RU2034041C1

RU2034041C1 - Device for out-of-furnace treatment of melts

Info

Publication number: RU2034041C1
Authority: RU
Inventors: В.П. Новолодский; В.А. Спирин; Г.В. Бурлака; А.И. Монастырская; С.И. Жигач; А.М. Сизов; В.Е. Никольский; В.Б. Александров; В.В. Каблука; А.В. Пан; В.И. Ильин; М.А. Третьяков; В.П. Солнцев
Original assignee: Нижнетагильский металлургический комбинат; Балтийский государственный технический университет им.Д.Ф.Устинова
Priority date: 1991-06-30
Filing date: 1991-06-30
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: vacuum-chamber 2 has duct 3 vertically oriented to the receptacle for melt 1 to be treated. Duct 3 has a cut angled to the vertical axis at 45-70 degrees. Duct 3 is spaced from the receptacle wall at a distance equal to 0.25-0.40 of the length of either the main axis of the receptacle or its diameter. The duct cut is directed towards the receptacle center so that the angle between planes "a" and "b" ranges from 20 to 45 degrees where in plane "a" is drawn through the axis and minor generatrix of the duct and plane "b" is drawn through vertical axes of the duct and receptacle. EFFECT: enhanced quality of treatment. 2 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при вакуумной обработке расплавов, например, стали, стекла и шлаков. The invention relates to metallurgy and can be used in the vacuum treatment of melts, for example, steel, glass and slag.

Известно устройство для вакуумной обработки, включающее емкость для обрабатываемого расплава, вакуум-камеру с вертикально расположенным патрубком, перемещаемую в процессе вакуумирования по вертикали, и две пористые пробки, вмонтированные в днище емкости для продувки расплава технологическими газами [1]
Известное устройство прежде всего предназначено для дегазации отработанного расплава.A device for vacuum processing is known, including a container for the melt being processed, a vacuum chamber with a vertically arranged nozzle, moved vertically during evacuation, and two porous plugs mounted in the bottom of the vessel for melt blowing with technological gases [1]
The known device is primarily intended for the degassing of spent melt.

В процессе работы порция металла поднимается в камеру в момент опускания патрубка в расплав, выдерживается заданное время, а затем выливается из нее во время поднятия вакуум-камеры с патрубком. Т.е. на процесс перемешивания обрабатываемого расплава вакуум-камера оказывает минимальное влияние. Процесс переме- шивания осуществляется в основном за счет инертных газов, подаваемых через днище емкости, при этом для обеспечения высокой степени перемешивания требуется дополнительное время, так как выходящий из пробки нейтральный газ пронизывает узкую область расплава, оставляя большой объем расплава у стенки емкости малоподвижным. Т.е. несмотря на то, что в обработке расплава участвуют два таких фактора, как порционная обработка металла и продувка его через днище, процесс обработки отличается сравнительно невысокой производительностью. Время обработки в зависимости от мощности установки составляет 20-40 мин. In the process, a portion of the metal rises into the chamber at the moment the nozzle is lowered into the melt, the set time is maintained, and then is poured out of it during the raising of the vacuum chamber with the nozzle. Those. the vacuum chamber has a minimal effect on the process of mixing the processed melt. The mixing process is carried out mainly due to inert gases supplied through the bottom of the tank, in order to ensure a high degree of mixing, additional time is required, since the neutral gas emerging from the tube penetrates a narrow region of the melt, leaving a large volume of the melt near the vessel wall inactive. Those. despite the fact that two factors such as batch processing of metal and blowing it through the bottom are involved in the processing of the melt, the processing process is characterized by a relatively low productivity. Processing time, depending on the capacity of the installation, is 20-40 minutes.

Кроме того, известное устройство имеет недостаток, обусловленный необходимостью выполнения в днище отверстий для пробок, которые в ходе работы могут стать причиной аварийного прорыва металла через продувочные устройства. In addition, the known device has a disadvantage due to the need to make holes in the bottom for plugs, which during operation can cause an emergency breakthrough of metal through the purge devices.

Известно устройство порционного вакуумирования жидкого металла, содержащее емкость для обрабатываемого расплава, вакуум-камеру с наклонным патрубком и механизм подъема и опускания вакуум-камеры [2]
Известное устройство [2] как и устройство [1] предназначено для дегазации расплава.A device for portioned evacuation of liquid metal containing a container for the processed melt, a vacuum chamber with an inclined nozzle and a mechanism for raising and lowering the vacuum chamber [2]
The known device [2] as well as the device [1] is intended for degassing the melt.

