Устройство для обработки расплава реагентом Советский патент 1989 года по МПК C21C1/00 

Изобретение относится к металлур- ии, в частности к устройствам для непечной обработки жидких металлов 1|еагентами, и может быть использова- 10 вьшлавке низкоуглеродистого феррохрома.

Цель изобретения - повышение эф- (Зюктивности перемешивания расплава с реагентом и повьапение эксплуата- I ИОННОЙ надежности устройства путем минимизации возникающего на штоке амешалки крутящего момента.

На фиг. 1 изображе;но предлагаемое устройство на фиг. 2 - разрез /-А на фиг. 1,

Устройство содержит ковш 1 и ме- .аническую мешалку 2, соединенную со птоком 3 привода возвратно-поступа- г ельного движения мешалки. Внутрен- няя -и внешняя поверхности мешалки . снабжены винтовЬ1ми ребрами 4 и 5 разнонаправленными для внутренней щ внешней поверхностей.

Устройство работает следующим об- |)аэом. .

Ковш 1 с расплавом устанавливают п 111ешалкой 2 так, что их вертикальные оси совпадают, на поверхность распла за подают реагент. Мешалку 2 под

действием привода вводят вглубь расплава. Благодаря наличию разнонаправленных для внутренней и внешней поверхностей винтовых ребер 4 и 5 пото лв расплава внутри и вне мешалки вращаются в противоположнЬк направлениях вниз и далее к центру ковша, что способствует интенсификации перемешивания расплава с реагентом. I В результате возвратно-поступа- тельного движения мешалки создаются отоки металла внутри и вне мешалки, (вращающиеся в противоположных направ (пениях вниз-вверх и далее к центру |ковша, что обеспечивает дополнитель- ное перемешивание расплава обуслов- |ленное комбинацией, макроперемешива- |ния (в масштабах размеров мешалки) |и микроперемешивация (в масштабах |размеров турбулентных пульса.ций) . . |Угол наклона к горизонтальной плос- iKOCTH наружных и внутренних винтовьк 1ребер подбирается из условия миними- |зации крутящего момента сил, прило- |женных к штоку, осуществляющему врзвратно-поступа гельное движение iмешалки,

; Условие равенства моментов сил, приложенных к штоку, сводится к ра

венству моментов импульсов вращакяцих- ся частей расплава (внутренней и внешней по отношению к мешалке):

I, w, 1 и; (1) где I,, i - моменты инерции внутрен- ней и внешней частей

расплава,

ш, , их угловые скорости вращения, с

Подставляя значения моментов инерции

I, I I (R - RI ) . (2)

где p - плотность расплава,

Н - высота ковша, м;

К. - радиус мешалки, м;

R - радиус ковша, м, в вьфажение (.1) и учитывая

2 R,V 21Г RaV .,. .- . -----, (3) ,

где V - скорость возвратно-поступательного движения мешалки, м/с;. .

Ш,Ш - шаги винтовых ребер , м, получают после некоторых упрощений

) I

RI

(4)

5

л ,

5

Условия оптимальности соотношения радиусов мешалки (К,) и ковша (R) заключаются в создании одинаковых условий перемешивания во внешней и внутренней (по отношению к мешалке) частях расплава, что математически выражается в равенстве угловых скоростей вращения соответствзпоцих частей расплава w, со . Из формулы (3) следует, что это достигается при равенстве шагов винтовых ребер: Ш , Ш,. Соответственно, связь между R , и R определяется соотношением, исходя из формулы (4):

R, Ej/ V 0,84 RO.

Конструкция мешалки в виде полого цилиндра приводит к разделению перемешиваемого объема на 2 части (внутреннюю и внешнюю по отношению к мешалке), что при сопоставимых с прототипом энергозатратах приводит практически к двукратному повышению эффективности перемешивания.

При отступлении от формулы (4) при определении шага Ш на ДШ, а

51

шага Ш 2 - на ЛШ возникает результирующий крутящий момент йН (приложенный к штоку), величина которого определяется выражением

ИМ М

йШ-, +ДШ1

Ш

где М - крутящий момент, обеспечивающий перемешивание расплава.

При небольших (/-10%) отступлениях от формулы (4) дисбаланс крутящих . моментов пропорционален относительной ошибке в выборе шага. При ЛН ЛН 0,1Н. Для реальных условий производства низкоуглеродистого феррохрома получаем ЛН - 0,2М Крутящий момент такой величины приводит к быстрому выходу из строя штока механизма возвратно-поступательного движения.

