Плазмова піч для плавки металів

Плазмова піч для плавки металів, що містить плавильну камеру, кришку та плазмотрон, яка відрізняється тим, що вказана кришка виконана з боку плавильної камери, в якій встановлений поворотний тигель-анод з порожниною нагріву, яка утворена зовнішньою поверхнею дна та стінками тиглю нижче ванни з металом, а плазмотрон розміщений в подині плавильної камери. (19) (21) a200812451 (22) 23.10.2008 (24) 12.10.2009 (46) 12.10.2009, Бюл.№ 19, 2009 р. (72) НАРІВСЬКИЙ АНАТОЛІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, НАЙДЕК ВОЛОДИМИР ЛЕОНТІЙОВИЧ, ГАНЖА МИКОЛА СЕРГІЙОВИЧ, ЛЕНДА ЮРІЙ ПЕТРОВИЧ, СИЧЕВСЬКИЙ АНАТОЛІЙ АНТОНОВИЧ, БІЛЕНЬКИЙ ДАВИД МИРОНОВИЧ, ПІОНТКОВСЬКА НАТАЛЯ СЕРГІЇВНА (73) ФІЗИКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ 3 та стінками тиглю нижче ванни з металом, а плазмотрон розміщений в подині плавильної камери. Встановлення тиглю - аноду в боковій кришці плавильної камери дає можливість завантажувати шихту і розливати метал в злитки або в форму (при відкритій кришці), що спрощує операції по обслуговуванню печі. Використання тиглю в якості аноду спрощує конструкцію печі і підвищує надійність роботи анодного вузла (можливо застосовувати анод без охолоджування його водою). Розміщення порожнини нагріву, що утворена дном і стінками тиглю, нижче плавильної ванни, дозволяє виключити вигор легуючих та основних елементів в сплавах при їх плавленні і перегріві розплаву плазмовою дугою. Наявність порожнини нагріву дозволяє також підвищити ККД нагріву, тому що теплом від випромінювання плазмової дуги нагріваються бокові стінки тиглю, якими утворена порожнина, а разом з ними тигель і метал, що в ньому. Встановлення плазмотрону в подині плавильної камери підвищує надійність його роботи та виключає вибуховонебезпечну ситуацію при пошкодженні водоохолоджуючого корпусу тому, що вода при цьому не може попасти в рідкометалеву ванну. Запропоноване технічне рішення дозволяє здійснювати плавку металу в нейтральній атмосфері (при подачі нейтральних газів в плазмотрон), а також в вакуумі - при з'єднанні плавильної камери з вакуумним насосом. За рахунок цього зменшуються втрати сплавів, що обумовлені окисленням елементів в них, і підвищується якість литого металу по оксидним включенням. Суть винаходу пояснюється кресленням. На Фіг. зображено заявлена піч для плавки металів. Піч містить плазмотрон 1, кришку 2, що встановлена в боковій стінці плавильної камери 3. На кришці 2 закріплено поворотний тигель - анод 4 з порожниною нагріву 5, що утворена між дном і стінками тиглю нижче плавильної ванни 6. В бокову стінку тиглю встановлено стержень 7 з графіту, через який подається електричний потенціал. Для зниження теплових втрат графітовий тигель-анод тепло ізольований металевим кожухом 8 та вогнетривкою набивкою 9. На плавильної камері розміщено патрубок 10 зі склом для спостереження за процесом плавки і люк 11, через який завантажують шихту по мірі її плавлення. Тигель анод повертають за допомогою ручки 12, що виготовлена у вигляді штурвалу. Піч працює таким чином: При відкритій кришці 2 в тигель-анод 4 поміщують шихту або метал, які необхідно плавити. Потім закривають кришку 2, відкривають доступ газу (аргон, азот, гелій або їх суміші) до плазмотрону 1 і подають напругу від джерела живлення на тигель-анод та плазмотрон. Після цього збуджують електричну дугу між плазмотроном і дном тиглю - аноду шляхом короткого замкнення. Потужність, яку використовують на плавлення металу регулюють величинами напруги і струму, що подають від джерела живлення, а також відстанню між плазмотроном та дном тиглю - аноду . При 88421 4 цьому тепло від випромінювання плазмової дуги поступає на стінки в порожнині нагріву 5, що сприяє більшому нагріванню тиглю з металом і підвищенню ККД плазмового процесу плавки без руйнування вогнетривів в камері. По мірі плавлення шихту (метал) довантажують в тигель - анод через люк 11. Після розплавлення і перегріву металу до заданої температури (температуру металу контролюють за допомогою термопари, яку занурюють в розплав через люк 11 або патрубок 10) відключають плазмотрон від джерела живлення і подачу газу на нього. Плазмотрон переміщують вниз до повного виходу його з порожнини нагріву 5. Відкривають кришку 2 і ручкою 12 повертають тигель - анод 4. Метал з тиглю розливають у форми або злитки. Реалізація запропонованої печі була здійснена на експериментальній дільниці в Донецькому державному науково-дослідному і проектному інституті кольорових металів. В графітовому тиглі-аноді з порожниною нагріву нижче плавильної ванни плавили металобрухт золота та срібла, а також гальванічні шлами, з різним вмістом у них цих металів. Напругу на установку подавали від джерела живлення ВДУ-506УЗ, в якості плазмоутворюючого газу використовували аргон, витрати якого при плавці складали 3-4л/хв. Струм плазмової дуги в процесі плавки вказаної шихти складав 400-450А, напруга - 50-55В. При виплавці срібла та золота рідкий метал перегрівали до температури 1060 і 1165°С відповідно. Після перегріву рідкометалевої ванни до вказаних температур відкривали кришку в боковій стінці плавильної камери і шляхом повороту тиглю-аноду розливали розплав. Час плавлення срібла з вказаної шихти складав 10-12хв., а золота 15-16хв. З металу, що отримали з металобрухту та шлаків виготовляли стандартні злитки золота та срібла вагою 5кг. Випробування показали, що при плавці в запропонованій печі металів повністю виключається їх вигор, скорочується час плавлення шихти та перегріву розплаву. При цьому підвищується до 40% ККД плазмового нагріву і не руйнуються вогнетриви в плавильній камері. Для порівняння вказані шихтові матеріали плавили в цьому тиглі-аноді поверхневою плазмовою дугою, яку збуджували між плазмотроном та металом, що в тиглі. Плавку шихти здійснювали при таких же потужності і витратах аргону, що були при плавленні золота і срібла на запропонованій печі. Встановили, що при плавці поверхневою плазмовою дугою вигор срібла при використанні гальванічних шлаків складав 35-48% (залежить від якості шихтових матеріалів). Час плавлення срібних відходів та металобрухту при цьому зростає з 11 до 19 хвилин, в порівнянні з плавкою на запропонованій печі. Отже, запропонована піч, на відміну від найближчого аналогу та інших аналогів, дає змогу одержати новий технічний ефект, виражений у підвищенні виходу придатного металу за рахунок виключення його вигору і окислення при плавленні, на 35-40% ККД плазмового нагріву шихти і розплаву, а також стійкості вогнетривів в плавильній камері. 5 88421 Джерела інформації 1. Фарнасов Г.А., Фридман А.Г., Каринский В.Н. Плазменная плавка.-М.: Металлургия, 1968.С. 140-144, рис. 78. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 6 2. Костяков В.Н. Плазменно-индукционная плавка.- К.: Наук, думка, 1991.-С.159-175, рис. 64. 3. А. с. № 1048810, СРСР, МПК С22В 9/22, 1982. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601