RU2318877C2 - Apparatus for introducing regents into melt metal and for agitating melt (variants) - Google Patents
Apparatus for introducing regents into melt metal and for agitating melt (variants) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2318877C2 RU2318877C2 RU2003111150/02A RU2003111150A RU2318877C2 RU 2318877 C2 RU2318877 C2 RU 2318877C2 RU 2003111150/02 A RU2003111150/02 A RU 2003111150/02A RU 2003111150 A RU2003111150 A RU 2003111150A RU 2318877 C2 RU2318877 C2 RU 2318877C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reagents
- melt
- container
- reagent
- jet
- Prior art date
Links
Images
Abstract
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.
Известно устройство для внесения добавок в разливочный ковше расплавом [1]. Устройство, представляющее собой футерованный стержень, на котором находятся контейнеры, содержащие реагенты, размещают в пустом разливочном ковше. При заливке жидкого металла контейнеры расплавляются, и реагенты попадают в расплав. Данное устройство не обеспечивает равномерного перемешивания и распределения добавок по всему объему. Кроме того, добавки, имеющие меньшую плотность, чем расплав, всплывают.A device for adding additives to the casting ladle with the melt [1]. The device, which is a lined rod on which containers containing reagents are located, is placed in an empty casting ladle. When pouring liquid metal, the containers melt and the reagents enter the melt. This device 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 [2]. 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, содержащимся 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 by aluminum, having a steel shell, in which is placed a layer of aluminum and two layers of cast iron, and aluminum is located in the middle part of the ingot asymmetrically between the layers of cast iron [2]. 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 deoxidation of the metal is carried out first by the carbon contained in the iron, and then the deoxidation begins with aluminum. Using this technical solution, aluminum consumption is halved / instead of 0.16 kg / t, 0.08 kg / t / is consumed. The burnout of aluminum 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 [3]. На диск нанесен методом наплавления, напыления или налива слой легирующего материала или раскислителя. 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. Недостатком этого 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 [3]. A layer of alloying material or deoxidizing agent is applied to the disk by deposition, spraying or pouring. The stirrer 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 disadvantage of this device is that the amount of applied deoxidizing agent and other reagents is limited by the surface area of the disk and therefore the dosed introduction of additives is problematic, 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 [4]. 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 погружает на глубину 100-200 мм от дна ковша при одновременной продувке инертным газом. Недостатком такого устройства 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.It is also known a device for alloying metal in a ladle, with which the melt is processed [4]. 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 deoxidants 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 immerses to a depth of 100-200 mm from the bottom of the bucket while flushing with inert gas. The disadvantage of this device 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.
Известно устройство для ввода в расплавы металлов легкоплавких и легко окисляемых легирующих компонентов, выполненное в виде капсулы для легирования металлического расплава [5]. Капсула выполнена в форме контейнера, который имеет стенки из металла, являющегося основой расплава, либо из металлов, входящих в состав расплава. Контейнер загружен послойно размещенными расчетными количествами реагентов 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 с газожидкостными струями реагентов, которые из них выбрасываются, представляют собой реактивный движитель. Вместе с контейнером начинают вращаться и близкие к нему слои расплава. Таким образом, одновременно происходит ввод легирующих добавок в расплав и его перемешивание. Недостатком такого устройства является необходимость применения большого количества капсул, что, однако, не решает проблемы обеспечения однородности распределения реагентов в расплаве из-за неконтролируемых 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.A device for introducing into melts of metals fusible and easily oxidized alloying components, made in the form of a capsule for alloying a metal melt [5]. The capsule 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 placed calculated amounts of 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 gas-liquid jets of the reactants that are ejected from them represent a jet propulsion. Together with the container, melt layers close to it begin to rotate. Thus, at the same time, alloying additives are introduced into the melt and mixed. The disadvantage of this device 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.