Обрабатываемая порция металла по наклонному патрубку поступает в вакуум-камеру, закручивается для облегчения условий дегазации, а затем выливается в емкость в процессе подъема камеры, свободно вытекая в расплав, и тем самым оказывает на него перемешивающее воздействие. Время для обработки расплава примерно равно или даже превышает время обработки расплава устройства [1] Кроме того наклонное расположение патрубка будет приводить к неравномерному износу футеровки внутри вакуум-камеры, где периодические восстановительные работы затруднены. The processed portion of the metal through an inclined pipe enters the vacuum chamber, twists to facilitate degassing conditions, and then poured into the tank during the lifting of the chamber, freely flowing into the melt, and thereby has a mixing effect on it. The time for processing the melt is approximately equal to or even longer than the time for processing the melt of the device [1] In addition, the inclined location of the nozzle will lead to uneven wear of the lining inside the vacuum chamber, where periodic restoration work is difficult.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является устройство для внепечного рафинирования, включающее емкость для обрабатываемого расплава с пористой пробкой в днище емкости, керамическую трубу для порционной дегазации, механизм подъема и опускания трубы [3]
В решении [3] трубу (патрубок) погружают в расплав на заданную глубину и в процессе обработки расплава ее положение не меняют. В трубе создают разрежение, всасывают порцию металла, а затем, уменьшая разрежение, выливают в емкость обработанную порцию металла.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention is a device for out-of-furnace refining, including a container for the processed melt with a porous plug in the bottom of the container, a ceramic pipe for portioned degassing, a mechanism for raising and lowering the pipe [3]
In the solution [3], the pipe (pipe) is immersed in the melt to a predetermined depth and its position is not changed during the processing of the melt. A vacuum is created in the pipe, a portion of the metal is sucked in, and then, reducing the vacuum, the treated portion of the metal is poured into the container.

Устройство [3] по сравнению с устройствами [1 и 2] позволяет ускорить процесс обработки расплава, так как возрастает мощность перемешивания за счет кинетической энергии выливаемой порции металла. The device [3] in comparison with devices [1 and 2] allows you to accelerate the process of processing the melt, since the mixing power increases due to the kinetic energy of the poured portion of the metal.

Недостатком устройства является то, что выливаемый из трубы металл воздействует на расплав сверху вниз, ударяясь о днище ковша, вызывая появление круговых вращений в вертикальной плоскости. Однако при этом образуются застойные зоны у стенок емкости, не все слои металла вовлекаются в перемешивание, что снижает эффективность обработки металла. The disadvantage of this device is that the metal poured from the pipe acts on the melt from top to bottom, striking the bottom of the bucket, causing the appearance of circular rotations in the vertical plane. However, stagnant zones are formed near the walls of the vessel; not all metal layers are involved in mixing, which reduces the efficiency of metal processing.

Целью изобретения является сокращение времени гомогенизации расплава за счет интенсификации процесса перемешивания. The aim of the invention is to reduce the time of homogenization of the melt due to the intensification of the mixing process.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для внепечной обработки расплава, содержащем емкость для обрабатываемого расплава, вакуум-камеру по крайней мере с одним патрубком и механизм перемещения вакуум-камеры или емкости, патрубок установлен вертикально, снабжен в нижней части срезом под углом 45-70^о к вертикальной оси, расположен от стенки на расстоянии 0,25-0,40 диаметра или большой оси емкости, направлен к центру емкости так, что угол между плоскостью, проходящей через ось и минимальную образующую патрубка, и плоскостью, проходящей через вертикальные оси патрубка и емкости, равен 20-45^о.This goal is achieved by the fact that in the device for out-of-furnace melt processing containing a container for the processed melt, a vacuum chamber with at least one nozzle and a mechanism for moving the vacuum chamber or vessel, the nozzle is installed vertically, equipped with a slice at an angle of 45 70 ^about to the vertical axis, located from the wall at a distance of 0.25-0.40 diameter or the major axis of the tank, is directed to the center of the tank so that the angle between the plane passing through the axis and the minimum forming pipe, and the plane passing it through the vertical axis of the nozzle and capacity is 20-45 ^about .

