RU2247157C2

RU2247157C2 - Method of introduction of reagents into melt, mixing melt of metal and device for realization of this method

Info

Publication number: RU2247157C2
Application number: RU2002120582/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Чепель (UA); Сергей Николаевич Чепель; Александр Афанасьевич Звездин (UA); Александр Афанасьевич Звездин; Владимир Викторович Найденко (UA); Владимир Викторович Найденко; Владимир Леонтьевич Найдек (UA); Владимир Леонтьевич Найдек; Юрий Николаевич Савченко (UA); Юрий Николаевич Савченко
Original assignee: Сергей Николаевич Чепель
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2005-02-27
Also published as: RU2002120582A; AU2003239110A1; WO2003106717A1

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy; refining of melts.

SUBSTANCE: proposed method includes placing the reagents in groups of layers in container whose structural members are made from components of melt, submerging the container with reagents into melt by means of vertical support at simultaneous mixing of melt by means of jet and vortex flows formed by vertical reciprocating motion of mixer and reactive gas-and-liquid jets of reagent mixture escaping from container in tangential directions; they are formed by pulses of kinetic energy due to successive melting and evaporating of groups of reagent layers. Device proposed for realization of this method includes jet-and-vortex mixer which is concentrically located on vertical support and is provided with container whose structural members are made from metal of melt. Container is loaded with reagents in form of coaxial groups of circular elements; each element is made from definite reagent. One inner circular element of group is made from reagent whose evaporating point is below melting point of melt. Container with reagents is placed in case provided with end disks embracing the container at the top and at the bottom. Lower end disk is provided with guide vanes converting the radial motion of mixture jets into tangential motion; said vanes are secured over peripheral part of disk plate for forming passages for escape of reagents in form of gas-and-liquid jets acting on melt.

EFFECT: enhanced efficiency; reduced consumption of reagents; improved quality of metal due to enhanced assimilation of reagents and effective mixing of melt.

13 cl, 5 dwg

Description

Изобретения относятся к металлургии и могут быть использованы при обработке расплавов, в частности стали и чугуна, в процессах их раскисления, рафинирования, легирования или модифицирования.The invention relates to metallurgy and can be used in the processing of melts, in particular steel and cast iron, in the processes of their deoxidation, refining, alloying or modification.

Известны способ и устройство для введения реагентов в расплав, когда реагент помещают в оболочку из бумаги и погружают в расплав [1]. При сгорании бумаги реагент смешивается с расплавом. Однако этим способом не обеспечивается перемешивание расплава и равномерность распределения реагента.A known method and device for introducing reagents into the melt, when the reagent is placed in a shell of paper and immersed in the melt [1]. When burning paper, the reagent is mixed with the melt. However, this method does not provide melt mixing and uniform distribution of the reagent.

Известен также способ внесения добавок в разливочный ковш с расплавом и устройство для его осуществления [2]. В пустом разливочном ковше размещают футерованный стержень, на котором находятся контейнеры, содержащие реагенты. При заливке жидкого металла контейнеры расплавляются и реагенты попадают в расплав. Данный способ также не обеспечивает равномерного перемешивания и распределения добавок по всему объему. Кроме того, добавки, имеющие меньшую плотность, чем расплав, всплывают.There is also known a method of adding additives to the casting ladle with a melt and a device for its implementation [2]. A lined rod is placed in an empty casting ladle, on which containers containing reagents are located. When pouring liquid metal, the containers melt and the reagents enter the melt. This method also does not provide uniform mixing and distribution of additives throughout the volume. In addition, additives having a lower density than the melt float.

Известна чушка для раскисления стали алюминием, имеющая стальную оболочку, в которой размещен слой алюминия и два слоя чугуна, причем алюминий расположен в средней части чушки асимметрично между слоями чугуна [3]. Вследствие большой плотности чушка проходит сквозь шлак и погружается в расплав металла. Растворение чушки происходит в глубинных слоях металла, а асимметрично размещенные реагенты обуславливают ее вращение, что ускоряет процесс растворения. Раскисление металла осуществляется сначала углеродом, содержащемся в чугуне, а затем начинается раскисление алюминием. При использовании этого технического решения расход алюминия уменьшается в два раза /вместо 0,16 кг/т расходуется 0,08 кг/т/. Угар алюминия составляет 30%, что также в два раза меньше чем при использовании кускового алюминия. Однако вследствие непредвиденной траектории движения чушки, обработка расплава осуществляется неравномерно по всему объему. Кроме того, недостаточна интенсивность перемешивания.Known ingots for deoxidation of steel with aluminum, having a steel shell in which a layer of aluminum and two layers of cast iron are placed, and aluminum is located asymmetrically between the layers of cast iron in the middle of the ingot [3]. Due to its high density, ingot passes through the slag and is immersed in the molten metal. Dissolution of the ingot occurs in the deep layers of the metal, and asymmetrically placed reagents determine its rotation, which accelerates the dissolution process. The metal is deoxidized first by the carbon contained in the cast iron, and then aluminum deoxidation begins. Using this technical solution, aluminum consumption is halved / instead of 0.16 kg / t, 0.08 kg / t / is consumed. Aluminum burnout is 30%, which is also half as much as when using lumped aluminum. However, due to the unforeseen trajectory of the ingot, the melt is processed unevenly throughout the volume. In addition, insufficient mixing intensity.

