[go: up one dir, main page]

WO2018021934A1 - Method for remelting scrap metal and furnace for the implementation thereof - Google Patents

Method for remelting scrap metal and furnace for the implementation thereof Download PDF

Info

Publication number
WO2018021934A1
WO2018021934A1 PCT/RU2017/000041 RU2017000041W WO2018021934A1 WO 2018021934 A1 WO2018021934 A1 WO 2018021934A1 RU 2017000041 W RU2017000041 W RU 2017000041W WO 2018021934 A1 WO2018021934 A1 WO 2018021934A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
furnace
metal
chamber
chambers
loading
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2017/000041
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Максим Юрьевич ХАЦАЮК
Виктор Николаевич ТИМОФЕЕВ
Петр Алексеевич ХОМЕНКОВ
Евгений Сергеевич ЕЛИЗАРОВ
Виктор Васильевич ТАРАКАНОВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2018021934A1 publication Critical patent/WO2018021934A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D27/00—Stirring devices for molten material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the invention relates to furnaces and methods for melting metals in furnaces, and in particular, but not exclusively, to methods for loading small aluminum waste into a furnace.
  • Metallurgical melting furnaces are designed to carry out the process of heating solid metals to a state of melting. Heating of metal bodies in the natural environment is accompanied by intense oxidation of their surface due to contact with oxygen. Particularly large specific losses of metal on oxides occur during the remelting of thin metal scrap having a relatively large external surface area. At the same time, a dense oxide film and a slag layer are formed on the surface of the liquid metal in the furnace bath, which impede the immersion of small metal particles, such as chips.
  • Melting furnaces are known in which the loading of small metal waste is carried out through a liquid metal funnel created in an additional chamber connected by a piping system to the main volume of the furnace. A funnel is formed due to the forced circulation of the metal.
  • a disadvantage of the known melting furnace is that pipelines are used to connect the main and loading chambers.
  • the intense formation of oxides on surfaces in contact with liquid metal is natural for all metallurgical equipment operating in a natural atmosphere.
  • this problem is especially relevant for closed channels and pipelines of smelting furnaces.
  • the inaccessibility and isolation of pipelines when cleaning or replacing them requires stopping the furnace until it cools completely.
  • the time of continuous operation of the furnace is reduced, which, ultimately, adversely affects the reliability, energy efficiency and production productivity as a whole.
  • the objective of the invention is to increase the period of continuous operation of the melting furnace by ensuring the availability of channels for cleaning.
  • the technical result of the invention is to reduce the need to completely cool the furnace for cleaning, and as a result, the productivity of the furnace is increased.
  • the claimed furnace for remelting metal waste containing the main and loading chambers of the furnace, which is a lined metal frame, the chambers are partially filled with solid and / or liquid metal, an arc induction machine is installed on the outer surface of the loading chamber, characterized in that the inner surface of the loading chamber has a helical shape, cameras
  • Access to the main chamber of the furnace can be additionally done through
  • heaters are installed in the loading chamber.
  • An arc induction machine can be installed on the outer cylindrical part of the surface of the loading chamber.
  • the prechamber and / or loading chamber can be of closed design and equipped with a door or a cover.
  • the remelting furnace may include an immersion flap installed in the channel, or be made with a dividing wall below the working level of liquid metal.
  • Additional heaters may be installed.
  • a method of remelting metal waste characterized by heating metal waste in an induction heating furnace having a main and loading chambers, the temperature of the metal being maintained by radiation and convection from electric or gas heaters, characterized in that the furnace chambers are partially filled with solid and / or liquid metal, an arc induction machine is placed on the outer surface of the loading chamber, and a screw shape is formed on the inner surface of the loading chamber, the chambers are connected by one them flat half-open channel, for access to the main chamber of the furnace using a loading chamber and / or prechamber.
  • the loading of large scrap metal is carried out through the prechamber directly into the main volume of the furnace.
  • the metal is drained through a notch located above the metal level with a rotary furnace and below the metal level with a stationary furnace.
  • the change in the direction and nature of the circulation of the melt is carried out by changing the circuit for connecting the inductor windings in a multiphase network to reverse.
  • FIG. 1 schematically shows the proposed melting furnace.
  • FIG. 2 shows the nature of the circulation of the melt in the feed chamber and the connecting channel.
  • FIG. 3 shows in a projection on a vertical plane a parametric diagram of the mutual arrangement of the generatrix faces of the inner screw surface of the loading chamber and the emerging velocity profile in the connecting channel at different levels of liquid metal.
  • FIG. 4 is an isometric view of the loading chamber with a segment cut in the chamber wall.
  • FIG. 5 schematically shows a melting furnace with separate atmospheres of the main and loading chambers and an additional heater in the loading chamber.
  • the melting furnace includes a main 1 and loading 2 chamber of the furnace, which is a lined metal frame (Fig. 1).
  • the chambers are partially filled with solid and / or liquid metal 3.
  • the metal is heated and maintained by radiation and convection from electric or gas heaters 4.
  • the chambers are interconnected by a flat channel 5.
  • An arc induction machine b is installed on the outer cylindrical part of the surface of the loading chamber (hereinafter referred to as inductor )
  • inductor The inner surface of the loading chamber, formed by the rotation of the line from position 7 to position 8 around axis 9 (the interface between the channel and the loading chamber), has a helical shape.
  • line 8 is located vertically.
  • a prechamber 10 is used to access the main chamber of the furnace.
  • a melting furnace operates as follows. In the furnace due to the thermal action of the heaters, the temperature of the metal is increased and maintained above its melting point.
  • the inductor is connected to a multiphase network, alternating currents begin to flow through the inductor windings, which create a traveling electromagnetic field.
  • a traveling electromagnetic field induces eddy currents in a liquid metal, which, when interacting with the magnetic field of the inductor, lead to the appearance of electromagnetic forces.
  • Electromagnetic forces provide rotation of the molten metal around axis 9 with an average angular velocity where 2 f is the double angular pole division of the inductor, / is the frequency of the inductor, s is the slip (for MHD machines, the characteristic value is 0.7 - 0.8).
  • a funnel is formed on the free surface of the liquid metal in the loading chamber, through which particles 12 of different density, shape and size are loaded (Fig. 1).
  • the loading of large metal scrap 13 is carried out through a pre-chamber directly into the main volume of the furnace.
  • the metal is drained through a recess 14 located above or below the metal level, depending on the type of furnace (rotary or stationary, respectively).
  • the main parameters describing the characteristics of the helical surface of the loading chamber and the occurring helical motion of the liquid metal are similar to the main parameters known from the theory of propellers [3], namely, the radius R, pitch ⁇ and screw installation angle a.
  • FIG. Figure 3 presents a description of the helical surface of the loading chamber of a melting furnace with this set of parameters.
  • the rotational component of the volumetric velocity of the circulation of liquid metal in the loading chamber can be determined from the expression:
  • a change in the circuit for connecting the inductor windings to a multiphase network leads to a change in the direction and nature of the circulation of the melt.
  • the liquid metal moves from the bottom of the loading chamber along the internal helical surface to the upper layers of the metal and then through the channel into the main chamber of the furnace.
  • Such a regime of flows with a decrease in the inductor power promotes the raising of particles of different densities and the introduction of various additives along the metal mirror into the main chamber of the furnace in laminar mode.
  • the remelting furnace may include an immersion flap installed in the channel, or may be made with a dividing wall 16 located below the working level of the liquid metal. With a significant removal of the loading chamber (long channel), additional heaters 17 can be installed to eliminate solidification of the liquid metal.
  • the present invention it is contemplated to use, for example, a mechanical rotator instead of inductor 6.
  • the method of heating the metal may be different, for example, induction heating.
  • the method and apparatus of the present invention can be used to load particles and articles of various origins and sizes.
  • the method and apparatus of the present invention can be applied to metal melts not only based on aluminum.
  • the method and apparatus of the present invention can also be used in a metal refining process.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