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретениям, которые заявляются, является устройство для ввода реагентов в расплав и его перемешивания [6], которое взято в качестве прототипа. Данное устройство включает рабочее тело, снабженное реактивным движителем, создающим тангенциально направленные газожидкостные струи расплавленных реагентов, и выполнено в форме контейнера со стенками из металла, являющегося основой расплава, или из металлов, входящих в его состав. Контейнер загружен послойно размещенными реагентами с температурой плавления ниже, чем температура расплава. Рабочее тело, являющееся струйно-вихревым смесителем, концентрично расположено и жестко закреплено на нижнем конце вертикальной опоры, имеющей возможность возвратно-поступательного движения в вертикальном направлении. Реагенты имеют форму коаксиально расположенных групп кольцевых элементов, каждый из которых выполнен из определенного реагента, кольцевые элементы размещены концентрично на опоре, причем в каждой группе они расположены коаксиально и/или ярусно, а один из внутренних кольцевых элементов группы выполнен из реагента, имеющего температуру испарения меньшую, чем температура расплава. Контейнер с реагентами помещен в корпус, имеющий торцевые диски, охватывающие контейнер сверху и снизу и являющиеся для него тепловым экраном, а нижний диск снабжен превращающими радиальное движение реагентов в спиральное направляющими лопатками. Эти лопатки представляют собой равномерно расположенные и закрепленные на периферийной части диска пластины, являющиеся совместно с тепловым экраном завихрителем, формирующим каналы для истечения реагентов в виде импульсных вихревых струй, воздействующих на обрабатываемый расплав как струи реактивного движителя. В качестве реагента с минимальной температурой испарения в каждой группе кольцевых элементов использован магний.The closest in technical essence and the achieved result to the inventions that are claimed is a device for introducing reagents into the melt and mixing it [6], which is taken as a prototype. This device includes a working fluid equipped with a jet propulsion device that creates tangentially directed gas-liquid jets of molten reagents, and is made in the form of a container with walls made of metal, which is the basis of the melt, or of metals included in its composition. The container is loaded with layered reagents with a melting point lower than the melt temperature. The working fluid, which is a jet-vortex mixer, is concentrically located and rigidly fixed on the lower end of the vertical support, which has the ability to reciprocate in the vertical direction. The reagents are in the form of coaxially arranged groups of ring elements, each of which is made of a specific reagent, ring elements are placed concentrically on a support, and in each group they are coaxial and / or tier, and one of the inner ring elements of the group is made of a reagent having an evaporation temperature lower than melt temperature. The reagent container is placed in a housing having end disks covering the container from above and below and which are a heat shield for it, and the lower disk is equipped with radial movement of the reagents into spiral guide vanes. These blades are plates uniformly located and fixed on the peripheral part of the disk, which are, together with the heat shield, a swirler that forms channels for the outflow of reagents in the form of pulsed vortex jets acting on the processed melt as jet propulsion jets. Magnesium was used as a reagent with a minimum evaporation temperature in each group of ring elements.
Данное устройство обеспечивает меньший расход реагентов за счет лучшего их усвоения, однако ему присущи такие недостатки, как недостаточно интенсивное перемешивание и, следовательно, недостаточная однородность распределения реагентов в расплаве. Кроме того, конструкция его предполагает наличие одного набора реагентов определенного состава, что не всегда удобно при его использовании в производственных условиях, когда расплавы разных плавок могут значительно отличаться друг от друга как по качественному составу компонентов, так и по их количественному содержанию. При этом приходится повторно вводить легирующие добавки аналогичного состава либо дополнительно вводить наборы реагентов иного состава. Это снижает производительность обработки расплавов.This device provides a lower consumption of reagents due to their better absorption, however, it has such disadvantages as insufficiently intensive mixing and, therefore, insufficient homogeneity of the distribution of reagents in the melt. In addition, its design involves the presence of one set of reagents of a certain composition, which is not always convenient when used in production conditions, when melts of different melts can significantly differ from each other both in the qualitative composition of the components and their quantitative content. In this case, it is necessary to re-introduce alloying additives of a similar composition or additionally introduce reagent kits of a different composition. This reduces the processing performance of the melts.
