Устройство для модифицирования металла

 

Изобретение относится к металлургии и литейному производству и может быть использовано для модифицирования жидкого металла. Устройство содержит кожух, в полости которого последовательно размещены приемная, реакционная и выпускная камеры, расположенные на одном уровне и разделенные между собой перегородками с отверстиями. Перегородка, разделяющая реакционную и выпускную камеры, выполнена с отверстиями в верхней и нижней частях и имеет высоту, равную 0,5 - 0,8 высоты приемной камеры. Перегородка, разделяющая приемную и реакционную камеры, выполнена с отверстием в нижней части. Выпускная камера выполнена со сливным отверстием в нижней части. Реакционная камера выполнена с объемом, превышающим объем помещаемого в нее модификатора в 3 - 8 раз. Отношение площади поперечного сечения сливного отверстия к площади поперечного сечения отверстия в перегородке, разделяющей приемную и реакционную камеры, составляет 1 : 1,2 - 2,0, при этом площадь поперечного сечения сливного отверстия определяется по формуле где M - масса обрабатываемого металла, кг; t - время растворения модификатора, с; g - ускорение свободного падения, см/с²; h - высота перегородки, разделяющей реакционную и выпускную камеры, см. Изобретение направлено на повышение степени усвоения модификатора жидким металлом и увеличение срока эксплуатации устройства. 1 ил.

Изобретение относится к металлургии и литейному производству и может быть использовано для модифицирования жидкого чугуна.

Известны устройства для модифицирования металла, например устройство для обработки жидкого металла по патенту США N 4464198, кл. НКИ 75-130, содержащее кожух, в полости которого последовательно размещены приемная и реакционная камеры, разделенные перегородкой с отверстием, причем приемная камера расположена над реакционной, а реакционная камера выполнена со сливными отверстиями.

Недостатком указанного устройства является ошлаковывание модификатора и, вследствие этого, неполное усвоение модификатора металлом. Кроме этого, шлак частично выносится в реакционную камеру и далее - в разливочный ковш. Это происходит из-за неудовлетворительных гидравлических показателей процесса движения жидкого металла, обусловленных его конструкцией устройства. Неполное усвоение модификатора приводит к появлению пироэффекта и дымовыделения после его слива в разливочный ковш из-за неполного усвоения модификатора металлом, а попадание шлака в реакционную камеру загрязняет ее.

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является устройство для модифицирования металла по а.с. СССР N 1788025, кл. МПК C 21 C 1/10, B 22 D 27/20, содержащее кожух, в полости которого последовательно размещены приемная, реакционная и выпускная камеры, разделенные между собой перегородками с отверстиями, при этом перегородка, разделяющая реакционную и выпускную камеры, выполнена с отверстиями в верхней и нижней части, а выпускная камера выполнена со сливным отверстием в нижней части.

Однако данное устройство также не обеспечивает полного усвоения жидким металлом модификатора из-за частичного ошлаковывания последнего и не предотвращает частичный вынос нерастворившихся частиц модификатора из устройства в разливочный ковш. Неполное усвоение модификатора увеличивает его расход, а также приводит к появлению пироэффекта и дымовыделения при сливе металла в ковш, что в конечном счете ухудшает условия труда и снижает стабильность уровня качества отливок. Кроме этого, также происходит частичное попадание шлака в реакционную и выпускную камеры устройства и далее в разливочный ковш. Шлак вызывает преждевременное зарастание сливного отверстия выпускной камеры, а также загрязняет устройство, осаждаясь на его стенках, что приводит к его преждевременному износу. Это происходит из-за того, что при работе известного устройства образуется высокий гидростатический напор и высокая турбулентность потока жидкого металла при переходе его из реакционной камеры в выпускную. Обусловлено это тем, что приемная камера известного устройства выполнена в виде большой по объему литниковой чаши и расположена выше уровня реакционной камеры.

Исходя из указанных недостатков, задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении степени усвоения модификатора жидким металлом и увеличении срока эксплуатации устройства.

Техническим результатом от использования заявляемого технического решения является повышение качественных характеристик металла, снижение расхода модификатора и улучшение экологических показателей производственного процесса.

