Способ рафинирования металла

и 836127 Союз Советски кСоцкапкстическнкРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. с присоединением заявки М Гасударственный квинтет СССР ав девам нзебретеиий и аткрытиЯ(54) СПОСОБ, РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛ 1Изобретение относится к рафинированию металлов, жидкими шлаками и можетбыть использовано в металлургии и литейном производстве для получения высококачественных отливок и слитков из различных металлов и сплавов.5Известны способы рафинирования ме-:талла, в частности стали, синтетическимишлаками в ковше, в которых эффект рафинирования достигается путем проливаниястали со значительной высоты мощнойструей через шлак. При этом происходитэнергичное перемещивание металла и активного шлака, Межфазные границы имеютзначительную протяженность, теоретически,экспериментально и практически доказано,лчто свойства металла, прошедшего такоговида обработку, улучшаются 11,Однако в связи с тем, что поверхностимассообмена между металлом и шлаком20развиты недостаточно, эффективность рафинирования невысока.Известен также способ рафинированияметалла, который заключается в дроблении жидкого металла на капли путем самопро. извольного деления струи металла в газо вой среде, вытекающей под влиянием собственного гидравлического напора через отверстия в дне тигля и пропускания капель через слой шлака Эффект рафинирования при этом обуславливается большой межфазной поверхностью "металл-шлак и пропусканием электрического гока через шлак 121.Для того, чтобы вовлечь в массообмен возможно большее количество шлака, осуществляют его электромагнитное перемеш иванне.Несмотря на принятые меры, большое количество шлака не участвуег в реакциях массообмена, поскольку капли металла несут на себе оболочки смачивающего их шлака, которые препятствуют физическому контакту новых свежих. порций шлака с рафинированным металлом. Это ослабляет эффект рафинирования.Используемый для разделения металла на капли метод самопроизвольного делония капиллярных струй в газовой среде не обеспечивает стабильности процесса, поскольку для его осуществления необходимы отверстия, размер которых не превышаег 5 мм. При эксплуатации такие отверстия часто забиваются различного рода загрязнениями или зарастают крис таллизующимся металлом и его окислами при этом истечение прекращаегся.Кроме того, истечение через очень малые отверстия. характеризуется повышенной длительностью процесса, что вызывает значительное охлаждение металла 10 в ковше и поэтому практически исключаетрафИнирование больших масс металла. Крс 15ме того, придвижении в газовой среде( до момента попадания в шлак) каплиметалла окисляются, что также снижаеткачество получаемого металла,Целью изобретения является повышение 20качества металла и стабильности процессаза счет циклического впрыскивания металла в шлак и всасывания шлака в металлПоставленная цель достигается тем,что в известном спосдбе, включающем 25дробление металла на капли путем пропус,кания его через перфорированное днищековша и последующее пропускание капельметалла через шлак, в металле создаютпеременное по знаку поле давлений путем 30наложения на ковш колебаний с ускорением 1,25-20 д, при этом пропускание капель металла производят под уровень шлака,35 50 Сущность процессов, развивающихся в шлаке и в металле при погружении перфорированной части сосуда с металлом под уровень шлака и создании в расплавленномметалле переменного по знаку поля дав 40 лений, заключается в следующем. Сообщение сосуду с проливаемой жйдкостью (металлом) колебательного движения, при условии помещения его перфорированной части под уровень другой жидкости (шла ка), вызывает на внешней и внутренней поверхности сосуда переменное поле давлений, В связй с этим, в одной фазе колебаний металл выпрыскивается вниз, в шлак через отверстия в дне, а в другой фазе истечение металла прекращается, и шлак через эти же отверстия всасывается внутрь сосуда с металлом. Впрыскивание металла в.шлак и всасывание шлака в металл происходит в виде струек, кото рые быстро распадаются на отдельные капли, при этом первые погружаются, а вторые всплывают. Таким образом, рафинирование осуществляется как в процессе 127 фдвижения капель металла в среде шлака,так и при подъеме капель шлака в средерафинируемого металла, Это позволяетзначительно увеличить межфаэную поверхность для массообмена и улучшить условия физического контакта металла и шлака.