SU1224527A1 - Устройство дл удалени полутвердого и сыпучего шлака из металлургической емкости - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к металлургии , в частности к устройствам дл  удалени  шлака с поверхности расплавленного металла, и может быть использовано дл  удалени  полутвердого и сыпучего шпака из печей и миксеров п-ри плавке цветных металлов

Целью изобретени   вл ютс  снижение потерь металла со шлаком, а также обеспечение - возможности удалени  шлака из закрытых областей поверхности расплава.

На фиг. 1 представлен ковш, попе- речньй разрез} на фиг. 2 - то же, вид CBepxyi на фиг. 3 - предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 4 - шток (а - пp мoJшнeЙный, б - изогну- тьй) .

Ковш 1 состоит из двух плоских граней 2 и вертикальной торцовой стенки 3. В центральной части и на гран х ковша выполнено несколько параллельных р дов отверстий 4, центры которых смещены на 0,5 шага в каждом р ду относительно предыдущего. Ковш

Iможет быть выполнен с цилиндрическим днищем 5, сопр гаемым с гран ми ковша.

Дл  съема шлака вручную из малых агрегатов (печи ИЛО-600, ИПК-1,2) ковш может быть соединен со штоком 6, который крепитс , например, сваркой к нижней поверхности ковша вдол оси с противоположной стороны от торцовой стенки ковша.

Дл  удалени  шлаков из крупных металлургических агрегатов ковш может быть соединен при помощи шарниров 7 с механизмом 8 поворота, наход щимс  на нижнем торце вертикальной штанги 9, снабженной механизмами вертикального 10 и горизонтального

IIперемещени .

I

Дл  удалени  шлака из закрытых областей ковш 1 может быть соединен с механизмом 8 поворота при помощи штока 6. Вертикальна  штанга 9 с механизмами вертикального 10 и горизонтального 11 перемещений служит дл  установки ковша над поверхностью ванны, подлежащей очистке от шлака. Шток 6 с механизмом поворота предназначен дл  наклона ковша при сборе шпака и освобождени  его от шпака вне агрегата. Кроме того, эти механизмы позвол ют йриводить ковш в положение сбора шлака из закрьггых ем- костей ванны поворотом его на .

0

5

Это позвол ет обратить вертикальную стенку ковша 3 к расплаву и использовать ее как скребок дл  очистки малодоступных частей ванны.

Механизм 11 горизонтального перемещени  позвол ет транспортировать устройство в двух взаимно перпендикул рных направлени х - параллельно и перпендикул рно основной (продольной ) оси печи.

Механизм 8 поворота устройства позвол ет вращать шток с ковшом относительно оси штока и вертикальной оси (вокруг вертикальной штанги 9 5 устройства) и вертикальной ппоскос- ти относительна оси, пересекающей ось штанги и расположенной перпендикул рно оси штока.

Перечень операций при съеме шлака из печи типа ИЛК-6.

Исходное положение устройства - ковш расположен вне печи.

При помощи механизма горизонтального перемещени  шток с ковшом вводитс  в печь.

При помощи механизма поворота шток с ковшом переводитс  в крайнее левое (правое) положение.

При помопщ механизма поворота вращением штока в вертикальной плоскости ковш опускаетс  к зеркалу расплава и вращением штока вокруг своей оси принимает положение дл  сбора шлака с поверхности ванны. В то же врем  дл  уменьшени  угла поворота штока устройство при помощи механизма горизонтального перемещени  может транспортироватьс  в левое положение о

При помощи механизмов поворота и горизонтального перемещени  ковш перемещаетс  вдоль поверхности расплава (осуществл   сбор шлака) в крайнее правое положение, а затем при помощи механизма поворота ковш со шлаком вращением штока вокруг своей оси возвращаетс  в транспортное положение , приподнимаетс  при помощи вращени  штока в вертикальной плоскости

0 над расплавом и вращением щтока с ковшом в горизонтальной плоскости совместно с перемещением устройства при помощи механизма горизонтального перемещени  устанавливаетс  в цент$ ральное положение вдоль продольной оси печи.

