Способ удаления окисной пленки с поверхности металла и устройство для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано в цветной металлургии при удалении окисной пленки с поверхности расплавленного металла. Сущность: очистку осуществляют опусканием в слой окисной пленки капиллярных каналов, одновременно накрывающих всю поверхность металла, последующим их подъемом и очищением капиллярных каналов от окисного слоя, находящегося в них. Устройство для съема окисной пленки содержит приводной механизм, имеющий возможность осевого возвратно-поступательного перемещщения, перпендикулярного к поверхности окисной пленки, на нем жестко закреплена капиллярная решетка, состоящая из множества составленных вместе трубок, имеющих в плане форму окружности или многоугольника, капиллярная решетка имеет в плане ту же форму, что и поверхность окисной пленки, имеется колпак, соединенный с воздушной магистралью, в верхнем положении приводного механизма капиллярная решетка имеет возможность поворота в горизонтальной плоскости с последующим контактом всей поверхности ее верхнего среза с колпаком. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности предназначено для съема окисной пленки с поверхности расплавленного металла.

Известен способ предотвращения появления на поверхности расплавленного металла окисной пленки путем создания над поверхностью металла инертной газовой "подушки", например, путем подачи под специальный зонд газа аргона. Данный способ имеет следующие недостатки: достаточно высокую стоимость оборудования, потребность в большом количестве газа, необходимость обеспечения достаточно высокой герметизации зонда, чего не всегда можно достичь.

Известен способ съема окисной пленки, заключающийся в соскабливании слоя окисной пленки с поверхности расплавленного металла.

Способ может осуществляться устройством, принятым за прототип, содержащий приводной механизм, укрепленный на основании, в виде бесконечной цепи, на которой укреплены специальные скребки, которые, проходя над поверхностью металла, снимают слой окисной пленки.

Недостатком данного способа и устройства является недостаточно полное снятие окисной пленки, так как скребок не может одновременно захватить всю поверхность съема, вследствие чего часть окисной пленки просто перегоняется из одной части изложницы в другую и не убирается. Также механический скребок не может убирать окисную пленку у краев изложницы, так как имеет криволинейную траекторию опускания и подъема и, следовательно, имеет начало и конец контакта с окисным слоем только на некотором расстоянии от краев изложницы.

В настоящее время несмостря на множество предлагаемых технических решений, направленных на удаление окисной пленки с поверхности металла, эта задача не решена, практически на всех металлургических заводах России, Казахстана, Украины и других республик СНГ эта технологическая операция выполняется вручную, на заводах Франции используют аргоновую "подушку", в Японии специальные вибрационные устройства, которые ненадежны. Потребность в простом и надежном устройстве для быстрого и качественного съема окисной пленки очень велика. В связи со всем изложенным формулируется цель изобретения повышение качества съема окисной пленки путем достижения полного удаления всего слоя окисной пленки одновременным его удалением со всей поверхности металла.

Указанная цель достигается техническим решением, представляющим собой новый способ для съема окисной пленки, осуществление которого обуславливает применение устройства определенной новой конструкции.

Цель достигается применением способа для съема окисной пленки путем опускания в слой окисной пленки капиллярных каналов, одновременно накрывающих всю поверхность металла, последующего их подъема и очищения капиллярных каналов от окисного слоя, находящегося в них.

Предлагаемый способ для съема окисной пленки осуществляется разработанным для него устройством.

Цель достигается в устройстве для съема окисной пленки, содержащем приводной механизм, получением возможности его осевого возвратно-поступательного перемещения, перпендикулярного к поверхности окисной пленки, жестким креплением к нему капиллярной решетки, состоящей из множества составленных вместе трубок, имеющих в плане форму окружности или многоугольника, капиллярная решетка имеет в плане ту же форму, что и поверхность окисной пленки, наличием колпака, соединенного с воздушной магистралью, в верхнем положении приводного механизма, капиллярная решетка имеет возможность поворота в горизонтальной плоскости с последующим контактом всей поверхности ее верхнего среза с колпаком.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ для съема окисной пленки принципиально отличается использованием сил поверхностного натяжения и смачивания, которые удерживают окисный слой в капиллярных каналах, опускаемых на поверхность расплавленного металла. Устройство для съема окисной пленки отличается наличием капиллярной решетки, жестко прикрепленной к приводному механизму, имеющему осевое возвратно-поступательное движение, колпака, соединенного с воздушной магистралью.

Таким образом, заявляемый способ для съема окисной пленки и устройство для его осуществления соответствуют критерию "новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволило сделать вывод о соответствии критерию "уровень изобретения".

На фиг.1 показано предлагаемое устройство; на фиг.2 схема действия капиллярной решетки при опускании ее в окисный слой.

