Спосіб струминного рафінування металургійних розплавів

Реферат: Спосіб струминного рафінування металургійних розплавів включає розпилювання розплаву двома газовими потоками. Перший потік газу подають на струмину розплаву крізь сопла, при цьому відстань від вихідного отвору сопла до розплаву не перевищує відстані від вихідного отвору сопла до поперечного перерізу першого потоку газу, в якому статичний тиск першого потоку газу дорівнює тиску середовища, в яке витікає перший потік газу. Другий потік газу подають навколо першого потоку газу, при цьому швидкість другого потоку газу на відстані від вихідного отвору сопла до розплаву складає не менше 0,35 швидкості розповсюдження звуку в другому потоці газу. UA 90944 U (54) СПОСІБ СТРУМИННОГО РАФІНУВАННЯ МЕТАЛУРГІЙНИХ РОЗПЛАВІВ UA 90944 U UA 90944 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до металургії, конкретніше до струминного рафінування металургійних розплавів. Відомий спосіб струминного рафінування металургійних розплавів, який включає подачу на струмину розплаву рафінуючого газу, направленого назустріч розплаву знизу догори, та введення пилоподібних матеріалів, при цьому для прискорення протікання окислювальних реакцій, збільшення виходу придатного та ступеня засвоєння пилоподібних матеріалів, матеріали подають зі швидкістю, яка дорівнює 0,1  0,3 швидкості основного газового потоку (Авт. св. СРСР № 496306, МПК С21С 1/02, С21С 7/00, опубл.; Бюл. № 47, 1975 р.) До недоліків відомого способу слід віднести значні втрати енергії потоку рафінуючого газу до зустрічі зі струминою розплаву внаслідок руйнування стрибків ущільнення потоку рафінуючого газу зворотним акустичним зв'язком потоку рафінуючого газу, оскільки при швидкостях близько 300 м потік рафінуючого газу є навколозвуковим і структура потоку на с певній ділянці течії рафінуючого газу складається зі стрибків ущільнення, що запобігає перемішуванню потоку рафінуючого газу з середовищем, в яке він витікає, отже, втрати енергії потоку рафінуючого газу на ділянці зі стрибками ущільнення були б відсутніми. Втрати енергії потоку рафінуючого газу призводять до збільшення розмірів краплин, на які подрібнюється струмина розплаву. Збільшення розмірів краплин розплаву призводить до зменшення площини контакту рафінуючого газу з розплавом, що, в свою чергу, призводить до зменшення швидкості протікання окислювальних хімічних реакцій, завдяки яким здійснюється рафінування розплаву. Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що заявляється, є спосіб отримання тонкодисперсних порошків розпилюванням розплаву двома газовими потоками, в якому для підвищення ефективності використання енергії подачі газу перший потік подають зі швидкістю м м при міжфокусній відстані, що дорівнює 140  170 , другий - зі швидкістю 400  500 с с 20  40 мм (Авт. св. СРСР № 348237, МПК В05В 17/00, В22F 9/00, опубл. Бюл. № 25, 1972 р.) Недоліком даного способу є подача другого потоку газу зі швидкістю 400  500 м , тобто зі с звуковою або надзвуковою швидкістю. Цей потік газу є зовнішнім відносно першого газового потоку, отже він взаємодіє з однієї сторони з першим потоком газу, який рухається зі швидкістю м 140  170 , тобто з дозвуковою швидкістю, а з іншої сторони з середовищем, в якому с відбувається отримання тонкодисперсних порошків, і швидкість руху якого є також значно меншою за звукову. Оскільки другий потік газу на певній ділянці своєї течії є надзвуковим, на цій ділянці течії потоку утворюються джерела потужного звукового випромінювання, яке здатне значно знизити тиск газу в другому потоці газу і, як наслідок, знизити ефективність використання енергії другого потоку газу для розпилювання металу. В основу корисної моделі поставлена задача поліпшення якості диспергування металургійних розплавів, а також підвищення ефективності використання енергії газу, що застосовується для диспергування металургійних розплавів. Технічний результат полягає в тому, що запропонований спосіб забезпечує запобігання утворенню зворотного акустичного зв'язку та збереження структури першого потоку газу у вигляді стрибків ущільнення, що сприяє підвищенню ефективності