Вихревой смеситель

лстанн. тч.е. веймай " " те ь Г А. е ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социалистических Уеснублик(51) м. кл. С 21 С 1/10 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(71) Заявитель Институт проблем литья АН Украинской ССР(54) ВИХРЕВОЙ СМЕСИТЕЛЬ Изобретение относится к металлургии и литейному производству и пред назначается для непрерывной обработки металлов добавками, в част ности рафинирования, модифицирования 5 и легирования.сИзвестно устройство для обработки жицкого чугуна твердыми реагентами,. включающее дозатор добавок, коническую емкость - воронку с танген циально подведенным к ней желобом и соединенную с ней огнеупорную трубу, опускающуюся внутрь ковша и затапли- ваемую поднимающимся металлом. В устройстве организуется вихревое вра щательное движение расплава, вовлекающее более легкие добавки в металл и транспортирующее их по трубе в ковш в центральной части вращающегося потока Щ . 20Недостатком устройства является наличие в нем прямой огнеупорной трубы, опускаемой внутрь ковша и затапливаемой металлом, что требует специальных средств для установки его в 25 ковш и извлечения иэ ковша, либо установки ковша под устройство с последующим подниманием и опусканием его. Эксплуатация устройства связана с большими капитальными и органи зационными затратами. Опущенная в металл огнеупорная:труба быстро разрушается,и изнашивается; это приводит к. ее частой замене. Эффективность обработки в устройстве по ходу процесса меняется в связи с тем, что по мере наполнения ковша и изменения высоты металлостатического столба изменяются гидродинамические параметры потока расплава; Кроме того,устройство неприменимо для непрерывного процесса обработки.Цель изобретения - разработка вихревого смесителя, обеспечивающего проведение непрерывной обработки потока жидкого металла, увеличение эффективности обрабатываемого добавками расплава в условиях металлурги" ческого и литейного производства.Цель достигается тем, что в вихревом смесителе сливная труба или ее часть выполнены под углом 40-90 о к оси воронки и с отношением квадратов площадей входного и выходного отверстий трубы, равнь 1 м отношению суммы высот воронки и трубы к высоте воронки.Выполнение трубы или ее части с изломом и полости трубы суживающейся позволяет дополнительно турбулизо92 3 7793 зать поток расплава, разрушить "жгут" добавок и интенсифицировать массообмен системы металл-добавки;Кроме того, для увеличения степени турбулиэации потока м времени контакта добавки с металлом при внезапном.расширении струи диаметр входного отверстия последующего соеди-. няемого элемента сливной трубы или ее части вйполняют большим выходного отверстия предыдущего в 1,1-2 раза.На чертеже изображен вихревой сме О ситель, общий вид.Вихревой смеситель для непрерывной обработки жидкого металла состоит из доэатора 1 добавки, приемного желоба 2, один конец которого состы кован с Выпускным желобом 3 плавиль ного агрегата, а другой подведен тан генциально к верхней части футерованной воронки 4, имеющей сливное выходное отверстие 5,(входное отверстие 2 О сливной трубы) и соединенной со сливной трубой 6. Слйвная огйеупорная " труба может быть выполнена наклонной . и с изломом Под углом к оси воронкии иметь вертйкальйый 7 и наклонный.8 участки, заканчивающиеся выходнымотверстием 9. сливная труба с воронкой, а также ее части между собойстыкуются с помощью фланцев. Полость.10, "сливнойогнеупорной трубы можетбыть" выполнена суживающейся.или час тично цилиндрической, а частично "сужизающейся. Обработанный добавкбйметалл собирается в металлоприемнике " 11, Воронка обоочпована аварийным сливным желобом 12..35Вихревой смеситель работает следУющйм образом.Жйдкййметалл йэ выпускного желоба 3 плавильного агрегата поступаетв прйИаныйжелоб 2, кудаподают до О . бавкйдозатором 1. Подача добавокОсуществляется равномерно на желобилинепосредственно в воронку в зависимости. от активности вводимогокомйонента, необходимого времени предварительной его дегазации и прогрева.- Иоступающйй тангенциальнб в. " футерованную воронку 4 расплав при Обретает вращательное движение, обра-зуя"вихревой поток, который эа счетпревалирующего поверхностного стока 5 Ометалла втягивает подаваемую на егоПоверхность добавку, Втянутая вихре- .вьм потОКом добавка; двигаясь в Ме;,., ,таллв.