При помощи механизма горизонтального перемещени  шток с ковшом перед0

5

5

вигаетс  вдоль оси и выводитс  из печи.

При помощи механизмов поворота и горизонтального и вертикального перемещени  ковш со шлаком транспортируетс  к емкости Дл  сбора шлака и поворотом штока вокруг своей оси ковш освобождаетс  от шлака.

При помощи механизмов горизонтального и вертикального перемещений и механизма поворота ковш устанавливаетс  в исходное положение. Далее процесс повтор етс .

На рис. 4 представлены два возможных способа изготовлени  штока - пр молинейным (а) и изогнутым (б). Дл  очистки печей с высоким уровнем металла можно использовать пр молинейный шток, дл  печей с низким уровнем металла целесообразно исполь зовать изогнутьй шток.

Перечень операций при съеме шлака из открытых металлургических емкостей .

Исходное положение - устройство вне металлургической емкости.

При помощи механизмов горизонтального и вертикального перемещени  устройство устанавливаетс  над поверхностью металлической емкости.

При помощи механизмов вертикального перемещени  и поворота посредством шарниров ковш устанавливаетс  в наклонное положение дл  сбора шлака с поверхности ванны.

При помощи механизмов вертикального и горизонтального перемещени  и механизма поворота посредством шарниров ковш передвигаетс  вдоль расплава и наполн етс  шлаком.

При помощи механизма вертикального перемещени  ковш приподнимаетс  над расплавом.

При помощи механизмов горизонтального и вертикального перемещени  ковш со шлаком транспортируетс  к емкости дп  сбора шлака и при помощи механизма поворота посредством шарниров ков наклон етс  и опорожн етс . Далее устройство возвращаетс  в исходное положение, и процесс повтор емс .

Устройство работает следующим образом.

При движении ковша параллельно по верхности расплава одна из его гра- 55 ней, располага сь в области границы раздела шлак - металл, захватывает шлак, который накапливаетс  в ковше.

10

15

20

25

зо

., , д

224527

Часть металла

35

40

55

, попавша  в ковш вместе со шлаком, удал етс  в это врем  через отверсти  граней ковша.

После наполнени  ковша шлаком его поворачивают в транспортное положение поворотом штока или системой рычагов и приподнимают над расплавом. Капли расплава, наход щиес  в шлаке, прони- зьюа  толщу шлака, достигают поверхности граней ковша и по ним самотеком двигаютс  к отверсти м и удал ютс  из ковша в ванну. После освобождени  пшака от избыточного количества металла ковш при помощи механизмов горизон-- тального,вертикального перемещени  и поворота штока перенос т в место сбора шлака и освобождают его там от шлака.

При использовании устройства дл  очистки малодоступных частей ванны ковш переворачивают на 180° при помощи механизма поворота и опускают его на поверхность расплава. Перемеща  ковш в горизонтальном направлении , осуществл ют сбор и подт гивание шлака к месту его удалени .

Предложенна  конструкци  имеет следующие преимущества.

Плоска  конфигураци  граней ковша позвол ет производить сбор шлака с поверхности расплава с минимальным заглублением ковша в расплав,, и предотвращает его избыточное обогащение металлом и тем самым снижает потери металла со ишаком.

Наличие отверстий в гран х ковша обеспечивает разделение шлака и металла в процессе сбора пшака с поверхности расплава, а также освобождение шлака от капель металла после наполнени  ковша шлаком, что позвол ет снизить содержание металла в шлаке и тем самым снизить потери металла при плавке.

Расположение сливных отверстий в ковше в определенной закономерности обеспечивает освобождение одновременно всего объема шлака в ковше от капель металла независимо от толщины шлакового сло  в различных сечени х ковша, что позвол ет снизить потери металла в шлаке.