Кроме, того, проливание металла подуровень шлака и всасывание шлака в со-,суд с металлом при наложении колебанийхарактеризуется значительно большей интенсивностью дробления струй, чем присамопроизвольном их делении в газовойфазе, как это осуществляется в рассматриваемом прототипе, Это также приводитк увеличению степени рафинирования засчет возрастания величины массообмена,В связи с тем, что металл проливаютпод уровень шлака, окисления металла непроисходит. Эффект электрокапиллярнойвибрации в предлагаемом способе с избытком компенсируется тем, что собственныеколебания капель, всегда сопровождающиепроцесс деления струй, усиливаются засчет накладываемой вибрации.Пример осуществления способа.Проводилось рафинирование жидкой стали следующего химического состава, в %:0,33 С; 0,35 Й; 0,91 Ми; 0,015 Р0,0325; 0,58 Сг; 0,25 й, Металлвыплавляли в индукционной печи ИСТ.Отдельно в криптольной печи выплавлялисинтетический шлак. Выплавленный шлакзаливали в приемный ковш. В этот ковшпод уровень шлака на глубину 20 мм вводили промежуточный ковш с перфорированным днищем и сообщали ему вибрацию.Через вибрирующий промежуточный сосудпроливали жидкую сталь под уровень шлака. Под действием переменного по знакуускорения вибрации в определенной частипериода колебания металл выбрасывалсяв шлак, а в другой части колебания шлакэасасывался из приемного ковша в промежуточный сосуд с залитым в нее расплавленным металлом. Рафинирование стали,таким образом, происходило и в приемномковше со шлаком, куца металл попадалв виде струй и капель, и в промежуточном ковше, где очистка осуществляласьвсплывающими каплями эасасьтваемогошлака,Размер отверстий перфорации находился в интервале 3-10 мм, шаг отверстий был в диапазоне 2-3 диаметров отверстий.Ускорение вибрации составляло 1,25- 20 ф, где ф- ускорение земного тяготения. Температура шлака и стали соог5 8 М 121 6вегственно составляли 1650 о и 1600 С. ответствовала более высокой интенсивХимический анализ полученной стали по- ности вибрации. Случаев забивания и заказал, что количество серы уменьшилось растания отверстий не. наблюдалось, в 5-8 раз против исходного, При этом Результаты экспериментов приведены более высокая степень рафинирования со- в таблице. Содержание элементов, % Ускорение вибрации тС 8 Ми С Й 1 - б Рееиаэ ее аеЮ 0,33 0,35 0,91 0,58 0,25 0,032 0,015 Без вибрации (исходный)1,25 ф (А=0,5 х 10 меИ=25 Гц) 032 035 090 057 025 0007 0014 5(А=1,25 х 10м; И =31 Гц) 20 ц(А=2,5 х 10 м; п =44 Гц)Оф 31 Ою 34 .Ов 87 О 54 Оэ 26 О 006 О 014 0,31 0,33 0,87 0,51 0,24 0,004 0,014В ЮЮЮйЮЮЮювЮеюфЮЮфвЮюЮЮЮЮЮмЮтЮЮЮЮЮЮЮЮ По прототипуИсходная станьПосле обработки 0,43 0,24 0,70 -- 0,027 0,018 О 46 О 23 О 69 -- 0006 О 018 чает окисление металла, яго позволяет;получить более качественный расплав. ВНИИПИ Заказ 2836/12 Тираж 618 Подписное Филиал ППП Патент"г.Ужгород,ул.Проектная,4 Описываемый способ позволяет повысить качество металла и обеспечивает по сравнению с существующими способамиЗо следующие технико-экономические преимущества:воэможность псаучения металла более чистого по примесям (по этому показателю качество металла приближается к ме 35 .галлу электрошлакового переплава. При этом затраты на достижение, эффекта примерно в 2 раза ниже, что даст экономию около 200 руб. на 1 т металла);повышаег надежность рафинирования исокращает его длительность, это обеспечивает возможность очистки больших масс металла, что имеет большое значение для широкого использования способа в металлургической промышленности,высокая интенсивность дробления струй позволяет применять отверстия истечения большего, чем в прототипе, размера (это повькпает стабильность процесса, поскольку исключаются возможности для забивания и зарастания отверстий)проливание под уровень шлака исклюформула изобретенияСпособ рафинирования металла, включающий дробление его на капли путемпропускания через перфорированное днищековша, и последующее пропускание капельметалла через шлак, о г л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышениякачества металла, в нем создают перемен-.ное по знаку поле давлений путем наложения на ковш колебаний с ускорением1,25-20 ф., при этом пропускание капельметалла производят под уровень шлака.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Воинов С. Г. и ф. Рафинированиеметаллов синтетическими шлаками, М.,Металлургия", 1964, с. 10-30.2. Автореферат диссертации В. А. Героцкого "Повышение эффективности процессов рафйнврования металлаф, Горький,1966, с, 3-6.