Фурма для обработки жидкого металла

Донецкий ордена вого Красного Знамени политехнический(71) Заявители институт и Донецкий научно-исследователЬский институт1черной металлургии Трудо 4) ФУРМА ДЛЯ ОБР АЛ КИ ЖИДКО ность, чвоения ре му ихПрижение расходу.продувке через такую фурму движидкого металла, вызванное всплы газовых образований или газопой смеси, наблюдается, в основ- радиальном и осевом направлениях ие же металла вокруг оси фурмы ванием рошково ном, в Движен Изобретение относится к металлургии, в частности к оборудованию для обработки жидкого металла продувкой газом, газопорошковой смесью, а также для пневматического перемешивания металла с вводимыми в него не через фурму реагентами.Известно устройство для продувки жидкого металла газом или газопорошковой смесью, выполненное в виде погружаемой в металл фурмы (трубы) с отверстием внижней части для выхода газа (или газо- порошковой смеси) 11).Однако при продувке через такое устройство жидкого металла газом или газо., порошковой смесью последние после выхоИ да в металл поднимаются верх и распределяются в зоне, прилегающей непосредственно к боковой поверхности фурмы, что приводит к образованию малой поверхности30 контакта фаз, и вследствие небольшой высоты обрабатываемого слоя металла (как правило не более 1,5-1,8 м) и значительной скорости всплывания газожидкостных потоков - к малой длительности контакта фаз, ухудшению массообмена между вдуваемыми веществами и металлом и низкой эффективности обработки. Всплывание с большой скоростью газожидкостных потоков вдоль фурмы приводит к выплескам обрабатываемого металла, что не позволяет увеличить количество вдуваемых в единицу 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 прореагировать с металлом и выносятся на поверхто приводит к низкой степени у- агентов в металле и повышенно(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 боко вой поверхности штанги установлены направляющие наклонные лопатки (распределители), которые разбивают поток4на более мелкие и частично отклоняют их от вертикали 2).Недостатками указанного устройства является то, что выходящий иэ отверстия поток вдуваемых веществ вскоре после набегания на наклонные лопатки, (распределители) е.ыходит в металл через боковые края .лопаток, в связи с чем не создается принудительное направление газовым или гаэопорошковым потокам в виде наклонных струй, распределяюшихся в большом объеме жидкого металла, которые могли бы значительно увеличить длительность и поверхность коНтакта вдуваемых веществ с металлом. Сопротивление, оказываемое лопатками при всплывании гаэожидкостных потоков, а также степень закручивания потока вокруг оси фурмь 1 незначительные, что не позволяет добиться интенсивной продувки путем увеличения количества вдуваемых веществ без выплесков металла иэ ванны.Цель изобретения - улучшение массо- обмена между вдуваемыми веществами и металлом и интенсификапия процесса продувки.Укаэанная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем полую штангу с отверстием для выхода в металл вдуваемых веществ и установленный над, ним на наружной поверхности штанги распределитель, последний выполнен в виде установленной соосно штанге винтовой лопасти, с расположенным по периметру и направленным вниз бортом.На нижней поверхности лопасти выполнены радиальные выступы, высота и ширина которых выбраны равными 1 5 диамеч- рам отверстия штаю и.Внутренний диаметр винтовой лопасти выполнен равным 20-100 диаметрам отверстия штанги.Шаг винтовой лопасти равен 10-50 диаметрам отверстия штанги.Высота борта 0,25-0,6 шага винтовой лопасти. Нв фир, 1 изображена фурма, общийвид; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; нафиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.Фурма содержит полую штангу 1 с отверстием 2 для выхода в металл вдуваемых веществ 3, Над отверстием на наружной поверхности штаны л установлен распределитель, выполненный в виде размещенной соосно штанге винтовой лопасти 4,снабженной по периметру направленнымвниз бортом 5.На нижней поверхности лопасти 4 выполнены радиальные выступы 6,Высота и ширина выступов выполненыравными 1-5 диаметрам отверстия штанги, так как при выполнении их меньшеодного диаметра отверстия штанги степень диспергирования вдуваемых веществс металлом заметно снижается, а прибольших размерах потребуется увеличитьвысоту борта и шаг винтовой лопасти,что приводит к существенному увеличениювеса устройства и уменьшению длины погруженной в металл лопасти,Внутренний диаметр винтовой лопастивыполнен равным 20-100 диаметрам отверстия штанги. При меньшем диаметревинтовой лопасти возможно непопаданиечасти вдуваемых веществ внутрь распределительного желоба, обраэованного боковой поверхностью штанги 1, винтовой лопастью 4 и бортом 5, выход их за егопределы и свободноевсплыванне, чтопривело бы к ухудшению массообмена между вдуваемыми веществами и металлом,При внутреннем диаметре винтовой лопасти, превышающем 100 диаметров отверстия, условия массообмена и воэможностиинтенсификации продувки хотя и улучшаются, но погружение устройства такихбольших размеров в ванну, например ковш,затруднено иэ-за всегда имеющихся вверхней части ковша настылей.Шаг винтовой лопасти выполнен равным 10-50 диаметрам отверстия штанги.При выполнении его менее 10 диаметровотверстия штанги и создании борта необходимой высоты уменьшится зазор междунижней. кромкой, борта и лопастью, чтоухудшает условия наблюдения за состоянием желоба, ремонта его и удалениянастылей. При выполнении шага более 50диаметров отверстия штанги угол подъемалопасти значительно увеличится, что уменьшит время контакта вдуваемых веществс металлом, а следовательно, и ухудшитусловия массообмена между ними.