Известна технология раскисления и легирования стали и сплавов, реализованная с помощью перемешивателя, включающего диск, выполненный из металла, керамики или другого материала [4]. На диск нанесен методом наплавления, напыления или налива слой легирующего материала или раскислителя. Эта технология состоит в том, что диск перемешивателя опускают в расплав на границу металл-шлак и приводят во вращение в горизонтальной плоскости. При этом ускоряется растворение раскислителя или легирующей добавки и одновременно перемешивается расплав. Недостатками этой технологии и устройства является то, что количество нанесенного раскислителя и других реагентов ограничено площадью поверхности диска и поэтому проблематично дозированное введение добавок, не всегда достаточна адгезия между материалом диска перемешивателя и нанесенным реагентом. Кроме того, вращение рабочего тела перемешивателя на границе металл-шлак не обеспечивает однородности расплава по всему объему, это достигается лишь в верхних его слоях.Known technology for the deoxidation and alloying of steel and alloys, implemented using a stirrer, including a disk made of metal, ceramic or other material [4]. A layer of alloying material or deoxidizing agent is applied to the disk by deposition, spraying or pouring. This technology consists in the fact that the agitator disk is lowered into the melt at the metal-slag interface and rotated in a horizontal plane. In this case, the dissolution of the deoxidizer or dopant is accelerated and the melt is simultaneously mixed. The disadvantages of this technology and device is that the amount of the applied deoxidizer and other reagents is limited by the surface area of the disk and therefore the dosed introduction of additives is problematic, the adhesion between the material of the stirring disk and the applied reagent is not always sufficient. In addition, the rotation of the working fluid of the stirrer at the metal-slag interface does not ensure uniformity of the melt throughout the volume; this is achieved only in its upper layers.

Известно также устройство для легирования металла в ковше, с помощью которого осуществляют обработку расплава [5]. Обработка включает перемешивание жидкого металла продувкой его инертным газом, введение в расплав легирующих элементов и раскислителей с помощью трубы с огнеупорным покрытием. На нижнем конце трубы концентрически ей закреплен блок реагентов в виде контейнера с отсеками, куда загружены реагенты. Блок реагентов выполнен многоярусным, причем количество ярусов в блоке соответствует количеству видов реагентов, которые вводятся. Сначала легирующие элементы и раскислители погружают в металл на 3-5 с на глубину 50-200 мм от поверхности расплава, поднимают и выдерживают на воздухе в течение 2-3 минут, потом снова периодически погружают их в металл на глубину, увеличивающуюся с каждым погружением на 200-400 мм до образования монолитного блока из кусков легирующих, который погружают на глубину 100-200 мм от дна ковша при одновременной продувке инертным газом. Недостатком такой технологии является то, что при многократных погружениях и поднятиях значительное количество реагентов усваивается шлаком вследствие прохождения сквозь него блока реагентов. Недостатком являются и значительные затраты инертного газа, а также необходимость оборудования для его подведения.Also known is a device for alloying metal in a ladle, with which the melt is processed [5]. Processing involves mixing liquid metal by blowing it with an inert gas, introducing alloying elements and deoxidizers into the melt using a pipe with a refractory coating. At the lower end of the pipe, a reagent block is fixed concentrically to it in the form of a container with compartments where reagents are loaded. The reagent block is multi-tiered, and the number of tiers in the block corresponds to the number of types of reagents that are introduced. First, alloying elements and deoxidizers are immersed in metal for 3-5 s to a depth of 50-200 mm from the surface of the melt, they are lifted and held in air for 2-3 minutes, then they are periodically immersed again in metal to a depth that increases with each immersion by 200-400 mm to the formation of a monolithic block of alloying pieces, which are immersed to a depth of 100-200 mm from the bottom of the bucket while flushing with inert gas. The disadvantage of this technology is that during multiple dives and uplifts, a significant amount of reagents is absorbed by the slag due to the passage of the reagent block through it. The disadvantage is the significant inert gas costs, as well as the need for equipment for its supply.

Наиболее близкими по технической сущности к изобретениям, которые заявляются, являются способ ввода в расплавы металлов легкоплавких и легко окисляемых легирующих компонентов [6] и устройство для реализации этого способа, выполненное в виде капсулы для легирования металлических расплавов [7], которые взяты в качестве прототипов.The closest in technical essence to the inventions that are claimed are a method for introducing low-melting and easily oxidizable alloying components into metal melts [6] and a device for implementing this method, made in the form of a capsule for alloying metal melts [7], which are taken as prototypes .

Способ ввода легирующих и раскисливающих реагентов, физико-химические свойства которых отличаются от соответствующих физико-химических свойств расплава, включает послойное размещение расчетного количества этих реагентов в контейнеры в виде металлических капсул, конструкционные элементы которых выполнены из материала на основе одного или нескольких компонентов металлического расплава, погружение загруженных контейнеров в расплав и выдерживание их там до расплавления реагентов. Одновременно происходит перемешивание расплава реактивными газожидкостными струями, вытекающими из отверстий в контейнере в тангенциальных направлениях по отношению к нему. При этом усиливается эффект "разбрызгивания" жидких легирующих элементов.The method of introducing alloying and deoxidizing reagents, the physicochemical properties of which differ from the corresponding physicochemical properties of the melt, includes layering the calculated amount of these reagents in containers in the form of metal capsules, the structural elements of which are made of material based on one or more components of the metal melt, immersion of loaded containers into the melt and keeping them there until the reagents melt. At the same time, the melt is mixed with reactive gas-liquid jets flowing from the openings in the container in tangential directions with respect to it. This increases the effect of "spraying" of the liquid alloying elements.