Для решения указанной задачи в устройстве для модифицирования металла, содержащем кожух, в полости которого последовательно размещены приемная, реакционная и выпускная камеры, разделенные между собой перегородками с отверстиями, при этом перегородка, разделяющая реакционную и выпускную камеры, выполнена с отверстием в верхней и нижней частях, а выпускная камера выполнена со сливным отверстием в нижней части, все камеры расположены на одном уровне, перегородка, разделяющая приемную и реакционную камеры, выполнена с отверстием в нижней части, реакционная камера выполнена с объемом, превышающим объем помещаемого в нее модификатора в 3 - 8 раз, перегородка, разделяющая реакционную и выпускную камеры, выполнена с высотой, равной 0,5 - 0,8 высоты приемной камеры, а отношение площади поперечного сечения сливного отверстия выпускной камеры к площади поперечного сечения отверстия в перегородке, разделяющей приемную и реакционную камеры, составляет 1 : (1,2 - 2,0), при этом площадь поперечного сечения сливного отверстия выпускной камеры определяется по формуле где M - масса обрабатываемого металла, кг; t - время растворения модификатора, с; g - ускорение свободного падения, см/с²; h - высота перегородки разделяющей реакционную и выпускную камеры, см.

Повышение степени усвоения модификатора жидким металлом и увеличение срока эксплуатации устройства путем исключения попадания шлака в реакционную и выпускную камеры в заявляемом устройстве достигается за счет создания оптимальных гидродинамических характеристик ламинарного потока жидкого металла, проходящего через устройство. А это, в свою очередь, достигается именно за счет расположения всех камер заявляемого устройства на одном уровне, за счет соблюдения заявленных соотношений: объема реакционной камеры и объема помещаемого в нее модификатора, высоты перегородки, разделяющей реакционную и выпускную камеры, и высоты приемной камеры, а также площади поперечного сечения сливного отверстия выпускной камеры и площади поперечного сечения отверстия в перегородке, разделяющей приемную и реакционную камеры, и, кроме этого, за счет выполнения сливного устройства выпускной камеры с площадью поперечного сечения, определяемой по заявленной формуле.

Граничные пределы заявленных соотношений определяются следующим. При объеме реакционной камеры, большем чем в 8 раз объема помещаемого в нее модификатора, последний не перекрывает отверстие в нижней части перегородки, разделяющей реакционную и выпускную камеры (отверстие окончательного слива), что приводит к выносу частиц модификатора через сливное отверстие в ковш. При этом резко снижается степень усвоения модификатора и вызывается явление пироэффекта в ковше. При объеме реакционной камеры, меньшем чем 3-кратный объем помещаемого в нее модификатора, возможен вынос последнего через перегородку, разделяющую реакционную и выпускную камеры, в выпускную камеру в начальный период процесса модифицирования, что также приводит к указанным недостаткам. Высота перегородки, разделяющей реакционную и выпускную камеры, не должна быть больше 0,8 высота приемной камеры, так как она определяет уровень металла в ней. При увеличении высоты перегородки более 0,8 высоты приемной камеры произойдет переполнение последней жидким металлом. Высота данной перегородки, меньшая чем 0,5 высоты приемной камеры, не обеспечивает эффективное удерживание модификатора в полости реакционной камеры, что значительно снижает эффективность процесса модифицирования. Необходимость выполнения заявленного соотношения площадей поперечного сечения сливного отверстия выпускной камеры и отверстия в перегородке, разделяющей приемную и реакционную камеры, определяется следующим. Большее соотношение приводит к разгерметизации устройства и к возможности попадания в него шлака из приемной камеры. Меньшее соотношение не обеспечивает быстрое заполнение заявляемого устройства металлом до уровня, обеспечивающего его герметичность, что вызывает повышенное окисление модификатора.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства, продольный разрез.

Устройство для модифицирования содержит металлический кожух 1, стенки которого снабжены с внутренней стороны футеровкой 2. В полости кожуха 1 установлены перегородки 3 и 4, целиком изготовленные из огнеупорного материала и разделяющие полость кожуха 1, на находящиеся на одном уровне и расположенные последовательно три камеры: приемную 5, реакционную 6 и выпускную 7. В нижней части перегородки 3, разделяющей приемную 5 и реакционную 6 камеры, выполнено отверстие 8, а в верхней и нижней частях перегородки 4, разделяющей реакционную 6 и выпускную 7 камеры, выполнены соответственно отверстия 9 и 10. При этом высота перегородки 4 составляет 0,5 - 0,8 высоты приемной камеры 5. В верхней части приемной камеры 5 выполнено заливочное отверстие 11. В верхней части реакционной камеры 6 выполнено загрузочное отверстие 12, закрываемое футерованной крышкой. При этом сама реакционная камера 6 выполнена с объемом, превышающим объем помещаемого в нее модификатора в 3 - 8 раз. В нижней части выпускной камеры 7, например в ее днище 13, выполнено сливное отверстие 14. При этом отношение площади поперечного сечения сливного отверстия 14 к площади поперечного сечения отверстия 8 перегородки 3 составляет 1 : (1,2 - 2,0), а само сливное отверстие 14 выполнено с площадь поперечного сечения, определяемой по формуле где M - масса обрабатываемого металла, кг; t - время растворения модификатора, с; g - ускорение свободного падения, см/с;
h - высота перегородки 4, разделяющей реакционную 6 и выпускную 7 камеры, см.

