SU1765195A1 - Агрегат дл внепечной обработки металла - Google Patents

Abstract

Использование: комбинированна  зне- печна  обработка жидкого металла. Сущность изобретени : устройство содержит емкость, герметичную камеру с вакуумной системой, втулку, установленную в днище емкости и введенную верхним концом в вакуумную камеру, а нижним - в герметично подсоединенный к днищу емкости шлаковик . Дополнительно в нижних торцах вакуумной камеры выполнены каналы дл  подвода газа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано дл  комбинированной внепечной обработки жидкого металла - подогрева, рафинировани , вакуумировани , легировани  и др.

Известно устройство дл  рафинировани  металла, в котором предусмотрена футерованна  втулка (шлакова  летка), введенна  в емкость через ее днище выше отверсти  дл  выпуска металла и расположенна  вертикально соосно с емкостью, при этом емкость снабжена механизмом вращени  вокруг вертикальной оси.

Однако это устройство исключает возможность обработки металла шлаком в услови х вакуума, а необходимость вращени  емкости существенно усложн ет конструкцию этого устройства, услови  его эксплуатации .

Известно устройство дл  рафинировани  металла, содержащее плавильную емкость , выполненную в виде замкнутой кольцевой камеры, и вакуум-камеру, размещенную на своде кольцевой камеры, при этом стенки вакуум-камеры введены в полость кольцевой камеры ниже уровн  шлака , а свод вакуум-камеры снабжен

заливочным отверстием и пульверизирующим узлом.

Это устройство позвол ет осуществить комбинированную внепечную обработку металла с использованием шлака и вакуума, однако обладает существенными недостатками:

1.Сложна  конструкци , включающа  подвижные элементы (шиберна  задвижка, подвеска) и охлаждаемые поверхности, контактирующие с расплавом.

2.Низка  производительность, ограниченна  производительностью пульверизирующего узла и узла регенерации шлака.

3.Больша  глубина шлаковой ванны (высота рабочего пространства) обусловленна  использованием шлакового расплава дл  герметизации вакуум-камеры по принципу гидравлического затвора в услови х воздействи  на этот расплав атмосферного давлени  (кольцева  камера сообщена с атмосферой ).

4.Недостаточно высока  степень рафинировани  металла, обусловленна  длительным контактом металла со шлаком в услови х повышенного давлени  после обработки металла в вакуум-камере.

(Л

5. Посто нное наличие большого количества шлака на поверхности металла в устройстве исключает возможность эффективного осуществлени  в этом устройстве р да технологических операций (раскисление, легирование и др.).

Цель изобретени  - устранить отмеченные недостатки известных устройств и таким образом упростить конструкцию агрегата, расширить его технологические возможности, повысить производительность осуществл емых в нем процессов, усвоение вводимых в металл реагентов и степень рафинировани  металла.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в отличие от известного устройства, включающего открытую (сообщенную с атмосферой ) емкость и введенную в нее сверху ниже уровн  расплава в этой емкости открытую снизу герметичную камеру с вакуумной си- стемой, а также шлаковую летку, введенную в емкость через ее днище и расположенную соосно с ней, в предлагаемом агрегате шлакова  летка введена через полость емкости в полость герметичной камеры, а другим концом - в шлаковик, герметично подсоеди- ненный к днищу емкости снизу, при этом на нижнем горизонтально расположенном торце герметичной камеры имеютс  каналы , направленные тангенциально к внутренней поверхности камеры, а открыта  емкость выполнена с возможностью ее герметизации и подсоединена к вакуумной системе .

Предлагаемый агрегат схематично изображен на чертеже, где показан его про- дольный разрез.

