EA003075B1

EA003075B1 - Металлургический сосуд с выпускным устройством и способ контролируемого бесшлакового выпуска жидкого металла из этого сосуда

Info

Publication number: EA003075B1
Application number: EA200101018A
Authority: EA
Inventors: Герхард Фукс
Original assignee: Аркмет Технологи Гмбх
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2002-12-26
Also published as: JP2002541422A; AU763426B2; CN1345409A; ES2204571T3; CA2367997C; CN1187566C; MXPA01009780A; CZ297606B6; PL350411A1; PL193887B1; BR0009479A; AU4397300A; EP1181491A1; WO2000060297A1; US6596221B1; EA200101018A1; CZ20013496A3; CA2367997A1; TR200102772T2; EP1181491B1

Abstract

В изобретении описан металлургический сосуд (1) с выпускным устройством (5) для бесшлакового выпуска жидкого металла (3) из находящейся в сосуде (1) ванны расплавленного металла (3), при этом указанное выпускное устройство (5) имеет выпускной канал (10) с двумя участками, первый (11) из которых проходит сквозь огнеупорную стенку (15) сосуда, а в месте соединения обоих участков (11, 12) выпускного канала (10) образован перелив (14), который расположен выше уровня расположения верхнего края (18) входного отверстия (17) выпускного канала. При этом предпочтительно предусмотреть индукционный нагрев расплава (3) в выпускном канале (10).

Description

Настоящее изобретение относится к металлургическому сосуду с выпускным устройством для контролируемого бесшлакового выпуска жидкого металла согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения. Изобретение относится также к соответствующему способу, осуществляемому с применением такого выпускного устройства.

Уровень техники

Из заявки XVО 86/04980 известны устройство и способ для перелива заданного количества жидкого металла из приемного резервуара с находящейся в нем ванной жидкого металла с помощью футерованной огнеупорным материалом выпускной трубы, при этом подобные устройство и способ основаны на принципе работы сифона. Выпускная труба имеет в разрезе форму перевернутой буквы и или V с двумя обращенными вниз участками, первый из которых имеет входное отверстие, а второй имеет выходное отверстие для жидкого металла, герметично закрываемое затвором. В верхней части выпускной трубы предусмотрен соединяемый с устройством создания вакуума и футерованный огнеупорным материалом патрубок, по выбору соединяемый через первый клапан с устройством создания вакуума либо через второй клапан с окружающей атмосферой. Для выпуска переливом заданного количества жидкого металла из сосуда с ванной жидкого металла, прежде всего из рабочего пространства плавильной печи, первый участок выпускной трубы, второй участок которой герметично закрыт затвором, погружают в ванну жидкого металла сквозь закрываемое отверстие в образованной водоохлаждаемыми элементами стенке верхней части сосуда, при этом второй клапан, выполняющий функцию вентиляционного клапана, закрыт, а первый клапан, соединяющий выпускную трубу с устройством создания вакуума, открыт. Под действием обеспечиваемого устройством создания вакуума разрежения жидкий металл всасывается в первый участок выпускной трубы, поднимаясь по нему вверх, и перетекает во второй участок через перелив, образованный в месте соединения обоих указанных участков выпускной трубы. После заполнения второго участка выпускной трубы открывают затвор, закрывающий второй ее участок, и жидкий металл по принципу работы сифона начинает перетекать в приемный резервуар, предпочтительно в разливочный ковш. Закрыв первый клапан, обеспечивающий соединение с устройством создания вакуума, и открыв второй клапан, выполняющий функцию вентиляционного клапана, можно остановить движение металла по выпускной трубе, что позволяет осуществлять контролируемый бесшлаковый выпуск жидкого металла. С целью предотвратить попадание шлака в выпускную трубу при погружении первого ее участка в ванну жидкого металла сквозь шлаковый слой входное отверстие перед погружением в ванну жидкого металла закрывают металлическим листом, который после погружения в жидкий металл расплавляется и открывает входное отверстие. Перед выпуском металла из сосуда во второй участок, который в остальном имеет в нижней части сужение, засыпают гранулированный огнеупорный материал для защиты задвижки затвора.

Из заявки ΌΕ-С 605701 известен сифон для разгрузки или опорожнения термических ванн, в окруженную нагревательной рубашкой всасывающую трубу которого встроен эжектор, обогреваемый совместно с этой всасывающей трубой. Эжектор позволяет создавать разрежение, под действием которого инициируется процесс контролируемого выпуска жидкости из сосуда.

В известных способах и устройствах выпуска жидкого металла, основанных на принципе работы сифона, предусмотрено погружение одного из участков имеющей в разрезе форму перевернутой буквы и или V выпускной трубы в ванну расплавленного металла. При этом верхний изгиб или колено этой выпускной трубы, в котором происходит перелив расплава из одного ее участка в другой, расположен выше максимально допустимого уровня ванны жидкого металла. Поэтому для инициирования процесса выпуска металла уровень расплава необходимо поднять на величину, превышающую разницу между уровнем расположения указанного изгиба или колена выпускной трубы и уровнем ванны жидкого металла. По этой причине для инициирования процесса выпуска жидкого металла требуется использовать устройство создания вакуума.

Краткое описание изобретения

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача обеспечить возможность эффективного контролируемого бесшлакового выпуска жидкого металла из металлургического сосуда с выпускным устройством указанного в ограничительной части п.1 типа вне зависимости от размеров этого сосуда. При этом выпускное устройство в различных его модификациях должно обеспечивать возможность инициировать процесс выпуска жидкого металла без создания разрежения, что позволило бы отказаться от применения устройства создания вакуума. Еще одна задача изобретения состояла в том, чтобы разработать соответствующий способ контролируемого бесшлакового выпуска жидкого металла из металлургического сосуда с использованием подобного выпускного устройства.

