УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ ГОРЯЧЕГО ШЛАКА ЦВЕТНОГО МЕТАЛЛА
DEVICE FOR COMPRESSION OF NON-FERROUS METAL HOT SLAG

Изобретение относится к области рециклинга цветных металлов, преимущественно алюминия, его сплавов, магния, цинка из горячего шлака, снимаемого из плавильных печей, миксеров и других тепловых агрегатов.
Известны устройства для извлечения цветного металла из горячего шлака, преимущественно алюминия, его сплавов, магниевого, цинкового шлака, содержащие раму со сжимающей шлак головкой с оребренными или неоребренными поверхностями и шлаковницу, не имеющую или имеющую оребрение поверхностей, а также имеющую в донной части одно или несколько сквозных дренажных отверстий, причем шлаковница ставится сверху на изложницу, в которую собирается отжатый из шлака металл [1-20].
Сжимающая шлак головка сопрягается со шлаковницей, причем при сжатии шлака образуются внешние слои металла, кристаллизующиеся у поверхностей сжимающей шлак головки и шлаковницы, и внутренний слой из оксида металла, который находится между слоями металла [14].
Оребрение сжимающей шлак головки и/или шлаковницы обеспечивает более высокое удельное давление на шлак и «прорезание» шлака с образованием канавок, которые облегчают разламывание и доизвлечение металла в дальнейшем из остывшего спрессованного шлака («жмыха») [14].
Сжимающая шлак головка является полой и имеет принудительное воздушное или жидкостное охлаждение, которое ускоряет время цикла охлаждения шлака и уменьшает потери от окисления металла [14].
Недостатком известных устройств является то, что количество металла, выжатого из горячего шлака, так называемое внутрицеховое извлечение металла, как правило, составляет относительно меньшую величину (обычно 3-20%), чем количество металла, остающееся в шлаке («жмых») после его застывания (обычно 40-55%). Дальнейшее доизвлечение металла из шлака, как правило, сопровождается его дополнительной механической и/или термической обработкой (плавлением), что приводит к дополнительным потерям металла.
Задачей изобретения является увеличение как внутрицехового извлечения, так и суммарного извлечения металла из шлака.
Технический результат достигается тем, что, в устройстве для сжатия горячего шлака цветного металла, содержащем размещенные в имеющем двери корпусе раму со сжимающей шлак головкой, выполненной со штоком гидроцилиндра, изложницу для сбора отжатого из шлака цветного металла и шлаковницу, выполненную в донной части с одним или несколькими сквозными дренажными отверстиями и установленную сверху на изложницу, в корпусе выполнено по меньшей мере одно сквозное отверстие с соединением для подключения вакуума, при этом двери снабжены вакуумным уплотнением.
В комбинации с силами гравитации, действующими на шлак, а также давления со стороны головки на шлак, вакуум способствует выходу жидкого металла из пор горячего шлака и дренированию через сквозные отверстия в донной части шлаковницы, т.е. увеличивает извлечение металла из горячего шлака (внутрицеховое извлечение металла из шлака). Вакуум также способствует течению жидкого металла в слое вблизи донной поверхности шлаковницы, ускоряет тепломассоперенос, охлаждение металла в шлаке, уменьшает окисление металла, способствует как увеличению внутрицехового извлечения металла, так и суммарного извлечения металла из шлака.
Устройство может содержать уплотнение между сжимающей шлак головкой и шлаковницей.
Сжимающая шлак головка может быть выполнена с одним или несколькими ребрами.
Шлаковница может быть выполнена оребренной.
Сжимающая шлак головка может быть выполнена полой с двумя или более патрубками с воздушным охлаждением.
Устройство может содержать крышку, герметично насаженную на шток гидроцилиндра с возможностью скольжения вдоль штока и герметично охватывающую по краю шлаковницу.
Устройство может содержать крышку, герметично насаженную на шток гидроцилиндра с возможностью скольжения вдоль штока с помощью пневмо- или гидроцилиндров (от 1 до 4 штук) и герметично охватывающую по краю шлаковницу.
Устройство может содержать по меньшей мере один вибратор шлаковницы и/или головки, или по меньшей мере один магнитогидродинамический (МГД) насос, для обеспечения движения металла к одному или нескольким сквозным дренажным отверстиям в донной части шлаковницы.
Полусферическая или удлиненная полусферическая сжимающая шлак головка сопрягается со шлаковницей, причем при сжатии шлака образуются внешние слои металла, кристаллизующиеся у поверхностей головки и шлаковницы, и внутренний слой из оксида металла, который капсулируется между слоями металла.
Сжимающая горячий шлак головка из стали отбирает тепловую энергию из шлака за счет эффектов теплопроводности и теплоемкости, уменьшает доступ кислорода воздуха к горячему металлу в шлаке, уменьшает его окисление и возможные термитные реакции.
Оребрение сжимающей шлак головки и шлаковницы обеспечивает увеличение площади соприкосновения со шлаком, увеличивает теплопередачу энергии от шлака к головке, шлаковнице, тем самым способствуя скорейшему охлаждению шлака и уменьшению окисления металла в шлаке.
