SU964008A1

SU964008A1 - Apparatus for continuously treating molten metal flow

Info

Publication number: SU964008A1
Application number: SU803007841A
Authority: SU
Inventors: Владимир Сергеевич Шумихин; Юрий Трофимович Соколюк; Виталий Иванович Московка; Александр Александрович Простяков; Лев Федорович Беркович
Original assignee: Институт проблем литья АН УССР
Priority date: 1980-11-20
Filing date: 1980-11-20
Publication date: 1982-10-07

Description

Изобретение относитс к области металлургии и литейного производства и может быть использовано при выплавке и переработке металлов и сплавов дуплекс-процессом.The invention relates to the field of metallurgy and foundry production and can be used in the smelting and processing of metals and alloys by the duplex process.

Известна индукционна плавильна ,печь, содержаща секцию с индуктором дл плавлени и загрузки шихты и секцию с индуктором дл отвода жидкого металла, которые могут быть применены как печи непрерывного действи дл плавки черных и цветных металлов и сплавовС.A known induction smelting furnace containing a section with an inductor for melting and charging the mixture and a section with an inductor for diverting liquid metal that can be used as continuous furnaces for melting ferrous and non-ferrous metals and alloys.

Ближайшим по технической сущности к изобретению вл етс устройство дл обработки жидких металлов и сплавов реагентами, содержащее горизонтальный канал с индуктором и две вертикальные секции, обрс зующие камеры дл загрузки реагентов, подачи и слива металла через летку, которое снабжено закрытой сводом камерой отделени шлака от металла, соединенной с леткой слива металла сифоном и расположенной между каналом и леткой слива на одном уровне с верхним уровнем каналаt21.The closest to the technical essence of the invention is a device for treating liquid metals and alloys with reagents, containing a horizontal channel with an inductor and two vertical sections forming chambers for loading reagents, feeding and draining metal through a tap hole, which is provided with a closed vault chamber for separating slag from metal a siphon connected to the metal drainage hole and located between the channel and the drainage hole at the same level as the upper level of the channelt21.

В таком устройстве недостаточный перегрев обусловлен большими масса|ми .металла, непрерывно протекающегоIn such a device, insufficient overheating is caused by large masses of | metal that continuously flows

вдоль канала, диаметр которого соразмерен с диаметре загрузочной камеры. При этом подводима к индуктору мощность при выбранных средних частотах тока преобразовател 5002500 Гц выдел етс в виде знергии рассеивани индукционного тока, определ ющего нагрев расплава только В наружных сло х из-за поверхностно10 го вытеснени тока, известного под названием Скин-эффекта. Это предопредел ет соответственно меньшую глубину проникновени индуктированных токов в толщу металла дл более высо15 ких частот. Известное устройство снабжено коротким индуктором, в котором возникают довольно слабые зоны выпучивани электромагнитных полей На границах его катушки, обуславли20 вающих также развитие слабых потоков в расплаве. В результате интенсивность перемешивани недостаточна дл протекани активного процесса перегрева и рафинировани .along a channel whose diameter is commensurate with the diameter of the loading chamber. At the same time, the power delivered to the inductor at selected average frequencies of the current of the converter of 5002500 Hz is released in the form of an energy of dissipation of the induction current, which determines the heating of the melt only in the outer layers due to the surface current displacement, known as the Skin Effect. This predetermines a correspondingly smaller depth of penetration of the induced currents into the thickness of the metal for higher frequencies. The known device is equipped with a short inductor, in which rather weak zones of buckling of electromagnetic fields appear. At the boundaries of its coil, which also cause the development of weak flows in the melt. As a result, the mixing intensity is insufficient for the active process of overheating and refining.

