经金属熔化器底表面上的排出口排空熔化器液态金属主要部分的方法，实施方法的金属熔化器和实施方法的主要作业的连续程序

摘要

本发明涉及冶金，其中包括在电弧炉中钢的生产。在方法中，开始排空熔化器前，提升排出口金属入口的水平(位置)，并保持这状态到排空熔化器结束，之后，恢复这个入口水平的初始状态，在这时，下落的金属流与向排出口的入口上升的金属流被大小由排出口金属入口水平提升程度所决定的壁分开。通过与送入中性或惰性气体一起往离开熔化器金属流中送入合金元素，影响金属的化学组分，在排出金属前，经位于排出口上面的和金属通过的间隙中的金属，压入中性或惰性气体。熔化器中有带有输送合金元素和气体用中央空的棒，这棒固定得可以对着排出口垂直移动，棒的端部是带有有穿通孔套管的类似筒的腔。套管凸出到棒界限外，这个凸起的高度以及套管的高度和炉渣层厚度决定了留在熔化器中的金属数量。提出了在实施方法时的主要工艺作业的程序。

说明书

技术领域

本发明涉及黑色和有色冶金中金属的生产，在电弧熔炼炉(ДC∏)中生 产钢的实例中示出。

背景技术

在金属熔化器中生产金属的最终阶段是排空熔化器中的液态金属，这个操 作过程由不同的方法来完成，在这时，广泛使用的，特别是在ДC∏中，是经 熔化器底部排放口的垂直排出金属。用于ДC∏时，最近几年广泛使用的方法 是排空熔化器金属的主要部分，留下少部分液态金属在熔化器内(见，例子， “电冶金”杂志No.1，46页，2000年)。

生产液态金属过程的组成部分是形成在获得给定化学成分金属时起重要 作用的炉渣，与液态金属相比，它的密度较低。最大限度地不使炉渣落入浇包 是重要的技术课题，成功的解决这课题，在很大程度上取决于所实施的排空熔 化器金属的方法，取决于熔化器本身的结构构型，特别是在保证排放金属的部 分。

现已知有经排泄口排空熔化器液态金属的方法(见，例子，俄罗斯联邦专 利，No.2025499，C21C5/52；F27B 3/14，出版于1994年12月30日，公报No.24)。

这已知方法的主要缺点是：第一，排空熔化器消耗大量时间；第二，不能 排除炉渣与金属一起落到浇包中。

已知有经底排出口其中包括使用熔化器底上的偏心排出口，排空熔化器液 态金属的方法(EBT-工艺，见，例子，“冶金工厂和工艺”MPT-11，2002年 译成俄文，ШтефанЛемκе ∏етер Майерлинг，∏ете рМонхайм等人“钢生产的技术决策，26页)。

这个已知的排空熔化器液态金属的方法，在ДC∏上得到了广泛的应用。

本质上这个方法有如下的缺点：

1、没有解决生成涡流(金属流扭转)的技术问题，因而在排空熔化器时， 很难把炉渣与液态分割开；

2、在偏心排出区内液态金属温度降低，从而延长了熔炼的时间，因为需 要预热金属。

已知有利用ИРИС系统(用红外线辐射)排空熔化器液态金属的方法 (见，例子，“钢”杂志No.11，36页，2004年)。

这个已知方法的缺点在于：在金属排出过程中部分炉渣落入浇包的液态金 属内。

已知有排空熔化器液态金属主要部分的方法，它包括：把离开熔化器的金 属流下降到低于排出口入口的位置水平，一直到这个熔化器部分的底部表面， 然后沿底部表面移动和提升这些金属流到和高于排出口的入口水平，经排出口 排出金属，在这时，落下和提升的金属流被壁分开，在壁端面和熔化器底表面 之间有一个间隙，它把落下和提升的金属流结合在一起(见，例子，国际专利 WO 00/60297F27D 3/14，F27 B3/19，2000年10月12日，优先权，1999 年4月1日。在摘要“至2010年电弧炉中炼钢的工艺发展前景”，在杂志“国 外黑色冶金新闻”No.140页2001年)中给出了这个已知方法的优点和实施的 系统图，系统的缩写-“FAST”)。

