PL205178B1 - Dno kadzi oraz sposób spustu roztopionego metalu z kadzi - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest dno kadzi oraz sposób spustu roztopionego metalu z kadzi.

Kadź jest zbiornikiem, którego używa się do przetrzymywania albo transportowania porcji ciekłego metalu podczas operacji metalurgicznych. Warstwa żużla często pokrywa górną powierzchnię ciekłego metalu, jak np. przy wytwarzaniu stali. W razie potrzeby, ciekły metal można spuścić z kadzi przez wylot usytuowany w dnie kadzi. Podczas spustu metal będzie, w żądany i korzystny sposób, całkowicie spływać z kadzi bez zanieczyszczania metalu żużlem. Zanieczyszczenie jest niepożądane i moż e powodować trudności w trakcie operacji odlewania albo oczyszczania, jak również wady w poś rednich albo finalnych wyrobach metalowych.

Zanieczyszczenie żużlem może być spowodowane zarówno przez żużel pływający, jak i żużel porywany. Żużel ma zazwyczaj mniejszą gęstość niż ciekły metal i na ogół pływa w postaci oddzielnej warstwy na powierzchni stojącej porcji roztopionego metalu. Podczas zlewania ciekłego metalu żużel może zostać porwany w płynącym strumieniu. Porywanie powoduje obecność cząstek żużlu w roztopionej stali. Porywanie często występuje, gdy turbulencja zakłóca powierzchnię rozdziału pomiędzy roztopionym metalem i żużlem. Zjawisko turbulencji może powodować mieszanie się roztopionego metalu i żużla. W warunkach uspokojonych porwany żużel będzie rzeczywiście pływał na powierzchni, jednak występujące w trakcie odlewania zjawisko turbulencji może utrzymać większą ilość porwanego żużla w roztopionym metalu. Korzystnie dąży się do tego, aby przy rozwiązywaniu problemu zanieczyszczenia żużlem zajmowano się zarówno żużlem pływającym, jak i porwanym.

Gdy metal wypływa z kadzi, pływający żużel zbliża się do wylotu i prawdopodobieństwo zanieczyszczenia strumienia metalu żużlem wzrasta. Operator, gdy wykryje żużel w strumieniu roztopionego metalu opuszczającym kadź, wstrzymuje odlewanie. Operator, chcąc uniknąć obecności żużla w wypł ywie z kadzi, moż e wstrzymać odlewanie nawet zbyt wcześ nie. Ż u ż el i metal pozostają ce w kadzi odrzuca się jako odpad. Odrzucanie metalu zmniejsza uzysk, co jest kosztowne i nieefektywne, lecz równocześnie konieczne do zmniejszenia zanieczyszczenia żużlem.

Istnieją różnorodne sposoby i urządzenia do wykrywania żużla w kadzi albo w wypływie z kadzi. Często sposoby te wymagają działania ze strony operatora i obejmują urządzenia do detekcji elektronicznej i dźwiękowej, które umieszcza się wewnątrz i na zewnątrz kadzi. Przykładowo, czujnik umieszczony w kadzi może wykryć spadek poziomu roztopionego metalu poprzez pomiar zmiany rezystywności elektrycznej, gdy pływający żużel przecina zanurzony czujnik. W podobny sposób impulsy dźwiękowe mogą wykryć obecność żużla w wypływie z kadzi. Obydwie techniki wykrywają jedynie obecność żużla i nie zmniejszają aktywnie obecności żużla w wypływie.

Dotychczasowe rozwiązania obejmują urządzenia przeznaczone do zmniejszania wypływu żużla z kadzi. Opisy patentowe Stanów Zjednoczonych Ameryki US 4746102 i US 5879616 ujawniają dna kadzi mające niewielkie zagłębienie bezpośrednio powyżej wylotu kadzi. Obydwa opisy patentowe ujawniają zagłębienie jako zbierające preferencyjnie roztopiony metal zamiast żużla, poprawiając w ten sposób uzysk, gdy kadź się opróżnia. Niestety, te rozwiązania jedynie uniemoż liwiają pływającemu żużlowi opuszczenie kadzi. Żużel porwany zaś może swobodnie opuścić kadź.

Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki US 5196051 ujawnia dno kadzi do zmniejszania ilości porywanego żużla. Dno kadzi ma środki do zatrzymywania żużla, zanim żużel osiągnie wylot kadzi. Środki rozciągają się ku górze od dna kadzi i obejmują wydłużone występy, które zbliżają się do wylotu. Jedna postać ukazuje występy biegnące promieniowo symetrycznie od wylotu. Symetryczne występy opisano jako zmniejszające wirowanie, co prowadzi do porywania żużla. W szczególności występy nie są opisane jako sprzyjające zmniejszeniu ilości porwanego żużla, już obecnego w roztopionym metalu.

Na rysunku pos. I przedstawiono znaną ze stanu techniki kadź, obejmującą dno kadzi i wylot, w przekroju poprzecznym; a na rysunku pos. II - znane ze stanu techniki dno kadzi, mające występy biegnące promieniowo od wylotu, w widoku perspektywicznym. Pos. I przedstawia kadź 1 mającą dno 2. Dno 2 ma część nachyloną 3 i część pionową 4 przystosowane do kierowania roztopionego metalu w kadzi 1 do wylotu 5. Część pionowa 4 tworzy studzienkę 6 bezpośrednio nad wylotem 5. Roztopiony metal jest kierowany do wylotu 5 przez część nachyloną 3 i zbiera się w studzience 6 przed wszelkim żużlem, który może pływać na roztopionym metalu. Studzienkę 6 opisano jako zwiększającą ilość roztopionego metalu, jaka może przejść przez wylot 5 zanim pływający żużel zanieczyści wypływ.

Pos. II przedstawia inne dno 2 kadzi mające część nachyloną 3 skierowaną ku wylotowi 5. Można oczekiwać, że roztopiony metal, który jest cięższy od żużla, osiągnie wylot przed jakimkolwiek

PL 205 178 B1 pływającym żużlem. Z części nachylonej 3 wystaje szereg występów 21. Występy opisano jako zmniejszające wirowanie, tym samym zmniejszając prawdopodobieństwo porywania żużla w roztopionym metalu. Mniej porywanego żużla powinno przypuszczalnie zmniejszyć ilość żużla w wypływie. Tylko nachylenie dna 2 powstrzymuje pływający żużel przed opuszczeniem kadzi.

Dotychczasowe rozwiązania nie ujawniają dna kadzi, które równocześnie zmniejsza wypływ zarówno porwanego żużla, jak i pływającego żużla. Pozostaje zapotrzebowanie na wyrób, zdolny do pochwycenia porwanego żużla i umożliwienia wypływu roztopionego metalu z kadzi przed pływającym żużlem.

Celem niniejszego wynalazku jest zwiększenie wydajności operacji spustu z kadzi, włączając zmniejszenie ilości odpadowego metalu, uniknięcie zbyt wczesnego wypływu żużla przez wylot, oraz zmniejszenie zanieczyszczeń żużlem w wypływającym strumieniu roztopionego metalu.

Niniejszy wynalazek dotyczy kadzi metalurgicznej, a w szczególności dna kadzi mającego wylot, przez który może spływać roztopiony metal, oraz sposobu zwiększenia procentowej ilości ciekłego metalu, jaką można spuścić z kadzi przez wylot bez zanieczyszczania żużlem.

Zgodne z wynalazkiem dno kadzi przystosowane do stosowania w kadzi, która przenosi roztopiony metal, charakteryzuje się tym, że ma szereg najwyższych powierzchni i niższych powierzchni, przy czym najwyższe powierzchnie znajdują się ponad niższymi powierzchniami względem wylotu i są co najmniej oddzielone co najmniej jednym kanałem przepływowym utworzonym przez niższe powierzchnie i szereg ścianek bocznych biegnących w górę od niższych powierzchni do wyższych powierzchni, przy czym niższe powierzchnie obejmują co najmniej jedną wylotową powierzchnię otaczającą wylot, co najmniej jedną ukośną powierzchnię nachyloną ku górze od wylotowej powierzchni do co najmniej jednej pośredniej powierzchni, przy czym najwyższe powierzchnie preferencyjnie wychwytują żużel, kanał przepływowy zaś umożliwia roztopionemu metalowi spływanie w kierunku wylotu.

Korzystnie, dno kadzi ma, co najmniej trzy najwyższe powierzchnie, przy czym te najwyższe powierzchnie są korzystnie poziome.