The invention relates to furnaces and methods for melting metals in furnaces, and more particularly, but not exclusively, to methods for charging a furnace with small pieces of aluminium scrap. The technical result of the invention is that of reducing the need to completely cool a furnace before cleaning, thus increasing the production rate of the furnace. This technical result is achieved in that a furnace for remelting scrap metal is claimed, comprising a main furnace chamber and a charging chamber, which are in the form of a lined metal shell, said chambers being partially filled with solid and/or liquid metal, and the charging chamber having an arc induction machine mounted on the outside surface thereof, wherein the inside surface of the charging chamber has a helical shape, and the chambers are connected by a single, flat, half-open channel. A method for remelting scrap metal is characterized in that scrap metal is heated in an induction-heated furnace having a main chamber and a charging chamber, wherein the temperature of the metal is maintained by radiation and convection from electric or gas heaters. The chambers of the furnace are partially filled with solid and/or liquid metal, an arc induction machine is mounted on the outside surface of the charging chamber, the inside surface of the charging chamber has a helical shape, the chambers are connected by a single, flat, half-open channel, and the main chamber is accessed via the charging chamber and /or a prechamber.

Description

СПОСОБ ПЕРЕПЛАВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОТХОДОВ И ПЕЧЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ  METHOD FOR SITING OF METAL WASTE AND FURNACE FOR ITS IMPLEMENTATION

ОПИСАНИЕ DESCRIPTION

Изобретение относится к печам и методам плавления металлов в печах и в частности, но не исключительно, к методам загрузки мелких алюминиевых отходов в печь. The invention relates to furnaces and methods for melting metals in furnaces, and in particular, but not exclusively, to methods for loading small aluminum waste into a furnace.

