RU2048261C1

RU2048261C1 - Ferromagnetic fine material heating apparatus

Info

Publication number: RU2048261C1
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Тамбовцев
Original assignee: Юрий Иванович Тамбовцев
Priority date: 1992-01-10
Filing date: 1992-01-10
Publication date: 1995-11-20

Abstract

FIELD: powder metallurgy. SUBSTANCE: apparatus has vessels for pouring molten metal to the level of branch pipe upper opening. Branch pipe is then closed with special plug. Molten current conductive slag is poured onto molten metal surface in one vessel. Second electrode is dipped into slag. When pulsed magnetic field of solenoid is switched on, balls and screen in conjunction with hopper are initiated for oscillation. Steel powder is discharged from hopper into cylindrical graphite electrode and other vessel embraced by solenoid with magnetic core. Steel powder is oriented along magnetic flux under the action of magnetostatic field, and electrical resistance of powder layer is decreased by hundreds thousand times. Current is passed through first and second electrodes to weld powder particles along magnetic flux and melts the particles. In the process of melting steel powder, carbon monoxide creates reduction atmosphere in powder particle layer and is burnt above sand plug surfaces and then removed through plugs. Special plug on upper end of branch pipe is removed, metal is directed into crystallizer till slag with increased viscosity covers branch pipe upper end opening. EFFECT: increased efficiency in heating steel powder and melting. 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, а более конкретно к технике утилизации дисперсных металлоотходов, и может найти применение в металлургической отрасли промышленности. The invention relates to metallurgy, and more particularly to a technique for the disposal of dispersed metal wastes, and may find application in the metallurgical industry.

Известно устройство для нагрева ферромагнитного дисперсного материала, включающее шаровой дозатор, вертикальный корпус, охваченный соленоидом с магнитопроводом, графитовые электроды на торце магнитопровода, плавильную печь с емкостью для металла, размещенную под соленоидом. A device for heating a ferromagnetic dispersed material is known, including a ball dispenser, a vertical casing enclosed by a solenoid with a magnetic circuit, graphite electrodes at the end of the magnetic circuit, a melting furnace with a metal container placed under the solenoid.

Недостаток этого устройства в том, что газы, образующиеся при нагреве порошков и плавлении его спеков, создают внутри корпуса избыточное давление и препятствуют загрузке и движению слоя порошка в зону нагрева, охваченную соленоидом, а также конструктивная сложность, требующая наличия в высокотемпературной зоне заслонки и приводного механизма. The disadvantage of this device is that the gases generated during heating of the powders and melting of its cakes create excessive pressure inside the housing and prevent the powder layer from loading and moving into the heating zone covered by the solenoid, as well as the structural complexity that requires a damper and a drive in the high-temperature zone mechanism.

Цель изобретения повышение эффективности нагрева и переплава дисперсного материала. The purpose of the invention is improving the efficiency of heating and remelting of the dispersed material.

