RU2151811C1

RU2151811C1 - Apparatus for introducing gas-flux mixture into melt

Info

Publication number: RU2151811C1
Application number: RU98115788/02A
Authority: RU
Inventors: В.И. Якимов; А.Т. Калинин; А.В. Якимов
Original assignee: Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2000-06-27

Abstract

FIELD: foundry, in particular, equipment for refining and modifying of aluminum alloy in melting and distributing furnaces. SUBSTANCE: apparatus has hermetically sealed hopper with mixing chamber defined by cavity enclosed between two walls of hopper bottom made in the form of upturned cone; tuyere incorporating spiral member and provided with screen positioned on outer surface concentrically to tuyere axis, and pipeline for supplying inert gas onto melt surface; union for supplying inert gas into mixing chamber. Screen has porous insert movable along tuyere axis. Such construction prevents tuyere outlet opening from being welded up. Moreover, air is prevented from being drawn during melt refining process to avoid secondary oxidation of melt. EFFECT: increased efficiency and simplified construction. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к устройствам для рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов в плавильно-раздаточных печах. The invention relates to the field of foundry, in particular to devices for refining and modifying aluminum alloys in melting-transfer furnaces.

Известно устройство для введения газо-флюсовой смеси в расплав, содержащее бункер с дозатором барабанного типа и цилиндрический наконечник-испаритель (см. авт. св. СССР N 398615, 1972 г.). Известно также устройство для ввода порошкообразных реагентов в расплав, состоящее из резервуара для реагентов с подводящим газовым патрубком, вводной трубки и затвора (см. авт. св. СССР N 220998, 1966 г.). В этих устройствах подача реагентов в жидкий металл осуществляется инжекцией или нагнетанием газоносителя. A device is known for introducing a gas-flux mixture into a melt containing a hopper with a drum type dispenser and a cylindrical tip-evaporator (see ed. St. USSR N 398615, 1972). It is also known a device for introducing powdered reagents into the melt, consisting of a tank for reagents with a supply gas pipe, an inlet tube and a shutter (see ed. St. USSR N 220998, 1966). In these devices, the supply of reagents to the liquid metal is carried out by injection or injection of a gas carrier.

Указанные устройства не обеспечивают непрерывную подачу порошкообразных реагентов в расплав, так как реагенты зависают в бункере, что не позволяет обеспечить стабильный процесс рафинирования. These devices do not provide a continuous supply of powdered reagents to the melt, since the reagents hang in the hopper, which does not allow for a stable refining process.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для введения порошкообразных реагентов в расплав, используемое в литейном производстве для рафинирования, преимущественно, расплавов алюминиевых сплавов, содержащее герметичный цилиндрический бункер с коническим днищем и перегородкой, образующей смесительную камеру в виде перевернутого усеченного конуса, фурму с насадкам для ввода газопорошковой смеси в расплав, трубу для подвода инертного газа к насадкам (см. патент РФ N 1730190, МКИ C 22 B 9/05, 30.04.92 г.). Closest to the proposed device in technical essence and the achieved result is a device for introducing powdered reagents into the melt, used in foundry for refining, mainly, aluminum alloy melts, containing a sealed cylindrical hopper with a conical bottom and a partition forming a mixing chamber in the form of an inverted truncated cone, lance with nozzles for introducing the gas-powder mixture into the melt, a pipe for supplying inert gas to the nozzles (see patent R N 1730190, IPC C 22 B 9/05, 30.04.92 g).

Однако и это устройство имеет ряд недостатков:
- происходит постоянное заваривание выходного отверстия фурмы расплавленным флюсом, т. к. скорость слоев газофлюсовой смеси по сечению фурмы не одинакова, находящийся непосредственно в контакте со стенкой граничный слой почти неподвижен, центральная струя имеет наибольшую скорость, в граничном слое расплавленный флюс течет по стенкам фурмы, что вызывает постепенное сужение сечения ее выходного отверстия и заваривание;
- при продувке расплава из-за разрыва поднимающихся газовых пузырьков происходят механический захват воздуха и окисление расплава. Эти недостатки приводят к снижению эффективности рафинирования.However, this device also has several disadvantages:
- there is a constant brewing of the lance outlet with molten flux, because the velocity of the gas-flux mixture layers along the lance cross section is not the same, the boundary layer directly in contact with the wall is almost stationary, the central stream has the highest speed, the molten flux in the boundary layer flows along the lance walls , which causes a gradual narrowing of the section of its outlet and brewing;
- when blowing the melt due to the rupture of rising gas bubbles, mechanical capture of air and oxidation of the melt occur. These disadvantages lead to a decrease in the efficiency of refining.