В открытую емкость 1 введена камера 2 так, что между нижним торцом камеры и поверхностью пода емкости (днища агрегата ) имеетс  минимальный зазор 3, но доста- .точный дл  перемещени  расплава с заданным максимальным расходом между сообщающимис  через этот зазор емкостью и камерой. Камера 2 сообщена с вакуумной системой и герметично соединена с емко- стью 1. На нижнем горизонтально расположенном торце камеры имеютс  каналы 4, герметизируемые в процессе работы агрегата металлом снизу. Эти каналы направле- ны тангенциально и внутренней поверхности камеры, что позвол ет использовать кинетическую энергию проход щего по ним газа и расплава дл  сообщени  расплаву в камере 2 вращательного движени  в горизонтальной плоскости. Возможен ва- риант, когда каналы 4 отсутствуют, а вращение расплаву сообщают при помощи электромагнитного пол , но это усложнит конструкцию агрегата, повысит расход, а

газ и расплав из емкости в камеру будет поступать неупор доченно. Шлакова  лента 5 установлена в днище агрегата вертикально , при этом ось шлаковой летки совпадает с продольной осью камеры 2. Верхний торец летки расположен на уровне, соответствующем максимальной глубине ванны агрегата. Дл  лучшей организации струи шлака в полости летки у ее верхнего торца могут быть установлены желоба 6 (в этом случае глубина ванны агрегата определ етс  уровнем порога желоба). Газонепроницаемый шлаковик 7 герметично подсоединен к днищу агрегата снизу при помощи разъемного соединени  и сообщен с камерой 2 через шлаковую летку. Возможен вариант, когда в шлаковике устанавливают шлаковую чашу 8, дл  замены которой предусмат- ривают в стенке шлаковика проем, герметично закрываемый крышкой (не показано ). Дл  продувки металла газом в емкости 1 имеютс  газопроницаемые вставки 9. Возможен вариант, когда газопроницаемые вставки устанавливают и дл  подачи газа в камеру 2. Теплова  работа агрегата обеспечиваетс  электродами 10 и/или плазмотронами 11 (возможно использование и других источников тепла).

Зазоры между нагревательными устройствами и стенкой, через которую они проход т, герметично уплотнены. Слив металла из агрегата осуществл ют через перекрываемое выпускное отверстие 12. Дл  ввода сыпучих реагентов в емкость 1 имеютс  бункера 13, оборудованные вакуумными затворами и устройствами дл  дозированной подачи реагентов. Дл  заливки металла и (Синтетического шлака в агрегат предназначен закрытый желоб 14. Емкость 1 содержит проем 15, сообщенный с системой газоочистки агрегата или с вакуумной системой (с той же, что и камера 2, или другой). Дл  расширени  технологических возможностей агрегата плазмотроны 11, желоб 14, проем 15 и пр. снабжены запорными устройствами , при помощи которых открыта  емкость 1 может быть надежно герметизирована . Агрегат установлен стационарно, его поперечные размеры (поперечные размеры элементов его конструкции) практически ничем не ограничены и выбираютс  из услови  решаемой технологической задачи, но в любом случае стрем тс  к тому, чтобы основна  масса обрабатываемого металла (за исключением тонкого сло , определ емого величиной зазора 3) вмещалась в камеру 2 без перелива в шлаковую летку 5, при этом максимальна  глубина ванны и площадь этой камеры может выбиратьс  в широких пределах. Масса садки может быть не

только как угодно большой, но и, учитыва  высокую тепловую мощность агрегата и незначительные потери тепла через стенки камеры 2, значительно меньше, чем это возможно дл  известных вакууматоров (естественно , при соответствующих размерах агрегата). Объем шлаковика 7 выбирают минимальным , но достаточным дл  приема максимального количества шлака, используемого дл  обработки по меньшей мере одной плавки (или образующегос  в результате обработки металла максимальным количеством реагентов). Высоту камеры 2 выбирают минимальной, но достаточной дл  обеспечени  устойчивой работы нагревательных устройств, а также продувочных фурм, которые могут быть установлены в своде камеры дл  продувки ванны кислородом (сверху). Размеры емкости 1 выбираютс  из услови  эффективной работы нагревательных устройств, возможности максимального ввода реагентов из бункеров 13 при их максимальном усвоении, а также из услови  обеспечени  эффективности массообмена при периодических перемещени х части металла из камеры в емкость и обратно. Возможен вариант, когда емкость и камера соединены между собой герметично с возможностью вертикального перемещени  камеры 2 (например , при помощи телескопического соединени ). Это позвол ет, не измен   давлени  газа в камере или (и) в емкости, перемещать металл из камеры в емкость и обратно, измен ть глубину металлической ванны.