Поставленная цель достигается в устройстве для нагрева ферромагнитного дисперсного материала, включающем шаровой дозатор, вертикальный корпус, охваченный соленоидом с магнитопроводом, графитовые электроды на торце магнитопровода, емкость для жидкого металла под соленоидом. Один из электродов выполнен в виде отдельный средней части вертикального корпуса с герметизацией между этой частью, верхней и нижней частями вертикального корпуса и корпусом шарового дозатора через песочный затвор, снабженный газораспределительной решеткой, коллектором, связанным каналом с зоной нагрева порошков электрическим током. Устройством снабжено дополнительной емкостью, связанной с нижней частью вертикального корпуса в виде сообщающихся сосудов, в которую вставлен второй электрод, погруженный в токопроводящий шлак. Эта емкость снабжена сифонной трубкой, ограничивающей уровень металла в дополнительной емкости, отводящий его в кристаллизатор. Нагрев материала осуществляется по цепочке: электрод-твердая фаза-жидкая фаза, являющаяся вторым электродом. Эта цепочка обеспечивает более высокие электро- и теплопроводности, а также более значительный температурный перепад выше и ниже точки Кюри ферромагнитного материала. Это создает постоянное втягивание его внутрь соленоида с подводом тока вдоль магнитных силовых линий, по которым ориентированы ферромагнитные частицы, сцепленные между собой силой потокосцепления, создает плотный контакт между слоем этих частиц и зеркалом металла: пондеромоторная сила и сила тяжести стремятся погрузить флокулы из ферромагнитных частиц в жидкий металл, действуя противоположно архимедовой силе, стремящейся вытолкнуть флокулы, имеющие более низкую плотность, из жидкого металла, имеющего более высокую плотность. Подобрав силу магнитного поля Н grad H, где Н напряженность магнитного поля, grad H его градиент (а пондеромоторная сила прямо пропорциональна силе поля), а также подобрав необходимую высоту слоя ферромагнитного материала, можно обеспечить непрерывное погружение стального порошка в расплавленный металл. This goal is achieved in a device for heating a ferromagnetic dispersed material, including a ball dispenser, a vertical housing covered by a solenoid with a magnetic circuit, graphite electrodes at the end of the magnetic circuit, a container for molten metal under the solenoid. One of the electrodes is made in the form of a separate middle part of the vertical housing with sealing between this part, the upper and lower parts of the vertical housing and the ball meter body through a sand valve equipped with a gas distribution grid, a collector connected by a channel to the powder heating zone by electric current. The device is equipped with an additional capacity associated with the lower part of the vertical housing in the form of communicating vessels, into which a second electrode is inserted, immersed in conductive slag. This tank is equipped with a siphon tube that limits the level of metal in the additional tank, leading it to the mold. The heating of the material is carried out along the chain: electrode-solid phase-liquid phase, which is the second electrode. This chain provides higher electrical and thermal conductivity, as well as a more significant temperature drop above and below the Curie point of the ferromagnetic material. This creates a constant pulling of it inside the solenoid with the supply of current along the magnetic field lines, along which the ferromagnetic particles are oriented, interlinked by the flux linkage force, creates a tight contact between the layer of these particles and the metal mirror: the ponderomotive force and gravity tend to immerse the flocs from the ferromagnetic particles in liquid metal, acting opposite to the Archimedean force, tending to push flocs having a lower density from a liquid metal having a higher density. By selecting the magnetic field strength H grad H, where H is the magnetic field strength, grad H its gradient (and the ponderomotive force is directly proportional to the field strength), as well as by choosing the required layer height of the ferromagnetic material, it is possible to continuously immerse the steel powder in the molten metal.

На чертеже приведено устройство для нагрева ферромагнитного дисперсного материала. The drawing shows a device for heating a ferromagnetic dispersed material.

Устройство содержит шаровой дозатор 1, включающий бункер 2 с металлическим ферромагнитным порошком 3, корпус 4, направляющую 5, шары 6 на решетке 7, соленоид 8, охватывающий корпус дозатора 4. К бункеру 2 с патрубком 9, совершающим возвратно-поступательное колебательное движение в направляющей 5, крепится токопроводящий (алюминиевый) экран 10. Корпус 4 под соленоидом 8 охвачен песочным затвором 11 со слоем дисперсного материала 12, размещенным на решетке 13 в корпусе 14. Корпус 14 охвачен цилиндрическим графитовым электродом 15. Корпус дозатора и электрод 15 герметизируются между собой посредством песочного затвора 11 специальными цилиндрическими обечайками 16 и 17, погруженными в слой 12. Электроды 15 погружены в слой дисперсного материала 18, размещенный в корпусе 19 на решетке 20, связанной с емкостью 21 для сбора расплавленного металла 22. Емкость 21 охвачена соленоидом 23 с магнитопроводом 24. Емкость 21 сообщается с емкостью 25, в которую под слой шлака 26 введен второй электрод 27. В ней же размещен патрубок 28, предназначенный для установки зеркала металла на заданном уровне и отвода металла в кристаллизатор 29 для формирования слитка. The device comprises a spherical dispenser 1, including a hopper 2 with ferromagnetic metal powder 3, a housing 4, a guide 5, balls 6 on the grill 7, a solenoid 8, covering the dispenser 4 body. To the hopper 2 with a nozzle 9 reciprocating in the guide 5, a conductive (aluminum) shield 10 is attached. The housing 4 under the solenoid 8 is surrounded by a sand shutter 11 with a layer of dispersed material 12 placed on the grill 13 in the housing 14. The housing 14 is surrounded by a cylindrical graphite electrode 15. The metering housing and the electro 15 are sealed to each other by means of a sand shutter 11 with special cylindrical shells 16 and 17 immersed in the layer 12. The electrodes 15 are immersed in a layer of dispersed material 18 located in the housing 19 on the grating 20 connected to the vessel 21 for collecting molten metal 22. The vessel 21 is covered the solenoid 23 with the magnetic circuit 24. The capacity 21 communicates with the capacity 25, into which a second electrode 27 is inserted under the slag layer 26. It also contains a pipe 28, designed to install a metal mirror at a given level and drain metal into a crystal izator 29 to form an ingot.