Возможность изменени  угла наклона граней ковша позвол ет,регулиро-- вать толщину шлака в ковше с целью полного его освобождени  от капель металла при сохранении ими жидкоте- кучести и, таким образом, уменьшить потери металла в шлаке.

Наличие в ковше вертикальной торцовой стенки в сочетании со штоком позвол ет использовать ковш в качестве скребка дл  подт гивани  пшака из закрытых полостей агрегата в область его сбора и удалени  (например, в миксерах, снабженных закрытой разливочной коробкой, в печах и миксерах барабанного типа, в дуговых пе- чах при закрытом своде и т.д.). Это позвол ет использовать данное устройство частично взамен устройств типа скребок, но при этом сохранить все преимущества ковша с отверсти ми дл  стока металла и тем самым снизить потери металла в шлаке.

Температура шлаков медного и мед- но-никелевого производства колеблетс  в пределах 1100-1350°С. Поэтому ковш дл  съема шлака выполн ют из жаропрочного сплава (например, нержавеющей стали). Однако при съеме шлаков медного производства стойкость такого ковша мала, так как он быст- ро прогреваетс  и легко раствор етс  в расплаве.

Ковш, выполненный из углеродистой стали, показал в этих услови х более высокую стойкость (в 2-3 раза) и обеспечил более полное обеднение шлака от металла. Это св зано с тем, что применение такого ковща дл  съема шлака хромовой бронзы из миксе ра, содержащего в качестве покрыти  сажу, приводит к науглероживанию поверхности ковша (цементации), кото- рьм в этом случае прочно покрываетс  тонким слоем сажи. Этот слой

служит хорошим теплоизол тором и, кроме того, не смачиваетс  медными расплавами. Така  обработка поверхности ковша способствует медленному ее прогреву, предотвращает взаимо- действие ковша с расплавом и ускор ет движение капель по несмачивающейс  поверхности, ковша. Поэтому ковши дл  съема шлаков медного производства целесообразно изготовл ть из уг- леродистой стали с последующей цементацией поверхности граней, котора  может быть осуществлена в слое гор щей сажи при 800-1000 С в течение 5-6 ч.

Пределы изменени  параметров ковша определены из следующих соображений .

s

0 5

о

0

,

5

Изменение угла наклона граней ковша 60-160° определено следующим образом. Минимальное значение угла 60 выбрано из услови  достижени  минимального эффективного значени  проекции сливных отверстий на горизонтальную плоскость. Экспериментально установлено, что полутвердые шпаки хромовой бронзы и рассьтчатые шлаки латуней и алюминиевых бронз удерживаютс  в ковше при диаметре отверстий 0,01-0,02 м. При значени х меньше 0,01 м отверсти  забиваютс  шлаком , при значени х более 0,02 м шлак частично проникает через отверсти . При наклоне граней ковша 60 отверсти  диаметром 0,02 м дают живое эффективное сечение 0,01 м, ниже которого по вл етс  опасность их закупорки шлаком.

При значении угла меньше 60° слив металла из отверстий незначителен и резко увеличиваютс  потери металла в шхаке.При значени х угла больше 160 скорость движени  капель металла по поверхности граней ковша к отверсти м мала, поэтому часть металла тер ет жидкотекучесть, остаетс  на поверхности граней и удал етс  вместе со шлаком.

Выполнение отверстий на гран х ковша со смещением их .центров на 0,5 шага прин то из услови  более равномерного их расположени  и минимального среднего пути движени  капель металла по поверхности граней ковша. Это позвол ет обеспечить минимальное врем  обеднени  шлака, сохран ет его жидкотекучесть и тем самым снижает потери металла в шлаке.

