Способ рафинирования жидкого металла

(54) СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА Изобретение относится к черной метал. лургии, конкретно к производству стали с применением внепечного парафинирования.Известен способ вакуумирования металла с одновременной обработкой в столбе шлака 1.Недостатком указанного способа является то, что процесс рафинирования происходит неуправляемо, так как отсутствует возможность влиять на него извне, поэтому эффективность рафинирования недостаточно высока.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ обработки жидкого металла в столбе жидкого шлака, включающий обработку металла ультразвуковыми колебаниями или (и) вы-. сокочастотными ударными импульсами, вводимыми под углом к боковой поверхности обрабатываемого столба жидкого металла 21Недостаток способа заключается в низкой эффективности металла в связи с тем, что в колебательный процесс вовлекается весь кристаллизатор, следовательно, энергия рассеивается. урии, В. Б. Малоштан и А Н, СамсоновфЯ с Цель изобретения - повышение эффективности рафинирования металла и улучшение стойкости излучателей.Поставленная цель достигается тем, что в способе рафинирования жидкого металла в столбе жидкого шлака, включающем обработку металла ультразвуковыми колебаниями или (и) высокочастотными ударными импульсами, вводимыми под углом к оси столба шлака, ультразвуковые (УЗ)-колебания или (и) ударные импульсы подводят к боковой поверхности Шлакового столба под углом 20 - 160 к его оси.На фиг. 1 и 2 изображен процесс осуществления способа.Жидкий металл 1, диспергированный одним из известных способов, например ва-, куумированием, поступает в столб шлака 2, созданный в емкости, высота которой значительно больше ее ширины, например в стальной трубе, и, проходя через шлаковый столб, рафинируется от растворимых примесей и взвешенных неметаллических включений. В процессе движения через столб шлака на жидкий металл воздействуют высокочастотными ударными импульсами или(и) УЗ - колебаниями 3, вводимыми через боковую поверхность шлакового столба под углом к его оси и создаваемыми источником (источниками) 4, излучающая поверхность которого (которых) контактирует только со шлаком и не контактирует с рафинируемым металлом. При этом ударные импульсы или (и) УЗ-колебания передаются к жидкому металлу через шлак, Распространяясь в шлаке с большой скоростью, ударные импульсы или (и) УЗ-колебания воздействуют на жидкий металл, проходящий в виде потока капель через шлаковый столб, и вызывают пульсации (встряхивание) капель. Это способствует их диспергированию, увеличению контактной поверхности металла со шлаком, улучшению массопереноса через поверхность раздела металла со шлаком, а в конечном итоге к повышению эффективности рафинирования металла.При воздействии ударных импульсов или (и) УЗ-колебаний на мельчайшие пузырьки газа в металле или на межфазной границе могут возникать кавитационные полости, способствующие дегазации металла. Воздействие ударных импульсов нли (и) УЗ-колебаний на взвешенные в металле не. металлические включения способствует их агрегации, укрупнению и удалению в шлак. Таким образом, воздействие высокочастотными ударными импульсами или (и) УЗ-колебаниями способствует рафинированию металла от растворимых и нерастворимых примесей.Для повышения эффективности рафинирования возможно совместное применение высокочастотных ударных импульсов и, ультразвуковых колебаний, так, как такая комбинация способствует более интенсивному воздействию на металл.Ввиду того, что в предлагаемом способе ударные импульсы или (и) УЗ-колебания вводят в шлаковый столб через боковую поверхность под углом к его оси, они отражаются от внутренней поверхности патрубка, в котором находится шлак, и создают систему прямых и отраженных .импульсов или (и) волн. В зависимости от угла ввода колебаний зона суммарного воздействия прямых и отраженных ударных волн или (и) УЗ-колебаний захватывает различную по высоте столба область.Например, при вводе ударных импульсов или (и) УЗ-колебаний под углом 90 к оси шлакового столба отражение минимально и зона воздействия не превышает 0,1 высоты столба. При вводе их в верхнюю часть столба под острым углом к его оси с направлением сверху вниз зона воздействия расширяется и захватывает большую часть вы-.