Способ нагрева ферромагнитного дисперсного материала и устройство для его осуществления

ОВЕТСНИ А СНИ Сю В 22 Г 1 00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ ЗОБРЕТЕНИЯ ЬСТВ(71) Ордена Трудового Красного Знамени ицститут тепло-и массообменаим,А.В.Лыкова(56) 1. Сыромятникова Н.И. и др,Исследование теплообмена в кипящемслое при наличии внутренних источников тепла. - В сб.: "Тепло-и массоперенос, т.Ш, "Общие вопросы тепло" .обмена"., М.-Л., Госэнергоиздат,1963, с,672.2. Забродский С.С. Высокотемпературные установки с псевдоожиженнымслоем. М., "Энергия", 1971, с.163.3. Патент Японии У 55-42303,кл. Г 27 В 1/08, С 22 В 1/001976.4. Авторское свидетельство СССРВ 693100, кл. Г 27 О 13/00 1979.(54) СПОСОБ НАГРЕВА ФЕРРОИАГНЙТНОГОДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ;,(57) 1, Способ нагрева ферромагнитно"го дисперсного материала, преимущестВ ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВ венно отходоизводства,него электриличающцелью повышева материаламагнитным поток пропусквых линий.2. Устройство для нагрева Ферромагнитного дисперсного материала,преимущественно отходов металлургического производства, включающеевертикальный корпус, графитовыеэлектроды, патрубки для ввода и отвода безокислительной атмосферы, пов металлургического пропутем пропускания через ческого тока, о т - н й с я тем, что, с ния эффективности нагрена него воздействуют лем, а электрический ают вдоль магнитных силодачи и выхода материала, приемное устройство, о т л и ч а ю щ е е с тем, что оно снабжено электромагнитной обмоткой с магнитопроводом охватывающим корпус, в котором наторцами магнитопровода установлены .графитовые электроды, причем корпуси электроды секционированы электроизоляционными перегородками расположенными перпендикулярно поверхности электродов вдоль силовых линиймагнитного поля.45 1 ИзоИзобретение относится к порошковой металлургии, а более конкретно к способам нагрева дисперсных ферромагнитных материалов и устройствам для нх осуществления, и может найти применение в металлургической и химической. отраслях промышленности.Известен способ нагрева токопроводящего дисперсного материала путем наложения на него высокочастотного 1 О электромагнитного поля ЯНедостаток этого способа состоит в том, что при частоте тока в индукторе 10 Гц минимальный диаметр частиц стали, при котором мощность, 15 выделяемая на единицу объема, имеет наибольшее значение, составляет 23 мм тогда как частицы ферромагнитного дисперсного материала, на пример порошка быстрорежущей стали, 20 выделенного иэ абразивных отходов инструментального производства, имеют размеры в диапазоне 0,05-0,3 мм. Кроме того, в результате магнитной флокуляцин ферромагнитные частицы 25 сцепляются между собой и ориентируются вдоль магнитных силовых линий: псевдоожижение и перемешивание материала прекращается.Известна установка для непрерывного предварительного нагрева измельченной металлической стружки, содержащая вертикальный корпус, в верхней части ксторого установлено загрузочное устройство, а в нижней 35 части - устройство для выгрузки нагретой стружки и камера для сжигания топлива, причем .слой стружки движется сверху вниз в противотоке с топочными газами 2 .40Недостаток этого устройства состоит в выносе мелких частиц порошка и их самовозгорании, а также в сложности равномерного нагрева мокрого материала.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ нагрева токопроводящего дисперсного . материала путем пропускания через 50 его слой электрического тока 3Недостаток известного способа состоит в его низкой эффективности при очень высоком электрическом сопротивлении металлического порошка. 55 Для того, чтобы нагреть слой такого йорошка, необходимо между электродами создать очень высокое напряжение,3 11На фиг.1 дан разрез А-А на фиг,2; на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - диаграмма зависимости Ь =1(Н).