використання енергії першого потоку газу для диспергування розплаву металу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі, який включає розпилювання розплаву двома газовими потоками, згідно з корисною моделлю, перший потік газу подають на струмину розплаву крізь сопла, при цьому абсолютний тиск першого потоку газу перед соплом задають за Pсеред формулою P  , де Pсеред - тиск середовища, в яке витікає перший потік газу, k k 45  2  k 1    k  1 показник адіабати першого газу, число Маха у вихідному отворі сопла M  10 , а відстань від , вихідного отвору сопла до розплаву не перевищує відстані від вихідного отвору сопла до поперечного перерізу першого потоку газу, в якому статичний тиск першого потоку газу дорівнює тиску середовища Pсеред , в яке витікає перший потік газу, другий потік газу подають навколо першого потоку газу, при цьому швидкість другого потоку газу на відстані від вихідного 1 UA 90944 U 5 отвору сопла до розплаву складає не менше 0,35 швидкості розповсюдження звуку в другому потоці газу. Загальними ознаками пропонованого способу і найближчого аналога є розпилювання розплаву двома газовими потоками. Відмітними ознаками способу, що заявляється, є те, що перший потік газу подають на струмину розплаву крізь сопла, при цьому абсолютний тиск першого потоку газу перед соплом Pсеред задають за формулою P  , де Pсеред - тиск середовища, в яке витікає перший потік k 10 15  2  k 1    k  1 газу, k - показник адіабати першого газу, число Маха у вихідному отворі сопла M  10 , а , відстань від вихідного отвору сопла до розплаву не перевищує відстані від вихідного отвору сопла до поперечного перерізу першого потоку газу, в якому статичний тиск першого потоку газу дорівнює тиску середовища Pсеред , в яке витікає перший потік газу, другий потік газу подають навколо першого потоку газу, при цьому швидкість другого потоку газу на відстані від вихідного отвору сопла до розплаву складає не менше 0,35 швидкості розповсюдження звуку в другому потоці газу. Необхідність відмітних ознак пропонованого способу обумовлена наступними причинами. Забезпечення абсолютного тиску першого потоку газу перед соплом, який дорівнює або Pсеред перевищує величину у сукупності з забезпеченням числа Маха у вихідному отворі k 20 25 30 35 40 45 50  2  k 1    k  1 сопла, яке дорівнює або перевищує 1,0, дозволить створити умови для досягнення у вихідному отворі сопла звукової або надзвукової швидкості течії першого потоку газу, а також для формування першого потоку газу зі структурою у вигляді стрибків ущільнення. Ділянка першого потоку газу зі структурою у вигляді стрибків ущільнення простягається від вихідного отвору сопла до перерізу першого потоку газу, в якому статичний тиск першого потоку газу дорівнює тиску середовища Pсеред , в яке витікає перший потік газу. На ділянці першого потоку газу зі структурою у вигляді стрибків ущільнення, на відміну від ділянок потоку з дозвуковою швидкістю течії газу у вихідному отворі сопла, відсутні втрати енергії першого потоку газу і при дотриманні відстані від вихідного отвору сопла до границі розплаву, яка не перевищує відстані від вихідного отвору сопла до перерізу першого потоку газу, в якому статичний тиск першого потоку газу дорівнює тиску середовища Pсеред , в яке витікає перший потік газу, забезпечується реалізація способу з мінімальними витратами газу. Реалізація способу з мінімальними витратами може не відбуватись внаслідок утворення джерел потужного звукового випромінювання на ділянці течії першого потоку газу зі структурою у вигляді стрибків ущільнення. Звукові хвилі під час розповсюдження в середовищі, в якому відбувається процес рафінування розплаву металу, можуть відбиватись від поверхонь устаткування, наприклад, бокової поверхні ємності, в якій відбувається процес рафінування розплаву, та від кромки сопла, з якого витікає перший потік газу. Після відбивання звукова хвиля може потрапляти на ділянку течії першого потоку газу зі структурою у вигляді стрибків ущільнення та руйнувати стрибки ущільнення, тобто можливе утворення зворотного акустичного зв'язку, що здатне значно знизити тиск газу в першому