Металлургические плавильные печи предназначены для осуществления процесса нагрева твердых металлов до состояния плавления. Нагрев металлических тел в естественной среде сопровождается интенсивным окислением их поверхности за счет контакта с кислородом. Особенно большие удельные потери металла на окислы происходят при переплавке тонкого металлического лома имеющего сравнительно большую площадь внешней поверхности. Одновременно с этим на поверхности жидкого металла в ванне печи формируется плотная окисная пленка и шлаковый слой, которые препятствуют погружению мелких металлических частиц, таких как стружка. Известны плавильные печи, в которых загрузка мелких металлических отходов осуществляется через жидкометаллическую воронку, создаваемую в дополнительной камере соединённой системой трубопроводов с основным объемом печи. Воронка образуется за счет вынужденной циркуляции металла. Из US2008006973A1 известна печь, в которой металл приводится в движение механическими вращателями. Основным недостатком таких систем является то, что погруженная в расплав часть вращателя должна быть выполнена из материалов устойчивых к высоким температурам и агрессивным средам. Однако такие материалы являются достаточно хрупкими и требуют дополнительного обслуживания и частой замены. Одновременно с этим, такие системы являются громоздкими, так как нуждаются в дополнительной разгонной камере, также заполненной расплавом. Этих недостатков лишены системы, в которых жидкий металл приводится в движение электромагнитным полем. В US2014/0232048 и RU2014103550 представлена система для погружения металлолома, в которой расплав в дополнительной камере разгоняется за счет электромагнитного усилия цилиндрического индукционного насоса установленного на одном из соединительных трубопроводов. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является плавильная печь GB2269889 (опубл.: 23.02.1994) содержащая, основную и загрузочную камеру печи между которыми расплав циркулирует посредством электромагнитного насоса. Metallurgical melting furnaces are designed to carry out the process of heating solid metals to a state of melting. Heating of metal bodies in the natural environment is accompanied by intense oxidation of their surface due to contact with oxygen. Particularly large specific losses of metal on oxides occur during the remelting of thin metal scrap having a relatively large external surface area. At the same time, a dense oxide film and a slag layer are formed on the surface of the liquid metal in the furnace bath, which impede the immersion of small metal particles, such as chips. Melting furnaces are known in which the loading of small metal waste is carried out through a liquid metal funnel created in an additional chamber connected by a piping system to the main volume of the furnace. A funnel is formed due to the forced circulation of the metal. From US2008006973A1, a furnace is known in which metal is driven by mechanical rotators. The main disadvantage of such systems is that the part of the rotator immersed in the melt must be made of materials resistant to high temperatures and aggressive environments. However, such materials are quite fragile and require additional maintenance and frequent replacement. At the same time, such systems are cumbersome, since they need an additional booster chamber, also filled with melt. These disadvantages are deprived of systems in which the liquid metal is driven by an electromagnetic field. In US2014 / 0232048 and RU2014103550 a system for immersion of scrap metal is presented, in which the melt in the additional chamber is accelerated due to the electromagnetic force of the cylindrical induction pump installed on one of the connecting pipelines. Closest to the proposed invention in technical essence is a melting furnace GB2269889 (publ.: 02.23.1994) containing, the main and loading chamber of the furnace between which the melt circulates through an electromagnetic pump.

Недостатком известной плавильной печи является то, что для соединения основной и загрузочной камеры используются трубопроводы. Интенсивное образование окислов на поверхностях, контактирующих с жидким металлом, является естественным для всего металлургического оборудования, работающего в естественной атмосфере. Как известно из [1, 2, 3], эта проблема особенно актуальна для замкнутых каналов и трубопроводов плавильных печей. Труднодоступность и замкнутость трубопроводов при их чистке или замене требует остановки печи до полного остывания. Таким образом, снижается время беспрерывной работы печи, что, в конечном счете, отрицательно сказывается на надежности, энергоэффективности и производительности производства в целом.  A disadvantage of the known melting furnace is that pipelines are used to connect the main and loading chambers. The intense formation of oxides on surfaces in contact with liquid metal is natural for all metallurgical equipment operating in a natural atmosphere. As is known from [1, 2, 3], this problem is especially relevant for closed channels and pipelines of smelting furnaces. The inaccessibility and isolation of pipelines when cleaning or replacing them requires stopping the furnace until it cools completely. Thus, the time of continuous operation of the furnace is reduced, which, ultimately, adversely affects the reliability, energy efficiency and production productivity as a whole.

Задачей изобретения является повышение срока беспрерывной работы плавильной печи за счет обеспечения доступности каналов для чистки. The objective of the invention is to increase the period of continuous operation of the melting furnace by ensuring the availability of channels for cleaning.

Техническим результатом изобретения является снижение потребности полностью остужать печь для чистки и как следствие - повышается производительность печи. The technical result of the invention is to reduce the need to completely cool the furnace for cleaning, and as a result, the productivity of the furnace is increased.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлена печь для переплавки металлических отходов, содержащая, основную и загрузочную камеры печи, представляющие собой футерованный металлокаркас, причем камеры частично заполнены твердым и/или жидким металлом, на внешней поверхности загрузочной камеры установлена дуговая индукционная машина, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность загрузочной камеры имеет винтовую форму, камеры The specified technical result is achieved due to the fact that the claimed furnace for remelting metal waste, containing the main and loading chambers of the furnace, which is a lined metal frame, the chambers are partially filled with solid and / or liquid metal, an arc induction machine is installed on the outer surface of the loading chamber, characterized in that the inner surface of the loading chamber has a helical shape, cameras

соединены одним плоским полуоткрытым каналом. connected by one flat half-open channel.

Доступ в основную камеру печи может быть выполнен дополнительно через  Access to the main chamber of the furnace can be additionally done through

форкамеру. prechamber.

Предпочтительно, в загрузочной камере установлены нагреватели. На внешней цилиндрической части поверхности загрузочной камеры может быть установлена дуговая индукционная машина. Preferably, heaters are installed in the loading chamber. An arc induction machine can be installed on the outer cylindrical part of the surface of the loading chamber.