Задачей, на решение которой направлены изобретения, является разработка эффективной и универсальной конструкции устройства для ввода реагентов в расплав металла и его перемешивания, обеспечивающей улучшение качества расплава за счет интенсификации перемешивания.The problem to which the invention is directed is the development of an effective and universal design of a device for introducing reagents into the metal melt and mixing it, which ensures the improvement of the quality of the melt due to the intensification of mixing.
Заявленные варианты устройств, созданные для решения поставленной задачи, позволяют достичь технического результата, заключающегося в повышении производительности обработки, улучшении качества расплава за счет большей однородности распределения в нем реагентов и повышении универсальности устройства.The claimed device options, created to solve the problem, allow to achieve a technical result, which consists in increasing the processing productivity, improving the quality of the melt due to the more uniform distribution of reagents in it and increasing the versatility of the device.
Сущность предложенного технического решения состоит в том, что в известном устройстве для ввода реагентов в расплав металла и его перемешивания, рабочее тело которого содержит по меньшей мере один набор реагентов, снабженный реактивным движителем, создающим тангенциально направленные газожидкостные струи расплавленных реагентов, и выполненный в форме контейнера со стенками из металла, являющегося основой расплава, или из металлов, входящих в его состав, загруженного послойно размещенными реагентами с температурой плавления ниже, чем температура расплава, причем рабочее тело, являющееся струйно-вихревым смесителем, концентрично расположено и жестко закреплено на нижнем конце вертикальной опоры, имеющей возможность возвратно-поступательного движения в вертикальном направлении, реагенты имеют форму коаксиально расположенных групп кольцевых элементов, каждый из которых выполнен из определенного реагента у кольцевые элементы размещены концентрично на опоре, причем в каждой группе они расположены коаксиально и/или ярусно, а один из внутренних кольцевых элементов группы выполнен из реагента, имеющего температуру испарения меньшую, чем температура расплава, например из магния, при этом контейнер с реагентами помещен в корпус, имеющий торцевые диски, охватывающие контейнер сверху и снизу и являющиеся для него тепловым экраном, а нижний диск снабжен превращающими радиальное движение реагентов в спиральное направляющими, равномерно расположенными и закрепленными на нем, и являющимися совместно с тепловым экраном завихрителем, формирующим каналы для истечения реагентов в виде импульсных вихревых струй, воздействующих на обрабатываемый расплав как струи реактивного движителя, согласно заявленному изобретению направляющие завихрителя представляют собой проходящие через группы кольцевых элементов от центральной части до периферии термостойкие пластины.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that in the known device for introducing reagents into the molten metal and mixing it, the working fluid of which contains at least one set of reagents, equipped with a jet propulsion device creating tangentially directed gas-liquid jets of molten reagents, and made in the form of a container with walls of metal, which is the basis of the melt, or of metals included in its composition, loaded with layerwise placed reagents with a melting point lower than the melt temperature, and the working fluid, which is a jet-vortex mixer, 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 in the form of coaxially arranged groups of ring elements, each of which is made of a specific reagent the ring elements are placed concentrically on the support, and in each group they are coaxial and / or tiered, and one of the inner ring elements is PP is made of a reagent having an evaporation temperature lower than the melt temperature, for example of magnesium, while the reagent container is placed in a housing having end disks covering the container from above and below and which are a heat shield for it, and the lower disk is equipped with radial motion converting reagents into the spiral guides, evenly spaced and fixed on it, and which together with the heat shield are a swirler that forms channels for reagent outflow in the form of pulsed vortex jets According to the claimed invention, the swirl guides are heat-resistant plates passing through groups of annular elements from the central part to the periphery.
