Пристрій для введення активних реагентів у розплав

Реферат: Винахід належить до металургії, зокрема до ливарного виробництва. Заявлений пристрій складається із сполучених за допомогою роз'ємного з'єднання штанги та камери для реагентів, яка утворена з окремих сегментів-пелюсток з виступами, що розташовані з двох кінців та направлені вздовж штанги, причому камера для реагентів утворена окремими сегментамипелюстками, розташованими на відстані 0,5-2 мм один від одного та має форму кулі діаметром 0,08-0,15 діаметра ємності для проведення обробки розплаву, а фіксація сегментів-пелюсток виконана за рахунок обхвату обмежувальним кільцем верхніх виступів та закріплення нижніх - у пазах обмежувального упора. Технічний результат: підвищення ступеня рафінування та модифікування розплаву. UA 106821 C2 (12) UA 106821 C2 UA 106821 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Пристрій для введення активних реагентів у розплав належить до металургії та ливарного виробництва, а саме до обробки рідких розплавів добавками, що випаровуються. Відомий пристрій для введення реагентів у розплав, котрий містить порожнисту штангу з дзвоном-випарником, що виконано у вигляді циліндра, який складено по висоті і забезпечено розділовою діафрагмою, при цьому верхня частина дзвона-випарника виконана герметичною, а нижня -з пористого вогнетривкого матеріалу з пористістю 40-60 % і приведеним діаметром пор 0,002-0,004 діаметра дзвона-випарника, при цьому висота нижньої частини складає 1,5-2,5 діаметра дзвона-випарника, а ємність - 0,025-0,150 від об'єму розплаву, що піддається обробці 3 [Авт. свід. СРСР № 1125254 A М.Кл. С21С 1/00, опубл. 23.11.1984, Бюл. № 43]. Пристрій занурюють у рідкий металевий розплав, при цьому в пористу частину дзвона-випарника через порожнисту штангу вводять реагенти в струмені інертного газу-носія. Під дією тепла рідкого металу, що омиває випарник, реагенти випаровуються, та утворюється парогазова суміш, яка займає весь об'єм дзвона-випарника та через пори нижньої половини випарника надходить у розплав. Таким чином, відбувається диспергування пари реагенту на бульбашки, рівні діаметру пор. При цьому верхня герметична частина дзвона-випарника та розділова діафрагма перешкоджають відведенню газоподібних продуктів в безпосередній близькості від дзеркала металевого розплаву, збільшуючи шлях проходження та тривалість контакту пари реагенту з розплавом. До недоліків відомого пристрою можна віднести високу складність конструкції (відсутність надійного з'єднання металевих та вогнетривких елементів пристрою), низьку надійність (металеві й вогнетривкі елементи пристрою мають різну швидкість руйнування при контакті з рідкими металевими розплавами) та забруднення розплаву неметалевими включеннями (за рахунок руйнування нижньої частини дзвона-випарника). Відомий, також вибраний як найближчий аналог, пристрій для введення модифікатора у розплав, котрий складається із сполучених за рахунок роз'ємного з'єднання штанги з порожнистим нижнім кінцем та камери для модифікатора, яка складається з окремих пелюсток з виступами, що розташовані з двох кінців та направлені вздовж штанги, причому нижні виступи пелюсток охоплені порожнистим кінцем штанги, а верхні - охоплюють штангу та попарно 4 закріплені на ній стопорними пальцями [Авт. свід. СРСР № 1395680 А1 М.Кл. С21С 1/00, опубл. 15.05.1988, Бюл. № 18]. На пристрої, що знаходиться в горизонтальному положенні, закріплюють частину пелюсток. У чашу, що утворилася, розміщують модифікатор і встановлюють останні пелюстки, після чого вводять штангу таким чином, щоб нижні виступи пелюсток увійшли до нижнього порожнистого кінця штанги. Потім закріплюють верхні виступи пелюсток на штанзі за допомогою стопорних пальців. Після цього пристрій вводять до об'єму металевого розплаву. Під дією теплоти розплаву модифікатор випаровується й через щілиноподібні отвори між пелюстками проникає до розплаву з подальшим рафінуванням та модифікуванням. Відомий пристрій для введення модифікатора в розплав має ряд недоліків: - висока нестабільність процесів рафінування та модифікування (процес обробки розплаву активними реагентами відбувається нерівномірно внаслідок значного піроефекту); - низька надійність пристрою (в процесі експлуатації різні зони пелюсток зношуються з різною швидкістю, що викликане значним їх віддаленням від реакційної зони); - низький ступінь рафінування та модифікування розплаву (через еліпсоїдну форму камеривипарника виділення пари активних реагентів відбувається нерівномірно, що призводить до виникнення локальних зон, в яких рафінування та модифікування практичноне протікає). В основу винаходу поставлено задачу підвищення ступеня рафінування та модифікування розплаву. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що введення активних реагентів до об'єму розплаву здійснюють за допомогою пристрою, що складається із сполучених за допомогою роз'ємного з'єднання штанги та камери для реагентів, яка утворена з окремих сегментівпелюсток з виступами, що розташовані з двох кінців та направлені вздовж штанги, причому камера для реагентів утворена окремими сегментами-пелюстками, розташованими на відстані 0,5-2 мм один від одного, та має форму кулі діаметром 0,08-0,15 діаметра ємності для проведення обробки розплаву, а фіксація сегментів-пелюсток виконана за рахунок обхвату обмежувальним кільцем верхніх виступів та закріплення нижніх - у пазах обмежувального упора. При цьому кількість сегментів-пелюсток, з яких складається камера для реагентів, визначають за виразом:  Pк Pп     P  2  e к  n , де n - кількість сегментів-пелюсток, з яких формується камера для реагентів, шт., яка визначається округленням результатів розрахунку як ціле число; 1 UA 106821 C2 Pп та Pк - початковий та кінцевий вміст активного реагенту у розплаві, %. 5 10 Загальні риси в порівнянні з найближчим аналогом: - до складу пристрою входять штанга та камера для введення реагентів; - з'єднання штанги й камери для реагентів здійснюється за допомогою роз'ємного з'єднання; - камера для реагентів утворена з окремих сегментів-пелюсток, виступи яких розташовано з двох кінців і направлено вздовж штанги. Відмінні риси у порівнянні з прототипом: - сегменти-пелюстки розташовано на відстані 0,5-2 мм один від одного; - камера для модифікатора має форму кулі з діаметром 0,08-0,15 діаметра ємності для проведення обробки розплаву; - кількість сегментів-пелюсток n  залежить від початкового Pп  та кінцевого Pк  вмісту активного реагенту в розплаві й визначається як ціле число, отримане при округленні результатів розрахунку за виразом:  Pк Pп     P  2  e к  15 20 25 30 35 40 n . Використання у складі пристрою кулястої камери для реагентів діаметром менше 0,08 діаметра ємності для проведення обробки розплаву призводить до значного піроефекту, внаслідок якого значно знижується ступінь модифікування та рафінування розплаву. При використанні у складі пристрою кулястої камери для реагентів діаметром більше 0,15 діаметра ємності для проведення обробки розплаву відбувається значне зниження ступеня рафінування та модифікування через значне зниження тиску пари активних реагентів усередині камери після випару. Використання у складі пристрою кулястої камери для реагентів діаметром 0,08-0,15 діаметру ємності для проведення обробки розплаву забезпечує значну міру модифікування та рафінування розплаву, а також протидіє утворенню піроефекту. При розміщенні сегментів-пелюсток на відстані менше 0,5 мм один від одного значно знижується швидкість взаємодії пари активного реагенту з розплавом, що призводить до зниження ефективності обробки. При розміщенні сегментів-пелюсток на відстані більше 2 мм один від одного металевий розплав проникає всередину камери для реагентів й прискорює процес плавлення й випару активного реагенту, що призводить до зниження глибини рафінування та модифікування розплаву за рахунок бурхливого протікання процесів рафінування та модифікування розплаву, який супроводжується значним виплескоутворенням. При розміщенні сегментів-пелюсток на відстані 0,5-2 мм один від одного забезпечується достатня швидкість розчинення випарів активного реагенту в розплаві, а також надійна протидія проникненню розплаву всередину камери для реагентів, що призводить до стабільного протікання процесів рафінування та модифікування розплаву з достатньою глибиною. Оскільки механізми рафінування та модифікування розплаву визначаються процесами масообміну поміж парами активного реагенту й металевим розплавом, то найбільш значимим параметром цього процесу є поверхня контакту між рідкою та газоподібною фазами. У розробленому пристрої для введення активних реагентів в розплав поверхня контакту між парами модифікатора й металевим розплавом визначається кількістю щілиноподібних отворів між сегментами-пелюстками, кількість яких визначається за наступним виразом: n  Pк Pп     P  2  e к  де n - кількість сегментів-пелюсток, з яких формується камера для реагентів, шт., яка визначається округленням результатів розрахунку як ціле число; та Pк - початковий та кінцевий вміст активного реагенту у розплаві, %. На кресленні зображено пристрій для введення активних реагентів у розплав. Пристрій для введення активних реагентів у розплав складається з наступних елементів: штанги 