Использование патрубка с косым срезом в нижней части позволяет организовать однонаправленный циркуляционный поток, вовлекающий различные слои расплава по высоте емкости, перекрываемой срезом, эффективно перемешивающий не только центральную зону расплава, но и периферийные зоны за счет циркуляций струй потока с различной кинетической энергией как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости, а также за счет эжекции расплава, находящегося между длинной образующей патрубка и стенкой емкости. Мощность однонаправленного циркуляционного потока регулируется углом среза патрубка. The use of a nozzle with an oblique cut in the lower part makes it possible to organize a unidirectional circulation flow involving different layers of the melt along the height of the tank overlapped by the cut, effectively mixing not only the central zone of the melt, but also peripheral zones due to the circulation of the stream jets with different kinetic energy, both in the vertical and the horizontal plane, as well as due to the ejection of the melt located between the long generatrix of the pipe and the wall of the tank. The power of the unidirectional circulation flow is regulated by the cutoff angle of the pipe.

Потоки, выходящие из патрубка, погруженного в емкость с расплавом, обладают неодинаковой кинетической энергией. У короткой образующей они обладают минимальной кинетической энергией и поэтому принимают участие в перемешивании верхних слоев расплава. Потоки, истекающие вдоль длинной образующей патрубка, обладают максимальной кинетической энергией, проникают в более глубокие слои расплава, вовлекая их в движение. Кроме того, объемы металла, расположенные между стенкой емкости и длинной образующей патрубка, эжектируются нисходящими потоками расплава вниз. Создание мощного перемешивающего потока, состоящего из совокупности вихрей с различной кинетической энергией, обусловлено оптимальным углом среза патрубка, равным 45-70^о к его вертикальной оси.The flows exiting the nozzle immersed in the vessel with the melt have different kinetic energy. In the short generatrix, they have minimal kinetic energy and therefore take part in mixing the upper layers of the melt. Streams flowing along a long generatrix of the nozzle have maximum kinetic energy, penetrate into the deeper layers of the melt, involving them in motion. In addition, the volumes of metal located between the wall of the tank and the long generatrix of the nozzle are ejected by downward flows of the melt down. The creation of a powerful mixing flow, consisting of a set of vortices with different kinetic energy, is due to the optimum cutoff angle of the pipe equal to 45-70 ^about to its vertical axis.

Увеличение угла среза патрубка больше 70^о уменьшает горизонтальную составляющую истекающего потока, что ограничивает возможность создания однонаправленного потока. Потоки, истекающие из патрубка как в прототипе, т.е. угол среза равен 90^о, состоят из неорганизованных случайных циркуляционных потоков, каждый из последующих может привести к полному гашению предыдущих потоков, ухудшая тем самым эффективность перемешивания. При угле среза патрубка менее 45^о уменьшается вертикальная составляющая потока, что влечет за собой ограничение в перемешивании нижних слоев расплава в емкости.An increase in the cutoff angle of the nozzle more than 70 ^° reduces the horizontal component of the outflowing flow, which limits the possibility of creating a unidirectional flow. Streams flowing from the nozzle as in the prototype, i.e. the cut-off angle is 90 ^° , they consist of random random circulation flows, each of the following can completely extinguish previous flows, thereby impairing the mixing efficiency. At an angle less than the cut pipe 45 ^of the vertical component of the flow decreases, which entails a restriction of stirring the lower layers of the melt in the vessel.

Погружение патрубка на 0,25-0,40 диаметра или длинной оси емкости с разворотом короткой образующей к центру способствует оптимальному перемешиванию обрабатываемого расплава. Immersion of the nozzle by 0.25-0.40 diameter or the long axis of the vessel with the short generatrix turned to the center contributes to the optimal mixing of the processed melt.

В случае погружения патрубка по центру емкости перемешивание организованным циркуляционным потоком нарушается, так как поток, истекающий из вакуум-камеры через патрубок, приближается к стенке емкости, теряет часть энергии от взаимодействия с нею, в результате чего не перемешиваются придонные слои расплава, а также не вовлекаются значительные объемы расплава, находящиеся за длинной образующей патрубка. In the case of immersion of the nozzle in the center of the vessel, the mixing by the organized circulation flow is disrupted, since the stream flowing from the vacuum chamber through the nozzle approaches the vessel wall, loses some of the energy from interaction with it, as a result of which the bottom layers of the melt are not mixed, and also not significant volumes of the melt are involved, located behind the long generatrix of the nozzle.

Погружение патрубка вблизи стенки емкости длинной образующей создает благоприятные условия для эжекции расплава за длинную образующую, однако это вызывает механическую эрозию футеровки емкости с одной стороны и недостаточное перемешивание в противоположной части емкости с другой стороны. The immersion of the pipe near the wall of the vessel with a long generatrix creates favorable conditions for ejection of the melt behind the long generatrix, however, this causes mechanical erosion of the lining of the vessel on one side and insufficient mixing in the opposite part of the vessel on the other.