Капсула для реализации этого способа выполнена в форме контейнера, который имеет стенки из металла, являющегося основой расплава, либо из металлов, входящих в состав расплава. Контейнер загружен послойно размещенными реагентами с температурой плавления ниже, чем температура расплава. Стенки контейнера выполнены с осевыми, радиальными и тангенциальными отверстиями диаметром 1-3 мм. Сквозь эти отверстия под напором газов, образующихся в процессе расплавления реагентов, контейнер разбрызгивает их. При прохождении реагентов сквозь тангенциальные отверстия возникают круговые реактивные силы, заставляющие контейнер вращаться, то есть тангенциальные каналы вместе со струями реагентов, которые из них выбрасываются, представляют собой реактивный движитель. Вместе с контейнером начинают вращаться и близкие к нему слои расплава.The capsule for the implementation of this method is made in the form of a container, which has walls made of metal, which is the basis of the melt, or of the metals that make up the melt. The container is loaded with layered reagents with a melting point lower than the melt temperature. The walls of the container are made with axial, radial and tangential holes with a diameter of 1-3 mm. Through these openings under the pressure of the gases generated during the reagent melting process, the container sprays them. When reactants pass through the tangential openings, circular reactive forces arise, causing the container to rotate, that is, the tangential channels together with the reactant jets that are ejected from them represent a jet propulsion. Together with the container, melt layers close to it begin to rotate.

Недостатком такой технологии является необходимость применения большого количества капсул, что, однако, не решает проблемы обеспечения однородности распределения реагентов в расплаве из-за неконтролированных и неуправляемых траекторий движения капсул в расплаве. Необходимы точные расчеты и жесткие допуски, касающиеся плотности капсул при их изготовлении, чтобы они, вращаясь самопроизвольно, зависали на средней глубине расплава. При этом согласование необходимой плотности капсулы и требуемого состава реагентов - сложная техническая задача.The disadvantage of this technology is the need to use a large number of capsules, which, however, does not solve the problem of ensuring uniform distribution of reagents in the melt due to uncontrolled and uncontrolled trajectories of the capsules in the melt. Accurate calculations and tight tolerances are required regarding the density of the capsules during their manufacture, so that they, rotating spontaneously, hang at the average depth of the melt. At the same time, coordination of the required density of the capsule and the required composition of the reagents is a difficult technical task.

Задачей, на решение которой направлены изобретения, является разработка экономичной и эффективной технологии обработки расплавов металлов при повышении их качества на основе нового способа ввода реагентов в расплав и его перемешивания.The problem to which the invention is directed is to develop an economical and efficient technology for processing metal melts while improving their quality on the basis of a new method for introducing reagents into the melt and mixing it.

Заявленные способ ввода реагентов в расплав, перемешивания расплава металла и устройство для его осуществления, созданные для решения поставленной задачи, позволяют достичь технического результата, заключающегося в уменьшении расхода реагентов за счет лучшего их усвоения и повышении качества расплава вследствие более эффективного перемешивания его с добавками новой конструкцией рабочего тела предложенного устройства. Кроме более равномерного распределения реагентов в расплаве повышается его десульфурация.The claimed method of introducing reagents into the melt, mixing the molten metal and a device for its implementation, designed to solve the problem, allows to achieve a technical result, which consists in reducing the consumption of reagents due to their better absorption and improving the quality of the melt due to more efficient mixing with new additives the working body of the proposed device. In addition to a more uniform distribution of reagents in the melt, its desulfurization increases.

Сущность предложенного способа состоит в том, что в известном способе ввода реагентов в расплав металла и его перемешивания, включающем послойное размещение дозированного количества реагентов в контейнере, конструктивные элементы которого выполнены из материала на основе одного либо нескольких компонентов металлического расплава, погружение контейнера с реагентами в расплав металла в ковше и выдерживание его там до расплавления реагентов с одновременным перемешиванием расплава реактивными газожидкостными струями смеси реагентов, вытекающими из контейнера в тангенциальных относительно него направлениях, согласно заявленному изобретению, контейнер с размещенными в нем в форме групп слоев реагентами выполняют в виде струйно-вихревого смесителя, который погружают в расплав принудительно с помощью вертикальной опоры, интенсифицируют перемешивание расплава струйными и вихревыми течениями, создаваемыми возвратно-поступательным движением смесителя в вертикальном направлении и реактивными газожидкостными струями смеси реагентов, образуемыми импульсами кинетической энергии за счет последовательного расплавления и испарения групп слоев реагентов. В качестве источника кинетической энергии для формирования реактивных газожидкостных струй может быть использован магний. Возвратно-поступательное движение смесителя осуществляют главным образом на глубине, большей, чем 1/3 глубины ковша с амплитудой до 0,25 глубины ковша.The essence of the proposed method lies in the fact that in the known method of introducing reagents into the molten metal and mixing it, which includes layering a metered amount of reagents in a container, the structural elements of which are made of material based on one or more components of the metal melt, immersing the container with reagents in the melt metal in the bucket and keeping it there until the reagents are melted while the melt is mixed with reactive gas-liquid jets of the reagent mixture, flowing from the container in tangential directions relative to it, according to the claimed invention, the container with the reagents placed in it in the form of groups of layers is made in the form of a jet-vortex mixer, which is immersed into the melt by force with the help of a vertical support, the mixing of the melt is intensified by the jet and vortex flows created reciprocating movement of the mixer in the vertical direction and reactive gas-liquid jets of a mixture of reagents formed by kinetic pulses Coy energy by sequentially melting and evaporation groups reagent layers. Magnesium can be used as a source of kinetic energy to form reactive gas-liquid jets. The reciprocating movement of the mixer is carried out mainly at a depth greater than 1/3 of the bucket depth with an amplitude of up to 0.25 bucket depth.