Отличительные признаки предлагаемого в изобретении металлургического сосуда с выпускным устройством представлены в п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения выпускного устройства приведены в пп.2-28 формулы. Отличительные признаки предлагаемого в изобретении способа представ лены в п.29 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления этого способа указаны в остальных пунктах формулы.

Согласно предлагаемому в изобретении решению один из участков выпускного канала интегрирован в стенку сосуда, а перелив в месте соединения обоих участков выпускного канала расположен на таком уровне, что можно отказаться от применения устройства создания вакуума для инициирования процесса выпуска жидкого металла. При этом процесс выпуска металла можно быстро прервать в любой момент за счет уравнивания давления в месте соединения обоих участков и давления внешней атмосферы, для чего предпочтительно задействовать вентиляционный клапан или затвор, что позволяет при выпуске жидкого металла предотвратить захват шлака из шлакового слоя, плавающего на поверхности жидкого металла, и попадание этого шлака в выпускной канал.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере трех вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано на фиг. 1 - металлургический сосуд с выпускным устройством в разрезе;

на фиг. 2 - увеличенное изображение части сосуда со стороны расположения несколько модифицированного выпускного устройства;

на фиг. 3 - аналогичное виду по фиг. 2 изображение фрагмента наклоняемого сосуда в ненаклоненном положении, выпускное устройство которого имеет несколько видоизмененный выпускной канал;

на фиг. 4 - сечение плоскостью ΐν-ΐν по фиг. 3;

на фиг. 5 - показанный на фиг. 3 фрагмент наклоняемого сосуда в наклоненном положении.

Описание вариантов выполнения изобретения

На фиг. 1 в качестве примера металлургического сосуда изображен печной сосуд 1 дуговой печи, показанный в разрезе. Этот сосуд 1 состоит из образующей футерованную подину печи нижней части 2 для приема жидкого металла или расплава 3 и из верхней части 4, образованной водоохлаждаемыми элементами. С левой на фиг. 1 стороны сосуда расположено выпускное устройство 5 для выпуска металла, а с правой стороны находится шлаковыпускное отверстие 7, закрываемое дверцей 6 для скачивания шлака. Дно нижней части 2 сосуда спускается в сторону выпускного устройства 5. В наиболее низком месте контура 8 дна расположен донный выпуск 9 обычной конструкции, который используется при необходимости полностью опорожнить сосуд 1, например перед остановкой печи с целью проведения ремонтных работ или для замены футеровки. Такой сосуд может быть известным образом выполнен наклоняемым в сторону выпускного устройства

5. Однако предлагаемое в изобретении выпускное устройство не требует наклона сосуда, благодаря чему отпадает необходимость в использовании соответствующих механизмов для такого наклона сосуда, а при наличии шахт подогрева скрапа - и для подъема шахты перед наклоном сосуда. В этом случае на неподвижной печи водоохлаждаемые элементы с выпускной стороны могут иметь такую же длину, что и остальные водоохлаждаемые элементы, благодаря чему обеспечивается дополнительная экономия огнеупорного материала, используемого в конструкции стенки сосуда.

В показанном на фиг. 1 и 2 варианте выполнения сосуда 1 выпускное устройство 5, выполненное по типу сифона, имеет окруженный огнеупорным материалом выпускной канал 10, который в разрезе имеет форму перевернутой буквы V с двумя обращенными вниз и сходящимися вверху участками 11 и 12. В месте 13 соединения обоих этих участков внутри выпускного канала 10 образован перелив 14 для расплава 3. Первый участок 11 выпускного канала проходит сквозь огнеупорную стенку 15 нижней части 2 с наклонным подъемом вверх от внутреннего пространства печи. Второй участок 12 расположен вне сосуда 1 и ориентирован параллельно стенке 15 сосуда вертикально вниз. По технологическим соображениям и с целью упростить проведение работ по техническому обслуживанию выпускное устройство 5 выполнено разъемным и состоит из расположенной снаружи огнеупорной стенки 15 сосуда секции, которая фланцем 16 соединена с проходящей сквозь эту огнеупорную стенку сосуда секцией выпускного канала 10.

Первый участок 11 выпускного канала 10 имеет входное отверстие 17, верхний край 18 которого расположен на уровне 110.

Второй участок 12 выпускного канала 10 имеет выходное отверстие 20 для расплава 3, которое закрывается затвором 19 и которое расположено ниже верхнего края 18 входного отверстия 17 выпускного канала 10 на уровне, обозначенном через 1А. Указанный затвор 19 изображен на чертеже лишь схематично в виде задвижки 21, которая может перемещаться соответствующим приводом между закрытым положением, в котором она прилегает к краю выходного отверстия 20, и открытым положением, в котором она открывает это выходное отверстие 20. Если процесс выпуска металла начинается со слива находящегося во втором участке 12 остаточного количества расплава 3, оставшегося от предыдущего процесса выпуска, либо со слива ранее перетекшего в этот второй участок через перелив 14 выпускного канала количества расплава 3, то к герметичности затвора не предъявляется каких-либо особых требований. Если же для начала процесса выпуска при пустом втором участке 12 используется устройство создания вакуума, то в этом случае во избежа ние существенного снижения силы всасывания, создаваемой за счет разрежения, особое внимание следует уделять газонепроницаемости затвора 19. С этой целью наиболее целесообразно использовать задвижки из керамики и затворы, у которых для плотного прижатия заслонки к выходному отверстию при необходимости используется соответствующее уплотнение.

