RU2228379C1

RU2228379C1 - Device for refining melt of metals or alloys

Info

Publication number: RU2228379C1
Application number: RU2003115960/02A
Authority: RU
Inventors: нников В.П. Сем; В.П. Семянников; С.Ф. Жариков; В.Е. Анферов
Original assignee: Ооо "Научно-Производственное Объединение "Магма"
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-05-10

Abstract

FIELD: metallurgy; devices for refining melt of aluminum and its alloys. SUBSTANCE: proposed device includes routes and nozzles for delivery of inert and active gases which are located independently. Part of inert gas delivery route immersed in melt is made in form of coil. Inert gas nozzles are smoothly located over circumference. Number of nozzles ranges from 2 to 6. Diameter of outlet openings of inert gas nozzles ranges from 0.3 to1.5 mm and diameter of active gas nozzles ranges from 2 to 8 mm. Coil ensures heating of inert gas to high temperature. Location of nozzles ensures spraying of active gas flow in finest bubbles. EFFECT: enhanced efficiency of refining process; simplified construction; low cost of device. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к рафинированию расплавов металлов и их сплавов, и может быть использовано для рафинирования расплава алюминия или его сплавов.The invention relates to metallurgy, namely to the refining of molten metals and their alloys, and can be used for refining molten aluminum or its alloys.

Известно устройство для введения хлора в расплав алюминия или его сплава, содержащее трубу для подачи газа с соплом и теплоизоляционной оболочкой и источник сжатого газа, соединенный с трубой. Оно снабжено насадком с отверстием диаметром, превышающим диаметр отверстия сопла, установленным соосно с соплом с зазором относительно него и выполненным из материала, стойкого к хлору и расплаву, и пневматическим сопротивлением, размещенным в зазоре между соплом и насадком, и теплоизоляционная оболочка выполнена газопроницаемой. Пневматическое сопротивление выполнено в виде лабиринта, заполненного мелкопористым веществом (пат. СССР № 1784047, С 22 В 9/05, 21/06, опубл. 23.12.92. Бюл. № 47).A device is known for introducing chlorine into a molten aluminum or its alloy containing a pipe for supplying gas with a nozzle and a heat-insulating sheath and a source of compressed gas connected to the pipe. It is equipped with a nozzle with a hole larger than the diameter of the nozzle hole, mounted coaxially with the nozzle with a gap relative to it and made of material resistant to chlorine and melt, and pneumatic resistance placed in the gap between the nozzle and nozzle, and the heat-insulating shell is made gas-permeable. Pneumatic resistance is made in the form of a labyrinth filled with finely porous substance (US Pat. USSR No. 1784047, C 22 V 9/05, 21/06, publ. 12/23/92. Bull. No. 47).

Известное устройство не обеспечивает достаточно высокую эффективность рафинирования расплава алюминия или его сплавов, так как оно не обладает механизмом предварительного нагрева подаваемого газа. В связи с этим газовая струя, попадая в расплав, образует пузырьки с большим диаметром по сравнению с таковыми, формируемыми предварительно нагретой газовой струей.The known device does not provide a sufficiently high efficiency of refining aluminum melt or its alloys, since it does not have a mechanism for preheating the supplied gas. In this regard, a gas jet entering the melt forms bubbles with a larger diameter compared to those formed by a preheated gas stream.

Ближайшим аналогом заявленного устройства является устройство для дисперсионной подачи газа в массу расплавленного металла, содержащее проходящий через статор вал, верхним концом соединенный с механизмом вращения, а нижним концом жестко соединенный с лопастным ротором, и имеющее аксиально расположенный кольцевой канал с отверстиями для подачи и впрыскивания газа в массу расплавленного металла, образованный внутренней поверхностью статора и наружной поверхностью вала. Нижняя часть статора выполнена лопастной с образованием между лопастями вертикальных каналов. Выше статора вал заключен в кожух, диаметр которого меньше наружного диаметра статора. Внутри вала вдоль него выполнен дополнительный аксиально расположенный канал с отверстием для соединения дополнительного канала с каналом, образованным внутренней поверхностью кожуха и статора, и наружной поверхностью вала (патент SU № 1068040, С 22 В 9/00, опубл 15.01.1984, Бюл.№ 2).The closest analogue of the claimed device is a device for the dispersive supply of gas into the mass of molten metal, containing a shaft passing through the stator, the upper end connected to the rotation mechanism, and the lower end rigidly connected to the rotor rotor, and having an axially located annular channel with holes for supplying and injecting gas into the mass of molten metal formed by the inner surface of the stator and the outer surface of the shaft. The lower part of the stator is made lobed with the formation of vertical channels between the blades. Above the stator, the shaft is enclosed in a casing whose diameter is smaller than the outer diameter of the stator. Inside the shaft along it there is made an additional axially located channel with an opening for connecting the additional channel with the channel formed by the inner surface of the casing and the stator and the outer surface of the shaft (patent SU No. 1068040, C 22 V 9/00, publ. 1/15/1984, Bull.No. 2).