Поставленная задача может быть решена и с помощью второго варианта заявленного устройства, конструкция которого включает все вышеперечисленные признаки первого варианта, общие с признаками известного устройства /прототипа/. Отличие этого варианта от первого /и от прототипа/ состоит в том, что направляющие завихрителя выполнены составными и имеют вид проходящих через группы кольцевых элементов от центральной части до периферии термостойких наружных элементов с внутренним наполнителем, являющимся реагентом, имеющим температуру испарения меньшую, чем температура расплава. Конструкция составной направляющей завихрителя может включать две вертикальные термостойкие пластины, установленные с зазором между собой, заполненным магнием в качестве наполнителя. Кроме того, конструкция составной направляющей завихрителя может иметь вид термостойкой оболочки, заполненной магнием.The problem can be solved with the help of the second variant of the claimed device, the design of which includes all of the above features of the first option, common with the signs of the known device / prototype /. The difference between this option from the first / and from the prototype / is that the swirl guides are made integral and look like passing through groups of ring elements from the central part to the periphery of the heat-resistant external elements with an internal filler, which is a reagent having an evaporation temperature lower than the melt temperature . The design of the composite guide of the swirl may include two vertical heat-resistant plates mounted with a gap between each other, filled with magnesium as a filler. In addition, the design of the composite swirl guide may be in the form of a heat-resistant shell filled with magnesium.
Конструкция предложенного третьего варианта устройства кроме признаков, общих с признаками прототипа, также включает новые признаки, касающиеся направляющих завихрителя, а именно: направляющие завихрителя представляют собой проходящие через группы кольцевых элементов от центральной части до периферии термостойкие пластины или они выполнены составными, имеющими вид проходящих через группы кольцевых элементов от центральной части до периферии термостойких наружных элементов с внутренним наполнителем, являющимся реагентом, имеющим температуру испарения меньшую, чем температура расплава. Отличительным признаком конструкции третьего варианта устройства является и то, что наборы реагентов расположены на опоре ярусами, один над другим, с возможностью замены или исключения любого из них.The design of the proposed third variant of the device, in addition to the features common with the features of the prototype, also includes new features relating to the guides of the swirl, namely: the swirl guides are heat-resistant plates passing through groups of annular elements from the central part to the periphery, or they are made composite having the form of passing through groups of ring elements from the central part to the periphery of heat-resistant external elements with an internal filler, which is a reagent having The temperature of evaporation lower than the melt temperature. A distinctive feature of the design of the third variant of the device is the fact that the sets of reagents are located on the support in tiers, one above the other, with the possibility of replacing or eliminating any of them.
Преимущество предложенных конструкций устройства в сравнении с прототипом состоит в том, что направляющие завихрителя выполняют функцию формирования каналов для вытекания реагентов в виде спирально завихренных течений от начала расплавления первой периферийной группы кольцевых элементов до расплавления последней, центральной группы. В прототипе же эффект образования спиральных струй наблюдается только во время расплавления периферийной группы кольцевых элементов, после чего он значительно ослабевает.The advantage of the proposed device designs in comparison with the prototype is that the swirl guides perform the function of forming channels for the flow of reagents in the form of spiral swirl flows from the beginning of the melting of the first peripheral group of ring elements to the melting of the last, central group. In the prototype, the effect of the formation of spiral jets is observed only during the melting of the peripheral group of ring elements, after which it is significantly weakened.
Выполнение же направляющих завихрителя составными, в виде наружных элементов с внутренним наполнителем, являющимся реагентом с температурой испарения меньшей, чем температура расплава, дает возможность получить дополнительный реактивный движитель, который, в сочетании с основным, существенно усиливает вращение и интенсифицирует перемешивание основного металла и реагентов, повышая однородность расплава.The implementation of the swirl guides is composite, in the form of external elements with an internal filler, which is a reagent with an evaporation temperature lower than the melt temperature, makes it possible to obtain an additional jet propulsion, which, in combination with the main one, significantly enhances the rotation and intensifies the mixing of the base metal and reagents, increasing the uniformity of the melt.