Изобретение направлено на увеличение срока службы фурмы и повышение эффективности рафинирования. The invention is aimed at increasing the service life of the tuyeres and increasing the efficiency of refining.

Это достигается тем, что в известном устройстве, содержащем герметичный цилиндрический бункер с коническим днищем и перегородкой, образующей смесительную камеру в виде перевернутого конуса, фурму для ввода газофлюсовой смеси в расплав, в отличие от прототипа, во внутренней полости фурмы расположен спиральный элемент. Внутренний диаметр спирального элемента выполнен относительно внутреннего диаметра фурмы в соотношении (0,4-0,6):1,0, а шаг элемента и его внутренний диаметр - в соотношении (0,8-2,0): 1,0. Снаружи фурма снабжена расположенным концентрично ее оси экраном с пористой вставкой и трубопроводом для подачи инертного газа, причем экран с пористой вставкой выполнен с возможностью перемещения вдоль оси фурмы. This is achieved by the fact that in the known device containing a sealed cylindrical hopper with a conical bottom and a partition forming a mixing chamber in the form of an inverted cone, a lance for introducing a gas-flux mixture into the melt, in contrast to the prototype, has a spiral element in the internal cavity of the lance. The inner diameter of the spiral element is made relative to the inner diameter of the lance in the ratio (0.4-0.6): 1.0, and the pitch of the element and its inner diameter in the ratio (0.8-2.0): 1.0. Outside, the lance is equipped with a screen arranged concentrically with its axis with a porous insert and an inert gas supply pipe, and the screen with a porous insert is arranged to move along the axis of the lance.

Данные соотношения установлены опытным путем и приведены в таблице. При большем или меньшем соотношении наблюдается заваривание выходного отверстия фурмы через 10-15 плавок. These ratios are established empirically and are shown in the table. With a greater or lesser ratio, brewing of the lance outlet through 10-15 heats is observed.

Предлагаемая конструкция позволяет увеличить срок службы фурмы потому, что использование в фурме спиралевидного элемента устраняет заваривание флюсом выходного отверстия, т. к. спираль придает газофлюсовой смеси вращательное движение. Винтовой поток концентрирует плотность струи вдоль оси фурмы, уменьшает толщину граничного слоя, находящегося в контакте со стенками фурмы, и снижает перепад скоростей по сечению потока. The proposed design allows to increase the service life of the tuyeres because the use of a spiral element in the tuyere eliminates flux infusion of the outlet, since the spiral gives the gas flux mixture a rotational movement. A helical flow concentrates the density of the jet along the axis of the tuyere, reduces the thickness of the boundary layer in contact with the walls of the tuyere, and reduces the velocity difference over the flow cross section.

Применение экрана с пористой вставкой, через которую продувают инертный газ перед и во время рафинирования, расположенного над поверхностью расплава, позволяет создать защитную атмосферу над поверхностью расплава, предотвратить захват воздуха и окисление расплава. Выполнение экрана с пористой вставкой, с возможностью перемещения вдоль оси фурмы, позволяет поддерживать необходимое расстояние между поверхностью расплава и экраном. The use of a screen with a porous insert through which an inert gas is blown before and during refining located above the surface of the melt, allows you to create a protective atmosphere above the surface of the melt, to prevent air capture and oxidation of the melt. The implementation of the screen with a porous insert, with the ability to move along the axis of the lance, allows you to maintain the required distance between the surface of the melt and the screen.

Все это дало возможность увеличить срок службы фурмы и повысить эффект рафинирования. All this made it possible to increase the service life of the lance and increase the refining effect.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого устройства. The drawing shows a General view of the proposed device.

