Фурма для обработки жидкого металла Советский патент 1981 года по МПК C21C5/48 C21C1/00 

(54) ФУРМА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

Изобретение относится к металлургии, в частности к оборудованию для обработки жидкого металла продувкой газом, га- зопорошкоБОЙ смесью, а также для пневматического перемешивания металла с вводимыми в него не через фурму реагентами. Известно устройство для продувки жид кого металла газом или гааопорошковой смесью, выполненное в виде погружаемой в металл фурмы (трубы) с отверстием в нижней части для выхода газа (или газопс шковой смеси) ,ijОднако при продувке через такое уст- ройство жидкого металла гааом или гаэо-, . порюшковой смесью последние после выхода в металл подниманзггся верх и распреде- лянугся в зоне, прилегающей непосредствен но к боковой поверхности фурмы, что приводит к образованию малой поверхности контакта фаз, и вследствие небольшой высоты обрабатываемого слоя металла (как правило не более 1,5-1,8 м) и значительной скорости вспльтания газожидкостных потоков - к малой длительности контакта фаз, ухудшению массообмена между вдуваемыми веществами и и низкой эффективности обработки. Всплывание с большой скоростью газожидкостных потоков вдоль фурмы приводит к выплескам обрабатываемого металла, что не позволяет увеличить количество вдуваемых в единину времени веществ и интенсифицировать процесс продувки. Мелкие твердые частицы реагента при вдувании через такую фурму слипаются в комки, которые при свободном всплывании не успевают полностью прореагирювать с металлом и выносятся на поверхность, что приводит SC низкой степени усвоения реагентов в металле и повышенному их расходу. При продувке через такую фурму движение жидкого металла, вызванное всплы ванием газовых образований или газопорошковой смеси, наблюдается, в основном, в р)адиальном и осеЕюм Направлениях. Движение же металла вокруг оси фурмы (вращение) отсутствует, в связи с чем, невозможно достигнуть интенсивного перемешивания металла. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для продувки жидкого металла которое выполнено в виде вертикальной полой штанги (трубы), на нижнем конце которой имеется отверстие для выхода вдуваемых веществ. Над ним, на боковой поверхности штанги установлены направляющие наклонные лопатки (распределители), которые разбивают поток на более мелкие и частично отклоняют от вертикали (2. Недостатками указанного устройства является то, что выходящий из отверстия поток вдуваемых веществ вскоре после набегания на наклонные лопатки, (распре делители )ЕЫХОДИТ в металл через боковые края лопаток, в связи с чем не создается принудительное направление газовым или газопорошковым потокам в виде наклонных струй, распределяющихся в большом объеме жидкого металла, которые мо гли бы значительно увеличить длительность и поверхность контакта вдуваемых веществ с металлом. Сопротивление, оказываемое лопатками при всплывании газожидкостных потоков, а также степень закручивания потока вокруг оси фурмы не значительные, что не позволяет добиться интенсивной продувки путем увеличения количества вдуваемых веществ без выплесков металла из ванны. Цель изобретения - улучшение массообмена между вдуваемыми веществами и металлом и интенсификация процесса продувки. Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем пол штангу с отверстием для выхода в метал вдуваемых веществ и установленный над ним на наружной поверхности штанги рас пределитель, последний выполнен в виде установленной соосно игганге винтовой ло пасти, с расположенным по периметру и направленным вниз бортом. На нижней поверхности лопасти выпол нены радиальные выступы, высота и щир ва которых выбраны равньпмга диамет рам отверстия щтанги. Внутренний диаметр винтовой лопасти выполнен равным 2О-100 диаметрам отверстия штанги. Шаг винтовой лопасти равен 1О-5О д «метрам отверстия штанги. Высота борта О,25-О,6 шага винтово лопасти. На фир. 1 изображена фурма, общий вид; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на иг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2. Фурма содержит полую штангу 1 с отерстием 2 для выхода в металл вдуваеых веществ 3. Над отверстием на наружной поверхности шташ л установлен расределитель, выполненный в виде размещенной соосно штанге винтовой лопасти 4, снабженной по периметру направленным вниз бортом 5. На нижней поверхности лопасти выполнены радиальные выступы 6. Высота и ширина выступов выполнены равными 1-5 диаметрам отверстия штанги, так как при выполнении их меньше одного диаметра отверстия штанги степень диспергирования вдуваемых веществ с металлом заметно снижается, а при больших размерах потребуется увеличить высоту борта и шаг винтовой лопасти, что приводит к существенному увеличению веса устройства и уменьшению длины погруженной в металл лопасти. Внутренний диаметр винтовой лопасти выполнен равным 20-100 диаметрам отверстия штанги. При меньшем диаметре БИНТОВОЙ лопасти возможно непопадание части вдуваемь1х вешеств внутрь распределительного жёлоба, образованного боковой поверхностью штанги 1, винтовой лопастью 4 и бортом 5, выход их за его пределы и свободное i всплывание, что привело бы к ухудшению массообмена между ъиуввемымк веществами и металлом. При внутреннем диаметре винтовой лопасук, превышающем 100 диаметров отверстия, условия массообмена и возможности интенсификации продувки хотя и улучшаются, но погружение устройства таких больших размеров в ванну, например ковш, загруаненЬ из-за всегда имеющихся в верхней чисти ковша настылей. Шаг винтовой лопасти выполнен равным lt)-5O диаметрам отверстия штанги. При выполнении его менее 1О диаметров отверстия штанги и создании борта необходимой высоты уменьшится зазор между нижней- крюмкоА. борта и лопастью, что ухудшает условия наблюдения за состоянием желоба, ремонта его и удаления настылей. При выполнении шах-а более 5О диаметров отверстия штанги угол подъема лопасти значительно увеличится, что уменьшит время контакта вдуваемых веществ с металлом, а следовательно, и ухудшит условия массообмена между ними. Высота борта выполнена равной О,25- 0,60 шага винтовой лопасти. При таком