Выполнение рабочего тела в виде многоярусной конструкции повышает универсальность устройства и производительность обработки расплава, поскольку позволяет оперативно изменять качественный и количественный состав реагентов, входящих в рабочее тело.The implementation of the working fluid in the form of a multi-tiered design increases the versatility of the device and the performance of the melt processing, because it allows you to quickly change the qualitative and quantitative composition of the reagents included in the working fluid.
Известных решений, которые характеризуются совокупностью признаков заявленных изобретений, в доступных источниках информации не обнаружено, и сравнительный анализ предложенных устройств с прототипом позволяет сделать выводы о том, что они отличаются от известного наличием новых существенных признаков, то есть об их соответствии критерию "новизна".Known 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 devices with the prototype allows us to conclude that they differ from the known 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 заявляемых изобретений на повышение качества расплава за счет большей однородности распределения реагентов, достигаемой более эффективным перемешиванием расплава с добавками, а также на расширение его функциональных возможностей. 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 set of distinguishing features of the claimed inventions on improving the quality of the melt due to the greater uniformity of the distribution of reagents, achieved by more efficient mixing of the melt with additives, as well as on the expansion of its functional capabilities, was not revealed. This indicates the creative nature of the solutions, that is, their compliance with the criterion of "inventive step".
На приведенных чертежах изображены варианты конструкции заявляемого устройства: на фиг.1 представлен его общий вид в процессе обработки расплава с частичным разрезом осевой вертикальной плоскостью; на фиг.2 показано рабочее тело устройства /I-й вариант/ с частичным сечением горизонтальной осевой плоскостью; на фиг.3 показано рабочее тело устройства /II-й вариант/ с частичным сечением горизонтальной осевой плоскостью; на фиг.4 изображен III-й вариант устройства с частичным разрезом вертикальной плоскостью.The drawings show the design options of the claimed device: figure 1 shows its General view in the process of processing the melt with a partial cut axial vertical plane; figure 2 shows the working fluid of the device / I-th option / with a partial cross section of the horizontal axial plane; figure 3 shows the working fluid of the device / II variant / with a partial cross section of the horizontal axial plane; figure 4 shows the III-th version of the device with a partial section of a vertical plane.
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, которой служит стальная труба 1 с надетыми на нее футеровочными термостойкими втулками 2. Опора установлена с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальном направлении. Рабочее тело, содержащее набор реагентов, выполняет функцию струйно-вихревого смесителя в устройстве, например для раскисления расплава стали, и включает в себя цилиндрический контейнер, горизонтальные стенки 3 которого соединены обечайкой 4 и закреплены на внутренней втулке 5. Все стенки контейнера изготовлены из металла, являющегося основой расплава. Контейнер загружен реагентами в форме коаксиально расположенных групп кольцевых элементов, размещенных концентрично на трубе 1. Каждая группа включает коаксиально расположенные алюминиевое и внутреннее магниевое кольца 6 и 7 соответственно /фиг.1, 2, 3 и 4/. Контейнер с реагентами размещен в корпусе с верхним и нижним наборами торцевых дисков - 8 и 9 соответственно, которые являются для реагентов тепловым экраном. Нижний диск 9 наибольшего диаметра снабжен равномерно расположенными и закрепленными на нем направляющими 10 /см. фиг.2 - I вариант устройства/, превращающими радиальное движение реагентов в спиральное. В качестве направляющих 10 могут служить вертикально установленные проходящие через группы кольцевых элементов стальные пластины, одним концом касательные к внутренней втулке 5, а другим - выходящие на периферию диска. Вместе с наибольшими дисками 8 и 9 направляющие 10 служат завихрителем, формирующим каналы для вытекания реагентов. При необходимости введения в расплав кроме алюминия, магния, и других реагентов, например силикокальция, кольцевые элементы в группе могут быть расположены коаксиально и ярусно, то есть один над другим.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, which is a