Такое техническое решение существенно усложн ет конструкцию агрегата, но обеспечивает возможность регулировать толщину сло  шлака на поверхности металла , обрабатывать металл в услови х, когда, например, он вспениваетс  в процессе ва- куумировани  или (и) продувки газом, исключить при этом уход металла в шлаковую летку.

Использование дл  гидравлического затвора герметичной камеры 2 более т желого , чем шлак, расплавленного металла позвол ет существенно уменьшить высоту рабочего пространства агрегата, а герметизаци  шлаковой летки снизу при помощи шлаковика - исключить воздействие на сливаемый из агрегата шлак давлени  атмосферы и за счет этого не только обеспечить максимально благопри тные услови  дл  беспреп тственного и полного удалени  шлака с поверхности металла в герметичной камере, но и существенно уменьшить высоту этой летки (в сравнении с высотой летки,

герметизируемой удал емым из агрегата шлаком).

Работа агрегата с расгерметизирован- ной емкостью 1.

При закрытом выпускном отверстии 12

и нагретой до заданной температуры футеровке агрегата по желобу 14 заливают в емкость 1, сообщенную с атмосферой через проем 15, установленную массу металла. Металл из емкости 1 через зазор 3 поступает в камеру 2. В процессе заливки давление газа в сообщающихс  сосудах одинаковое (атмосферное), поэтому металл в этих сосудах находитс  на одном уровне. Ввод т в работу вакуумную систему и создают разрежение в камере 2, при этом уровень металла в камере начнет повышатьс  над уровнем металла в емкости 1. Этот процесс будет продолжатьс  до тех пор, пока уровень металла в емкости 1 не достигнет каналов 4,

после чего по этим каналам начнет поступать газ, а уровень металла в обоих сосудах стабилизируетс , при этом дальнейшее повышение производительности вакуум-насоса будет компенсироватьс  увеличением

расхода газа из емкости в камеру. При максимальном разрежении газа разность уровней приближаетс  к величине ,

/мет

что, например, дл  жидкой стали, дл  которой умет 7 г/см3, равно 142,8 см. Поэтому в каждом конкретном случае глубина ввода шлаковой летки 5 в полость камеры 2 (уровень порога желоба 6) должна несколько превышать барометрическую разность

уровней металла при максимальном рабочем разрежении в камере 2, что исключает потери металла через шлаковую летку 5. Организаци  процесса обработки металла дол- жнапредусматриватьзапас

производительности вакуумной системы дл  обеспечени  не только заданного рабочего разрежени  в камере 2, но и подачи газа из емкости 1 в камеру с установленным расходом. Дл  предотвращени  поступлени  воздуха в емкость 1 в нее через плазмотроны 11 подают плазмообразующий газ (азот, аргон или др.) или (и) при необходимости непрерывно с установленным расходом подают инертный газ через газопроницаемые вставки 9. Одновременно с плазмооб- разующим газом возможна подача в емкость 1 пылевидных реагентов.

Газ (пылеобразные реагенты в потоке газа), проход  по каналам 4 из емкости в

камеру, взаимодействует с металлом в услови х газожидкостного трени , что, как известно , способствует повышению эффективности обменных процессов, при