Ponadto korzystnie, najwyższe powierzchnie znajdują się na różnej wysokości względem wylotu.

W korzystniej postaci wykonania wynalazku, pośrednia powierzchnia jest odchylona od poziomu w kierunku ukośnej powierzchni i jest nachylona w mniejszym stopniu niż ukośna powierzchnia.

Korzystnie, ukośna powierzchnia jest pionowa, przy czym ukośna powierzchnia i ścianki boczne tworzą studzienkę wokół wylotowej powierzchni.

Korzystnie, ścianki boczne są prostopadłe do powierzchni dna kadzi.

W korzystnej postaci wykonania wynalazku, kanał przepływowy ma szereg odgałęzień, przy czym te odgałęzienia korzystnie obejmują, co najmniej jedno odgałęzienie doprowadzające i odgałęzienie wylotowe, przy czym odgałęzienie doprowadzające znajduje się wyżej nad wylotem niż odgałęzienie wylotowe.

Korzystnie, odgałęzienie doprowadzające jest płytsze niż odgałęzienie wylotowe.

Zgodny z wynalazkiem sposób spustu roztopionego metalu z kadzi charakteryzuje się tym, że stosuje się w nim opisane powyżej dno kadzi.

Wynalazek obejmuje dno kadzi mające szereg tarasów i kanałów przepływowych, ostatecznie kierujących strumień roztopionego metalu do wylotu kadzi. Tarasy i kanały znajdują się w powierzchni dna kadzi, która wystawiona jest na działanie ciekłego metalu.

Szereg najwyżej usytuowanych tarasów stanowią na ogół poziome powierzchnie, które są oddzielone, co najmniej jednym kanałem przepływowym, mającym ścianki boczne i powierzchnię denną. Tarasy umożliwiają porwanemu żużlowi wytrącanie się z roztopionego metalu. Kanał umożliwia niezanieczyszczonemu ciekłemu metalowi płynięcie do otworu wylotowego i wypłynięcie z kadzi, nawet, gdy poziom metalu jest bardzo niski i warstwa pływającego żużla zbliża się bezpośrednio do wylotu.

Kanał przepływowy może mieć szereg odgałęzień, które umożliwiają zbieranie ciekłego metalu z obszarów kadzi, które są oddalone od wylotu. Kanał przepływowy doprowadza następnie zebrany metal do wylotu. W korzystnej postaci, głębokość kanału wzrasta skokami w kierunku wylotu i kończy się w najgłębszej powierzchni otaczającej wylot.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia dno kadzi według wynalazku, w widoku perspektywicznym.

Na rysunku przedstawiono postać dna 2 kadzi według wynalazku. Nie pokazano ścian kadzi, które otaczają dno i biegną w górę od dna 2 kadzi tak, aby utrzymywać ciekły metal i żużel. Dno kadzi ma wylot 5, który zazwyczaj znajduje się w najniższym punkcie kadzi. Dno 2 ma także szereg powierzchni 31A, 31B, 31C, 31D i ścianek bocznych 32, które są wystawione na działanie ciekłego metalu. Ścianki

PL 205 178 B1 boczne 32 są korzystnie ogólnie prostopadłe do powierzchni dna kadzi. Ścianki boczne 32 mogą także być krzywoliniowe, ukosowane albo ukształtowane w inny sposób, tak, aby umożliwić działanie słupa ciśnienia na przepływ nad wylotem i zmniejszać zanieczyszczenie żużlem.

Powierzchnie dna kadzi zawierają szereg najwyższych powierzchni 31A, które są na ogół poziome. W połączeniu z przyległymi ściankami bocznymi 32, najwyższe powierzchnie wyznaczają tarasy. Tarasy mogą znajdować się na różnej wysokości względem wylotu. Tarasy mogą także mieć różną grubość w zależności od warunków odlewania, takich jak typ i klasa roztopionego metalu, zastosowanie przedmuchiwania gazem, uderzenie na dno kadzi podczas napełniania roztopionym metalem, przewidywana erozja itp.

Pozostałe powierzchnie dna kadzi zawierają, co najmniej jedną pośrednią powierzchnię 31B, co najmniej jedną ukośną powierzchnię 31C i co najmniej jedną wylotową powierzchnię 31D. Pośrednia powierzchnia 31B znajduje się wyżej nad wylotem 5 niż ukośna powierzchnia 31C i wylotowa powierzchnia 31D, lecz na niższym poziomie niż najwyższe powierzchnie 31A. Pośrednia powierzchnia 31B jest zbieżna w kierunku ukośnej powierzchni 31C. Korzystnie, pośrednia powierzchnia 31B jest nachylona w kierunku ukośnej powierzchni 31C.

