Вихревой смеситель

 

лс.тен н; т ;., в =,риа„"«з, " те м hl f А (ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Уеснублик (и>779392

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлвио 011278 (2! ) 2690461/22-02 с присоединвнивм заявки ¹ (з1) м. кл.

С 21 С 1/10

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15 11,80, Бюллетень № 42

Дата опубликования описания 1511ЯО (5З) УДК 621. 745 (088.8) (72) Авторы изобретения

А,М, Ткаченко, B,Ä. Довбня, Н.П. Лыков, Ю.Н. Левченко, Г.Ф. Петров, Б.С. Гончар, В.Л. Найдек, Ю.С. Золотаревский, Н.М. Удод, А;Ф. Алексеев, П.П. Мишин, С.П. Кошелев, Ю.П. Черноротов, В.Н. Куличков и Н.Я. Терещенко

P1) Заявитель

Институт проблем литья АН Украинской CCP (54) ВИХРЕВОЙ CMECHTEJIb

Изобретение относится к металлургии и литейному производству и предназначается для непрерывной обработки металлов добавками, в част ности рафинирования, модифицирования 5 и легирования. с

Известно устройство для обработки жицкого чугуна твердыми реагентами,. включающее дозатор добавок, коническую емкость — воронку с танген- 10 циально подведенным к ней желобом и соединенную с ней огнеупорную трубу, опускающуюся внутрь ковша и затапли-. ваемую поднимающимся металлом. В устройстве организуется вихревое вра- 15 щательное движение расплава, вовлекающее более легкие добавки в металл и транспортирующее их по трубе в ковш в центральной части вращающегося потока P) . 20

Недостатком устройства является наличие в нем прямой огнеупорной трубы, опускаемой внутрь ковша и затапливаемой металлом, что требует специальных средств для установки его в 25 ковш и извлечения иэ ковша, либо установки ковша под устройство с последующим подниманием и опусканием его. Эксплуатация устройства связана с большими капитальными и органи- 3Q зационными затратами. Опущенная в металл огнеупорная:труба быстро разрушается,и изнашивается, это приводит к. ее частой замене. Эффективность обработки в устройстве по ходу процесса меняется в связи с тем, что по мере наполнения ковша и изменения высоты металлостатического столба изменяются гидродинамические параметры потока расплава; Кроме того,устройство неприменимо для непрерывного процесса обработки.

Цель изобретения — разработка вихревого смесителя, обеспечивающего проведение непрерывной обработки потока жидкого металла, увеличение эффективности обрабатываемого добавками расплава в условиях металлургического и литейного производства.

Цель достигается тем, что в вихревом смесителе сливная труба или ее часть выполнены под углом 40-90о к оси воронки и с отношением квадратов площадей входного и выходного отверстий трубы, равным отношению суммы высот воронки и трубы к высоте воронки.

Выполнение трубы или ее части с изломом и полости трубы суживающейся позволяет дополнительно турбулизо92

3 7793 зать поток расплава, разрушить "жгут" добавок и интенсифицировать массообмен системы металл-добавки;

Кроме того, для увеличения степени турбулиэации потока м времени контакта добавки с металлом при внезапном.расширении струи диаметр входного отверстия последующего соеди-. няемого элемента сливной трубы или ее .части вйполняют большим выходного отверстия предыдущего в 1,1-2 раза.

На чертеже изображен вихревой смеситель, общий вид.

Вихревой смеситель для непрерывной обработки жидкого металла состоит из доэатора 1 добавки, приемного желоба 2, один конец которого состы- 15 кован с Выпускным желобом 3 плавиль ного агрегата, а другой подведен тан генциально к верхней части футерованной воронки 4, имеющей сливное выходное отверстие 5,(входное отверстие 2О сливной трубы) и соединенной со сливной трубой б. Сливная огйеупорная труба может быть выполнена наклонной . и"с изломом F03 углом к оси воронки и иметь вертйкальный 7 и наклонный.

8 участки, заканчив еся в.однЫ, 25 отверстием 9. сливная труба с ворон кой, а также ее части между собой стыкуются с помощью фланцев. Полость.

10, сливной огнеупорной трубы может быть выполнена суживающейся или час- 30 тично цилиндрической, а частично

"сужизающейся. Обработанный добавкбй металл собирается в металлоприемнике

11. Воронка обоочпована аварийным сливным желобом 12., . 35

Вихревой смеситель работает следукй им образом.

