Электромагнитное индукционное устройство и способобработки расплавленных материалов - RU2333441C2
Код документа: RU2333441C2
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к улучшению обработки расплавленных материалов и, в частности, к улучшенному плавлению/перемешиванию и/или улучшенному перемещению или переносу расплавленных металлических материалов.
Уровень техники
Увеличивается повторное использование металлического лома, и поэтому прилагаются значительные усилия для повышения эффективности процессов повторного использования, частью которых является плавление металлического лома.
Известно создание печей для плавления и фришевания металлических материалов, таких как алюминий или другие материалы. Часто такие печи используют для повторного использования металлического лома. Имеются различные предложения по улучшению процесса плавления и очистки, например, посредством перемешивания расплавленного металла (и легирующих добавок, где они имеются) и перемешивания смеси из расплавленного металла и дополнительных твердых металлических материалов, вводимых в расплав в печи. Перемешивание расплавленного металла повышает эффективность процесса плавления за счет распределения тепла в расплаве, а также способствует более быстрому плавлению твердого металлического лома и/или добавок, вводимых в расплав.
В этой связи известно создание перемешивающего устройства в виде блока электромагнитной индукции (в виде линейного электродвигателя), который можно располагать под печью в горизонтальной плоскости вблизи дна печи под используемым расплавом. Магнитное поле, созданное индукционным двигателем, действует через относительно толстую плиту на дне печи и эффективно медленно перемешивает расплавленный металл в горизонтальной плоскости с целью равномерного распределения тепла в расплаве. Известно также использование механических мешалок в таких печах для создания аналогичного действия перемешивания. Однако считается, что такая обработка расплавленного металла имеет недостатки, по меньшей мере, при определенных применениях. Например, когда вводится дополнительный металлический лом или легирующие добавки, такие как кремний, в печь поверх расплава, то действие перемешивания, обеспечиваемое двигателем электромагнитной индукции, не сильно влияет на равномерное смешивание нового металлического лома и добавок в расплаве. Часто металлический лом и добавки являются достаточно легкими (в частности, кремниевая добавка) и просто плавают на поверхности расплава при перемешивании в горизонтальной плоскости, вместо, например, затягивания вниз в расплавленный металл, где они могут плавиться быстрее и более эффективно. Например, металлический лом в виде алюминиевых банок для напитков будет просто плавать поверх расплава и окисляться, вместо погружения внутрь ванны для плавления и повторного использования эффективным образом.
Дополнительно к этому, такой индукционный двигатель обычно является медленным, например, работающим на частоте 1 Гц. Конструктивные ограничения для таких двигателей требуют довольно глубокого прохождения магнитного поля по всей высоте расплавленного металла в печи, так чтобы действие горизонтального циркуляционного перемешивания происходило во всем расплавленном материале, а не, например, в нижнем слое материала. Таким образом, для создания такой глубины магнитного поля приходится отказываться от высокой скорости перемешивания. Достигается намного меньшая скорость перемешивания, чем в случае перемешивания материала с использованием меньшей глубины магнитного поля.
Там, где предусмотрены механические мешалки, они имеют тенденцию к очень быстрому сгоранию и их необходимо заменять, кроме того, они не обеспечивают погружения металлического лома и добавок, введенных поверх расплава.
Кроме того, имеются проблемы с извлечением расплавленного металла после его обработки в печи. Обычный способ извлечения расплавленного металла является несколько опасным для оператора. В дне печи можно предусмотреть заглушку, которую можно удалять с обеспечением потока расплавленного металла через нее и тем самым его удаления из печи, или же, в других системах, печь необходимо наклонять с целью выливания расплавленного металла из печи. В любом случае, степень участия оператора сопряжена с риском повреждения расплавленным металлом, так что имеется необходимость в улучшении способа извлечения расплавленного металла из печи.
Раскрытие изобретения
Целью данного изобретения является устранение, по меньшей мере, одного или более указанных выше или других недостатков, связанных с обработкой расплавленных материалов и/или создание улучшенного устройства, системы перемешивания, перемешивающей системы, устройства перемещения или переноса, печи или способа.