При необходимости форкамера и/или загрузочная камера могут иметь закрытое исполнение и быть снабжены дверью или крышкой.  If necessary, the prechamber and / or loading chamber can be of closed design and equipped with a door or a cover.

При необходимости печь переплава может включать погружную заслонку, установленную в канале, или быть выполнена с разделительной перегородкой, находящейся ниже рабочего уровня жидкого металла.  If necessary, the remelting furnace may include an immersion flap installed in the channel, or be made with a dividing wall below the working level of liquid metal.

Могут быть установлены дополнительные нагреватели. Additional heaters may be installed.

Способ переплавки металлических отходов, характеризующийся нагревом металлических отходов в печи с индукционным нагревом, имеющей основную и загрузочную камеры, причем поддержание температуры металла осуществляют излучением и конвекцией от электрических или газовых нагревателей, отличающийся тем, что камеры печи частично заполняют твердым и/или жидким металлом, на внешней поверхности загрузочной камеры размещают дуговую индукционную машину, а внутреннюю поверхность загрузочной камеры формируют винтовой формы, камеры соединяют одним плоским полуоткрытым каналом, для доступа в основную камеру печи используют загрузочную камеру и/или форкамеру.  A method of remelting metal waste, characterized by heating metal waste in an induction heating furnace having a main and loading chambers, the temperature of the metal being maintained by radiation and convection from electric or gas heaters, characterized in that the furnace chambers are partially filled with solid and / or liquid metal, an arc induction machine is placed on the outer surface of the loading chamber, and a screw shape is formed on the inner surface of the loading chamber, the chambers are connected by one them flat half-open channel, for access to the main chamber of the furnace using a loading chamber and / or prechamber.

Загрузку крупного металлического лома осуществляют через форкамеру непосредственно в основной объем печи.  The loading of large scrap metal is carried out through the prechamber directly into the main volume of the furnace.

Слив металла осуществляют через летку, расположенную выше уровня металла при поворотной печи и ниже уровня металла при стационарной печи.  The metal is drained through a notch located above the metal level with a rotary furnace and below the metal level with a stationary furnace.

Изменение направления и характера циркуляции расплава осуществляют путем изменения схемы включения обмоток индуктора в многофазную сеть на реверс. The change in the direction and nature of the circulation of the melt is carried out by changing the circuit for connecting the inductor windings in a multiphase network to reverse.

Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings

На фиг. 1 схематично представлена предлагаемая плавильная печь.  In FIG. 1 schematically shows the proposed melting furnace.

На фиг. 2 представлен характер циркуляции расплава в загрузочной камере и соединительном канале.  In FIG. 2 shows the nature of the circulation of the melt in the feed chamber and the connecting channel.

На фиг. 3 представлена в проекции на вертикальную плоскость параметрическая схема взаимного расположения образующих граней внутренней винтовой поверхности загрузочной камеры и формирующийся профиль скорости в соединительном канале при различном уровне жидкого металла. In FIG. 3 shows in a projection on a vertical plane a parametric diagram of the mutual arrangement of the generatrix faces of the inner screw surface of the loading chamber and the emerging velocity profile in the connecting channel at different levels of liquid metal.

На фиг. 4 представлена изометрическая проекция загрузочной камеры с вырезанным в стенке камеры сегментом.  In FIG. 4 is an isometric view of the loading chamber with a segment cut in the chamber wall.

На фиг. 5 схематично представлена плавильная печь с раздельными атмосферами основной и загрузочной камер и дополнительным нагревателем в загрузочной камере.  In FIG. 5 schematically shows a melting furnace with separate atmospheres of the main and loading chambers and an additional heater in the loading chamber.

Осуществление изобретения The implementation of the invention

Плавильная печь включает основную 1 и загрузочную 2 камеры печи, представляющие собой футерованный металлокаркас (фиг. 1). Камеры частично заполнены твердым и/или жидким металлом 3. Нагрев и поддержание температуры металла осуществляется излучением и конвекцией от электрических или газовых нагревателей 4. Камеры соединены между собой плоским каналом 5. На внешней цилиндрической части поверхности загрузочной камеры установлена дуговая индукционная машина б (далее индуктор). Внутренняя поверхность загрузочной камеры, образованная вращением линии от положения 7 до положения 8 вокруг оси 9 (грани сопряжения канала и загрузочной камеры), имеет винтовую форму. В частном случае линия 8 расположена вертикально. Для доступа в основную камеру печи используется форкамера 10.  The melting furnace includes a main 1 and loading 2 chamber of the furnace, which is a lined metal frame (Fig. 1). The chambers are partially filled with solid and / or liquid metal 3. The metal is heated and maintained by radiation and convection from electric or gas heaters 4. The chambers are interconnected by a flat channel 5. An arc induction machine b is installed on the outer cylindrical part of the surface of the loading chamber (hereinafter referred to as inductor ) The inner surface of the loading chamber, formed by the rotation of the line from position 7 to position 8 around axis 9 (the interface between the channel and the loading chamber), has a helical shape. In a particular case, line 8 is located vertically. A prechamber 10 is used to access the main chamber of the furnace.