Второй участок 12 выпускного канала 10 удлинен снизу защитной трубой 22, по которой металл при его выпуске из сосуда 1 сливается в разливочный ковш и которая тем самым защищает струю этого металла от контактирования с внешней атмосферой.

С целью практически полностью исключить возникновение турбулентности в потоке жидкого металла внутри выпускного канала последний выполняют достаточно широким с большим проходным сечением и непосредственно перед выходным отверстием 20 предусматривают сужение 23 уменьшенного проходного сечения, ограничивающее расход выходящего из выпускного канала расплава. Поскольку это сужение из-за более высокой скорости протекания через него металла подвергается особо высоким нагрузкам, его изготавливают в виде отдельного заменяемого элемента (не показано). За исключением указанного сужения с уменьшенным проходным сечением, которое для формирования струи круглого сечения предпочтительно имеет круглое проходное сечение, в рассматриваемом варианте выпускной канал, по меньшей мере, в зоне входного отверстия 17 первого участка 11 выполняют прямоугольного или овального проходного сечения, у которого ширина больше его высоты, чтобы верхний край 18 входного отверстия 17, определяющий уровень жидкого металла, остающегося при выпуске, т.е. уровень зумпфа, находился как можно ниже. Было установлено, что наиболее предпочтительными размерами входного отверстия, определяющими его живое сечение, являются ширина приблизительно 30 см и высота приблизительно 20 см.

Для удержания в расплавленном состоянии находящегося в выпускном канале металла или для повторного расплавления застывшего остаточного металла с целью обеспечить беспрепятственное прохождение расплава в процессе выпуска предусмотрен нагрев окружающего выпускной канал огнеупорного материала, соответственно находящегося в выпускном канале металла с помощью нагревательного устройства. В рассматриваемом варианте с этой целью предусмотрен индукционный нагрев с помощью первого, охватывающего первый участок 11 выпускного канала 10 индуктора 24 и второго, охватывающего второй участок 12 выпускного канала 10 индуктора 25. Эти индукторы могут подключаться к источнику переменного тока независимо друг от друга, что позволяет по мере необходимости нагревать расплав металла, на ходящегося на первом участке 11 или на втором участке 12. С целью уменьшить передачу тепла (тепловой поток) от выпускного канала к охлаждаемым виткам индукторов 24 и 25 между этими витками и участками 11 и 12 футерованного огнеупорным материалом выпускного канала 10 предусмотрены теплоизоляционные слои 26. В обесточенном состоянии принудительно охлаждаемые витки индукторов 24 и 25 могут использоваться и для охлаждения оставшегося в выпускном канале расплава. В этом случае можно отказаться от применения теплоизоляционных слоев 26.

В данном варианте выполнения изобретения в месте 13 соединения обоих участков 11 и 12 выпускного канала 10 предусмотрены расположенные соосно с соответствующими указанными участками патрубки 27 и 28, футерованные огнеупорным материалом. Соосный с первым участком 11 первый патрубок 27 герметично закрывается фланцем 29. Соосный со вторым участком 12 второй патрубок 28 может быть подсоединен вторым фланцем 30, по крайней мере, к одному внешнему устройству. С этой целью второй фланец снабжен соединительной трубой 31, к которой через первый клапан 32 может быть подсоединено условно показанное на фиг. 2 устройство 39 создания вакуума. В отходящем от соединительной трубы 31 ответвлении установлен второй клапан, который ниже назван вентиляционным клапаном 33, поскольку при его открытии обеспечивается соединение с окружающей атмосферой. С целью уменьшить свободное пространство в месте 13 соединения обоих участков 11 и 12 с внутренней стороны фланцев 29 и 30 установлены огнеупорные заглушки 34 и 35. После отсоединения фланцев 29 и 30 открывается свободный доступ к внутреннему пространству соосных с соответствующими патрубками участков 11 и 12 для осмотра и технического обслуживания. По крайней мере, один из патрубков можно использовать также для подсоединения горелки, используемой либо вместо индуктора, либо в дополнение к нему в качестве нагревательного устройства для выпускного канала, соответственно находящегося в нем расплава.

На фиг. 2, где в увеличенном масштабе показана та часть сосуда, со стороны которой расположено выпускное устройство, представлены некоторые изменения и дополнительные устройства, которые в некоторых вариантах позволяют оптимизировать работу выпускного устройства.

Вблизи от входного отверстия 17 выпускного канала 10 предусмотрена подсоединяемая через трубопровод для подачи сжатого газа к соответствующему источнику сжатого газа пористая пробка 36, которая снизу входит в выпускной канал 10 и служит для подачи газа, предпочтительно инертного газа, например аргона. При подаче такого газа, который по первому участку 11 поднимается вверх и через открытый вентиляционный клапан 33 может выходить в окружающую атмосферу, такой газ увлекает за собой расплав 3, в результате чего жидкий металл поднимается по первому участку вплоть до перелива 14. Подобный эффект захвата расплава потоком газа может использоваться вместо всасывания расплава за счет разрежения, обеспечиваемого устройством 39 создания вакуума, или в дополнение к такому разрежению.

Вместо индукционного нагрева первого участка или в дополнение к такому нагреву застывание расплава на этом участке можно также предотвратить, предусмотрев вблизи входного отверстия 17 выпускного канала вторую подсоединяемую через трубопровод для подачи сжатого газа к соответствующему источнику сжатого газа пористую пробку 37, которая входит в выпускной канал с его верхней стороны и с помощью которой обеспечивается циркуляция жидкого металла на первом участке 11. Благо даря этому горячий металл, попадая из нижней части 2 сосуда в более холодную зону первого участка, препятствует тем самым застыванию расплава в этой зоне. Пористую пробку помимо этого можно установить и в дне нижней части 2 сосуда, например в месте, аналогичном месту расположения донного выпуска 9, вблизи от входного отверстия 17 выпускного канала, чтобы за счет циркуляции воспрепятствовать охлаждению расплава в этой зоне.