Согласно первому аспекту данного изобретения, создано вызывающее поток или перемешивающее устройство, выполненное с возможностью вызывания направленного вверх и/или вниз потока расплавленного металла и/или циркуляции расплавленного металла в вертикальной плоскости, например, в печи.
Кроме того, согласно данному изобретению, создана печь или камера для обработки расплавленных металлов в комбинации, по меньшей мере, с одним вызывающим поток или перемешивающим устройством, указанным в предыдущем абзаце.
Кроме того, согласно данному изобретению, создана печь или камера для обработки расплавленного металла и, по меньшей мере, одно вызывающее поток или перемешивающее устройство, расположенное при использовании для вызывания направленного вниз и/или вверх потока расплавленного металла и/или циркуляции расплавленного металла в вертикальной плоскости.
Вызывающий поток или перемешивающее устройство может быть также расположено с возможностью создания во время использования горизонтального потока расплавленного металла и/или циркуляции расплавленного металла в горизонтальной плоскости, например, между двумя или более камерами печи, такой как печи с боковым колодцем.
Обычно, вызывающее поток или перемешивающее устройство содержит или включает электромагнитное индукционное устройство.
Обычно, электромагнитное индукционное устройство при использовании установлено под углом к горизонтали (обычно 40°-70°) с целью создания направленной вверх и/или вниз движущей силы, действующей на расплавленный металл. Электромагнитное индукционное устройство может быть расположено на наклонной стенке камеры или печи, содержащей расплавленный металл. Там, где нет такой наклонной стенки, индукционное устройство может быть расположено под углом на вертикальной стенке камеры или печи с помощью крепежной люльки или порта вызывающего поток или перемешивающего устройства.
Люлька или порт предпочтительно включают отверстие, которое при использовании ведет к расплавленному металлу (например, в печи) и позволяет, например, вводить легирующие добавки, такие как кремний, в расплавленный металл и обеспечивает взятие проб металла, а также дегазацию.
В одном варианте выполнения вызывающее поток или перемешивающее устройство установлено с возможностью создания циркуляционного потока в расплаве, при этом указанная циркуляция происходит в вертикальной плоскости для обеспечения затягивания вниз введенного поверх расплава твердого металлического лома и легких добавок и погружения под воздействием потока расплавленного металла, созданного вызывающим поток или перемешивающим устройством. Это создает более эффективное распределение тепла, что уменьшает время плавления и обработки, а также уменьшает воздействие на металлический лом окисляющей атмосферы, что уменьшает потери металла за счет окисления.
Мощность или скорость вызывающего поток или перемешивающего устройства предпочтительно можно регулировать для согласования с различными задачами, выполняемыми этим устройством. Например, если вызывающее поток/перемешивающее устройство используется для приведения в движение потока расплавленного металла в направлении вниз, например, для создания циркуляции в вертикальной плоскости, то скорость можно установить более высокой, чем в случае, когда вызывающее поток/перемешивающее устройство используется для извлечения металла из камеры или печи. Если при извлечении металла из камеры или печи установить скорость слишком высокой, то материал будет опасно вырываться струей.
Скорость вызывающего поток или перемешивающего устройства предпочтительно можно устанавливать на различные величины плоть до 50 Гц (+/-10 Гц).
Вызывающее поток/перемешивающее устройство предпочтительно является двунаправленным для вызывания потока расплавленного металла избирательно в двух противоположных направлениях по выбору оператора.
В одном варианте выполнения, в котором вызывающее поток/перемешивающее устройство является двунаправленным и используется для создания циркуляции в вертикальной плоскости с целью погружения и смешивания легких материалов лома и добавок с расплавом, указанное вызывающее поток/перемешивающее устройство можно использовать в его противоположном режиме работы для реверсирования циркуляции потока и тем самым извлечения расплавленных материалов из камеры или печи.
Кроме того, согласно данному изобретению, создан способ обработки расплавленного металла или повторно используемого металлического лома, при этом указанный способ включает вызывание направленного вверх и/или вниз потока расплавленного металла и/или циркуляцию расплавленного металла в вертикальной плоскости, предпочтительно с помощью электромагнитного индукционного устройства.