Конструкция второго варианта устройства /фиг.3/ включает составные направляющие, расположенные на наибольшем нижнем диске 9 аналогично направляющим в конструкции 1-го варианта. Составные направляющие включают термостойкие наружные элементы 11 с внутренним наполнителем 12, являющимся реагентом, имеющим температуру испарения меньшую, чем температура расплава. Термостойкий наружный элемент 11 завихрителя может иметь вид двух вертикальных стальных пластин, установленных с зазором между собой, заполненным порошком магния в качестве наполнителя. Элемент 11 может также представлять собой стальную оболочку, заполненную порошком магния.The design of the second embodiment of the device (Fig. 3/) includes composite guides located on the largest
Третий вариант устройства /фиг.4/ включает несколько наборов реагентов, в которых направляющие завихрителя могут иметь конструкции, аналогичные конструкциям их в первых двух вариантах. Отличие этого устройства от первых вариантов /и от прототипа/ состоит в том, что наборы реагентов размещены на трубе 1 один над другим и зафиксированы на ней с помощью резьбового соединения верхней и нижней гайками 13, защищенными от воздействия расплава термостойкими кожухами 14. Такое крепление позволяет легко вводить в конструкцию устройства новые наборы реагентов, менять или удалять их.The third version of the device (Fig. 4/) includes several sets of reagents, in which the swirl guides can have structures similar to those in the first two versions. The difference of this device from the first options / and from the prototype / is that the reagent kits are placed on the
В зависимости от необходимого количества вводимых реагентов, а также требований относительно однородности распределения реагентов в расплаве, наборы реагентов одного рабочего тела могут выполняться с различными размерами высоты или наружного диаметра.Depending on the required amount of introduced reagents, as well as the requirements regarding uniform distribution of reagents in the melt, reagent sets of one working fluid can be made with different sizes of height or outer diameter.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
После выпуска расплава из сталеплавильного агрегата в разливной ковш рабочее тело устройства /фиг.1-4/, предназначенное, например, для раскисления стали, погружают в расплав на глубину, большую чем 1/3 глубины ковша и осуществляют возвратно-поступательные движения рабочего тела в вертикальном направлении с амплитудой до 0,25 глубины. При этом кольцевые элементы 6 и 7 алюминия и магния соответственно, расположенные в крайней периферийной группе контейнера, прогреваются расплавом быстрее и начинают плавиться. Этому способствует и то, что тепловой экран 8 и 9 этой группы элементов самый тонкий. В то время как внешний слой 6 алюминия плавится /температура плавления 660°С/, внутренний магниевый слой 7, уже расплавившись /температура плавления 650°С/, начинает кипеть и испаряться. Газообразный магний выталкивает жидкий алюминий в расплав стали. При этом газожидкостная смесь реагентов, проходя между торцевыми дисками 8 и 9 теплового экрана, наталкивается на направляющие 10 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 обработки расплава рабочее тело осуществляет возвратно-поступательные движения, то в массе расплава формируются турбулентно-тороидальные вихри, способствующие его перемешиванию. Процесс ввода реагентов в расплав и его перемешивания продолжается до расплавления последней группы реагентов, после чего опору удаляют из ковша.After the melt is discharged from the steelmaking unit into the casting ladle, the working fluid of the device / Fig. 1-4/, intended, for example, for steel deoxidation, is immersed in the melt to a depth greater than 1/3 of the bucket depth and reciprocating movements of the working fluid in vertical direction with an amplitude of up to 0.25 depth. In this case, the
Предложенное устройство в сравнении с прототипом позволяет повысить качество расплава, его гомогенизацию за счет интенсификации перемешивания расплава по всему объему ковша и дозированного растворения реагентов. Это достигается применением заявленных вариантов устройства. Согласно первому варианту направляющие 10 завихрителя /фиг.2/ проходят через все группы кольцевых элементов и выполняют свою функцию на протяжении всего процесса обработки расплава, а не только на первой его стадии. При этом процесс завихрения расплава происходит интенсивно и не ослабляется со временем, как в прототипе.The proposed device in comparison with the prototype can improve the quality of the melt, its homogenization due to the intensification of mixing of the melt throughout the volume of the bucket and dosed dissolution of the reagents. This is achieved by using the claimed device options. According to the first embodiment, the swirl guides 10 (Fig. 2/) pass through all groups of ring elements and fulfill their function throughout the entire process of processing the melt, and not only at its first stage. In this case, the melt swirl process occurs intensively and does not weaken with time, as in the prototype.