С целью исключить при задействованном устройстве 39 создание вакуума и при нахождении поверхности расплава в сосуде на максимальном уровне 113 подъем расплава в месте 13 соединения участков выпускного канала 10 выше уровня 14 на такую высоту, где он может попасть в подводящий трубопровод устройства создания вакуума или в установленную на патрубке 27 горелку, предусмотрено обозначенное на фиг. 2 позицией 40 устройство для определения и регулирования уровня 14 расплава в месте 13 соединения обоих участков 11 и 12 выпускного канала 10. Это устройство 40 имеет предназначенный для определения уровня 14 расплава датчик уровня, по выходному сигналу которого система автоматического регулирования регулирует, например, разрежение, обеспечиваемое устройством 39 создания вакуума. Разрежение, преобладающее в месте 13 соединения обоих участков 11 и 12, можно регулировать и при использовании обеспечивающего постоянное разрежение устройства 39 создания вакуума, подавая управляющие сигналы с выхода датчика уровня на регулирующий клапан 38, через который в зону всасывания устройства 39 создания вакуума контролируемым образом подается подсасываемый воздух, обеспечивающий удержание расплава на уровне 14, установленном в качестве заданного значения. При этом необходимость в использовании регулятора, обеспечивающего удержание уровня 14 рас плава на заданной высоте, отпадает в том случае, если патрубки 27 и 28 имеют достаточно большую длину для того, чтобы элементы, подверженные опасности попадания в них расплава, всегда располагались выше максимальной высоты всасывания жидкого металла.

При выполнении выпускного устройства 5 и управлении его работой таким образом, чтобы при каждом выпуске второй участок полностью опорожнялся, в этот второй участок после выпуска металла и повторного закрытия выходного отверстия 20 выпускного канала 10 задвижкой 21 предпочтительно, как это известно из указанной в начале описания заявки АО 86/04980, сверху засыпать гранулированный огнеупорный материал. В этом случае второй патрубок 28, соосный со вторым участком 12 выпускного канала 10, используется в качестве соединительного элемента для соединения через подводящий трубопровод и дозатор с емкостью с гранулированным огнеупорным материалом в качестве внешнего устройства. В этом случае соединительную трубу 31, предназначенную для подсоединения устройства создания вакуума и для возможного соединения с внешней атмосферой через вентиляционный клапан 33, можно расположить на первом фланце 29, соосном с первым участком 11 выпускного канала 10.

В зависимости от конструкции выпускного устройства 5 возможны различные подходы по инициированию и проведению процесса выпуска металла, наиболее важные из которых рассмотрены ниже.

При этом необходимо учитывать различные величины, характеризующие различные высотные или уровневые параметры и обозначенные на фиг. 1 через 11-17 и 1А. Эти величины, часть из которых уже упоминалась в описании, еще раз кратко охарактеризованы ниже. Подобные характеризующие различные высотные и уровневые параметры величины для наклоняемого сосуда относятся как к его наклоненному, так и не наклоненному положениям (ср. фиг. 3 и 5). Указанные величины имеют следующие значения:

1А означает высоту или уровень расположения закрываемого задвижкой 21 выходного отверстия 20 выпускного канала 10, означает высоту или уровень расположения верхнего края 18 входного отверстия 17 выпускного канала, означает высоту или уровень расположения контура 8 дна перед входным отверстием 17, означает высоту или уровень расположения перелива 14, означает максимально допустимый уровень расплава 3 в ванне жидкого металла, означает уровень расплава в месте 13 соединения сходящихся участков выпускного канала 10,

115 означает уровень, на котором находится поверхность плавающего поверх расплава шлакового слоя 41, означает высоту или уровень расположения концов пробок 34 и 35 в месте соединения обоих участков 11 и 12 выпускного канала и означает тот уровень расположения поверхности расплава, по достижении которого шлак начинает втягиваться в выпускной канал 10 в результате завихрения на входе в этот канал.

В показанном на фиг. 1 выпускном устройстве высота 12, на которой расположен перелив 14, примерно соответствует максимально допустимому уровню 13 расплава 3. Поскольку на находящийся в сосуде 1 расплав 3 дополнительно действует вес шлакового слоя 41, уровень 14 расплава 3 в выпускном канале несколько выше уровня 13. Это означает, что незадолго перед достижением расплавом максимального уровня 13 в сосуде 1 этот расплав начинает перетекать из первого участка 11 во второй участок 12 и постепенно заполнять этот участок выпускного канала 10. На фиг. 1 второй участок показан в таком заполненном расплавом состоянии непосредственно перед выпуском из него металла. В месте 13 соединения сходящихся участков выпускного канала остается лишь небольшое свободное пространство, что обусловлено малой разницей между уровнями 16 и

14. Если в этом состоянии открыть вентиляционный клапан 33, сравняв в результате давление, преобладающее в свободном пространстве в месте 13 соединения сходящихся участков выпускного канала, с атмосферным давлением, и после этого вновь закрыть вентиляционный клапан, то после смещения задвижки 21 и открытия тем самым выходного отверстия 20 вслед за сливающимся из второго участка 12 расплавом без задействования устройства создания вакуума в этот второй участок начнет перетекать и находящийся на первом участке 11 расплав, а вслед за ним - и расплав из сосуда 1. Подобный слив расплава, происходящий по принципу работы сифона, будет продолжаться до тех пор, пока шлаковый слой 41, опускающийся вместе с жидким металлом, не достигнет верхнего края 18 входного отверстия 17 и в выпускной канал не начнет всасываться шлак и вместе с ним воздух из этого шлакового слоя. Когда поверхность расплава 3 в сосуде 1 опустится до уровня 10, процесс выпуска металла автоматически прекращается в результате попадания в выпускной канал шлака и воздуха, хотя при этом небольшие количества шлака и попадают в выпускной канал и тем самым в выпущенный металл.