Плавильная печь работает следующим образом. В печи за счет теплового действия нагревателей осуществляется повышение и поддержание температуры металла выше его точки плавления. При включении индуктора в многофазную сеть по обмоткам индуктора начинают протекать переменные токи, которые создают бегущее электромагнитное поле. Бегущее электромагнитное поле наводит вихревые токи в жидком металле, которые взаимодействуя с магнитным полем индуктора, приводят к возникновению электромагнитных сил. Электромагнитные силы обеспечивают вращение жидкого металла вокруг оси 9 со средней угловой скоростью

Figure imgf000006_0001
где 2 ф - двойное угловое полюсное деление индуктора, /- частота питания индуктора, s - скольжение (для МГД машин характерным является значение 0.7 - 0.8). За счет винтовой формы внутренней поверхности загрузочной камеры вращательное движение жидкого металла переходит в винтовое по траектории 11 (фиг. 2), то есть возникает поступательная составляющая движения. В загрузочной камере поступательная составляющая винтового движения гидродинамического потока жидкого металла направленна по оси вращения 9. Далее, поток жидкого металла, встречаясь у основания с вытянутой частью стенки канала (область 5а), движется в основную камеру печи. В верхних слоях (область 56) жидкий металл в канале движется в противоположном направлении (из основной камеры) за счет характера циркуляции жидкого металла в загрузочной камере. Таким образом, на свободной поверхности жидкого металла в загрузочной камере образуется воронка, через которую осуществляется загрузка частиц 12 различной плотности, формы и размера (фиг. 1). Загрузка крупного металлического лома 13 осуществляется через форкамеру непосредственно в основной объем печи. Слив металла осуществляется через летку 14 расположенную выше или ниже уровня металла в зависимости от типа печи (поворотная или стационарная, соотвественно). Основные параметры, описывающие характеристики винтовой поверхности загрузочной камеры и возникающего винтового движения жидкого металла аналогичны основным параметрам известным из теории гребных винтов [3], а именно радиус R, шаг Δ и угол установки винта а. На фиг. 3 представлено описание винтовой поверхности загрузочной камеры плавильной печи данным набором параметров. Путем интегрирования линейной скорости вращательного движения через сечение Sex образованное винтовой поверхностью, получено выражение определяющее объемную скорость (расход) жидкого металла через канал (поступательная составляющая) без учета загрузки частиц: A melting furnace operates as follows. In the furnace due to the thermal action of the heaters, the temperature of the metal is increased and maintained above its melting point. When the inductor is connected to a multiphase network, alternating currents begin to flow through the inductor windings, which create a traveling electromagnetic field. A traveling electromagnetic field induces eddy currents in a liquid metal, which, when interacting with the magnetic field of the inductor, lead to the appearance of electromagnetic forces. Electromagnetic forces provide rotation of the molten metal around axis 9 with an average angular velocity
Figure imgf000006_0001
where 2 f is the double angular pole division of the inductor, / is the frequency of the inductor, s is the slip (for MHD machines, the characteristic value is 0.7 - 0.8). Due to the screw shape of the inner surface of the loading chamber, the rotational movement of the liquid metal passes into the screw along the path 11 (Fig. 2), that is, a translational component of the movement occurs. In the loading chamber, translational the component of the helical movement of the hydrodynamic flow of liquid metal is directed along the axis of rotation 9. Next, the flow of liquid metal, meeting at the base with an elongated part of the channel wall (region 5a), moves into the main chamber of the furnace. In the upper layers (region 56), the liquid metal in the channel moves in the opposite direction (from the main chamber) due to the nature of the circulation of the liquid metal in the loading chamber. Thus, a funnel is formed on the free surface of the liquid metal in the loading chamber, through which particles 12 of different density, shape and size are loaded (Fig. 1). The loading of large metal scrap 13 is carried out through a pre-chamber directly into the main volume of the furnace. The metal is drained through a recess 14 located above or below the metal level, depending on the type of furnace (rotary or stationary, respectively). The main parameters describing the characteristics of the helical surface of the loading chamber and the occurring helical motion of the liquid metal are similar to the main parameters known from the theory of propellers [3], namely, the radius R, pitch Δ and screw installation angle a. In FIG. Figure 3 presents a description of the helical surface of the loading chamber of a melting furnace with this set of parameters. By integrating the linear velocity of rotational motion through S ex-section formed by a helical surface, obtained by expression defining a space velocity (flow rate) of the liquid metal through the channel (translational component) without loading of particles:

Qnocm * ~ (R3 - (R - Δ)3) · tan α · а>. Qnocm * ~ (R 3 - (R - Δ) 3 ) tan α

Так как жидкий металл при характерных для металлургического применения скоростях можно принять несжимаемым, справедливо равенство

Figure imgf000007_0001
где Qex, Овых - объемная скорость в нижних/верхних слоях жидкого металла в канале, йзагр - объемная скорость загрузки частиц. При этом распределение линейной скорости движения V по высоте канала в верхних слоях жидкого металла зависит от уровня заполнения печи hMem. Since liquid metal can be assumed to be incompressible at characteristic speeds typical for metallurgical applications, the equality
Figure imgf000007_0001
where Q ex , Ovikh is the space velocity in the lower / upper layers of the liquid metal in the channel, and zag is the space velocity of the particle loading. The distribution of the linear velocity V over the channel height in the upper layers of the liquid metal depends on the filling level of the furnace h Mem .