Данное устройство позволяет эффективно рафинировать алюминиевые расплавы. Однако оно имеет сложную конструкцию, т.е. включает электропривод и ротор, который при высокоскоростном вращении диспергирует в расплаве поступающие потоки инертного и активного газов. При этом ротор относительно часто выходит из строя ввиду его интенсивного износа. Кроме этого, при изготовлении указанного устройства необходимо использовать высокосложные технологические операции и дорогостоящие комплектующие, что неизбежно приводит к увеличению себестоимости продукции.This device allows you to effectively refine aluminum melts. However, it has a complex structure, i.e. It includes an electric drive and a rotor, which during high-speed rotation disperses incoming flows of inert and active gases in the melt. In this case, the rotor relatively often fails due to its intensive wear. In addition, in the manufacture of this device, it is necessary to use highly complex technological operations and expensive components, which inevitably leads to an increase in the cost of production.

Задача, решаемая изобретением, - упрощение конструкции и снижение себестоимости устройства для рафинирования расплава металлов или сплавов при сохранении высокой эффективности процесса рафинирования.The problem solved by the invention is to simplify the design and reduce the cost of the device for refining molten metals or alloys while maintaining the high efficiency of the refining process.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для рафинирования расплава металлов или сплавов, содержащем автономно расположенные трубчатые тракты и сопла для подачи активного и инертного газов, часть тракта для подачи инертного газа, погружаемая в расплав, выполнена в виде змеевика. Кроме того, сопла для инертного газа расположены равномерно вокруг оси сопла для активного газа по окружности, радиус которой составляет 12-30 мм, и наклонены к этой оси под углом 4-15°, при этом количество сопел составляет от 2 до 6. Выпускные отверстия сопел для инертного газа имеют диаметр от 0,3 до 1,5 мм, а отверстие сопла для активного газа имеет диаметр от 2 до 8 мм.The problem is solved in that in a device for refining molten metals or alloys containing autonomously located tubular paths and nozzles for supplying active and inert gases, part of the path for supplying inert gas immersed in the melt is made in the form of a coil. In addition, the inert gas nozzles are arranged uniformly around the axis of the active gas nozzle in a circle with a radius of 12-30 mm and are inclined to this axis at an angle of 4-15 °, the number of nozzles being from 2 to 6. Outlets the inert gas nozzles have a diameter of 0.3 to 1.5 mm, and the active gas nozzle opening has a diameter of 2 to 8 mm.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное решение отличается тем, что:Comparative analysis with the prototype shows that the claimed solution is different in that:

- содержит змеевик в тракте подачи инертного газа;- contains a coil in the inert gas supply path;

- сопла для инертного газа расположены равномерно вокруг оси для активного газа по окружности, радиус которой составляет 12-30 мм, и наклонены к этой оси под углом 4-15°, при этом количество сопел составляет от 2 до 6;- nozzles for inert gas are evenly spaced around the axis for the active gas in a circle whose radius is 12-30 mm and inclined to this axis at an angle of 4-15 °, while the number of nozzles is from 2 to 6;

- выпускные отверстия сопел для инертного газа имеют диаметр от 0,3 до 1,5 мм, а отверстие сопла для активного газа имеет диаметр от 2 до 8 мм.- the outlet openings of the inert gas nozzles have a diameter of 0.3 to 1.5 mm, and the nozzle opening for the active gas has a diameter of 2 to 8 mm.

