СПОСОБ ПЛАВКИ МЕТАЛЛА В ИНДУКЦИОННОЙ ТИГЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ Советский патент 1973 года по МПК C22B9/22 C21C5/52 

1

Изобретепие относится к области металлургии и может быть использовано при плавке металла в электропечах.

Известен снособ плавки металла в тительпой индукционной электропечи, включающий операции загрузки, расплавления шихты путем наложения на поверхность металла регулируемото неременного магнитного поля и выпуска металла.

В случае применения для нагрева садки относительно 1изких частот и в нервую очередь нромышленной частоты циркуляция металла в период раснлавления и перегрева садки оказывается чрезмерно сильной, в результате чего нроисходит размывание футеРОБКИ, загрязнение металла продуктами реакции с футеровкой и затягивание шлака в металл.

По этой причине в современных нечах промышленной частоты определяют максимально допустимую мощность нечи, ограничивая, тем самым, производительность установки.

С целью устранения указанных недостатков при передаче энергии садке предлагается регулировать распределение магнитного поля у поверхности расплава таким образом, чтобы на обогреваемом участке этой поверхности напряженность магнитного ноля была во всех ее точках практически одинаковой, а на других ее участках оказывалась близкой к нулю.

Одновременно с этим необходимо механически препятствовать неретеканию жидкости вдоль новерхности раснлава через границы обогреваемого участка.

В условиях нндукционного нагрева поверхност 1ый эффект в раснределенни тока и магнитного ноля в расплаве выражен достаточно четко, нри этом объемные электродинамические силы сосредоточены в новерхностном слое раснлава и направлены внутрь раснлава но нормали к его поверхностн. Суммарное давленне, создаваемое этими силами на внутренние слои раснлава, нропорциопально квадрату напряженности магнитного поля у соответствуюн1ей точки поверхностн расплава.

При распределенин нанряже1Н1ости магнитного поля но предлагаемому способу объемные электродинамические силы имеются только на обогреваемом участке новерхностного слоя раснлава, а создаваемые ими суммарные давления на внутренние слои раснлава одинаковы но величине на всем обогреваемом участке (нри достаточно сильном проявлении поверхностного эффекта и отсутствии резких изменений кр1 визны поверхности) и равны нулю на других участках новерхности расплава. Если при этом на границах обогреваемого участка в новерхностном слое раснлава нрепятствовать двнжению жидкости в направлении вдоль поверхности (путем создания местной преграды), то в этом случае движения под действием электродинамических сил наблюдаться не будет.

Кроме того, возможно ведение процесса со сменой периодов ослабленной и интенсивной циркуляции расплава. Для этой цели нредлагается в процессе плавкл нарушать и воссоздавать сочетание раснределегшя напряженности магнитного поля на поверхности расплава с местным нрепятствием движению поверхностного слоя расплава через заданные граничные линии.

Предлагается два способа периодического нарушения и восстановления сочетания условий: снособ, предусматривающий изменение графика раснределения напряженности магнитного ноля в пределах неизменных границ обогреваемого участка и способ, предусматривающий перемещение границ обогреваемого участка без соответствующего перемещения липии, на которой движению поверхностного слоя расплава вдоль иоверхпости оказывают препятствие. Возможны и другие, частные способы периодического изменения сочетания условий, в частности возможно совмещение указанных способов.

Для осуществления предлагаемого способа рекомендуются следующие приемы. Регулирование распределе шя напряженности магнитиого поля, соответствующее условиям ослаблепня циркуляции, осун1,ествляют путем регулировапия токов, текущих в витках индуктора. С целью усиления циркуляции измеиение полученного раснределения напряженности поля осун ествляют путем переключений в схеме питания секций индуктора, приводящих к у.меньшению или исчезновению тока в одних витках индуктора и к появлению или увеличению тока в других витках. Кроме того, возможно также иснользование перемещения элемет}тов индуктирующей системы в ходе плавки.

Предлагаемый снособ предлагает следующий порядок ведения нлавки.

К моменту желательного ослабления циркуляции, определяемому в зависимости от характера технологического процесса, осуществляют совмещение нренятствий движению жидкости через границы обогреваемого участка с этими границами и перекрытие их уровием расплава. Осуществление этой операции возможно при помони-1 погружения в расплав устройств, препятствуюш,чх движению в соответствующий момент плавки, или при помощи взаимиого перемещепия уровня расплава, уровня заранее установленных устройств и уровня границ участка нагрева.

К моменту желательного ослабления циркуляции осуществляют регулирование распределения нанрял енности магнитного ноля на поверхности металла и сохрапяют его в течение всего периода нлавки с ослабленной циркуляцией.

По окончании периода работы с ослабленной циркуляцией устаповленное в предыдущий период плавки распределение напряженности магнитного ноля парущают. Возможно также введение операции обработки металла с восстановленной циркуляцией без нарущения установленного распределения магнитного поля, а имеппо путем устранения или изД1енения положения нреиятствий движению

через границы обогреваемого участка. , Количество этих операций зависит от технологической необходимости чередования периодов ослаблеиия циркуляции в данном процессе, например раснлавления шихты в

перегрев раснлава с пониженной активностью реакций па границах раснлава или отстоя включений и периодов интенсивной циркуляции, нанример гомогенизации расплава и проведения активных нроцессов ца зеркале

ванны.

Предварительная экснериментальная проверка предлагаемого способа на модели печи с жидким оловом показала возможность более чем четырехкратного снижения скорости

движения металла.

Предлагаемый способ может быть пояснен следуюн1им примером.

В лабораторной индукционной тигельной печи для плавки олова емкостью 150 кг нанряженность магнитного ноля на боковой поверхпостн расплава спадает к верхней и нижней границам нагреваемого участка поверхиости до 50% максимального зпачепия, при этом в режпме выдержки па оси тигля

имеет место движепие металла со скоростью 24 см/сек.

При плавке по предлагаемому способу выравнивают папряженность магнитного ноля на обогреваемом участке поверхности расплава, с точностью в 10%. На прочих участках новерхности расплава напряжепность поля устанавливают менее 10% максимального значения. Одновременно на границах обогреваемого участка новерхности расплава

устанавливают нренятствия для перетекания металла через границу. В результате этого скорость движеппя раснлава на оси тигля в режиме выдержки снижается до значений менее 6 см/сек.

Предмет изобретения

1. Способ плавки металла в индукционной тигельной электропечи, включающий загрузку, расплавление щихты путем наложения на поверхность металла регулируемого переменпого магнитного ноля и выпуск металла, отличающийся тем, что, с целью ослабления циркуляции жидкого металла при наложении магнитного поля, на всем обогреваемом участке поверхности раснлава напряженность поля выравнивают, а на остальных участках новерхности расплава сводят к мииимальной, и одновременно препятствуют перемещению 5 металла через границу обогреваемого участка в поверхностном слое расплава толщиной не менее половины глубины пропикновения тока в расплав. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что,5 с целью чередовапия периодов плавки со слабой п сильной циркуляцией расплава, периодически увеличивают или уменьшают напряженность магнитного поля на одной части обогреваемого участка поверхности по10 сравнению с соответствующей величиной на другой части этого участка поверхности. 6 3. Способ по пп. I и 2, отличающийся тем, что, с целью чередования периодов плавки со слабой и сильной циркуляцией расплава, границу обогреваемого участка поверхности расплава периодически перемещают, не изменяя при этом места воздействия на расплав, препятствующего движению последнего в поверхностном слое, причем перемещение граннцы обогреваемого участка производят путем подачн и отключения тока, текущего в секции индуктора, расположенной у перемещаемой границы обогреваемого участка поверхности расплава.