Агрегат для внепечной обработки металла

 

Использование: комбинированная знепечная обработка жидкого металла. Сущность изобретения: устройство содержит емкость, герметичную камеру с вакуумной системой, втулку, установленную в днище емкости и введенную верхним концом в вакуумную камеру, а нижним - в герметично подсоединенный к днищу емкости шлаковик . Дополнительно в нижних торцах вакуумной камеры выполнены каналы для подвода газа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 С 7/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4793279/02 (22) 16.02.90 (46) 30.09.92. Бюл. ¹ 36 (75) А.В.Гуляев (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1131910, кл. С 21 С 7/10, 1983. (54) АГРЕГАТ ДЛЯ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА (57) Использование: комбинированная внепечная обработка жидкого металла. СущИзобретение относится к металлургии и может быть использовано для комбинированной внепечной обработки жидкого металла —. подогрева, рафинирования, вакуумирования, легирования и др. . Известно устройство для рафинирования металла, в котором предусмотрена футерованная втулка (шлаковая летка), введенная в емкость через ее днище выше отверстия для выпуска металла и расположенная вертикально соосно с емкостью, при этом емкость снабжена механизмом вращения вокруг вертикальной оси, Однако это устройство исключает возможность обработки металла шлаком в условиях вакуума, а необходимость вращения емкости существенно усложняет конструкцию этого устройства, условия его эксплуатации.

Известно устройство для рафинирования металла, содержащее плавильную емкость, выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры, и вакуум-камеру, размещенную на своде кольцевой камеры, при этом стенки вакуум-камеры введены в полость кольцевой камеры ниже уровня шлака, а свод вакуум-камеры снабжен ность изобретения: устройство содержит емкость, герметичную камеру с вакуумной системой, втулку, установленную в днище емкости и введенную верхним концом в вакуумную камеру, а нижним — в;-ерметично подсоединенный к днищу емкости шлаковик, Дополнительно в нижних торцах вакуумной камеры выполнены каналы для подвода raaa. 1 з.п. ф-IIII, 1 ил. заливочным отверстием и пульверизирую- щим узлом.

Это устройство позволяет осуществить комбинированную внепечную обработку металла с использованием шлака и вакуума, однако обладает существенными недостатками:

1, Сложная конструкция, включающая подвижные элементы (шиберная задвижка, подвеска) и охлаждаемые поверхности, контактирующие с расплавом.

2. Низкая производительность, ограниченная производительностью пульверизирующего узла и узла регенерации шлака.

3. Большая глубина шлаковой ванны (высота рабочего пространства) обусловленная использованием шлако(вого расплава для герметизации вакуум-камеры по принципу гидравлического затвора в условиях воздействия на этот расплав атмосферного давления (кольцевая камера сообщена с атмосферой).

4. Недостаточно высокая степень рафинирования металла, обусловленная дли,TGRIHbIM контактом металла со шлаком в условиях повышенного давления после обработки металла в вакуум-камере.

1765195

5, Постоянное наличие большого количества шлака на поверхности металла в устройстве исключает возможность эффективного осуществления в этом устройстве ряда технологических операций (раскисление, легирование и др.).

Цель изобретения — устранить отмеченные недостатки известных устройств и таким образом упростить конструкцию агрегата, расширить его технологические возможности, повысить производительность осуществляемых в нем процессов, усвоение вводимых в металл реагентов и степень рафинирования металла.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известного устройства, включающего открытую (сообщенную с атмосферой) емкость и введенную в нее сверху ниже уровня расплава в этой емкости открытую снизу герметичную камеру с вакуумной системой, а также шлаковую летку, введенную в емкость через ее днище и расположенную соосно с ней, в предлагаемом агрегате шлаковая летка введена через полость емкости в полость герметичной камеры, а другим концом — в шлаковик, герметично подсоединенный к днищу емкости снизу, при этом на нижнем горизонтально расположенном торце герметичной камеры имеются каналы, направленные тангенциально к внутренней поверхности камеры, а открытая емкость выполнена с воэможностью ее герметизации и подСоединена к вакуумной системе.