Оребрение сжимающей шлак головки и шлаковницы обеспечивает высокое удельное давление на шлак и «прорезание» шлака с образованием канавок, которые облегчают разламывание и доизвлечение металла в дальнейшем из остывшего спрессованного шлака («жмыха»).
Рама со сжимающей шлак головкой содержит силовой привод, в частности гидравлический цилиндр со штоком.
При сжатии горячего шлака, как правило, с высоким содержанием металла более 50%, мелкие частицы металла коалесцируются и коагулируются в более крупные части и образуется металлизация и уплотнение внешних поверхностей шлака. При этом происходит естественное уплотнение зазора между сжимающей головкой и шлаковницей и вакуум, через сквозное дренажное отверстие в донной части шлаковницы, способствует усилению дренажа жидкого металла из горячего шлака. Однако в случае малого содержания металла в шлаке, менее 50%, металлизация и уплотнение внешних поверхностей шлака могут быть недостаточно эффективными. В таком случае применяется дополнительное уплотнение между сжимающей шлак головкой и шлаковницей.
В качестве дополнительного уплотнения между сжимающей шлак головкой и шлаковницей может быть крышка, герметично насаженная на шток гидроцилиндра шлакового пресса с возможностью скольжения вдоль штока и герметично охватывающая по краю шлаковницу.
Для сокращения времени движения дополнительная крышка, герметично насаженная на шток гидроцилиндра с возможностью скольжения вдоль штока и герметично охватывающая по краю шлаковницу, может приводиться в движение с помощью пневмо- и/или гидроцилиндров (от 1 до 4 штук), и/или электропривода.
Устройство может содержать по меньшей мере один вибратор шлаковницы и/или сжимающей шлак головки, или по меньшей мере один МГД насос, для обеспечения движения металла к одному или нескольким сквозным дренажным отверстиям в донной части шлаковницы.
Сжимающая шлак головка и шлаковница предпочтительно выполнены из легированной стали или чугуна.
Сжимающая шлак головка является полой с двумя или более патрубками с воздушным охлаждением, которое ускоряет время цикла охлаждения шлака и уменьшает потери от окисления металла.
Сущность и работа изобретения поясняется Фиг. 1 и Фиг. 2.
Сжимающая шлак головка 1 со штоком 2, сжимающая (прессующая) горячий шлак, снятый с поверхности расплава печи/миксера и загруженный в шлаковницу 3, может иметь уплотнение 4 между сжимающей шлак головкой 1 и шлаковницей 3. Шлаковница 3 имеет в донной части одно или несколько сквозных отверстий 5 для дренажа отжатого металла в нижнюю изложницу 6. Дренируемый металл собирается в виде слитка в дренажной емкости 7 изложницы 6. В корпусе 8 имеется, по меньшей мере, одно сквозное отверстие 9 с соединением для подключения вакуума. Между шлаковницей 3 и изложницей 6 имеется сквозное отверстие 10 для прохождения вакуума. Дверь 11 имеет вакуумное уплотнение 12. Дополнительная крышка 13 с герметичным уплотнением 14 между крышкой 13 и штоком 2, и с герметичным уплотнением 15 между крышкой 13 и шлаковницей 3, насажена на шток 2 гидроцилиндра устройства для сжатия горячего шлака, перемещается вертикально с помощью одного или нескольких пневмо- или гидроцилиндров 16, с возможностью скольжения крышки вдоль штока 2, охватывает по краю шлаковницу. Вакуум подключают через сквозное отверстие 9 после закрытия двери 11 и дополнительной крышки 13 (в случае применения последней).
Результатом изобретения является увеличение как внутрицехового извлечения, так и суммарного извлечения металла из шлака.
Литература
1. Patent US 201817, October 1878, Rees.
2. Patent US 563769, July 1896, Howard.
3. Patent US 2278135, August 1942, Osborn.
4. Patent US 3198505, August 1965, Amdur et al.
5. Patent US 3517918, June 1970, Cenkner.
6. Patent US 3999980, December 1976, Montagna.
7. Patent US 4003559, January 1977, Kuwano et al.
8. Patent US 4057232, November 1977, Ross et al.
9. Patent US 4386956, June 1983, Roth D.
10. Patent US 4527779, July 1985, Roth D.
11. Patent US 4575056, March 1986, Jilliard et al.
12. Patent US 4637591, January 1987, McMahon et al.
13. Patent US 4772320, September 1988, van Linden et al.
14. Patent US 5397104, March 1995, Roth D.
15. Patent US 5669957, September 1997, Roth D.
16. Patent US 5788918, August 4, 1998, Bramley.
17. Patent US 5882580, March 16, 1999, Pawnall.
18. Patent US 5906790, May 1999, Bramley.
19. Patent US 5980817, November 9, 1999, Pawnall.
20. Patent US 6063330, May 2000, Bramley.