根据几个重要标志，这个已知方法较接近本发明提出的，所以，作为原型。

本质上，本已知方法有如下的重要缺点，使它不能在通过影响钢的化学成 分来处理浇包中金属同时，成功地用来有效地排空熔化器的液态金属主要部分 这些缺点有：

液态金属主要部分的排出移到熔化器工作空间的范围外，从而就自动地导 致排出金属的冷却，导致必须把它预热。

实施本方法要求在熔化器内有另外的排出口，用来在熔化器工作停止时完 全排空熔化器中留下的液态金属。

在方法中未考虑设有往离开熔化器的液态金属中加入改变浇包内液态金 属性质的元素入口。

实施本方法要求提高浇道的高度高出熔化器底(约200mm)水平，使熔 化器的液态金属通过到排出口的入口侧，这就自动地导致必须再提高排出口金 属入口的位置水平高度，从而减少能离开熔化器的金属体积。

实施该方法不能考虑熔炼过程中炉渣层密度和厚度的改变对熔化器排出 过程的影响，因为实施方法的熔化器的结构部件做成固定的，不可能进行作业 更换，而同时，炉渣密度与它们的化学成分有关(见，例子，В.И.Явой cκий等人，“钢冶金”1983年51页)，而炉渣层高度与熔炼进行的工艺和 生产的钢号有关。

实施该方法时，缺少在熔化器排空最初阶段上防止炉渣落到金属内的机构 (在炉料熔化最初阶段落到金属内并进入金属排出浇道的炉渣)。

发明内容

提出的经熔化器底表面上的排出口排空熔化器液态金属主要部分的方法， 没有以上的缺点。方法中，液态金属是直接从炉的工作空间排出的，排除了排 出金属的过冷。在熔化器中不需要另外的排出口。没有一个把改变浇包中金属 性质的元素输入到离开熔化器的金属流中的入口。保证了大大地降低为使金属 通过排出口所需要的间隙高度，根据假设的炉渣层化学成分(密度)和厚度， 可在实施方法进行校正。

获得以上技术结果得以有保证是由于：在已知的排空金属熔化器液态金属 的方法中，包括把离开熔化器的金属流下降到低于排出口入口的水平，一直到 熔化器这个部分的底部表面，然后沿底部表面移动和提升这些金属流到和高于 排出口的入口水平，经排出口排出金属，在这时，落下和提升的金属流被壁分 开，在壁端面和熔化器底部表面之间设有一个间隙，它把落下和提升的金属流 结合在一起。根据本发明，在开始排空熔化器前，提高金属进入排出口的入口 水平，高出在熔化器底部表面上它的初始状态，保持所提高的状态到熔化器排 空金属主要部分结束，在这时，下落的金属流与上升的金属流被壁分开，壁高 度决定金属进入排出口的入口水平提升的数值，在排空过程停止后，恢复这入 口水平的初始状态，把少量的金属部分留在熔化器内。这时，往进入排出口的 金属流中送入影响液态金属化学成分的元素，而且，在送入元素的同时，往金 属流中送入惰性或中性气体。低于提升的排出口的进口水平，把元素送入液态 金属。预先加热惰性和中性气体。此外，在排空熔化器开始前，经位于排出口 上方和在用来使金属И熔化器通过排出口的间隙中的金属，压送惰性或中性气 体。在这时，在压送结束后，保持气体压力到金属排出开始。此外，在熔化器 装入炉料前，把保证金属进入排出口的入口水平提升的装置，移到装置可能与 炉料相接触的范围外。

