Применение мгд-технологий и устройств в производстве алюминиевых сплавов
Классическая магнитная гидродинамика изучает движение электропроводящей среды (жидкой и газообразной) при наличии магнитного поля [2.2]. В качестве электропроводной среды в металлургии выступают жидкие металлы и их сплавы. Технические приложения магнитной гидродинамики в металлургии рассматривают не только движение жидкого металла в магнитном поле, но и различные закономерности электромагнитного силового воздействия на металлические расплавы [2.3]. При этом необходимо одновременно учитывать электромагнитные, тепловые и гидродинамические явления.
Устройства, принцип действия которых основан на взаимодействии жидких металлов с магнитным полем, называют магнитогидродинамическими (МГД-устройства).
В данной работе будут рассмотрены технологические процессы, осуществляемые в плавильно-литейном производстве с помощью МГД-устройств и сами эти устройства.
Для иллюстрации возможностей применения МГД-устройств в литейном производстве алюминиевых сплавов на рисунке 2.1 представлена схема плавильно-литейного агрегата в составе: миксера-копильника 1, заливочного кармана 2, миксера раздаточного 3, установки рафинирования газами с МГД-вращателем 5, кристаллизатора слитков 6.
Жидкий алюминий поступает на литейную площадку в ковшах 4. С целью удаления щелочных и щелочноземельных металлов (лития, натрия, магния) в ковшах может проводиться рафинирование расплава солями. Для интенсификации перемешивания расплава с солями, может использоваться МГД-перемешиватель 7. Из ковша через заливной карман расплав переливается в миксер-копильник.
В процессе приготовления сплава в миксере-копильнике1 используется МГД-перемешиватель 8, который позволяет в автоматическом режиме выравнивать химический состав и температуру по объему ванны. Здесь МГД-пемерешиватель установлен с боковой стороны миксера. Из миксера-копильника расплав поступает в раздаточный миксер 3. На левой части рисунка 2.1 приведен пример плавильно-литейного агрегата с двумя стационарными миксерами, расположенными на разных уровнях. В последнее время более широкое применение нашли агрегаты с двумя поворотными миксерами 12, работающими поочередно на одну литейную машину 13 и расположенными на одном уровне (правая часть рисунка 2.1). При использовании поворотных миксеров МГД-перемешиватели 8 удобно и эффективно устанавливать под их подинами.
Транспортировка расплава может осуществляться с помощью МГД-насоса 9. На металлургических заводах (ОАО "КраМЗ", г.Красноярск) расплав может готовиться в индукционной канальной печи 14 путем расплавления твердой шихты. С целью интенсификации тепломассообмена между ванной печи и индукционными единицами, последние могут оснащаться МГД-вращателями. Интенсивное вращение расплава в каналах, кроме этого, способствует уменьшению скорости их зарастания окислами.
Рисунок 2.1. Плавильно-литейный агрегат с МГД устройствами
Из раздаточного миксера 3 по желобам расплав поступает в литейную машину. Автоматическое регулирование скоростью подачи расплава из раздаточного миксера может осуществляться МГД дозатором 10. На пути к литейной машине расплав проходит через фильтр и установку рафинирования 5. С целью интенсификации взаимодействия газов (хлор, аргон) с расплавом, установка рафинирования может быть оборудована МГД-вращателем. При формировании слитков могут использоваться обычные кристаллизаторы 6 и электромагнитные (ЭМК). ЭМК можно также отнести к МГД-устройствам, так как в основе их действия лежит взаимодействие переменного магнитного поля с жидким металлом.
При литье в кристаллизаторы скольжения могут использоваться МГД-перемешиватели жидкой сердцевины слитков 11, что способствует повышению их качества.
Магнитогидродинамические устройства позволяют осуществить электромагнитное перемешивание расплава в ковшах, печах, миксерах, в слитках при кристаллизации, транспортировку и дозирование расплава, бесконтактную кристаллизацию слитков и другие операции, автоматизировать эти процессы, сократить время приготовления сплавов и повысить качество продукции плавильно-литейных производств.