Способ внепечного рафинирования металлического расплава
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к внепечной обработке жидкого металла. Цель изобретения - повышение эффективности рафинирования металла за счет снижения сопротивления выходу пузырьков газа из расплава. Продувку газа начинают одновременно с созданием разрежения. Интенсивность продувки снижают с окончанием при 0,5-0,8 всего времени разрежения. Дополнительно накладывают пульсирующее разрежение, амплитуду пульсаций разрежения изменяют от 0,02 до 0,005 МПа, а частоту - в интервале от 5-50 до 200-350 Гц в момент 0,9-0,95 обещго времени разрежения. Затем частоту снижают до 5-50 Гц и сохраняют ее до окончания процесса. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к внепечной обработке жидкого металла, и может быть использовано в цветной металлургии при разливке металлов и сплавов. Целью изобретения является повышение эффективности рафинирования металла за счет снижения сопротивления выходу пузырьков газа из расплава. На чертеже представлено устройство, реализующее способ внепечного рафинирования металлического расплава. Устройство содержит емкость 1 с расплавом металла. В днище емкости 1 выполнена пористая пробка 2. В расплав через торцовое отверстие в емкости 1 погружен вакууматор 3. Газоотводящий патрубок 4 вакууматора 3 соединен с поршневым вакуумирующим насосом 5. Рафинирование металлического расплава в соответствии с заявляемым способом осуществляют следующим образом. Продувают расплав снизу инертным газом, например, через пористую пробку 2 в днище емкости 1. В начале продувки интенсивность продувки устанавливают максимальной. Над поверхностью расплава с помощью вакууматора 3 создают разрежение, равное 0,03 МПа. Но это разрежение специальным режимом работы вакуумирующего насоса 5 накладывают пульсации разрежения. Величина пульсаций разрежения равна 0,02 МПа. Частоту пульсаций разрежения устанавливают равной 5-50 Гц. 0 Постепенно снижают интенсивность продувки, одновременно повышают частоту пульсаций разрежения и уменьшают амплитуду пульсаций разрежения. К моменту 0,5-0,8 общего времени рафинирования частоту пульсаций разрежения доводят до значений 200-250 Гц, а интенсивность продувки по 0,3 начальной интенсивности продувки. В этот момент прекращают продувку расплава. Продолжают повышать частоту пульсаций разрежения таким образом, чтобы к моменту 0,9-0,95 общего времени рафинирования расплава она достигала 300-350 Гц. Значение амплитуды пульсаций разрежения достигает в этот момент 0,005 МПа. В этот момент сбрасывают частоту пульсаций разрежения до 5-50 Гц и удерживают эту частоту до окончания технологического процесса рафинирования расплава. Амплитуду пульсаций разрежения удерживают на уровне 0,005 МПа. П р и м е р. Способ осуществляют в лабораторных условиях на опытной установке, представляющей собой емкость из органического стекла, имеющую вакуум-плотную крышку с центральным отверстием, в которое установлен газоотвод с перемещаемой диафрагмой и электропневмоклапаном, соединенный далее через промежуточный объем с поршневым вакуум-насосом. В днище емкости установлена пористая пробка для продувки жидкости газа. Емкость для воды имеет следующие размеры: ширину 0,1 м, длину 0,5 м, высоту 1,0 м. Перед началом опытов воду, заполняющую емкость до высоты 0,95 м, насыщают углекислотой до появления сплошного слоя пузырьков на стенках и днище емкости. Регулировку параметров разрежения осуществляют частотой срабатывания электропневмоклапана (регулировка частоты пульсаций разрежения в емкости), интенсивностью работы вакуумного насоса (регулировка глубины разрежения в емкости) перемещением диафрагмы (регулировка амплитуды пульсаций разрежения в емкости). В начале рафинирования через пористую пробку в днище пропускают 0,1 л азота в 1 с. Величину разрежения устанавливают равной 0,84 МПа, амплитуду пульсаций разрежения 0,020 МПа при максимальной интенсивности продувки и 0,005 МПа в конце продувки азотом, частоту пульсаций разрежения 20 Гц. Полагая полное время рафинирования равным 60 с, снижают интенсивность рафинирования со скоростью 9,003 л/с, а частоту пульсаций разрежения повышают со скоростью 6 Гц/с. Через 30 с при интенсивности рафинирования 0,010 л/с и частоте пульсаций разрежения 200 Гц прекращают продувку. Частоту пульсаций продолжают повышать еще в течение 25 с со скоростью 4 Гц/с. После этого частоту пульсации снижают до 20 Гц и сохраняют неизменной до завершения рафинирования. Уровень разрежения повышают с 0,04 до 0,064 МПа со скоростью 0,0004 МПа/c. При этом остаточная концентрация CO2 в воде составила 0,03%. Результаты рафинирования приведены в таблице. Продувка нейтральным газом снизу емкости, например, с помощью погружной фурмы или через пористую пробку в днище емкости, позволяет образовать большое количество газовых пузырьков, являющихся вакуумными объемами, в которые выходят растворенные в металле газы, поскольку парциальные давления любых других газов в пузырьках равны нулю. Кроме того, высокие скорости движения расплава с пузырьками газа обусловленные перемешиванием расплава поднимающимся из фурмы газом, облегчает выход пузырьков из расплава. Весь объем металлического расплава заполнен мельчайшими пузырьками растворенных газов (H2, O2, N2, CO2 и др.). При создании разрежения над поверхностью расплава растворенные газы начинают двигаться вверх. При этом из верхнего узкого слоя (50-150 мм) расплава газы выходят почти полностью. Пузырьки нижних слоев не доходят до поверхности из-за сил молекулярного сцепления. Для преодоления этих сил, а также сил вязкого трения