соотношении размеров борт, лопасть и боковая поверхность штайги образуют совместно достаточно глубокий винтовой желоб, под днищем которого всплывают вдуваемые вещества. При меньшей высоте борта i возможен выход вдуваемых веш.ест из-под борта и свободное их всплывание на поверхьость. При большей высоте борта затрудняется наблюдение за состояние внутренней поверхности желоба, а также обслуживание его (ремонт, удаление настылей и др.).

Высоту винтовой лопасти целесообразно выполнить равной 1-4 ее шага. При выполнении ее менее указанного нижнего предела взаимодействие вдуваемых вешеств с металлом под распределительным желобом будет происходить на малой длине, что ухудшит условия массообмена- и снизит возможности интенсификации процесса прюдувки. При выполнении высоты лопасти более четырех ее шагов часть лопасти не будет погружаться в металл, что приведет к бесполезному увеличению размеров и массы фурмы.

Винтовая лопасть может быть выполнена многозаходной, преимущественно двухзходной, что еще более улучшит условия массообмена между вдуваемыми веществами и металлом.

Фурма работает следующим образом.

Полую штангу 1 с отверстием 2 в нижнем торце для выхода в металл вдуваемых веществ 3 и установленным над этим отверстием на наружной поверхности щтанги распределителем, выполненным в виде расположенной соосно штанге винтовой лопасти 4, снабженной по периметру направленным вниз бортом 5, при поступлении в штангу под давлением вдуваемых веществ погружают в жидкий металл 7.

Высота и ширина выступов на нижней поверхности лопасти равна 2 диаметрам отверстия штанги, внутренний диаметр винтовой лопасти равен 20 диаметрам отверстия штанги, шаг - 1О диаметрам, высота - трем шагам винтовой лопасти, а высота борта - 0,4 шага винтовой лопасти.

