Плазменный подогрев шлака в индукционной печи для проведения металлургических операций

плазменный узел
плазменный узел
плазменный узел

Индукционные печи и установки широко применяются в промышленности для переплава и литья.

Проблема:

Для получения качественного металла необходимо наведение шлака на поверхности металла и работа с присадками, раскислителями и легирующими, как для физической и химической защиты зеркала металла, так и для проведения рафинирования и корректировки химсостава металла.

Активная работа со шлаками для проведения металлургических процессов в индукционной печи затруднена из-за низкой температуры и повышенной вследствие этого вязкостью шлака. Некоторые операции по этой причине в индукционной печи вообще НЕ МОГУТ БЫТЬ качественно или полно проведены. Нагрев шлака полем индуктора невозможен — у шлака высокое сопротивление, в поле индуктора он «не берет» мощность. Газовая горелка при таких температурах малоэффективна.

Наше решение:

Для подогрева шлака в плавильном пространстве печи отлично зарекомендовал себя плазменный узел нашей конструкции.

Патентозащищенный (6 патентов) плазменный узел «ЭПОС-Инжиниринг» имеет КПД, превышающий 95%, прост в исполнении, может быть выполнен в виде отдельного модуля, закрепленного на кожухе индукционной установки на консоли, легко устанавливается и не загромождает пространства печи для загрузки-слива, внесения легирующих и т. д.

Принцип работы плазмотрона:

Плазмотрон, упрощенно, представляет собой графитовый электрод внутри графитового электрода, с протоком газа и горящей между ними дугой.

Как правило, в условиях горения на расплав дуга горит каскадом: внутренний электрод — расплав-внешний электрод. При наведенном шлаке энерговыделение происходит в шлаке и двух дугах. Каскадная дуга работает на поверхность жидкого шлака, равномерно прогревая всю поверхность. Токоподвод к металлу не требуется.

Газовая завеса плазмотрона прикрывает поверхность. При необходимости, газ может быть выключен, и плазменные дуги работают без протока газа через плазмотрон.

Расположение плазмотрона на оси снижает воздействие дуги на стенки, особенная конфигурация дуг способствует движению шлака и металла под ними и перемешиванию, питание производится постоянным током. Управление полярностью резко активизирует электрохимические процессы, и способствует усвоению легирующих элементов и очистке от примесей. Особая система управления плазмотроном позволяет в широких пределах управлять формой разряда и зоной энерговыделения, распределять мощность по значительно большей площади, чем под дугой переменного тока (снижение плотности мощности в пятне дуги), что снижает перегрев и потерю легирующих, обеспечивает управляемость и равномерность нагрева.

схема плазменного узла

Рис 1. Применение плазменного узла с коаксиальным плазмотроном для нагрева шлака в печи и поддержании температуры зеркала металла.

Опыт применения:

Плазмотрон успешно опробован при работе на зеркало расплава и шлак в индукционной печи, для аналогичных задач в агрегате комплексной обработки стали, в установках плавления базальтов, огнеупоров. Везде эффект от его применения оказывался позитивным и ярко выраженным. В сравнении с газовыми горелками, например, при поддержании температуры жидкой ванны шлака, расход энергии снижался от 15 до 25 раз, практически при отсутствии газовых выбросов (снижение в 200-250 раз).

Плазменный узел может иметь малую мощность, и при этом быть крайне эффективным в решении задачи. При его применении нет необходимости перегревать жидкий металл, чтобы поддерживать нужную температуру шлака.

Шлак можно подогреть до температуры выше температуры жидкого металла плазменным узлом сравнительно малой мощности.

Практическое применение плазменного узла для подогрева шлака показывает, что для управления температурой шлака во всем диапазоне температур достаточно мощности плазмотрона от 2 до 5% мощности индукционной печи.