Устройство для нагрева ферромагнитного дисперсного материала содержит герметичный бункер 1 загрузки обрабатываемого материала, корпус 2 приемного устройства, охваченныйнепосредственно под бункером 1 электромагнитной катушкой 3 с магнитопроводом 4 и секционированный решетками 5, между которыми размещен слой ферромагнитных шаров 6, причем катушка 3 с магнитопроводом 4, решетками 5 и слой ферромагнитных шаров 6 в совокупности образуют дозатор- дробилку, под которым размещен электромагнит, содержащий электромагнитную обмотку 7 с.наружными магнитопроводами 8 и 9, разделенными друг от друга горизонтальными электроизоляционными прокладками 10 и соединен. ными по вертикали шпильками 11, проходящими .через электроизоляционные втулки 12 и прокладки. Магнитопроводы 8 и 9 разделены вертикальными электроизоляционными прокладками 13 н соединены между собой по горизонтали шпильками 14, проходящими через электроизоляциоьные втулки 15 с прокладками 16.1На свободных торцах магнитопроводов 8 и 9 выполнены направляющие типа "ласточкин хвост", в которые вставлены электроды 17 и 18. Между этими электродами размещено немагнитное теплоэлектроизоляцнониое кольцо 19, составляющее с указанными электродами корпус установки. Вдоль оси кольца установлен иемагнитный электроизоляционный стержень 20 с пластинами 21, вставленными в пазы этого стержня, а в, нижней части - в пазы между частями магнитопровода 9. Стержень 20 с пластинами 21 крепится шпилькой 22 к решетке 5, Электромагнит, включающий электромагнитную обмотку 7 с магнитопроводами 8 и 9, охвачен герметичным кожухом 23 и крепится к нему через немагнитные электроизоляционные кольца 24, Под полостью, образованной электромагнитной обмоткой и магнитопроводами 8 и 9, размещена заслонка 25, приводимая в движение гидроприводом 26. Под заслонкой 25 размещена герметичная камера 27 приемное устройство) с 30438 4электродами 28 и 29. Патрубок 30 для подвода газа-восстановителя размещен перед дозатором. Патрубок 31 служит для отвода газа-восстановителя или для подключения камеры 27 к вакуумному насосу.Устройство для нагрева ферромагнитного дисперсного материала работает следующим образом,0Материал из бункера через дозатор(фиг.1) поступает внутрь корпуса устройства, Возможны два режима работы 15устройства: без перекрытия заслонкой 25 дна корпуса устройства ипри периодическом перекрытии ее, Впервом случае нагрев материала осуществляют до температуры ниже точки Кюри. В этом случае электромагнитная обмотка 7 удерживает вовзвешенном состоянии количество материала С = 0,5 1 Р д 1./дх, где 1ток 1. - индуктивность д - изменение индуктивности системы соленоид-ферромагнитный слой при изменении координаты центра магнитных массэтого слоя на ох, При подаче дозатором дополнительной порции материалаАС (сверх Сц количество удерживаемого магнитным полем материала оста,нется неизменным, равным С. При непрерывной подаче в верхнюю частькорпуса материала сверх С из нижней его части непрерывно отводится 35 такая же часть материала, но сохра.няется постоянной, соответствующейзаданным количеству СА, и напряженности магнитного поля электропроводность слоя. По мере прохода вдоль 40 оси корпуса материал нагревается.Температуру его нагрева регулируютлибо изменением его весового расхода и единицу времени посредством дозатора, либо силой тока. Однако, ес ли нужно нагреть материал до температуры его спекания, превышающей точку Кюри, то материал, потерявсвои ферромагнитные свойства, выпалбы, не успев нагреться до заданной 50 температуры. Для того, чтобы материал успел агломерировать в состояниимагнитной флокуляции частиц при сохранении его высокой электропроводности, необходимо в течение времени 55 порядка 0,04 с, после которого приотключении магнитного поля флокулыначинают распадаться, обеспечитьнагрев материала от 700 до 1000 С, 1130438пает непрерывно при нагреве его до БОтемпературы ниже точки Кюри, то.часть этого материала, образующаявнутри него полость, экранирует час 55 т.е.,со .