Указанный технический результат достигается также заявленным устройством. Сущность его состоит в том, что в известном устройстве для ввода реагентов в расплав металла и его перемешивания, содержащем рабочее тело, выполненное с возможностью создания тангенциально направленных относительно него реактивных газожидкостных струй смеси реагентов и снабженное контейнером с конструктивными элементами из металла или металлов, входящих в состав металлического расплава, загруженным послойно размещенными реагентами с температурой плавления ниже, чем температура расплава металла, согласно предложенному техническому решению, рабочее тело выполнено в виде струйно-вихревого смесителя, который концентрично расположен и жестко закреплен на нижнем конце вертикальной опоры, имеющей возможность возвратно-поступательного движения в вертикальном направлении. Реагенты загружены в контейнер в форме коаксиально расположенных групп кольцевых элементов, каждый из которых выполнен из определенного реагента. Кольцевые элементы размещены концентрично относительно вертикальной опоры, а в каждой группе кольцевых элементов реагенты расположены коаксиально и/или ярусно. Один из внутренних кольцевых элементов группы выполнен из реагента, имеющего температуру испарения, меньшую, чем температура расплава металла. Контейнер с реагентами размещен в корпусе с торцевыми дисками, охватывающими контейнер сверху и снизу и являющимися для реагентов тепловым экраном. Нижний торцевой диск снабжен преобразующими радиальное движение струй смеси реагентов в тангенциальное направляющими лопатками, представляющими собой равномерно расположенные и закрепленные на периферийной части нижнего диска пластины, служащие вместе с торцевыми дисками завихрителем, формирующим каналы для вытекания реагентов в виде импульсных вихревых реактивных газожидкостных струй, воздействующих на обрабатываемый расплав. Как реагент, имеющий температуру испарения, меньшую, чем температура расплава металла, в каждой группе кольцевых элементов может быть использован магний. В случае применения устройства для раскисления расплава стали, каждая группа состоит из алюминиевого, силикокальциевого и внутреннего магниевого кольцевых элементов. Как правило, магниевые элементы изготовлены из порошка. Внутренний магниевый элемент может быть выполнен в виде двух колец, расположенных возле торцов контейнера и соединенных между собой трубчатой полостью с газопроницаемыми решетками на ее концах. При раскислении стали контейнер рабочего тела выполняют из алюминия и устанавливают между ним и торцевыми дисками теплового экрана корректирующие алюминиевые пластины. Для равномерной подачи реагентов в расплав металла толщина кольцевых элементов увеличивается с уменьшением их диаметра. Торцевые диски теплового экрана выполняют из листовой стали переменной толщины, которая ступенчато уменьшается с наружной стороны от центра к периферии диска, причем каждой группе кольцевых элементов соответствует определенная толщина торцевого диска, обеспечивающая необходимую скорость подведения тепла из расплава к реагентам. Для упрощения технологии изготовления теплового экрана его выполняют в виде наборов плоских дисков разного диаметра. Для предотвращения попадания шлака в корпус рабочего тела при погружении его в расплав на необходимую глубину, корпус рабочего тела с контейнером помещают в защитный кожух.The specified technical result is also achieved by the claimed device. Its essence lies in the fact that in the known device for introducing reagents into the molten metal and mixing it, containing a working fluid, configured to create reactive gas-liquid jets of reactant mixtures tangentially directed relative to it and equipped with a container with structural elements from metal or metals included in the composition of the metal melt loaded with layerwise placed reagents with a melting point lower than the temperature of the molten metal, according to the proposed technical To the solution, the working fluid is made in the form of a jet-vortex mixer, which is concentrically located and rigidly fixed on the lower end of the vertical support, which has the possibility of reciprocating movement in the vertical direction. The reagents are loaded into the container in the form of coaxially arranged groups of ring elements, each of which is made of a specific reagent. The ring elements are arranged concentrically with respect to the vertical support, and in each group of ring elements, the reagents are coaxial and / or tiered. One of the inner ring elements of the group is made of a reagent having an evaporation temperature lower than the temperature of the molten metal. The reagent container is housed in a housing with end disks covering the container from above and below, which are a heat shield for the reagents. The lower end disk is equipped with converting radial movement of the jets of the reagent mixture into tangential guide vanes, which are uniformly located and fixed on the peripheral part of the lower disk, serving as a swirler together with the end disks, forming channels for the reagent to flow out in the form of pulsed vortex reactive gas-liquid jets acting on processed melt. As a reagent having an evaporation temperature lower than the temperature of the molten metal, magnesium can be used in each group of ring elements. In the case of using a device for the deoxidation of molten steel, each group consists of aluminum, silico-calcium and internal magnesium ring elements. As a rule, magnesium elements are made of powder. The inner magnesium element can be made in the form of two rings located near the ends of the container and interconnected by a tubular cavity with gas-permeable gratings at its ends. When steel is deoxidized, the working medium container is made of aluminum and corrective aluminum plates are installed between it and the end disks of the heat shield. For a uniform supply of reagents to the molten metal, the thickness of the ring elements increases with decreasing diameter. The end disks of the heat shield are made of sheet steel of variable thickness, which decreases stepwise from the outside from the center to the periphery of the disk, and each group of ring elements corresponds to a certain thickness of the end disk, which provides the necessary speed of heat transfer from the melt to the reactants. To simplify the manufacturing technology of the heat shield, it is performed in the form of sets of flat disks of different diameters. To prevent the ingress of slag into the body of the working fluid when it is immersed in the melt to the required depth, the working fluid housing with the container is placed in a protective casing.

