Фурма для обработки жидкого металла

 

В. Ф. Омельяненко, В, А, Курганов, Е. E. )ЬЪрдичевский

И. С. Репешко, В. В. Лесовой и А. А." Федорко

1 (72) Авторы изобретения

Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт и Донецкий научно-исследователЬский институт

I черной металлургии 1

I (73) Заявители (54) ФУРМА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

Изобретение относится к металлургии, в частности к оборудованию для обработки жидкого металла продувкой газом, газопорошковой смесью, а также для пневматического перемешивання металла с вводимыми в него не через фурму реагентами.

Известно устройство для продувки жидкого металла газом или газопорошковой смесью, выполненное в виде погружаемой в металл фурмы (трубы) с отверстием в © нижней части для выхода газа (или газопорошковой смеси) 11).

Однако при продувке через такое устройство жидкого металла газом илн газо-, . порошковой смесью последние после выхо1$ да в металл поднимаются верх н распределяются в зоне, прилегаюшей непосредственно к боковой поверхности фурмы, что приводит к образованию малой поверхности

20 контакта фаз, и вследствие небольшой высоты обрабатываемого слоя металла (как правило не более 1,5-1,8 м) и значительной скорости всплывания газожидкостных потоков — к малой длительности контакта фаз, ухудшению массообмена между вдуваемыми вешествами и металлом и низкой эффективности обработки. Всплывание с большой скоростью газожидкостных потоков вдоль фурмы приводит к выплескам обрабатываемого металла, что не позволяет увеличить количество вдуваемых в единицу времени веяеств и интенсифицировать процесс продувки.

Мелкие твердые частицы реагента при вдувании через такую фурму слипаются в комки, которые при свободном всплывании не успевают полностью прореагировать с металлом и выносятся на поверхность, что приводит к низкой степени усвоения реагентов в металле н повышенному их расходу.

При продувке через такую фурму движение жидкого металла, вызванное всплы.ванием газовых образований или газопорошковой смеси, наблюдается, в основном, в радиальном и осевом Направлениях.

Движение же металла вокруг оси фурмы

808021 (вращение) отсутствует, в связи с чем, невозможно достигнуть интенсивного перемешивания металла.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для продувки жидкого металла, которое выполнено в виде вертикальной полой штанги (трубы), на нижнем конце которой имеется отверстие для выхода вдуваемых веществ. Над ним, на боко вой поверхности штанги установлены направляющие наклонные лопатки (раснределители), которые разбивают поток ° на более мелкие и частично отклоняют их от вертикали (2).

Недостатками указанного устройства является то, что выходящий иэ отверстия поток вдуваемых веществ вскоре после набегания на наклонные лопатки, (распределители) E.ûõîäèò в металл через боковые края .лопаток, в связи с чем не создается принудительное направление газовым или гаэопорошковым потокам s виде наклонных струй, распределяюшихся в большом объеме жидкого металла, которые могли бы значительно увеличить длительность и поверхность коНтакта вдуваемых веществ с металлом. Сопротивление, оказываемое лопатками при всплывании гаэожидкостных потоков, а также степень закручивания потока вокруг оси фурми незначительные, что не позволяет добиться интенсивной продувки путем увеличения количества вдуваемых веществ без выплесков металла иэ ванны.

Бель изобретения — улучшение массообмена между вдуваемыми веществами и металлом и интенсификация процесса продувки.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем полую штангу с отверстием для выхода в металл вдуваемых веществ и установленный над, ним на наружной поверхности штанги распределитель, последний выполнен в виде установленной соосно штанге винтовой лоцасти, с расположенным по периметру и направленным вниз бортом.

На нижней поверхности лопасти выполнены радиальные выступы, высота и ширина которых выбраны равными 15 диаметр рам отверстия штат.и.

Внутренний диаметр винтовой лопасти выполнен равным 20-100 диаметрам отверстия штанги.

Шаг винтовой лопасти равен 10-50 диаметрам отверстия штанги.

Высота борта 0,25-0,6 шага винтовой лопасти.

1О

4

На фир. 1 изображена фурма, общий вид; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 2.