Под действием завихрений, образующихся на входе в выпускной канал и чуть выше верхнего края 18 входного отверстия 17 выпускного канала, шлак начинает всасываться в небольших количествах в выпускной канал еще до того, как поверхность расплава 3 опустится до уровня 10. Уровень, начиная с которого шлак втягивается под действием указанных завихрений в выпускной канал, обозначен через 17. Если же необходимо полностью исключить поступление шлака в выпускной канал, то процесс выпуска металла следует прекращать в тот момент, когда поверхность расплава 3 опустится до уровня 17. Остановить процесс выпуска металла можно, либо закрыв выходное отверстие 20 выпускного канала 10 с помощью соответствующего затвора 19, либо открыв вентиляционный клапан 33, т.е. обеспечив подсос воздуха в пространство в месте 13 соединения обоих участков 11 и 12 выпускного канала, либо, если сосуд выполнен наклоняемым, наклонив этот сосуд в противоположную от выпускного канала сторону. В первом случае второй участок 12 остается, по крайней мере, частично заполненным расплавом металла. В остальных же случаях второй участок 12 опорожняется полностью.

Как указано выше, для инициирования и проведения процесса выпуска металла вполне достаточно имеющегося во втором участке 12 количества расплава, если создаваемого за счет слива этого расплава разрежения оказывается достаточно для всасывания расплава 3 из сосуда по первому участку во второй участок. При этом важное значение имеют такие параметры, как объем свободного пространства в месте 13 соединения обоих участков 11 и 12 выпускного канала и объем расплава, присутствующего во втором участке 12 при инициировании процесса выпуска. Помимо этого существенную роль играют и условия истечения потока в выпускном канале, на которые можно влиять уменьшением проходного сечения выходного отверстия 20.

Если с использованием предлагаемого в изобретении выпускного устройства выпуск металла предполагается проводить лишь после подъема поверхности расплава до максимального уровня 13, то при наличии показанных на фиг. 1 соотношений между различными уровнями или высотами процесс выпуска, как уже говорилось выше, может происходить автоматически без применения устройства создания вакуума лишь за счет находящегося во втором участке 12 остаточного или перетекшего в него количества расплавленного металла, при этом такой металл при необходимости необходимо предварительно перевести в жидкое состояние с помощью нагревательного устройства 24, 25.

Если, например, за счет уменьшения угла подъема или наклона первого участка 11 уровень 12, на котором располагается перелив 14, оказывается ниже максимального уровня 13 поверхности расплава, то перетекание расплава 3 во второй участок 12 будет происходить и в том случае, когда поверхность расплава в сосуде 1 будет находится ниже максимального уровня 13, т.е. до тех пор, пока поверхность расплава не опустится приблизительно до уров ня 12. Таким образом, при выполнении второго участка соответствующей вместимости или объема в этом диапазоне высот или уровней также всегда будет обеспечиваться инициирование процесса выпуска металла за счет втягивания расплава из первого участка. В принципе при расположении перелива 14 ниже максимального уровня 113 в процессе расплавления материала в сосуде 1 расплав начнет перетекать во второй участок 12 еще до того момента, как поверхность расплава поднимется до этого максимального уровня 13, и поэтому в этом случае необходимо исключить охлаждение или застывание этого расплава во втором участке, для чего предпочтительно использовать индукционный нагрев и/или подачу газа через пористую пробку 37, соответственно 36. Нижним пределом для уровня 12, на котором можно располагать перелив 14, является уровень 10 расположения верхнего края 18 входного отверстия 17 выпускного канала. Предпочтительно, однако, не опускать перелив ниже уровня 17, т.е. должно соблюдаться условие 12>17. При выполнении сосуда наклоняемым указанные соотношения между уровнями или высотами относятся к наклоненному положению сосуда.

Если перелив 14 размещают на уровне 12, который располагается выше максимального уровня 13 расплава 3, или если с помощью выпускного устройства 5 металл требуется выпускать из сосуда 1 последовательно несколькими порциями, прерывая при этом процесс выпуска металла каждый раз в момент опорожнения второго участка, то для инициирования процесса выпуска металла необходимо задействовать устройство создания вакуума, которое в рассматриваемом варианте можно подсоединять к соединительной трубе 31 через клапан 32. Параметры устройства создания вакуума, в частности его мощность, следует выбирать в зависимости от объема поднимаемого столба жидкого металла. Однако можно также создавать и меньшее давление всасывания с использованием для этой цели эжекторов в соответствии с решением, известным из указанной в начале описания заявки ΌΕ-С 605701. Небольшой подъем поверхности расплава в первом участке можно также обеспечить за счет подачи сквозь пористую пробку 36, соответственно 37 газа, который в этом случае будет увлекать за собой расплав.

Ниже рассмотрен предлагаемый в изобретении способ выпуска металла с использованием выпускного устройства 5 по фиг. 1.