Введение реагентов в расплав металла и его перемешивание предложенным способом можно осуществлять только с помощью заявленного устройства, то есть изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом. Решений, которые характеризуются совокупностью признаков заявленных изобретений, в доступных источниках информации не обнаружено и сравнительный анализ предложенных способа и устройства с прототипами позволяет сделать выводы о том, что они отличаются от известных наличием новых существенных признаков, то есть об их соответствии критерию "новизна".The introduction of reagents into the molten metal and its mixing by the proposed method can only be carried out using the claimed device, that is, the invention is connected by a single inventive concept. Solutions that are characterized by a combination of features of the claimed inventions were not found in accessible sources of information and a comparative analysis of the proposed method and device with prototypes allows us to conclude that they differ from the known ones by the presence of new significant features, that is, their compliance with the criterion of "novelty."

При изучении других технических решений в данной отрасли металлургии не выявлено влияния совокупности отличительных признаков заявленных изобретений на лучшее усвоение реагентов и обусловленное этим уменьшение их затрат, а также на повышение качества расплава вследствие более эффективного перемешивания его с добавками. Не найдено также технических решений, в которых новые признаки изобретений обеспечивали бы наряду с равномерным распределением реагентов и приемлемую десульфурацию расплава. Это свидетельствует о творческом характере решений, то есть об их соответствии критерию "изобретательский уровень".When studying other technical solutions in this metallurgy industry, no influence of the combination of distinguishing features of the claimed inventions on the best absorption of reagents and the resulting reduction in their costs, as well as on improving the quality of the melt due to its more efficient mixing with additives, was revealed. No technical solutions were found in which new features of the inventions would provide, along with a uniform distribution of reagents, an acceptable desulfurization of the melt. This indicates the creative nature of the solutions, that is, their compliance with the criterion of "inventive step".

На приведенных чертежах изображены варианты конструкции заявленного устройства: на фиг.1 представлен его общий вид в процессе обработки расплава; на фиг.2 и 3 показано рабочее тело устройства с защитным кожухом /вид сбоку и сверху с частичными сечениями его вертикальной и горизонтальной осевыми плоскостями/; на фиг.4 и 5 изображены в увеличенном масштабе вертикальные разрезы периферийных частей струйно-вихревого смесителя в различных вариантах.The drawings show the design options of the claimed device: figure 1 shows its General view in the processing of the melt; figure 2 and 3 shows the working body of the device with a protective casing / side view and top with partial sections of its vertical and horizontal axial planes /; Figures 4 and 5 show, on an enlarged scale, vertical sections of the peripheral parts of the jet-vortex mixer in various embodiments.

Устройство для ввода реагентов в расплав металла и его перемешивания /фиг.1/ включает в себя рабочее тело, концентрично размещенное и жестко закрепленное на нижнем конце вертикальной опоры 1, которая имеет вид стержня или трубы. Опора установлена с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальном направлении. Рабочее тело выполняет функцию струйно-вихревого смесителя в устройстве для раскисления расплава стали и включает в себя цилиндрический контейнер, горизонтальные стенки 2 которого соединены обечайкой 3 и закреплены на внутренней втулке 4. Все стенки контейнера изготовлены из алюминия, который является раскислителем стали. Контейнер загружен реагентами в форме коаксиально расположенных групп кольцевых элементов, размещенных концентрично на опоре 1. Каждая группа включает коаксиально расположенные алюминиевое и внутреннее магниевое кольца 5 и 6 соответственно /фиг.1, 2, 3 и 4/. Контейнер с реагентами размещен в корпусе с верхними и нижними наборами торцевых дисков 7 и 8 соответственно, которые являются для реагентов тепловым экраном. Нижний диск 8 наибольшего диаметра снабжен равномерно расположенными и закрепленными на его периферийной части направляющими лопатками 9, служащими вместе с наибольшими дисками 7 и 8 завихрителем, формирующим каналы для вытекания реагентов. При необходимости введения в расплав кроме алюминия, магния и других реагентов, например силикокальция 10 /фиг.5/, кольцевые элементы в группе могут быть расположены коаксиально и ярусно. При этом внутренний слой магния выполняется в виде двух колец, расположенных возле торцов контейнера и соединенных между собой трубчатой полостью 11 с газопроницаемыми решетками 12 на ее концах. В таком варианте загрузки контейнера кольцевые элементы алюминия и силикокальция расположены в группе ярусно, один над одним, а кольца магния и алюминия - коаксиально и ярусно. Для корректирования содержания алюминия между контейнером и тепловым экраном могут быть установлены дополнительные алюминиевые пластины 13 /фиг.2 и 4/. Для более эффективной и надежной работы рабочее тело размещают в защитном кожухе 14.A device for introducing reagents into the molten metal and mixing it (Fig. 1) includes a working fluid concentrically placed and rigidly fixed on the lower end of the vertical support 1, which has the form of a rod or pipe. The support is mounted with the possibility of reciprocating movement in the vertical direction. The working fluid performs the function of a jet-vortex mixer in a device for deoxidation of steel melt and includes a cylindrical container, the horizontal walls 2 of which are connected by a shell 3 and fixed on the inner sleeve 4. All walls of the container are made of aluminum, which is a deoxidizing steel. The container is loaded with reagents in the form of coaxially arranged groups of ring elements placed concentrically on the support 1. Each group includes coaxially arranged aluminum and inner magnesium rings 5 and 6, respectively / 1, 2, 3 and 4 /. The reagent container is housed in a housing with upper and lower sets of end disks 7 and 8, respectively, which are a heat shield for reagents. The lower disk 8 of the largest diameter is equipped with guide vanes 9 evenly spaced and fixed on its peripheral part, which serve together with the largest disks 7 and 8 as a swirler that forms channels for the reagent to flow out. If it is necessary to introduce into the melt, in addition to aluminum, magnesium and other reagents, for example silicocalcium 10 (Fig. 5/), the ring elements in the group can be arranged coaxially and in layers. The inner layer of magnesium is made in the form of two rings located near the ends of the container and interconnected by a tubular cavity 11 with gas-permeable gratings 12 at its ends. In this embodiment of loading the container, the ring elements of aluminum and silicocalcium are arranged in a tiered group, one above one, and the magnesium and aluminum rings are coaxial and tiered. To adjust the aluminum content between the container and the heat shield can be installed additional aluminum plates 13/2 and 4 /. For more efficient and reliable operation, the working fluid is placed in a protective casing 14.