Устройство работает следующим образом. Предварительно через емкости 25 и 21 заливается жидкий металл до уровня, определяемого уровнем верхнего отверстия патрубка 28. После этого патрубок перекрывается специальной заглушкой (не показана), и на поверхность металла в емкости 25 заливается жидкий электропроводящий шлак, а в него погружается электрод 27. При включении импульсного магнитного поля соленоида 8 шары 6 и экран 11 вместе с бункером 9 начинают колебательное движение, и стальной порошок 3 загружается из бункера 2 внутрь цилиндрического графитового электрода 15 и емкость 21, охваченную соленоидом 23 с магнитопроводом 24. Стальной порошок 3 под действием постоянного магнитного поля ориентируется вдоль магнитных силовых линий, при этом электрическое сопротивление его слоя падает в сотни тысяч раз. Затем через электроды 15 и 27 пропускают ток, который сваривает частицы порошка вдоль магнитных силовых линий и расплавляет. Выделяется оксид углерода за счет восстановления металла коксом остатком пиролиза масла, содержащегося в отходах шлифования. Дело в том, что предварительно отходы шлифования, содержащие масло, подвергали отжигу с пиролизом масла под слоем инертного материала в капсуле, затем их охлаждали, галтовали в шаровой мельнице, просеивали и в результате магнитной сепарации из отходов извлекали порошок 3, содержащий свободный углерод, в виде коксика, отложившегося на поверхности частиц. В ходе переплава стального порошка оксид углерода создает в слое частиц порошка 3 восстановительную атмосферу и удаляется через песочные затворы 11 и 18, сгорая над их поверхностью синим пламенем. По мере плавления порошка 3 уровень металла поднимается выше верхнего основания патрубка 28. Наконец, заглушка на верхнем основании патрубка 28 удаляется, и металл направляется в кристаллизатор 29, пока более вязкий шлак не перекроет верхнее отверстие патрубка 28. После чего процесс переплава стального порошка идет непрерывно: более вязкий шлак всплывает, как поплавок, и более текучий металл вытекает через патрубок 28. Возможен также вариант кристаллизатора, связанного с емкостями 21 и 25 по принципу сообщающихся сосудов. The device operates as follows. Preliminarily, liquid metal is poured through containers 25 and 21 to a level determined by the level of the upper opening of pipe 28. After this, the pipe is blocked by a special plug (not shown), and liquid conductive slag is poured onto the metal surface in container 25, and electrode 27 is immersed in it. turning on the pulsed magnetic field of the solenoid 8, the balls 6 and the screen 11 together with the hopper 9 begin to oscillate, and the steel powder 3 is loaded from the hopper 2 into the cylindrical graphite electrode 15 and the capacitance 21 is covered th solenoid 23 with the yoke 24. The steel powder 3 by a dc magnetic field oriented along the magnetic force lines, the electric resistance of the layer decreases in its hundreds of thousands of times. Then, a current is passed through the electrodes 15 and 27, which welds the powder particles along the magnetic field lines and melts it. Carbon monoxide is released due to the reduction of metal with coke by the remainder of the pyrolysis of the oil contained in the grinding waste. The fact is that preliminary grinding wastes containing oil were annealed with pyrolysis of oil under a layer of inert material in the capsule, then they were cooled, tinkered in a ball mill, sieved and, as a result of magnetic separation, powder 3 containing free carbon was extracted from the waste, the form of coke deposited on the surface of the particles. During the remelting of steel powder, carbon monoxide creates a reducing atmosphere in the layer of powder particles 3 and is removed through sand gates 11 and 18, burning above the surface with a blue flame. As the powder 3 melts, the metal level rises above the upper base of the nozzle 28. Finally, the plug on the upper base of the nozzle 28 is removed and the metal is sent to the mold 29 until the more viscous slag overlaps the upper hole of the nozzle 28. After that, the steel powder is melted continuously : a more viscous slag floats like a float, and a more fluid metal flows through the nozzle 28. A mold is also possible, connected with containers 21 and 25 according to the principle of communicating vessels.

