РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН

(19) KZ (13) A4 (11) 29454 (51) H05B 7/22 (2006.01)

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ (21) 2013/1715.1 (22) 08.11.2013 (45) 25.12.2014, бюл. №12 (72) Нестеренков Александр Геннадьевич; Нестеренков Виктор Александрович; Нестеренкова Лариса Алексеевна (73) Товарищество с ограниченной ответственностью "Базальт-Технолоджи" (56) Патент РК №11894, 15.09.2004 (54) СПОСОБ ПЛАВЛЕНИЯ ШИХТЫ И СТАБИЛИЗАЦИИ РАСХОДА СТРУИ РАСПЛАВА И ТРЕХФАЗНЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА (57) Изобретение может использоваться для получения базальтовых волокон и изготовления из них теплоизоляционных материалов для строительства.

Сущность изобретения заключается в интенсивном перемешивании расплава переменным трехфазном током силовых электродов в плоскости электромагнита, и дополнительном перемешивании в зоне гомогенизации в поле рассеяния

электромагнита токами, проходящими между концами силовых электродов и расплавом железа, окружающего подовый электрод, подключенный к минусу силового источника постоянного тока, плюс которого соединен через развязывающие диоды с силовыми электродами. Саморазогрев расплава в зоне гомогенизации уменьшают за счет использования рассеивающей способности расплава железа, который распределяет равномерно по сечению ток подового электрода. Дополнительно воздействуют на расплав генерацией колебаний микрообъемов капель железа, образуемых у подины.

Выпуск расплава осуществляют из зоны его гомогенизации выше расплава железа между полюсами электромагнита через канал в футеровке корпуса реактора. Стабилизацию расхода расплава осуществляют изменением сечения канала на его выходе и пропусканием вдоль него тока между подовым электродом и торцом дополнительного электрода от низковольтного источника питания постоянного тока.

(19) KZ (13) A

4 (11) 29454

29454

2

Изобретение относится к области электротермии и предназначено для плавления шихты базальта и получения из нее супертонкого волокна, используемого в производстве теплоизоляционных материалов. Особенностью перерабатываемых расплавов является высокая температура кристаллизации (1150°С) и экспоненциальная зависимость вязкости и электропроводности от температуры в интервале 1150 - 1300°С.

Известен способ электроварки стекольной шихты (Патент Англии №987. 106), в котором подаваемая в шахтную печь шихта прогревается сначала теплом отходящих газов, затем поступает в зону варки и плавится между электродами трехфазной сети электрическим током, а потом через пропускной канал поступает в зону гомогенизации расплава, из которой методом слива с поверхности через устройство выпуска расплава идет на дальнейшую переработку. Недостатком способа является отсутствие электромагнитного перемешивания расплава в процесс плавления шихты, что снижает энергетические показатели процесса, увеличивает время переработки единицы массы шихты. Недостатком является также отсутствие стабилизации струи расплава как по расходу так и по пространственному положению относительно приемных устройств.

Известен способ плавления стекла, по которому шихта плавится путем протекания тока трехфазной сети между электродами, закрепленными в стенках электропечи в поперечном магнитном поле, созданным этим током, сфазированным с током по амплитуде (Патент Франции №2.067.361 С03В 5/00 от 1970 г.). За счет взаимодействия плотности тока проводимости, распределенного в расплаве между электродами с магнитным полем, пространственную картину которого формируют расположением и формой полюсов электромагнита, создают объемную электромагнитную силу Ампера, которая воздействует на расплав и перемещает его микрообъемы относительно полюсов магнитного поля. По мере проплавления всех компонентов шихты и увеличения доли вязкого расплава накапливается рассогласование между скоростью изменения величин вектора электромагнитной силы Ампера и вектора конвективного перемещения микрообъемов расплава, связанного с этой силой. После проплавления основной массы шихты в вязком расплаве остаются еще высокотемпературные нерасплавленные высокотемпературные включения. Для их плавления необходимо либо увеличивать время пребывания расплава в поле электромагнита, что ведет к увеличению его габаритов и индуктивных потерь, либо перегревать расплав, что увеличивает общие энергозатраты.