Устройство работает следующим образом. После выпуска расплава из сталеплавильного агрегата в разливной ковш рабочее тело устройства /фиг.1-4/, предназначенное для раскисления стали, погружают в расплав на глубину, большую, чем 1/3 глубины ковша, и осуществляют возвратно-поступательные движения смесителя в вертикальном направлении с амплитудой до 0,25 глубины. Тонкий защитный алюминиевый кожух 14 быстро расплавляется и кольцевые элементы 5 и 6 алюминия и магния соответственно, расположенные в крайней периферийной группе контейнера, прогреваются расплавом быстрее и начинают плавиться. Этому содействует и то, что тепловой экран 7 и 8 этой группы элементов самый тонкий. В то время как внешний слой 5 алюминия, а также тонкие алюминиевые стенки 2 и 3 контейнера плавятся /температура плавления 660°С/, внутренний магниевый, уже расплавившись /температура плавления 650°С/, начинает кипеть и испаряться. Газообразный магний выталкивает жидкий алюминий в расплав стали и газожидкостная смесь реагентов, проходя между торцевыми дисками 7 и 8 теплового экрана, наталкивается на направляющие лопатки 9 и, изменяя радиальное движение на тангенциальное по отношению к контейнеру, попадает в расплав спирально завихренными течениями. Тем временем начинают плавиться и испаряться реагенты последующих кольцевых элементов очередной периферийной группы. Процесс ступенчато повторяется, и реагенты вытекают из рабочего тела в виде импульсных вихревых струй, действующих на обрабатываемый расплав как струи реактивного движителя. В результате этого масса расплава в ковше начинает вращаться вокруг устройства. Поскольку в процессе раскисления рабочее тело осуществляет возвратно-поступательные движения, то в массе расплава формируются тороидальные вихри, содействующие интенсификации перемешивания металла. Процесс ввода реагентов в расплав и его перемешивания продолжается до расплавления последней группы реагентов, после чего опору удаляют из ковша.The device operates as follows. After the melt is discharged from the steelmaking unit into the casting ladle, the working fluid of the device / Fig. 1-4/, intended for steel deoxidation, is immersed in the melt to a depth greater than 1/3 of the ladle depth, and the mixer moves in a vertical direction with an amplitude of up to 0.25 depth. The thin protective aluminum casing 14 quickly melts and the ring elements 5 and 6 of aluminum and magnesium, respectively, located in the extreme peripheral group of the container, melt faster and begin to melt. This is facilitated by the fact that the heat shield 7 and 8 of this group of elements is the thinnest. While the outer layer 5 of aluminum, as well as the thin aluminum walls 2 and 3 of the container, melt / melting point 660 ° C /, the internal magnesium, already melted / melting point 650 ° C /, begins to boil and evaporate. Magnesium gas pushes liquid aluminum into the molten steel and the gas-liquid mixture of reagents, passing between the end disks 7 and 8 of the heat shield, encounters guide vanes 9 and, changing the radial movement to tangential with respect to the container, enters the melt in spiral-swirling flows. In the meantime, the reagents of the subsequent ring elements of the next peripheral group begin to melt and evaporate. The process is repeated in steps, and the reagents flow out of the working fluid in the form of pulsed vortex jets acting on the processed melt as jet jets. As a result of this, the mass of melt in the bucket begins to rotate around the device. Since in the process of deoxidation the working fluid performs reciprocating movements, toroidal vortices are formed in the mass of the melt, which contribute to the intensification of metal mixing. The process of introducing reagents into the melt and mixing it continues until the last group of reagents melts, after which the support is removed from the ladle.