Жйдкйй металл йэ выпускного жело-. ба 3 плавильного агрегата поступает в прйИаный желоб 2, куда подают до- 4О . бавкй дозатором 1. Подача добавок осуществляется равномерно на желоб или непосредственно в воронку в зависимости от активности вводимого -,-. комйонента, необходимого времени предварительной его дегазации и прог- 45 рева.- иоступающйй тангенциальнО в

" футерованную воронку 4 расплав приобретает вращательное движение, o5pa-.. зуя" йихревой поток, который эа счет превалирующего поверхностного стока 50 металла втягивает подаваемую на его

Поверхность добавку. Втянутая вихре- . вьм потОКом добавка, двигаясь в Ме,»,, . таллв к отверстию 5 сливной трубы

6 и у, вертикальном цилиндрическом 5$ учаетке 7 (при выполнении такового) в результате действия на металл центробежных сил располагается в центральной части потока в виде "жгу- . та"

Несмотря на то, что добавка .полностью находится в объеме металла," усвоение ее затруднено, так как, во-negate, частицы добавки, концентри руясь в центральной части вращающе- 65 гося потока, соприкасаются между собой, что уменьшает межфазную поверхность реагирующих компонентов и, во-вторых, из-за слабого массообмена между периферийнцми и центральными слоями металла.

За время перемещения частиц добавки с металлом от приемного желоба до начала наклонного участка 8 сливной трубы завершается ее нагрев и частичная дегазация, т.е. холодная. гранула добавки прогревается до темпе-. ратуры, при которбй начинается эффективное ее усвоение металлом. Время, необходимое для прогрева частицы добавки, а следовательно, ее пить и длина вертикального участка сливной трубы могут быть рассчитаны..

Поток расплава с расположенной в его центральной части добавкой проходя выходное Ьтверстие конической емкости и попадая в полость 10 сливной трубы, диаметр которой больvie "äèàìåòðé"Úü|éoäíîão отверстия во-" ронки, внезапно расширяется и турбулизуется, в результате чего жгут" добавки"частично распадается, распределяясь в объеме металла, что приводит к увеличению межфазной поверхности и более полйому ее усвоению. Двигаясь далее-в,вертикальном участке

7 сливной трубы, полость которого выполнена сужающейся, поток расплава с частйчно раСпределенной в объеме металла добавкой увеличивает скорость.

:В Месте излома сливной трубы поток смеси металла с добавкой попадает в полОсть, являющуюся продолжением полости вертйкальнОго участка сливной трубы, но расположенную под углом к ocH .âoðîíêè . Здесь при изменении направления- движения потока расплава происходит его дополнительная турбулизация и "жгут" добавок полностью разрушается, в результате чего увеличивается массообмен системы металлдобавка.

Обработайный добавкой металл через выходное. отверстие 9 сливается в ме» таллоприемник 11, В случае засорения сливной трубы . или резаного повышения уровня металла в воронке расплав стекает по аварийному сливиому желобу 12 s металлоприемник.

Величииа угла наклона сливной трубы или ее части определяется с одной стороны необходимой степенью турбулиэацйй потока и с другойусловием полного опорожнения сливйой трубы после окончания процесса обработки. В случае обработки медленновзаимодействующими с расплавом добавками (например синтетическим шлаком, Ca0, CaFg), для эффективной обработки которыми необходимо значительное время взаимодействия и развитая межфазная поверхность,трубу выполняют с изломом к оси ворон- (779392

30 дыi

43

$0

М

45 ки в пределах, близких к 90

При обработке активными и быстро реагирующими добавками (например йа, Hg, Na

Опыты на модели и лабораторные испытания вихревого смесителя на чугуне производительностью 10,15, 20 т/ч позволяют выбрать основные параметры конструкции с точки зрения производительности и эффективности обработки. Установлено, что наибольшее усвоение добавок происходит при наклоне сливной трубы к оси воронки.в пределах 40-90"..

С целью стабилизации "всасывающей" способности и сохранения расчетных параметров воронки, а также создания интенсивного перемешивания и массообмена металла с добавкой, отношение квадратов площадей входного Fgy и выходного Fg» отверстий сливной трубы или ее части определяется из равенства расхода металла в выходном Qð и входном Qgq qотверстиях трубй с учетом металлостатического напора.

Выполнение полости сливной трубы или ее части в виде конфуэора, сужающейся дает возможность интенсифицировать процесс взаимодействия металла с добавкой и повысигь эффек- тивность устройства. При несоблюдении приведенного соотношения, во-первых, нарушается эффект втягивания добавок, во-вторых, полость трубыне заполняется металлом и добавки ие смешиваются.

