Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для очистки расплавленного металла и электролитов от примесей

Устройство относится к области рафинирования металлов, сплавов и электролитов при помощи электромагнитных сил.

Известен магнитогидродинамический сепаратор по а.с. СССР №1461508 МПК В03С 1/30, состоящий из магнитопровода с первичной обмоткой, кольцевого тигля с дном и входным и выходными патрубками, перегородками внутри тигля, U-образного магнитопровода вокруг тигля.

Недостатками конструкции являются неравномерность по высоте электромагнитной силы - в результате чего частицы со дна тигля не поднимаются, необходимость использования дополнительного насоса для слива очищенного металла с предварительным вакуумированием, трудность выполнения U-образного магнитопровода, неизбежная потеря определенной части металла в процессе отвода неметаллических включений, затруднение выполнения многократной очистки.

Известно устройство для очистки расплавленного металла от неметаллических включений по а.с. СССР №248231 МПК С22В 9/02, состоящее из желоба, охватывающего желоб снаружи магнитопровода, вмонтированных в торцевые стенки желоба электродов, вертикальных перегородок.

Недостатками конструкции являются затруднение выполнения многократной очистки, загрязнение и трудность очистки электродов, неравномерность по высоте электромагнитной силы - в результате чего частицы со дна тигля не поднимаются, затруднение извлечения всплывших частиц, затруднение регулирования хода процесса: регулирование скорости движения металла осуществляется либо посредством изменения электрического тока - что изменяет эффект сепарации, либо переделкой конструкции.

Наиболее близким по конструкции и достигаемому техническому результату и выбранное за прототип является устройство для очистки расплавленного металла от неметаллических включений (см. патент на изобретение РФ №2198231, опубл. 10.01.2003), состоящее из желоба, охваченного снаружи магнитопроводом, и встроенного в металлопровод с протекающим по нему электрическим током, а также сменного контейнера, состоящего из боковых, горизонтальных и вертикальных (выполненных из проводящего электрический ток материала) стенок.

Основным недостатком конструкции является отсутствие карманов, улавливающих и удерживающих включения, а предлагаемый механизм налипания включений на перегородках имеет низкую эффективность и работает не для всех типов включений. Совмещение электромагнитных сепаратора и насоса также является недостатком конструкции, так как приводит к возникновению паразитных течений и вихрей, препятствующих сепарации.

Задачами предлагаемого изобретения являются устранение вышеназванных недостатков и расширение границ применения устройства на случай очистки электролитов.

Для этого предлагается устройство для очистки расплавленного металла и электролитов от примесей, состоящее из плоского прямоугольного канала, помещенного между полюсами электромагнита, параллельных вертикальных перегородок, установленных с зазором относительно дна канала, электродов, входного и выходного штуцеров, сливных отверстий, выравнивателей потока, установленных в местах расположения краев сердечника электромагнита, и вертикальных сеток из непроводящего материала.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что оно дополнительно содержит электроды, входной и выходной штуцеры, сливные отверстия, выравниватели потока, установленные в местах расположения краев сердечника электромагнита, и вертикальные сетки из непроводящего материала, а параллельные вертикальные перегородки установлены с зазором относительно дна канала.

На рис. 1 показано устройство для очистки расплавленного металла и электролитов от примесей, которое состоит из плоского прямоугольного канала 1 с рядом вертикальных перегородок 2, задерживающих сепарированную примесь в области 3, с двумя электродами 4 для пропускания тока вдоль канала, а также с выравнивателями потока 5, которые представляют собой утолщенные перегородки с отверстиями 6. Сепарационный канал располагается между полюсами электромагнита 7, состоящего из ферромагнитного магнитопровода 10 и двух катушек 11. Вертикальные перегородки 2 выполнены из проводящего электрический ток материала. В канал жидкость поступает через штуцер 8, а выходит через аналогичный штуцер 9. Для слива загрязненного металла/электролита используются сливные отверстия 12.

Устройство для очистки расплавленного металла и электролитов от примесей работает следующим образом.

Электрический ток, проходя через проводящую среду (расплавленный металл либо электролит), взаимодействует с внешним постоянным магнитным полем, создаваемым электромагнитом 7, состоящим из ферромагнитного магнитопровода 10 и двух катушек 11. Катушки 11 подключены последовательно для увеличения величины магнитного поля в зазоре. Направление электрического тока выбирается таким образом, чтобы возникающие электромагнитные силы приводили к затягиванию примеси внутрь перегородок 2 и удерживанию в области 3, и зависит от физических свойств примеси.

В случае непроводящей примеси или примеси, проводимость которой меньше проводимости среды, направление электрического тока выбирается таким образом, чтобы электромагнитная сила действовала вертикально вниз. При этом электромагнитная сила действует только на проводящую электричество среду (жидкий металл, электролит), производя ее квазиутяжеление. На примесь, находящуюся между полюсами электромагнита 7, действует выталкивающая вверх сила, подобная силе Архимеда, вследствие чего примесь поднимается внутрь перегородок 2 и удерживается в области 3.

В случае примеси, проводимость которой больше проводимости среды, направление электрического тока выбирается таким образом, чтобы электромагнитная сила действовала вертикально вверх. При этом электромагнитная сила действует на примесь в большей степени, чем на жидкий металл/электролит, вследствие чего она поднимается внутрь перегородок 2 и удерживается в области 3.

Для наиболее эффективной очистки проводящей среды от примеси сепарационный канал встраивается в замкнутый контур посредством штуцеров 8, 9, что позволяет проводить непрерывную многократную очистку (скорость транзитного течения должна быть не более 0,05 м/с). При этом если в жидкой среде содержится примесь с различными электрическими свойствами (различной проводимостью относительно проводимости среды) возможна двухэтапная очистка. Сначала электромагнитная сила направляется вертикально вверх и сепарируется примесь, проводимость которой больше проводимости среды. Затем электромагнитная сила направляется вертикально вниз и сепарируется примесь, проводимость которой меньше проводимости среды. После каждого этапа сепарированную примесь удаляют из области 3 путем перекрывания штуцеров 8 и 9 и слива загрязненного металла/электролита через сливные отверстия 12.

В случае работы с электролитом в сепарационный канал устанавливаются дополнительные вертикальные сетки 13 из непроводящего материала, задерживающие пузырьки газа, образующиеся на электродах в процессе электролиза. Наличие таких сеток позволяет снизить количество пузырьков в зоне сепарации и, соответственно, повысить ее эффективность.

Преимущества описанного устройства состоят в том, что возможна сепарация примесей, обладающих различными электрическими свойствами, а именно: в зависимости от соотношения величин проводимостей примеси и жидкой среды выбирается направление электромагнитной силы, приводящей к скоплению примеси внутри перегородок. Для примеси с различными электрическими свойствами (различной проводимостью относительно проводимости среды) возможна двухэтапная очистка. В конструкции сепарационного канала предусмотрены выравниватели потока, установленные в местах расположения краев сердечника электромагнита для предотвращения образования вихрей под действием неоднородного магнитного поля в этих областях. Такие вихри создают перемешивающие течения, затрудняющие процесс сепарации. Для повышения эффективности сепарации в случае электролита в конструкции предусмотрены дополнительные сетки, задерживающие пузырьки, образующиеся на электродах в процессе электролиза.