этом кинетическа  энерги  газа используетс  дл  сообщени  расплаву вращательного движени  в горизонтальной плоскости. В результате этого вращени  металл сепарируетс  от неметаллических включений и шлака, которые, как более легкие, оттесн ютс  в осевую часть камеры 2, а затем, когда уровень шлака превысит уровень порога желоба 6, он начнет самотеком поступать через шлаковую летку 5 в шлаковик 7 (шлаковую чашу 8). Дл  интенсификации нагрева металла ввод т в работу электроды 10, Посто нство уровн  расплава в камере способствует устойчивой работе этих электродов. Дл  осуществлени  процесса рафинировани  металла шлаком по желобу 14 заливают в емкость 1 установленное количество перегретого синтетического шлака . При этом шлак, как и газ, проход  по каналам 4, активно взаимодействует с металлом . В рассматриваемых услови х представл етс  возможным воздействовать на металл практически как угодно большим количеством шлака без увеличени  толщины сло  шлака на поверхности металла в камере 2, что позвол ет эффективно совмещать операции рафинировани  металла шлаком, его дегазации и нагрева, При достижении металлом заданных параметров рафинировани  и температуры из бункера 13 в емкость 1 ввод т нужное количество раскислений и легирующих добавок. Высока  температура в рабочем пространстве емкости 1, а также интенсивное перемешивание металла газом, поступающим через газопроницаемые вставки 9 (и в каналах 4), отсутствие шлака в этой емкости способствуют быстрому усвоению этих добавок, а вращение металлической ванны в камере 2 и продувка ее газом - быстрому усреднению химсостава и температуры металла в объе- .ме ванны. Когда параметры обрабатываемого металла достигнут заданных, перевод т системы агрегата на холостой ход, открывают отверстие 12 и плавку выпускают. Затем, если позвол ет свободный объем шлаковика (шлаковой чаши), операции повтор ют. В противном случае сначала производ т замену шлаковика (шлаковой чаши).

Недостатки работы агрегата по этому варианту: повышенный расход инертного газа; возможна  утечка неочищенного дыма (и реагентов) в окружающую среду; потери металла в случае его вспенивани  в процессе вакуумировани  или (и) интенсивной продувки газом.

Работа агрегата с загерметизированной емкостью 1.

Герметизаци  емкости 1 позвол ет не только исключить нерегулируемые выбросы дыма из агрегата или поступление в него атмосферного воздуха, но и без включени  5 вакуумной системы переместить металл (и шлак) из емкости в камеру путем подачи в емкость газа под давлением, большим, чем давление столба расплава в камере 2 над каналами 4, и также без участи  вакуум-насо0 са продувать металл в камере газом практически с каким угодно расходом (подава  этот газ с необходимым расходом в емкость 1).

Повышенное давление в емкости способствует усвоению реагентов (например,

5 азота, который используют в качестве плаз- мообразующего газа). Кроме того, при отключенной подаче газа через газопроницаемые вставки 9 и плазмотроны 11 (когда продувка металла газом не жела0 тельна) представл етс  возможным в услови х максимального рабочего разрежени  в камере 2 интенсифицировать процесс тепломассообмена путем периодического перемещени  части металла из камеры в

5 емкость и обратно, периодически подключа  емкость к вакуумной системе через проем 15.

При необходимости понизить уровень металла в камере 2 (например, при вспени0 вании металла) этим же приемом снимают давление газа в емкости до давлени  газа в камере (т.е. снижают толщину сло  вакууми- рованного металла) и поддерживают это равенство в течение необходимого времени.

5 Если же камера 2 соединена с емкостью 1 герметично с возможностью вертикального перемещени , то дл  быстрого выравнивани  уровней металла в сообщающихс  сосудах достаточно подн ть камеру 2 так,

0 чтобы верхний срез каналов 4 (а при их отсутствии - нижний торец камеры 2) оказалс  выше уровн  расплава в этой камере. Кроме того, вертикальное перемещение камеры относительно емкости позвол ет не только

5 оперативно измен ть глубину металлической ванны без изменени  давлени  газа в камере или емкости, но и регулировать толщину сло  шлака на поверхности металла в камере в процессе рафинировани  его шла0 ком и обеспечить полное удаление шлака из камеры по окончани этого процесса.

Все это расшир ет возможности комбинированных воздействий на обрабатываемый металл, позвол ет повысить

5 производительность и эффективность вне- печной обработки, улучшить качество металла .

Предлагаемый агрегат может быть использован дл  обработки черных и цветных металлов, а также сплавов.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Агрегат дл  внепечной обрабЪтки металла , содержащий емкость, днище с выпускным отверстием, вакуумную камеру, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  конструкции агрегата, расширени  его технологических возможностей и улучшени  качества металла, он снабжен

   втулкой, установленной в днище емкости, причем верхний торец втулки введен в вакуумную камеру, а нижний - в шлаковик.
2. 2. Агрегат по п. 1,отличающийс  тем, что в нижних торцах вакуумной камеры выполнены каналы дл  подвода газа, направленные тангенциально к внутренней поверхности камеры.

   7 7J I 3 4

   7 V