Известна электродуговая печь (Патент №2013892, Кл. С 1 Н05В 7/20 1991г.) постоянного тока, содержащая подовый и верхний электроды, электромагнит для перемешивания расплава, состоящий из катушки, подключенной последовательно с током дуги к источнику тока. Недостатком аналога является слабое

взаимодействие тока дуги с магнитным полем при малых токах и перегрев расплава базальта при больших токах из-за склонности расплава базальта к саморазогреву.

Известен электродуговой реактор KZ В №11894 Н05В 7/20 (прототип) для переработки сыпучих материалов в волокно, содержащий корпус реактора, три силовых электрода, электромагнит, охватывающий по периметру часть корпуса реактора, с электромагнитными катушками, подключенными последовательно с электродами к трехфазной сети, выпускную диафрагму, находящуюся в центре подины и подключенную к выходу источника постоянного тока, второй выход которого через развязывающие диоды соединен с силовыми электродами.

Многолетняя работа на реакторах различной мощности, изготовленных в соответствии с прототипом наряду с несомненными их достоинствами выявила и некоторые недостатки:

• из-за высокой температуры кристаллизации (1150°С) невозможно было использовать водоохлаждаемые конструкции диафрагм для выпуска расплава из-за его замерзания в узком отверстии; без водяного охлаждения конструкции леток быстро выходили из строя, поэтому требуется так подобрать место охлаждения летки, чтобы и отверстие не замерзало, и сама летка не расплавлялась;

• экспоненциальная зависимость вязкости и электропроводности расплава от температуры в интервале 1100 - 1300°С приводила расплав к саморазогреву и не позволяла выделять тепловую мощность равномерно по сечению реактора, т.к. ток, проходящий между концами силовых электродов и нижней диафрагмой, постепенно стягивался в узкий канал и саморазогревал его сильнее, что приводило к еще большему сосредоточению плотности тока в узком канале;

• расход базальта через диафрагму из-за саморазогрева базальта самопроизвольно увеличивался; снизить расход путем прерывания проходящего через диафрагму постоянного тока не удавалось из-за ее замораживания.

Выше приведенные недостатки прототипа объясняются тем, что на выпускную диафрагму (летку) были возложены две функции - первая это выделение мощности в нижней части реактора путем пропускания тока между ней и концами силовых и вторая- стабилизация расхода расплава за счет регулировки его температуры относительно корпуса.

Настоящее изобретение решает следующие задачи:

1. Снижение энергозатрат при ведении непрерывного процесса плавления шихты базальта в реакторе с небольшими габаритами электромагнита при повышении эффективности электромагнитного перемешивания многокомпонентного расплава, как на стадии плавления, так и на стадии его гомогенизации.

2. Осуществление непрерывного регулируемого выпуска расплава базальта, имеющего склонность к

29454

3

саморазогреву, из рабочего объема реактора с использованием пропускания тока через выпускной канал и токовой регулировки расхода расплава путем изменения тока через этот канал.

3. Формирование на выходе из летки вертикальной струи базальта, поступающей на волокнообразующие устройства, предпочтительно валки центрифуги.

Технический результат, согласно изобретению, заключается в снижении энергозатрат на переработку сыпучей шихты в гомогенизированный расплав и его выпуске в виде вертикальной струи со стабилизацией ее расхода. Указанный технический результат для способа достигается тем, что в способе плавления шихты, включающем пропускание через зону плавления переменного тока трехфазной сети, проходящего между силовыми электродами в поперечном магнитном поле, создаваемом электромагнитом при пропускании через его катушки тока силовых электродов, новым является то, что гомогенизацию вязкого расплава проводят ниже зоны плавления основных компонентов шихты за счет протекания постоянного тока между концами силовых электродов и подовым электродом, а также за счет гидродинамического воздействия на расплав этого тока через генерируемые микрокапли железа, при этом температуру перегрева расплава поддерживают ниже температуры плавления высокотемпературных включений. Влияние саморазогрева расплава на его расход устраняют тем, выпускной канал выводят из зоны прохождения тока силовых источников питания и располагают горизонтально относительно подового электрода в футеровке одной из секций реактора. Стабилизацию расхода расплава проводят путем пропускания тока по этому каналу между подовым электродом реактора и введенным дополнительно электродом стабилизации от дополнительного низковольтного источника постоянного тока, а стабилизацию пространственного положения струи расплава осуществляют вертикальной ориентацией выходного калиброванного отверстия летки.