И наоборот, максимальное приближение патрубка короткой образующей к стенке емкости приводит к почти полному гашению энергии истекающего потока, горизонтальная составляющая скорости потока стремится к нулю, поэтому нет достаточных условий для эффективной циркуляции расплава. Кроме того, снижается эффект эжекции расплава за длинной образующей патрубка. Conversely, the maximum approximation of the nozzle of the short generatrix to the wall of the tank leads to an almost complete quenching of the energy of the outflowing stream, the horizontal component of the flow velocity tends to zero, therefore there are no sufficient conditions for the effective circulation of the melt. In addition, the effect of melt ejection behind the long generatrix of the nozzle is reduced.

Во время обработки расплава срез погруженного патрубка направлен так, чтобы угол между плоскостью, проходящей через ось и короткую образующую патрубка, и плоскостью, проходящей через вертикальные оси патрубка и емкости, составлял 20-45^о. Изменение направления среза патрубка регулирует тангенциальную составляющую скорости потока, которая приводит в движение расплав, закручивая его в горизонтальной плоскости.During the processing of the melt, the slice of the submerged nozzle is directed so that the angle between the plane passing through the axis and the short generatrix of the nozzle and the plane passing through the vertical axis of the nozzle and container is 20-45 ^about . Changing the direction of cut of the nozzle regulates the tangential component of the flow velocity, which drives the melt, twisting it in a horizontal plane.

Когда угол менее 20^о, ограничивается тангенциальная составляющая скорости потока и поток трудно закрутить. При условии разворота угла среза патрубка более 45^о поток встречает сопротивление стенки емкости, теряя свою энергию.When the angle is less than 20 ^about , the tangential component of the flow rate is limited and the flow is difficult to twist. Under the condition of a reversal of the cutoff angle of the pipe over 45 °, ^the flow meets the resistance of the tank wall, losing its energy.

Новым в предлагаемом устройстве для внепечной обработки расплава является конструкция патрубка, характеризуемая срезом в нижней части, выполненным под определенным углом к вертикальной оси, место расположения и ориентировка патрубка относительно емкости. New in the proposed device for out-of-furnace melt processing is the design of the nozzle, characterized by a cut in the lower part, made at a certain angle to the vertical axis, the location and orientation of the nozzle relative to the tank.

Вышеназванные признаки, отличные от прототипа, обеспечивают гомогенизацию расплава путем эффективного его перемешивания, тем самым сокращают время обработки расплава и увеличивают производительность агрегата. The above characteristics, different from the prototype, provide homogenization of the melt by efficiently mixing it, thereby reducing the processing time of the melt and increasing the productivity of the unit.

На основании изложенного можно сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критериям изобретения "новизна" и "положительный эффект". Based on the foregoing, we can conclude that the proposed solution meets the criteria of the invention of "novelty" and "positive effect".

Известны технические решения, когда применяются устройства, имеющие выходное отверстие с косым срезом. Например, в трубопроводах газа, жидкости для уменьшения габаритов при разводке; в кондитерской промышленности при изготовлении тортов подача крема для фигурного наложения его на поверхность. Эти решения предлагают либо изменение направления газа, жидкости за счет поворота, либо истечение материала в открытую среду с малым сопротивлением. Known technical solutions when applying devices having an outlet with an oblique cut. For example, in gas pipelines, liquids to reduce dimensions during wiring; in the confectionery industry, in the manufacture of cakes, the supply of cream for curly application to the surface. These solutions offer either a change in the direction of the gas or liquid due to rotation, or the outflow of material into an open medium with low resistance.

В предлагаемом решении достигается новое свойство, а именно: эффективное перемешивание расплава за счет вовлечения в процесс перемешивания всего его объема, что значительно сокращает время гомогенизации расплава в рабочем объеме емкости. In the proposed solution, a new property is achieved, namely: effective melt mixing due to the involvement of its entire volume in the mixing process, which significantly reduces the time of melt homogenization in the working volume of the tank.

Таким образом, предлагаемое решение соответствует критерию изобретения "существенные отличия". Thus, the proposed solution meets the criteria of the invention "significant differences".

На фиг. 1 показано устройство, продольный разрез; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a device, a longitudinal section; in FIG. 2 is a view along arrow A in FIG. 1.