Фурма содержит полую штангу 1 с отверстием 2 для выхода в металл вдуваемых веществ 3. Над отверстием на наружной поверхности штаны л установлен распределитель, выполненный в виде размещенной соосно штанге винтовой лопасти 4, снабженной по периметру направленным вниз бортом 5.

На нижней поверхности лопасти 4 выполнены радиальные выступы 6.

Высота и ширина выступов выполнены равными 1-5 диаметрам отверстия штанги, так как при выполнении их меньше одного диаметра отверстия штанги степень диспергирования вдуваемых веществ с металлом заметно снижается, а при больших размерах потребуется увеличить высоту борта и шаг винтовой лопасти, что приводит к существенному увеличению веса устройства и уменьшению длины погруженной в металл лопасти.

Внутренний диаметр винтовой лопасти выполнен равным 20-100 диаметрам отверстия штанги. При меньшем диаметре винтовой лопасти возможно непопадание части вдуваемых веществ внутрь распределительного желоба, обраэованного боковой поверхностью штанги 1, винтовой лопастью 4 и бортом 5, выход их за его пределы и свободное i всплыванне, чтопривело бы к ухудшению массообмена между вдуваемыми веществами и металлом.

При внутреннем диаметре винтовой лопасти, превышающем 100 диаметров отверстия, условия массообмена и воэможности интенсификации продувки хотя и улучшаются, но погружение устройства таких больших размеров в ванну, например ковш, затруднено иэ-за всегда имеющихся в еерхней части ковша настылей.

Шаг винтовой лопасти выполнен равным 10-50 диаметрам отверстия штанги.

При выполнении его менее 10 диаметров отверстия штанги и создании борта необходимой высоты уменьшится зазор между нижней. кромкой. борта и лопастью, что ухудшает условия наблюдения за состоянием желоба, ремонта его и удаления настылей. При выполнении шага более 50 диаметров отверстия штанги угол подъема лопасти значительно увеличится, что уменьшит время контакта вдуваемых веществ с металлом, а следовательно, и ухудшит условия массообмена между ними.

Высота борта выполнена равной 0,250,60 шага винтовой лопасти. При таком

5 86 соотношении размеров борт, лопасть и боковая поверхность штанги образуют сов местно достаточно глубокий винтовой желоб, под днищем которого всплывают вдуваемые вешества, При меньшей высоте борта возможен выход вдуваемых вешес.гв иэ-под борта и свободное их всплывание на поверхность. При большей высоте борта затрудняется наблюдение за состоянием внутренней поверхности желоба, а также обслуживание его (ремонт, удаление настылей и др.).

Высоту винтовой лопасти целесообразно выполнить равной 1-4 ее шага. При выполнении ее менее укаэанного нижнего предела взаимодействие вдуваемых веществ с металлом под распределительным желобом будет происходить на малой длине, что ухудшит условия массообмена и снизит возможности интенсификации процесса продувки. При выполнении высоты лопасти более четырех ее шагов часть лопасти не будет погружаться в металл, что приведет к бесполезному увеличению размеров и массы фурмы.

Винтовая лопасть может быть выполнена многозаходной, преимущественно двухзаходной, что еше более улучшит условия массообмена между вдуваемыми веществами и металлом.

Фурма работает следующим образом.

Полую штангу 1 с отверстием 2 в нижнем торце для выхода в металл вдуваемых веществ 3 и установленным над этим отверстием на наружной поверхности штанги распределителем, выполненным в виде расположенной соосно штанге винтовой лопасти 4, снабженной по периметру направленным вниз бортом 5, при посгуплении в штангу под давлением вдуваемых веществ погружают в жидкий металл 7.

Высота и ширина выступов на нижней поверхности лопасти равна 2 диаметрам отверстия штанги, внутренний диаметр винтовой лопасти равен 20 диаметрам отверстия штанги, шаг — 10 диаметрам, высота — трем шагам винтовой лопасти, а высота борта — 0,4 шага винтовой лопасти.