потоці газу і, як наслідок, знизити ефективність використання енергії другого потоку газу для розпилювання металу. Подача другого потоку газу навколо першого потоку газу спрямована на усунення джерел звукового випромінювання та запобігання утворенню зворотного акустичного зв'язку і відбувається таким чином, що швидкість другого потоку газу на відстані від вихідного отвору сопла до розплаву повинна складати не менше 0,35 швидкості розповсюдження звуку в другому потоці газу. Запобігання утворенню зворотного акустичного зв'язку призводить до збереження структури першого потоку газу у вигляді стрибків ущільнення, що сприяє підвищенню ефективності використання енергії першого потоку газу для диспергування розплаву металу, тобто підвищує якість диспергування металургійних розплавів за рахунок розпилювання металургійного розплаву на краплини меншого діаметра, що призводить до збільшення площини поверхні краплин розплаву металу, а саме до збільшення площини взаємодії краплин розплаву металу з першим та другим потоками рафінуючого газу. В свою чергу, збільшення площини взаємодії 2 UA 90944 U 5 10 15 20 25 краплин розплаву металу з першим та другим потоками рафінуючого газу призводить до збільшення швидкості протікання реакцій рафінування розплаву металу. Таким чином, відмітні ознаки способу, що заявляється, у сукупності поліпшують якість диспергування металургійних розплавів, а також підвищують ефективність використання енергії газу, що застосовується для диспергування металургійних розплавів. Спосіб струминного рафінування металургійних розплавів здійснюється наступним чином. Рідка сталь зі сталерозливного ковша надходить до проміжного ковша. З проміжного ковша розплав сталі крізь отвір надходить до камери, в якій відбувається процес диспергування, тобто розпилювання розплаву металу для його рафінування. Для диспергування струмини розплаву металу на неї подають два газові потоки. Перший потік газу подають на струмину розплаву крізь сопла, при цьому абсолютний тиск першого потоку газу перед соплом та число Маха у вихідному отворі сопла підтримують такими, щоб створити умови для формування першого потоку газу зі структурою у вигляді стрибків ущільнення. При цьому відстань від вихідного отвору сопла до розплаву не повинна перевищувати відстані від вихідного отвору сопла до поперечного перерізу першого потоку газу, в якому статичний тиск першого потоку газу дорівнює тиску середовища, в яке витікає перший потік газу. Другий потік газу подають навколо першого потоку газу. Швидкість другого потоку газу на відстані від вихідного отвору сопла до розплаву повинна бути не менше 0,35 швидкості розповсюдження звуку в другому потоці газу. Такі умови реалізації способу струминного рафінування металургійних розплавів дозволяють поліпшити якість диспергування металургійних розплавів, а також підвищити ефективність використання енергії газу, що застосовується для диспергування металургійних розплавів. Корисна модель, що заявляється, може бути багаторазово відтворена у виробництві для струминного рафінування металургійних розплавів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Спосіб струминного рафінування металургійних розплавів, що включає розпилювання розплаву двома газовими потоками, який відрізняється тим, що перший потік газу подають на струмину розплаву крізь сопла, при цьому абсолютний тиск першого потоку газу перед соплом задають за Pсеред формулою P  , k 2  k 1     k  1 де Pсеред - тиск середовища, в яке витікає перший потік газу, k - показник адіабати першого газу, число Маха у вихідному отворі сопла M  10 , а відстань від вихідного отвору сопла до , розплаву не перевищує відстані від вихідного отвору сопла до поперечного перерізу першого потоку газу, в якому статичний тиск першого потоку газу дорівнює тиску середовища Pсеред , в яке витікає перший потік газу, другий потік газу подають навколо першого потоку газу, при цьому швидкість другого потоку газу на відстані від вихідного отвору сопла до розплаву складає не менше 0,35 швидкості розповсюдження звуку в другому потоці газу. 40 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3