Кроме того, согласно данному изобретению, предлагается использование электромагнитного индукционного устройства для вызывания направленного вниз или вверх потока расплавленного металла в вертикальной плоскости, например, в печи.
Кроме того, согласно данному изобретению, предлагается в печи или камере, содержащей при использовании расплавленный металл, устанавливать электромагнитное индукционное устройство с углом наклона к горизонтали с целью вызывания потока расплавленного металла вниз и/или вверх и/или циркуляции в вертикальной плоскости.
Кроме того, согласно данному изобретению, предлагается электромагнитное индукционное устройство, выполненное или расположенное с возможностью вызывания быстрого потока в расплавленном металле более 1 Гц, например, 50 Гц (+/-15 Гц).
Другие преимущественные признаки данного изобретения следуют из приведенного ниже описания и чертежей.
Краткое описание чертежей
Ниже приводится описание вариантов выполнения лишь в качестве примеров со ссылками на прилагаемые сильно упрощенные чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - вызывающее поток или перемешивающее устройство для управления потоком расплавленного металла, прикрепленное к стенке, которая может быть, например, стенкой печи, в изометрической проекции;
фиг.2 - вертикальный разрез по линии II-II на фиг.1 вызывающего поток или перемешивающего устройства и стенки камеры или печи, показанных на фиг.1;
фиг.3 - вертикальный частичный разрез печи, расплавленного металла и вызывающего поток или перемешивающего устройства, показанных на фиг.1 и 2;
фиг.4 - частичный разрез второго варианта выполнения печи, снабженной вторым вариантом выполнения вызывающего поток или перемешивающего устройства, действующим в одном направлении для вызывания циркуляции расплавленного металла в вертикальной плоскости, на виде сбоку;
фиг.5 - вид, аналогичный фиг.4, но с вызывающим поток/перемешивающим устройством, действующим в противоположном направлении для извлечения расплавленного металла из печи;
фиг.6 и 7 - типичные рисунки циркуляционного потока, вызываемые с помощью вызывающего поток или перемешивающего устройства, показанного на фиг.4, соответственно, на виде сверху и сбоку;
фиг.8 - разрез третьего варианта выполнения печи, согласно данному изобретению, на виде сбоку;
фиг.9 - поток расплавленного металла в печи, согласно фиг.8;
фиг.10 - разрез другого варианта выполнения печи, согласно данному изобретению, на виде сверху;
фиг.11 - разрез печи по линии А-А на фиг.10, на виде сбоку; и
фиг.12 - разрез печи по линии В-В на фиг.10, на виде сбоку.
Раскрытие изобретения
Как показано на фиг.1-3, вызывающее поток или перемешивающее устройство 500 включает электромагнитное индукционное устройство в виде в основном прямоугольного ящика 501, соединенного с наклонной концевой стенкой 502 люльки или порта 503 устройства 500, имеющей, в целом, сечение прямоугольного равнобедренного треугольника. Наклонная стенка 502 наклонена под углом 45° к вертикальной стенке 504 и горизонтальной стенке 505 люльки или порта 503.
Способ крепления люльки или порта 503 на вертикальной концевой стенке 600 печи 601 показан на фиг.3. Порт или люлька 503 механически закреплена на стенке 600 печи 601 посредством создания отверстия 602 подходящего размера и посредством использования обычной отражательной технологии для крепления порта в отверстии.
Электромагнитное индукционное устройство 500 соединено с указанной концевой стенкой 502 с помощью любого подходящего средства и действует через конструкцию 506 с тонкой плитой из карбида металла (см. фиг.2), при этом конструкция 506 с металлической плитой выполнена из отдельных плиток.
Порт или люлька 503 имеет верхнее прямоугольное отверстие 507, которое при использовании ведет прямо к верхней поверхности расплавленного металла М на дне печи 601, и которое проходит в порт или люльку 503 вблизи электромагнитного индукционного устройства 501, но с противоположной стороны тонкой плиты 506, как показано на фиг.3.