2525

Целью изобретени вл етс увеличение пропускной способности, обеспе ение максимального перегрева расп лава при одновременном достижении The aim of the invention is to increase the throughput, ensuring maximum melt overheating while simultaneously achieving

30 Максимального его перемешивани . Поставленна цель достигаетс тем что в предложенном устройстве дл непрерывной обработки потока жидкого металла при выплавке дуплекс-процессом , содержащем горизонтальный канал с индуктором и две вертикальные секции , образующие камеры дл загрузки реагентов, подачи и слива метгшла и шлака соответственно, длина индукт ра, охватывающего горизонтально-проходной канал равна 5-8 диаметрам канала , причем горизонтальный канал выполнен в форме трубы-шаблона, уста новленной осесимметрично в индукторе а диаметр канала определ ют из соотношени а,о(5о.зУЙ), где р - удельное сопротивление расплава, см. м/м / р. - магнитна проницаемость жидкого металла, гн/м; - частота сети питани индуктора , ГЦ. На чертеже изображено устройство, разрез.. Устройство включает средства пода чи жидкого металла 1 и реагентов 2 в вертикальную цилиндрическую секцию образующую загрузочную камеру 3, соединенную с горизонтальным каналом 4, снабженным индуктором 5, причем канал соединен также с 6 отделени шлака от металла, а стенки канала и камер футерованы огнеупорной смесью и образуют конструктивно проточную индукционную печь дл непрерывного пропускани расплава металла и реагентов, активного их взаимодействи , выдержки, разделени металла и шлака и слива годного металла. Индуктор подключен через со ласующий трансформатор 7 к преобразователю частоты 8, питающемус от промышленной сети 380/220 В, частотой 50 Гц. : Горизонтальный канал имеет диаметр , строго определ емый размером выпускного отверсти первичного агре гата. Только при соблюдении этого услови достигаетс согласование пропускной способности с максимально возможным расходом жидкого металла на сливе из первичного агрегата. При меньшем размере канала сливаемый из выпускного отверсти поток жидког металла не успевает протекать через горизонтальный канал, заполн ет загр зочную камеру . перелива сь через кра , что приводит к нарушению рабочего процесса обработки. В другом случае при периодическом вы пуске поток металла из первичного аг регата будет некоторое врем заполн ть горизонтальный канал, не да ,ва выхода годному, и производительность установки не достигнет номинальной . Максимальный нагрер расплава имеет место, когда глубина проникновени тока и распростран етс на всю толщу расплава, т.е. d 2 (/ . Причем 6 наход т при заданной частоте источника тока из соотношени , «/ 50, 3if/pi при условии известных значений удельного сопротивлени о и магнитной проницаемости fj. дл заданного сплава дл известной температуры перегрева. Оптимальна часто та источника тока обеспечени максимального перемешивани в первом приближении соответствует глубине проникновени , равной половине радиуса канала печи, т.е. d« 4.07СЛ. Максимальное двухконтурное движение расплава при перемешивании вызывает тепловое расширение в длинной гидродинамической трубе, соответствующей длине канала Ец 5....8. При такой длине пути интенсивность вихреобразующих сил в потоке при известной кинематической в зкости расплава максимальна. Таким образом максимальный нагрев расплава при максимальном его перемешивании имеет место при следующих, конструктивных соотношени х диаметра канала и длины индуктора: . к- 2 ие„ 5.. . 15...24сС. Устройство работает следующим образом . Непрерывно подают жидкий металл и реагенты в загрузочную камеру 3. Металл.-шлакоЬа смесь зат гиваетс в горизонтальный канал 4, где перегреваетс с помощью индуктора 5, Причем диаметр канала дл опытно-промышленной установки непрерывного действи , работающей в комплексе с вагранкой производительностью 5 т/ч, составл ет с1у 140 мм при активной длине индуктора „ 750 мм. Дл приведённых конструктивных соотношений печи установлена оптимальна частота 2400 Гц с регулированием в сторону уменьшени на 30% от преобразовател частоты типа СЧИ-100/2400. При помощи в индукторе 100 кВт был достигнут перегрев металла в среднем на 80-120°С. Обработка жидкого чугуна известково-глиноземным шлаком с помощью дозирующего устройства ввода реагента 15...20 кг на тонну чугуна позволила снизить содержание серы с 0,12 до 0,03% в течение 4-5 мин. За счет повышени физико-механических свойств выплавл емого чугуна в 1,2-1,5 раз и увеличени выхода годного чугуна на 10-15% ожидаемый экономический эффект от внедрени 30 maximum mixing. This