Суть предложенного устройства заключается в следующем. Заявленное устройство обладает простой конструкцией и изготовляется из широко распространенных, недорогих материалов, т.е. имеет низкую себестоимость. Использование предлагаемого устройства позволяет получать минимальный размер пузырьков, а следовательно, максимальную длину зоны диспергирования за счет высокой температуры вводимого инертного газа, оптимально подобранных размеров выпускных отверстий сопел и их расположения. Нагревание инертного газа (аргона, азота) до высокой температуры обеспечивает змеевик. Он удлиняет погружаемую в расплав часть тракта подачи аргона в 3,5-6,5 раз. При этом инертный газ, проходя через змеевик, претерпевает объемное расширение, в результате чего возрастает время его истечения. Под воздействием двух факторов (возросших расстояния и времени) величина температуры инертного газа приближается к температуре расплава. В связи с этим образование дисперсных пузырьков не сопровождается их дополнительным объемным расширением. На выпускных отверстиях сопел тракта аргона достигаются наивысшие скорости в выходных сечениях при давлении 0,5-2 МПа. Благодаря равномерному расположению сопел инертного газа по окружности, имеющей радиус от 12 до 30 мм, и их наклону под углом 4-15° к оси сопла активного газа (хлора), подаваемого под давлением 0,3-0,4 МПа, высокоскоростные струи инертного газа с высокой температурой при попадании в расплав распыляют поток активного газа на мельчайшие пузырьки. Таким образом, образуется газовая смесь аргона с хлором, обеспечивающая эффективное промешивание и рафинирование расплава.The essence of the proposed device is as follows. The claimed device has a simple design and is made of widespread, inexpensive materials, i.e. has a low cost. Using the proposed device allows to obtain a minimum size of the bubbles, and therefore, the maximum length of the dispersion zone due to the high temperature of the inert gas introduced, optimally selected sizes of the nozzle outlet openings and their location. The inert gas (argon, nitrogen) is heated to a high temperature by a coil. It extends the part of the argon supply path immersed in the melt by 3.5–6.5 times. In this case, the inert gas passing through the coil undergoes volume expansion, as a result of which its expiration time increases. Under the influence of two factors (increased distance and time), the inert gas temperature approaches the melt temperature. In this regard, the formation of dispersed bubbles is not accompanied by their additional volume expansion. At the outlet openings of the nozzles of the argon tract, the highest velocities are achieved in the outlet sections at a pressure of 0.5-2 MPa. Due to the uniform arrangement of the inert gas nozzles in a circle having a radius of 12 to 30 mm, and their inclination at an angle of 4-15 ° to the axis of the nozzle of the active gas (chlorine) supplied under a pressure of 0.3-0.4 MPa, high-speed inert jets gas with a high temperature when it enters the melt spray a stream of active gas into the smallest bubbles. Thus, a gas mixture of argon with chlorine is formed, which ensures efficient mixing and refining of the melt.

При количестве сопел инертного газа менее двух не обеспечивается качественное промешивание больших масс расплава, при их количестве более шести увеличивается расход газа, не приводящий к существенному повышению эффективности процесса рафинирования.When the number of inert gas nozzles is less than two, high-quality mixing of large masses of the melt is not ensured; when their number is more than six, gas consumption increases, which does not significantly increase the efficiency of the refining process.

При радиусе окружности, по которой равномерно располагаются сопла инертного газа, менее 12 мм и их наклоне под углом более 15° к оси сопла активного газа происходит взаимное гашение скорости струй аргона, что уменьшает длину зоны диспергирования расплава. При радиусе окружности более 30 мм и наклоне сопел инертного газа к оси сопла хлора под углом менее 4° снижаются захват и распыление потока активного газа высокоскоростными струями аргона.When the radius of the circle along which the inert gas nozzles are evenly distributed is less than 12 mm and their inclination at an angle of more than 15 ° to the axis of the active gas nozzle, the damping of argon jets is mutually quenched, which reduces the length of the dispersion zone of the melt. If the radius of the circle is more than 30 mm and the inclination of the inert gas nozzles to the axis of the chlorine nozzle at an angle of less than 4 °, the capture and spraying of the active gas stream by high-speed argon jets are reduced.

При диаметре выпускных отверстий сопел инертного газа менее 0,3 мм увеличивается продолжительность продувки больших масс расплава, при диаметре более 1,5 мм возрастает расход инертного газа без существенного повышения эффективности процесса рафинирования расплава.When the diameter of the outlet openings of the inert gas nozzles is less than 0.3 mm, the duration of purging of large masses of the melt increases, with a diameter of more than 1.5 mm, the consumption of inert gas increases without a significant increase in the efficiency of the process of refining the melt.