скоростью 7500 С/с, чтотрудно осуществить технически,Для нагрева частиц ферромагнитного материапа до температуры вышеточки Кюри служит заслонка 25, При 5закрытой полости соленоида материалнагреваьтся до температуры вышеточки Кюри, происходит значительнаяусадка слоя порошка, но высокая плотность контактов между частицами погрошка поддерживается тем, что в соленоид втягивается холодный ферромагнитный материал, стремящийся вытеснить из него материал в парамагнитном состоянии и прижимающий его к. 1заслонке. При отводе заслонки 25и открытии дна корпуса парамагнитный материал в виде агломератавыпадает из него, а полость соленоида заполняется холодным ферромаг,нитным материалом. Попав в приемник27, агломераты плавятся между электродами 28 и 29 и в ванне с расплавленным металлом. В частности, плав"ление агломератов возможно и приперекрытии дна корпуса заслонкой 25в этом случае расплавленный металлчерез отверстие в последней попадает в камеру 27.1Установкой немагнитного электро Оизоляционного стержня 20 предотвращается образование полости внутрикорпуса, свободной от материала.Если этого стержня нет, то первоначально холодный материал образует 35полый цилиндр, который в момент достижения температуры точки Кюритеряет свои магнитные свойства,но при этом холодный материал автоматически втягивается внутрь полости цилиндра и возникает параллельная токопроводящая цепь, ток которой значительно меньше тока, проходящего через агломераты, и напряженность поля по центру соленоида 45меньше, чем на его периферии, чтоприводит к осыпанию порошка при дви"женин агломератов в приемник 27. Если ферромагнитный материал постутично магнитное поле, напряженностькоторого ослабевает по центру корпуса, и там в отсутствие магнитного стержня ферромагнитный материалне удерживается и проваливается без должного нагрева в приемник 27.Секционирование .межэлектродного пространства электроизоляционными перегородками 21 предотвращает неравномерное распределение в нем тока иобеспечивает равномерный нагрев материала.Зависимость 1 = Г(И) показывает,что по мере роста напряженностимагнитного поля Н, иэмереннсй в центре электромагнитной обмотки, имеющей высоту 120 мм и средний диаметрвитков 100 мм, удельное электрическое сопротивление падает от2 10 ф Ом/м до 2,7 Ом/м ( фиг.З,кривая 11 . При выключении магнитногополя электрическое сопротивление слоявозрастает (фиг.З, кривая г, вследствие действия сил упругости иуменьшения сил сцепления между частицами, пропорциональных квадратумагнитной индукции. До напряженностимагнитного поля Н = 40-60 кА/муменьшение электрического сопротивления слоя происходит вследствиемагнитной флотации частиц. Дальнейшее уменьшение удельного электрического сопротивления сопровождается уменьшением порозности слоя засчет его осевого сжатия силой, пропбрциональной силе поля Нн, гдеНщ,1 - градиент напряженности магнитного поля. Одновременно междуфлокулами действует сила отталкивания, которая возрастает по мере сжатия, препятствует этому сжатию. ПриН = 300 кА/м сжатие слоя практически прекращается, а удельное электрическое сопротивление становитсяпрактически постоянным. Прямая 3фиг.З) показывает уровень р приН = О, т;е. в отсутствие магнитногополя,Наложение на слой ферромагнитного порошка магнитного поля и пропускание тока вдоль магнитных силовых линий в тысячи раз уменьшает электрическое сопротивления слоя в направлении вдоль магнитных силовых линий, обеспечивает равномерное распределение тока в материале, предотвращает пробой слоя из-за многократного уменьшения напряженности между электродами, что обеспечивает многократноеувеличение тепловой мощности, выделяемой в слое ферромагнитного диспер сного материала,13 Снабжение предлагаемого устройства электромагнитной обмоткой и магнитопроводом, охватываощим корпус, в которомтором на торцах магннтопровода становлены графитовые электроды, обеспечивает равномерный нагрев. слоя электрическим током, предотвращает лектрический пробой его эа счет элеуменьщени я электрического сопротив ния этого слоя.йСекционнрование корпуса и электродов электроизоляционными перегород 0438 8хами, расположенными перпендикулярно поверхности электродов вдоль силовых линий магнитного поля, обеспечивает более равномерное распределе ние тока в слое и его нагрев вследствие предотвращения взаимодействиямежду собой токов параллельных токопроводящих мостиков и совпадениянаправления тока с направлением магнитных силовых линий и сил, действ контактах между частицами,вукицих в