УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАВЛЕНИЯ ЦВЕТНОГО МЕТАЛЛА

Изобретение относится к области техники, а именно к устройствам для плавления цветных металлов и сплавов.
Известно устройство, широко применяемое для плавления цветного металла, состоящее из теплоизолированной камеры и содержащее электрические нагреватели в виде спиралей из нихрома или фехраля (см. а.с. СССР №857677). Такое устройство имеют простую конструкцию и имеет широкое распространение.
Недостатком такого устройства является большие габариты и обусловленные этим потери тепловой энергии в окружающую среду, а также малый срок службы нагревателей. Это связано, с тем, что его электрические нагреватели в виде спиралей работают при температуре до 1200°С и обладают низкой удельной мощностью излучения. Поэтому для обеспечения достаточной скорости нагрева такое устройство имеет длинные спирали, а также предварительно прогревается с целью увеличения излучающей поверхности за счет нагретых стенок камеры. При этом нагревательные спирали, незащищенные от воздействия воздуха, даже выполненные из термостойких материалов, выгорают и выходят из строя через 500-800 часов работы.
Необходимость предварительного прогрева в течении нескольких часов, затрудняет использование такого устройства при периодическом его использовании с большими перерывами (более суток). При перерыве на 4-10 часов, устройство на время перерыва не отключается и предварительного разогрева при очередной плавке не требуется, но для поддержания температуры камеры в течение перерыва расходуется электроэнергия, что не экономично.
Известны вакуумные электропечи с экранной теплоизоляцией, содержащие теплоизолированную вакуумную камеру со светоотражающим покрытием ее стенок и высокотемпературные нагреватели, выполненные в виде спиралей из молибдена или вольфрама (см., например, патент №2051323, F27B 3/10 (F27D 11/02), дата публикации 1995.12.27).
В этих печах, благодаря вакууму в камере, нагреватели работают при температуре 2500-3000°С и обладают большой удельной мощностью излучения и длительным сроком службы нагревателей. Это устройство имеет малые тепловые потери в окружающую среду, а также
не обладает инерционность и удобно в использовании при периодической работе.
Недостатком устройства является сложность его конструкции из-за необходимости создания и поддержания вакуума в плавильной камере.
Задачей создания полезной модели является разработка устройства для плавления цветного металла, обеспечивающего при периодической работе высокую экономичность, имеющего простую конструкцию и высокий срок службы нагревателей, и не требующего длительной подготовки перед использованием.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для плавления цветного металла, содержащем теплоизолированную плавильную камеру со светоотражающим покрытием ее стенок, ванну для сбора расплавленного металла и высокотемпературные источники лучевой энергии, в качестве высокотемпературных источников лучевой энергии применены трубчатые галогеновые лампы.
В вариантах исполнения устройства лампы могут быть снабжены параболическими отражателями; в плавильной камере может быть установлен вентилятор циркуляции газовой среды; система подачи электропитания на лампы может иметь регулятор их мощности в зависимости от температуры тазовой среды в плавильной камере; а светоотражающее покрытие стенок плавильной камеры выполнено из низкотемпературного термолюминофора, нанесенного на керамические пластины, установленные в виде экранов на стенках плавильной камеры.
Благодаря применению галогеновых ламп, которые работают аналогично молибденовым спиралям устройства-прототипа, обладают такой же высокой удельной мощностью и длительным сроком службы (до 5000 часов) и не требуют создания вакуума в плавильной камере, предлагаемое устройство не требует разогрева перед работой, имеет высокую экономичность и простую конструкцию. При этом применение параболических отражателей для ламп позволяет концентрировать их излучение на расплавляемом металле и уменьшает нагрев стенок плавильной камеры, а, следовательно, и передачу энергии в окружающее пространство. Применение вентилятора циркуляции газовой среды обеспечивает дополнительный перенос тепла от ламп, отражателей и стенок камеры к расплавляемому металлу. Регулирование мощности ламп в зависимости от температуры тазовой среды предотвращает перегрев ламп и не допускает преждевременный выход их из строя. Светоотражающее покрытие из низкотемпературного термолюминофора, нанесенное на керамические пластины, установленные в виде экранов на стенках плавильной камеры, позволяет получить качественную теплоизоляция при малой толщине стенок плавильной камеры за счет высоких отражательных и излучающих свойств этого материала даже при низких температурах.
Устройство для плавления цветного металла согласно полезной модели раскрывается подробно ниже приведенным описанием и рисунками лучшего варианта конструкции, на которых:
Фиг.1 - иллюстрирует схематично общий вид устройства для плавления цветных металлов согласно полезной модели;
Фиг.2 - иллюстрирует схему управления мощностью ламп устройства.
Показанное на фиг.1 устройство для плавления цветного металла имеет основание 1, на котором с возможностью поворота на опоре 2 установлен плавильный агрегат 3, и мотор-редуктор 4. Плавильный агрегат 3 тягой 5 соединен с рычагом 6, посаженным на выходной вал мотор-редуктора 4.
