книги из ГПНТБ / Повх, И. Л. Магнитная гидродинамика в металлургии

Значительного снижения тепловых потерь и увеличе­ ния к. п. д. можно достичь при использовании металла, удовлетворяющего указанным требованиям, при индук­ ционном вводе переменного тока'в расплавы [81].

Для очистки жидких металлов от неметаллических и шлаковых частиц может быть использовано индукцион­ ное электромагнитное устройство с бегущим магнитным полем [82]. .Предназначенный для очистки металл зали­ вают в приемную емкость устройства. Бегущим магнит­ ным полем металл будет перемещаться по желобу, име­ ющему восходящий уклон. На частички шлака, захва­ тываемые металлом, вследствие их неэлектропроводности бегущее магнитное поле не действует. Поэтому под дей­ ствием силы тяжести шлак будет соскальзывать по по­ верхности металла в приемную емкость устройства. Уст­ ройство аналогичного типа испытано на жидком чугу­ не [83].

Известно также предложение о применении электро­ магнитного центробежного сепаратора [84] для извле­ чения металла из шлака.

4. МГД-ОБОГАЩЕНИЕ РУД

На кондукционном МГД-сепарагоре с горизонталь­ ным закрытым каналом исследовали возможность обо­ гащения проб концентратов сотрясательных столов и отсадочных машин с содержанием двуокиси циркония соответственно 10,45 и 2,29% [33, с. 551].

■гащением подвергали магнитной сепарации.

Магнитная индукция в зазоре электромагнита состав­ ляла 0,9 Т; удельный вес электролита регулировали из­ менением величины плотности тока в электролите в пре­ делах (3,28^-4,22) • 104 Н/м3.

В качестве рабочей жидкости использовали 10%-ный раствор соляной кислоты, удельная электропроводность которого равна 63 (Ом-м)-1, а плотность 1,1 • 103 кг/м3.

Длина зоны разделения составляла 170 мм, скорость потока электролита изменяли в пределах 0,5—0,8 м/с. Изучали влияние загрузки продукта на качество разде­ ления. Установлено, что загрузка в нижнюю часть кана­ ла несколько снижает качество концентрата, но увели­ чивает степень извлечения циркония. При верхней за­ грузке наблюдается обратная картина (табл. 5).

130

Таблица 5

Влияние загрузки питания на качество разделения класса 2—1 мм

для выделения основного количества отвальных хвостов

осуществляться в верхнюю зону канала.

Увеличение удельного веса электролита более 3,28Х ХЮ4 Н/м3 ведет к повышению содержания двуокиси циркония в концентрате и к уменьшению степени извле­ чения.

Существенное влияние на эффективность разделения оказывает крупность продукта (рис. 58). Как видно, снижение крупности от 2—1 до 0,160—0,063 мм ведет к уменьшению содержания двуокиси циркония в концент­ рате примерно в пять раз, а степени извлечения на 30% (кривые 1, 2 на рис. 58).

Степень концентрации продуктов разделения почти линейно растет по мере увеличения крупности мате­ риала (кривая 3).

При разделении за одну операцию получаются хво­ сты с низким содержанием двуокиси циркония (0,12— 0,15% при содержании его в исходном продукте 2,94— 2,04%,). В основном это имеет место при разделении крупных классов (кривая 4), т. е. подтверждается воз­

можность использования МГД-способа обогащения для получения отвальных продуктов на начальных стадиях обогащения.

Известны" также работы по исследованию возможно­ сти обогащения марганцевой руды методом МГД-сепа- рации [76, 86]. В первой работе для этой цели исполь-

зовали МГД-сепаратор типа MG2-P, производительность которого ,по исходному материалу составляет 1,6 т/ч.

В качестве продукта обогащения использовали шлам крупностью 0,16—3 мм, концентрат электромагнитной сепарации и исходную мытую руду.

Крупность продунта, мм

Рис. 58. Зависимость концентрации, содержания двуокиси циркония в концентратах и хвостах и извлечения их от крупности

При МГД-сепарации шлама с исходным содержани­ ем 13% ‘марганца, когда удельный вес жидкости состав­ лял 2,9-104 Н/м3, выход всплывшего продукта составил 94,61% с содержанием марганца 8,5%., выход концент­ рата составил 5,39% с содержанием марганца 48,7%. При удельном весе 3 - 104 Н/м3 выход всплывших продук­ тов составил 95,54 % с содержанием марганца 8,7% и выход концентрата — 4,46% с содержанием марганца

53,5%.