Согласно одному из вариантов осуществления процесса выпуска выходное отверстие 20 выпускного канала 10 закрывают и в нижнюю часть второго участка 12 насыпают гранулированный огнеупорный материал. Одновременно в сосуд 1, представляющий собой плавильную печь, загружают шихту и начинают следующий цикл плавки. При этом поверхность расплава одновременно поднимается и в плавильном сосуде 1, и в первом участке 11 выпускного канала. С целью воспрепятствовать охлаждению расплава в первом участке 11 включают индуктор 24 и/или подают газ сквозь пористую пробку 36, соответственно 37. Незадолго до достижения поверхностью расплава в плавильном сосуде 1 максимального уровня 13 расплав начинает перетекать через перелив 14 из первого участка 11 во второй участок 12 и постепенно заполнять последний, причем и в этом втором участке охлаждение расплава также предотвращают подачей электропитания на индуктор 25, т. е. индукционным нагревом этого расплава. В ходе плавки вентиляционный клапан 33 остается открытым с целью предотвратить повышение давления в месте 13 соединения обоих участков 11 и 12 выпускного канала.

Перед выпуском металла вентиляционный клапан 33 вновь закрывают и начинают процесс выпуска, открывая затвор. При этом выходящий из второго участка 12 поток перетекшего в него расплава увлекает за собой расплав из первого участка 11 и сосуда до тех пор, пока поверхность расплава не опустится до уровня 17. Далее открытием вентиляционного клапана 33 процесс выпуска останавливают за счет подсоса через этот клапан воздуха, предотвращая тем самым всасывание шлака в выпускной канал. При этом в сосуде остается некоторое соответствующее уровню расплава количество жидкого металла в виде зумпфа. После повторного закрытия затвора 19 и засыпки сыпучего огнеупорного материала описанный процесс повторяют.

Если металл необходимо выпускать порциями, то слив металла можно прерывать с помощью затвора 19, в результате чего во втором участке 12 будет оставаться некоторое количество жидкого металла. С целью инициировать новый процесс выпуска металла уровень расплава, опустившегося в первом участке 11 выпускного канала ниже уровня 14 расположения перелива 14, можно поднять выше уровня расположения этого перелива 14 с помощью устройства создания вакуума, при необходимости с использованием для этой цели регулирования уровня расплава с помощью датчика уровня устройства 40, и/или за счет подачи газа сквозь пористую пробку 36.

Представленная на фиг. 3-5 часть наклоняемого металлургического сосуда 101, где для обозначения элементов конструкции, соответствующих элементам конструкции сосуда по фиг. 1 или 2, использованы позиции, номера которых увеличены на 100, имеет несколько видоизмененное по сравнению с металлургическим сосудом по фиг. 1 выпускное устройство 105. Проходящий сквозь огнеупорную стенку 115 нижней части 102 сосуда первый участок 111 выпускного канала 110 имеет горизонтальный первый отрезок 111а и вертикальный второй отре зок 111Ь, который в имеющем большие размеры месте 113 соединения соединен со вторым участком 112. Помимо этого перелив 114 выпускного канала 110 опущен несколько ниже, а вместо газонепроницаемого окончания над имеющим большие размеры местом 113 соединения установлен кожух 143 с проходящей сквозь него горелкой 144, позволяющей нагревать внутренне пространство в месте соединения обоих участков выпускного канала, соответственно находящийся в этом месте расплав. Кожух 143 может газонепроницаемо закрывать место 113 соединения обоих участков выпускного канала. Однако это условие не является строго необходимым, поскольку расположение перелива 114 на более низком уровне позволяет инициировать и проводить процесс бесшлакового выпуска металла даже в том случае, если кожух 143 не обеспечивает полной герметичности места 113 соединения обоих участков выпускного канала.

Благодаря горизонтальному расположению примыкающего к контуру 108 дна нижней части 102 сосуда первого отрезка 111а первого участка 111, а также благодаря выполнению выпускного канала 110, по меньшей мере, в зоне входного отверстия 117 первого участка 111 прямоугольного или овального проходного сечения, у которого ширина больше высоты, удается, с одной стороны, за счет сужения 123 уменьшенного проходного сечения ограничить скорость потока металла на входе во входное отверстие 117 выпускного канала, а с другой стороны, расположить верхний край 118 входного отверстия 117 выпускного канала на еще более низком уровне по сравнению с выходным отверстием 117 круглого сечения. Соотношение между площадью поперечного сечения входного отверстия 117 выпускного канала и площадью поперечного сечения ограничивающего расход сужения 123 составляет приблизительно 4:1. В отличие от показанного на фиг. 1 и 2 варианта, где первый участок 11 выпускного канала 10 поднимается наклонно вверх, а верхний край 18 входного отверстия 17 выпускного канала образует вследствие этого с вертикальной стенкой острый угол, преимущество горизонтального расположения первого отрезка 111а в варианте по фиг. 3-5 состоит в том, что за счет расположения верхнего края 118 под прямым углом к боковой стенке он обладает повышенной прочностью, благодаря чему даже после нескольких сотен выпусков металла этот верхний край 118 входного отверстия 117 выпускного канала лишь незначительно смещается вверх вследствие износа. С другой стороны, это означает, что перелив 114 можно опустить практически до уровня 117 и тем не менее даже после длительной эксплуатации обеспечить бесшлаковый выпуск металла благодаря малому износу в зоне верхнего края 118.