Возможен вариант работы устройства в комбинированном режиме: сварка порошка в брикеты и их индукционный переплав при переключении соленоида 23 к источнику высокочастотного переменного тока. It is possible that the device operates in a combined mode: welding the powder into briquettes and their induction remelting when switching the solenoid 23 to the source of high-frequency alternating current.

Оксид углерода, выделяющийся при переплаве и нагреве порошка, предотвращает попадание кислорода в порошок при работе песочных затворов 11 и 18 в режиме обратных дисперсных клапанов. При этом отсутствует газовый затвор, препятствующий выгрузке порошка дозатором 1 из бункера 2 в корпус 14. Carbon monoxide released during the remelting and heating of the powder prevents the ingress of oxygen into the powder during operation of the sand gates 11 and 18 in the dispersion check valve mode. In this case, there is no gas shutter preventing the unloading of the powder by the dispenser 1 from the hopper 2 into the housing 14.

После плавки стального порошка возможно простое расчленение установки на отдельные части, например, для периодического удаления шлака с поверхности жидкого металла. After melting the steel powder, a simple disintegration of the installation into separate parts is possible, for example, for periodic removal of slag from the surface of liquid metal.

Выполнение одного из электродов в виде отдельной средней части вертикального корпуса с герметизацией между этой частью, верхней и нижней частями вертикального корпуса и корпусом шарового дозатора через песочный затвор, снабженный газораспределительной решеткой, коллектором, связанными каналом с зоной нагрева, порошка электрическим током, обеспечивает создание внутри устройства защитной атмосферы в виде оксида углерода, выделяющегося в ходе нагрева порошка и его переплава, а также свободное движение порошка сверху вниз без образования газовых затворов на его пути. The execution of one of the electrodes in the form of a separate middle part of the vertical casing with sealing between this part, the upper and lower parts of the vertical casing and the ball meter body through a sand valve equipped with a gas distribution grid, a collector connected by a channel to the heating zone, and electric current powder create inside protective atmosphere devices in the form of carbon monoxide released during heating of the powder and its remelting, as well as free movement of the powder from top to bottom without I gas gates on his way.

Снабжение устройства дополнительной емкостью, связанной с нижней частью вертикального корпуса в виде сообщающихся сосудов, в которую вставлен второй электрод, погруженный в токопроводящий шлак, и снабжение этой емкости сифонной трубкой, ограничивающей уровень металла в дополнительной емкости, отводящей его в кристаллизатор, обеспечивает более эффективный нагрев стального порошка при его погружении в расплавленный металл второй электрод под действием пондеромоторной силы магнитного поля и перепада температур выше и ниже точки Кюри соответственно заданному уровню расплавленного металла. Providing the device with additional capacity associated with the lower part of the vertical case in the form of communicating vessels, into which a second electrode is inserted immersed in conductive slag, and supplying this capacity with a siphon tube that limits the level of metal in the additional capacity that leads it to the mold, provides more efficient heating steel powder when it is immersed in molten metal, the second electrode under the action of the ponderomotive force of the magnetic field and the temperature drop above and below the Curie point with according to a given level of molten metal.

Claims

A DEVICE FOR HEATING A FERROMAGNETIC DISPERSED MATERIAL, comprising a dispenser made in the form of a hopper and a receiving unit, consisting of a housing covering the housing of the solenoid, graphite electrodes and a gas distribution grid with balls placed on it, a container for liquid metal and an additional solenoid, characterized in that it equipped with an additional tank, sand gates and an additional gas distribution grill located above the main tank, the housing of the receiving unit is made in the form of a hermetically sealed three sections, the middle of which is connected through one of the sand gates to the lower section, the sand gate housing is connected to one of the electrodes placed above the main tank on the side of the outer surface of the lower section on the additional gas distribution grid, the main and additional tanks are connected in the form of communicating vessels and the second electrode is placed in an additional tank in the layer of conductive slag and have a siphon tube to limit the level of metal in the additional tank and drain last in the mold.