ВАКУУМНЫЙ КОВШ ДЛЯ ВЫЛИВКИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

Предполагаемое изобретение относятся к цветной металлургии, к электролитическим способам производства цветных металлов, и может быть использовано в производстве алюминия.
Технологический процесс производства алюминия включает электролитическое восстановление металла из криолит-глиноземного расплава, выливку жидкого алюминия из электролизера, транспортировку его в литейное отделение и разливку в товарную продукцию.
В настоящее время выливку жидкого металла из электролизеров осуществляют, в основном, вакуумными ковшами. [Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М., Металлургия, 1971г., с. 276, (1)].
При таком способе выливки значительны потери металла т.к., происходит окисление алюминия в вакуумном ковше за счет:
- большой высоты падения струи металла из всасывющей трубы в ковш;
- эжекция и замешивание пузырьков воздуха в объем жидкого алюминия;
- разбрызгивание металла.
Также значительны потери металла при переливке из вакуумного ковша в транспортный ковш и из транспортного ковша в другую металлургическую емкость (миксер, электролизер и т.п.). При переливах происходит интенсивное перемешивание металла в емкости и эжекция пузырьков
воздуха струёй в объем переливаемого металла (за счет высокой кинетической энергии струи металла),
Известен вакуумный ковш для выливки жидкого алюминия из электролизера, содержащий корпус, всасывающую трубу, крышку и сливную летку, в котором, с целью сокращения потерь металла и повышения его качества, канал сливной летки выполнен конически расходящимся с углом конуса 3-8° при соотношении длины канала к его большему диаметру равном 2,5-3,5.
Конически расходящийся канал сливной летки позволяет увеличить сечение струи, снизить скорость истечения, уменьшить интенсивность перемешивания струи и эжекцию воздуха в объем металла. (Решение о выдаче охранного документа от 28.02.92 г. по заявке № 4897641/02-124485 от 29.12.90г, [2]).
Однако известное решение не устраняет потери металла при заборе его из электролизера в вакуумный ковш.
Известен вакуумный ковш для забора алюминия из электролизера, включающий емкость со сливным носком, траверсой и приводом, съемную крышку с всасывающей трубой и подвеской, в котором съемная крышка снабжена экранирующей обечайкой, к наружной поверхности которой герметично закреплен подвижный фланец с упругим уплотнительным элементом, контактирующий с неподвижным фланцем, закрепленным на корпусе ковша под сливным носком, выполненным в виде желоба и откидной части, смонтированной на оси, на контактирующей с желобом стороне откидной части выполнена канавка с уплотнением. (А. с. СССР № 743783, В 22 Д 41/00, С 25 с 3/10, [3]).
По технической сущности и достигаемому результату данное решение является наиболее близким к предлагаемому.
Использование известного вакуумного ковша позволяет частично снизить потери металла при его выливке, поскольку устраняется операция
перелива металла из вакуумного ковша в транспортный, что уменьшает потери и повышает качество металла.
Однако не устраняются потери при заборе металла из электролизера в вакуумный ковш.
Задачей предполагаемого изобретения является снижение потерь металла и повышение его качества.
Техническим результатом является снижение окисляемости металла при заборе из электролизера в вакуумный ковш и при переливе металла из ковша в другую металлургическую емкость.
Технический результат достигается тем, что, вакуумный ковш для выливки жидкого металла из электролизера, содержащий металлический футерованный изнутри корпус, грузоподъемную траверсу, съемную крышку и всасывающую трубу, дополнительно содержит, установленную внутри него трубу, верхний конец которой соединен с всасывающей трубой, а нижний расположен у днища ковша. Всасывающая труба может быть выполнена съемной, а в верхней части она снабжена дополнительной полостью, которая с помощью запирающего устройства соединяется с вакуум-линией и атмосферой, причем узел соединения полости с вакуум-линией и атмосферой снабжен металлонепроницаемым, но газопроницаемым фильтром.
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
Установка внутри вакуумного ковша дополнительной трубы, соединенной с всасывающей трубой, и расположение конца установленной трубы у днища ковша обеспечивает преимущественно закрытый перелив металла, при котором исключается интенсивное перемешивание и эжекция воздуха в объем металла (т. е. исключается окисление алюминия).
В момент начала выливки снижается высота падения струи, а затем подача металла идет под уровень, что снижает окисляемость металла и его
потери, а также повышает качество алюминия-сырца за счет снижения содержания в нем оксидных включений и водорода.
Наличие полости в верхней части всасывающей трубы, имеющей возможность соединяться с атмосферой, позволяет быстро и эффективно разрывать струю переливаемого в ковш металла для окончания выливки.
Для предохранения вакуум-линии от воздействия расплавленного металла (при подключении полости к вакууму) в узле соединения полости с вакуум-линией предусмотрен металлонепроницаемый, но газопроницаемый фильтр.
Предлагаемый ковш, по сути, является вакуум-транспортным, что дополнительно снижает потери металла, т. к. устраняется операция перелива металла из вакуумного ковша в транспортный, т. е. устраняется окисление металла на переливе и тем самым резко снижаются его потери за счет угара и перехода в шлак.
Кроме того, с использованием предлагаемой конструкции возможен и закрытый перелив из ковша в другую металлургическую емкость, например, в миксер, что также снижает потери металла и повышает его качество.
