Устройство для вакуумирования металла
Владельцы патента RU 2651097:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им.И.П.Бардина") (RU)
Изобретение относится к металлургии, а именно к конструкциям оборудования для внепечной вакуумной обработки жидкого металла. Устройство содержит вакуумную камеру с крышкой, стенд для установки ковша с жидкой сталью и погружаемый патрубок и снабжено цилиндрическими соплами для подачи аргона, установленными по периметру внутренней футеровки погружаемого патрубка, и общим кольцевым резонатором, разделенным внутри перегородками на отсеки, в каждом из которых размещены ультразвуковые газодинамические излучатели, причем кольцевой резонатор установлен перед цилиндрическими соплами и соединен с ними. Число отсеков в кольцевом резонаторе совпадает с количеством ультразвуковых газодинамических излучателей, сопла которых направлены в противоположные стороны. Изобретение позволяет увеличить объем и повысить равномерность распределения по объему металла кавитационных полостей, что способствует повышению скорости и степени рафинирования металла от вредных примесей и увеличивает стойкость футеровки патрубка. Уменьшение диаметра сопел снижает риск прорыва металла в ресивер. Размещение газодинамических излучателей в кольцевом резонаторе улучшает их условия службы и повышает надежность работы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к конструкциям оборудования для внепечной обработки жидкого металла.
Известно устройство для вакуумирования жидкой стали в ковше, в котором подвод инертного газа во всасывающий патрубок циркуляционной вакуум-камеры осуществляется через кольцевой коллектор с радиально направленными трубками.
Авторское свидетельство SU 1059008 А, МПК С21С 7/10. Всасывающий патрубок циркуляционной вакуум-камеры
Недостатками известного устройства являются: 1) сложная многослойная конструкция подводящих трубок, 2) малое количество подводящих трубок (3 штуки), что приводит к неравномерности обработки объема металла ввиду уменьшения площади межфазной реакционной поверхности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для вакуумирования жидкой стали в ковше с разделением поверхности стали на центральную и периферийную зоны и последующим созданием разрежения над указанными зонами, включающее вакуумную камеру с крышкой, стенд для установки ковша с жидкой сталью и патрубок, выполненный с возможностью погружения нижнего конца в жидкую сталь.
Патент RU 2324744, МПК С21С 7/10. Способ вакуумного рафинирования стали в ковше, устройство (варианты) и патрубок для его осуществления
Недостатком этого технического решения является то, что аргон подается только через пористые пробки в футеровке днища ковша, в результате чего возникает неравномерность протекания процесса вакуумирования по всему объему ковша.
Предлагаемое устройство для вакуумирования металла предназначено для улучшения функциональных характеристик устройства за счет интенсификации рафинирования жидкого металла от водорода, углерода, кислорода, азота и неметаллических включений.
Технический результат достигается тем, что устройство для вакуумирования металла, включающее вакуумную камеру с крышкой, стенд для установки ковша с жидкой сталью и погружаемый патрубок, в футеровке которого установлены цилиндрические сопла для подачи аргона, дополнительно оснащают газодинамическими ультразвуковыми излучателями, смонтированными в кольцевом резонаторе перед цилиндрическими соплами.
Таким образом, кольцевой резонатор усиливает ультразвуковые колебания и дополнительно обеспечивает функции общего коллектора и общей форкамеры для всех сопел. Кольцевой резонатор может быть разделен перегородками на два и более отсеков, причем число отсеков совпадает с количеством газодинамических излучателей, сопла которых направлены в противоположные стороны. Разделение кольцевого резонатора на отсеки позволяет более равномерно распределить потоки аргона, а в отсеках резонатора создавать стоячую волну ультразвукового излучения с увеличением ее амплитуды в режиме резонанса.
На чертеже показано устройство для вакуумирования металла:
- на фиг. 1 - общий вид;
- на фиг. 2 - патрубок с кольцевым резонатором и газодинамическим излучателем;
- на фиг. 3 - то же в разрезе.
Устройство для вакуумирования металла содержит вакуумную камеру 1 с крышкой 2, стенд для установки ковша с жидкой сталью 3 и погружаемый патрубок 4, во внутренней футеровке патрубка 4 имеются цилиндрические сопла 5, соединенные кольцевым резонатором 6, в котором имеются перегородки 7, разделяющие кольцевой резонатор на отсеки 8 и 9, в каждом из которых установлены газодинамические излучатели 10 и 11. Для подачи аргона в патрубке 4 имеется сопло 12, а в фурмах 13 для подачи кислорода в вакуумную камеру 1 могут быть установлены один или несколько газодинамических излучателей (не показаны).
Принцип действия устройства для вакуумирования металла следующий. В процессе вакуумирования через сопло 12 подают аргон, в патрубке 4 образующиеся пузырьки вовлекает в вертикальное движение расплавленный металл в объем патрубка 4, где металл рафинируется от водорода, углерода, кислорода, азота и неметаллических включений. Газодинамические излучатели 10 и 11 формируют ультразвуковые колебания в газе, в результате чего в расплавленном металле происходит измельчение газовой фазы и существенное увеличение межфазной реакционной поверхности. Кроме того, ультразвуковые колебания газовой фазы передаются жидкому металлу, вызывая образование кавитационных полостей в расплаве металла, что приводит к дополнительному увеличению межфазной реакционной поверхности.
Размещение в вакуум-камере сверху или сбоку под углом фурм 13 для подачи кислорода на поверхность металла, в выходном сопле которых установлены газодинамические излучатели, позволяет увеличить скорость окисления углерода, увеличить интенсивность образования кавитационных полостей и степень рафинирования металла.
Кольцевой резонатор 6 с ультразвуковыми излучателями 10 и 11, установленные перед цилиндрическими соплами 5, служат для увеличения объема и равномерности распределения по объему металла кавитационных полостей, что приводит к увеличению степени и скорости рафинирования металла от вредных примесей и увеличивает стойкость футеровки патрубка 4. Также распределение по периметру патрубка 4 цилиндрических сопел 5 и уменьшение их диаметра снижает риск прорыва металла в ресивер. Размещение газодинамических излучателей 10 и 11 в кольцевом резонаторе 6 улучшает условия службы и повышает надежность работы газодинамических излучателей 10 и 11.
1. Устройство для вакуумирования металла, включающее вакуумную камеру с крышкой, стенд для установки ковша с жидкой сталью и погружаемый патрубок, отличающееся тем, что оно снабжено цилиндрическими соплами для подачи аргона, установленными по периметру внутренней футеровки погружаемого патрубка, и общим кольцевым резонатором, разделенным внутри перегородками на отсеки, в каждом из которых размещены ультразвуковые газодинамические излучатели, причем кольцевой резонатор установлен перед цилиндрическими соплами и соединен с ними.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно в вакуумную камеру сверху под углом установлены фурмы для подачи кислорода на поверхность металла, в выходных соплах которых размещены ультразвуковые газодинамические излучатели.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что число отсеков в кольцевом резонаторе совпадает с количеством ультразвуковых газодинамических излучателей, сопла которых направлены в противоположные стороны.