Предлагаемый агрегат схематично изображен на чертеже, где показан его продольный разрез, В открытую емкость 1 введена камера 2 так, что между нижним торцом камеры и поверхностью пода емкости (днища агрегата) имеется минимальный зазор 3, но доста20

30.точный для перемещения расплава с заданным максимальным расходом между сообщающимися через. этот зазор емкостью и камерой. Камера,2 сообщена с вакуумной системой и герметично соединена с емко- 45 стью 1. На нижнем горизонтально расположенном торце камеры имеются каналы 4, герметизируемые в процессе работы агрегата металлом снизу. Эти каналы направлены тан ген циально .,и внутренней поверхности камеры, что позволяет использовать кинетическую энергию проходящего по ним газа и расплава для сообщения расплаву в камере 2 вращательного движения в горизонтальной плоскости, Возможен вариант, когда каналы 4 отсутствуют, а вращение расплаву сообщают при помощи электроМагнитного поля, ío это усложнит койструкцию агрегата, повысит расход, а газ и расплав из емкости в камеру будет поступать неупорядоченно. Шлаковая лента

5 установлена в днище агрегата вертикально, при этом ось шлаковой летки совпадает с продольной осью камеры 2. Верхний торец летки расположен на уровне, соответствующем максимальной глубине ванны агрегата, Для лучшей организации струи шлака в полости летки у ее верхнего торца могут быть установлены желоба 6 (e этом случае глубина ванны агрегата определяется уровнем порога желоба). Газонепроницаемый шлаковик 7 герметично подсоединен к днищу агрегата снизу и ри помощи разъемного соединения и сообщен с камерой 2 через шлаковую летку. Возможен вариант, когда в шлаковике устанавливают шлаковую чашу 8, для замены которой предусматривают в стенке шлаковика проем, герметично закрываемый крышкой (не показано). Для продувки металла газом в емкости 1 имеются газопроницаемые вставки 9, Возможен вариант, когда газопроницаемые вставки устанавливают и для подачи газа в камеру 2. Тепловая работа агрегата обеспечивается электродами 10 и/или плазмотронами 11 (возможно использование и других источников тепла).

Зазоры между нагревательными устройствами и стенкой, через которую они проходят, герметично уплотнены. Слив металла из агрегата осуществляют через перекрываемое выпускное отверстие 12, Для ввода сыпучих реагентов в емкость 1 имеются бункера 13, оборудованные вакуумными затворами и устройствами для дозированной подачи реагентов. Для заливки металла и синтетического шлака в агрегат предназначен закрытый желоб 14. Емкость 1 содержит проем 15, сообщенный с системой газоочистки агрегата или с вакуумной системой (с той же, что и камера 2, или другой).

Для расширения технологических возможностей агрегата плазмотроны 11, желоб 14, проем 15 и пр, снабжены запорными устройствами, при помощи которых открытая емкость 1 может быть надежно герметизирована, Агрегат установлен стационарно, его поперечные размеры (поперечные размеры элементов его конструкции) практически ничем не ограничены и выбираются из условия решаемой технологической задачи, но в любом случае стремятся к тому, чтобы основная масса обрабатываемого металла (за исключением тонкого слоя, определяемого величиной зазора 3) вмещалась в камеру 2 без перелива в шлаковую летку 5, при этом максимальная глубина ванны и площадь этой камеры может выбираться в широких пределах. Масса садки может быть не

1765195 только как угодно большой, но и, учитывая высокую тепловую мощность агрегата и незначительные потери тепла через стенки камеры 2, значительно меньше, чем это возможно для известных вакууматоров (естественно, при соответствующих размерах 5 агрегата). Объем шлаковика 7 выбирают минимальным, но достаточным для приема максимального количества шлака, используемого для обработки по меньшей мере одной плавки (или образующегося в резуль- 10 тате обработки металла максимальным количеством реагентов). Высоту камеры 2 выбирают минимальной, но достаточной для обеспечения устойчивой работы нагревательных устройств, а также продувочных 15 фурм, которые могут быть установлены в своде камеры для продувки ванны кислородом (сверху). Размеры емкости 1 выбираются из условия эффективной работы нагревательных устройств, возможности 20 максимального ввода реагентов из бункеров 13 при их максимальном усвоении, а также из условия обеспечения эффективности массообмена при периодических перемещениях части металла из камеры в 25 емкость и обратно, Возможен вариант, когда емкость и камера соединены между ссбой герметично с возможностью вертикального перемещения камеры 2 (например, при помощи телескопического сое- 30 динения). Это позволяет, не изменяя давления газа в камере или (и) в емкости, перемещать металл из камеры в емкость и обратйо, изменять глубину металлической ванны. 35