к отверстию 5 сливной трубыб и у, вертикальном цилиндрическом 55учаетке 7 (при выполнении такового)в результате действия на металл центробежных сил располагается в цен-тральной части потока в виде "жгу- .аи 40Несмотря на то, что добавка .полностью находится в объеме металла," усвоение ее затруднено, так как; во-первых, частицы добавки, концентри руясь в центральной части вращающе- б 5 гося потока, соприкасаются междусобой, что уменьшает межфазную поверхность реагирующих компонентов и,Ьо-вторых, из-за слабого массообменамежду периферийнцми и центральнымислоями металла.За время перемещения частиц добавки с металлом от приемного желоба доначала наклонного участка 8 сливной трубы завершается ее нагрев и частичная дегазация, т.е. холодная. гранула добавки прогревается до температуры, при которбй начинается эффективное ее усвоение металломВремя,необходимое для прогрева частицыдобавки, а следовательно, ее пить идлина вертикального участка сливнойтрубы могут быть рассчитаныПоток расплава с расположеннойв его центральной части добавкойпроходя выходное Ьтверстие коническойемкости и попадая в полость 10сливной трубы, диаметр которой большедиаметра"выходного отверстия во-"ронки, внезапно расширяется и турбулизуется, в результате чего жгут"добавки"частично распадается, распределяясь в объеме металла, что приводит к увеличению межфазной поверхности и более полйому ее усвоению. Дви. -гаясь далее-в,вертикальном участке7 сливной трубы, полость которого выполнена сужающейся, поток расплава счастйчно распределенной в объемеметалла добавкой увеличивает скорость.:В Месте излома сливной трубы поток смеси металла с добавкой попадает в полость, являющуюся продолжениемполости вертйкальньго участка сливной трубы, но расположенную под угломкоси.воронки, Здесь при изменениинаправления- движения потока расплава .происходит его дополнительная турбулизация и "жгут" добавок полностьюразрушается, в результате чего увеличивается массообмен системы металлдобавка,. Обработайный добавкой металл черезвыходное. отверстие 9 сливается в металлоприемник 11,В случае засорения сливной трубыили резкого повышения уровня металлав воронке расплав стекает по аварийному сливному желобу 12 в металлоприемник.Величииа угла наклона сливнойтрубы или ее части определяется содной стороны необходимой степеньютурбулиэацйй потока и с другойусловием полного опорожнения сливйой трубы после окончания процессаобработки. В случае обработки медленновзаимодействующими с расплавомдобавками (например синтетическимшлаком, Са 0, СаГ), для эффективнойобработки которыми необходимо значительное время взаимодействия иразвитая межфазная поверхность,трубу выполняют с изломом к оси воронки в пределах, близких к 90При обработке активными и быстрореагирующими добавками (напримерйа, Ид, МаСО) угол нислона изломавыполняют порядка 50-40 . Варьируяуглом излома и длиной наклонногоучастка выбирают оптимальный режимобработки металла при использованииширокой гаммы реагентов различногогранулометрического состава и активности. Опыты на модели и лабораторные испытания вихревого смесителя на чугуне производительностью 10,15,20 т/ч позволяют выбрать основныепараметры конструкции с точки зренияпроизводительности и эффективностиобработки. Установлено, что наибольшее усвоение добавок происходитпри наклоне сливной трубы к оси воронки.в пределах 40-90".С целью стабилизации "всасывающей" способности и сохранения расчетных параметров воронки, а такжесоздания интенсивного перемешивания и массообмена металла с добавкой,отношение квадратов площадей входного Г и выходного ГВы отверстийсливной трубы или ее части определяется из равенства расхода металлав выходном 0 р ц и входном 0 от"верстиях трубй с учетом металлостатического напора.Выполнение полости сливной трубыили ее части в виде конфуэора, сужающейся дает возможность интенсифицировать процесс взаимодействияметалла с добавкой и повиснуть эффек-тивность устройства. При несоблюдении приведенного соотношения, во-первых, нарушается эффект втягиваниядобавок, во-вторых, полость трубы.не заполняется металлом и добавки иесмешиваются.Выполнение диаметра входного отверстия последующего соединяемогоэлемента сливной трубы или ее частибольшим выходного предыдущего в1,1-2 раза позволит за счет потерискорости и напора при внезапном расшйрении текущей вращающейся струйувеличить время пребывания частицЫ ,реагента в металле, турбулизовать.