Представленный на фиг. 3-5 металлургический сосуд выполнен наклоняемым. На фиг. 3 сосуд показан в исходном, соответственно рабочем положении, а на фиг. 5 - в наклоненном положении. Угол наклона составляет при этом приблизительно от трех до пяти градусов. У наклоняемого сосуда для задания минимальной высоты расположения перелива 114 определяющим фактором является максимальный наклон сосуда, т.е. с целью обеспечить бесшлаковый выпуск металла в показанном на фиг. 5 наклонном положении сосуда уровень 12 расположения перелива 114 не должен быть ниже уровня 17, начиная с которого под действием завихрения, происходящего на входе в выпускной канал 110, в последний всасывается плавающий на поверхности расплава 103 над верхним краем 118 входного отверстия 117 шлак 141. Если в наклоненном положении сосуда перелив 114 располагается на уровне 12, приблизительно соответствующем уровню 17 поверхности расплава или чуть выше этого уровня, то остающийся в сосуде 101 расплав 103 можно выпускать, не опасаясь попадания в выпускной канал шлака, вплоть до уровня 17 без использования всасывающего эффекта, являющегося следствием герметичного перекрытия пространства над местом 113 соединения обоих участков выпускного канала.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Металлургический сосуд (1, 101) с выпускным устройством (5, 105) для контролируемого бесшлакового выпуска жидкого металла (3, 103) из находящейся в нижней части (2,