Выполнение диаметра входного отверстия последующего соедин eMoro элемента сливной трубы или ее части большим выходного предыдущего в

1,1-2 раза позволит за счет потери скорости и напора при внезапном расшйрении текущей вращающейся струй увеличить время пребывания частицЫ, реагента в металле, турбулизовать. поток, разрушив "жгут", и за счет вакуумных полостей в кольцевом объеме трубы предохрайить стыкуемые соединения от разрушения..

Верхний предел диаметра входного отверстия последующего соединяемого элемента сливной трубы или ее частИ выбран из расчета, чтобы размер образовавшихся вихрей за уступом при внезапном расширении канала не превышал выходного диаметра предыдущего элемента. В этом случае эффективность обработки повыаается за счет взаимо- действия добавки и системы вихрей, образовавшихся при течении расплава эа внезапным расширением. Увеличение диаметра входного отверстия больI ше указанного верхнего предела вызывает образованиЕ вихрей размером, большим выходного диаметра предыдущего канала, что приводит к образованию в отводящем канале так называемых "вихревых" пробок, снижающих эффективйость обработки.

Нижний предел выбран из такого расчета, чтобы создающиеся-эа усту10,пом вихри, равные величине уступа, были соизмеримы с вводимыми добавками.

Высокой эффективности процесса непрерывной обработки в вихревом смесителе способствует многостадийность взаимодействия расплава с добавкой при оптимальных условиях контакта. Взаимодействие начинается еще в потоке на желобе, затем в вОронке при переходе через сливное отверстие в расширенный вертикальный участок сливной трубы, при изло" ме участков сливной трубы и заканчивается при падении струи в ковш.

Производительность смесителя теоретически неограничена и его можно установить как на выпускном желобе доменной и мартеновской печи,. так и на жеяобе небольших плавильных объектов, применяемйх в литейном производстве.

Процесс обработки в вихревом смесителе протекает спокойно без выбросов и загрязнения окружающей среДостоинством устройства, обеспеЗ5 чивающим его широкое использование в металлургии и литейном производстве, является его небольшая и ре.гулируемая габаритная высота, позволяющая разместить его на конце

40 разливочного желоба над ковшом или миксером. Расстояние между обрезом к6вша и разливочным желобом большинства металлургических агрегатов ограничено, а углубление

HpHRMKB для ковша осложнено и зачастую невозможно.

Экспериментальные исследовании обработки чугуна в устройстве модифицирующими (например комплексным модификатором типа ЖКИК) и десульфирующими добавками (например, смесью на основе СаО-СаГ и Ма СО ) показывают эффективность процесса обработки.

Проведены промыаленные опыты по модифицироваиию чугуна в вихревом смесителе, установленном на конце желоба вагранки; Иэ полученного модифицированного чугуна отлита опытная партия труб.

В вихревом смесителе проведена серия опытов по десульфурации чугуна. Средняя степень десульфурации составила бОЪ..

Выполнение в вихревом смеСителе сливной трубы или ее части под углом

Ф 4 Ф (р - .,, 7 7 9 3 9

° °

2 изобретения

Формула

Составитель A. Кондратьева

Редактор Н. Кешеля Техред С.Мигунова Корректор Н. Григорук Тираж 608 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 7965 .36

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 суживающейся и организация внезапного расширения в полости трубы значительно интенсифицируют массообмен системы металл-добавка и увеличивают время взаимодействия расплава с добавкой. Так,при обработке чугуна комплексным модификатором в вихревом смесителе. с целью модифицирования достигнуто практически полное его усвоение и получен высокопрочный чугун при расходе модификатора 22,5 вес.% (вместо 3-4 вес.Ъ по сравнению с обработкой чугуна в ковше), 1 ° Вихревой смеситель для непрерывной обработки жидкого металла добавками, содЕржащий дозатор добавок, коническую емкость-воронку с тангенциально подведенным к. ней желобом и соединенную с ней огнеупорную трубу, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности непрерывной обработки, сливная огнеупорная труба или ее часть выполнены под углом 40-90О к оси воронки и с отношением квадратов площадей входного и выходного отвер-. стий трубы, равным отношению суммы высот воронки и трубы к высоте воронки.

2. Смеситель по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что входное отверстие последующего соединяемого элемента сливной трубы или ее, части выполнено с диаметром, большим выходного предыдущего отверстия в 1,1-2 раза.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Англии Р 1109782, кл. С 7 D, опублик. 1966.