现已知有能经排泄口排空熔化炉液态金属主要部分的金属熔化炉结构 (见，例子，上述俄罗斯联邦专利No.2025499)。

本质上，这个已知结构的主要缺点已在分析方法时作了分析。

现已知有这样的金属熔化器结构，它含有经排出口排空液态金属主要部分 的装置，金属是垂直排出的(见，例子，上述已提过的专利WO 00/60297F27D 3/14，F27/B 3/19，2000年10月12日)。已知有一种做成形状为碗的熔化器结 构，上面用框架结构构造与环境隔开，从而形成熔化器的工作空间，炉子框架 结构构造可形成熔化炉拼接顶，可保证炉料以加热的废钢铁形式加入到熔化炉 中。

以上已知的熔化炉的结构，就一些重要的标志，最接近本文所提出的，所 以作为原型。

本质上，实施这个专利已知的排空熔化器液态金属部分的已知熔化器的结 构，有重大的缺点，已在研究熔化器排空方法时详细地分析了，因为在实施方 法的操作同时，这些缺点是由熔化器本身的结构构型所决定的。

本发明提出的实施排空熔化器液态金属主要部分方法的熔化器没有上述 那些缺点。提出的熔化器结构构型：能实施列出的所提方法的各种操作，直接 从熔化器的工作空间安排金属的排出，并保证不让炉渣落入浇包；在炉子上不 需要有两个排出口；设有往离开熔化器的金属中加入改变浇包内金属性质的元 素的入口；根据设想的炉渣化学成分(密度)和厚度，保证校正金属流的移动； 排除出现金属和熔渣的涡流。

获得以上指出的技术成果得以有保证，是由于：在已知的为实现排空熔化 器液态金属主要部分，而做成为碗形状的熔化器结构中，通过建造框架结构把 上面与环境隔开，形成熔化器工作的空间，根据发明，经过上面的框架结构， 与排出口相对，通过由耐火材料做的棒，它的上端位于熔化器工作空间外，由 于有驱动机构，这棒可以向熔化器的底侧轴向移动，而棒的下端以类似筒的腔 终结，在腔中跨接物上沿棒的中心，刚性固定一套管，安装后在腔和套管的相 应对映表面之间有间隙，同时，套管做成有中央穿通孔，它的端表面超出棒的 界限，这个表面的外形复制排出口入口区底表面的外形，套管的高度高出排出 口区熔化器底的高度，等于排出口金属入口水平提升的值，而所有用来使金属 从熔化器出来通到排出口的口和间隙分别有流通截面和至少等于排出口横截 面的表面，在类似筒的腔的上端-底的区段上的棒有中央穿通孔。在这时，对 于棒和它与套管的连接，满足以列关系式：式中，h为套管高度； h₁-套管超出棒界限的高度；h₂-在熔化器排出金属末时金属上面假设的最大 炉渣层高度，ρ_щ和ρ_M-相应为金属和炉渣的比重。而且，在下部位置时，棒 没有间隙地用套管凸出部分接合到熔化器底表面。此外，熔化器底表面上的排 出口的入口做成有圆锥表面的孔形式，相反，套管设有带这个孔对映圆锥平面 的凸起，而且，通过棒的纵向移动，创造了把套管引到熔化器工作空间的上部 分的条件，在上部分排除了套管与炉料的接触。正有，在棒的类似筒的腔底中 心，有一个凸起部分，从它的端部到棒的上部，做成中央穿通孔，它经软管与 输送不同类别的固体材料和惰性或中性气体的装置连接，在这时，在类似筒的 腔的底水平上，这个孔有横向通道，另外地把中心孔与这个腔连接。横向通道 做成倾斜的，从类似筒的腔底向中央穿通孔一侧下降。棒轴在排出口区域垂直 熔化器的底表面，棒轴以偏离排出口轴垂直线的角γ偏离垂直线，同时，两根 轴线位于一根直线上。套管上的穿通孔由圆锥和圆柱部分组成，对金属来讲， 圆锥部分是进入部分，圆柱部分是输出部分。圆柱部分的直径至少等于排出口 的直径，棒下部分，包括类似筒的腔和固定在上面的套管，是做成可更换的， 同时，为了更换下部分，棒是可以移出熔化器工作空间界限外。