102) сосуда ванны расплавленного металла (3,

103) , при этом указанное выпускное устройство (5, 105) имеет окруженный огнеупорным материалом выпускной канал (10, 110), состоящий из двух обращенных вниз и сходящихся вверху участков (11, 12, 111, 112), первый (11, 111) из которых входит в сосуд и оканчивается имеющим верхний край (18) входным отверстием (17, 117), а второй (12, 112) имеет закрываемое затвором (19, 119) и расположенное на более низком уровне выходное отверстие (20, 120) для жидкого металла (3, 103), и внутри выпускного канала в месте (13, 113) соединения обоих его участков (11, 12, 111, 112) имеется перелив (14, 114) для жидкого металла, расположенный на уровне (12) выше уровня (10) расположения верхнего края входного отверстия выпускного канала, отличающийся тем, что первый участок (11, 111) выпускного канала (10, 110) проходит сквозь огнеупорную футеровку стенки (15, 115) нижней части (2) сосуда и интегрирован в эту стенку, в рабочем положении сосуда перелив (14, 114) располагается ниже верхнего края огнеупорной футеровки стенки (15, 115) сосуда, но не выше уровня (13), который соответствует максимально допустимому уровню (13) поверхности расплава (3), и предусмотрена возможность нагрева, по крайней мере, части окру жающего выпускной канал (10) огнеупорного материала или находящегося в выпускном канале расплава (3) с помощью нагревательного устройства (24, 25, 144).
2. Металлургический сосуд по п.1, отличающийся тем, что в месте (13) соединения обоих участков (11, 12) выпускного канала (10) расположен, по крайней мере, один футерованный огнеупорным материалом патрубок (27, 28), герметично закрываемый фланцем (29, 30) и/или используемый для подсоединения к нему, по крайней мере, одного внешнего устройства.
3. Металлургический сосуд по п.2, отличающийся тем, что, по крайней мере, один из двух участков (11, 12) выпускного канала (10) имеет соосный с ним патрубок (27, 28).
4. Металлургический сосуд по п.2 или 3, отличающийся тем, что фланец (30) снабжен соединительной трубой (31) с возможностью подсоединения к ней через первый клапан (32) устройства (39) создания вакуума в качестве внешнего устройства.
5. Металлургический сосуд по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что фланец (30) снабжен соединительной трубой (31), соединяемой через второй клапан, являющийся вентиляционным клапаном (33), с окружающей атмосферой.
6. Металлургический сосуд по любому из пп.1-5, отличающийся наличием устройства (40) для определения и при необходимости для регулирования уровня (114) расплава в месте (13) соединения обоих участков (11, 12) выпускного канала (10).
7. Металлургический сосуд по п.6, отличающийся наличием работающего совместно с настраиваемым на создание постоянного давления устройством (39) создания вакуума датчика уровня, который предназначен для определения уровня (14) расплава в месте (13) соединения обоих участков (11, 12) выпускного канала (10) и управляющие сигналы с выхода которого подаются на регулирующий клапан (38), который установлен в трубопроводе для подачи газа, соединяющем указанное место (13) соединения обоих участков выпускного канала с окружающей атмосферой.
8. Металлургический сосуд по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что вблизи от входного отверстия (17) выпускного канала оканчивается, по крайней мере, одна подсоединяемая через трубопровод для подачи сжатого газа к соответствующему источнику сжатого газа пористая пробка (36, 37) для подачи газа внутрь сосуда (1) или выпускного канала (10).
9. Металлургический сосуд по п.8, отличающийся тем, что пористая пробка (36, 37) входит в выпускной канал (10) с нижней и/или верхней стороны первого участка (11) этого выпускного канала.
10. Металлургический сосуд по любому из пп.2-9, отличающийся тем, что в рабочем положении сосуда фланец (29, 30) патрубка распо ложен выше уровня (13), соответствующего максимально допустимому уровню расплава в ванне жидкого металла.
11. Металлургический сосуд по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что в рабочем положении сосуда (1) перелив (14) располагается выше того уровня (17) поверхности расплава, по достижении которого из плавающего на поверхности расплава (3) шлакового слоя (41) в выпускной канал начинает втягиваться шлак под действием завихрения на входе в этот канал, захватывающего также зону, расположенную несколько выше верхнего края (18) входного отверстия (17).
12. Металлургический сосуд по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что в рабочем положении сосуда (1) перелив (14) располагается ниже уровня (15), на котором расположено дно (42) предусмотренного в стенке (15) сосуда шлаковыпускного отверстия (7).
13. Металлургический сосуд по п.12, отличающийся тем, что в рабочем положении сосуда (I) перелив (14) располагается приблизительно на уровне (13), соответствующем максимально допустимому уровню (13) расплава (3) в ванне жидкого металла.
14. Металлургический сосуд по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что первый участок (II) выпускного канала (10) проходит сквозь огнеупорную стенку (15) сосуда с наклонным подъемом вверх от внутреннего пространства сосуда.
15. Металлургический сосуд по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что первый участок (III) выпускного канала (110) имеет горизонтальный первый отрезок (111а) и вертикальный второй отрезок (111Ь), который соединяется со вторым участком (112) выпускного канала в месте (113) их соединения.
16. Металлургический сосуд по любому из пп.1-15, отличающийся тем, что второй участок (12) выпускного канала (10) расположен внутри эркера, т.е. бокового выступа сосуда (1).
17. Металлургический сосуд по любому из пп.1-16, отличающийся тем, что на втором участке (12) выпускного канала (10) предусмотрено сужение (23) уменьшенного проходного сечения, ограничивающее расход выходящего из выпускного канала металла.
18. Металлургический сосуд по п.17, отличающийся тем, что сужение (23) уменьшенного проходного сечения находится непосредственно перед выходным отверстием (20) выпускного канала (10).
19. Металлургический сосуд по п.17 или 18, отличающийся тем, что сужение (23) уменьшенного проходного сечения выполнено в виде заменяемого элемента.
20. Металлургический сосуд по любому из пп.1-19, отличающийся тем, что выпускной канал (10), по меньшей мере, в зоне входного отверстия (17) первого участка (11) имеет прямо угольное или овальное проходное сечение, у которого ширина больше его высоты.
21. Металлургический сосуд по любому из пп.1-20, отличающийся тем, что соотношение между площадью поперечного сечения входного отверстия (17, 117) выпускного канала и площадью поперечного сечения сужения (23, 123), ограничивающего расход металла, равно приблизительно 4:1.
22. Металлургический сосуд по любому из пп.2-21, отличающийся возможностью подсоединения к патрубку (27) нагревательного устройства.
23. Металлургический сосуд по любому из пп.2-22, отличающийся возможностью подсоединения через дозатор к соосному со вторым участком (12) выпускного канала (10) патрубку (28) емкости с гранулированным огнеупорным материалом.
24. Металлургический сосуд по любому из пп.1-23, отличающийся тем, что нагревательное устройство имеет, по крайней мере, один охватывающий первый и/или второй участок выпускного канала (10) индуктор (24, 25).
25. Металлургический сосуд по любому из пп.1-24, отличающийся тем, что затвор (19) выходного отверстия (20) выпускного канала (10) имеет задвижку (21), которая выполнена с возможностью ее перемещения соответствующим приводом между закрытым положением, в котором она прилегает к краю выходного отверстия (20), и открытым положением, в котором она открывает это выходное отверстие (20).
26. Металлургический сосуд по любому из пп.1-25, отличающийся тем, что входное отверстие (17, 117) выпускного канала расположено рядом с дном (8) сосуда.
27. Металлургический сосуд по любому из пп.1-26, отличающийся тем, что сосуд (101) выполнен наклоняемым в сторону выпускного устройства (110).
28. Металлургический сосуд по любому из пп.1-27, отличающийся тем, что перелив (14, 114) расположен на уровне (112) выше предпочтительно лишь ненамного уровня (17), на котором располагается поверхность находящегося в сосуде (1) расплава (3, 103) и по достижении которого из плавающего на поверхности расплава (3, 103) шлакового слоя (41, 141) в выпускной канал (10, 110) начинает втягиваться шлак под действием завихрения на входе в этот канал, захватывающего также зону, расположенную несколько выше верхнего края (18, 118) входного отверстия (17, 117).
29. Способ контролируемого бесшлакового выпуска жидкого металла из находящейся в сосуде ванны расплавленного металла по принципу работы сифона с помощью устройства по любому из пп.1-29, заключающийся в том, что по завершении процесса выпуска металла выходное отверстие выпускного канала закрыва ют, при необходимости повышают уровень ванны расплавленного металла в сосуде, прежде всего за счет выплавки металла, до уровня, при котором возможен выпуск металла, и после закрытия находящегося в ответвлении в месте соединения обоих участков выпускного канала вентиляционного клапана инициируют процесс выпуска металла, открывая затвор второго участка выпускного канала и начиная слив находящегося во втором участке остаточного количества расплава, оставшегося от предыдущего процесса выпуска, и/или слив ранее перетекшего в этот второй участок через перелив, расположенный в месте соединения обоих участков выпускного канала, количества расплава, что сопровождается всасыванием находящегося на первом участке выпускного канала и в сосуде расплава.
30. Способ по п.29, отличающийся тем, что для инициирования процесса выпуска металла после закрытия вентиляционного клапана и перед открытием затвора из первого, соединенного с внутренним пространством сосуда участком выпускного канала за счет подсоединения устройства создания вакуума в месте соединения обоих участков выпускного канала начинают всасывание расплава и его перемещение через перелив во второй участок выпускного канала.
31. Способ по п.29 или 30, отличающийся тем, что для инициирования процесса выпуска металла после закрытия вентиляционного клапана и перед открытием затвора из первого, соединенного с внутренним пространством сосуда участком выпускного канала за счет наклона наклоняемого в сторону выпускного канала сосуда начинают всасывание расплава и его перемещение через перелив во второй участок выпускного канала.
32. Способ по любому из пп.29-31, отличающийся тем, что перед инициированием процесса выпуска металла нагревают внутренний объем, по крайней мере, одного из двух участков выпускного канала, соответственно находящийся в соответствующем участке выпускного канала расплав.
33. Способ по любому из пп.29-32, отличающийся тем, что для завершения процесса выпуска металла открывают вентиляционный клапан.
34. Способ по любому из пп.29-33, отличающийся тем, что для завершения процесса выпуска металла из наклоняемого сосуда его наклоняют в противоположную от выпускного канала сторону.
35. Способ по любому из пп.29-34, отличающийся тем, что по завершении процесса выпуска металла и закрытия затвора второго участка выпускного канала в нижнюю часть этого участка насыпают гранулированный огнеупорный материал.