Конструкция устройства, содержащего составленные из элементов 11 и 12 направляющие /фиг.3/ у варианте II, обладая всеми преимуществами первого варианта над прототипом, содержит дополнительный реактивный движитель, которым являются элементы 11 и 12. Струи газообразного магния, выбрасываясь из составных направляющих в расплав, значительно ускоряют его круговое движение, а возвратно-поступательные движения рабочего тела превращают ускоренное круговое движение расплава в турбулентное тороидально-вихровое. Это способствует интенсификации перемешивания.The design of the device containing guides composed of
Применение в рабочем теле нескольких наборов реагентов /фиг.4/, включающих вышеупомянутые конструкции направляющих, повышает универсальность устройства и производительность обработки расплава.The use in the working fluid of several sets of reagents / Fig. 4/, including the aforementioned guide designs, increases the versatility of the device and the productivity of processing the melt.
Кроме того, при применении предложенных изобретений достигается экономическая эффективность путем уменьшения затрат реагентов, главным образом алюминия и огнеупоров. Например, раскисление стали с помощью заявленного устройства предусматривает введение в расплав сначала порции 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, восстановление алюминия, который повторно окисляется кислородом расплава. Усвоение алюминия при этом 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.In addition, when applying the proposed inventions, economic efficiency is achieved by reducing the cost of reagents, mainly aluminum and refractories. For example, deoxidation of steel using the inventive device involves first introducing into the melt a portion of aluminum, which is oxidized, removing oxygen from the melt. The supply of magnesium after aluminum causes the formation of its oxides due to the bound oxygen of aluminum oxides and, thus, the reduction of aluminum, which is re-oxidized by melt oxygen. The absorption of aluminum in this case 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 slag and the atmosphere.
Использование предложенных изобретений 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 2003-2005 гг. может составить около 9 млн тонн в год.Using the proposed inventions will make it possible to save about 0.9 kg of aluminum per ton of smelted steel. According to the Ministry of Industrial Policy of Ukraine, the average volume of steel production using aluminum ingots in 2003-2005. may be about 9 million tons per year.
Применение заявленных устройств может дать годовую экономию 9 000 000 т · 0,9 ≈ 8000 т.The use of the claimed devices can give annual savings of 9,000,000 tons; 0.9 ≈ 8000 tons.
Достигнутая благодаря этим устройствам оптимизация процессов раскисления, модифицирования, рафинирования расплавов сокращает время на усреднение массы металла в ковше по температуре и химическому составу, а это в свою очередь способствует 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, refining of melts, achieved thanks to these devices, reduces the time for averaging the mass of metal in the ladle by temperature and chemical composition, and this, in turn, accelerates the processes of further metal processing in continuous steel 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 предложенных устройств 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 devices is to improve the ecology of 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 успешно прошел испытания на базе профильного научно-исследовательского института.The industrial suitability of this technical solution is confirmed by the manufacture of a prototype device, which has successfully passed tests on the basis of a specialized research institute.
Технология с применением заявленных изобретений не требует сложного оборудования, причем такие устройства могут быть изготовлены и использованы в любом сталеплавильном цехе.The technology using the claimed inventions does not require sophisticated equipment, and such devices can be manufactured and used in any steelmaking workshop.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Патент США №3784177, кл. С21С 7/04, опубл. в 1974 г., т.918, №2.1. US patent No. 3784177, CL.