根据本发明，提出了经转注到浇包实施研制的排出推荐的熔化器中液态金 属主要部分的方法时所规定的主要作业顺序，它包括打开熔化器底上的排出 口，根据本发明，在打开排出口之前，把有套管的棒下落到套管端面无间隙地 紧紧连接到熔化器碗的底表面，在排放口入口对面，在这个棒的下落过程中或 经棒上的中央孔压送惰性或中性气体结束后，在停止上述压送气体过程瞬间， 打开排出口，排空熔化器，同时，在排空过程中，经棒上的中央孔，往金属送 入影响浇包中液态金属化学组合的元素，在这个输送元素过程同时送入在金属 入口时温度接近金属温度的中性或惰性气体，压力至少等于大气压力，而排空 过程本身由于有下列条件就自动停止，,式中，h为套管高度； h₁-套管超出棒界限的高度；h₂-排出金属末时金属上面的炉渣层最大高度； ρ_щ和ρ_M分别为金属和炉渣的比重；Δh-排出口区域内留在熔化器内金属层 厚度的余量，关闭排出口，少量金属和整个炉渣留在熔化器内或让排出口开着， 套管继续向熔化器底压紧，少量金属经排出口排出，在排出口打开时，从底面 移开棒，往另外的浇包排出全部炉渣和留下的金属。

具体实施方式

提出的方法，实施方法的熔化器及实施方法时主要作业的顺序，用图1～ 14说明。

在图1示出了为排空熔化器在回转它前有拼接顶形式的上部框架结构构 造的金属熔化器；在图2示出在为排空而回转熔化器后和在排空金属主要部分 过程中熔化器(无上部构造)的状态；在图3上示出有排出口凸窗布置的金属 熔化器(无上部构造)；在图4上示出在排空熔化器液态金属主要部分前和过 程中竖式熔化器状态(无上部构造)；在图5上为插入熔化器液态金属的棒的 下部分主要部件，这些部件保证实施熔化器排空方法；在图6上是图5上的 A-A剖面；在图7上是在排出金属前阶段上插入熔化器金属的棒的下部分上保 证实施排空熔化器方法的主要部件布置方案；在图8上是图7上的A-A剖面； 在图9上是图7上的Б-Б剖面；在图10为插入熔化器金属、并相对熔化器底 上排出口轴定中心的棒下部主要部件的布置；在图11上示出可更换下部的组 合棒；在图12上为实施方法的主要作业顺序；在图13上是实验室装置(合试 模型)简图，用它来评价实施推荐方法操作的有效性，图14为图13的A-A 剖面。

熔化器有一个工作空间1(图1)，是由深度可变的底表面3(图1)和形 状为碗2所构成的，从上用框架结构4的构造与环境隔开，以上构造可以是熔 化器的拼接顶(如图1所示)或对准备从炉顶装入由废气加热的废钢铁的竖式 电弧熔炼炉而言，是相应的框架结构构造。为了实现所提出的方法，熔化器上 部的构造的结构没有原则意义的，重要的只是在这个构造中，设有棒5在熔化 器非对称垂直线6和对着熔化器底表面3排出口7的构造区段上，通过的地方。 在结构中还必须有可以防止所装的废钢铁(炉料)作用在棒5上的措施。棒5’ 的纵轴可以与排出口7的轴风吹草动心，排出口7偏离熔化器垂直轴6的角度 为γ。棒5”的纵轴可以垂直布置，即与排出口7的纵轴形成的角度为γ。在 上述棒5和排出口7的轴两种位置情况下，以上轴相交于点“c”，在熔化器的 底表面3上排出口入口中心(图1-3)。在熔化器排空前阶段，在排出口可以有 堵塞它的材料，例如砂子(图7)。

