Устройство для перемешивания жидкого металла

Полезная модель относится к металлургии литейного производства, а именно к устройствам для обработки жидкого чугуна реагентами. Устройство состоит из графитового диска с круглыми сквозными отверстиями, переходящего в сплошной графитовый стержень с ручкой, при этом площадь отверстий диска к общей его площади относится как 0,15-0,40. В процессе работы устройство совершает возвратно-поступательные движения в вертикальной плоскости с подъемом на всю высоту емкости с жидким металлом. Его использование позволило повысить степень усвоения реагента и улучшить технику безопасности для плавильщика.

Полезная модель относится к металлургии литейного производства, в частности к устройствам для обработки жидкого чугуна реагентами.

Известно устройство для продувки металла [1], которое содержит размещенную в направляющих штангу, соединенную с подъемным механизмом, и фурму. Недостатком данного устройства является сложность механизма, который не обеспечивает хорошего усвоения реагента, а из-за сильной продувки газами создаются опасные условия работы для обслуживающего персонала. Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство [2], представляющее собой прямоугольную раму, образованную цилиндрическими поверхностями, и состоящую из коаксиально расположенных труб, снабженную соплами первичной и вторичной ступеней подачи дутья, которые расположены под определенными углами.

Недостатком данного устройства является не направленное, а хаотическое перемешивание реагента, что приводит к недостаточному усвоению реагента. Наличие большого количества отверстий и сильной продувки способствует выбросу металла из ковша, что ухудшает технику безопасности для обслуживающего персонала.

Технический результат, достигаемый заявляемым техническим решением, заключается в увеличении степени усвоения реагента в емкости с жидким металлом, а также в улучшении техники безопасности.

Указанный результат достигается тем, что перемешивание жидкого металла осуществляют путем возвратно-поступательных движений в вертикальной плоскости устройства, состоящего из графитового

диска с круглыми сквозными отверстиями, переходящего в сплошной графитовый стержень, с подъемом устройства на всю высоту емкости с жидким металлом, при отношении площади отверстий на диске к общей площади диска как 0,15-0,40, что позволило произвести лучшее перемешивание жидкого металла и исключить выплеск металла.

Заявляемое конструктивное решение иллюстрируется чертежами:

фиг.1 - вид сбоку;

фиг.2 - вид спереди.

Предлагаемое устройство для перемешивания жидкого металла состоит из графитового диска 1 с круглыми сквозными отверстиями 2, переходящего в сплошной графитовый стержень 3 с ручкой 4 на конце. Данное устройство под действием приложенной силы (вручную или с помощью механизма) совершает возвратно-поступательные движения в вертикальной плоскости с подъемом на всю высоту тигля печи или ковша, увлекая за собой ко дну ковша всплывающие легкие частицы реагента, и при обратном движении наоборот, поднимая со дна ковша вверх тяжелые частицы реагента.

При движении устройства для перемешивания жидкого металла вниз на металл, находящийся под диском 1, будет оказываться давление, а над диском будет образовываться разряжение. Поэтому все плавающие частицы реагента будут устремляться вниз на дно тигля (или ковша). Часть металла через сквозные отверстия 2 в диске 1 за счет перепада давлений над и под диском будет проходить в пространство над диском (из под диска). Но и эта часть металла будет захвачена потоком вниз. При движении устройства для перемешивания жидкого металла вверх на металл, находящийся над графитовым диском, будет оказываться давление, а под диском будет образовываться некоторое разряжение. Поэтому тяжелые частицы реагента вместе с частью металла будут устремляться вверх. Часть металла через сквозные отверстия будет проходить вниз, но и он будет захватываться

вверх. Таким образом, все частицы реагента, легкие и тяжелые, плавающие наверху и находящиеся внизу, будут перемешиваться сверху вниз и снизу вверх, активно способствуя растворению любых легирующих и модифицирующих добавок.

Предлагаемое устройство позволяет обеспечить высокую степень усвоения реагента в жидком металле и улучшить технику безопасности для плавильщика.

Аналогов, содержащих отличительные признаки предлагаемого технического решения, не обнаружено. В ОАО «ГАЗ» в условиях литейного цеха были проведены опытные сравнительные плавки получения бронзы БрХЦр известным (по прототипу) и предлагаемым устройствами. Бронзу выплавляли в индукционной печи с графитовым тиглем. В качестве шихты использовали: медь электролитическую, хром металлический, возврат БрХЦр, цирконий - пруток, лигатура медно-фосфористая и уголь древесный. Плавку вели под слоем угля до полного расплавления шихты. При отключенной печи под слой угля ввели две таблетки фосфористой меди. Затем нагрели печь до 1350-1400°С. При температуре 1350°С ввели хром металлический и перемешивали: 1-ое известное устройство с продувкой воздухом, указанное в прототипе - 8 мин, 2-ое предлагаемое устройство - перемешивание графитовым диском, перемещая его вниз и вверх на всю высоту тигля - 8 мин, нагревая сплав до 1400°С. Охладили сплав до 1300-1350°С, на дно ковша ввели цирконий, слили расплав в ковш, сняли шлак: 1 известное устройство - с продувкой воздухом, указанным в прототипе - 9 мин, 2 предлагаемое - устройство - графитовым диском, перемещая его вниз и вверх на всю высоту тигля - 9 мин.

Результаты исследования внесены в таблицу №1. Как видно из таблицы №1 при продувке воздухом известным устройством(варианты №1, 2) наблюдаются всплески металла над зеркалом металла, что очень опасно для обслуживающего персонала. Усвоение Сr и Zr в известном способе - 50-53% и 62-68% соответственно. При перемешивании

предлагаемым устройством (графитовым диском с отверстиями) всплесков сплава над зеркалом металла нет.

В первом варианте предлагаемого устройства при отношении площади отверстий к площади диска Si/Sд=0,496 стенка между отверстиями очень тонкая и графитовое изделие в этом месте разрушилось. В вариантах с 2-5 величины отношений суммарных площадей отверстий (с 16 по 10 мм) 0,392 по 0,153 являются оптимальными. Усвоение Сr и Zr максимально, 85-90% и 89-93% соответственно. В варианте 6 диаметр отверстий очень маленький, поэтому сопротивление металлу при движении вверх и вниз оказалось очень большим. Скорость перемещения диска резко уменьшилась и усвоение сильно упало 70-75% (при отношении Si/Sд=0,038).

Таким образом, самое высокое усвоение элементов хрома и циркония (85-90, 89-93%) получается с применением предлагаемого устройства при соотношении суммарных отверстий в графитовом диске к его площади как 0,15-0,40.

Предлагаемое устройство для перемешивания жидкого металла безопасно для обслуживающего персонала, так как при его работе выплеска металла не происходит.

Источники информации.

1. SU №1330173, опубликовано 15.08.87. Бюл. №30. МПК С 21 С 5/48.

2. SU №1583448, опубликовано 07.08.90. Бюл. №29. МПК С 21 С 5/48 (прототип).

Устройство для перемешивания жидкого металла, содержащее графитовый диск с 30 круглыми сквозными отверстиями, площадь которых относится к общей площади диска как 0,15-0,40, и выполненное с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости.