Устройство для плавления материалов

Устройство для плавления материалов
Техническое решение относится к области термической обработки и/или переработки материалов, в том числе металлов, руд, шлаков и шлакообразующих материалов, силикатов, шламов, а также промышленных и бытовых отходов на уровне мало- и среднетоннажных производств, и может быть использовано при производстве металлов, силикатных изделий, теплоизоляционных и фильтрующих материалов применяемых в строительстве, химической промышленности, при очистке жидких стоков, в быту и т. д., с использованием одного или нескольких тиглей.
Известно устройство для получения чистых металлов (GB, заявка 2048309), содержащее две последовательно установленные печи, соединенные протоком, причем выход второй печи соединен с отверстием для слива металла.
Недостатком известного устройства следует признать затраты большого количества электрической энергии, необходимой для прогрева отверстия для слива металла.
Известно также устройство для получения металла путем восстановительной плавки (US, авторское свидетельство 602580). Известное устройство содержит водоохлаждаемый корпус, огнеупорную футеровку с графитовым тиглем и огнеупорную засыпку между ними, электрод, опускаемый в тигель и подовый анод, причем на внешней стороне корпуса выполнено отверстие для слива металла, соединенное протоком с внутренним объемом тигля.
высоких потерь тепловой энергии в процессе плавки, а также частого проведения ремонтных работ.
Техничес1ая задача, решаемая посредством предложенного устройства, состоит в разработке взаимного расположения элементов ус1ройства.
Технический результат, получаемый при реализации предложенного устройства, состоит в снижении себестоимости выплавки за счет устранения расхода тепловой энергии для разогрева отверстия для слива, а также уменьшения аварийности процесса за счет устранения возможности застывания расплава в отверстии для слива.
Для достижения предложенного технического результата предложено использовать устройство для плавления материалов, содержащее, по меньшей мере, один плавильный тигель, выход которого соединен с отверстием для слива готового расплава, причем или тигель выполнен кольцевым, при этом отверстие для слива расплава расположено внугри внутреннего кольца тигля, или устройство содержит, по меньшей мере, три тигля, расположенных во1фуг отверстия для слива расплава, при этом во всех  реализации конфигурация тигля и/или расположение тиглей выбраны таким образом, чтобы суммарная выделяемая устройством тепловая энергия была достаточна для поддержания в районе отверстия для слива расплава температуры, превышающей температуру плавления материала. Выходы всех тиглей могут быть соединены с отверстием для слива расплава, однако более предпочтителен вариаф: реализации устройства, когда тигли установлены последовательно, причем выход каждого предыдущего тигля соединен  с емкостью последующего, а выход последнего тигля соединен с отверстием для
центры тиглей расположены по замкнутой 1фивой во1фуг отверстия. Это облегчает расчет количества тепловой энергии, выделяемой внепгаей стороной тиглей и посзупающей в зону отверстия для слива расплава. Поскольку не исключена возможность изменения назначения устройства (изменение расплавляемого материала), что приведет к необходимости изменения температуры в зоне для слива расплава. Кроме того, изменение температуры расплава в тиглях щ)иведет к изменению количества выделяемой внешней поверхностью тигля тепловой энергии), то тигли могут быть установлены с возможностью перемещения относительно отверстия для слива расплава. Поскольку расположение тиглей вокруг отверстия для слива расплава может быть произвольным, то и нагфавление перемещения тиглей в общем случае произвольно. Однако при расположении центров тиглей по замкнутой кривой, особенно в случае, если количество тиглей составляет от 4 до 6, перемещение тиглей будет осуществлено по радиальным направлениям относительно центра отверстия для слива расплава. Предпочтительно внешние поверхности тиглей, расположенные противоположно отверстию для слива расплава, теплоизолированы или находятся в зоне нагрева расплава.
Поскольку обогрев зоны отверстия для слива расплава осуществлен только за счет выделяемой поверхностями тиглей тепловой энергией, то одновременно решены две независимьхе проблемы. Первая проблема состоит в уменьшении расхода суммарной тепловой энергии, расходуемой на плавленир материала и его слив. В предложенном устройстве тепловая энергая, излучаемая поверхностями тиглей, обращенными друг к другу, расходуется, с одной стороны, на разогрев зоны отверстая для слива расплава, а, с
Следовательно, относительно известных технических решений, сокращена подача энергии как на плавление материала, так и на обеспечеЕше слива жидкого расплава. Вторая проблема состоит ликвидации возможности застывания расплава в отверстии для слива. Поскольку обогрев идет только за счет испускаемой поверхностями тиглей тепловой энергии, то отверстие для слива расплава всегда будет обогрето, ес;ш в тиглях происходит процесс плавления. Если же в тиглях процесс плавления прекращается по любой причине, то в переток из последнего тигля в отверстие для слива расплав не поступает и, следовательно, застывать в отверстие нечему. Выще изложенное обуславливает достижение указанного ранее технического результата.
Ниже приведена схема предлагаемого устройства, при этом использованы следующие обозначения: тигель 1, отверстие 2 для слива расплава, перетоки 3.
Ниже предложенное устройство будет иллюстрировано следующими примерами реализации.
В графитовом блоке толщиной 250 мм выполнены пять одинаковых углублений, вьшолняющих функцию тиглей. Глубина углублений составляет 160 мм при диаметре 32 мм. Центры углублений расположены на окружности диаметром 48 мм. В центре указанной окружности выполнено отверстие для слива металла, соединенное протоками с имеющимися углублениями. Восстановительное плавление для получения металлического самария осуществляли известным путем, поочередно загрууфя шихту в углубления предварительно разогретого блока. По мере накопления восстановленного  в нижней части углублений происходит самотечный слив его через проток в отверстие для слива металла.
в аналогичном графитовом блоке выполнена кольцевая проточка глубиной 200 мм и шириной 40 мм. От дна проточки выполнены 6 наклонных каналов, расположенных равномерно по кольцу и пересекающихся на вертикальной оси кольцевой проточки. От точки пересечения наклонных каналов вертикально от нижней поверхности блока выполнено отверстие для слива металла. Полученное устройство использовали для восстановительного плавления скандия. Восстановленный скандий по наклонным протокам стекает к отверстию для слива металла и вытекает из устройства через указанное отверстие.
Три тигля диаметром 460 мм с графитовой футеровкой расположены вокруг отверстия для слива металла, причем два тигля предназначены для восстановительного плавления металлов, в третий - для получения биметаллического сплава. Первый и второй тигли соединены протоками с третьим тиглем, а третий тигель соединен протоком с отверстием для слива металла. Расстояния между тиглями и отверстием для слива подобраны таким образом, что температура в зоне слива превышает температ)фу плавления сплава.
Четыре тигля диаметром 520 мм с графитовой футеровкой расположены вокруг отверстия для слива расплава, причем все тигли соединены протоками с отверстием для слива расплава. Расстояния между тиглями и отверстием для слива подобраны таким образом, что температура в зоне слива превышает температуру плавления сплава. В тигли загружают шлак, нагревают их индукционным методом и выпускают расплав шлака через отверстие для слива расплава.
Таким образом использование предложенного устройства обеспечивает снижение себестоимости выплавки за счет устранения расхода тепловой энергии для разогрева отверстия для слива, а также
уменьшение аварийности процесса за счет устранения возможности застывания расплава в отверстии для слива. 6