Вращательная составляющая объемной скорости циркуляции жидкого металла в загрузочной камере может быть определена из выражения:  The rotational component of the volumetric velocity of the circulation of liquid metal in the loading chamber can be determined from the expression:

Qepc/щ QeuHm Qnocm * ^иего Qnocm' Qepc / Щ QeuHm Qnocm * ^ and its Qnocm '

где Qeunm - объемная скорость циркуляции жидкого металла в загрузочной камере. Таким образом, выбор параметров винтовой поверхности (R, Δ и ) и параметров индуктора (ф и /) определяет массобмен основной и загрузочной камер печи и время циркуляции загружаемых частиц в загрузочной камере. Например, при создании плавильной печи ориентированной на переплавку мелких отходов алюминиевого производства, рационально выбрать большие значения угла и шага винтовой поверхности, так как стоит задача загрузки больших объемов частиц с максимальной скоростью под свободную поверхностью жидкого металла в основную камеру печи. При создании печи для приготовления алюминиевых сплавов, в составе которых присутствуют тугоплавкие компоненты, рационально выбрать небольшие значения угла и шага для увеличения времени нахождения легирующих компонентов в условиях интенсивной вынужденной конвекции в загрузочной камере до их полного растворения. where Qeunm is the volumetric velocity of the circulation of liquid metal in the loading chamber. Thus, the choice of the parameters of the helical surface (R, Δ and) and the parameters of the inductor (f and /) determines the mass transfer of the main and loading chambers of the furnace and the circulation time of the loaded particles in the loading chamber. For example, when creating a melting furnace focused on the remelting of small waste from aluminum production, it is rational to choose large values of the angle and pitch of the screw surface, since the task is to load large volumes of particles at maximum speed under the free surface of the liquid metal into the main chamber of the furnace. When creating a furnace for the preparation of aluminum alloys, which contain refractory components, it is rational to choose small values of the angle and step to increase the residence time of alloying components in conditions of intense forced convection in the loading chamber until they are completely dissolved.

Изменение схемы включения обмоток индуктора в многофазную сеть (реверс) приводит к изменению направления и характера циркуляции расплава. При этом жидкий металл движется со дна загрузочной камеры по внутренней винтовой поверхности к верхним слоям металла и далее через канал в основную камеру печи. Такой режим течений при понижении мощности индуктора способствует поднятию частиц различной плотности и введению различных добавок по зеркалу металла в основную камеру печи в ламинарном режиме.  A change in the circuit for connecting the inductor windings to a multiphase network (reverse) leads to a change in the direction and nature of the circulation of the melt. In this case, the liquid metal moves from the bottom of the loading chamber along the internal helical surface to the upper layers of the metal and then through the channel into the main chamber of the furnace. Such a regime of flows with a decrease in the inductor power promotes the raising of particles of different densities and the introduction of various additives along the metal mirror into the main chamber of the furnace in laminar mode.

Для проверки эффекта образования воронки под действием электромагнитного поля индуктора в жидком металле в загрузочной камере с винтовой формой внутренней поверхности и оценки массообменных процессов между камерами плавильной печи была создана математическая модель магнитогидродинамических процессов в данной системе с учетом свободной поверхности. Полученные на математической модели результаты позволили оценить эффективность способа и подтвердили достижение заявляемых в изобретении эффектов (фиг. 5 а, б). Для проверки результатов получаемых на математической модели была создана физическая модель установки и проведен эксперимент. Сравнение результатов математического и физического моделирования подтвердило правильность построенной математической модели и получаемых с ее помощью результатов (фиг. 5 в).  To check the effect of the formation of a funnel under the influence of the electromagnetic field of the inductor in the molten metal in the loading chamber with a helical shape of the inner surface and to evaluate the mass transfer processes between the chambers of the melting furnace, a mathematical model of magnetohydrodynamic processes in this system was created taking into account the free surface. The results obtained on a mathematical model made it possible to evaluate the effectiveness of the method and confirmed the achievement of the effects claimed in the invention (Fig. 5 a, b). To verify the results obtained on a mathematical model, a physical installation model was created and an experiment was conducted. A comparison of the results of mathematical and physical modeling confirmed the correctness of the constructed mathematical model and the results obtained with its help (Fig. 5 c).

При необходимости изолировать печное пространство от внешней атмосферы форка ера и/или загрузочная камера могут иметь закрытое исполнение и быть снабжены дверью или крышкой 15 (фиг. 6). При необходимости разделить атмосферы основной и загрузочной камеры, печь переплава может включать погружную заслонку, установленную в канале, или быть выполнена с разделительной перегородкой 16, находящейся ниже рабочего уровня жидкого металла. При значительном удалении загрузочной камеры (длинном канале) для устранения застывания жидкого металла могут быть установлены дополнительные нагреватели 17. If necessary, isolate the furnace space from the outside atmosphere. fork Era and / or loading chamber may have a closed design and be equipped with a door or cover 15 (Fig. 6). If it is necessary to separate the atmospheres of the main and loading chambers, the remelting furnace may include an immersion flap installed in the channel, or may be made with a dividing wall 16 located below the working level of the liquid metal. With a significant removal of the loading chamber (long channel), additional heaters 17 can be installed to eliminate solidification of the liquid metal.