При наличии в составе реагентов силикокальция /фиг.5/ группа кольцевых элементов включает внутреннюю трубчатую полость 11 с газопроницаемыми решетками 12 на ее концах. В таком варианте устройства боковые кольца 5 алюминия и средний слой 10 силикокальция подвергаются тепловому влиянию расплава из сторон, а алюминий - дополнительно сверху и снизу. Торцевые внутренние кольца 6 магния получают тепло только сверху и снизу от тепловых экранов 7 и 8, однако из-за малой массы магния и более низкой температуры его плавления процесс расплавления алюминия и магния происходит почти одновременно. Потом магний начинает кипеть и испаряться, проникая в газообразном состоянии сквозь решетки 12 в полость 11 и увеличивая в ней давление. Это приводит к выбросу смеси жидкого алюминия, порошка силикокальция и газообразного магния в расплав в виде тангенциально направленных относительно рабочего тела импульсных вихревых струй. Ступенчатая последовательность таких струй обуславливает круговое движение расплава, а возвратно-поступательные движения рабочего тела превращают его на турбулентный тороидально-вихревой.If there is silicocalcium (Fig. 5/) in the composition of the reagents, the group of ring elements includes an internal tubular cavity 11 with gas-permeable gratings 12 at its ends. In such an embodiment of the device, the side rings 5 of aluminum and the middle layer 10 of silicocalcium are exposed to the thermal influence of the melt from the sides, and aluminum is additionally top and bottom. The end inner rings 6 of magnesium receive heat only from above and below from the heat shields 7 and 8, however, due to the low mass of magnesium and its lower melting point, the process of melting of aluminum and magnesium occurs almost simultaneously. Then the magnesium begins to boil and evaporate, penetrating in a gaseous state through the gratings 12 into the cavity 11 and increasing the pressure in it. This leads to the ejection of a mixture of liquid aluminum, silicocalcium powder and gaseous magnesium into the melt in the form of pulsed vortex jets tangentially directed relative to the working fluid. The stepwise sequence of such jets causes the circular motion of the melt, and the reciprocating movements of the working fluid turn it into a turbulent toroidal vortex.

Предложенная технология по сравнению с прототипами позволяет повысить качество расплава за счет улучшения его гомогенизации многократным перемешиванием расплава по всему объему ковша и дозированного растворения реагентов.The proposed technology in comparison with the prototypes can improve the quality of the melt by improving its homogenization by repeatedly mixing the melt throughout the volume of the bucket and dosed dissolution of the reagents.

Кроме того, достигается экономическая эффективность путем уменьшения затрат реагентов, главным образом алюминия, и огнеупоров.In addition, economic efficiency is achieved by reducing the cost of reagents, mainly aluminum, and refractories.

Предложенная технология раскисления расплава стали предусматривает предварительное введение в расплав алюминия, который окисляется, извлекая кислород из расплава. Подача вслед за алюминием магния обуславливает образование его окислов за счет связанного кислорода окислов алюминия и, таким образом, восстановления алюминия, который повторно окисляется кислородом расплава. Усвоение алюминия составляет более чем 50%, тогда как при стандартной технологии введения алюминия в ковш с расплавом стали его усвоение сталью составляет в среднем 20%. Это обусловлено высокой химической активностью алюминия и его малой плотностью. При подаче чушек в ковш они всплывают и окисляются при контакте со шлаком и атмосферой.The proposed steel melt deoxidation technology provides for the preliminary introduction of aluminum into the melt, which is oxidized, extracting oxygen from the melt. The supply of magnesium after aluminum causes the formation of its oxides due to the bonded oxygen of aluminum oxides and, thus, the reduction of aluminum, which is re-oxidized by the oxygen of the melt. The absorption of aluminum is more than 50%, while with standard technology for introducing aluminum into a ladle with molten steel, its absorption by steel is on average 20%. This is due to the high chemical activity of aluminum and its low density. When ingots are fed into the bucket, they float and oxidize upon contact with the slag and the atmosphere.

Использование предложенной технологии даст возможность сэкономить на одной тонне выплавленной стали около 0,9 кг алюминия. По данным Минпромполитики Украины средний объем производства стали с применением алюминиевых слитков в 2002-2005 гг. может составить около 9 млн. тонн в год.Using the proposed technology will make it possible to save about 0.9 kg of aluminum per ton of smelted steel. According to the Ministry of Industry and Politics of Ukraine, the average volume of steel production using aluminum ingots in 2002-2005. may be about 9 million tons per year.

Применение заявленного способа может дать годовую экономию 9000000 т×0,9≈8000 т.The application of the claimed method can give annual savings of 9,000,000 tons × 0.9≈8000 tons.

Достигнутая благодаря этой технологии оптимизация процессов раскисления, модифицирования, рафинирования расплавов сокращает время на усреднение массы металла в ковше по температуре и химическому составу, а это, в свою очередь содействует ускорению процессов дальнейшей обработки металла в машинах непрерывной разливки стали. В результате возрастает пропускная способность кристаллизатора /новая технология обеспечивает проведение 9 плавок вместо 5-и стандартным способом до разрушения футеровки кристаллизатора/. При этом экономится значительное количество огнеупоров. Новая технология позволяет также осуществлять десульфурацию металла в приемлемых пределах без дополнительных затрат.The optimization of the processes of deoxidation, modification, and refinement of melts achieved thanks to this technology reduces the time for averaging the mass of metal in the ladle over temperature and chemical composition, and this, in turn, helps to accelerate the processes of further processing of metal in continuous casting machines. As a result, the throughput of the mold increases / the new technology provides 9 melts instead of the 5th standard method until the mold of the mold is destroyed /. This saves a significant amount of refractories. The new technology also allows desulfurization of the metal to an acceptable extent at no additional cost.

Значительным преимуществом предложенной технологии ввода реагентов является улучшение экологии окружающей среды за счет уменьшения угара реагентов, в частности ферросплавов, и связанных с этим выбросов вредных газов в атмосферу.A significant advantage of the proposed technology for introducing reagents is to improve the environment by reducing the waste of reagents, in particular ferroalloys, and the associated emissions of harmful gases into the atmosphere.

Промышленная пригодность этого технического решения подтверждена изготовлением опытного образца устройства, который проходит испытания на базе профильного научно-исследовательского института.The industrial suitability of this technical solution is confirmed by the manufacture of a prototype device, which is being tested on the basis of a specialized research institute.

