Блок для обробки розплаву парами лужноземельних металів

Изобретение относится к металлургии, в частности, к рафинированию и модифицированию железоуглеродистых расплавов. Известно применение блоков для обработки расплавов парами ЩЗМ (щелочноземельных металлов), содержащих электрод и оболочку из смеси оксидов ЩЗМ со связующим, электрод подключают к источнику тока для создания в смеси дугового разряда и восстановления ЩЗМ в расплаве [1]. Недостатком известных блоков является малый выход паров ЩЗМ в расплав и низкая производительность при рафинировании. Восстановителями в известных блоках являются углерод и кремний. Пары восстановленных ЩЗМ вы ходят в расплав вместе с моноксидами углерода и кремния. В расплаве при 1200-1600°С моноксиды окисляют пары ЩЗМ, а на рафинирование паров остается мало. Освобождение рафинирующей газовой фазы от моноксидов углерода и кремния возможно применением алюминия в качестве восстановителя ЩЗМ. Но введение алюминия в состав оболочки электрода уничтожает ее строительную прочность в расплаве из-за низкой температуры плавлекия алюминия. Оболочка становится электропроводной, что недопустимо. Технической задачей изобретения является создание такого блока для обработки расплава парами щелочноземельных металлов, в котором новое конструктивное выполнение электрода позволяет применить алюминий для восстановления щелочноземельных металлов из оксидов и получить в результате рафинирующую и модифицирующую газовую фазу из паров кальция и магния без примесей моноксидов углерода и кремния, что позволяет увеличить вы ход паров щелочноземельных металлов в расплав, за счет этого повысить рафинирование расплавов чугуна, стали или ферросплавов от кислорода, серы, фосфора, мышьяка, насытить чугун магнием для сфероидизации графита в чугуне. Поставленная задача достигается тем, что в блоке для обработки расплава парами щелочноземельных металлов, содержащем электрод и оболочку из оксидов щелочноземельных металлов со связующим, согласно изобретению электрод выполнен с продольным каналом, заполненным алюминием, причем канал в электроде выполнен в нижней части закрытым тугоплавкими волокнами, смачиваемыми жидким алюминием и закрытым вверху заглушкой, внизу перекрытым диафрагмой минимум с двумя отверстиями, в одно отверстие вставлен жгут из тугоплавких волокон, не смачиваемых жидким алюминием, соединяющий пространство под диафрагмой с пространством над алюминием под заглушкой, возможно выполнение электрода снабженным в верхней части дополнительно патрубком, что позволяет применить алюминий для восстановления ЩЗМ из оксидов и получить в результате рафинирующую и модифицирующую газовую фазу из паров кальция и магния без примесей моноксидов углерода и кремния, что позволяет увеличить выход паров ЩЗМ в расплав и за счет этого повысить рафинирование расплавов чугуна, стали или ферросплавов от кислорода, серы, фосфора, мышьяка, насытить чугун магнием для сфероидизации графита в чугуне. На фиг.1 изображен блок, выполненный по 1-му варианту; на фиг.2 - блок, выполненный по 2-му варианту. Блок, изображенный на фиг.1, содержит электрод 1 и оболочку 2, в электроде выполнен канал 3, заполненный алюминием. Блок подключен к источнику тока и погружен в расплав 4, на который также замкнута вторая фаза источника тока. В блоке выполнена стартовая для дуги полость 5. Канал 3 электрода 1 снизу закрыт тампоном из тугоплавких волокон 6, смачиваемых жидким алюминием. Электрод 1 делают графитировэнный, угольный или вольфрамовый. Оболочка 2 сделана из периклаза, извести или доломита, на углеродистой или керамической связке. Температура плавления оболочки должна быть выше, чем температура кипения алюминия и температура восстановления кальция и магния из оболочки. Канал 3 в электроде 1 заполнен алюминием или заранее заливкой, или подачей алюминиевого прутка. Снизу канал 3 закрыт волокнами 6 из корунда, муллита или других тугоплавких веществ. Важно, чтобы материал тампона хорошо смачивался жидким алюминием. Блок, изображенный на фиг.2, также содержит электрод 1, оболочку 2, канал 3 в электроде 1, заполненный алюминием, погружен в расплав 4, в нижней части блока имеется стартовая полость 5. Канал 3 электрода 1 сверху закрыт заглушкой 7, снизу диа фрагмой 8 минимум с двумя отверстиями, в одно из которых вставлен жгут 9 из тугоплавких волокон, не смачиваемых жидким алюминием. Патрубок 10 в заглушке 7 делают или дополнительно, или при отсутствии жгута 9. Заглушка 7 и диафрагма 8 могут быть сделаны из того же материала, что и электрод 1. Жгут 9 делают из корундовых или муллитовых волокон, покрытых сажей или пироуглеродом, чтобы эти волокна не смачивались жидким алюминием. Патрубок 10 железный. Работа предлагаемого блока состоит в следующем. Блок по фиг.1 с электродом 1, подключенным на одну фазу источника тока, в оболочке 2 со стартовой полостью 5 замыкают на поверхность расплава 4, подключенного на другую фазу, и зажигают дугу. Блок с работающей дугой погружают в расплав на заданную глубину, выделяющиеся из зоны дуги газы препятствуют замыканию расплава на электрод. Из полости канала 3 под действием гравитационных и капиллярных сил, в сумме превышающих давление в полости 5, поступает алюминий по тампону 6, попадает в зону дуги, испаряется и восстанавливает ЩЗМ из материала оболочки 2. Энергия для восстановления поступает от дуги. Пары восстановленных ЩЗМ без моноксидов углерода и кремния выходят из полости 5 в расплав 4, барботируют через расплав и взаимодействуют с ним, выполняя работу рафинирования. Алюминий, электрод и материал оболочки совместно расходуются в процессе горения дуги. Блок по фиг.2 с электродом 1, подключенным к источнику тока, со стартовой полостью 5 в оболочке 2, как и в первом варианте замыкают на расплав 4 и зажигают дугу, а затем блок с работающей дугой плавно погружают в расплав 4 на заданную глубину. Пространство под диафрагмой 8 посредством капилляров в жгуте 9 соединено с пространством над поверхностью алюминия. Поэтому газовое давление ниже и выше алюминия выравнивается, и алюминий через отверстия в диафрагме 8 стекает в зону дуги 5. Там он испаряется и восстанавливает ЩЗМ из материала оболочки 2, а те в свою очередь выходят в расплав и взаимодействуют с его примесями. Поскольку алюминий не смачивает материал жгута 9, то капилляры, соединяющие нижнюю и верхнюю полости, остаются свободными, и давление в области дуги 5 не мешает поступлению туда алюминия из канала в электроде. При необходимости ускорить стекание алюминия в зону дуги применяют электрод 1, снабженный патрубком 10. Его подключают к независимому источнику газового давления, например, аргона. Аргон в этом случае не расходуется, а только выжимает алюминий из канала 3 в область дуги 5. Применение жгута 9 в этом случае не обязательно. Предлагаемый блок позволяет увеличить вы ход в расплав паров ЩЗМ на 1-2 порядка и провести обработку металла без применения дефицитных металлических кальция и магния.