при движении пузырьков вверх необходимо импульсное приложение сил к пузырькам. В этом случае пузырьки раскачиваются, сливаются друг с другом. При этом подъемная сила пузырьков увеличивается пропорционально кубу радиусов пузырьков, а силы межмолекулярного сцепления (поверхностные) возрастают пропорционально квадрату радиусов. Кроме того, после начала движения пузырьков газа вибрационное воздействие на расплав приводит к значительному снижению сил вязкого трения. Волны разрежения, создаваемые в расплаве, распространяются в нем до самого дна. Поэтому движение и объединение пузырьков газа осуществляется во всем объеме расплава. Объем расплава в емкости обладает собственной частотой колебаний. Эта частота обратно пропорциональна размерам емкости и прямо пропорциональна скорости звука в расплаве. Как показали исследования, выход пузырьков газа резко возрастает при приложении к объему расплава пульсирующего разрежения, частота которого совпадает или близка к собственной частоте. При этом из-за возникновения резонанса резко возрастает амплитуда колебаний и облегчается выход пузырьков газа из расплава. В начальный момент металл в емкости газонасыщен, так как велика доля растворенных газов в расплаве и, кроме того, металл насыщен продуваемым нейтральным газом. Поэтому скорость звука в таком расплаве мала (50-100 м/с) и, следовательно, мала резонансная частота. По мере рафинирования металла снижается количество растворенного в металле газа, а оставшиеся пузырьки газа, сливаясь, укрупняются. Поэтому резонансная частота увеличивается, и для поддержания резонансных условий необходимо увеличивать частоту пульсаций разрежения. В случае схода с резонансной частоты возрастает время рафинирования расплава. Выбор диапазона частот пульсаций разрежения 5-350 Гц определяется объемами существующих емкостей для разливки металла (ковшей, изложниц и т.п.). Выбор диапазона среднего уровня разрежения над поверхностью расплава продиктован следующими соображениями. При уровне разрежения глубже 0,07 МПа требуются затраты большего количества энергии на поддержание разрежения и создание пульсаций разрежения амплитудой, большей 0,01 МПа. При уровне разрежения выше чем 0,03 МПа эффективность рафинирования резко снижается, так как и среднее значение разрежения и пульсации разрежения малы. При амплитуде пульсаций разрежения, меньшей 0,005 МПа, волны разрежения в расплаве быстро затухают. Глубинные соли расплава не рафинируются. При амплитуде пульсаций разрежения, большей 0,02 МПа, требуются большие затраты энергии на создание таких пульсаций. Диапазон времени продувки расплава, равный 0,5-0,8 времени рафинирования, выбран из следующих соображений. При времени продувки расплава, меньшем 0,5 общего времени рафинирования, рафинирование в большой степени осуществляется вакуумированием. При этом эффективность рафинирования снижается. В то же время продувка нейтральным газом специальными фурмами создает столь высокую наведенную скорость в расплаве, что после прекращения продувки достаточно долго продолжается перемешивание расплава. Поэтому время продувки ограничивают 0,8 общего времени рафинирования. Это позволяет снизить затраты инертного газа и одновременно практически до конца пpоцесса рафинирования поддерживать принудительное перемешивание расплава. Кроме того, за время 0,4-0,8 общего времени рафинирования вакуумированием извлекают почти весь инертный газ, который был введен в расплав, а вместе с ним и связанные с ним ранее растворенные в металле газы. Переход в момент времени 0,9-0,95 общего времени рафинирования на низкую частоту пульсаций разрежения обусловлен следующими соображениями. Из энергетических соображений увеличение частоты пульсаций разрежения связано со снижением амплитуды пульсаций. При этом некоторые пузырьки газа, не успевшие к концу процесса рафинирования достичь больших размеров, под действием высокочастотных пульсаций медленно продвигаются к поверхности расплава. Прекращение высокочастотных пульсаций и переход на низкочастотные пульсации создает импульс давления, который выталкивает из расплава большую часть мелких пузырьков, находящихся вблизи поверхности расплава. Как показывают исследования, для осуществления этого процесса достаточно 0,1-0,5 общего времени рафинирования расплава. Применение заявляемого способа рафинирования металла позволяет значительно снизить количество растворенных газов в металле, а также повысить интенсивность технологического процесса рафинирования.
Формула изобретения
СПОСОБ ВНЕПЕЧНОГО РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАСПЛАВА, включающий создание разрежения над поверхностью расплава и продувку его снизу инертным газом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности рафинирования металла за счет снижения сопротивления выходу пузырьков газа из расплава, продувку начинают одновременно с созданием разрежения и уменьшают интенсивность продувки с окончанием ее в момент 0,5 - 0,8 всего времени разрежения, степень разрежения над поверхностью расплава с самого начала плавно изменяют от 0,03 до 0,07 МПа, на это разрежение с начала процесса дополнительно накладывают пульсирующее разрежение, создаваемое с помощью дополнительного насоса, при этом плавно меняют амплитуду пульсаций разрежения от 0,02 до 0,005 МПа и частоту пульсаций разрежения от 5 - 50 до 200 - 350 Гц в течение 0,9 - 0,95 общего времени рафинирования, затем частоту пульсаций разрежения снижают до 5 - 50 Гц и сохраняют ее до окончания процесса.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 02.03.2004
Извещение опубликовано: 27.11.2004 БИ: 33/2004