При использовании, как показано на фиг.3, электромагнитное индукционное устройство 501 (которое, в действительности, является линейным электродвигателем) может вызывать циркуляционные потоки в расплавленном металле. Это циркуляционное движение, обозначенное на фиг.3 стрелками, вызывается наклоненной вниз магнитной движущей силой (показана на фиг.3 стрелкой А), создаваемой вызывающим поток/перемешивающим устройством 501. Магнитная движущая сила (стрелка А) является мощной силой, направленной, по существу, вдоль оси электромагнитного индукционного устройства 501 и, тем самым, под углом, в основном 45° параллельно концевой стенке люльки или порта 503.
В то время как в указанном выше варианте выполнения концевая стенка 502 установлена под углом 45°, можно также выбирать альтернативный угол (например, 30° или 60°) в соответствии с конкретным применением или использованием электромагнитного индукционного устройства.
Предусмотрено, что электромагнитное индукционное устройство 501 является мощным двигателем с переменной скоростью, например, до 50 Гц. Таким образом, во время работы электромагнитное индукционное устройство 501 способно перемешивать расплавленный металл М с очень большими скоростями потока в вертикальной плоскости. Циркуляция потока в расплавленном металле М является предпочтительной по нескольким причинам. Во-первых, любые металлические материалы (например, металлический лом и/или добавки), вводимые в печь поверх расплавленного металла М, почти мгновенно или, по меньшей мере, очень быстро затягиваются вниз и погружаются в материал, какими бы легкими они не были. Поскольку такие материалы быстро погружаются в расплавленный металл М, то, по существу, исключается их нежелательное окисление, в противоположность известным печам, где легкие материалы остаются плавать на расплавленном материале.
Во-вторых, циркуляционный поток, вызванный в расплавленном материале М, является намного более быстрым, чем в известных технологиях перемешивания, происходящего в горизонтальной плоскости. При такой технологий перемешивания расплавленный материал М обычно перемешивается со скоростью около 1 Гц. Индукционное устройство 501 способно перемешивать расплавленный металл с намного более высокими скоростями, поскольку оно вызывает направленный вниз поток на одном конце расплавленного металла, вместо воздействия снизу, в целом, по всей высоте расплавленного металла, что требует создания очень глубокого магнитного поля.
Дополнительно к этому и предпочтительно, легирующие добавки, такие как кремний, можно загружать через отверстие 507 порта 503 в расплавленный металл М и быстро растворять в растворе. Порт 503 можно использовать в качестве точки введения флюсов и хорошего перемешивания в расплавленном материале.
Дополнительно к этому и предпочтительно, отверстие 507 в порте 503 можно использовать для взятия проб расплавленного материала, что исключает необходимость открывания основной дверцы печи для взятия проб.
Дополнительно к этому, вызывающее поток/перемешивающее устройство 500 можно использовать не только для циркуляции расплавленного металла М в вертикальной плоскости, но также для дегазации печи 601. Газовое копье (не изображено) можно вводить в поток расплавленного металла через отверстие 507 для обеспечения хорошего распределения в расплавленном металле по дну печи.
Поскольку электромагнитное поле, индуцируемое электромагнитным индукционным устройством, можно по выбору изменять, то можно устанавливать циркуляцию расплавленного металла или перемешивание в вертикальной плоскости с управляемой скоростью в соответствии с различными материалами и/или условиями. Расплавленный металл М можно перемешивать с управляемой скоростью вплоть до около 15 т/мин. Обеспечение высоких скоростей перемешивания предпочтительно приводит к повышению скорости плавления и намного меньшей температуре и уменьшенной стратификации сплава. Можно использовать низкие уровни движущегося металла.
Хотя выше указывалось, что электромагнитное индукционное устройство 501 выполнено с возможностью создания или вызывания направленного в основном вниз потока расплавленного металла (как показано стрелкой А) для создания тем самым циркуляции расплавленного металла в вертикальной плоскости, возможно выполнение устройства 501 двунаправленным. Таким образом, при необходимости устройство 500 может перемещать расплавленный металл, в основном, вверх в противоположном стрелке А направлении. Такую возможность можно использовать для извлечения расплавленного металла М из печи, как будет описано ниже.
На фиг.4 и 5 показан второй вариант выполнения вызывающего поток или перемешивающего устройства 500, которое состоит из электромагнитного индукционного устройства 501, расположенного на существующей или специально выполненной наклонной стенке 700 печи 701. Поэтому в этом случае нет люльки или порта 503, выполненного с возможностью соединения электромагнитного индукционного устройства 501 со стенкой печи под наклонным углом для вызывания направленного вниз и/или вверх потока или циркуляции в вертикальной плоскости.