Такая технология не требует сложного оборудования, а заявленное устройство может быть изготовлено и использовано в любом сталеплавильном цеху.This technology does not require sophisticated equipment, and the claimed device can be manufactured and used in any steelmaking workshop.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

1. Патент США №4200456, кл. С 22 В 9/00, С 21 С 7/00, опубл. в 1980 г, т. 993, №5.1. US patent No. 4200456, CL. C 22 V 9/00, C 21 C 7/00, publ. in 1980, t. 993, No. 5.

2. Патент США №3784177, кл. С 21 С 7/04, опубл. в 1974 г, т. 918, №2.2. US patent No. 3784177, CL. C 21 C 7/04, publ. in 1974, t. 918, No. 2.

3. Патент РФ №2152440, кл. С 21 С 7/06, В 22 3/00, опубл. в бюл. №19 за 2000 г.3. RF patent No. 2152440, cl. C 21 C 7/06, B 22 3/00, publ. in bull. No.19 for 2000

4. А. с. СССР №529227, кл. С 21 С 7/00, опубл. в бюл. №35 за 1976 г.4. A. p. USSR No. 529227, cl. C 21 C 7/00, publ. in bull. No 35 for 1976

5. Патент РФ №2082765, кл. С 21 С 7/06, опубл. в бюл. №18 за 1997 г.5. RF patent No. 2082765, cl. C 21 C 7/06, publ. in bull. No 18 for 1997

6. Патент РФ №2148658, кл. С 21 С 7/00, опубл. в бюл. №13 за 2000 г. - прототип.6. RF patent No. 2148658, cl. C 21 C 7/00, publ. in bull. No. 13 for 2000 - a prototype.

7. Патент РФ №2148657, кл. С 21 С 7/00, опубл. в бюл. №13 за 2000 г. - прототип.7. RF patent No. 2148657, cl. C 21 C 7/00, publ. in bull. No. 13 for 2000 - a prototype.

Claims

1. The method of introducing reagents into the molten metal and mixing it, including layering a metered amount of reagents in the container, the structural elements of which are made of material based on one or more components of the molten metal, immersing the reagent container in the molten metal in the ladle and keeping it there until reagent melting with simultaneous mixing of the melt with reactive gas-liquid jets of a mixture of reagents flowing from the container tangential relative to it directions, characterized in that the container with the reagents placed in the form of groups of layers is made in the form of a jet-vortex mixer, which is immersed in the melt by force with the help of a vertical support, while the mixing of the melt is intensified by the jet and vortex flows created by the reciprocating movement of the mixer in the vertical direction and reactive gas-liquid jets of a mixture of reagents formed by pulses of kinetic energy due to sequential melting and evaporation of gr opp layers of reagents.

2. The method according to claim 1, characterized in that magnesium is used as a source of kinetic energy to form reactive gas-liquid jets.

3. The method according to claim 1, characterized in that the reciprocating movement of the mixer in the vertical direction is performed at a depth greater than 1/3 of the bucket depth, with an amplitude of up to 0.25 bucket depth.

4. A device for introducing reagents into the molten metal and mixing it, containing a working fluid made with the possibility of creating reactive gas-liquid jets of a mixture of reactants tangentially directed relative to it and equipped with a container with structural elements of metal or metals that are part of the molten metal, loaded in layers placed reagents with a melting point lower than the temperature of the molten metal, characterized in that the working fluid is made in the form of a jet-vortex mix I, which is concentrically located and rigidly fixed on the lower end of the vertical support, which has the ability to reciprocate in the vertical direction, and the reagents are loaded into the container in the form of coaxially arranged groups of ring elements, each of which is made of a specific reagent, while the ring elements are placed concentrically with respect to the vertical support, and in each group of ring elements, the reagents are coaxial and / or tier, one of the inner ring elements the group is made of a reagent having an evaporation temperature lower than the temperature of the molten metal, while the container with the reagents is placed in a housing having end disks covering the container above and below and which are a heat shield for the reagents, the lower end disk is equipped with radial motion jets of the mixture reagents into tangential guide vanes, which are uniformly located and fixed on the peripheral part of the lower disk of the plate, which are together with the end disks a swirler, forming channels for the flow of reagents in the form of pulsed vortex reactive gas-liquid jets acting on the processed melt.

5. The device according to claim 4, characterized in that magnesium is used in each group of ring elements as a reagent having an evaporation temperature lower than the temperature of the molten metal.

6. The device according to claim 4, characterized in that when introducing the reagents for the deoxidation of the molten steel, each group consists of aluminum, silicocalcium and inner magnesium ring elements.

7. The device according to any one of paragraphs.5, 6, characterized in that the magnesium ring element is made of magnesium powder.

8. The device according to any one of paragraphs.6, 7, characterized in that the inner magnesium ring element is made in the form of two rings located near the ends of the container and interconnected by a tubular cavity with gas-permeable gratings at its ends.

9. The device according to any one of paragraphs.4, 6, characterized in that the container of the working fluid is made of aluminum, and corrective aluminum plates are installed between the container and the end disks of the heat shield.

10. The device according to claim 4, characterized in that the thickness of the annular elements increases with a decrease in their diameter.

11. The device according to claim 4, characterized in that the end disks of the heat shield are made of sheet steel of variable thickness, stepwise decreasing from the outside from the center to the periphery of the disk, with each group of ring elements corresponding to a certain thickness of the end disk, providing the required speed heat from the melt to the reagents.

12. The device according to claim 11, characterized in that the heat shield is a set of flat disks of different diameters.

13. The device according to claim 4, characterized in that the housing with the container is placed in a protective casing.