Устройство для удаления полутвердого и сыпучего шлака из металлургической емкости

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (51)4 F 27 D 3 15

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " -:

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3 774680/2 2-02 (22) 18.07.84 (46) 15.04.86. Бюл. )) 14 (71) Государственный научно-исследовательский, проектный и конструкторский институт сплавов и обработки цветных металлов "Гипроцветметобработка" и Ленинградское производственное объединение по обработке цветных металлов "Красный выборжец" (72) В.А.Измайлов, P.È.Ôðèäëÿíñêèé, В.И.Сламатин, А.И.Суворов, С.С.Кузнецов, Л.Ф.Вьюгин и В.А.Гутов (53) 621.747.56(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 569832, кл. F 27 D 3/15, 1977.

Авторское свидетельство СССР

У 718685, кл. F 27 D 3/15, 1980. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ

ПОЛУТВЕРДОГО И СЫПУЧЕГО ШЛАКА ИЗ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ, включающее механизм поворота и ковш, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения потерь металла со шпаком, ковш выполнен из цементированной углеродистой стали в форме желоба с отверстиями и вертикальной торцовой стенкой при этом грани ковша устаЭ о новлены под углом 60-160 н на их поверхности выполнены отверстия параллельными оси ковша рядами со смещенными центрами в каждом ряду относительно предыдущего на 0 5 шага и расстоянием между рядами, определяемым соотношением х х ° 1

1 к (1 — cos —,)

2 где х. — расстояние между осью преды1 дущего ряда отверстий (i) до оси последующего ряда (1 + !); х — заданное расстояние от оси ( первого центрального ряда отверстий до второго ряда; и — угол между гранями ковша.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что грани ковша I сопряжены между собой цилиндрической поверхностью с осью, расположенной на верхней плоскости ковша, а расстояние между осями рядов отверстий o((ределяется соотношением

И х; R ((1 — -)

L где К вЂ” радиус вписанного цилиндра, L — расстояние от оси ковша до

его края

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения воэможности удаления шлака из закрытых областей поверхности расплава, ковш соединен с механизмом поворота посредствомштока.

1224527 1

Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам для удаления шлака с поверхности расплавленного металла, и может быть использовано для удаления полутвердого и сыпучего шлака из печей и миксеров при плавке цветных металлов;

Целью изобретения являются снижение потерь металла со шлаком, а также обеспечение возможности удаления шлака из закрытых областей поверхности расплава.

На фиг. 1 представлен ковш, поперечньп» разрез, на фиг. 2 — то же, вид сверху, на фиг. 3 — предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 4шток (а — прямолинейный, б — изогнутый).

Ковш 1 состоит из pâóõ плоских граней 2 и вертикальной торцовой стенки 3. В центральной части и на гранях ковша выполнено несколько па- . раллельных рядов отверстий 4, центры которых смещены на 0,5 шага в каждом ряду относительно предыдущего. Ковш

1 может быть выполнен с цилиндрическим днищем 5, сопрягаемым с гранями ковша.

Для съема шлака вручную из малых агрегатов (печи ИЛ0-600, ИЛК-1,Z) ковш может быть соединен со штоком

6, которы» крепится, например, сваркой к нижней поверхности ковша вдоль оси с противоположной стороны от торцовой стенки ковша.

Для удаления шлаков из крупных металлургических агрегатов ковш может быть соединен при помощи шарниров 7 с механизмом 8 поворота, находящимся на нижнем торце вертикальной штанги 9, снабженной механизмами вертикального 10 и горизонтального

11 перемещения.

Для удаления шлака из закрытых областей ковш 1 может быть соединен с механизмом 8 поворота при помощи штока 6. Вертикальная штанга 9 с механизмами вертикального 10 и горизонтального 11-перемещений служит для установки ковша над поверхностью ванны, подлежащей очистке от шлака.