Постоянный ток силового источника пропускают между концами электродов и ванной расплавленного железа так, что при перемещении силовых электродов в рабочем объеме реактора постоянный ток ведут за концами электродов и осуществляют взаимодействие его с магнитным полем электромагнита, способствуя увеличению рабочей области электромагнитного перемешивания реактора и снижению времени гомогенизации расплава.

Гомогенизацию расплава осуществляют при температуре ниже температуры плавления его высокотемпературных включений, а расплавление включений проводят за счет перемешивания расплава в зоне гомогенизации ниже плоскости электромагнита с использованием постоянного тока подового электрода, распределенного по сечению благодаря разбросу концов электродов и хорошо проводящей поверхности жидкого железа.

Указанный технический результат для устройства достигается тем, что трехфазный реактор, содержащий корпус реактора, три силовых электрода, подключенных к фазам электрической сети последовательно с катушками электромагнита, расположенных на его полюсах, между которыми размещены электроды, источник питания постоянного тока, подключенный через развязывающие диоды к силовым электродам, новым является то, что рабочий объем реактора разделен на зону плавления с перемешиванием расплава на переменном токе и зону гомогенизации с перемешиванием расплава на постоянном токе, опирающуюся в нижней части на расплав железа, в котором расположен подовый электрод, проходящий через подину и подключенный к заземленному минусу источника силового питания постоянного тока и минусу введенного дополнительно маломощного низковольтного источника питания. Новым является выполнение канала выпуска расплава в футеровке корпуса реактора между полюсами электромагнита выше расплава железа. Соосно каналу у его выхода с возможностью перемещения установлен графитовый электрод, соединенный через запирающий диод с маломощным низковольтным источником питания. Выпускной канал установлен выше уровня расплава железа, что исключает нежелательный выход железа на волокнообразующие валки центрифуги - капли железа попадая на валки, прилипают к ним и нарушают балансировку. Накапливающееся железо периодически сливают через отверстие, выполненное рядом с подовым электродом на расстоянии не менее трех его диаметров.

Подпирая поток расплава на выходе горизонтального канала торцом графитового электрода, осуществляют изменение его сечения и соответственно расход расплава.

Суть разделения зон плавления и гомогенизации в корпусе реактора заключается в том, что значительную часть электрической мощности выделяют в зоне гомогенизации, не перегревая при этом расплав. Это достигается благодаря перераспределению постоянного тока по всему сечению расплава базальта за счет низкого сопротивления расплава железа, по которому равномерно во все стороны от подового электрода растекается ток проводимости. В отличие от расплава базальта сопротивление расплава железа растет с ростом температуры. Поэтому при движении тока от подового электрода к базальту через расплав железа проявляется как бы внутренняя стабилизация равномерного распределения плотности тока по сечению расплава железа. Вследствие низкого сопротивления массы железа и большого сопротивления расплава базальта общий ток разделяется по сечению на три равномерных потока, сосредоточенных под силовыми электродами. На эти токи подового электрода воздействуют магнитным полем рассеяния электромагнита, что позволяет дополнительно перемешивать эффективно вязкие

29454

4

слои расплава. Все это снижает возможность перегрева и саморазогрева расплава базальта при протекании постоянного тока большой силы в зоне гомогенизации расплава.

Еще одной особенностью применения большой величины постоянного тока подового электрода является использование физической природы образования расплава базальта, содержащего в зависимости от месторождения до 11% окислов железа, которое постепенно восстанавливается углеродом электродов до элементарного железа, а последнее коагулирует в микрокапли. При движении проводящих микроакпель в магнитном поле рассеяния электромагнита их поверхность генерирует колебания, которые передаются расплаву базальта, что повышает процесс перемешивания.