Устройство содержит емкость 1 с жидким расплавом и вакуум-камеру 2 с патрубком 3, подсоединенную к вакуум-проводу 4. The device contains a container 1 with liquid melt and a vacuum chamber 2 with a pipe 3 connected to a vacuum wire 4.

Патрубок 3, установленный вертикально, снабжен в нижней части срезом под углом 45-70^о к вертикальной оси. При этом патрубок направлен к центру емкости так, что угол между плоскостью, проходящей через ось и короткую образующую патрубка, и плоскостью, проходящей через вертикальные оси патрубка и емкости, равен 20-45^о.The pipe 3, mounted vertically, is provided in the lower part with a cut at an angle of 45-70 ^about to the vertical axis. When this tube is directed towards the center of the vessel so that the angle between the plane passing through the axis and forming a short pipe, and a plane passing through the vertical pipe axis and the vessel is ^about 20-45.

Патрубок расположен от стенки емкости на расстоянии 0,25-0,40 диаметра или большой оси емкости. The pipe is located from the wall of the tank at a distance of 0.25-0.40 diameter or the major axis of the tank.

Механизм перемещения вакуум-камеры или емкости условно не показан. The mechanism for moving the vacuum chamber or container is not conventionally shown.

Устройство для внепечной обработки расплава работает следующим образом. A device for out-of-furnace melt processing works as follows.

При опускании вакуум-камеры 2 патрубок 3 погружается в расплав. После создания заданного разрежения вакуум-камера заполняется расплавом, поднимающимся под действием атмосферного давления по патрубку на определенную высоту. После чего отключается вакуумная система и под действием атмосферного давления расплав выталкивается из вакуум-камеры и внедряется в расплав, находящийся в емкости. Благодаря косому срезу на конце патрубка выходящий поток, состоящий из струй, не распадается, а организован таким образом, что его отдельные струи, взаимодействуя с расплавом, интенсивно перемешивают как верхние, так и нижние его слои. Движение потока в расплаве при выходе из патрубка получается однонаправленным, струи последующих потоков не гасят предыдущие, так как поток приобретает тангенциальное вращение. When lowering the vacuum chamber 2, the pipe 3 is immersed in the melt. After creating a predetermined vacuum, the vacuum chamber is filled with a melt that rises under the influence of atmospheric pressure along the nozzle to a certain height. After that, the vacuum system is turned off and under the influence of atmospheric pressure the melt is pushed out of the vacuum chamber and introduced into the melt in the tank. Due to the oblique cut at the end of the nozzle, the outlet stream, consisting of jets, does not decompose, but is organized in such a way that its individual jets, interacting with the melt, intensively mix both its upper and lower layers. The movement of the flow in the melt at the exit from the nozzle is unidirectional, the jets of subsequent flows do not quench the previous ones, since the flow acquires a tangential rotation.

Патрубок может быть не один, а представлять собой блок, состоящий из двух и более патрубков, расположенных симметрично относительно центра емкости с противоположным направлением среза. The pipe may not be one, but can be a block consisting of two or more pipes located symmetrically relative to the center of the tank with the opposite direction of the cut.

Параметры предлагаемого устройства отрабатывались в процессе моделирования с водой. Вакуумную камеру в виде трубы в верхней части соединяли с вакуумным насосом. Нижняя часть трубы была выполнена со сменным патрубком с различными углами среза. Трубу перемещали вверх вниз, вокруг своей оси и относительно центра емкости. В вакуумную камеру насосом засасывали порцию воды, соответствующую порции жидкой стали. В качестве добавляемого электролита использовали раствор хлорида калия. Раствор вводили у днища емкости. С помощью приборов определяли изменение во времени электропроводности жидкости. В качестве параметра, характеризующего степень перемешивания, брали время стабилизации электропроводности. The parameters of the proposed device were tested in the process of modeling with water. A vacuum chamber in the form of a pipe in the upper part was connected to a vacuum pump. The lower part of the pipe was made with a replaceable nozzle with different cutting angles. The pipe was moved up and down, around its axis and relative to the center of the tank. A portion of water corresponding to a portion of molten steel was sucked into the vacuum chamber by a pump. A potassium chloride solution was used as the added electrolyte. The solution was injected at the bottom of the container. Using instruments, the change in time of the electrical conductivity of the liquid was determined. As a parameter characterizing the degree of mixing, we took the stabilization time of electrical conductivity.