Шток 6 с механизмом поворота предназначен для наклона ковша при сборе шлака и освобождении его от шлака вне агрегата. Кроме того, зти механизмы позволяют приводить ковш в положение сбора шлака из закрыть»х емкостей ванны поворотом его на 180, S

1Ь

Это позволяет обратить вертикальную стенку ковша 3 к расплаву и использовать ее как скребок для очистки малодоступных частей ванны.

Механизм 11 горизонтального перемещения позволяет транспортировать устройство в двух взаимно перпендикулярных направлениях — параллельно и перпендикулярно основной (продольной) оси печи.

Механизм 8 поворота устройства . позволяет вращать шток с ковшом относительно оси штока и вертикальной оси (вокруг вертикальной штанги 9 устройства) и вертикальной плоскости относительн6 оси, пересекающей ось штанги и расположенной перпендикулярно оси штока.

Перечень операций при съеме шлака из печи типа ИЛК-6.

Исходное положение устройства— ковш расположен вне печи.

При помощи механизма горизонтального перемещения шток с ковшом вводится в лечь.

При помощи механизма поворота шток с ковшом переводится в крайнее левое (правое) положение.

При помощи механизма поворота вращением штока в вертикальной плоскости ковш опускается к зеркалу расплава и вращением штока вокруг своей оси принимает положение для сбора шлака с поверхности ванны. В то же время для уменьшения угла поворота штока устройство при помощи механизма горизонтального перемещения может транспортироваться в левое положение.

При помощи механизмов поворота и горизонтального перемещения ковш перемещается вдоль поверхности расплава (осуществляя сбор шлака) в крайнее правое положение, а затем при помощи механизма поворота ковш со шлаком вращением штока вокруг своей оси возвращается в транспортное положение, приподнимается при помощи вращения штока в вертикальной плоскости над расплавом и вращением штока с ковшом в горизонтальной плоскости совместно с перемещением устройства при помощи механизма горизонтального перемещения устанавливается в центральное положение вдоль продольной оси печи.

При помощи механизма горизонтального перемещения шток с ковшом перед!

224 вигается вдоль оси и выводится из печи.

При помощи механизмов поворота и горизонтального и вертикального перемещения ковш со шлаком транспортируется к емкости для сбора шлака и поворотом штока вокруг своей оси ковш освобождается от шлака.

При помощи механизмов горизонтального и вертикального перемеще- 10 ний и механизма поворота ковш устанавливается в исходное положение.

Далее процесс повторяется.

На рис. 4 представлены два возможных способа изготовления штока — 15 прямолинейным (а) и изогнутым (б).

Для очистки печей с высоким уровнем металла можно использовать прямолинейный шток, для печей с низким уровнем металла целесообразно исполь- 2О зовать изогнутый шток.

Перечень операций при съеме шлака из открытых металлургических емкостей.

Исходное положение — устройство 25 вне металлургической емкости.

При помощи механизмов горизонтального и вертикального перемещения устройство устанавливается над поверхностью металлической емкости.

При помощи механизмов вертикального перемещения и поворота посредством шарниров ковш устанавливается в наклонное положение для сбора шлака с поверхности ванны.

При помощи механизмов вертикального и горизонтального перемещения и механизма поворота посредством шарниров ковш передвигается вдоль расплава и наполняется шлаком.

При помощи механизма вертикального перемещения ковш приподнимается над расплавом.

При помощи механизмов горизонтального и вертикального перемещения ковш 45 со шлаком, транспортируется к емкости для сбора шлака и при помощи механизма поворота посредством шарниров ковш наклоняется и опорожняется. Далее устройство возвращается в исходное положение, и процесс повторяется.

Устройство работает следующим, образом.

При движении ковша параллельно поверхности расплава одна из его граней, располагаясь в области границы раздела шлак — металл, захватывает шлак, который накапливается в ковше.

52» 4

Часть металла, попавшая в ковш вместе со шлаком, удаляется в это время через отверстия граней ковша.

После наполнения ковша шлаком его поворачивают в транспортное положение поворотом штока или системой рычагов и приподнимают над расплавом. Капли расплава, находящиеся в шлаке, пронизывая толщу шлака, достигают поверхности граней ковша и по ним самотеком двигаются к отверстиям и удаляются из ковша в ванну. После освобождения шлака от избыточного количества металла ковшпри помощимеханизмов горизонтального,вертикального перемещенияи поворота штока переносят в место сбора шлака и освобождают его там от шлака.

При использовании устройства для очистки малодоступных частей ванны ковш переворачивают на 180 при помощи механизма поворота и опускают его на поверхность расплава. Перемещая ковш в горизонтальном направлении, осуществляют сбор и подтягивание шлака к месту его удаления.

Предложенная конструкция имеет следующие преимущества.

Плоская конфигурация граней ковша позволяет производить сбор шлака с поверхности расплава с минимальным заглублением ковша в расплав,. и предотвращает его избыточное обогащение металлом и тем самым снижает потери металла со шлаком.

Наличие отверстий в гранях ковша обеспечивает разделение шлака и металла в процессе сбора шлака с поверхности расплава, а также освобождение шлака от капель металла после наполнения ковша шлаком, что позволяет снизить содержание металла в шлаке и тем самым снизить потери металла при плавке.

Расположение сливных отверстий в ковше в определенной закономерности обеспечивает освобождение одновременно всего объема шлака в ковше от капель металла независимо от толщины шлакового слоя в различных сечениях ковша, что позволяет снизить потери металла в шлаке.

Возможность изменения угла наклона граней ковша позволяет, регулиро-. вать толщину шлака в ковше с целью полного его освобождения от капель металла при сохранении ими жидкотекучести и, таким образом, уменьшить потери металла в шлаке.

1224527

Наличие в ковше вертикальной торцовой стенки в сочетании со штоком позволяет использовать ковш в качестве скребка для подтягивания шлака из закрытых полостей агрегата в область его сбора и удаления (например, в миксерах, снабженных закрытой разливочной коробкой, в печах и миксерах барабанного типа, в дуговых пе- 10 чах при закрытом своде и т.д.). Это позволяет использовать данное устройство частично взамен устройств типа "скребок", но при этом сохранить все преимущества ковша с отверстиями для стока металла и тем самым снизить потери металла в шлаке.

Температура шлаков медного и медно-никелевого производства колеблется в пределах 1100-1350 С. Поэтому 20 о ковш для съема шлака выполняют из жаропрочного сплава (например, нержавеющей стали). Однако при съеме шлаков медного производства стойкость такого ковша мала, так как он быст- 25 ро прогревается и легко растворяется в расплаве.

Ковш, выполненный из углеродистой стали, показал в этих условиях более высокую стойкость (в 2-3 раза) и обеспечил более полное обеднение шлака от металла. Это связано с тем, что применение такого ковша для съема шлака хромовой бронзы из миксе-З ра, содержащего в качестве покрытия сажу, приводит к науглероживанию поверхности ковша (цементации), который в этом случае прочно покрывается тонким слоем сажи. Этот слой . служит хорошим теплоизолятором и, кроме того, не смачивается медными расплавами. Такая обработка поверхности ковша способствует медленному ее прогреву, предотвращает взаимодействие ковша с расплавом и ускоряет движение капель по несмачивающейся поверхности. ковша. Поэтому ковши для съема шлаков медного производства целесообразно изготовлять из углеродистой стали с последующей цементацией поверхности граней, которая может быть осуществлена в слое горяо щей сажи при 800-1000 С в течение

5-6 ч.

Пределы изменения параметров ковша определены из следующих соображений.