Как показано на фиг.4, электромагнитное индукционное устройство 501 может быть установлено для перемещения расплавленного металла М в направлении вниз для вызова циркуляционного движения расплавленного металла М в вертикальной плоскости во время процесса плавления. Когда желательно извлечь расплавленный металл из печи, то электромагнитное индукционное устройство 501 можно установить для приведения в движение расплавленного металла в обратном направлении вверх, как показано на фиг.5, для выгрузки из печи по разгрузочному лотку 702, как показано на фиг.4 и 5. Возможно совместное выполнение электромагнитного индукционного устройства 501 и разгрузочного лотка 702 в виде одного блока, образующего вызывающее поток или перемешивающее устройство, при этом указанный блок выполнен с возможностью соединения с существующей вертикальной боковой стенкой печи.
На фиг.6 и 7 показаны типичные рисунки потока, которые могут быть установлены в расплавленном материале М с помощью электромагнитного индукционного устройства 501, работающего как показано на фиг.4.
Естественно, что печь может быть снабжена более чем одним электромагнитным индукционным устройством 501, например, одно электромагнитное индукционное устройство 501 и порт 503 могут быть соединены с одним концом печи 601, в частности, как показано на фиг.3, с целью перемешивания расплавленного металла в печи, а второе электромагнитное индукционное устройство 501 может быть предусмотрено на противоположном конце печи для извлечения расплавленного металла по лотку 702, в частности, как показано на фиг.5. Кроме того, там, где предусмотрены два таких электромагнитных индукционных устройства 501, они могут быть выполнены с возможностью работы во взаимодействии друг с другом.
Там, где электромагнитное индукционное устройство 501 используется для извлечения расплавленного металла из расплава М через разгрузочный лоток 702, оно работает обычно с намного меньшей скоростью, так чтобы материал не выплескивался или фонтанировал неуправляемым образом из лотка 702, что очевидно опасно для оператора.
Таким образом, очевидно, что электромагнитное индукционное устройство 501 можно устанавливать для вызывания перемещения или потока расплавленного металла в вертикальной плоскости посредством его расположения под углом к вертикали. Там, где стенка камеры или печи является вертикальной, для вызывающего поток или перемешивающего устройства может быть необходим порт или люлька для крепления. Или же, если камера или печь уже имеет подходящую наклонную стенку или предусмотрена специально выполненная подходящая наклонная стенка, то электромагнитное индукционное устройство можно прикреплять к ней без порта или люльки.
Таким образом, электромагнитное индукционное устройство 501 можно устанавливать на большинство поверхностей и использовать на закругленных сверху печах, а также на боковых стенках печей для циркуляции и погружения металла. Его можно устанавливать также на неподвижные и качающиеся печи.
Другим преимуществом является гибкость переноса или перемещения расплавленного металла за счет использования электромагнитного индукционного устройства, согласно данному изобретению. Поскольку электромагнитное индукционное устройство является достаточно мощным для прокачивания вверх, то больше не требуется неподвижная плавильная печь на более высоком уровне по сравнению с держателем/печью или разливочным устройством.
Вызывающее поток или перемешивающее устройство, предпочтительно, обеспечивает перенос металла из печи без наклона или пробивания блоков, и его можно использовать во время наклона/разлива с управляемыми скоростями потока для сохранения постоянным состава сплава, что особенно важно там, где плотности легирующих элементов являются отличными от материала расплавленного металла (например, алюминия).
В целом, вызывающее поток или перемешивающее устройство 500 обеспечивает увеличение производительности, понижение потребления энергии и потери расплава, перенос расплавленного металла, быстрое погружение легкого или средневесного лома в расплавленный металл, равномерность сплава и температуры во время отливки и более быстрое растворение сплавов.
Движущиеся части, предпочтительно, не требуются, что обеспечивает низкую стоимость обслуживания в дополнение к возможности установки вызывающего поток или перемешивающего устройства на неподвижных или качающихся печах.