От прототипа предлагаемое решение отличается тем, что внутри вакуумного ковша дополнительно установлена труба, верхний конец которой соединен с всасывающей трубой, а нижний конец расположен у днища ковша, причем, всасывающая труба может быть выполнена съемной, а в верхней части она снабжена дополнительной полостью, которая с помощью запирающего устройства может соединяется с атмосферой или вакуум-линией, причем узел соединения полости с атмосферой или вакуум-линией снабжен металлонепроницаемым, но газопроницаемым фильтром, что и обуславливает соответствие предлагаемого решения критерию изобретения "новизна".
Сравнительный анализ предлагаемого решения с другими известными в данной области выявил следующее:
- известен вакуумный ковш, содержащий футерованный металлический корпус, крышку с траверсой, заборную трубу и конически сходящуюся сливную летку [1];
- известен вакуумный ковш для выливки жидкого металла из электролизера, содержащий футерованный корпус, крышку, всасывающую трубу и сливную летку, канал которой выполнен конически расходящимся с углом конуса 3-8° при соотношении длины канала к его большему диаметру равном 2,5-3,5 [2];
- известен вакуумный ковш для забора алюминия из электролизера, включающий емкость со сливным носком, траверсой и приводом, съемную крышку с всасывающей трубой и подвеской, причем крышка снабжена экранирующей обечайкой, сливной носок выполнен в виде желоба и откидной части [3].
Не выявлено технических решений, конструкций вакуумных ковшей, которые бы характеризовались наличием:
- дополнительной трубы, установленной внутри ковша, один конец которой соединен с всасывающей трубой, а другой конец расположен у днища ковша;
- быстросъемной всасывающей трубы;
- наличием на всасывающей трубе полости, которая с помощью запирающего устройства может соединять ковш с атмосферой и вакуумной линией, что обеспечивает возможность вакуумирования ковша при выборе металла, разрыва струи металла по окончании выливки, закрытого перелива металла из ковша в другую емкость без наклона последнего.
Таким образом, предлагаемое техническое решение отвечает критерию изобретения "изобретательский уровень".
Вакуумный ковш состоит из футерованного изнутри корпуса 1, крышки 2, на которой закреплен трубопровод вакуумной линии 3 жаровая труба), грузоподъемной траверсы 4, всасывающей трубы 5, соединенной с дополнительной трубой 6, размещенной внутри ковша, всасывающая труба 5 в верхней ее части снабжена полостью 9, соединяющейся с атмосферой посредством жаровой трубой 7 и запирающим устройством 8. В полости 9 установлен металлонепроницаемый, но газопроницаемый фильтр 10.
Вакуумный ковш работает следующим образом.
На предварительно прогретый ковш герметично крепят съемную крышку 2, в которую устанавливают всасывающую трубу 5, соединенную с дополнительной внутренней трубой 6.
Носок всасывающей трубы 5 погружают в расплав металла, находящегося в электролизере. При этом запорное устройство 8 на жаровой трубе 7 должно быть закрыто для герметизации ковша. Создавая разрежение внутри ковша 1 за счет подключения трубопровод 3 к вакуум-линии, производят набор металла из электролизера в вакуумный ковш. При подъеме уровня жидкого металла в ковше выше нижнего среза сливной трубы б, дальнейший перелив происходит под уровень металла. При необходимости прерывания выливки, (окончании процесса перелива), трубопровод 3 отключают от вакуум-линии, а струю металла во всасывающей трубе 5 и 6 разрывают путем подачи через запирающее устройство 8 в полость 9 атмосферного воздуха.
После набора металла в ковш, всасывающую трубу 5 и соединенную с ней дополнительную трубу 6, извлекают из наполненного ковша, переставляют в другой пустой ковш и продолжают выливку металла из электролизеров в корпусе.
Предлагаемая конструкция вакуумного ковша позволяет также, осуществлять закрытый перелив металла из ковша в другую металлургическую
емкость (миксер, ковш, электролизер). При этом вакуумный ковш работает следующим образом.
Ковш с металлом подводят к металлургической емкости, в которую планируется осуществить перелив. Наружный конец всасывающей трубы 5 погружают в расплав, содержащийся в металлургической емкости, на глубину 5-10 см. Жаровую трубу 7 подсоединяют к вакуум-линии при открытом запирающем устройстве 8. В этом случае в полости 9 и внутри труб 5 и 6 создается разрежение. Под действием разряжения расплав начинает подниматься с одной стороны по трубе 5, а с другой стороны по трубе 6. Поднимающийся по трубе 6 расплав, быстрее достигнет верхней точки, и перельется во всасывающую трубу 5, тем самым создав направленный поток из ковша в металлургическую емкость. Дальнейший перелив расплава из ковша осуществляется самопроизвольно, поэтому поддержание разряжения в полости 9 необязательно.
Пористый фильтр 10, проницаемый для газов, препятствует возможному попаданию расплава в вакуум-линию.
Предлагаемое решение позволяет:
1) на 40-60% сократить потери металла при его выливке в вакуумный ковш из электролизера;
2) осуществлять подачу металла в ковш под уровень расплава, тем самым снизить содержание в металле неметаллических примесей и водорода на 30-50%;
3) расширить функциональные технологические возможности оборудования за счет устранения операции перелива металла из вакуумного ковша в транспортный ковш, а также, благодаря возможности осуществления закрытого перелива расплава из вакуум-ковша в другую металлургическую емкость без наклона ковша.
На ОАО "СУАЛ", филиал "ИркАЗ-СУАЛ" проведены опытно-промышленные испытания предлагаемой конструкции вакуумного ковша, подтвердившие его высокую эффективность.