ЭЛЕКТРОПЕЧЬ-МИКСЕР

Изобретение относится к печам для плавления металлов, приготовления сплавов и их разливки в условиях агрессивных сред в литейном производстве и может быть использовано в металлургической и машиностроительной промышленности.
Известен «Электрический миксер для приготовления алюминия и его сплавов», включающий металлический каркас с теплоизоляцией, футеровку, арочный свод с установленными на нем электронагревателями и окна для чистки (Патент РФ №38915, опубл. в БИ №19 10.07.2004 г.)
Недостатками конструкции являются: открытый нагревательный элемент, по которому протекает электрический ток; большое расстояние от электронагревателей до металла; теплопередача осуществляется путем излучения, что предопределяет работу нагревателей при предельных температурах и уменьшает срок их эксплуатации; нагрев со стороны зеркала расплава вызывает перегрев жидкого металла в верхних слоях, что увеличивает окисление и адгезию газов в расплав и снижает его качество; воздействие на нагреватель агрессивных сред и газов, испаряющихся из расплава, вызывает ускоренный износ нагревательного элемента.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является электропечь-миксер, содержащая каркас, футеровку, дверки, нагреватели, защищенные кожухом и расположенные в подсводовом пространстве, термоэлектрический термометр, летки, заливной-переливной карман (Электротермическое оборудование: Справочник  / Под. общ. ред. А.П.Альтгаузена. - 2-е изд., перераб. и доп. - М: Энергия, 1980. - 416 с. (стр.200).
Однако в известном устройстве нагрев металла в электропечи-миксере происходит в основном за счет передачи теплоты излучением от нагревательного элемента к кожуху, а от кожуха нагревателя к расплаву, что предопределяет работу самих нагревательных элементов при предельных температурах и обуславливает их быстрый выход из строя. Кроме того, прогрев расплава происходит со стороны зеркала металла, а при отсутствии конвективного теплообмена для доведения всего объема расплава до однородной температуры необходимо задействовать, например, механические, пневматические, гидромеханические или электромагнитные перемешиватели расплава, что увеличивает энергозатраты и усложняет конструкцию электропечи-миксера.
В основу изобретения положена задача повышения тепловой эффективности нагрева металла в электропечи - миксере за счет использования прямой теплопередачи между нагревателями, огнеупорным слоем футеровки подины ванны и расплавом, а также путем увеличения конвективной теплопередачи в самом металле, находящемся в электропечи - миксере.
Поставленная задача решается тем, что в электропечи -миксере, содержащей металлический каркас, футерованную ванну, рабочее окно, дверь рабочего окна, термоэлектрический термометр для измерения температуры металла, летку, заливной-переливной карман, дверку заливного-переливного кармана и нагреватели, согласно изобретению, нагреватели установлены в огнеупорном слое футеровки подины ванны и защищены расплавостойким высокотеплопроводным кожухом.
На фиг.1 изображена электропечь-миксер с нагревателями в футеровке подины, расположенными перпендикулярно фронтальной стороне; на фиг.2 - сечение А-А по фиг.1; на фиг.3 изображена электропечь-миксер в поперечном разрезе с нагревателями в футеровке подины, расположенными параллельно фронтальной стороне; на фиг.4 - сечение Б-Б по фиг.3.
Электропечь-миксер включает металлический каркас 1, футерованную ванну 2, рабочее окно 3 с дверью 4 рабочего окна 3, термоэлектрический термометр 5 для измерения температуры металла, летку 6, заливной-переливной карман 7 с дверкой 8, нагреватели 9, защищенные расплавостойкими кожухами 10, огнеупорный слой 11, буферный слой 12, теплозащитный слой 13 футеровки ванны 2, расплав 14.
Заявляемая электропечь-миксер работает следующим образом. При подаче напряжения на нагревательные элементы нагревателей 9 происходит их разогрев и разогрев расплавостойких кожухов 10 нагревателей 9 до требуемой температуры, например, 850°С. Нагреватели установлены в огнеупорном слое 11 футеровки ванны 2, которая за счет прямой теплопередачи от расплавостойкого высокотеплопроводного кожуха 10 (например, из сплава 45Х25Н35БС) нагревателя 9 также разогревается и на границе «футеровка - расплав» достигает требуемой величины, например, 750°С.
За счет интенсивного конвективного теплообмена воздуха в рабочем пространстве электропечи-миксера, прямой теплопередачи и нагрева излучением, температура футеровки боковых стен ванны 2 и свода электропечи-миксера достигает требуемых температур, например 745°С.
После разогрева электропечи-миксера в ванну 2 заливается жидкая шихта (расплавленный металл) или загружается твердая шихта для расплавления.
При температуре воздушной среды в рабочем пространстве электропечи-миксера 745°С, температуре жидкой шихты 750°С и температуре нагревателей 850°С, температурный перепад в огнеупорном слое 11 футеровки при расстоянии 150 миллиметров от разогретого нагревателя 9 до границы «футеровка-расплав» достигает в установившемся режиме около 100°С.
За счет высокой теплопроводности расплава металла, например, жидкого алюминия температура на поверхности зеркала металла при высоте столба металла 1100 миллиметров составит около 742°С (без учета конвективного тепломассообмена). При учете конвективного тепломассообмена между разогретым нижним слоем расплава металла и менее разогретым верхним слоем металлического расплава, перепад температур по высоте столба металла будет еще меньше.
Температура в рабочем пространстве электропечи-миксера, не заполненном жидким металлом, также будет интенсивно выравниваться за счет прямой теплопередачи от футеровки подины ванны к футеровке стен, а также за счет конвективного теплообмена слоев нагретого воздуха у подины ванны и менее нагретого воздуха в верхних слоях подсводового пространства. При этом температура будет равномерно распределяться в рабочем пространстве электропечи-миксера.
Нагреватели, установленные в футеровке подины ванны электропечи-миксера, могут располагаться перпендикулярно рабочему окну, обращенные электрическими выводами в сторону летки или в сторону рабочего окна. При расположении нагревателей в футеровке подины ванны параллельно рабочему окну, электрические выводы будут направлены в стороны торцевых стенок.
Предлагаемая электропечь-миксер имеет ряд преимуществ перед известными:
- обеспечивается прямой контакт между нагревателями, футеровкой подины ванны и нижними слоями расплава, что повышает нагрев расплава и активизирует конвективный теплообмен в нем;
- выравнивается температура по высоте столба и объему расплава в электропечи-миксере и поддерживается в технологическом диапазоне, например 720-750°С для алюминия, что снижает адгезию газов, окисление металлического расплава, образование шлаков;
- снижаются тепловые потери электропечи-миксера за счет уменьшения высоты рабочего пространства и снижения температуры под сводом до 750°С при исключении нагревателей из подсводового пространства;
- снижается рабочая температура нагревателей от 950-1000°С при их расположении под сводом до 800-850°С при расположении их в подине, что значительно увеличивает их срок службы;
- металлизация огнеупорного слоя футеровки при расположении нагревателей в подине приводит к интенсификации теплоотдачи от них;
- расположение нагревателей в огнеупорном слое футеровки подины ванны электропечи-миксера защищает нагреватели от интенсивного зашлаковывания и обеспечивает им стабильный температурный режим эксплуатации, что увеличивает срок службы нагревателей.