Устройство для вакуумного рафинирования металла в емкости
Изобретение относится к внепечной обработке жидкого металла в емкости. Цель изобретения - повышение эффективности рафинирования. устройство содержит вакууматор с газоотводящим патрубком, который снабжен эжектором. Эжектор содержит сопло Лаваля с дозвуковой и сверхзвуковой частями. Дозвуковая часть соединена с источником газа. Сверхзвуковая часть сопла охвачена цилиндрической трубой с отверстием. Цилиндрическая труба установлена герметично и соосно соплу Лаваля. Труба снабжена раструбом, надетым герметично. Вакууматор установлен герметично торцу емкости с расплавом. 2 з.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к металлургии, в частности к внепечной обработке жидкого металла в емкости, и может быть использовано при разливке металлов и сплавов. Целью изобретения является повышение эффективности рафинирования. На чертеже показано предлагаемое устройство, по продольной оси симметрии. Устройство содержит вакууматор 1 с газоотводящим патрубком 2 и фурму 3 для продувки расплава А. К газоотводящему патрубку 2 вакууматора 1 герметично присоединен эжектор. Эжектор содержит сопло Лаваля 4, дозвуковая часть В которого через ресивер С и трубопровод 5 соединена с источником газа. Сверхзвуковую часть сопла Лаваля 4 охватывает цилиндрическая труба 6, установленная герметично и соосно соплу Лаваля 4. В боковой стенке цилиндрической трубы 6 снизу выполнено отверстие D. Отверстие D расположено от среза Е сверхзвуковой части сопла Лаваля 4 на расстоянии, большем половины длины сверхзвуковой части сопла Лаваля 4. Торцовый конец газоотводящего патрубка 2 установлен герметично в отверстии D в цилиндрической трубе 6. Цилиндрическая труба 6 может быть снабжена раструбом 7, надетым на нее соосно и герметично. Вакууматор 1 может быть установлен герметично торцу емкости с расплавом А. Устройство для вакуумного рафинирования металла в емкости работает следующим образом. Через фурму 3 в расплав А подается инертный газ. В расплаве создается большое количество газовых пузырьков, в которые, как в вакуумный объем выходят растворенные в металле газы, поскольку парциальные давления любых других газов в пузырьках равны нулю. Эти пузырьки движутся вверх, перемешивая расплав. От источника газа по трубопроводу 5 в дозвуковую часть В сопла Лаваля 4 эжектора поступает газ. Выходящая со среза Е сопла Лаваля 4 сверхзвуковая струя газа через газоотводящий патрубок 2 вакууматора 1 эжектирует газ, находящийся над поверхностью расплава А. В вакууматоре 1 создается разрежение, благодаря которому возрастает скорость движения вверх пузырьков газа. Из узкого слоя расплава А (50-150 мм) газы выходят почти полностью. Давление в вакууматоре 1 и эжекторе резко падает. Сверхзвуковая струя газа замыкается на стенках цилиндрической трубы 6. Эжектирующая поверхность струи резко сокращается, кроме того, выходящие из расплава пузырьки газа нарушают равновесие в объеме над расплавом, что приводит к повышению давления в донной области эжектора. Нарушается степень нерасчетности струи. Струя газа отлипает от стенок цилиндрической трубы 6 эжектора. В донную область эжектора и газоотводящий патрубок 2 входит волна сжатия. Давление в вакууматоре 1 резко повышается, оставаясь в то же время много ниже атмосферного. Волна сжатия распространяется в глубь расплава А. Пузырьки газа затормаживаются, испытывая импульс сил давления. Повышение давления в донной части области эжектора способствует отрыву струи газа от стенок цилиндрической трубы 6 эжектора. Эжектирующая поверхность струи газа скачкообразно увеличивается. Из донной области эжектора через газоотводящий патрубок 2, вакууматор 1 в объеме расплава А проходит волна разрежения. Пузырьки газа вновь ускоряются вверх, проникая в верхний узкий слой расплава А, из которого удаляются благодаря разрежению над поверхностью расплава А. Функционирование предлагаемого устройства