При обогащении концентрата электромагнитной се­ парации с исходным содержанием марганца 39,9% и крупностью 0,16—3,0 мм на сепараторе МС2-Р установ­ лено, что при удельном весе электролита 3-104 Н/м3 вы­ ход всплывших фракций составляет 59,45% с содержани­ ем марганца 24,1%, выход концентрата 40,55% с содер­ жанием марганца 48,4%. Концентрат первого сорта по­ лучается при 2,9-104 Н/м3, а концентрат высшего сорта при 3-104 Н/м3. Всплывший продукт является концент­ ратом третьего сорта.

132

Исследованиями показано, что при МГД-сепарации концентрат второго сорта легко исключается, при этом одна половина исходного материала получается в виде концентрата первого сорта, а вторая — в виде концент­ рата третьего сорта. Измельчение материала до крупно­ сти 0,16— 1,0 мм не .приводит к существенному улучше­ нию показателей извлечения.

Обогащение мытой руды класса 3—8 мм, измельчен­ ной до 0,16—3,0 мм при 3 -104 Н/м3, дает выход концент­ рата 31,1% е содержанием марганца 51%,. Такой же концентрат может быть получен только после трехкрат­ ной перечистки концентрата электромагнитных сепара­ торов.

Аналогичные результаты получены .при МГД-обога- щении мытой марганцевой руды Грушевской обогати­ тельной фабрики треста «Никопольмарганец» [86].

Исследование МГД-обогащения коричневой железной руды класса 0,16—3,0 мм .при 3 • 104 Н/м3 привело к по­ лучению 10,6% концентрата с содержанием железа 46,1%.- Эти результаты соответствуют лучшим показате-' лям, которых удается достичь на отсадочных машинах.

В 1967—1969 гг. институты «Гипромашуглеобогащение» и «ЦНИИолово» МЦМ СССР исследовали возмож­ ность обогащения оловянной руды с помощью МГД-сепа- раторов [76]. Данные обогащения на концентрационном столе и МГД-сепараторе типа МСЗ-0 приведены в табл. 6. Как видно, на концентрационном столе получе­ ны хвосты с содержанием олова, превышающим установ­ ленные нормативы.

133

5. ОЧИСТКА ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ

Явление увеличения удельного веса проводящей жид­ кости в скрещенных электрическом и магнитном полях может быть с успехом использовано в металлургии для очистки жидких металлов от неметаллических включе­ ний и других механических примесей. Приоритет в дан­ ной области принадлежит СССР и закреплен авторски­ ми свидетельствами на способ [163] и некоторые элект­ ромагнитные устройства [87, 88].

Принципиальная возможность всплывания более тя­ желых непроводящих частиц в жидком металле, поме­ щенном в постоянные скрещенные электрическое и маг­ нитное поля, была показана в работе Л. А. Верте. В ка­ честве рабочей жидкости использовали ртуть, в качест­

ции слоем клея БФ-2. Позднее аналогичные опыты 'были выполнены с .применением однофазного насоса [89].

Первые опыты по изучению возможности очистки жидких металлов были осуществлены на расплавленных армко-железе и шарикоподшипниковой стали ШХ15 [90, 91]. Схема использованной авторами электромагнитной установки представлена на рис. 59. Магнитная индукция в зазоре электромагнита составляла ~ 0,4 Т, сила тока, пропускаемого через металл, 15А. Высота слитка со­ ставляла 60 мм. Для 'более наглядного выявления эф­ фекта очистки армко-железо раскисляли алюминием из

В зависимости от направления электрического и маг­ нитного полей основное количество неметаллических включений находится в верхней или нижней частях слит­ ка. У слитка, выплавленного в обычных условиях, неме­ таллические включения распределены по высоте слитка равномерно.

В работе [57, с. 127] рассмотрены результаты экспе­ риментальных исследований, выполненных на сплаве АЛ 15 и армко-железе. Схема использованной установки представлена на рис, 60. Индукция в зазоре магнита со­ ставляла 0,273 Т,

134

Пробу из сплава АЛ 15 расплавляли и при достиже­ нии температуры 700°'С в расплав вводили дисперсный

.порошок А120 3 из расчета 0,2% от массы пробы. После тщательного перемешивания аоплав выдерживали при этой температуре в течение 3 мин, а затем быстро ох­ лаждали.

Вторую аналогичную пробу после введения по­ рошка и перемешивания подвергали электромагнит-

/

ной обработке в течение 3 мин. Величины силы тока, пропускаемого через металл, составляла 40 А.

Для выявления распределения неметаллических включений по высоте слитка делали микрошлифы верх­ ней, средней и нижней частей обоих слитков.

Как видно из приведенных на рис. 61 фотографий микрошлифов, у слитка, затвердевавшего в обычных ус­ ловиях, в верхней части находится незначительное коли­ чество А120 3 с размерами зерен до 0,02 мм. В средней части количество А120 3 больше, включения здесь круп­ нее— до 0,03 мм. В нижней части слитка находится ос­ новное количество включений наиболее крупных разме­ ров, доходящих до 0,04 мм. Известно', что .плотность гли­ нозема А120 3 больше плотности расплава АЛ 15, поэтому происходит естественное осаждение включений.

