Способ выжига отверстия в материале

СОЮЗ СОВЕТСНИХалцщвнипюиРЕСЛУЬЛИН 4 (51) С 21 В 7 12 ГОСаАРСТВЕННЫй НОМИТЕТ СССРЙО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фГРфОЧЦ. 13)3 ЙЪьЖ, ИА(71) Павлодарский индустриальный институт(54) (57) СПОСОБ ВЫЖИГА ОТВЕРСТИЯ,В МАТЕРИАЛЕ, включающий наводку и фокусировку лазерного луча на объекти подачу кислорода в выжигаемое от"верстие, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью выжига летки металлургической печи, увеличения срока службы леточных устройств и иск 3 Ьочения расхода пруткового железа,используют непрерывное лазерное излучение, могность которого поддерживают в пределах 400-600 Вт на 1 кгуглеродистой массы пробки, а расход кислорода поддерживают равным3,5-6 г/с накг, при этом избыточное давление кислорода поддерживают в пределах 2-7 атм и подачу егоначинают после начала выжига проб1 1346Изобретение относится к чернейи цветной металлургии и может бытьиспользовано для открытия летокферросплавных печей при выпуске изагрегатов жидкого расплава,Известен способ выжига леткиметаллургических печей, в которомматериалпробки, закрывающий летку,расплавляется дугой, образованноймежду огнеупорной пробкой и электродом. Напряжение на электродах подается от одной из фаэ агрегата 1,Электродуговой способ характеризуется ограниченностью его применения, так как может быть использовантолько при прожиге летки печей, в которых можно через материал пробки,футеровку и расплав получить электрический контакт с остальными фазамиагрегата.При выплавке ферросилиция, гдепечь имеет угольную футеровку, процесс идет без шлака, При выплавкешлаков или расплавов,.при производстве которых образуется много шлака,применение этого способа затрудненои зачастую неприменимо,Неоправдан большой расход металла на электроды, так как расстояние от плавильщика до места прожига4-5 м и электрод используется неполностью. Его несгоревшая часть является отходом производства. Еслиучесть,что на единичный случай открытия летки используется от трех дочетырех прутков электродов, то общий расход металла электрода за одну плавку составляет 84-112 кг, изних 6-20 кг сгорает с выделениемгазов в атмосферу цеха, а остальная часть составляет отходы. 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 Кроме того, вследствие прохождения по прутку электрода большого тока, а также высокой температуры в зоне дуги происходит нагрев материала прутка. Он теряет упругость и изгибается. В результате этого происходит искривление трассы прожигаемого канала в материале пробки. Это приводит к тому, что прожигается не только материал, но захватывается также и часть угольной футеровки, т.е. происходит постоянное разрушение формы отверстия летки печи.При этом исключается возможность механизации и автоматизации, что требует применения ручного труда. 06 2Время выжига летки колеблется от 1 О до 60 мин.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ выжига отверстия в различных материалах, в частности в металлах, причем выжиг отверстия осуществляется сфбкуаированным лучом лазера в импульсном режиме. Способ включает подготовку прибора, наводку, настройку и фокусирование лазерного луча с одновременной подачей кислорода в выжигаемое отверстие 2 .Однако известным способом можно выжечь отверстия, диаметр которых составляет доли мм и толщина прожигаемого материала до 1-2 мм для одного импульса и поэтому не возможен выжиг леток металлургических печей./Целью изобретения является выжиг летки металлургической печи, увеличение срока слут:бы леточных устройств и исключение расхода пруткового железа.Цель достигается тем, что согласно способу выжига отверстия в материа. ле, включающему наводку и фокусировку лазерного луча на объект и подачу кислорода в выжигаемое отверстие, используют непрерывное лазерное излучение, мощность которого поддерживают в пределах 400-600 Втна 1 кг углеродистой массы пробки, а расход кислорода поддерживают равным 3,5-6 г/с накг, приэтом избыточное давление кислорода поддерживают в пределах 2-7 атми подачу его начинают после начала выжига пробки.