Для определения оптимальных значений исследуемых параметров использовали метод планирования эксперимента, условиями которого было получение математической модели процесса, описываемой полиномом второй степени с постоянной дисперсией относительно выбранного центрального значения факторов. Пределы изменения факторов были выбраны из размерного подобия модели и реального объекта. Патрубок опускали в раствор так, что верхняя точка среза заглублялась в раствор на глубину 0,2-0,3 высоты раствора от зеркала (его поверхности). To determine the optimal values of the studied parameters, we used the experiment planning method, the conditions of which were to obtain a mathematical model of the process described by a second degree polynomial with constant dispersion relative to the selected central value of the factors. The limits of the change in factors were chosen from the dimensional similarity of the model and the real object. The pipe was lowered into the solution so that the upper cut point was buried in the solution to a depth of 0.2-0.3 of the height of the solution from the mirror (its surface).

Результаты испытаний приведены в таблице. The test results are shown in the table.

Исследованиями было установлено, что наименьшее время перемешивания было получено в варианте 3, когда угол среза патрубка был равен 60^о. Патрубок был погружен в жидкость на расстоянии 0,33 диаметра от стенки емкости, причем срез направлен к центру емкости и развернут на угол 30^о. Полное усреднение раствора наступало через 93,5 с.Studies have found that the smallest mixing time was obtained in option 3, when the angle of cut of the nozzle was 60 ^about . The pipe was immersed in a liquid at a distance of 0.33 diameters from the vessel wall, and the cut was directed to the center of the vessel and turned at an angle of 30 ^about . Complete averaging of the solution occurred after 93.5 s.

Изменение параметров в ту или другую сторону от оптимальных значений приводили к увеличению времени стабилизации электропроводности раствора. Changing the parameters in one direction or another from the optimal values led to an increase in the stabilization time of the electrical conductivity of the solution.

Результаты опытов показали, что при уменьшении угла среза менее 45^о (вариант 9) из-за уменьшения вертикальной составляющей потока и, как следствие, недостаточно эффективного перемешивания нижних слоев раствора время стабилизации увеличилось до 150,6 с.The results showed that as the angle of cut ^of less than 45 (embodiment 9) of the reduction of the vertical component of flow and, as a consequence of insufficient agitation of the lower layers while stabilizing solution increased to 150.6 seconds.

Увеличение угла среза патрубка более 70^о (вариант 10) вследствие уменьшения горизонтальной составляющей потока и невозможности создания однонаправленного потока также увеличило время стабилизации до 165,1 с.An increase in the nozzle cutoff angle of more than 70 ^° (option 10) due to a decrease in the horizontal component of the flow and the inability to create a unidirectional flow also increased the stabilization time to 165.1 s.

В случае, когда угол среза равен 90^о (прототип, вариант 1) и патрубок погружен в центре емкости, горизонтальная составляющая потока равна нулю, а потоки, истекающие из патрубка, гасят предыдущие, которые уже изменили свое направление от днища емкости. Время стабилизации электропроводности составляло 180,0 с.In the case when the cutoff angle is 90 ^° (prototype, option 1) and the nozzle is immersed in the center of the tank, the horizontal component of the flow is zero, and the flows flowing from the nozzle are extinguished by the previous ones, which have already changed their direction from the bottom of the tank. The conductivity stabilization time was 180.0 s.

Погрузив патрубок к косым срезом (угол среза 45^о) вблизи центра емкости (вариант 12) получили время стабилизации, равное 180,2 с, из-за того, что недостаточно хорошо перемешались слои раствора за длинной образующей, и из-за потери энергии потока от взаимодействия его со стенкой емкости. И наоборот, погружая патрубок вблизи стенки емкости (вариант II), причем длинной образующей к ней, получили время стабилизации 160,1 с вследствие того, что недостаточное перемешивание у противоположной стенки емкости.Submerging the pipe to the oblique cut (cut angle 45 ^° ) near the center of the tank (option 12), we obtained a stabilization time of 180.2 s due to the fact that the solution layers were not well mixed behind the long generatrix and due to the loss of flow energy from its interaction with the wall of the tank. Conversely, by immersing the nozzle near the vessel wall (option II), with a long generatrix to it, a stabilization time of 160.1 s was obtained due to the insufficient mixing at the opposite vessel wall.