Наличие горизонтального канала в футеровке реактора позволяет безопасно и технологично проводить выпуск расплава путем перекрытия выходного сечения канала графитовым электродом. Регулировку расхода осуществляют током низковольтного источника питания, подавая напряжение между подовым электродом и торцом дополнительного графитового электрода. При этом летка не привязывается электрически к источнику питания и, следовательно, на ней не возникают микродуги. Эту функцию принимает на себя расходуемый графитовый (или молибденовый) электрод. Расплав, подпертый торцом электрода стабилизации, выходя из горизонтального канала, попадает в технологическую камеру расширения и омывает одновременно торец летки и торец электрода стабилизации. Ток низковольтного источника питания поддерживает температуру в выпускном канале и летке на необходимом технологическом уровне, компенсируя неизбежные тепловые потери при транспортировке расплава от объема реактора к выходному отверстию летки. При снижении температуры расплава ниже уровня хорошего протекания тока через поверхность электрода стабилизации ухудшаются процессы переноса электрического тока, и начинается дугообразование, которое резко поднимает температуру в технологической камере расширения. Этот процесс недолгий, но достаточный, чтобы разрушить поверхность электрода, поэтому и предлагается в изобретении использовать расходуемый электрод стабилизации, перемещаемый в выпускном устройстве.

Наличие горизонтального участка выпускного канала позволяет также технологично его прочистить от отложений застывшего расплава базальта.

На рисунке представлен трехфазный ректор и схема его электропитания. Корпус трехфазного реактора состоит из стенки 1, выполненной из изолированных друг от друга водоохлаждаемых секций, крышки 2, и подины 3, изолированных от стенки 1 реактора. Три силовых электрода 4 (на фиг. один электрод не показан) соединены с электромагнитными катушками 5 последовательно и подключены к источнику трехфазного питания.

Силовые электроды 4 расположены между полюсами 6 электромагнита, ярмо которого 7 охватывает реактор по периметру полностью или частично. С одной из секций реактора состыковано устройство выпуска расплава 8, в котором выполнен горизонтальный выпускной канал, заканчивающийся камерой расширения 10 (технологическая полость). Ниже камеры расширения в устройстве выпуска расплава выполнен вертикальный канал 11, и в него вставлена летка 12, а соосно горизонтальному выпускному каналу 9 за камерой расширения 10 установлен электрод стабилизации 13. Нижняя часть рабочего объема реактора содержит в зависимости от температуры или монолит, или расплав железа 14, в котором находится подовый электрод 15. Схема электрического питания кроме трехфазного источника переменного тока (на рисунке не показан), фазы которого соединены с катушками 5 электромагнита, содержит источник постоянного тока 16, минус которого соединен с подовым электродом 15, а плюс через развязывающие диоды 18 соединен с силовыми электродами. К подовому электроду подключен также минус низковольтного источника постоянного тока 17, плюс которого через запирающий диод 19 соединен с электродом стабилизации 13, который вставлен в механизм его перемещения 20. Стенки реактора футерованы огнеупором 21. Корпус летки 12 охлаждается охладителем 22, а подовый электрод 15 охладителем 23.

Трехфазный реактор работает следующим образом.

После пуска реактора, процесс которого не входит в материалы заявляемого изобретения, силовые электроды погружают в образовавшийся в рабочем объеме корпуса реактора расплав базальта, а концы силовых электродов размещают в плоскости ярма электромагнита. Сверху над расплавом образуют горку подаваемой постоянно шихты, которая является эффективной теплоизоляцией для базальта. Силовые электроды подключают к сети последовательно с катушками электромагнита и пропускают переменный ток частотой трехфазной сети (150 Гц). В результате протекания по обмоткам катушек трехфазного тока в объеме реактора создают вращающееся магнитное поле величины, которого зависит от ампер-витков катушек электромагнита. Вращающееся магнитное поле, взаимодействуя с током между силовыми электродами, создает объемную электромагнитную силу, направленную вертикально к подине реактора, способствующую размыванию плотности тока между электродами и перемешиванию расплава в вертикальной плоскости. Одновременно вращающееся магнитное поле взаимодействует (как в асинхронном двигателе) с проводящими слоями расплава и перемещает их в горизонтальной плоскости. Вертикально направленная изменяющаяся с утроенной частотой трехфазной сети объемная электромагнитная сила особенно эффективно в микрокапилярах твердой шихты

29454

5

создает гидродинамические течения т способствует быстрому размыванию твердого каркаса материала.