В качестве альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения предусматривается использование, например, механического вращателя вместо индуктора 6. Способ нагрева металла может иным, например, индукционный нагрев. Способ и устройство по настоящему изобретению могут быть использованы для загрузки частиц и изделий различного происхождения и размеров. Способ и устройство по настоящему изобретению могут применяться для металлических расплавов не только на основе алюминия. Способ и устройство по настоящему изобретению также могут быть использованы в процессе рафинирования металла.  As an alternative embodiment of the present invention, it is contemplated to use, for example, a mechanical rotator instead of inductor 6. The method of heating the metal may be different, for example, induction heating. The method and apparatus of the present invention can be used to load particles and articles of various origins and sizes. The method and apparatus of the present invention can be applied to metal melts not only based on aluminum. The method and apparatus of the present invention can also be used in a metal refining process.

Источники информации: Information sources:

1. Williams D.C., Naro R.L., Mechanism and control of build up phenomenon in channel induction and pressure pouring furnaces - part 1. - Ductile Iron News, 2007, Issue 1  1. Williams D.C., Naro R.L., Mechanism and control of build up phenomenon in channel induction and pressure pouring furnaces - part 1. - Ductile Iron News, 2007, Issue 1

2. Золотухин В.А. О некоторых причинах зарастания каналов при плавке алюминиевых сплавов в индукционных печах. - Технология легких сплавов, 1973, N2 4, с. 70-73  2. Zolotukhin V.A. About some reasons for channel overgrowing during the melting of aluminum alloys in induction furnaces. - Technology of light alloys, 1973, N2 4, p. 70-73

3. Басин A.M., Миниович И.Я., Теория и расчет гребных винтов. Л.: Судпромгиз, 1963, 760 с.  3. Basin A.M., Miniovich I.Ya., Theory and calculation of propellers. L .: Sudpromgiz, 1963, 760 p.

Claims

Формула изобретения Claim 1. Способ переплавки металлических отходов, характеризующийся нагревом металлических отходов в печи с индукционным нагревом, имеющей основную и загрузочную камеры, причем поддержание температуры металла осуществляют излучением и конвекцией от электрических или газовых нагревателей, отличающийся тем, что камеры печи частично заполняют твердым и/или жидким металлом, на внешней поверхности загрузочной камеры размещают дуговую индукционную машину, а внутреннюю поверхность загрузочной камеры формируют винтовой формы, камеры соединяют одним плоским полуоткрытым каналом, для доступа в основную камеру печи используют загрузочную камеру и/или форкамеру. 1. The method of remelting metal waste, characterized by heating metal waste in an induction heating furnace having a main and loading chambers, the temperature of the metal being maintained by radiation and convection from electric or gas heaters, characterized in that the furnace chambers are partially filled with solid and / or liquid metal, an arc induction machine is placed on the outer surface of the loading chamber, and a screw shape is formed on the inner surface of the loading chamber, the chambers are connected These flat half open channel for access to the main chamber of the furnace using a feed chamber and / or the prechamber. 2. Способ по п.1 отличающийся тем, что загрузку крупного металлического лома осуществляют через форкамеру непосредственно в основной объем печи.  2. The method according to claim 1, characterized in that the loading of large scrap metal is carried out through a prechamber directly into the main volume of the furnace. 3. Способ по п.1 отличающийся тем, что слив металла осуществляют через летку, расположенную выше уровня металла при поворотной печи и ниже уровня металла при стационарной печи.  3. The method according to claim 1, characterized in that the metal is drained through a notch located above the metal level with a rotary furnace and below the metal level with a stationary furnace. 4. Способ по п.1 отличающийся тем, что изменение направления и характера циркуляции расплава осуществляют путем изменения схемы включения обмоток индуктора в многофазную сеть на реверс.  4. The method according to claim 1, characterized in that the change in the direction and nature of the circulation of the melt is carried out by changing the circuit for switching the inductor windings into a multiphase network to reverse. 5. Печь для переплавки металлических отходов, содержащая, основную и  5. Furnace for the smelting of metal waste, containing, basic and загрузочную камеры печи, представляющие собой футерованный  loading chamber of the furnace, which is lined металлокаркас, причем камеры частично заполнены твердым и/или жидким металлом, на внешней поверхности загрузочной камеры установлена дуговая индукционная машина, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность загрузочной камеры имеет винтовую форму, камеры соединены одним плоским полуоткрытым каналом.  a metal frame, wherein the chambers are partially filled with solid and / or liquid metal, an arc induction machine is installed on the outer surface of the loading chamber, characterized in that the inner surface of the loading chamber has a helical shape, the chambers are connected by one flat half-open channel. 6. Печь по п.5 отличающаяся тем, что доступ в основную камеру печи выполнен дополнительно через форкамеру.  6. The furnace according to claim 5, characterized in that the access to the main chamber of the furnace is additionally made through a prechamber. 7. Печь по п.5 отличающаяся тем, что в загрузочной камере установлены  7. The furnace according to claim 5, characterized in that the boot chamber is installed нагреватели. heaters. 8. Печь по п.5 отличающаяся тем, что на внешней цилиндрической части поверхности загрузочной камеры установлена дуговая индукционная машина.8. The furnace according to claim 5, characterized in that an arc induction machine is installed on the outer cylindrical part of the surface of the loading chamber. 9. Печь по п.6 отличающаяся тем, что форкамера и/или загрузочная камера имеют закрытое исполнение и снабжены дверью или крышкой. 9. The furnace according to claim 6, characterized in that the prechamber and / or loading chamber are of a closed design and equipped with a door or a lid. 10. Печь по п.5 отличающаяся тем, что печь переплава включает погружную заслонку, установленную в канале, или выполнена с разделительной перегородкой, находящейся ниже рабочего уровня жидкого металла.  10. The furnace according to claim 5, characterized in that the remelting furnace includes an immersion flap installed in the channel, or is made with a dividing wall located below the working level of liquid metal. 11. Печь по п.5 отличающаяся тем, что установлены дополнительные нагреватели.  11. The furnace according to claim 5, characterized in that additional heaters are installed.
PCT/RU2017/000041 2016-07-25 2017-01-30 Method for remelting scrap metal and furnace for the implementation thereof Ceased WO2018021934A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016130525A RU2677549C2 (en) 2016-07-25 2016-07-25 Method of remelting metal wastes and furnace for its implementation
RU2016130525 2016-07-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018021934A1 true WO2018021934A1 (en) 2018-02-01