135

У слмтка, подвергнутого электромагнитному утяжеле- . нию (рис. 62), основное количество включений, макси­ мальная величина которых достигает 0,03 мм, находится в верхней части слитка. В средней части количество включений меньше, максимальная величина их -—0,2 мм; в нижней части включений мало — здесь находятся ча­ стицы размерами до 0,01 мм.

Для выявления влияния величины электромагнитно­ го утяжеления на процесс всплывания частиц А1г03 при­ меняли следующие режимы электромагнитного утяжеле­ ния: (0,875; 1,1; 1,3; 1,5; 1,85)-И)4 Н/м3.

Металлографический анализ распределения включе­ ний в слитках показывает, что количество и размеры не­ металлических включений в нижней и средней частях слитков уменьшается с увеличением электромагнитного утяжеления. При этом во всех случаях наиболее загряз­ нены неметаллическими включениями края слитков, тог­ да как средняя часть слитков более чистая. Это явление может быть объяснено как неоднородностью электриче­ ского поля в горизонтальной плоскости, а следователь­ но, и неравномерным распределением электромагнитной силы, вследствие чего неметаллические частицы вытал­ кивались из средней части слитка в краевые зоны или заносились туда возникающими потоками, так и частич­ ным окислением металла на поверхности слитка.

Ряд опытов выполнен на армко-железе, малоуглеро­ дистом феррохроме ХрО и шарикоподшипниковой стали ШХ15. Исследованиями установлена возможность уско­ рения процесса всплывания неметаллических включений в верхние слои металла.

Электромагнитные силы могут быть также использо­ ваны при очистке свинца от меди [93].

При тонкой очистке свинца серой (содержание меди в свинце составляет -—0,1%) образующийся сульфид меди всплывает на поверхность в виде шликеров с со­ держанием 2—4% Си и ~ 90% РЬ. Основная часть свин­ ца в шликерах представляет собой механически запутав­ шийся металл, незначительная часть свинца присутству­ ет в виде сернистого свинца. Поскольку электропровод­ ность сульфида меди на два порядка меньше электро­ проводности жидкого свинца, а плотность меньше почти в два раза, то наложение электромагнитных сил приве­ дет к увеличению скорости всплывания сульфидных ча­ стиц и к улучшению 'Качества съемов.

136

Свинец с содержанием 0,08% Си расплавляли при 350°С и добавляли 0,09% серы от массы свинца при пе­ ремешивании в течение 16 мин. При указанной темпера­ туре расплав выдерживали в течение 1 ч, отбирая с ниж­ него уровня пробы металла соответственно через 15, 30, 45 и 60 мин. Аналогичные опыты проводили с наложе-

Ш

0,03

0,02

нием электромагнитных сил при плотности тока 20Х ХЮ4 А/м2 и магнитной индукции 0,6 Т (рис. 63).

шение концентрации меди составило 0,024%, т. е. коли­ чество меди в свинце уменьшилось почти в 4 раза.

Аналогично исследовали влияние электромагнитных сил на качество шликеров (рис. 64). Как видно, элект­ ромагнитные силы приводят к увеличению меди в шли­ керах .более чем в 5 раз и к уменьшению количества ме­ таллического свинца.

Грубое извлечение меди в обычных условиях осно­ вано на уменьшении растворимости меди в свинце при охлаждении и всплывании твердых частиц.

138

Поскольку электропроводность этих частиц примерно на порядок больше электропроводности свинца, пред­ ставляло интерес выяснить влияние электромагнитных сил в этом случае. В расплавленный свинец при 600°С добавляли медно-свинцовую лигатуру из расчета содер­

очистки жидкой стали от неметаллических включений в потоке описаны в работах [33, с. 70; 94]. Сталь с 0,05%

С; 0,04% Мп; 0,05% Si; 0,027% S и 0,024% Р из лабора­

торной дуговой электропечи разливали по футерованно­ му каналу установки, схема которой изображена на рис. 56. Перед выпуском сталь раскисляли ферросилицием и доводили ее температуру до 1600— 1620ЧС. Элект­ рический ток подводили к нижней части желоба с по­ мощью жидкостных токовводов. При плотности тока /= 2 8 -1 0 4 А/м2 и магнитной индукции В = 1 ,7 Т величина электромагнитного утяжеления стали составляла 32,5Х

XI О4 Н/м3.

-Производили замораживание потока стали, разли­ ваемой -по желобу со средней скоростью у= 0,7 м/с с

139