Изменение угла наклона граней ковша 60-160 определено следующим образом. Минимальное значение угла о

60 выбрано из условия достижения минимального эффективного значения проекции сливных отверстий на горизонтальную плоскость. Экспериментально установлено, что полутвердые шлаки хромовой бронзы и рассыпчатые шлаки латуней и алюминиевых бронз удерживаются в ковше при диаметре отверстий 0,01-0,02 м. При значениях меньше 0,01 м отверстия забиваются шлаком, при значениях более 0,02 м шлак частично проникает через отверстия. о

При наклоне граней ковша 60 отверстия диаметром 0,02 м дают "живое" эффективное сечение 0,01 м, ниже которого появляется опасность их закупорки шлаком.

При значении угла меньше 60 слив о металла из отверстий незначителен и резко увеличиваются потери металла в о шлаке.При значениях угла больше 160 скорость движения капель металла по поверхности граней ковша к отверстиям мала, поэтому часть металла теряет жидкотекучесть, остается на поверхности граней и удаляется вместе со шпаком.

Выполнение отверстий на гранях ковша со смещением их .центров на

0,5 шага принято из условия более равномерного их расположения и минимального среднего пути движения капель металла по поверхности граней ковша. Это позволяет обеспечить минимальное время обеднения шпака, сохраняет его жидкотекучесть и тем самым снижает потери металла в шлаке.

Выполнение отверстий параллельными рядами с закономерным возрастающим расстоянием между их осями выбрано из условия одновременности удаления жидкого металла из всех объемов шлака, находящегося. в областях между двумя ближайшими рядами отверстий. Это обеспечивается равенством расстояния движения капель расплава в каждом объеме, которое состоит из суммы высоты шлакового слоя и расстояния между рядами отверстий на гранях ковша, ограничивающих этот объем шлака. Из условия равенства пути движения капель металла в щпаке на гранях ковша в каждом объеj2245?7 (см. фиг. 1) или у, Ьs1n — tg

Ь-у,, 0(tg—

2 у» уя. ((L

1О у<

sin—

2 упрощая, имеем

15 у» ( ь 1 — cos . подставляя у„ и у

OC

cos(90 — — ) 2

cos (90 — -) 2

0(=х sin—

2э у = х

»»

=. х sin-—

2 уг хг ем

25 имеем

30 х< х (» R»-» (1--) Ь или уа уг

sin +

L-y

tg —.„

35 уа уъ

Ó

sin—

O(2 упрощая, имеем х

9 с4

1-cos—

2 (2) или в общей форме

50 (4) х

» ;-» (1 — cos -)

55 ме, ограниченном рядами отверстий, имеем

bb(+ Ъ а(= сс + с .Ъ

Х» х

1 — cos—

О»

Далее, приравнивая сс + с Ъ = dd + dc

Подставляя (1) в (2), получаем

45 х = (3)

9 2 (1 — cos — )

При малых значениях угла о(. между о гранями ковша (60-100 ) высота слоя шлака в центральном объеме ковша максимальна. Это приводит к увеличе-1 нию длительности процесса удаления из шлака капель расплава и появляется опасность неполного их удаления вследствие потери металлом жидкотекучести и, таким образом, приводит к увеличению потерь металла в шлаке.

В этом случае для снижения высоты

1 шлакового слоя в ковше его грани мо- гут быть сопряжены между собой цилиндрической поверхностью с осью, расположенной на верхней плоскости ковша. Хакое расположение оси позволяет иметь минимальную толщину слоя при минимальном угле между гранями ковша, что позволяет корректировать общую и среднюю толщину слоя шлака в ковше и управлять процессом обеднения шпака в зависимости от его свойств.

Расстояние между осями рядов отверстий в этом случае определяется из следующих соображений (см. фиг. 1).

Из треугольников dd e u dd k име((Н

cos — =

2 L иН=

° 0

$1П

Подставляя эти значения в формулу (3), имеем где R — радиус вписанного цилиндра;

L — расстояние от центра ковша до его края.