Ukośna powierzchnia 31C biegnie ukośnie w górę od wylotowej powierzchni 31D do pośredniej powierzchni 31B, wyznaczając w ten sposób spadek wysokości od pośredniej powierzchni 31B do wylotowej powierzchni 31D. Nachylenie ukośnej powierzchni 31C jest większe niż średnie nachylenie pośredniej powierzchni 31B i w zależności od warunków może zmieniać się od łagodnego skosu do prostopadłego spadku. Gdy nachylenie ukośnej powierzchni 31C zbliża się do prostopadłości, połączenie ukośnej powierzchni 31C, ścianek bocznych 32 i wylotowej powierzchni 31D może wyznaczać studzienkę wokół wylotu 5.

Wylotowa powierzchnia 31D zawiera wylot 5 i jest korzystnie ukształtowana tak, aby kierować roztopiony metal w kierunku wylotu 5. Wylotowa powierzchnia 31D powinna być najniższą powierzchnią dna kadzi, tak aby zapewnić wysoki uzysk roztopionego metalu wypływającego z kadzi.

Ścianki boczne 32 i niższe powierzchnie 31B, 31C, 31D tworzą kanał przepływowy 33. Ta postać wykonania ukazuje kanał przepływowy 33 mający trzy odgałęzienia 33A, 33B, 33C, które oddzielają najwyższe powierzchnie 31A od siebie. Co najmniej jedno odgałęzienie jest odgałęzieniem 33C wylotowym. Odgałęzienia mogą być usytuowane na różnej wysokości i korzystnie odgałęzienie 33C wylotowe zawierające wylotową powierzchnię 31D jest najniższe.

Podczas odlewania, gdy ciekły metal spływa do kanału przepływowego, zarówno pływający, jak i porywany żużel ma tendencje do osadzania się na najwyższych powierzchniach 31A. Wszelki pozostały żużel ma wówczas tendencję do osadzania się na pośredniej powierzchni 31B, gdy roztopiony metal płynie w dół ukośnej powierzchni 31C, wylotowej powierzchni 31D i przez wylot. Ostro nachylona ukośna powierzchnia 31C może otaczać studzienkę, która zmniejsza zanieczyszczenie wypływu pływającym żużlem.

Tarasowe ukształtowanie dna kadzi z równoczesnym utworzeniem kanałów dla ciekłego metalu umożliwia ciekłemu metalowi opuszczenie wylotu przy zmniejszonym zanieczyszczeniu żużlem. Tarasy i ścianki boczne zbierają albo zatrzymują żużel, umożliwiając jednocześnie ciekłemu metalowi kontynuowanie drogi w kierunku wylotu. Zjawisko to wykorzystuje mniejszą gęstość żużla i jego większą lepkość w porównaniu z ciekłym metalem.

Ruch żużla w kierunku wylotu ulega opóźnieniu wskutek tarcia o dno kadzi. Wynalazek wykorzystuje to zjawisko, stwarzając szereg elementów zatrzymujących żużel. Przykładowo, gdy ciekły metal i żużel osiadają na najwyższym tarasie, roztopiony metal spływa z tarasu do kanału, podczas gdy bardziej lepki żużel osiada na poziomej powierzchni. Oddzielanie żużla od ciekłego metalu, dopóki przy wylocie ciekły metal nie będzie w dużej mierze wolny od zanieczyszczenia żużlem, mogą jeszcze bardziej poprawić kolejne tarasy.

Wynalazek przewiduje różne konfiguracje tarasów. Czynniki wpływające na wybór konfiguracji obejmują typ albo klasę ciekłego metalu, uderzenie strumienia o dno kadzi, elementy do przedmuchiwania gazem oraz geometrię kadzi. Najwyższy taras może być wyższy, tzn. grubszy, bądź też mniej lub bardziej liczny w celu dostosowania do przepływu o większej energii, korodujących metali albo geometrii kadzi.