goal is achieved by the fact that, in the proposed device for continuous processing of a liquid metal stream during a duplex smelting process, containing a horizontal channel with an inductor and two vertical sections, forming chambers for loading reagents, feeding and draining metal and slag, respectively. - the passage channel is equal to 5-8 channel diameters, the horizontal channel being made in the form of a pipe-template installed axisymmetrically in the inductor, and the channel diameter is determined from the ratio and a, o (5 ° .ZUY), where p is the specific resistance of the melt, see m / m / r. - magnetic permeability of the liquid metal, g / m; - frequency of the power supply network of the inductor, HZ. The drawing shows a device, a cut. The device includes means for feeding liquid metal 1 and reagents 2 into a vertical cylindrical section forming a loading chamber 3 connected to a horizontal channel 4 equipped with an inductor 5, the channel also connected to 6 slag from the metal, and the walls of the channel and chambers are lined with a refractory mixture and form a structurally flow-through induction furnace for the continuous transmission of molten metal and reagents, their active interaction, holding, separation of metal and slag and with willow metal yield. The inductor is connected via a transformer 7 to a frequency converter 8, which is supplied from an industrial mains 380/220 V, frequency 50 Hz. A: The horizontal channel has a diameter strictly defined by the size of the outlet of the primary unit. Only if this condition is met, the throughput is matched with the maximum possible consumption of liquid metal at the discharge from the primary unit. At a smaller channel size, the flow of liquid metal that is drained from the outlet orifice does not have time to flow through the horizontal channel, fills the filling chamber. overflowing edges, which leads to disruption of the workflow processing. In another case, with periodic release, the metal flow from the primary aggregate will fill the horizontal channel for a while, not yes, but the output will not reach the nominal capacity. Maximum melt heating occurs when the penetration depth of the current and spreads over the entire thickness of the melt, i.e. d 2 (/. Moreover, 6 is found at a given frequency of the current source from the ratio, / 50, 3if / pi under the condition of known values of resistivity and magnetic permeability fj. for a given alloy for a known superheating temperature. The optimum frequency of the current supply source maximum mixing in the first approximation corresponds to a penetration depth equal to half the radius of the furnace channel, i.e. d "4.07SL. The maximum double-circuit movement of the melt during mixing causes thermal expansion in the long hydrodynamic If the length of the path is, the intensity of the vortex-forming forces in the flow is maximum with the known kinematic viscosity of the melt. Thus, the maximum heating of the melt with its maximum mixing takes place at the following structural relations of the channel diameter and the length of the inductor:. K-2 and "5 .... 15 ... 24 sS. The device works as follows. Continuously supplied liquid metal and reagents into the loading chamber 3. The metal-slag mixture is drawn into the horizontal channel 4, where the superheat are via the inductor 5, wherein the diameter of the channel for the pilot plant continuous operating in conjunction with a cupola furnace capacity of 5 t / h, is s1u 140 mm when the active inductor length "of 750 mm. For the given design ratios of the furnace, the optimum frequency of 2400 Hz was set with downward regulation by 30% from the frequency converter of the SCHI-100/2400 type. With the help of an inductor of 100 kW, the metal overheated by an average of 80–120 ° C. Treatment of liquid iron with lime-alumina slag using a reagent dosing unit 15 ... 20 kg per ton of iron allowed reducing the sulfur content from 0.12 to 0.03% within 4-5 minutes. By increasing the physical and mechanical properties of the pig iron produced by 1.2-1.5 times and increasing the yield of good iron by 10-15%, the expected economic effect from the introduction

устройства составл ет по предварительному расчету 96 тыс. руб в год.The device is based on a preliminary calculation of 96 thousand rubles per year.

Claims

1. The patent of France I 2203495, cl. F 27 D 11/06, published 1969.

2. USSR author's certificate No. 523143, cl. -C 21 C 7/00, 1976 (prototype).