УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

Полезная модель относится к металлургии литейного производства, в частности к устройствам для обработки жидкого чугуна реагентами.
Известно устройство для продувки металла [1], которое содержит размещенную в направляющих штангу, соединенную с подъемным механизмом, и фурму. Недостатком данного устройства является сложность механизма, который не обеспечивает хорошего усвоения реагента, а из-за сильной продувки газами создаются опасные условия работы для обслуживающего персонала. Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство [2], представляющее собой прямоугольную раму, образованную цилиндрическими поверхностями, и состоящую из коаксиально расположенных труб, снабженную соплами первичной и вторичной ступеней подачи дутья, которые расположены под определенными углами.
Недостатком данного устройства является не направленное, а хаотическое перемешивание реагента, что приводит к недостаточному усвоению реагента. Наличие большого количества отверстий и сильной продувки способствует выбросу металла из ковша, что ухудшает технику безопасности для обслуживающего персонала.
Технический результат, достигаемый заявляемым техническим решением, заключается в увеличении степени усвоения реагента в емкости с жидким металлом, а также в улучшении техники безопасности.
Указанный результат достигается тем, что перемешивание жидкого металла осуществляют путем возвратно-поступательных движений в вертикальной плоскости устройства, состоящего из графитового
диска с круглыми сквозными отверстиями, переходящего в сплошной графитовый стержень, с подъемом устройства на всю высоту емкости с жидким металлом, при отношении площади отверстий на диске к общей площади диска как 0,15-0,40, что позволило произвести лучшее перемешивание жидкого металла и исключить выплеск металла.
Заявляемое конструктивное решение иллюстрируется чертежами:
фиг.1 - вид сбоку;
фиг.2 - вид спереди.
Предлагаемое устройство для перемешивания жидкого металла состоит из графитового диска 1 с круглыми сквозными отверстиями 2, переходящего в сплошной графитовый стержень 3 с ручкой 4 на конце. Данное устройство под действием приложенной силы (вручную или с помощью механизма) совершает возвратно-поступательные движения в вертикальной плоскости с подъемом на всю высоту тигля печи или ковша, увлекая за собой ко дну ковша всплывающие легкие частицы реагента, и при обратном движении наоборот, поднимая со дна ковша вверх тяжелые частицы реагента.
При движении устройства для перемешивания жидкого металла вниз на металл, находящийся под диском 1, будет оказываться давление, а над диском будет образовываться разряжение. Поэтому все плавающие частицы реагента будут устремляться вниз на дно тигля (или ковша). Часть металла через сквозные отверстия 2 в диске 1 за счет перепада давлений над и под диском будет проходить в пространство над диском (из под диска). Но и эта часть металла будет захвачена потоком вниз. При движении устройства для перемешивания жидкого металла вверх на металл, находящийся над графитовым диском, будет оказываться давление, а под диском будет образовываться некоторое разряжение. Поэтому тяжелые частицы реагента вместе с частью металла будут устремляться вверх. Часть металла через сквозные отверстия будет проходить вниз, но и он будет захватываться
вверх. Таким образом, все частицы реагента, легкие и тяжелые, плавающие наверху и находящиеся внизу, будут перемешиваться сверху вниз и снизу вверх, активно способствуя растворению любых легирующих и модифицирующих добавок.
Предлагаемое устройство позволяет обеспечить высокую степень усвоения реагента в жидком металле и улучшить технику безопасности для плавильщика.
Аналогов, содержащих отличительные признаки предлагаемого технического решения, не обнаружено. В ОАО «ГАЗ» в условиях литейного цеха были проведены опытные сравнительные плавки получения бронзы БрХЦр известным (по прототипу) и предлагаемым устройствами. Бронзу выплавляли в индукционной печи с графитовым тиглем. В качестве шихты использовали: медь электролитическую, хром металлический, возврат БрХЦр, цирконий - пруток, лигатура медно-фосфористая и уголь древесный. Плавку вели под слоем угля до полного расплавления шихты. При отключенной печи под слой угля ввели две таблетки фосфористой меди. Затем нагрели печь до 1350-1400°С. При температуре 1350°С ввели хром металлический и перемешивали: 1-ое известное устройство с продувкой воздухом, указанное в прототипе - 8 мин, 2-ое предлагаемое устройство - перемешивание графитовым диском, перемещая его вниз и вверх на всю высоту тигля - 8 мин, нагревая сплав до 1400°С. Охладили сплав до 1300-1350°С, на дно ковша ввели цирконий, слили расплав в ковш, сняли шлак: 1 известное устройство - с продувкой воздухом, указанным в прототипе - 9 мин, 2 предлагаемое - устройство - графитовым диском, перемещая его вниз и вверх на всю высоту тигля - 9 мин.
Результаты исследования внесены в таблицу №1. Как видно из таблицы №1 при продувке воздухом известным устройством(варианты №1, 2) наблюдаются всплески металла над зеркалом металла, что очень опасно для обслуживающего персонала. Усвоение Сr и Zr в известном способе - 50-53% и 62-68% соответственно. При перемешивании
предлагаемым устройством (графитовым диском с отверстиями) всплесков сплава над зеркалом металла нет.
В первом варианте предлагаемого устройства при отношении площади отверстий к площади диска Si/Sд=0,496 стенка между отверстиями очень тонкая и графитовое изделие в этом месте разрушилось. В вариантах с 2-5 величины отношений суммарных площадей отверстий (с 16 по 10 мм) 0,392 по 0,153 являются оптимальными. Усвоение Сr и Zr максимально, 85-90% и 89-93% соответственно. В варианте 6 диаметр отверстий очень маленький, поэтому сопротивление металлу при движении вверх и вниз оказалось очень большим. Скорость перемещения диска резко уменьшилась и усвоение сильно упало 70-75% (при отношении Si/Sд=0,038).
Таким образом, самое высокое усвоение элементов хрома и циркония (85-90, 89-93%) получается с применением предлагаемого устройства при соотношении суммарных отверстий в графитовом диске к его площади как 0,15-0,40.
Предлагаемое устройство для перемешивания жидкого металла безопасно для обслуживающего персонала, так как при его работе выплеска металла не происходит.
Источники информации.
1. SU №1330173, опубликовано 15.08.87. Бюл. №30. МПК С 21 С 5/48.
2. SU №1583448, опубликовано 07.08.90. Бюл. №29. МПК С 21 С 5/48 (прототип).
Таблица 1
Способ обработки
№ варианта
Диаметр отверстия d, мм
Площадь 1 отверстиямм<sup>3</sup>
Площадь 30 отверстий Si, мм<sup>2</sup>
Si/S диска
Степень усвоения
Высота всплесков, м
Технологические особенности
Cr
Zr
Известный
1
-
-
-
-
50
62
0,3
-
2
-
-
-
-
53
68
0,25
-
3
18
254,34
7630,2
0,496
75
77
Нет
Легко перемешается, но разрушается
Предлагаемый
2
16
200,96
6028,8
0,392
87
89
Нет
Свободно перемешается и не разрушается
3
14
153,86
4615,8
0,30
90
93
Нет
-//-
4
12
113,04
3391,2
0,220
90
92
Нет
-//-
5
10
78,5
2355,0
0,153
85
90
Нет
-//-
6
5
19,625
588,75
0,038
70
75
Нет, но с боков бурун
Тяжело перемещается
d - диаметр отверстия в диске (5-18 мм),D - диаметр графитового диска =140 мм.Sд=15386 мм<sup>3</sup>