В частности, вызывающее поток или перемешивающее устройство можно использовать в печи с боковым колодцем (смотри фиг.10-12). Печь 100 включает основную камеру 112 и камеру 113 бокового колодца. Электромагнитное индукционное устройство 114 (см. фиг.12) используется для перемещения расплавленного металла вблизи индукционного устройства 114 вниз, за счет чего создается циркуляционное движение в вертикальной плоскости. Однако направленное вниз движение расплавленного материала приводит расплавленный материал также, в целом, в горизонтальное циркуляционное движение через канал 172 и возвратный канал 170.
Таким образом, мощное действие, приводящее в движение электромагнитное индукционное устройства 114, способно обеспечивать быструю циркуляцию расплавленного металла между основной камерой 112 и боковой камерой 113 за счет силы, первоначально направленной вниз, действующей на расплавленный материал вблизи него. Дальнейшее описание данного изобретения применительно к печи с боковым колодцем будет приведено ниже.
На фиг.8 показана печь 10 с единственной камерой известного типа, включающая камеру 12 и известный источник тепла в виде горелки 16.
Камера 12 имеет под 18, который включает переднюю наклонную часть 20, горизонтальную часть 22 и заднюю наклонную часть 24. Передняя наклонная часть 20 и горизонтальная часть 22 образуют переднюю зону 26, а задняя наклонная часть 24 - заднюю зону 28 камеры 12. Электромагнитное индукционное устройство 14 расположено в соответствии с этим вариантом выполнения данного изобретения на наклонной части стенки 20.
Камера 12 закрыта, т.е. окружена стенками 30, при этом подъемная дверь 32 расположена в одной из стенок 30. Подъемная дверь 32 обеспечивает введение металла в камеру 12.
Печь включает извлекающие средства 34 для удаления загрязнений из камеры. Как и в предыдущих случаях, сама по себе печь является известной, и поэтому ее подробное описание не приводится.
Подача электрического тока в электромагнитное индукционное устройство 14 создает поток расплавленного металла.
Поскольку электромагнитное индукционное устройство наклонено относительно горизонтального уровня расплавленного металла М, то поток расплавленного металла имеет как горизонтальную, так и вертикальную составляющие. Это показано наилучшим образом на фиг.9, где стрелки D схематично представляют поток.
На фиг.10-12 показан альтернативный вариант выполнения в виде двухкамерной печи 100.
Печь 100 является также, в целом, известной и включает основную камеру 12, камеру 113 бокового колодца и источник тепла в виде двойных горелок 116, при этом горелки расположены так, чтобы направлять тепло в основную камеру 112.
В соответствии с этим вариантом выполнения данного изобретения печь 100 дополнительно содержит электромагнитное индукционное устройство 114, расположенное наклонно, как показано на фигурах.
Электромагнитное индукционное устройство 114 расположено в камере 113 бокового колодца, а горелки расположены в основной камере 112. Этим она отличается от показанного на фиг.8 варианта выполнения, где как электромагнитное индукционное устройство, так и горелка, расположены в одной камере.
Камера 113 бокового колодца имеет внутреннюю боковую стенку 158 бокового колодца, наружную боковую стенку 160 бокового колодца, концевую стенку 142, которая является общей с основной камерой, и подъемную дверь 162 камеры бокового колодца.
Основная камера 112 и камера 113 бокового колодца соединены с возможностью прохождения текучих сред с помощью первого канала 170 и второго канала 172 через их соответствующие внутренние боковые стенки 144, 158.
Как показано на фиг.10 и 11, расплавленный металл М по существу покрывает поды 118, 148 основной камеры и камеры бокового колодца и поддерживается в жидком состоянии с помощью горелок 116. Расплавленный металл в камерах имеет высоту F между подами 118, 148 и поверхностью расплавленного металла.
Первый канал 170 соединяет переднюю зону 156 основной камеры с передней зоной 126 камеры бокового колодца, а второй канал 172 соединяет заднюю зону 128 камеры бокового колодца с задней зоной 154 основной камеры.
Камера бокового колодца экранирована от тепла, создаваемого горелками 116 в основной камере, с помощью внутренних боковых стенок 144, 158.