Такое техническое решение существенно усложняет конструкцию агрегата, но обеспечивает возможность регулировать толщину слоя шлака на поверхности металла, обрабатывать металл в условиях, когда, 40 например, он вспенивается в процессе вакуумирования или (и) продувки газом, исключить при этом уход металла в шлаковую летку.

Использование для гидравлического за- 45 твора герметичной камеры 2 более тяжелого, чем шлак, расплавленного металла позволяет существенно уменьшить высоту рабочего пространства агрегата, а герметизация шлаковой летки снизу при помощи 50 шлаковика — исключить воздействие на сливаемый из агрегата шлак давления атмосферы и за счет этого не только обеспечить максимально благоприятные условйя для беспрепятственного и полного удаления 55 шлака с поверхности металла в герметичной камере, но и существенно уменьшить высоту этой летки (в сравнении с высотой летки, герметизируемой удаляемым из агрегата шлаком).

Работа агрегата с расгерметизированной емкостью 1.

При закрытом выпускном отверстии 12 и нагретой до заданной температуры футеровке агрегата по желобу 14 заливают в емкость 1, сообщенную с атмосферой через проем 15, установленную массу металла.

Металл из емкости 1 через зазор 3 поступает в камеру 2. В процессе заливки давление газа в сообщающихся сосудах одинаковое (атмосферное), поэтому металл в этих сосудах находится на одном уровне, Вводят в работу вакуумную систему и создают разрежение в камере 2, при этом уровень металла в камере начнет повышаться над уровнем металла в емкости 1, Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока уровень металла в емкости 1 не достигнет каналов 4, после чего по этим каналам начнет поступать газ, а уровень металла в обоих сосудах стабилизируется, при этом дальнейшее повышение производительности вакуум-насоса будет компенсироваться увеличением расхода газа из емкости в камеру. При максимальном разрежении газа разность уровней приближается к величине Н- ати

1 ати

) мет что, например, для жидкой стали, для которой мет =7 г/см, равно 142,8 см. Поэтому з в каждом конкретном случае глубина ввода шлаковой летки 5 в полость камеры 2 (уровень порога желоба 6) должна несколько превышать барометрическую разность уровней металла при максимальном рабочем разрежении в камере 2, что исключает потери металла через шлаковую летку 5. Организация процесса обработки металла должна предусматривать запас производительности вакуумной системы для обеспечения не только заданного рабочего разрежения в камере 2, но и подачи газа из емкости 1 в камеру с установленным расходом. Для предотвращения поступления воздуха в емкость 1 в нее через плазмотроны 11 подают плазмообразующий газ (азот, аргон или др,) или (и) при необходимости непрерывно с установленным расходом подают инертный газ через газопроницаемые вставки 9. Одновременно с плазмообразующим газом возможна подача в емкость 1 пылевидных реагентов, Газ (пылеобразные реагенты в потоке газа), проходя по каналам 4 из емкости в камеру, взаимодействует с металлом в условиях газожидкостного трения, что, как известно, способствует повышению эффективности обменных процессов, при

1765195 этом кинетическая энергия газа используется для сообщения расплаву вращательного движения в горизонтальной плоскости. В результате этого вращения металл сепарируется от неметаллических включений и шлака, которые, как более легкие, оттесняются в осевую часть камеры 2, а затем, когда уровень шлака превысит уровень порога желоба 6, он начнет самотеком поступать через шлаковую летку 5 в шлаковик 7 (шлаковую чашу 8). Для интенсификации нагрева металла вводят в работу электроды 10, Постоянство уровня расплава в камере способствует устойчивой работе этих электродов. Для осуществления процесса рафинирования металла шлаком по желобу