Устройство работает следующим образом. Модификатор, например сфероидизирующий материал 15, через загрузочное отверстие 12 в необходимом количестве загружается в реакционную камеру 6. При этом модификатор 15 загружается таким образом, чтобы он закрывал отверстие 10 в перегородке 4. После этого через заливочное отверстие 11 в приемную камеру 5 заливают жидкий металл, например чугун, который затем через отверстие 8 в перегородке 3 поступает в реакционную камеру 6 и там вступает во взаимодействие с модификатором 15. Модификатор 15, по мере поступления в реакционную камеру 6 жидкого металла, растворяется в нем, а сам металл, поднявшись в реакционной камере 6 до высоты перегородки 4, переливается через отверстие 9 в выпускную камеру 7 и, далее, через сливное отверстие 14 поступает в разливочный ковш или промежуточную емкость (на чертеже не показаны). При этом в выпускной камере поддерживается уровень металла, препятствующий выносу частиц модификатора из устройства. После окончания растворения модификатора 15 открывается отверстие 10, и оставшийся в реакционной камере 6 жидкий металл полностью перетекает из реакционной камеры 6 в выпускную камеру 7.

Пример. В индукционной тигельной печи был выплавлен чугун следующего химического состава (в мас.%): углерод - 3,92, кремний - 1,12, марганец - 0,16, сера - 0,014, фосфор - 0,06. Для обработки 500 кг жидкого чугуна было использовано предлагаемое устройство, в реакционную камеру которого предварительно был загружен в качестве модификатора сфероидизирующий магнийсодержащий материал в количестве 2% от массы жидкого металла, объем которого составил 5000 см³. Объем реакционной камеры заявляемого устройства составил 20 000 см³, площадь поперечного сечения сливного отверстия выпускной камеры была рассчитана по заявленной формуле и составила 17,5 см², а площадь поперечного сечения отверстия в перегородке, разделяющей приемную и реакционную камеры составляла 30 см². Температура жидкого чугуна перед началом слива в устройство составляла 1420^oC. При указанных параметрах было проведено 54 цикла модифицирования. При этом после обработки чугуна в заявляемом устройстве в разливочном ковше не наблюдалось явления пироэффекта и дымовыделения, а также ни разу не было отмечено зарастания сливного отверстия выпускной камеры.

Формула изобретения

Устройство для модифицирования металла, содержащее кожух, в полости которого последовательно размещены приемная, реакционная и выпускная камеры, разделенные между собой перегородками с отверстиями, при этом перегородка, разделяющая реакционную и выпускную камеры, выполнена с отверстиями в верхней и нижней части, а выпускная камера выполнена со сливным отверстием в нижней части, отличающееся тем, что все камеры расположены на одном уровне, перегородка, разделяющая приемную и реакционную камеры, выполнена с отверстием в нижней части, реакционная камера выполнена с объемом, превышающим объем помещаемого в нее модификатора в 3 - 8 раз, перегородка, разделяющая реакционную и выпускную камеры, выполнена с высотой, равной 0,5 - 0,8 высоты приемной камеры, а отношение площади поперечного сечения сливного отверстия выпускной камеры к площади поперечного сечения отверстия в перегородке, разделяющей приемную и реакционную камеры, составляет 1 : 1,2 - 2,0, при этом площадь поперечного сечения сливного отверстия выпускной камеры определяется по формуле

где М - масса обрабатываемого металла, кг;
t - время растворения модификатора, с;
g - ускорение свободного падения, см/с²;
h - высота перегородки, разделяющей реакционную и выпускную камеры, см.

РИСУНКИ

Рисунок 1