Уменьшение угла разворота патрубка менее 20^о (вариант 13) приводит к уменьшению закручивающего действия потока, в результате чего не достигается эффективное перемешивание и время стабилизации составляет 176,2 с. А увеличение угла разворота патрубка от центра емкости более 45^о (вариант 14) не обеспечивает достаточного перемешивания вследствие потерь энергии потока о стенку емкости, поэтому время стабилизации составляет 170,4 с.The decrease in the angle of rotation of the pipe less than 20 ^about (option 13) leads to a decrease in the twisting action of the flow, as a result of which effective mixing is not achieved and the stabilization time is 176.2 s. And an increase in the angle of rotation of the nozzle from the center of the tank to more than 45 ^° (option 14) does not provide sufficient mixing due to the loss of flow energy on the wall of the tank, so the stabilization time is 170.4 s.

По результатам проведенных испытаний (см. таблицу) видно, что минимальное время стабилизации наблюдается в вариантах 2-8, оно меньше на 46,0-87,5 с или на 20-48% по сравнению с прототипом, что очень важно при внепечной обработке стали, так как удлинение времени обработки приводит к снижению температуры металла, а для повышения температуры потребуются дополнительные затраты. Кроме того снижается производительность агрегата. According to the results of the tests (see table), it is seen that the minimum stabilization time is observed in options 2-8, it is less by 46.0-87.5 s or 20-48% compared to the prototype, which is very important during out-of-furnace processing steel, since lengthening the processing time leads to a decrease in the temperature of the metal, and to increase the temperature will require additional costs. In addition, the performance of the unit is reduced.

П р и м е р 1. В 400-килограммовой индукционной печи выплавляли сталь следующего химического состава, мас. С 0,70; Mn 0,81; Si 0,35; Р 0,030, S 0,025, V 0,040. Металл обрабатывали в емкости, имеющей внутренний диаметр 390 м и высоту 660 м. Уровень наполнения металлом емкости составил 530 мм. Перед вакуумной обработкой температура металла была 1650^оС. Вакуумная камера представляла собой трубу, футерованную изнутри огнеупорными элементами, на конце погружной части которой был патрубок со срезом в нижней части под углом 60^о к вертикальной оси и внутренним диаметром 70 мм. Камеру с патрубком погружали в расплав так, что верхняя точка среза патрубка находилась на глубине 130 мм от зеркала расплава. При этом ось патрубка была расположена на расстоянии 120 мм от стенки емкости, а срез был ориентирован на 30^о. Верхняя часть вакуумной камеры (трубки) была соединена с эжектором, при включении которого в вакуум-камере создавали разрежение 40 мм рт.ст. Металл во время обработки поднимался на высоту 1,4 м. Время нахождения металла внутри камеры составляло 2 с. После чего производили отключение эжектора, давление в камере поднималось до атмосферного, металл выливался из камеры через патрубок обратно в емкость. Цикл засасывание сброс составил 5 с. При кратности циркуляции 1,5 время обработки составило 75 с. После обработки температура металла снизилась до 1620^оС. Разливку производили в изложницы. По ходу разливки отбирали пробы на химанализ и механические свойства, в том числе на ударную вязкость. Химсостав первой и последней пробы (1 и 8-й слитки) был практически на одном уровне С 0,69 и 0,68, Mn 0,80 и 0,79, Si 0,34 и 0,335, S 0,024 и 0,024, Р 0,030 и 0,031, V 0,040 и 0,040. Ударная вязкость при -40^оС составила 3,9 и 3,7 Дж/см².PRI me R 1. In a 400 kg induction furnace smelted steel of the following chemical composition, wt. C 0.70; Mn 0.81; Si 0.35; P 0.030, S 0.025, V 0.040. The metal was processed in a tank having an internal diameter of 390 m and a height of 660 m. The metal filling level of the tank was 530 mm. Before the vacuum treatment metal temperature was 1650 ^C. The vacuum chamber is a pipe lined internally with refractory elements, at an end portion of the dip tube which was cut with the bottom at an angle of ^{60 °} to the vertical axis and an internal diameter of 70 mm. The chamber with the nozzle was immersed in the melt so that the upper cut-off point of the nozzle was at a depth of 130 mm from the melt mirror. The axis of the nozzle was located at a distance of 120 mm from the wall of the tank, and the cut was oriented at 30 ^about . The upper part of the vacuum chamber (tube) was connected to the ejector, when turned on, a vacuum of 40 mm Hg was created in the vacuum chamber. During processing, the metal rose to a height of 1.4 m. The residence time of the metal inside the chamber was 2 s. After that, the ejector was turned off, the pressure in the chamber rose to atmospheric pressure, the metal poured out of the chamber through the pipe back into the tank. The suction cycle of the discharge was 5 s. With a circulation ratio of 1.5, the treatment time was 75 s. After processing, the temperature of the metal decreased to 1620 ^about C. Casting was carried out in the mold. During casting, samples were taken for chemical analysis and mechanical properties, including impact strength. The chemical composition of the first and last samples (1st and 8th ingots) was almost at the same level: C 0.69 and 0.68, Mn 0.80 and 0.79, Si 0.34 and 0.335, S 0.024 and 0.024, P 0.030 and 0.031, V 0.040 and 0.040. Impact toughness at -40 ^{° C} was 3.9 and 3.7 J / cm ^2.