排出口7的轴可以是垂直布置，平行于熔化器的垂直轴6(图4)。在这种 情况下，排空熔化器液态金属主要部分不要完全把熔化器回转到排出口7一 侧，以使排出口7的轴实际上有垂直状态。

棒5装有轴向移至或离开熔化器底3方向的机构，它与棒上部连接。这个 棒5的移动机构的结构构型不决定完成所提方法的实质，所以，不在此进行研 究分析。特别是，这个机构可以位于熔化器结构的外面。

为了完成所提方法的操作，重要的要有棒5轴向移动的上述机构，保证用 这个机构把棒5移动直到与熔化器底3的严密接触，用这个机构保证棒的“Д” 状态(图1)，那时它是处在熔化器的工作空间内但不与装入熔化器炉料相接 触时，用这个机构保证把整个棒5移到熔化器界限外，利用这个机构棒5移动 方向在图1用箭头“E”示出。

棒5的下部分有类似筒的腔(图8)，在腔中棒5的中心，在跨接物9上 刚性固定套管10，它是棒5的组成部分。这时，根据排放口的参数，跨接物9 可位于套管10的侧面(图5和图6)或者在套管10上端面(图7～9)。跨接 物9可能有其它布置方案。在这时，应注意到，跨接物9的构型方案和布置地 方影响排出金属通过截面尺寸，尽管这影响不大，可忽略不计。

套管10超出棒5端界限h₁值(图5，7，10和11)，有高度h(图5，7， 10和11)。套管10端下部表面“Ж”有表面外形，与排出口7入口区域内熔 化器底表面3的外形相同。在类似筒的腔8和套管10的对映表面之间(即腔 8内表面和套管10外表面以及腔8底表面和套管10外端之间)有一些间隙， 它们中的每一个的截面面积至少等于πd²/4，其中d为排出口的直径(图5，6， 7，8，10)。

套管10做成有中央穿通孔，而且，这个孔由两部分组成：圆锥11和圆柱 12部分。圆柱部分直径d₁＞d，其中，d为熔化器排出口7的直径，这时，最 好d₁＞d。

为了简化保证套管10的下端与排出口7的入口区域内底表面3紧密接合 的操作，把套管10的部分做成有圆锥形的凸起，相应地把熔化器排出口7的 入口做成有圆锥形表面的孔(图10)。

对棒5，它与套管10的刚性连接及它们与排出口7入口的接合，以下列 关系式为特征：

式中，h-套管10高度(图5，7，10)；

h₁-套管10超出棒界限的高度(图1，4，5，7，10)；

h₂-假设的在从熔化器排出金属末时金属上面的炉渣层最大高度 (图5，7，10)；

ρ_щ和ρ_M-分别为金属和炉渣的比重(对炉渣而言，是假设的)。

准备了类似筒的腔构型的两个方案：带有平坦底的(图5)和在底中心有 凸起的(图7，10，11，13)，有间隙的凸起进入套管10穿通孔的孔11，凸起 13的端头位于套管10上端下面，因而，实质上，凸起13进入套管10的圆锥 形孔11，可进入套管10的圆柱孔12，同时，使孔11和凸起13(孔12和凸 起13)的相应表面之间所形成的间隙的横截面超过排出口7的横截面。

从凸起13端到棒5上部分，在棒中心做成穿通孔14(图7，10，11和13)。 对有类似筒的腔平坦底的棒5同样这样做(图5)。在棒的上部分，把软管15 连接到孔14(图1)，用来把改变浇包内钢化学成分的元素送到离开熔化器的 金属中，用软管16同时输送惰性或中性气体。软管15和16与相应输送不同 类别固体材料和惰性或中性气体的装置连接，还考虑了软管15和16的共同构 型，即经一根软管15从相应的容器，送入液态金属的元素与气体一起进入。