При диаметре выпускного отверстия сопла активного газа менее 2 мм происходит его “зарастание” примесными веществами, содержащимися в хлоре, при диаметре более 8 мм значительно увеличивается расход активного газа.When the diameter of the outlet nozzle of the active gas is less than 2 mm, it “overgrows” with impurities contained in chlorine, with a diameter of more than 8 mm, the consumption of active gas increases significantly.

На чертеже схематично показано заявляемое устройство.The drawing schematically shows the inventive device.

Заявляемое устройство состоит из трубчатого корпуса 1, внутри которого располагаются автономные тракты подачи инертного 2 и активного 3 газов. Погружаемая в расплав часть тракта подачи инертного газа выполнена в виде змеевика 4. В конце змеевика находятся сопла 5 в количестве от 2 до 6. Они расположены равномерно по окружности относительно оси сопла активного газа 6 и наклонены к ней под углом 4-15°. Сопла закреплены в огнеупорном бетоне 7. Тракт подачи активного газа центрируется втулкой 8, и имеет гибкий релаксатор термонапряжений 9. В головной части устройства тракт активного газа размещается внутри змеевика и закрепляется на выходе из него огнеупорным бетоном.The inventive device consists of a tubular body 1, inside which are located autonomous supply paths of inert 2 and active 3 gases. The part of the inert gas supply path immersed in the melt is made in the form of a coil 4. At the end of the coil there are nozzles 5 in an amount of 2 to 6. They are arranged uniformly around the circumference relative to the axis of the active gas nozzle 6 and are inclined to it at an angle of 4-15 °. The nozzles are fixed in refractory concrete 7. The active gas supply path is centered by sleeve 8 and has a flexible thermal stress relaxer 9. In the head of the device, the active gas path is located inside the coil and fixed at the outlet from it with refractory concrete.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

В тракт 2 подается инертный газ, а в тракт 3 - активный газ под давлением, достаточным для предотвращения затекания расплавленного металла в сопла 5, 6. Устройство вводится в расплав металла на определенную глубину емкости. После погружения головной части устройства в расплав давление инертного газа устанавливается в пределах 0,5-2 МПа, а давление активного газа - 0,3-0,4 МПа. По окончании процесса рафинирования давление инертного и активного газов снижается до 0,2 МПа, устройство извлекается из расплава, после чего подача газов прекращается. Вместо активного газа можно подавать рафинирующие флюсы в виде порошкообразных веществ или гранул в струе инертного газа.Inert gas is supplied to path 2, and active gas is supplied to path 3 under a pressure sufficient to prevent molten metal from flowing into nozzles 5, 6. The device is introduced into the molten metal to a certain depth of the tank. After immersing the head of the device in the melt, the inert gas pressure is set within 0.5-2 MPa, and the pressure of the active gas is 0.3-0.4 MPa. At the end of the refining process, the pressure of the inert and active gases decreases to 0.2 MPa, the device is removed from the melt, after which the gas supply ceases. Instead of the active gas, refining fluxes in the form of powdered substances or granules in an inert gas stream can be supplied.

Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию “новизна”.Thus, the claimed solution meets the criterion of "novelty."

Сравнение заявляемого решения с аналогами позволило выявить в нем признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что свидетельствует о соответствии критерию “изобретательский уровень”.Comparison of the proposed solutions with analogues made it possible to identify signs that distinguish the claimed solution from the prototype, which indicates compliance with the criterion of "inventive step".

Реализация заявляемого решения в процессе рафинирования расплава алюминия или его сплавов экономически целесообразна из-за простоты разработанной конструкции, дешевизны применяемых материалов и мобильности устройства.The implementation of the proposed solution in the process of refining molten aluminum or its alloys is economically feasible due to the simplicity of the developed design, the low cost of the materials used and the mobility of the device.

Claims

1. Device for refining molten metals or alloys, containing autonomously located tubular paths and nozzles for supplying active and inert gases, characterized in that the part of the path for supplying inert gas immersed in the melt is made in the form of a coil.

2. The device according to claim 1, characterized in that the inert gas nozzles are arranged uniformly around the axis of the active gas nozzle in a circle whose radius is 12-30 mm and are inclined to this axis at an angle of 4-15 °, while the number nozzles is 2-6.

3. The device according to claim 1, characterized in that the outlet holes of the inert gas nozzles have a diameter of 0.3-1.5 mm, and the nozzle opening for the active gas has a diameter of 2-8 mm.