П р и м е р 2. Для проверки работы устройства по прототипу была выплавлена в тех же условиях сталь аналогичного химсостава, мас. С 0,71; Mn 0,78; Si 0,37; Р 0,035 и S 0,023, V 0,042. Температура металла перед обработкой была 1650^оС. Вакуумная камера с патрубком, срез которого был расположен перпендикулярно к оси патрубка, погружалась в расплав в центре на глубину 100 мм от зеркала металла. Обработка металла производилась по тому же режиму, что и в примере 1. Кроме того, металл в емкости дополнительно продувался аргоном снизу через пористую пробку. Время обработки составило 75 с. Температура металла после обработки снизилась до 1615^о. Химический состав первой и последней пробы отличался: С 0,70 и 0,67, Mn 0,77 и 0,75, Si 0,36 и 0,33, Р 0,035 и 0,037, S 0,023 и 0,022, V 0,040 и 0,043. Ударная вязкость при -40^оС составила 30 и 26 Дж/см².PRI me R 2. To verify the operation of the device according to the prototype, steel of the same chemical composition, wt. C 0.71; Mn 0.78; Si 0.37; P 0.035; and S 0.023; V 0.042. Metal temperature before treatment was 1650 ^° C with a nozzle vacuum chamber, which was cut is perpendicular to the axis of the nozzle was immersed in the melt in the center at a depth of 100 mm from the metal mirror. The metal was processed in the same mode as in Example 1. In addition, the metal in the vessel was additionally purged with argon from below through a porous plug. The treatment time was 75 s. The temperature of the metal after processing decreased to 1615 ^about . The chemical composition of the first and last samples differed: C 0.70 and 0.67, Mn 0.77 and 0.75, Si 0.36 and 0.33, P 0.035 and 0.037, S 0.023 and 0.022, V 0.040 and 0.043. Impact toughness at -40 ^{° C} was 30 and 26 J / ^cm2.

Таким образом, можно сделать вывод, что обработка расплава согласно изобретению по сравнению с прототипом более эффективна, достигается химическая однородность по всему объему расплава, тогда как в примере прототипа химическая однородность не достигается по всему объему расплава, отклонения по углероду, кремнию и марганцу составили 0,02-0,03% и, как следствие, снижение значения ударной вязкости на 9-11 Дж/см².Thus, we can conclude that the processing of the melt according to the invention is more efficient than the prototype, chemical uniformity is achieved over the entire melt volume, while in the prototype example chemical uniformity is not achieved over the entire melt volume, deviations in carbon, silicon and manganese were 0 , 02-0.03% and, as a consequence, a decrease in impact strength by 9-11 J / cm ² .

Предлагаемое устройство позволяет сократить время обработки металла для усреднения его химсостава, т.е. сократить время гомогенизации металлического расплава на 20-30% а также увеличить срок службы емкости и упростить ее изготовление и обслуживание за счет исключения пористых пробок в днище ковша. Кроме того возрастает производительность агрегата. The proposed device allows to reduce the processing time of the metal to average its chemical composition, i.e. reduce the time of homogenization of the molten metal by 20-30% and also increase the service life of the tank and simplify its manufacture and maintenance by eliminating porous plugs in the bottom of the bucket. In addition, the performance of the unit increases.

Claims

DEVICE FOR EXTERNAL MELT PROCESSING, containing a container for the processed melt, a vacuum chamber with at least one nozzle and a mechanism for moving the vacuum chamber or vessel, characterized in that, in order to reduce the time of melt homogenization due to the intensification of the mixing process, the nozzle is installed vertically , provided at the bottom of cut 70 at an angle of 45 ^o to the vertical axis, is located on the wall of the vessel at a distance of 0.25 or 0.40 diameter large axis of the container, the container is directed to the center of the slice, the angle ezhdu plane passing through the axis and forming a short pipe, and a plane passing through the vertical axis of the nozzle and the container 45 is 20 ^o.