Постепенно шихту на переменном тока превращают в вязкую жидкость, которая занимает весь рабочий объем ванны расплава и которая содержит в себе еще не расплавившиеся частицы высокотемпературных компонентов шихты и микрокапли образовавшегося железа. На микрокаплях железа в переменном магнитном поле индуцируются переменные электрические вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов с магнитным полем приводит к появлению гидродинамических пульсаций капли, которые передаются окружающему ее расплаву, способствуя дополнительному перемешиванию.

Между подовым электродом и силовыми электродами через развязывающие диоды включают напряжение от источника постоянного тока. Благодаря растеканию постоянного тока большой силы по толщине полученного к этому времени расплава железа под силовыми электродами формируют три примерно одинаковых тока проводимости. На эти токи воздействуют вращающимся постоянным магнитным полем электромагнита, и получают достаточные по величине электромагнитные силы, эффективно перемешивающие слои расплава в горизонтальной плоскости. Эти силы направляют от оси реактора, чтобы распределить тепловыделение равномерно по сечению зоны стабилизации расплава.

С использованием микрокапель железа создают в постоянном магнитном поле тока подового электрода еще одну электромагнитную силу направленную перпендикулярно току подового электрода и воздействующую на соседние слои расплава.

В результате действия всех вышеописанных физических процессов осуществляют гомогенизацию расплава с относительно низкой температурой перегрева расплава и не большими энергозатратами.

Выпуск расплава осуществляют из зоны гомогенизации через горизонтальный канал в устройстве выпуска расплава. После прохождения горизонтального канала расплав через кольцевую щель, образуемую периметром выходного отверстия и конусом электрода стабилизации, направляют через технологическую камеру расширения в вертикально ориентированный канал в устройстве выпуска расплава, в котором размещают периодически сменяемую летку.

Стабилизацию расхода и температуры струи расплава базальта на выходе из летки осуществляют пропусканием постоянного тока между подовым электродом и электродом стабилизации. Электрод стабилизации расплава сознательно делают расходуемым из-за принципиальной невозможности устранения микродуговых процессов на его поверхности при случайных изменениях температуры расплава ниже порога его проводимости. Благодаря протеканию тока между подовым электродом и электродом стабилизации температуру перед выходом в летку поддерживают

в некотором интервале температур, в котором можно управлять расходом базальта, не касаясь силовых источников питания реактора. Это дает возможность избежать как перегрева канала выпуска расплава, так и его замерзания.

Выпуск расплава железа осуществляют периодически через отверстие в подовом электроде, или специальное выпускное отверстие в подине.

Для замены износившейся летки в процессе работы реактора перекрывают горизонтальный канал торцом электрода стабилизации. Для этого электрод стабилизации охлаждают и перемещают в устройстве перемешивания в технологической камере расширения. После слива из камеры расширения остатков расплава базальта проводят демонтаж летки и ее замену. Подовый электрод и летка снабжаются охладителями.

При необходимости ремонта всего устройства выпуска расплава, проводят слив расплава ниже горизонтального выпускного канала, опускают электроды ниже этого канала, и реактор ставят в дежурный режим поддержания температуры расплава на технологическом уровне. Проводят чистку камеры расширения, замену электрода стабилизации и летки.

Пример осуществления способа. Плавление шихты базальта осуществляют в реакторе мощностью переменного трехфазного источника 400 кВт и мощностью источника постоянного тока 160 кВт. Количество витков катушки электромагнита 10-15. Ток силовых электродов во время плавок изменяют в интервале 200 - 400 А. ток подового электрода изменяют в пределах 150 - 230 А. измеренная величина магнитного поля в рабочем объеме реактора между электродами при указанных токах составляет 0,005 - 0,01 Тс. Диаметр силовых графитовых электродов 75 мм, расстояние между ними в среднем 0,3 м. плотность тока между электродами, погруженными в расплав примерно равно (0,5 - 10) * 104 А/м2. Отсюда амплитуда плотности вертикально направленной пульсирующей электромагнитной силы между силовыми электродами достигает 700 Н/м2. Величина вращающегося магнитного поля (по аналогии с асинхронными двигателями) примерно в полтора раза больше величины амплитудного значения магнитного поля между полюсами электромагнита, что составляет примерно 0,015 Тс. Средняя величина измеренного рассеянного магнитного поля (эффект выпучивания магнитного поля) ниже плоскости магнитопровода равна 0,003 Тс. Плотность тока, сосредоточенного под силовыми электродами вычислим из условия, что одна третья часть полного тока подового электрода проходит под силовыми электродами по сечению расплава, равному 0,002 м2. В этом случае расчетное значение плотности дополнительной электромагнитной силы постоянно действующей на расплав в поле рассеяния полюсов электромагнита, составляет 37 * 103 А/м2 * 0,003 Тс = 110 Н/м2. Расчетное значение дополнительной электромагнитной силы в предлагаемом изобретении составляет примерно пятую часть