Вдуваемые вещества 3 после выхода из отверстия 2 поднимаются вверх и поступают под днище винтового желоба, образованного винтовой лопастью 4, бортом

5 и боковой поверхностью штанги 1, где дробятся на более мелкие частицы, постоянно взаимодействуя с шероховатыми поверхностями желоба и выступами 6. на его днище. Мелкие пузырьки газа пронизывают прилегающие к стенкам и дни6 шу желоба слой металла и взаимодействуют с ним, в результате чего улучШается массообмен между газом и жидкостью.

При вдувании порош..ов твердые частицы внутри желоба интенсивно перемешиваются с металлом, так как в результате удара струи о днище и выступы 8 желоба они распределяются в виде тонких слоев. При этом исключается возможность сливания их в комки. В результате улучшения распределения частиц в жидком металле значительно увеличивается поверхность контакта их с металлом, уменьшается толщина диффузионного слоя около частиц, ускоряется процесс их растворения и взаимодействия с металлом. При движении газожидкостного потока под днищем ви1.гового желоба вследствие инерционных сил в движущемся криволинейном газожидкостном потоке возникают вторичные течения, интенсифицирующие перемешивание вдуваемых веществ в металле.

Интенсивное церемешивание всей ванны металла, вызываемое движением по винтовому желобу гаэожидкостного потока, обуславливает подвод к вдуваемым веществам каждый,раз новых порций металла, в результате чего улучшаются массообменные процессы между ними. Так как длина винтового желоба может в 2-3 и более раз превышать высоту слоя обрабатываемого металла, то значительно увеличивается цуть и время взаимодействия с металлом вдуваемых веществ.

Движение газов и металла по криволинейному желобу резко уменьшает раскачивание слоя жидкости в ванне, в связи с чем значительно уменьшаются выплески металла, а следовательно, появляется возможность интенсифицировать процесс продувки увеличением количества вдуваемых в единицу времени веществ.

Так например, при модифицировании жидкого чугуна гранулированным магнием, последний не успевает полностью расплавиться, испариться и прореагировать с обрабатываемым. металлом. Коэффициент использования магния при этом не превышает 40%. При вводе же гранулированного магния через предложенную фурму повышение степени использования магния достигнет 75«80% за счет увеличения поверхности, времени контакта и улучшения неремешивения магния с металлом.

Расход магния при модулировании чугуне в настоящее время составляет 33,5 кг/т чугуна. При вдувании же его через предложенную фурму и получении .та7 868 кого же результата обработки расход его составит 1,8-2,2 кг/т.

Ожидаемый экономический эффект—

Q,81,0 руб/т чугуна. При этом вследствие интенсифккации процесса продувки поиасится производительность фурмы, примерно в 1,5 раза сократиться время обработки, а следовательно, возрастет срок службы погружаемой в металл фурмы.

Формула изобретения

1. Фурма для обработки хащкого металла, содержащая полую штангу с отверстием для выхода в металл реагентов и установленный над отверстием на наружной поверхности штанги распределитель, о тл и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью улучшения массообмена между вдуваемыми веществами и металлом и интенсификации процесса продувки, распределитель выполнен в виде установленной соосно штанге винтовой лопасти„с расположенным по периметру и направленным вниз бортом.

2. Фурма по и. 1, о т л и ч а ю ш ая с я тем, что на нижней поверхности лопасти ыполнены радиальные выступы, вы,сота и ширина которых равны 1-5 диаметрам отверстия штанги, 3. Фурма по и. 1, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что внутренний диаметр борта винтовой лопасти равен 20-100 диаметрам отверстия штанги.

4. Фурма по и. 1, о т л и ч а ю— ш а я с я тем, что шаг винтовой лопасти равен 10-50 диаметрам отверстия штанги.

5. Фурма по пп. 1,4 о т л и ч а ю— ш а я с я тем, что высота борта равна

0,25-0,6 шага винтовой лопасти.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ладыжевский Б. Н., Башмаков А.Д. Обработка жидкого металла порошками в струе газа", М., Металлургиздат, 1961, с. 17.

2. Патент США ¹ 3227547, кл, 75-27, 1966.

865921

Б-Б

Составитель А. Кондратьев

Редактор С. Патрушева Техред 3, Фанта Корректор Л. Бокшай

Заказ 7992/39 Тираж 621

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4