Способ периодического введения порошкообразных реагентов в жидкий металл

 

Использование: литейное производство, в частности для рафинирования и модифицирования металлов и сплавов при внепечной обработке чугуна и стали. Сущность: способ включает подачу реагентов в нижние слои расплавленного металла через отверстие в футеровке емкости под давлением газа-носителя, превышающем ферростатическое давление расплава. Перекрытие отверстия по окончании обработки осуществляют механически после сбрасывания давления газа-носителя до величины, превышающей ферростатическое давление расплава не менее, чем на 0,3 атм. 1 з. п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для рафинирования и модифицирования жидких металлов и сплавов, в частности при внепечной обработке чугуна и стали.

Известен способ обработки чугуна порошкообразным магнием, который продувается через расплав струей инертного газа [1] Недостатком указанного способа является то, что при отключении газа жидкий металл затекает в фурму и застывает в ней, выводя ее тем самым из строя. Во избежание этого необходимо подавать инертный газ, что в свою очередь вызывает изменение химического состава сплава и снижает его температуру.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ периодического введения порошкообразных реагентов в жидкий металл через закрываемое отверстие в футеровке емкости путем подачи реагентов в нижние слои жидкого металла под давлением газа-носителя [2] Согласно указанному способу по окончании вдувания модификатора давления газа-носителя сбрасывают ниже ферростатического давления расплава. При этом расплав частично заполняет трубку, вставляемую в фурму, и закупоривает ее. Для повторения процесса введения порошкообразных реагентов давление газа-носителя поднимают выше ферростатического давления расплава и оплавляют в закупоренный конец продувочной трубки, проталкивая ее в расплав.

Недостатками указанного способа являются низкая стойкость фурмы и усваиваемость вводимых реагентов, а также большая продолжительность обработки расплава.

Это объясняется особенностями процесса обработки расплава. В частности, для осуществления процесса обработки расплава в фурму вставлена металлическая трубка, которую в ходе модифицирования необходимо продвигать в глубь расплава. При этом отверстие фурмы, в котором размещена трубка, испытывает высокотемпературный износ, особенно у торцевой поверхности, которая, находясь в контакте с жидким металлом, разогревается до температур, близких температуре обрабатываемого расплава. Торцевая поверхность фурмы испытывает также и окислительное воздействие со стороны жидкого металла и продуктов реакции порошкообразных реагентов с расплавом. В результате описанных процессов зазор между отверстием фурмы и продувочной трубкой и торцевой поверхности заметно увеличивается и в него проникает жидкий металл, который, застывая, образует вокруг трубки твердую оболочку. Толщина твердой оболочки вокруг трубки постоянно увеличивается и в конечном счете происходит "схватывание" этой оболочки с фурмой, вследствие чего исключается возможность возобновления процесса обработки расплава после образования пробки в металлической трубке, т.е. фурма выходит из строя.

При введении порошкообразных реагентов через трубку с оплавляемой пробкой формируется узконаправленный поток газа-носителя, что при обработке больших объемов жидкого металла приводит к ограничению зоны взаимодействия вводимых материалов с расплавом и их неравномерному распределению по всему объему металла. В связи с этим для получения качественного металла необходимо увеличивать длительность обработки расплава и расход вводимых реагентов.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение стойкости фурмы.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе периодического введения порошкообразных реагентов в жидкий металл, включающем подачу реагентов в нижние слои расплавленного металла через отверстие в футеровке емкости под давлением газа-носителя, превышающем ферростатическое давление расплава, сбрасывание давления газа-носителя, и перекрытие отверстия, перекрытие отверстия осуществляют механически под давлением газа-носителя, превышающем ферростатическое давление расплава не менее, чем на 0,3 атм; перекрытие отверстия осуществляют огнеупорной пробкой.

Изобретение может быть реализовано при помощи различных устройств для введения реагентов в жидкий металл, один из вариантов которых приведен на чертеже.

В нижней части футеровки 1 выполнено отверстие 2 для ввода различных реагентов, которое закрывается огнеупорной пробкой 3. Подвод реагентов и газа-носителя к отверстию 2 производится при помощи трубы 4.

Для реализации предлагаемого способа в качестве емкости 1 использовался 10-тонный разливочный ковш диаметром 1,5 м, высота жидкого металла в котором 1,35-1,5 м. При заполнении ковша 1 отверстие 2 закрывалось огнеупорной пробкой 3. После заполнения ковша давление газа-носителя поднималось до 2,0 2,5 атм, открывалась пробка 3 и начинался ввод порошкообразного магния для модифицирования чугуна. Расплав продувался магнием в течение 5-10 мин из расчета 1,5-3,5 кг магния на 1 т жидкого чугуна. При этом нижняя поверхность огнеупорной пробки 3 выполняла роль рассекателя потока газа-носителя и способствовала более равномерному распределению потока по всему периметру емкости 1. В свою очередь нижняя поверхность огнеупорной пробки 3 в процессе продувки постоянно омывалась потоком газа-носителя, в результате чего исключалась возможность ее контакта с жидким металлом и предотвращался перегрев. По окончании ввода заданного количества реагента давление газа-носителя сбрасывалось до величины, превышающей ферростатическое давление расплава на 0,3 атм, и отверстие 2 перекрывалось огнеупорной пробкой 3. Подача газа-носителя затем прекращалась и обработанный расплав разливался через носок ковша. Данные по реализации способа приведены в таблице.

Перекрытие отверстия 2 в футеровке емкости необходимо производить при давлении газа-носителя, превышающем ферростатическое давление расплава, на величину не менее 0,3 атм. При давлении газа-носителя ниже указанного предела уровень отрабатываемого жидкого металла находится в непосредственной близости от отверстия 2 и вследствие значительной турбулентности потока газа-носителя частицы (капли) металла могут захватываться им и увлекаться в отверстие, что резко снижает надежность перекрытия и стойкость фурмы (см. таблицу).

Изобретение позволяет обеспечить надежность перекрытия отверстия в футеровке после завершения процесса ввода и повышение стойкости фурмы в 5-7 раз за счет того, что исключает возможность попадания металла в отверстие для подачи реагентов и на контактирующую с ним поверхность огнеупорной пробки.

Ввод реагентов в жидкий металл по предлагаемому способу позволяет снизить расход реагентов и время обработки за счет более равномерного распределения реагента по всему объему расплава.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ВВЕДЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНЫХ РЕАГЕНТОВ В ЖИДКИЙ МЕТАЛЛ, включающий подачу реагентов в нижние слои расплавленного металла через отверстие в футеровке емкости под давлением газа-носителя, превышающим ферростатическое давление расплава, сбрасывание давления газа-носителя и перекрытие отверстия, отличающийся тем, что перекрытие отверстия осуществляют механически под давлением газа-носителя, превышающим ферростатическое давление расплава не менее чем на 0,3 атм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перекрытие отверстия осуществляют огнеупорной пробкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2