29454

6

амплитудной величины электромагнитной силы между электродами в прототипе. К сожалению, измерить величину электромагнитной силы в работающем реакторе в настоящее время не представляется возможным. Поэтому можно оперировать только интегральными характеристиками процесса плавления в реакторе по прототипу и предлагаемому изобретению.

В таблице представлены опытные данные плавок на разрабатываемых реакторах. Первая цифра во

втором столбце представляет собой мощность источника переменного тока, а вторая - постоянного. Наличие непроплавившихся включений визуально определялось как появление на светящемся фоне струи базальта движущихся с потоком расплава темных пятен. Во всех плавках мощность источника питания электрода стабилизации на превышала 7 кВт, а температура выходящей струи контролировалась пирометром «Смотрич» и поддерживалась на уровне 1350°С.

Таблица

Ток

силовых электродов,

А

Вводимая в реактор

мощность, кВт

Ток подового электрода, А

Производительность, кг/час

Ток электрода стабилизации, А

Наличие непроплавившихся

включений

400 280+45 150 270 20 нет 400 280+60 200 283 50 нет 300 210+70 230 235 50 нет 400 280 - 200 - есть

Последняя строка в таблице относится к

технологическим параметрам реактора по прототипу. Видно, что при примерно одинаковой, вводимой в реактор электрической мощности и температуре выходящей струи в прототипе производительность по расплаву меньше. Иначе говоря, на получение гомогенизированного расплава одинаковой производительности в предлагаемом изобретении затрачивается примерно на 10% меньше электрической энергии. При этом решаются технологические задачи, которые в течение двух лет не решались при плавках на реакторе - прототипе.

В процессе плавления на время (более 10 минут) проводили перекрытие выходного отверстия горизонтального выпускного канала. При этом прерывали подачу шихты, ток подового электрода снижали до дежурного уровня 100 А, а ток электрода стабилизации поддерживали на уровне 20 А. За это время расплав из камеры расширения успевал вытечь полностью, оставляя отверстие летки чистым, если не учитывать тонкую пленку расплава на ее стенках. После очередного открытия выходного отверстия горизонтального канала путем смещения на несколько миллиметров электрода стабилизации, расплав из кольцевой щели заполнял сначала камеру расширения, а затем проходил через вертикальное калибровочное отверстие летки и в виде стабилизированной в пространстве вертикально струи направлялся к волокнообразующим валкам центрифуги. Одинаковые по периметру отверстия летки условия теплообмена и гидродинамики расплава стабилизировали луковицу струи на выходе и, соответственно, стабилизировали положение струи расплава в пространстве.

Для устранения высокотемпературных включений в расплаве нет необходимости их плавить, доводя температуру, например кварца до 1770°С. Лучшим результатом по энергетике процесса является «размазывание» в пространстве этих включений за счет электромагнитного и

диффузного перемешивания расплава при температурах, где эти процессы эффективны. Для этого вязкость расплава должна быть η= 0,5 Па*с, для чего достаточно температур порядка 1400°С. С другой стороны, температура выходящего из реактора расплава должна компенсировать неизбежные тепловые потери при транспортировке расплава до волокнообразующих устройств. В противном случае получится волокно плохого качества. Верхний предел температуры полностью зависит от конкретного устройства выпуска расплава и не может быть указан корректно.