Изготовление ковша начинают с выбора его объема и габаритов. Они зависят от удельного веса шлака, мощности привода, величины поверхности ванны агрегата и т.д. Задавшись углом наклона граней, шириной и длиной желоба, определяют величину развернутой поверхности желоба. На металлическом листе (желательно о = 4-6 мм) . проводят разметку отвер гий, Для этого в первую очередь задаются диаметром отверстий и расстоянием х, (между центральной осью и осью первого . ряда отверстий). Диаметр отверстий зависит от физических свойств шлака и для шлаков хромовой бронзы, латуни и алюминиевых бронз может быть равен

0,01-0,02 м. Расстояние между центральной осью и осью первого ряда отверстий должно быть не менее 1,5 диаметра отверстий. Это условие обеспечивает жесткость плоскости и отсутстУстройств

1,7 46

5,0 57

2 ° I 62

2,2 59

12245 вие пересечения окружности этих отверстий.

По формулам (4) или (5) рассчитывают расстояние между последующими рядами отверстий. Задавшись расстоянием между отверстиями в ряду, производят разметку их центров со смещением осей в каждом ряду на 0,5 шага. Расстояние между осями отверстий зависит от свойств шлака, механичес- .1о кой прочности листа, объема емкости, заданного времени операции удаления шлака и т.д. В емкости, предназначенной для съема шлака хромовой бронзы и сыпучих шпаков латуней и алюминиевых бронз, расстояние между отверстиями в ряду может быть равно 1,5-2,5 диаметра этих отверстий. Это обеспечивает достаточную жесткость ковша и удовлетворительные параметры обеднения шлаков при минимальном времени проведения операции съема шлака.

После. выполнения отверстий лист сгибают по центральной оси до достижения заданного угла ос между его 25 гранями и закрепляют на одном .торце желоба (например, сваркой) торцовую стенку. К противоположному торцу желоба к его днищу прикрепляют (например, сваркой) шток, который соединяется с механизмом поворота или может служить в качестве рычага при ручном съеме шлака в малых печах.

Испытание предлагаемого устройства было осуществлено в промьппленных

35 условиях при выплавке хромовых бронз

Првдлвтввмов 6 6 62 11 3 5 44

Прототка 8,6 79 13

Basosoe 6, 3 74 15 4,6 52

27 l0 в агрегатах ДСПА без использования флюса и с флюсом "Криофат-1", а также при плавке алюминиевой бронзы

БрАЖН-10-4-4 в печах ИЛК-1,2.

Размеры ковша: ширина 0,3 м, длина 0,25 м. Диаметр отверстий 0,02 м, расстояние между отверстиями в ряду

0 05 м, расстояние между центральной осью и осью первого ряда отверстий (х1) 0,035 м, а между первым и вторым рядами отверстий 0,047 м. Угол в между гранями ковша 150 . Ковш выполнен из углеродистой стали (Ст.3) с последующей цементацией поверхности в горящей саже нри 800-1000 С в течение 5 ч.

Результаты сравнительных испытаний предлагаемого и известных устройств для удаления полутвердых шлаков медно-хромового производства и сыпучих шлаков алюминиевых бронз приведены в таблице.

Анализ этих данных показывает, что использование предлагаемого устройства позволяет снизить потери ме-: талла при плавке хромовых бранз в агрегатах ДСПА до 6,8Х за счет обеднения шлака до 62Х, а 72ри использовании дополнительно флюсов — до 3,5% за счет обеднения шлака до 44Х и сократить длительность операции съема шлака до 11-12 мин. При использовании предлагаемого устройства для удаления шлаков алюминиевых бронэ потери металла в шлаке незначительны — 1,7Х, а обеднение шпака 48Х..

1224527

Ф

49иг, f

Фиэ.Я

1224527

Составитель В.Трегубенко

Техред Н.Боикало Корректор С.Черни

Редактор Л.Веселовская

Тираж 561 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1909/34

;Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4