Устройство состоит из капиллярной решетки 1, состоящей из множества каналов (трубок) 2, имеющих в плане форму окружности или многоугольника. Каналы 2 имеют форму квадрата со стороной а (фиг.1). Каналы 2 открыты с обеих сторон. Капиллярная решетка 1 жестко крепится к приводному механизму 3, имеющему возможность осевого возвратно-поступательного перемещения, параллельного осям каналов 2. В верхнем положении своего перемещения приводной механизм 3 имеет возможность поворота вокруг вертикальной оси 4 на угол β, который выбирается конструктивно, ориентировочно можно брать β= 90^о. Перемещение приводного механизма 3 осуществляется от привода 5. При повороте приводного механизма 3 вместе с капиллярной решеткой 1 последняя контактирует всей своей верхней поверхностью с колпаком 6, который соединен трубой 7 с воздушной магистралью.

Устройство работает следующим образом.

Изложница 8 с расплавленным металлом (см.фиг.1) движется в продольном направлении. При проходе ее под капиллярной решеткой 1 последняя с помощью приводного механизма 3 опускается в окисный слой на поверхности металла 9 и в сам расплавленный металл 9 на глубину Н, причем Н >h, где h толщина окисного слоя (см.фиг.2). Капиллярная решетка 1 одновременно накрывает всю поверхность металла 9. Контакт длится не более 1-1,5 с. Этого времени вполне достаточно, чтобы окисный слой проник в каналы 2 капиллярной решетки 1. Во время контакта капиллярной решетки 1 с металлом 9 скорость движения изложницы 8 относительно капиллярной решетки 1 должна быть равна нулю. Этого можно достичь остановкой изложницы 8 или движением капиллярной решетки 1 совместно с изложницей 8. После контакта с металлом 9 капиллярная решетка 1 поднимается приводным механизмом 3 (см. фиг.1) вверх, окисный слой в это время уже находится в каналах 2, где он удерживается силами поверхностного натяжения и смачивания. Происходит горизонтальный поворот капиллярной решетки 1 на уголβ вокруг вертикальной оси 4. Этим она подводится под колпак 6 и здесь фиксируется. По трубе 7 в колпак 6 подается сжатый воздух, который выдувает окисный слой из каналов 2, например, в специальную емкость. После этого капиллярная решетка 1 поворачивается на угол β в исходную позицию, после чего цикл повторяется.

Для успешной работы устройства необходимо, чтобы силы поверхностного натяжения и смачивания превышали силу тяжести перемещаемого окисного слоя и силу сцепления его с чистым металлом.

Что касается силы сцепления чистого металла с его окисным слоем, то ее действием можно пренебречь ввиду ее незначительности, так как чистый металл и его окисная пленка значительно отличаются друг от друга по своим физическим свойствам, например, для цинка удельный вес чистого металла γ 7,13 г/см³, а удельный вес его окисла γ_o 5,66 г/м³, т.е. окисел в 1,26 раза легче металла. Фракции окисла и металла резко ограничены и практически не имеют сцепления между собой. Легкость окисла позволяет ему всегда находиться на поверхности металла и не позволяет ему уйти вниз при опускании капиллярной решетки.

Сила поверхностного натяжения жидких металлов и их окислов очень велика. В капиллярных каналах подъем жидкости будет происходить до тех пор, пока сила поверхностного натяжения F не уравновесится весом Р столба жидкости в капилляре, отсюда получена следующая формула: h_o где σ коэффициент поверхностного натяжения; γ удельный вес жидкости; g ускорение свободного падения; r радиус капилляра.

Условие подъема окисного слоя будет выглядеть следующим образом: h≅h_o, из этого условия определяется параметр r. Если капиллярная трубка имеет в сечении форму многоугольника, то параметры трубки можно ориентировочно найти из условия равенства периметра А многоугольника с длиной окружности радиуса r, т.е.

2πr≥A.

Применение предлагаемого способа для съема окисной пленки и устройства для его реализации позволит значительно повысить качество съема окисной пленки, повысит производительность процесса, так как процесс съема длится несколько секунд, полностью автоматизирует эту вредную технологическую операцию.

В настоящее время изобретение находится на стадии разработки рабочих чертежей устройства, планируется его внедрение в цехе розлива цинка Усть-Каменогорского свинцово-цинкового комбината и Лениногорского цинкового завода.

Формула изобретения

1. Способ удаления окисной пленки с поверхности металла, отличающийся тем, что удаление окисной пленки осуществляют опусканием в слой окисной пленки капиллярных каналов, одновременно накрывающих всю поверхность металла, последующим их подъемом и очищением капиллярных каналов от окисного слоя, находящегося в них.

2. Устройство для удаления окисной пленки с поверхности металла, содержащее приводной механизм, отличающееся тем, что устройство снабжено колпаком, соединенным с воздушной магистралью, а приводной механизм выполнен с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения, перпендикулярного к поверхности окисной пленки, на нем жестко закреплена капиллярная решетка, состоящая из множества составленных вместе трубок, имеющих в плане форму окружности или многоугольника, капиллярная решетка имеет в плане ту же форму, что и поверхность окисной пленки, в верхнем положении приводного механизма капиллярная решетка выполнена с возможностью поворота в горизонтальной плоскости с последующим контактом всей поверхности ее верхнего среза с колпаком.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2