14 заливают в емкость 1 установленное количество перегретого синтетического шлака. При этом шлак, как и газ, проходя по каналам 4, активно взаимодействует с металлом. В рассматриваемых условиях представляется возможным воздействовать на металл практически как угодно большим количеством шлака без увеличения толщины слоя шлака на поверхности металла в камере 2, что позволяет эффективно совмещать операции рафинирования металла шлаком, его дегазации и нагрева, При достижении металлом заданных параметров рафинирования и температуры из бункера 13 в емкость 1 вводят нужное количество раскислений и легирующих добавок, Высокая температура в рабочем пространстве емкости 1, а также интенсивное перемешивание металла газом, поступающим через газопроницаемые вставки 9 (и в каналах 4), отсутствие шлака в этой емкости способствуют быстрому усвоению этих добавок, а вращение металлической ванны в камере 2 и продувка ее газом — быстрому усреднению химсостава и температуры металла в объеме ванны. Когда параметры обрабатываемого металла достигнут заданных, переводят системы агрегата на холостой ход, открывают отверстие 12 и плавку выпускают, Затем, если позволяет свободный объем шлаковика (шлаковой чаши), операции повторяют. В противном случае сначала производят заме- ну шлаковика (шлаковой чаши).

Недостатки работы агрегата по этому варианту: повышенный расход инертного газа; возможная утечка неочищенного дыма (и реагентов) в окружающую среду; потери металла в случае его вспенивания в процессе вакуумирования или (и) интенсивной продувки газом.

Работа агрегата с загерметизированной емкостью 1, Герметизация емкости 1 позволяет не только исключить нерегулируемые выбросы дыма из агрегата или поступление в него атмосферного воздуха, но и без включения вакуумной системы переместить металл (и шлак) из емкости в камеру путем подачи в емкость газа под давлением, большим, чем давление столба расплава в камере 2 над каналами 4, и также без участия вакуум-насоса продувать металл в камере газом практи5

10 оперативно изменять глубину металлической ванны без изменения давления газа в камере или емкости, но и регулировать толщину слоя шлака на поверхности металла в камере в процессе рафинирования его шлаком и обеспечить полное удаление шлака из камеры по окончани этого процесса.

Все это расширяет возможности комби45

50 нированных воздействий на обрабатываемый металл, позволяет повысить производительность и эффективность внепечной обработки, улучшить качество металла.

Предлагаемый агрегат может быть использован для обработки черных и цветных металлов, а также сплавов, чески с каким угодно расходом (подавая этот газ с необходимым расходом в емкость 1).

Повышенное давление в емкости способствует усвоению реагентов (например, 15 азота, который используют в качестве плазмообразующего газа). Кроме того, при отключенной подаче газа через газопроницаемые вставки 9 и плазмотроны

11 (когда продувка металла газом не жела20 тельна) представляется возможным в условиях максимального рабочего разрежения в камере 2 интенсифицировать процесс тепломассообмена путем периодического перемещения части металла из камеры в

25 емкость и обратно, периодически подключая емкость к вакуумной системе через проем 15, При необходимости понизить уровень металла в камере 2 (например, при вспени30 вании металла) этим же приемом снимают давление газа в емкости до давления газа в камере (т.е. снижают толщину слоя вакуумированного металла) и поддерживают это равенство в течение необходимого времени, 35 Если же камера 2 соединена с емкостью

1 герметично с возможностью вертикального перемещения, то для быстрого выравнивания уровней металла в сообщающихся сосудах достаточно поднять камеру 2 так, 40 чтобы верхний срез каналов 4 (а при их отсутствии — нижний торец камеры 2) оказался выше уровня раСплава в этой камере. Кроме того, вертикальное перемещение камеры относительно емкости позволяет не только

1765195

1 У

Составитель А. Гуляев

Техред М.Моргентал Корректор М. Петрова

Редактор

Заказ 3354 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

1. Агрегат для внепечной обработки металла, содержащий емкость, днище с выпускным отверстием, вакуумную камеру, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции агрегата, расширения его технологических возможностей и улучшения качества металла, он снабжен втулкой, установленной в днище емкости, причем верхний торец втулки введен в вакуумную камеру, а нижний — в шлаковик.

2. Агрегат по п. 1, отл и ч а ю щи и с я

5 тем, что в нижних торцах вакуумной камеры выполнены каналы для подвода газа, направленные тэнгенциально к внутренней поверхности камеры.