Устройство обработки металлов, сплавов и шлаков в ковше
Полезная модель относится к области металлургии, а именно к обработке жидких металлов и сплавов, а также шлака в ковше. Технический результат заключается в обеспечении возможности извлечения из шлака корольков металла. Устройство для обработки металлов, сплавов и шлаков, характеризующееся тем, что содержит ультразвуковой генератор, соединенный посредством расположенного вертикально волновода, предназначенного для передачи ультразвуковых колебаний, с пластиной, опускаемой в емкость, в качестве которой выступает ковш, футерованный огнеупорным материалом.
Полезная модель относится к области металлургии, а именно к обработке жидких металлов и сплавов, а также и шлака, в ковше.
Известны устройства обработки металла в ковше реагентами с применением инертных газов и рафинировочных шлаков [1, с.20-31, 28-36]. Устройства содержат емкости с жидким металлом, например ковши, и приспособления для подачи реагентов газообразных (с помощью фурмы) или твердых (например, сыпать). При обработке расплавов наблюдается активное перемешивание металла и шлака, и металл в небольших количествах вовлекается в шлак, а шлак вовлекается в металл. Здесь одновременно корольки металла вовлекаются в шлак, что снижает выход годного металла. Корольки металла вместе со шлаком не перерабатываются и складируются в отвалах. Недостаток этих устройств заключается в потерях корольков металла со шлаком.
Известны установки для осуществления способа грануляции доменного шлака (сухой, полусухой, мокрый способы), состоящие из бетонной емкости и направляющей. Одна стенка емкости выполнена наклонной. Из шлаковоза шлак вываливают по стальной направляющей. Одновременно поливают водой непрерывным потоком. Шлак скользит вниз и остывает в емкости. При этом получают гранулы шлака, которые используют в строительной индустрии в качестве заменителя речного гравия [2, с.315-316]. Охлажденный гранулированный шлак извлекают грейферным краном.
Известные устройства довольно сложные. Недостаток переработки заключается в том, что из шлака не извлекаются корольки металла. Гранулы металла остаются в гранулированном шлаке.
Задача полезной модели состоит в увеличении выхода годного металла при его выплавке.
Для этого устройство, содержащее емкость для расплава или шлака, дополнительно содержит ультразвуковой генератор, соединенный посредством вертикально расположенного волновода с металлической пластиной для передачи ультразвуковых колебаний, опускаемой в емкость, в качестве которой может быть ковш, футерованный огнеупорным материалом.
На чертеже показано заявляемое устройство для обработки ультразвуком.
Здесь показано 1 - расплав шлака, металлическая пластина 2, ковш 3, ультразвуковой генератор 4, волновод 5. 6 - струя расплава. (В случае работы с шлаком емкостью 3 может быть шлаковня для шлака).
Принцип работы устройства следующий. В ковш заливают расплав металла и шлака, опускают в шлак на глубину 2-3 см металлическую пластину, соединенную с волноводом, подключенным к ультразвуковому генератору УЗГ-10. Включают генератор, обрабатывают ультразвуком расплав, по окончании выдержки выключают генератор, охлаждают расплав, определяют содержание металла в шлаке с помощью рентгеноструктурного анализа.
Опыт 
1. В лабораторной электродуговой печи выплавили сталь (марка ст.3) в качестве сырья использовали лом черных металлов и рафинированный шлак. Для обезуглероживания в расплав вводили железную руду. По окончании плавки сталь и шлак разлили в ковш, охладили, отделили металл. Шлак раздробили до крупности частиц 5-0,5 мм. Магнитом извлекли из шлака металлическое железо. Содержание железа в шлаке составило 21,4% (по массе).
Опыт 2. Аналогично опыту 1 проплавили шихту, слили шлак в шлаковню, обработали его в течение 1,5 минут ультразвуком с частотой колебаний 18·10 3 герц в секунду, охладили шлак, магнитом выделили корольки металла. Содержание железа в шлаке составило 4,9% (по массе).
Выполненные исследования показали возможность выделения корольков железа из шлака путем обработки жидкого шлака ультразвуком.
Опыт 3. Аналогично опыту 1 проплавили шихту, слили шлак в шлаковню, обработали шлак в шлаковне в течение двух минут ультразвуком с частотой колебаний 20×103 герц в секунду. При этом наблюдали ликвацию металла, т.к. плотность металла в 3 раза выше, чем у шлака. Шлак слили в ковш и подвергли грануляции. Содержание железа в гранулированном шлаке составило 4,3% против 21,4% в исходном. Химическим анализом, рентгенофазовыми исследованиями установлено, что в шлаке после ультразвуковой обработки отсутствуют корольки металла, остаточное железо в гранулированном шлаке представлено ферритом кальция СаОFе2О3. Таким образом, предлагаемое решение позволяет полностью выделить из шлака корольки металлического железа.
Следовательно, обработка расплава ультразвуком способствует разделению металла и шлака и соответственно позволяет увеличить выход металла при выплавке чугуна, стали, ферросплавов.
Источники информации
1. Вегман Е.Ф. Металлургия чугуна. М. ИКЦ «Академкнига», 2004.
2. Поволоцкий Д.Я., Кудрин В.А., Вишкарев А.Ф. Внепечная обработка стали. М. «Мисис», 1985.
Устройство обработки жидких металлов, или сплавов, или шлаков в ковше, содержащее ультразвуковой генератор, соединенный посредством расположенного вертикально волновода, предназначенного для передачи ультразвуковых колебаний и связанного с металлической пластиной, опускаемой в футерованный огнеупорным материалом ковш с жидким металлом, или сплавом, или шлаком.