Выполнение отверстий параллельными р дами с закономерным возрастающим рассто нием между их ос ми выбрано из услови  одновременности удалени  жидкого металла из всех объемов шлака, наход щегос  в област х между двум  ближайшими р дами отверстий . Это oбёcпeчивaeтq  рабенст- вом рассто ни  движени  капель расплава в казвдом объеме, которое состоит из суммы высоты zunaKOBoro сло  и рассто ни  между р дами отверстий на гран х ковша, ограничивающих этот объем шлакао Из услови  равенства пути дйижени  капель металла в шлаке на гран х ковша в каждом объеме , ограниченном р дами отверстий, имеем

bb + b a ее + e .b , (см. фиг. 1) или

У L - у - у.;.

-ОС et

sin j tg sin

упроща , имеем У,

1 - eosl ; подставл   У4 и y

tj

у X, eos(90 --r) x sin-2 y x cos(90 --) . x,jSin-,

имеем

X4

i 1 - cos

Далее, приравнива  се + c b dd + de

или

L - y« - У2 . 7

tgf

sin

2 2 .

L - Ух - Уд - у, У i

tgf

проща , имеем

Х2

OL.

sin-Y

(2)

3 ч06

1 - COS -

Подставл   (1) в (2), получаем

Х2(3)

3

(1 - cos)

в общей форме

XI

9i.

(4)

(1 - cos р

При малых значени х угла ai между гран ми ковша (60-100 ) высота сло  шлака в центральном объеме ковша максимальна. Это приводит к увеличе-t нию длительности процесса удалени 

из шлака капель расплава и по вл етс  опасность неполного их удалени  вследствие потери металлом жидкоте- , кучести и, таким образом, приводит У к увеличению потерь металла в пшаке. В этом случае дл  снижени  высоты пшакового сло  в ковше его грани м6гут быть сопр жены между собой цилиндрической поверхнос -ью с осью, расположенной на верхней плоскости ковша. Такое расположение оси позвол ет иметь минимальную толщину сло  при минимальном угле между гран ми

ковша, что позвол ет корректировать общую и среднюю толщину сло  шлака в ковше и управл ть процессом обеднени  шпака в зависимости от его свойств.

Рассто ние между ос ми р дов отверстий в этом случае определ етс  из следующих соображений (см. фиг. 1). Из треугольников dd e и dd k имеем

oi cos -r-

Н sin у

и Н

R .

(1)

sin тг

30

Подставл   эти значени  в формулу (3), имеем

х

c-r

(5)

где R - радиус вписанного цилиндра;

L - рассто ние от центра ковша

до его кра .

Изготовление ковша начинают с выбора его объема и габаритов. Они за- вис т от удельного веса шлака, мощности привода, величины поверхности ванны.агрегата и т.д. Задавшись углом наклона граней, шириной и длиной желоба , определ ют величину развернутой поверхности желоба. На металлическом листе (желательно 8 4-6 мм) . провод т разметку отвер гий. Дл  этого в первую очередь задаютс  диаметром отверстий и рассто нием х (между центральной осью и осью первого

р да отверстий). Диаметр отверстий зависит от физических свойств шлака и дл  шпаков хромовой бронзы, латуни и алюминиевых бронз может быть равен 0,01-0,02 м. Рассто ние между центральной осью и осью первого р да отверстий должно быть не менее 1,5 диаметра отверстий. Это условие обеспе- . чивает жесткость плоскости и отсутст

вне пересечени  окружности этих отверстий .

По формулам (4) или (5) рассчитывают рассто ние между последующими р дами отверстий. Задавшись рассто нием между отверсти ми в р ду, производ т разметку их центров со смещением осей в каждом р ду на 0,5 шага . Рассто ние между ос ми отверстий зависит от свойств шпака, механической прочности листа, объема емкости, заданного времени операции удалени  шлака и т.д. В емкости, предназначенной дл  съема шлака хромовой бронзы и сыпучих шпаков латуней и алюминие- вых бронз, рассто ние между отверсти ми в р ду может быть равно 1,5-2,5 диаметра этих отверстий. Это обеспечивает достаточную жесткость ковша и удовлетворительные параметры обеднени  шлаков при минимальном времени проведени  операции съема шлака.