Плавильный агрегат состоит из плавильной камеры 7 и ванны 8 для сбора расплавленного металла, соединенные шарниром 9. Плавильная камера 7 имеет теплоизолированные стенки с керамическими пластинами 10, установленными на стенках с зазором 10-20 мм в виде экранов. Пластины 10 имеют слой 11 из низкотемпературного термолюминофора. В верхней части плавильной камеры 7 установлены две трубчатые галогеновые лампы 12 и термопара 13. Лампы 12 имеют параболические светоотражатели 14. Установленный между лампами 12 вентилятор 15 обеспечивает циркуляцию газа в плавильной камере двумя потоками, показанными на фиг.1 стрелками.
Ванна 8 имеет носик 16 для слива расплавленного металла, на ее наружной поверхности под слоем 17 из теплоизолирующего материала установлены нагревательные элементы 18.
Между нагревательной камерой 7 и ванной 8 установлен лоток 19, разделяющий их полости на две части, а по периметру их стыка установлен уплотнительный валик 20.
Система управления мощностью ламп 12, показанная на фиг.3, состоит из регулятора напряжения 21, датчика тока 22, термопары 13 и преобразователя 23.
Предлагаемое устройство для плавления цветных металлов согласно полезной модели работает следующим образом.
Механизмом, который на рисунках не показан и в описании не упомянут, плавильная камера 7 поднимается, поворачиваясь на шарнире 9, и удерживается в поднятом положении. Расплавляемый металл 24 в форме бруса стандартного размера устанавливается на лотке 19. Камера 7 опускается и включаются галогеновые лампы 12. Под действием прямого излучения от ламп, отраженного от параболических светоотражателей 14 и
от, покрывающего пластины 10, слоя 11 происходит нагрев, а затем и плавление металла.
Поскольку в галогеновой лампе, за счет использования явления йодо-вольфрамового восстановления, обеспечивается температура нагрева спирали до 2800-3200°С, то мощность ее излучения в 4-5 раз превышает мощность излучения спирали таких же размеров обычных низкотемпературных нагревателей, при сроке службы до 5000 часов. Параболические светоотражатели 14 концентрируют поток излучения непосредственно на расплавляемый металл, уменьшая нагрев стенок камеры и снижая потери энергии в окружающую среду. Покрытие стенок плавильной камеры керамическими пластинами, установленных с зазором 10-20 мм в виде экранов и покрытых слоем 11 из низкотемпературного термолюминофора за счет экранного эффекта и высоких отражательных и излучающих свойств материала покрытия даже при низких температурах, обеспечивает высокие теплоизоляционные свойства стенок плавильной камеры при их толщине 100-120 мм.
Вентилятор 15 циркуляции газовой среды в плавильной камере создает дополнительный перенос тепла от ламп и светоотражателей 14 к расплавляемому металлу газовой средой, охлаждая при этом лампы 12 и светоотражатели 14.
Благодаря этому двух галогеновых ламп мощностью по 5 кВт каждая достаточно для расплавления, например, 25 кг цинка за 20 минут.
При плавлении металл стекает в ванну 8 сначала по лотку 19, а затем по ее наклонной стенке, что исключает образование брызг, способных вывести лампы 12 из строя. При этом окислы металла, как правило более тугоплавкие и прочные чем сам металл, остаются на поверхности расплавляемого бруса до конца его плавления, а затем на лотке 19, с которого удаляются перед новой плавкой. На лотке 19 остаются и другие загрязнения металла. Благодаря уплотнению стыка между плавильной камерой и ванной валиком 20, газовая среда в плавильной камере остается постоянной, что также уменьшает окисление расплавляемого металла и унос энергии.
Нагревательные элементы 18 обеспечивают подогрев стекающего в ванну 8 расплавленного металла и поддержание его температуры на уровне необходимой для последующего использования.
Плавление металла происходит с автоматическим регулированием энергии светового потока, выделяемой лампами 12. При этом за счет контроля температуры газовой среды в плавильной камере 8 термопарами 13 и поддержания ее на уровне максимально возможной, обеспечивается соответствие мощности светового потока той величине энергии, которая может поглощаться поверхностью металла и идет на его плавление.
При включении ламп 12 на них подается максимальное напряжение, обеспечивающее максимальную скорость нагрева. Одновременно с
нагревом расплавляемого металла в плавильной камере происходит нагрев ее газовой среды. При достижении температуры газовой среды в плавильной камере величины установленной на преобразователе 23 (850-900°С), он выдает на регулятор напряжения 21 сигнал для уменьшения напряжения, подаваемого на лампы 12. По мере плавления и уменьшения поверхности металла напряжение, подаваемое на лампы 12, будет уменьшаться. При полном расплавлении, когда потребление энергии на плавление прекратится, преобразователь 23 выдает на регулятор напряжения 21 сигнал, задающий минимальное напряжение. Ток в лампах 12 будет минимальным, и датчик тока 22 выдаст на регулятор напряжения 21 сигнал на их отключение.
После отключения ламп 12 производится слив металла в литейную форму (а фиг.1 не показана), для чего включается мотор-редуктор 4, рычаг 6 которого через тягу 5 поднимает плавильный агрегат 3 с поворотом вокруг опоры 2, обеспечивая слив металла из ванны через носик 16.
Таким образом, предлагаемое устройство для плавления цветного металла согласно полезной модели, обеспечивает расплавление металла с достаточно высокой скоростью и низкими энергетическими потерями, а также имеет простую и компактную конструкцию. Предлагаемое устройство было изготовлено и испытано заявителями с получение хороших результатов при плавлении цинка.