поток, разрушив фжгут", и за счетвакуумных полостей в кольцевом обьеме трубы предохрайить стыкуемые. соединения от разрушенияВерхний предел диаметра входногоотверстия последующего соединяемогоэлемента сливной трубы или ее частйвыбран из расчета, чтобы размер образовавшихся вихрей за уступом привнезапном расширении канала не превьаал выходного диаметра предыдущегоэлемента. В этом случае эффективностьобработки повиаается за счет взаимо-действия добавки и системы вихрей,образовавшихся при течении расплаваэа внезапным расширением. Увеличе 10,пом вихри, равные величине уступа,были соизмеримы с вводимыми добавками.Высокой эффективности процессанепрерывной обработки в вихревом смесителе способствует многостадий 15 ность взаимодействия расплава с 20 25 ЗО ды э Достоинством устройства, обеспеЗ 5 чивающим его широкое использованиев металлургии и литейном производстве, является его небольшая и регулируемая габаритная высота, позволяющая разместить его на конце 40 разливочного желоба над ковшом:резом к 6 вша и разливочным желобом большинства металлургических агрегатов ограничено, а углубление приямка для ковша осложнено и зачастую невозможно.Экспериментальные исследовании обработки чугуна в устройстве модифицирующими (например комплексным модификатором типа ЖКИК) и десульфирующими добавками (например, смесью наоснове СаО-СаГ и МаСО) показывают эффективность процесса обработки.Проведены промьыленные опыты по модифицироваиию чугуна в вихревом смесителе, установленном на конце желоба вагранки; Иэ полученного модифицированного чугуна отлита опытная партия труб.В вихревом смесителе проведена серия опытов по десульфурации чугуна. Средняя степень десульфурации составила б 0Выполнение в вихревом смеСителе сливной трубы или ее части под углом 43 50 55 66 ние диаметра входного отверстия боль"ше указанного верхнего предела вызывает образованиЕ вихрей размером, большим выходного диаметра предыдущего канала, что приводит к образованию в отводящем канале так называемых "вихревых" пробок, снижаю"щих эффективйость обработки. Нижний предел выбран из такого расчета, чтобы создающиеся эа усту добавкой при оптимальных условиях контакта, Взаимодействие начинается еще в потоке на желобе, затем в вО- ронке при переходе через сливное отверстие в расширенйый вертикальный участок сливной трубы, при изло" ме участков сливной трубы и заканчивается при падении струи в ковш.Производительность смесителя теоретически неограничена и его можно установить как на выпускном желобе доменной и мартеновской печи,. так и на жеяобе небольших плавильных обаектов, применяемйх в литейном производстве,Процесс обработки в вихревом смесителе протекает спокойно без выбросов и загрязнения окружающей среили миксером, Расстояние между об,с 779392 изобретения формула Подписноеомитета СССРоткрытийая наб., д. 4/ 9651 3Тираж ВНИИПИ Гос по делам 113035, Москвк арственногозобретенийЖ, Рауш Щ Д Ъ Филиал ППП "Патен суживающейся и организация внезапного расширения в полости трубы значительно интенсифицируют массообменсистемы металл-добавка и увеличиваютвремя взаимодействия расплава с добавкой. Так,при обработке чугунакомплексным модификатором в вихревомсмесителе. с целью модифицированиядостигнуто практически полное егоусвоение и получен высокопрочный чугун при расходе модификатора 22,5 вес.% (вместо 3-4 вес.Ъ по сравнению с обработкой чугуна в ковше),1Вихревой смеситель для непрерывной обработки жидкого металла добавками, содЕржащий дозатор добавок, коническую емкость-воронку с тангенциально подведенным к. ней жеСоставительедактор Н. Кешеля Техред С,Ми лобом и соединенную с ней огнеупорную трубу, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения эффективности непрерывной обработки, сливная огнеупорная труба или ее частьвыполнены под углом 40-90 О к оси воронки и с отношением квадратов площадей входного и выходного отвер-.стий трубы, равным отношению суммывысот воронки и трубы к высоте воронки.2, Смеситель по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что входноеотверстие последующего соединяемого элемента сливной трубы или ее,части выполнено с диаметром, большим выходного предыдущего отверстияв 1,1-2 раза.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Англии Р 1109782,кл, С 7 О, опублик. 19 бб. Кондратьеванова Корректор Н. Г Ужгород, ул. Проектная,4