Oczywiście są możliwe liczne zmiany i warianty wynalazku. Należy więc rozumieć, że w zakresie zamieszczonych w dalszym ciągu zastrzeżeń, wynalazek można w praktyce zrealizować w inny sposób niż to zostało konkretnie opisane.

Claims (15)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Dno kadzi przystosowane do stosowania w kadzi, która przenosi roztopiony metal, znamienne tym, że ma szereg najwyższych powierzchni (31A) i niższych powierzchni (31B, 31C, 31D), przy czym najwyższe powierzchnie (31 A) znajdują się ponad niższymi powierzchniami (31B, 31C, 3lD) względem wylotu (5) i są co najmniej oddzielone co najmniej jednym kanałem przepływowym (33) utworzonym przez niższe powierzchnie (31B, 31C, 31D) i szereg ścianek bocznych (32) biegnących w górę od niższych powierzchni (31B, 31C, 31D) do wyższych powierzchni (31A), przy czym niższe powierzchnie (31B, 31C, 31D) obejmują co najmniej jedną wylotową powierzchnię (31D) otaczającą wylot (5), co najmniej jedną ukośną powierzchnię (31C) nachyloną ku górze od wylotowej powierzchni (31D) do co najmniej jednej pośredniej powierzchni (31B), przy czym najwyższe powierzchnie (31A) preferencyjnie wychwytują żużel, kanał przepływowy zaś umożliwia roztopionemu metalowi spływanie w kierunku wylotu (5).
2. 2. Dno według zastrz. 1, znamienne tym, że ma co najmniej trzy najwyższe powierzchnie (31A).
3. 3. Dno według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że najwyższe powierzchnie (31A) są poziome.
4. 4. Dno według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że najwyższe powierzchnie (31A) znajdują się na różnej wysokości względem wylotu (5).
5. 5. Dno według zastrz. 3, znamienne tym, że najwyższe powierzchnie (31A) znajdują się na różnej wysokości względem wylotu (5).
6. 6. Dno według zastrz. 1 albo 2, albo 5, znamienne tym, że pośrednia powierzchnia (31B) jest odchylona od poziomu w kierunku ukośnej powierzchni (31C) i jest nachylona w mniejszym stopniu niż ukośna powierzchnia (31C).
7. 7. Dno według zastrz. 3, znamienne tym, że pośrednia powierzchnia (31B) jest odchylona od poziomu w kierunku ukośnej powierzchni (31C) i jest nachylona w mniejszym stopniu niż ukośna powierzchnia (31C).
8. 8. Dno według zastrz. 1 albo 2, albo 5, albo 7, znamienne tym, że ukośna powierzchnia (31C) jest pionowa, przy czym ukośna powierzchnia (31C) i ścianki boczne (32) tworzą studzienkę wokół wylotowej powierzchni (31D).
9. 9. Dno według zastrz. 3, znamienne tym, że ukośna powierzchnia (31C) jest pionowa, przy czym ukośna powierzchnia (31C) i ścianki boczne (32) tworzą studzienkę wokół wylotowej powierzchni (31D).
10. 10. Dno według zastrz. 1 albo 2, albo 5, albo 7, albo 9, znamienne tym, że ścianki boczne (32) są prostopadłe do powierzchni (31A, 31B, 31C, 31D) dna kadzi.
11. 11. Dno według zastrz. 3, znamienne tym, że ścianki boczne (32) są prostopadłe do powierzchni (31A, 31B, 31C, 31D) dna kadzi.
12. 12. Dno według zastrz. 1, znamienne tym, że kanał przepływowy (33) ma szereg odgałęzień (33A, 33B, 33C).
13. 13. Dno według zastrz. 12, znamienne tym, że odgałęzienia (33A, 33B, 33C) obejmują co najmniej jedno odgałęzienie (33A, 33B) doprowadzające i odgałęzienie (33C) wylotowe, przy czym odgałęzienie (33A, 33B) doprowadzające znajduje się wyżej nad wylotem (5) niż odgałęzienie (33C) wylotowe.
14. 14. Dno według zastrz. 12, znamienne tym, że odgałęzienie (33A, 33B) doprowadzające jest płytsze niż odgałęzienie (33C) wylotowe.
15. 15. Sposób spustu roztopionego metalu z kadzi, znamienny tym, że stosuje się w nim dno (2) kadzi zdefiniowane w dowolnym z zastrz. 1 - 14.