1 з обмежувальним упором 2, камери для введення реагентів, що має форму кулі і складається з сегментів-пелюсток 3, обмежувального кільця 4 і фіксатора 5. Пристрій для введення активних реагентів в розплав працює таким чином. Пристрій укладається горизонтально, після чого знімають один з сегментів-пелюсток 3, що формують камеру для реагентів. Через отриманий отвір всередину камери завантажують активний реагент, після чого встановлюють всі сегменти-пелюстки 3, а їх верхні виступи фіксують за рахунок обхвату обмежувальним кільцем 4. Обмежувальне кільце фіксують за допомогою фіксатора 5 на штанзі 1. Після цього пристрій переводять у вертикальне положення та за допомогою механічного устаткування занурюють у металевий розплав. Під дією тепла рідкого металу активний реагент випаровується, й через це, внаслідок багатократного збільшення Pп 45 50 55 2 UA 106821 C2 5 10 15 20 об'єму, його пари переходять у розплав через щілиноподібні отвори між сегментамипелюстками, що формують камеру для реагентів. У процесі цього відбувається рафінування та модифікування розплаву. Використання пристрою дозволяє значно спростити процес модифікування та рафінування розплаву, а також значно підвищити ступінь засвоєння активного реагенту, який вводять. Приклад. Обробка рідкого чавуну магнієм. Обробці піддають рідкий чавун, що містить 0,02 мас. % сірки, необхідний вміст сірки після обробки складає 0,01 мас. %. Відомо, що ступінь десульфурації пропорційна залишковому вмісту магнію у розплаві, тому для заданого зниження вмісту сірки у розплаві вміст магнію після обробки повинен становити 0,012 мас. % [А.Ф. Шевченко, В.И. Большаков, A.M. Башмаков Технология и оборудование десульфурации чугунка магнием в большегрузных ковшах. - К.: Наукова думка, 2011. - С. 46]. Зважаючи на це, формула для визначення кількості сегментів-пелюсток набирає наступного вигляду:  Pк Pп     P  2  e к   0,012 1     P 0,012   2  e к n  5. Таким чином, при десульфурації магнієм чавуну з початковим вмістом сірки 0,02 мас. % для одержання кінцевого її вмісту 0,01 мас. % у складі камери для введення реагентів мають бути 5 сегментів-пелюсток. Проведена промислова апробація даного пристрою для введення активних реагентів у розплав. її проводили на рідкому чавуні, у який вводили магній з метою десульфурації. Результати апробації приведені в таблиці 1. Таблиця 1 Варіант обробки Результати промислової апробації Діаметр Вміст сірки в чавуні, пристрою, Відстань між Кількість мас. % Витрата частка від сигментами- пелюсток у магнію, діаметра пелюстками, складі камери, до після кг/т чавуну ємності для мм шт. обробки обробки обробки Розроблений пристрій 0,08-0,15 0,5-2 5* 0,020 0,010 Результати досліджень 0,08-0,15 0,08-0,15 0,08-0,15 0,08-0,15 0,08-0,15 0,08-0,15 0,08-0,15 0,08-0,15 2 0,5-2 0,5-2 0,5-2 0,15 >2 6 Аналог Прототип 0,020 0,020 0,020 0,019 0.016 0,015 * - кількість сегментів-пелюсток у складі камери для введення активних реагентів визначена відповідно до виразу, наведеному у формулі винаходу. 5 При використанні пристрою для введення активних реагентів у розплав вміст сірки в чавуні після обробки значно нижче, ніж при використанні пристроїв, які взято за аналог та прототип. Даний факт свідчить про більшу ефективність запропонованого пристрою для введення активних реагентів в розплав у порівнянні з аналогом та прототипом, що робить даний пристрій найбільш технологічним. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 1. Пристрій для введення активних реагентів у розплав, що складається із сполучених за допомогою роз'ємного з'єднання штанги та камери для реагентів, яка утворена з окремих сегментів-пелюсток з виступами, що розташовані з двох кінців та направлені вздовж штанги, який відрізняється тим, що камера для реагентів утворена окремими сегментами-пелюстками, розташованими на відстані 0,5-2 мм один від одного та має форму кулі діаметром 0,08-0,15 діаметра ємності для проведення обробки розплаву, а фіксація сегментів-пелюсток виконана за рахунок обхвату обмежувальним кільцем верхніх виступів та закріплення нижніх - у пазах обмежувального упора. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що кількість сегментів-пелюсток, з яких сформована камера для реагентів, визначається за виразом: n  Pк Pп     P  2  e к  , де n - кількість сегментів-пелюсток, з яких формується камера для реагентів, шт., яка визначається округленням результатів розрахунку як ціле число, Pп та Pк - початковий та кінцевий вмістактивного реагенту у розплаві, мас. %. 4 UA 106821 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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 5