Устройство для введения газофлюсовой смеси в расплав состоит из бункера 1 с герметично закрывающейся крышкой 2, смесительной камеры 3, образованной полостью, заключенной между двумя стенками днища бункера, штуцера 4, служащего для подвода инертного газа в смесительную камеру, фурмы 5, выполненной из жаропрочного материала, например, титана, в которую вставлен спиралевидный элемент 6, экрана 7 с пористой вставкой 8, например, из шамота, и трубопровода 9, например, титанового, служащего для подачи инертного газа на поверхность расплава 10 и запорного устройства 11, установленного между выходным отверстием смесительной камеры и фурмой. A device for introducing a gas-flux mixture into the melt consists of a hopper 1 with a hermetically sealed lid 2, a mixing chamber 3 formed by a cavity enclosed between two walls of the bottom of the hopper, a nozzle 4, which serves to supply an inert gas to the mixing chamber, tuyeres 5 made of heat-resistant material for example, titanium, in which a spiral element 6 is inserted, a screen 7 with a porous insert 8, for example, of fireclay, and a pipe 9, for example, titanium, which serves to supply an inert gas to the surface of the melt 10 and shut-off th device 11 installed between the outlet of the mixing chamber and the tuyere.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

После достижения необходимых технологических параметров производят рафинирование расплава. Для чего устройство (фурма предварительно прогрета до температуры 200-300^oC) располагают над поверхностью расплава на расстоянии 50-80 мм, опускают экран 7 с пористой вставкой 8 по фурме 5 к поверхности расплава 10 (до 200-250 мм) и подают через трубопровод 9 под экран 7 инертный газ, который создает над поверхностью расплава 10 защитную атмосферу. Спустя 4-5 с открывают запорное устройство 11 и подают через штуцер 4 рафинирующий газ, например, аргон в смесительную камеру 2, в которой происходит смешивание газа и флюса. Газофлюсовая смесь поступает через фурму 5, выполненную, например, из титановой трубы диаметром 10 мм в расплав 10. Вместе с подачей инертного газа в смесительную камеру осуществляют погружение фурмы 5 в расплав и поднимают экран 7 с пористой вставкой 8 вверх по фурме 5, оставляя все время его над поверхностью расплава на расстоянии 200-300 мм.After reaching the necessary technological parameters, the melt is refined. Why the device (lance preheated to a temperature of 200-300 ^o C) is placed above the melt surface at a distance of 50-80 mm, lower the screen 7 with a porous insert 8 along the lance 5 to the surface of the melt 10 (up to 200-250 mm) the pipeline 9 under the screen 7 is an inert gas that creates a protective atmosphere above the surface of the melt 10. After 4-5 seconds, the shut-off device 11 is opened and refining gas, for example argon, is fed through the nozzle 4 into the mixing chamber 2, in which the gas and flux are mixed. The gas-flux mixture enters through a lance 5 made, for example, from a titanium pipe with a diameter of 10 mm into the melt 10. Together with the inert gas supply to the mixing chamber, the lance 5 is immersed in the melt and the screen 7 with the porous insert 8 is lifted up the lance 5, leaving everything its time above the surface of the melt at a distance of 200-300 mm.

Использование предлагаемого устройства для введения газофлюсовой смеси в расплав, по сравнению с прототипом, позволяет увеличить срок службы фурмы и повысить эффективность рафинирования (снижается газосодежание до 0,05 см³/100 г, увеличивается временное сопротивление на разрыв на 1,0-2,0 кг/мм², относительное удлинение на 1-2%) за счет исключения заваривания выходного отверстия фурмы расплавленным флюсом и предотвращения захвата воздуха во время рафинирования расплава, приводящего к вторичному его окислению;Use of a device for introducing the melt mixture gazoflyusovoy, compared to the prototype, allows to extend the life of the lance and to increase the effectiveness of refining (gazosodezhanie reduced to 0.05 cm ³ / 100g, increases tensile strength at break 1.0-2.0 kg / mm ² , elongation by 1-2%) by eliminating the brewing of the lance outlet with molten flux and preventing air entrapment during refining of the melt, leading to its secondary oxidation;

Claims

A device for introducing a gas-flux mixture into a melt containing a sealed cylindrical hopper with a conical bottom and a baffle forming a mixing chamber in the form of an inverted cone, a lance for introducing a gas-flux mixture into the melt, characterized in that a spiral element is located in the lumen of the lance, the inner diameter of which is made relative to the inner diameter of the lance in the ratio (0.4 - 0.6): 1.0, and the pitch of the element and its inner diameter in the ratio (0.8 - 2.0): 1.0, and the outside of the lance is equipped with an ternally its axis with a screen with a porous insert and a pipe for supplying inert gas, and the screen with a porous insert is made with the possibility of movement along the axis of the lance.