Family

ID=61016493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000041 Ceased WO2018021934A1 (en) 2016-07-25 2017-01-30 Method for remelting scrap metal and furnace for the implementation thereof

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2677549C2 (en)
WO (1) WO2018021934A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2269889A (en) * 1992-08-21 1994-02-23 Cookson Group Plc Melting furnace
US6217823B1 (en) * 1998-03-30 2001-04-17 Metaullics Systems Co., L.P. Metal scrap submergence system
RU2443961C2 (en) * 2006-04-19 2012-02-27 Сиа "Горс" Method and device for induction stirring of liquid metal
US20140232048A1 (en) * 2011-07-07 2014-08-21 Pyrotek, Inc. Scrap submergence system
US20160138868A1 (en) * 2013-06-21 2016-05-19 Emp Technologies Limited Metallurgical apparatus

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011074072A1 (en) * 2009-12-15 2011-06-23 浜松ホトニクス株式会社 Method of welding resin
JP5813693B2 (en) * 2013-04-23 2015-11-17 高橋 謙三 Molten metal circulation drive device and main bus having the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2269889A (en) * 1992-08-21 1994-02-23 Cookson Group Plc Melting furnace
US6217823B1 (en) * 1998-03-30 2001-04-17 Metaullics Systems Co., L.P. Metal scrap submergence system
RU2443961C2 (en) * 2006-04-19 2012-02-27 Сиа "Горс" Method and device for induction stirring of liquid metal
US20140232048A1 (en) * 2011-07-07 2014-08-21 Pyrotek, Inc. Scrap submergence system
US20160138868A1 (en) * 2013-06-21 2016-05-19 Emp Technologies Limited Metallurgical apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016130525A (en) 2018-01-30
RU2677549C2 (en) 2019-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3011245B1 (en) Method for holding and circulating a liquid metal and apparatus therefore
US7169350B2 (en) Method and apparatus for making a thixotropic metal slurry
EP1292411B1 (en) Production of on-demand semi-solid material for castings
HK1054524A1 (en) Apparatus for magnetically stirring a thixotropic metal slurry
Spitans et al. Large-scale levitation melting and casting of titanium alloys
CN105296774A (en) Electromagnetic induction vacuum device for titanium-based alloy smelting and mix-melting
CN115125396B (en) Control method for refining and removing inclusions of special steel dendrites by adopting VAR (variable valve area) process
CN108984918A (en) A kind of prediction technique of electroslag remelting comsumable melt rate
CN104128573A (en) Method and apparatus for reducing bubbles or gas pockets in a metal ingot using a continuous casting mold
US3851090A (en) Means for melting, holding and tapping metals or metal alloys
CN111372705B (en) Moulding method and device for metal glass in particular
RU2677549C2 (en) Method of remelting metal wastes and furnace for its implementation
US20180245852A1 (en) Electric immersion aluminum holding furnace with circulation means and related method
US6240120B1 (en) Inductive melting of fine metallic particles
US8917754B2 (en) Aluminum melting apparatus
JP6925317B2 (en) Metallurgy
CN107660264A (en) For melting and handling the stove and method of metal and scrap metal
CN206656599U (en) A kind of smelting apparatus
CN210741076U (en) Heating device of silver ingot manufacturing equipment
Goman et al. Modeling electromagnetic stirring processes during continuous casting of large-format slabs
JP2016107333A (en) Nonferrous metal melting furnace, nonferrous metal melting method and nonferrous metal melting equipment
Pavlovs et al. LES-study of heat transfer in the melt for metallurgical MHD devices with power supply by inductor and over electrodes
Kaldre et al. Contactless electromagnetic method for aluminium degassing
RU2814835C2 (en) Vacuum installation for casting blade castings with directional and monocrystalline structure
KR20250026445A (en) Electromagnetic stirring device and method for melting and distribution furnaces for non-ferrous high alloyed alloys

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17834848

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17834848

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1