В других вариантах выполнения камера бокового колодца может быть расположена относительно основной камеры так, что внутренние боковые стенки не требуются для экранирования боковой камеры от основной камеры, например, первый и второй каналы 170 и 172 могут иметь большую длину, так что увеличивается расстояние между двумя камерами, что уменьшает действие в камере бокового колодца тепла, создаваемого горелками в основной камере.
Следует отметить, что вызываемый в расплавленном металле поток создает предсказуемые поверхностные узоры на поверхности расплавленного металла, и поэтому удаляющие средства можно соответствующим образом располагать в камере бокового колодца для облегчения эффективного удаления твердых и газообразных загрязнений.
Так же, как в показанном на фиг.8 варианте выполнения, подача электрического тока в электромагнитное индукционное устройство приводит к возникновению потока в расплавленном металле М.
Однако поток расплавленного металла отличается от потока, согласно фиг.8, за счет системы из двух камер, соединенных каналами. Электромагнитное индукционное устройство вызывает поток в расплавленном металле, который, как показано на фиг.10, создает поток расплавленного металла, обозначенный стрелками Е.
Расплавленный металл в основной камере 112 течет в камеру 113 бокового колодца через первый канал 170 под воздействием электромагнитного индукционного устройства 114, расположенного в камере 113 бокового колодца. Затягивающее расплавленный металл из основной камеры в камеру бокового колодца через первый канал действие приводит к тому, что расплавленный металл в камере бокового колодца затягивается обратно в основную камеру через второй канал, что создает постоянный поток расплавленного металла между двумя камерами.
Расплавленный металл, созданный посредством плавления легкого и тяжелого металлического лома в камере бокового колодца, затягивается в направлении второго канала 172 за счет потока расплавленного металла, вызванного электромагнитным индукционным устройством, и входит в основную камеру 112.
Как показано на фиг.11, верхняя поверхность 177 второго канала находится ниже высоты F расплавленного металла М, и поэтому любые загрязнения, которые находятся на поверхности расплавленного металла, не затягиваются в основную камеру, что очищает металл, который способен проходить через второй канал.
Важно выполнять управление высотой F расплавленного металла с целью предотвращения входа большого количества загрязнений в основную камеру 112 из камеры 113 бокового колодца.
Комбинация из удаления загрязнений и управления высотой F расплавленного металла уменьшает возможность протекания загрязнений в основную камеру.
Следует понимать, что объем данного изобретения не ограничивается частным выбором терминологии и что специальное понятие можно заменить или дополнить любым эквивалентным или родовым понятием. Например, понятие «люлька» или «порт» можно заменить понятием «опора». Кроме того, следует понимать, что отдельные признаки, систему, способ или функции, относящиеся к вызывающему поток или перемешивающему устройству, порту или электромагнитному индукционному устройству, или печи могут быть по отдельности патентоспособными. Единственное число может включать множественность и наоборот. Дополнительно к этому, любой диапазон, указанный для любого параметра или любой переменной, следует рассматривать как раскрытие любого производного поддиапазона внутри этого диапазона или любой частной величины переменной или параметра, расположенных внутри или в конце диапазона или поддиапазона.
Поэтому, согласно данному изобретению, дополнительно предлагается печь, включающая камеру для приема металла, источник тепла для нагревания металла с целью его плавления, и электромагнитное индукционное устройство, расположенное с возможностью создания потока в расплавленном металле, имеющего вертикальную составляющую.
Посредством наклона электромагнитного индукционного устройства, полученный поток расплавленного металла, предпочтительно, не ограничивается протеканием в горизонтальном направлении, что приводит к лучшему распределению тепла в расплавленном металле и тем самым обеспечивает более эффективный процесс плавления.
Камера, предпочтительно, включает переднюю зону, расположенную вблизи электромагнитного индукционного устройства, и легкий металлический лом вводят в переднюю зону.
Ввод легкого металлического лома вблизи электромагнитного индукционного устройства, предпочтительно, приводит к затягиванию вниз легкого металлического лома и его погружению под влиянием потока расплавленного металла, созданного электромагнитным индукционным устройством. Это создает более эффективное распределение тепла, что уменьшает время плавления и обработки, а также уменьшает время воздействия окислительной атмосферы на металлический лом и поэтому минимизирует потери металла за счет окисления.