Выжиг летки предложено осуществлять в режиме непрерывного инфракрасного излучения, обеспечивающего постоянный высокотемпературныйнагрев в фокусе лазерного излучения.Необходимым условием эффективного осуществления выжига яв ляется поддержание оптимальныхсоотношений мощности лазерного излучения и расхода кислорода на единицу массы пробки из углеродной массы. Исследованиями установ-, лено, что при мощности лазерного излучения менее 400 Вт на 1 кгэлектродной массы пробки при избыточном давлении кислорода менее 2 атмвыжиг не эффективен, При мощности лазерного излучения от 400 до1134 30 Мощность Мощность лазерной ус тановки кВт Расход Давление Времяпрожига,с кислорода атм200 18 18 18 1 О 11060 7 5 6 400 500 ОО 400 360 ЩщипИ Заказ 10033/25 аж 552 По снеа Ооллел Поп лПегелг, г.рлгорол, гл,нроееелее, Е 3600 Вт при избыточном давлении 2- 7 атм эффективность выжига наиболее благоприятна. При увеличении мощности лазера более 600 Вт и давлении более 7 атм происходит силь 5 ный выброс шлака из отверстия летки, что создает опасность повреждения оборудованияЛазерный луч прожигает отверстие в пределах 1 мм за счет продува кислородом, размеры отверстия регулируются, при этом оно точно расположено на оси летки, за счет чего не происходит разрушивание леточйого узла. 15П ри м е р. Прожиг ведут оптическим квантовым генератором типа "Кардамон". Лазер работает на смеси газов СО - М -Не с давлением около2 25 мм рт.ст., режим - непрерывный.Выходная мощность луча 800 Вт (400-600) Вт на поверхности пробки. ,Длина волны лазерного излучения- 10,6 мкм, потребляемая мощность от сети 18 кВт.25Лазер оснащен инфракрасной Фокусирующей системой. Диаметр фокусирую щего луча в месте прожига 1 мм.Плотность мощности при Р = ---- 2,6 10 Вт смЙвт 4 ЯсмНаиболее распространенным материалом в черной металлургии.для закрытия летки ферросплавных печей являет ся электродная масса . Поэтому в эксперименте использовались материалы из электродной массы. Состав электродной массы, 7.: термоантрацит 27; каменный кокс - 35; графитированные возвраты - 153; каменноугольный пек 23,Результаты испытаний представлены в таблице. В таблице приведены оптимальные параметры осуществления выжига летки, При мощности 400 Вт и избытэч 606 4ном давлении кислорода 2 атм сгорание массы весом 900 гр происходит за 450 с, при этом в несколько раз увеличивается расход электроэнергии, а с уменьшением избыточного давления наблюдается резкое уменьшение сгораемой массы.Стандартная электродная масса весом 1 кг при поддуве кислородом с избыточным давлением 6 атм сгорела в течение 60 с, расход кислорода составил 360 г. Учитывая тот Факт, что температура пробки в фурме печи в рабочем режиме достигает 2000 С, скорость выжига летки в промышленных печах значительно увеличится.Таким образом, согласно предлагаемому способу ускоряется прожиг летки в 10-20 раз; исключается загрязнение выплавляемого продукта материалами электрода; экономится дорогостоящий материал электрода (расход которого на одну плавку. составляет 84-142 кг); расход электроэнергии уменьшается в десятки раз; исключается применение ручного труда, что позволяет автоматизировать процесс открытия летки; сохраняется Форма канала летки.Кроме того, способ универсапен и применим для использования при выплавке любых сплавов и шлаков, позволяет производить более надежное закрытие летки после выпуска расплава пробкой, материалом которой является электродная масса, а не огнеупорная глина, При этом возможна замена конической формы летки на цилиндрическую.С помощью одного лазера можно осуществлять прожиг летки 8 печей поочередно, имея светопроводящийтракт.Экономическая эффективность способа на одном прожиге летки составляет в среднем 16 руб.