Как известно, при истечении расплава базальта из отверстий и каналов в свободное пространство наблюдается неравномерный износ выходного отверстия - нижняя часть отверстия изнашивается сильнее. Для равномерного износа стенок канала необходимо по периметру выдерживать одинаковую гидродинамику потока. В поле силы тяжести для устранения этого недостатка необходимо создать дополнительное динамическое сопротивление потоку, величина которого превышала бы имеющуюся неоднородность динамического напора по периметру отверстия. Для этого торец электрода стабилизации конической частью вдвигают в выходное отверстие горизонтального канала и создают подпор гидродинамического давления столба расплава с массой шихты в реакторе. В результате на выходе получают кольцевой поток с примерно одинаковым гидродинамическим напором по периметру отверстия. Для повышения эффекта подпора потока кольцевой поток вводят сначала в камеру расширения. Этот способ позволил сохранять продолжительное время равномерный по периметру износ выходного отверстия и конусной части торца электрода стабилизации. А это, в свою очередь, дало возможность перекрывать поток базальта и грубо регулировать расход расплава путем изменения проходного сечения кольцевого канала.

29454

7

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ плавления шихты горных пород и стабилизации расхода струи расплава, включающий пропускание через расплав между силовыми электродами трехфазного тока в поперечном магнитном поле электромагнита с катушками, соединенными последовательно с силовыми электродами, отличающийся тем, что регулировку выделяемой мощности в реакторе проводят широтно-импульсным методом, выключая напряжение на силовых электродах при переходе тока фаз через ноль, при этом генерацию низкочастотных колебаний мощности в трехфазную сеть в промежутках питания реактора устраняют путем перенаправления выделяемой мощности трехфазного сетевого трансформатора на резисторы панелей предварительного нагрева и сушки подаваемой в реактор шихты, плавление которой осуществляют при электромагнитном перемешивании расплава объемными силами Ампера в плоскости электромагнита, а гомогенизацию расплава осуществляют перемешиванием расплава ниже плоскости электромагнита объемными силами, возникающими при взаимодействии магнитного поля рассеяния электромагнита с токами, проходящими между концами силовых электродов и расплавом железа на подине, а также воздействуя на расплав генерацией колебаний микрообъемов образуемых у подины капель железа, при этом выпуск расплава из зоны гомогенизации осуществляют выше ванны жидкого железа между полюсами электромагнита через выпускной канал в футеровке корпуса реактора, причем стабилизацию расхода расплава осуществляют изменением проходного сечения канала и пропусканием тока вдоль выпускного канала между подовым электродом и торцом дополнительного графитового электрода от низковольтного источника постоянного тока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что среднюю температуру расплава в зоне гомогенизации держат ниже температуры плавления высокотемпературных компонентов шихты горной породы и на уровне, при котором теплосодержание

поступающего в выпускной канал расплава, компенсирует его тепловые потери без опасности замерзания при транспортировке расплава до волокнообразующих устройств.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев шихты осуществляют в перерывах питания реактора в объеме бункера с помощью размещенных в объеме шихты нихромовых спиралей.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что проходное сечение канала изменяют у его выхода торцом перемещаемого дополнительного электрода.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что выпуск расплава железа осуществляют периодически через отверстие в подине, выполненное рядом с подовым электродом на расстоянии не более трех его диаметров, в котором механически выбивают графитовую пробку.

6. Трехфазный реактор для осуществления способа по п.1, содержащий корпус реактора, три силовых электрода, подключенных к фазам трехфазного сетевого трансформатора последовательно с катушками электромагнита и через развязывающие диоды к плюсу силового источника питания постоянного тока и расположенных между полюсами электромагнита, ярмо которого охватывает корпус реактора, отличающийся тем, что к фазам трехфазного трансформатора через управляемые тиристоры подключены резисторы панели нагрева шихты в бункере, в подине реактора в расплаве железа установлен подовый электрод и подключен к минусу силового источника питания постоянного тока и минусу низковольтного источника питания стабилизации расхода, рядом с подовым электродом на расстоянии не менее трех его в футеровке подины выполнено отверстие с конусной графитовой пробкой для периодического выпуска расплава железа, в футеровке корпуса реактора между полюсами выше расплава железа выполнен горизонтальный канал, у выхода которого с возможностью перемещения установлен электрод, подключенный через запирающий диод к плюсу низковольтного источника питания постоянного тока, а минус источника подключен к подовому электроду.

Верстка Ж. Жомартбек Корректор К. Нгметжанова