Единственная камера предпочтительно включает заднюю зону с наклонным подом, и тяжелый металлический лом вводят в заднюю зону.
Это, предпочтительно, означает, что тяжелый металлический лом частично погружается в задней зоне, что позволяет протекать расплавленному металлу с промывкой через тяжелый металлический лом. Расплавленный металл в контакте с тяжелым металлическим ломом повышает температуру металлического лома, и любые загрязнения, заключенные внутри тяжелого металлического лома, например, вода, испаряются при повышении температуры металлического лома. Это уменьшает возможность вхождения воды, заключенной внутри тяжелого металлического лома, в непосредственный контакт с расплавленным металлом, поскольку быстрое испарение при вхождении воды в контакт с расплавленным металлом является явно опасным.
Согласно другому аспекту данного изобретения, предлагается способ плавления металла в печи, включающий стадии обеспечения печи, включающей камеру для приема металла, обеспечения источника тепла, обеспечения электромагнитного индукционного устройства, ввода металла в камеру, нагревания металла с использованием источника тепла с образованием расплавленного металла, подачи электрического тока в электромагнитное индукционное устройство для создания в расплавленном металле потока, имеющего вертикальную составляющую.
Возможным ограничением печей с единственной камерой является то, что как источник тепла, так и загрязнения от металлического лома находятся в одной и той же камере, при этом присутствие загрязнений снижает эффективность процесса плавления.
Другим ограничением печей с единственной камерой является ввод металлического лома в ту же камеру, где находится источник тепла, что приводит к потерям металла за счет окисления.
Эти ограничения можно частично исключить за счет применения уже указанных решений, однако, если источник тепла и ввод металла находятся в одной и той же камере, то процесс плавления имеет ограниченный уровень эффективности.
Таким образом, согласно другому аспекту данного изобретения, предлагается печь, имеющая первую и вторую камеры для приема металла, при этом первая камера включает источник тепла для нагревания металла с образованием расплавленного металла, вторая камера не имеет источника тепла, и электромагнитное индукционное устройство расположено так, чтобы обеспечивать поток расплавленного металла между первой и второй камерами.
Наличие двух камер, предпочтительно, позволяет изолировать источник тепла от зоны, в которую вводят металлический лом.
Кроме того, загрязнения, получающиеся из металлического лома, можно более эффективно удалять, поскольку источник тепла находится в отдельной камере и поскольку атмосфера является более холодной.
Согласно другому аспекту данного изобретения, предлагается способ плавления металла в печи, включающий стадии обеспечения печи, имеющей первую и вторую камеры для приема металла, обеспечения источника тепла, обеспечения электромагнитного индукционного устройства, ввода металла в первую камеру, нагревания металла с помощью источника тепла с образованием расплавленного металла в первой камере, подачи электрического тока в электромагнитное индукционное устройство для создания потока расплавленного металла между первой и второй камерами.
Согласно другому аспекту данного изобретения, предлагается способ плавления металла в печи, включающий стадии:
обеспечения печи, имеющей камеру для приема металла,
обеспечения источника тепла,
обеспечения электромагнитного индукционного устройства,
обеспечения зоны для загрузки тяжелого металлического лома,
плавления некоторого количества металла в камере,
подачи электрической энергии в электромагнитное индукционное устройство для создания потока в расплавленном металле,
направления потока так, что расплавленный металл входит в контакт, но не приводит к погружению тяжелого металлического лома.
Реферат
Изобретение относится к области металлургии, в частности к повышению интенсификации процессов повторного использования или фришевания лома. Электромагнитное индукционное устройство, выполненное с возможностью создания направленного вверх и/или вниз потока расплавленного металла и/или циркуляции расплавленного металла в вертикальной плоскости, при этом электромагнитное индукционное устройство в форме прямоугольной коробки расположено при использовании под углом, наклоненным к горизонтали, для создания направленной вверх и/или вниз движущей силы. Электромагнитное устройство можно использовать на закругленных сверху печах, на боковых стенках печей для циркуляции и погружения металла или на неподвижных и качающихся печах. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 12 ил.