2. Патент РФ №2152440, кл. С21С 7/06, B22D 3/00, опубл. в бюл. №19 за 2000 г.2. RF patent No. 2152440, cl.
3. А.с. СССР №529227, кл. С21С 7/00. опубл. в бюл. №35 за 1976 г.3. A.S. USSR No. 529227, cl.
4. Патент РФ №2082765, кл. С21С 7/06, опубл. в бюл. №18 за 1997 г.4. RF patent No. 2082765, cl.
5. Патент РФ №2148657, кл. С21С 7/00, опубл. в бюл. №13 за 2000 г.5. RF patent No. 2148657, cl.
6. Патент Украины №53484 А, кл. С21С 7/00, 7/04, 7/06; С22В 9/00, 9/10, опубл. в бюл. №1 за 2003 г. - прототип.6. Patent of Ukraine No. 54484 A, cl.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003111150/02A RU2318877C2 (en) | 2003-04-21 | 2003-04-21 | Apparatus for introducing regents into melt metal and for agitating melt (variants) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003111150/02A RU2318877C2 (en) | 2003-04-21 | 2003-04-21 | Apparatus for introducing regents into melt metal and for agitating melt (variants) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003111150A RU2003111150A (en) | 2004-12-20 |
| RU2318877C2 true RU2318877C2 (en) | 2008-03-10 |
Family
ID=39281155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003111150/02A RU2318877C2 (en) | 2003-04-21 | 2003-04-21 | Apparatus for introducing regents into melt metal and for agitating melt (variants) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2318877C2 (en) |
-
2003
- 2003-04-21 RU RU2003111150/02A patent/RU2318877C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2008270072B2 (en) | Rotary stirring device for treating molten metal | |
| JPH0765126B2 (en) | Molten metal processing apparatus and processing method | |
| EP0030220B1 (en) | Method for adding solids to molten metal | |
| GB2529449A (en) | A device and method for high shear liquid metal treatment | |
| US3703279A (en) | Reactor | |
| US3356489A (en) | Method and apparatus for treating metallic melts | |
| CN211947098U (en) | Comprehensive treatment device for metallurgical dust and steel slag | |
| JP4556804B2 (en) | Molten metal injection tube and injection method | |
| RU2318877C2 (en) | Apparatus for introducing regents into melt metal and for agitating melt (variants) | |
| RU2247157C2 (en) | Method of introduction of reagents into melt, mixing melt of metal and device for realization of this method | |
| JP2010189705A (en) | Apparatus for refining molten steel | |
| US3961775A (en) | Method and apparatus for liquid mixing | |
| GB2492279A (en) | Rotating nozzle assemblies for injecting gas into molten metal | |
| CN104711395B (en) | High-performance spray gun for molten iron injection pretreatment | |
| US3724830A (en) | Molten metal reactor vessel | |
| RU2398891C2 (en) | Procedure for inclusion of reagents into melt, metal melt mixing and facility for implementation of this procedure | |
| UA63423A (en) | An apparatus for introduction of reactants into the metal melt and mixing thereof (variants) | |
| CN205687963U (en) | RH vacuum tank flow-guiding type mass-impregnation pipe and equipment for vacuum refining thereof | |
| KR101403583B1 (en) | Impeller and method for treating molten iron using the same | |
| RU2370547C2 (en) | Movable module for complex treatment of metal in ladle | |
| RU2247156C2 (en) | Method of treatment of metal melt in ladle and device for realization of this method | |
| UA68011A (en) | A method for the incorporation of reagents into melt and mixing the metal melt, and an apparatus for realizing the same | |
| RU2092592C1 (en) | Gear for continuous refining of metal | |
| JP2005254245A (en) | Pouring tube for tundish | |
| RU2016911C1 (en) | Method and apparatus for preparation of aluminum alloys |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120422 |