Высота борта выполнена равной 0,250,60 шага винтовой лопасти. При таком45 50 55 5 86соотношении размеров борт, лопасть и боковая поверхность штанги образуют совместно достаточно глубокий винтовой желоб, под днищем которого всплывают вдуваемые вещества, При меньшей высотеборта возможен выход вдуваемых вещесгвиэ-под борта и свободное их всплываниена поверхность. При большей высоте борта затрудняется наблюдение за состояниемвнутренней поверхности желоба, а такжеобслуживание его (ремонт, удаление настылей и др.).Высоту винтовой лопасти целесообразно выполнить равной 1-4 ее шага. Привыполнении ее менее укаэанного нижнегопредела взаимодействие вдуваемых веществ с металлом под распределительнымжелобом будет происходить на малой длине, что ухудшит условия массообмена иснизит возможности интенсификации процесса продувки. При выполнении высотылопасти более четырех ее шагов частьлопасти не будет погружаться в металл,что приведет к бесполезному увеличениюразмеров и массы фурмы.Винтовая лопасть может быть выполнена многозаходной, преимущественно двухзаходной, что еше более улучшит условиямассообмена 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 этимотверстием на наружной поверхности штанги распределителем, выполненным в видерасположенной соосно штанге винтовойлопасти 4, снабженной по периметру направленным вниз бортом 5, при посгуплении в штангу под давлением вдуваемыхвеществ погружают в жидкий металл 7.Высота и ширина выступов на нижнейповерхности лопасти равна 2 диаметрамотверстия штанги, внутренний диаметрвинтовой лопасти равен 20 диаметрам отверстия штанги, шаг - 10 диаметрам, высота - трем шагам винтовой лопасти, авысота борта - 0,4 шага винтовой лопасти.Вдуваемые вещества 3 после выходаиз отверстия 2 поднимаются вверх и поступают под днище винтового желоба,. образованного винтовой лопастью 4, бортом5 и боковой поверхностью штанги 1, гдедробятся на более мелкие частицы, постоянно взаимодействуя с шероховатымиповерхностями желоба и выступами 6.на его днище. Мелкие пузырьки газа пронизывают прилегающие к стенкам и дни 5 10 15 20 25 ЭО 35 40 Так например, при модифицировании жидкого чугуна гранулированным магнием, последний не успевает полностью расплавиться, испариться и прореагировать с обрабатываемым. металлом. Коэффициент использования магния при этом не превышает 40%. При вводе же гранулированного магния через предложенную фурму повышение степени использования магния достигнет 7580% за счет увеличения поверхности, времени контакта и улучшения неремешивения магния с металлом.Расход магния при модулировании чугуне в настоящее время составляет 3- 3,5 кг/т чугуна. При вдуванйи же его через предложенную фурму и получении,та 6шу желоба слой металла и взаимодействуют с ним, в результате чего улучшается массообмен между газом и жидкостью.При вдувании порошов твердые частицы внутри желоба интенсивно перемешиваются с металлом, так как в результате удара струи о днище и выступы 8 желоба они распределяются в виде тонких слоев. При этом исключается возможность сливания их в комки. В результате улучшения распределения частиц в жидком металле значительно увеличивается поверхность контакта их с металлом, уменьшается толщина диффузионного слоя около частиц, ускоряется процесс их растворения и взаимодействия с металлом. При движении газожидкостного потока под днищем ви 1 гового желоба вследствие инерционных сил в движущемся криволинейном газожидкостном потоке возникают вторичные течения, интенсифицирующие перемешивание вдуваемых веществ в металле. Интенсивное церемешивание всей ванны металла, вызываемое движением по винтовому желобу гаэожидкостного 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 более раз превышать высоту слоя обрабатываемого металла, то значительно увеличивается цуть и время взаимодействия с металлом вдуваемых веществ.Движение газов и металла по криволинейному желобу резко уменьшает раскачивание слоя жидкости в ванне, в связи с чем значительно уменьшаются выплески металла, а следовательно, появляется возможность интенсифицировать процесс продувки увеличением количествавдуваемых в единицу времени веществ.7 865 кого же результата обработки расход его составит 1,8-2,2 кг/т,Ожидаемый экономический эффект - 0,8 1,0 руб/т чугуна. При этом вследствие интенсифккации процесса продувки поидсится производительность фурмы, примерно в 1,8 раза сократиться время обработки, а следовательно, возрастет срок службы погружаемой в металл фурмы.Формула изобретения1. Фурма для обработки жьщкого металла, содержащая полую штангу с отверстием для выхода в металл реагентов и установленный над отверстием на наружной поверхности штанги распределитель, о тл и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью улучшения массообмена между вдуваемыми 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 и. 1, о т л и ч а ю ш ая с я тем, что на нижней поверхности лопасти ыполнены радиальные выступы, вы,сота и ширина которых равны 1-5 диаметрам отверстия штанги,3. Фурма по и. 1, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что внутренний диаметр бортавинтовой лопасти равен 20-100 диаметрам отверстия штанги.4. Фурма по и. 1, о т л и ч а ю -щ а я с я тем, что шаг винтовой лопасти равен 10-50 диаметрам отверстияштанги,5. Фурма по пп. 1,4 о т л и ч а ю -щ а я с я тем, что высота борта равна0,25-0,6 шага винтовой лопасти. Источники инфраци,принятые во внимание при экспертизе1. Ладыжевский Б. Н., Башмаков А.Д.Обработка жидкого металла порошкамив струе газа", М., Металлургиздат, 1961,с. 17,2. Патент США % 3227547,кл, 75-27, 1966.865921 Составитель А. Коедактор С. Патрушева Техред 3, фанта ев тор Л, Бокаан писное рственно СССРретений исква, Ж, , д. 4 ул. Проектная, 4 г, Ужг илиал ППП "Пате каз 7992/39 ВНИИПИ Госу по делам изоб 113035, Мо Тираж 621 го комитетаоткрытийРаушская наб,