проверялось на модели емкости 0,5х0,5х1 м, заполненной до высоты 0,95 м водой. Вода предварительно насыщалась углекислым газом до появления слоя пузырьков газа на днище и боковых стенках емкости. Емкость герметично закрывалась вакууматором. Продувка объема воды осуществлялась азотом через погруженную в воду фурму. Сечение выходного отверстия сопла фурмы выполнено серповидным. Площадь сечения выходного отверстия сопла- 5 мм2. Давление азота поддерживалось равным 4-6 атм. При этом обеспечивалось надежное перемешивание всего объема воды. В крышке вакууматора был установлен газоотводящий патрубок диаметром 50 мм. Длина газоотводящего патрубка 50 мм. Патрубок герметично крепился в отверстии в сменной цилиндрической трубе эжектора. Диаметр цилиндрической трубы варьировался в диапазоне 20-60 мм. Сверхзвуковая часть сменного сопла Лаваля имела длину 200 мм. Сопло Лаваля соединялось со сменным ресивером, который устанавливался с возможностью дискретного перемещения внутри цилиндрической трубы эжектора. В каждом дискретном положении сопла Лаваля обеспечивалась герметичность донной области эжектора. Диаметр критического сечения сопла варьировался в диапазоне 3-10,6 мм. Рабочим газом эжектора являлся сжатый воздух с давлением 3-30 атм. Величины разрежения в вакууматоре и донной области эжектора и давление газа в ресивере измерялись индуктивными датчиками давления (ДД-10). Давление азота в фурме измерялось манометром. Частота пульсаций разрежения и амплитуда разрежения фиксировались шлейфным осциллографом. Эффективность работы предлагаемого устройства проверялась в двух решениях: с продувкой азотом объема воды и без продувки и сравнивалась с работой прототипа, в котором стационарное разрежение над поверхностью воды создавалось вакуумным насосом. Величина разрежения варьировалась от 0,03 до 0,995 МПа (уровень разрежения измерен относительно атмосферного давления). Отбор проб воды после рафинирования производился в трех сечениях объема: верхнем, среднем и нижнем. Результаты испытаний сведены в таблицу. Следует отметить, что в прототипе после рафинирования боковые стенки объема оставались замутненными, т.е. на стенках сохранились пузырьки газа. Результаты, приведенные в таблице, получены для серии опытов, когда отверстие в цилиндрической трубе эжектора выполнено на расстоянии от среза сверхзвуковой части сопла Лаваля, большем половины длины сверхзвуковой части сопла Лаваля: 0,55-0,95. Таким образом, применение предлагаемого устройства для вакуумного рафинирования металла в емкости позволяет значительно снизить остаточное содержание газа в готовом металле, обеспечить равномерность остаточного содержания растворенных газов по всему объему, а также повысить интенсивность рафинирования расплава.
Формула изобретения
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВАКУУМНОГО РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА В ЕМКОСТИ, содержащее вакууматор с газоотводящим патрубком и фурму для продувки расплава инертным газом с ресивером, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности рафинирования, газоотводящий патрубок вакууматора снабжен эжектором, содержащим сопло Лаваля, дозвуковая часть которого через ресивер сообщена с источником газа, и охватывающую сверхзвуковую часть сопла Лаваля цилиндрическую трубу, в боковой стенке которой, обращенной к вакууматору, выполнено отверстие, расположенное от среза сверхзвуковой части сопла Лаваля на расстоянии, большем половины длины сверхзвуковой части сопла Лаваля, при этом цилиндрическая труба установлена герметично и соосно соплу Лаваля, а торцовый конец газоотводящего патрубка установлен герметично в отверстии цилиндрической трубы. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цилиндрическая труба снабжена раструбом, установленным на ее конце герметично и соосно.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 12.02.2004
Извещение опубликовано: 10.07.2008 БИ: 19/2008