соты столба. При использовании, например, двух источников, один из которых установлен в верхней части столба и создает излучение, направленное вниз, а другой - в нижней части и создает излучение, направленное вверх, металл подвергается воздействию ударным импульсам или (и) УЗ-колебаний практически по всей высоте шлакового столба.Угол ввода ударных импульсов или (и)УЗ-колебаний может быть острым, прямым или тупым и выбирается с учетом геометрических параметров шлакового столба, особенностей конструкции излучателей, их мощности и т, д.Если угол ввода острый, воздействиеударных импульсов или УЗ-колебаний направлено практически в ту же сторону, что и направление движения металла, при этом капли как бы подталкиваются, что способствует их дроблению. Если этот угол близок к прямому капли как бы раскачиваются поперек направления движения, а если этот угол тупой, то воздействие ультразвуковых колебаний или (и) ударных импульсов осуществляется в направлении, противоположном направлению движения капель, как бы притормаживая их. Все перечисленные эффекты способствуют развитию массообмена между металлом и шлаком.Величина угла ввода ограничивается тем,что при угле менее 20 и угле более 160 резко уменьшается число отражений ударных импульсов или (и) ультразвуковых колебаний и эффективность воздействия на металл уменьшается, а также возможностью 30 конструктивного выполнения излучающихустройств, исключающего их контакт с рафинируемым металлом. Последнее необходимо для того, чтобы сохранить высокую стойкость излучающих устройств, так как при контакте с жидким металлом они разрушаются значительно быстрее, чем при контакте только со шлаком, Практически угол ввода должен составлять 20 - 160, при этом обеспечивается выполнение вышеназванных условий. Ввод ударных импульсов или 40 УЗ-колебаний может производиться, какпоказано на фиг. 1 и 2. При этом исключается контакт излучающих поверхностей с рафинируемым металлом.В случае применения одновременно нескольких излучающих устройств углы ввода могут быть в каждом устройстве различны; что позволит повысить эффективность воздействия на металл.Качественное подтверждение наличияэффекта усиления степени рафинирования 50 под воздействием УЗ-колебаний по предлагаемому способу получают на холодной жидкостной модели (металл - раствор К 3, шлак - изобутиловый спирт, примесь - иод, частота 20 кГц, угол ввода 40 - 60) по визуальной оценке степени 55окраски металла. Кроме того, по предлагаемому способуобрабатывают стальной расплав .(1/о С,931757 Ог1 и Составитель К. Сорокин ско Техред А. Бойкас Тираж 587 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 илиал ППП сПатент-, г. Ужгород, ул. ПроектнаяРедактор С. Ю Заказ 3666/32 Корректор ЕПодписное 1,5/й Сг) в столбе жидкого шлака диаметром 75 мм, в верхнюю часть которого сбоку под углом 45 вводят УЗ-колебания с частотой 18 кГц (от генератора УЗГ - 2 - 10 через преобразователь ИМС - 15 А - 18 и волноводную систему с излучателем 20 мм). 5 Установлено, что степень десульфурации расплава,на 10 - 13% выше, а размер сульфидных включений в металле на 0,5 балла меньше, чем без применения ультразвука.Таким образом, применение способа позволяет повысить эффективность рафинирования металла, а следовательно, улучшить его эксплуатационные свойстваОжидаемый экономический эффект = 50 руб./т подшипников.Формула изобретения 15Способ рафинирования жидкого металла в столбе жидкого шлака, включающий обработку металла ультразвуковыми колебаниями или (и) высокочастотными ударными импульсами, вводимыми под углом к оси столба шлака, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности рафинирования металла и улучшения стойкости излучателей, ультразвуковые колебания или (и) ударные импульсы подводят к боковой поверхности шлакового столба под углом 20 в 1 к его оси. Источники информации,принятые во.внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР178843, кл. С 21 С 5/56, 1964.2. Германн Э. Непрерывное литье, Государственное научно-техническое изд-во литературы по черной и цветной металлургии, 1961, с. 468, рис. 1423.