После выполнени  отверстий лист сгибают по центральной оси до достижени  заданного угла об между его гран ми и закрепл ют на одном торце желоба (например, сваркой) торцовую стенку. К противоположному торцу желоба к его днищу прикрепл ют (например , сваркой) шток, которьй соедин етс  с механизмом поворота или может служить в качестве рычага при ручном съеме шлака в малых печах.

Испытание предлагаемого устройства было осуществлено в промьшшенных

услови х при выгшавке хромовых бронз

10

22452710

в агрегатах ДСПА без использовани  флюса и с флюсом Криофат-1, а также при плавке алюминиевой бронзы БрАЖН-10-4-4 в печах ИЛК-1,2.

Размеры ковша: ширина 0,3 м, длина 0,25 м. Диаметр отверстий 0,02 м, рассто ние между отверсти ми в р ду 0,05 м, рассто ние между центральной осью и осью первого р да отверстий (Xj) 0,035 м, а между первым и вторым р дами отверстий 0,047 м. Угол между гран ми ковша 150 . Ковш выполнен из углеродистой стали (Ст.З) с последующей цементацией поверхности в гор щей саже при 800-1000°С в течение 5ч.

Результаты сравнительных испытаний предлагаемого и известных устройств дл  удалени  полутвердых шпаков медно-хромового производства и сьтучих ошаков алюминиевых бронз приведены в таблице.

Анализ этих данных показывает, что использование предлагаемого устройства позвол ет снизить потери ме- ,талла при плавке хромовых бронз в агрегатах ДСПА до 6,8% за счет обеднени  шлака до 62%, а использовании дополнительно флюсов - до 3,5% за счет обеднени  шлака до 44% и сократить длительность операции съема шлака до 11-12 мин. При использовании предлагаемого устройства дл  удалени  шлаков алюминиевых бронз потери металла в шпаке незначительны - 1,7%, а обеднение шлака 48%.

20

25

30

35

1,7 z. 2,2

48 62 59

8 It 10

О

-еФиг ,1

Ф

т Ф

-е

г-,3

Редактор Л.Веселовска 

Составитель В.Трегубенко

Техред Н.Бонкало Корректор С.Черни

Заказ 1909/34

Тираж 561Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

.Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ПОЛУТВЕРДОГО И СЫПУЧЕГО ШЛАКА ИЗ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ, включающее механизм поворота и ковш, отличающееся тем, что, с целью снижения потерь металла со шлаком, ковш выполнен из цементированной углеродистой стали в форме желоба с отверстиями и вертикальной торцовой стенкой, при этом грани ковша установлены под углом 60-160 и на их поверхности выполнены отверстия параллельными оси ковша рядами со смещенными центрами в каждом ряду относительно предыдущего на 0,5 шага и расстоянием между рядами, определяемым соотношением ^Х1 ^х( (1 - cos —)

- расстояние между осью предыдущего ряда отверстий (ί) до оси последующего ряда (i + 1);

I - заданное расстояние от оси первого центрального ряда отверстий до второго ряда;

- угол между гранями ковша. Устройство по п. 1, о т л и - тем,

Λ

2. Устройство по π. 1, чающееся тем, что грани ковша сопряжены между собой цилиндрической поверхностью с осью, расположенной на верхней плоскости ковша, а расстоя· ние между осями рядов отверстий определяется соотношением ^xi

..... ; ,

JRJ» “ I?

- радиус вписанного

- расстояние от оси его края .

Устройство по пп. 1 а ю щ е е с я тем, (1 цилиндра; ковша до и 2, от· что, с обеспечения возможности удале· лич целью ния шлака из закрытых областей поверхности расплава, ковш соединен с механизмом поворота посредством штока № N3 сл ю

М’ >