Устройство для введения газофлюсовой смеси в расплав

 

Использование: изобретение относится к литейному производству, в частности к устройствам для рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов в плавильно-раздаточных печах. Сущность изобретения: устройство содержит герметичный бункер со смесительной камерой, образованной полостью, заключенной между двумя стенками днища бункера, выполненного в форме перевернутого конуса, фурму, во внутренней полости которой расположен спиралевидный элемент и снаружи которой, концентрично ее оси, расположен экран с пористой вставкой, выполненный с возможностью перемещения вдоль оси фурмы, и трубопровод для подачи инертного газа на поверхность расплава; штуцер для подачи инертного газа в смесительную камеру. Техническим результатом является исключение заваривания выходного отверстия фурмы, предотвращение захвата воздуха во время рафинирования расплава, приводящего к вторичному его окислению, и упрощение конструкции устройства. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к устройствам для рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов в плавильно-раздаточных печах.

Известно устройство для введения газо-флюсовой смеси в расплав, содержащее бункер с дозатором барабанного типа и цилиндрический наконечник-испаритель (см. авт. св. СССР N 398615, 1972 г.). Известно также устройство для ввода порошкообразных реагентов в расплав, состоящее из резервуара для реагентов с подводящим газовым патрубком, вводной трубки и затвора (см. авт. св. СССР N 220998, 1966 г.). В этих устройствах подача реагентов в жидкий металл осуществляется инжекцией или нагнетанием газоносителя.

Указанные устройства не обеспечивают непрерывную подачу порошкообразных реагентов в расплав, так как реагенты зависают в бункере, что не позволяет обеспечить стабильный процесс рафинирования.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для введения порошкообразных реагентов в расплав, используемое в литейном производстве для рафинирования, преимущественно, расплавов алюминиевых сплавов, содержащее герметичный цилиндрический бункер с коническим днищем и перегородкой, образующей смесительную камеру в виде перевернутого усеченного конуса, фурму с насадкам для ввода газопорошковой смеси в расплав, трубу для подвода инертного газа к насадкам (см. патент РФ N 1730190, МКИ C 22 B 9/05, 30.04.92 г.).

Однако и это устройство имеет ряд недостатков: - происходит постоянное заваривание выходного отверстия фурмы расплавленным флюсом, т. к. скорость слоев газофлюсовой смеси по сечению фурмы не одинакова, находящийся непосредственно в контакте со стенкой граничный слой почти неподвижен, центральная струя имеет наибольшую скорость, в граничном слое расплавленный флюс течет по стенкам фурмы, что вызывает постепенное сужение сечения ее выходного отверстия и заваривание; - при продувке расплава из-за разрыва поднимающихся газовых пузырьков происходят механический захват воздуха и окисление расплава. Эти недостатки приводят к снижению эффективности рафинирования.

Изобретение направлено на увеличение срока службы фурмы и повышение эффективности рафинирования.

Это достигается тем, что в известном устройстве, содержащем герметичный цилиндрический бункер с коническим днищем и перегородкой, образующей смесительную камеру в виде перевернутого конуса, фурму для ввода газофлюсовой смеси в расплав, в отличие от прототипа, во внутренней полости фурмы расположен спиральный элемент. Внутренний диаметр спирального элемента выполнен относительно внутреннего диаметра фурмы в соотношении (0,4-0,6):1,0, а шаг элемента и его внутренний диаметр - в соотношении (0,8-2,0): 1,0. Снаружи фурма снабжена расположенным концентрично ее оси экраном с пористой вставкой и трубопроводом для подачи инертного газа, причем экран с пористой вставкой выполнен с возможностью перемещения вдоль оси фурмы.

Данные соотношения установлены опытным путем и приведены в таблице. При большем или меньшем соотношении наблюдается заваривание выходного отверстия фурмы через 10-15 плавок.

Предлагаемая конструкция позволяет увеличить срок службы фурмы потому, что использование в фурме спиралевидного элемента устраняет заваривание флюсом выходного отверстия, т. к. спираль придает газофлюсовой смеси вращательное движение. Винтовой поток концентрирует плотность струи вдоль оси фурмы, уменьшает толщину граничного слоя, находящегося в контакте со стенками фурмы, и снижает перепад скоростей по сечению потока.

Применение экрана с пористой вставкой, через которую продувают инертный газ перед и во время рафинирования, расположенного над поверхностью расплава, позволяет создать защитную атмосферу над поверхностью расплава, предотвратить захват воздуха и окисление расплава. Выполнение экрана с пористой вставкой, с возможностью перемещения вдоль оси фурмы, позволяет поддерживать необходимое расстояние между поверхностью расплава и экраном.

Все это дало возможность увеличить срок службы фурмы и повысить эффект рафинирования.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого устройства.

Устройство для введения газофлюсовой смеси в расплав состоит из бункера 1 с герметично закрывающейся крышкой 2, смесительной камеры 3, образованной полостью, заключенной между двумя стенками днища бункера, штуцера 4, служащего для подвода инертного газа в смесительную камеру, фурмы 5, выполненной из жаропрочного материала, например, титана, в которую вставлен спиралевидный элемент 6, экрана 7 с пористой вставкой 8, например, из шамота, и трубопровода 9, например, титанового, служащего для подачи инертного газа на поверхность расплава 10 и запорного устройства 11, установленного между выходным отверстием смесительной камеры и фурмой.

Устройство работает следующим образом.

После достижения необходимых технологических параметров производят рафинирование расплава. Для чего устройство (фурма предварительно прогрета до температуры 200-300^oC) располагают над поверхностью расплава на расстоянии 50-80 мм, опускают экран 7 с пористой вставкой 8 по фурме 5 к поверхности расплава 10 (до 200-250 мм) и подают через трубопровод 9 под экран 7 инертный газ, который создает над поверхностью расплава 10 защитную атмосферу. Спустя 4-5 с открывают запорное устройство 11 и подают через штуцер 4 рафинирующий газ, например, аргон в смесительную камеру 2, в которой происходит смешивание газа и флюса. Газофлюсовая смесь поступает через фурму 5, выполненную, например, из титановой трубы диаметром 10 мм в расплав 10. Вместе с подачей инертного газа в смесительную камеру осуществляют погружение фурмы 5 в расплав и поднимают экран 7 с пористой вставкой 8 вверх по фурме 5, оставляя все время его над поверхностью расплава на расстоянии 200-300 мм.

Использование предлагаемого устройства для введения газофлюсовой смеси в расплав, по сравнению с прототипом, позволяет увеличить срок службы фурмы и повысить эффективность рафинирования (снижается газосодежание до 0,05 см³/100 г, увеличивается временное сопротивление на разрыв на 1,0-2,0 кг/мм², относительное удлинение на 1-2%) за счет исключения заваривания выходного отверстия фурмы расплавленным флюсом и предотвращения захвата воздуха во время рафинирования расплава, приводящего к вторичному его окислению;

Формула изобретения

Устройство для введения газофлюсовой смеси в расплав, содержащее герметичный цилиндрический бункер с коническим днищем и перегородкой, образующей смесительную камеру в виде перевернутого конуса, фурму для ввода газофлюсовой смеси в расплав, отличающееся тем, что во внутренней полости фурмы расположен спиралевидный элемент, внутренний диаметр которого выполнен относительно внутреннего диаметра фурмы в соотношении (0,4 - 0,6) : 1,0, а шаг элемента и его внутренний диаметр - в соотношении (0,8 - 2,0) : 1,0, и снаружи фурма снабжена расположенным концентрично ее оси экраном с пористой вставкой и трубопроводом для подачи инертного газа, причем экран с пористой вставкой выполнен с возможностью перемещения вдоль оси фурмы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2