Проведенные на модели лабораторные исследования позволили с учетом. приближенности использованной модели подтвердить соотношение между шагами винтовых ребер.

П р и М е р. В лабораторных усло- йиях моделировали процесс перемеши- вания расплава (ркидкого металла) с реагентом.

Исходные данные: цилиндр Н 20 см, R 5 9 CMJ отборное устройство, 0,1 М фиксанал йода, модель устройства для перемешивания (предлагаемое), модель устройства для перемешивания (по прототипу).

Методика проведения лабораторных исследований.

В качестве модели ковша использо- ван цилиндр объемом V 5 дм ,

Эксперимент проводился следующим образом. Половина сосуда заполнялась дистиллированной водой, затем приливали в таком же количестве 0,1 М фиксанал йода. После перемешивания в течение t 5 с отбирались одновременно 2 пробы - у поверхности раствора и у дна сосуда, после чего титри- метрическнм методом определялось содержание в растворе йода. Модель мешалки выполнена из оргстекла 9 типоразмеров: R , 0,85К2, 0,8R.i, 0,9Ra (RQ 9 см) при соотношении шагов Ш,/Ш,2 1,0,8,1,2. Проведено 32 серии опытов, в качестве модели прототипа использован исходный сосуд, оборудованный внутренними винтовыми выступами, величина которых менялась

325906

для каждого радиуса RJ мешалки в соответствии с формулой

h 0,98(Rz - К,) ,

Статистически обработанные результаты лабораторных исследований представлены в таблице. В качестве характеристики однородности состава введена величина 6 С ,„ - , опре- 0 деляющая относительную разницу концентраций у поверхности раствора (Сд) и у дна цилиндра (Cj). Экспериментально на модели показано, что оптимальное соотношение радиусов 15 мешалки (R,) и ковша (R) составляет R yR2 0,85, а соотношение шагов винтовых ребер на внутренней (Ш ) и

внешней (Ш,,) сторонах мешалки составляет Щ,/Ш i 1.

20 Результаты лабораторных исследований по определению эффективности перемешивания с помощью предлагаемого устройства и прототипа ( 6 Cq - - Cg/Cf,) приведены в таблице, 25 Предлагаемое устройство позволя ет , на 10-15% повысить степень использования реагента. Формула изобретен, ил

1,Устройство для обработки рас- 30 плава реагентом, содержащее футерованную емкость и механическую мешалку со штоком, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности перемешивания расплава с реагентом, мешалка выполнена в виде полого цилиндра, внутренняя и внешняя поверхность которого снабжены винтовыми разнонаправленными ребрами, при этом полый цилиндр установлен свозмож-.

дд ностью возвратно-поступательного Дви-f жения вдоль оси футерованной емкости.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повьяпения эксплуатационной надежносдд ти устройства путем минимизации возникающего на штоКе мешалки крутящего момента, отношение шагов винтовых ребер на внутренней и внешней поверхности мешалки определяется по формуле

50 Ш. R 4

р

Ш

R/

где Ы и Ш - шаг винтовых ребер на внутренней и внешней поверхностях мешалки соответственно, м; R - радиус мешалки, М} R ;j - радиус футерованной емкости, м.

Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам для внепечной обработке жидких металлов реагентами, и может быть использовано при выплавке низкоуглеродистого феррохрома. Цель изобретения - повышение эффективности перемешивания расплава с реагентом и повышение эксплуатационной надежности устройства путем минимизации крутящего момента, возникающего на штоке мешалки. Устройство для обработки расплава реагентом содержит футерованную емкость 1 и механическую мешалку, выполненную в виде полого цилиндра, имеющего возможность возвратно-поступательного движения, внутренняя и внешняя поверхность которого снабжены винтовыми ребрами 4, 5. Отношение шагов винтовых ребер определяется по формуле Ш₂/Ш₁(R₂/R₁⁴ - 1, где Ш₁ и Ш₂ - шаг винтовых ребер на внутренней и внешней поверхностях мешалки

R₁ - радиус мешалки

R₂ - радиус емкости. В результате возвратно-поступательного движения мешалки создаются потоки металла внутри и вне мешалки, вращающиеся в противоположных направлениях, что обеспечивает дополнительное перемешивание расплава за счет образования турбулентных пульсаций на границах потоков. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.