УСТРОЙСТВО ПЛАВИЛЬНОГО АГРЕГАТА

Полезная модель относится к области металлургии и может быть использована для получения высококачественных сталей и сплавов.
Известно устройство плавильного агрегата с вращением металла и шлака - многофункционального плавильного агрегата (МПА). В этом агрегате интенсификация процессов плавления и удаления вредных примесей достигается за счет вращения металла и шлака с использованием бегущего магнитного поля индуктора [1, 2]. При этом в случае использования твердых восстановителей (кремний, алюминий) предусматривается получение высококачественных сталей и сплавов, в том числе безуглеродистого железа с нанокристаллической структурой.
Однако недостатком этого устройства является обеспечение только макродиффузионного перемешивания на границе металла и шлака за счет образования в результате вращения металла скольжения по скорости массы шлака относительно массы металла. При этом не обеспечивается в достаточной степени интенсивное глубинное удаление микрокристаллических включений и неоднородностей и дегазация металла.
Задачей полезной модели является одновременное синхронное обеспечение глубинного перемешивания с микродиффузионным пузырьковым удалением примесей и дегазацией металла в совокупности с макроперемешиванием при вращении металла и шлака.
Эта задача решается следующим образом.
Устройство плавильного агрегата, включающее цилиндрическое рабочее пространство, футерованное огнеупорным материалом, подину и крышку, индукторы для нагрева и плавления металла и для вращения металла и шлака, сливные отверстия для металла и шлака, отличающееся тем, что оно снабжено акустическим излучателем, в подине выполнены два отверстия, в которых установлены пористые пробки из огнеупорного материала для подачи в рабочее пространство продувочного газа, выходы акустического излучателя через трубопроводы подсоединены к входам пористых пробок, при этом пористые пробки расположены на расстоянии друг от друга, равном 0,4-0,6 диаметра рабочего пространства, а в крышке выполнено отверстие для удаления продувочного газа.
Таким образом, в данном устройстве одновременно, синхронно реализуются как процесс макродиффузионного перемешивания за счет вращения металла и скольжения по скорости шлака относительно поверхности металла, так и процесс микродиффузионного перемешивания за счет интенсивного пузырькового барботажа металла при подаче аргона через пористые пробки. Образующиеся при подаче продувочного газа (например, аргона) в расплавленный металл пузырьки газа обеспечивают интенсификацию удаления неметаллических включений и дегазацию металла.
Таким образом, процессы макро- и микроперемешивания взаимно дополняют друг друга, обеспечивая более интенсивное рафинирование металла. При реализации одновременного макро- и микроперемешивания металла удельный расход продувочного газа - аргона на 1 т расплавленного металла снижается на 30-40% по сравнению с обработкой жидкого металла без вращения металла в печах-ковшах [3]. При этом снижается длительность периода рафинирования металла, увеличивается производительность агрегата и снижается расход электроэнергии.
Применение акустического излучателя при подаче продувочного газа, например, аргона в пористую пробку обеспечивает уменьшение диаметра крупных пузырьков газа, исходящих из отверстий в пористой пробке, что приводит к увеличению поверхности контакта пузырьков газа с металлом и дополнительно интенсифицирует процесс рафинирования металла [4].
В связи с размещением сливного отверстия для удаления шлака в центре подины плавильного агрегата (см. рис.1) пористые пробки размещены в подине симметрично на расстоянии друг от друга, равном 0,4-0,6 диаметра рабочего пространства. Такая установка, учитывая образование лунки в процессе плавления при вращении металла и шлака, обеспечивает увеличение взаимодействия продувочного газа с металлом, поскольку при сформированном параболическом профиле основная масса металла располагается ближе к боковым стенкам плавильного агрегата.
Большее приближение пористых пробок к боковым стенкам приводит к активному взаимодействию струй аргона с гарнисажем и огнеупорами боковых стенок и ухудшению их стойкости.
Полезная модель реализуется устройством, показанным на рис.1. Оно включает рабочее пространство 1, подину 2 и крышку 3 плавильного агрегата, отверстие для загрузки шихты 4, металл 5 и шлак 6, сливные отверстия для металла 7 и шлака 8, индуктор для нагрева и плавления металла 9, индуктор для вращения металла и шлака 10, пористые пробки в подине для подачи продувочного газа 11, акустический излучатель 12, трубопроводы для подвода продувочного газа от акустического излучателя к пористым пробкам 13, трубопровод для подвода продувочного газа акустического излучателя 14, отверстие 15 в крышке 3 рабочего пространства для удаления продувочного газа.
Устройство работает следующим образом. В рабочее пространство плавильного агрегата 1 заливается подложка из жидкого металла, с использованием индуктора 10 обеспечивается вращение подложки с образованием лунки. Далее через отверстие 4 в крышке 3 загружается шихта, например, железная окалина и восстановитель, например, алюминий. С использованием индуктора 9 обеспечивается нагрев и плавление металла 5, при этом образуется шлак 6, также как и металл, образующий лунку. Одновременно по трубопроводу 14 к акустическому излучателю 12 подается продувочный газ и этот газ после акустического излучателя 12 по трубопроводам 13 подается к пористым пробкам 11. Удаление отработанного продувочного газа осуществляется через отверстие 15 в крышке рабочего пространства 3. Слив готового металла и шлака осуществляется через сливные отверстия 7 и 8. Акустический излучатель 12, установленный перед пористыми пробками 11, обеспечивает дополнительное измельчение выходящих из продувочных пробок газовых пузырей.
Использование данного устройства обеспечивает повышение качества металла за счет дополнительного удаления неметаллических включений и дегазацию металла при реализации синхронного макро- и микроперемешивания металла. Кроме того, уменьшается длительность плавки за счет интенсификации рафинировочного периода, снижается расход электроэнергии на плавление и на вращение металла и шлака, а также снижается расход продувочного газа, например, аргона.