что плотность наведенных в садке токов достигает максимума на поверхностных, слоях и снижается к середине, поэтому возле графитового цилиндра 5 происходит преимущественно выделение тепла. При плавке шихты теплопередающ.ими элементами 8, расположенными .внутри перемычек 7 блока, обеспечивается всесторонний нагрев шлака,

Наружный диаметр цилиндра 5 блока выбирается равным 0,9-0,95 внутреннего диаметра тигля. При изготовлении цилиндра диаметром более 0,95 внутреннего диаметра тигля возможно заклинивание цилиндра за счет расширения его при нагреве, .Использовать цилиндр блока с наружным диаметром менее 0,9 внутреннего диаметра тигля нецелесообразно, так как в этом случае увеличивается расстояние между индуктором и цилиндром, т.е. блок располагается в зоне с меньшей напряженностью магнитного поля, что приводит к уве- личению потока рассеяния и уменьшению мощности выделяемой в шлаке, что снижает КПД блока по разжижению шлака. Кроме того, указанные соотношения внутреннего и внешнего диаметров графитового цилиндра 5 определяют толщину его стенки не менее эквивалентной глубины проникновения электромагнитной волны в проводнике (графите),

Нагревательный блок, разогреваясь до 1600-1700 с, служит .дополнительным источником нагрева шлака. При этом наружный графитовый цилиндр 5

блока разогревается быстрее внутреннего 6 вследствие того, что плотност наведенных в садке токов достигает максимума на поверхностных слояХ снижается X середине, вследствие чего возле внешнего графитового цилиндра происходит преимущественное выделение тепла. Поэтому в рабочем положении блока каждая сторона теплопере дающего элемента 8 омывается потоками, имеющими различную температуру. Одна сторона потоком с высокой температурой образует зону подвода тепла, которое передается через стенку оболочки к заполняющему элемент веществу и обуславливает протекание

процесса испарения рабочего вещестл

ва. Образовавшиеся пары накапливаются в центральной зоне элемента и перемещаются в осевом направлении в сторону меньшего давления. Другая сторона теплопередающего элемента находится в зоне с более низкой температурой и образует зону отвода тепла, которое передается от конденсирующего рабочего заполнителя через разделяющую оболочку элемента и перемычки шлаку. Сконденсировавшееся рабочее вещество в виде жидкости перемещается из зоны конденсации в зону испарения, где превра1чается 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 осуществляетс за счет силы тяжести, либо под действием капиллярной разности давлений

по капиллярной структуре (фитилю),рас-до сокотемпературной зоне нагрева устпозволяют поддерживать ишак в жидком состоянии. Высокоосновной ш.аак в этих условиях обладает повышенной десульфурир тощей способностью, неметаллические включения могут более полно им ассимилироваться.

Кроме того, графитовый блок имеет также роль раскислителя шлака.

0 Перед сливом шлака, нагревательный блок снимается, сливается шлак и металл выпускают из печи. ;

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает разжижение шла5 ков в процессе плавки без ввода раз- личньгх-флюсов, что снижает содержание в металле различных неметаллических включений.

Конструкция нагревательного блока мала по. габаритам, компактна ,и легка по весу. Теплопередаюгцими элементами, применяемыми в блоке, -почти полностью воспроизводится температура входа за счет аномально высокой теплопроводности и обеспечивает эффективный теп- лосброс в расплавляемьпЧ шлак, благодаря чему обеспечивается быстрое, эффективное расплавление шлака с низкой электропроводностью, что практи0 чески возможно осуществлять и в печах старой конструкции.

Высокоосновный шлак в этих условиях обладает повьшгенной дес ульфурирую- щей способностью, неметаллические

5 включения более полно ассимилируются, повышается стойкость футеровки основных индукционных печей, значительно улучшается работа на печах, увеличивается время пребывания шлака в вы0

5

Изобретение относится к области металлургии, и в частности к устрой- ствам, повышающим активность шлаков при плавке в индукционных печах. Цель изобретения - повышение производительности печи. Нагревательный блок, помещенный в тигель, разогревается быстрее в области графитового цилиндра 5, соединенного радиальными тепло- передающими -элементами 8 с дополнительным графитовым цилиндром 6. Теп- лопередающие элементы 8 частично заполнены жидким теплоносителем и работают по принципу тепловой трубы, . обеспечивая всесторонний нагрев шлака. 4 ил.

положеннои внутри на стенках тепло- передающего элемента. Б герметичной оболочке теплопередающего элемента осуществляется замкнутый цикл циркуляции рабочего вещества. Эффективная .теплопроводность теплопередающего элемента 8 (отношение плотности теплового потока через тештопередаю- щий элемент к падению температуры на единицу длины элемента) в десятки тысяс раз больше, чем теплопроводность, например Си, Ag или А1 и достигает 10 Вт/(м-К). Поэтому наводимые в нагревательном блоке вихревые токи разогревают его до весьма значительных температур, а теплопере- дающие элементы почти полностью вос производят температуру входа за счет аномально высокой теплопроводности.

ройства, что способствует повьшению однородности тепловой обработки материала расплава.

Длительность плавления, интенсификация рафинирования металла и повышение активности шлака с применением нагревательного блока по сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят прототип, сокращается в

среднем на 40% и продолжительность всей плавки уменьшается на 35%, что приводит к увеличению производительности на 50%. ормула, изобретения

55

Нагревательный блок для разжижения шлаков при плавке в индукционных пе- чах, содержащий графитовый цилиндр с плотностью плотности шлаков, но

Фив

Фи$.2

e

M

tm

w переноса

Зона (испарения)

S S

ж

, ЦБ

Щ

Фив.

Зона

(КОмд8НСиЦЫи)