Вдуваемые вещества 3 после выхода из отверстия 2 поднимаются вверх и поступают под днище; винтового желоба, образованного винтовой лопастью 4, бортом 5 и боковой поверхностью штанги 1, где дробятся на более мелкие частицы, постоянно взаимодействуя с шероховатыми поверхностями желоба и выступами 6 на его днище. Мелкие пузырьки газа пронизывают прилегающие к стенкам и днищу желоба слой металла и взаимодействуют с ним, в результате чего улучш ается массообмен между газом и жидкостью. При вдувании порошков твердые части-

5 цы внутри желоба интенсивно перемешиваются с металлом, так как в результате удара струи о днище и выступы 8 желоба они распределяются в виде тонких сло: ев. При этом исключается возможность

0 сливания их в комки. В результате улучшения распределения частиц в жидком металле значительно увеличивается поверхность контакта их с металлом, уменьшается толщина диффузионного слоя око5 по частиц, ускоряется процесс их растворения и взаимодействия с металлом. При движении газожидкостного потока под днищем ВИ1. гового желоба вследствие инерционных сил в движущемся криволинейном

0 газожидкостном потоке возникают вторичные течения, интенсифицирующие переме- щивание вдуваемых веществ в металле. Интенсивное перемешивание всей ванны металла, вызываемое движением по вин5 товому желобу газожидкостного потока, обуславливает подвод к вдуваемым веществам каждый .раз новых порций металла, в результате чего улучшаются массообменные процессы между ними. Так как длина винтового желоба может в 2-3 и бо0лее раз превышать высоту слоя обрабатываемого металла, то значительно увеличивается путь и время взаимодействия с металлом вдуваемых веществ.

Движение газов и металла по криволи5нейному желобу резко уменьшает раскачивание слоя жидкости в ванне, в связи с чем значительно уменьшаются выплески металла, а следовательно, появляется возможность интенсифицировать процесс про0дувки увеличением количества вдуваемых в единицу времени веществ.

Так например, при модифицировании жидкого чугуна гранулированным магнием,

5 последний не успевает полностью расплавиться, испариться и прореагировать с обрабатываемым металлом. Коэффициент испольэсдаания магния при этом не превышает 4О%. При вводе же гранулирован0ного магния через предложенную фурму повышение степени использования магния достигнет 75-ЗО% за счет увеличения поверхности, времени контакта и улучшения перемешивания магния с металлом. Расход магния при модулировании чугуна в настоящее время составляет 33,5 кг/т чугуна. При вдувании же его через предложенную фурму и получении .та- кого же результата обработки расход его сххггавит 1,8-2,2 кг/т. Ожидаемый экономический эффект 0,8-1,0 руб/т чугуна. При этом вследствие интенсификации пропесса продувки повысится производительность фурмы, примерно в 1,5 раза сократиться время обработки, а следовательно, возрастет срок службы погружаемой в металл фурмы. Формула изобретения 1. Фурма для обработки жидкого металла, содержащая полую штангу с отверстием для выхода в металл реагентов и установленный над отверстием на наружно поверхности штанги распределитель, отличающаяся тем, что, с целью улучшения массообмена между вдуваемым веществами и металлом и интенсификации процесса продувки, распределитель выполнен в виде установленной соосно штанге винтовой лопасти, с расположенным по периметру и направленным вниз бортом. 2.Фурма по п. 1, отличающаяся тем, что на нижней гаоверхности лопасти ыполнены радиальные выступы, высота и щирина которых равны 1-5 диаметрам отверстия штанги. 3.Фурма по п. 1, отличающаяся тем, что внутренний диаметр борта винтовой лопасти равен 20-1ОО диаметрам отверстия штанги. 4.Фурма по п. 1, отличающая с я тем, что шаг винтовой лопасти равен 10-5О диаметрам отверстия штанги. 5.Фурма по Ш1. 1,4 отличающая с я тем, что высота борта равна О,25-О,6 шага винтовой лопасти. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ладыжевский Б. Н., Башмаков А.Д. Обработка жидкого металла порошками в струе газа , М., Метаплургиздат, 1961, с. 17. 2.Патент США № 3227547, кл, 75-27, 1966.