规定把气体预热，这时，最终，在气体进入液态金属瞬时，保证气体温度 等于(或稍稍低于)液态金属温度。为此，或使用棒5上部的钢管感应加热， 或把软管16的端部做成有感应或其它预热金属的，或把软管16金属的端部围 绕棒5上部分绕几圈，此后软管16才进入孔14。对经一根软管15，从容器与 惰性或中性气体一起输送进入液态金属元素的情况，气体的预热可在把送入的 元素和气体合在一个流之前进行。

要指出的是，为了实施所提出的方法，采用把送入气体预热的方法，没有 原则性意义，重要的，要在进入离开熔化器金属流的时候，气体的温度接近金 属的温度，但不超过它。

同样重要的是可以不预热，把气体送入金属中，不算在气体通过棒5中孔 14过程中的加热。在这种情况下，可以考虑为把气体送入孔14设置另外的支 线。

最好，把棒做成组合式的，使包括类似筒的腔8和固定在里面的套管10 在内的棒下部分做成可更换的(图11)。但可以使用与套管10刚性连接的整 体棒5。在这时，在熔化器运行中，使用一套棒5，按排好它们有系统的检修。

在排空和在排空过程中，在熔化器工作空间1有液态金属17，金属上面 是炉渣18。在开始排空熔化器液态金属主要部分前，排出口7用截断装置(塞 子)19关注，以及，例如充满了砂子(图1～4，7)。

在棒5凸起13的结构中，规定有横向通道20，它们在腔8底的水平上， 另行把中央孔14与腔8连结起来(图7，10，11和13)。通道20可做成倾斜 的(图10)，从腔8底向棒5中央孔14一侧下降。

以如下的方式，实施排空熔化器液态金属主要部分的方法。

熔化器工作空间1装入了液态金属17到一定水平，金属上面是炉渣层18 (在图1～4上约定未示出，因为这些图不决定所提出的排空熔化器液态金属 主要部分方法的基本状态)。金属17和高度为h₂的炉渣层18示于图5，7和 10。

在熔化器内炉料完全熔化、炉渣部分扒渣及有液态金属和剩余炉渣的熔化 器准备好排空之后，开始实施方法。

在这时，棒从图1的“Д”状态，通过移动驱动机构(见图1上的箭头) 下落到套管10的下端“Ж”与排出口7区域内的熔化器底表面3无间隙的紧 密接触(图1，2，5，7，10)。

由于套管10的孔12直径d₁大大地(例如2倍和更多倍)超过排出口直 径d(在图5和7上d₁＞d)及套管10下端“Ж”密实连接到熔化器底表面3， 保证了金属无障碍地经孔12流到排出口7。以上指出的直径d₁大大超过d， 还消除了棒5定位过程中不精确(移动)对熔化器排出液态金属的过程的影响。

把熔化器底表面3上的排出口7入口做成圆锥形，也解决了同样的问题。 在套管10的对面设有一个有这个圆锥形入口的对映圆锥形表面“Ж”的凸起 (图10)。

回转熔化器排空，使它处在图2上给出的位置。底表面3构型不同于图1～ 3时，不要回转熔化器就把它排空(图4)。

在2种实施排空熔化器液态金属主要部分的方法中，金属17、炉渣18、 棒5、套管10和排出口7的相互位置，是如图5，7和10所示那样保证的。 在这种情况下，在回转熔化器时，炉渣层18的厚度改变到图5，7和10上的 值h₂，这个厚度在规定熔化器自动停止排空和确定留在熔化器碗2内金属量时 作为基础。

由于棒5一开始处在熔化器工作空间1的状态“Д”，然后，在熔化器排 空开始前，棒5下部分处在液态金属17中，排除了棒5部件对排出口7区域 内金属17的稍稍冷却的影响。

在上述把棒下落到金属17碗中的过程中，在套管10的孔11和12中，在 棒的孔14中以及在腔8直径d₃和套管10直径d₂差形成的间隙及腔8底和套 管10上端形成的间隙内，进入金属17和炉渣18。为了除去炉渣(同时有金 属)，经棒5的孔14，套管10上的孔11和12及以上间隙，强烈地压送中性 或惰性气体。由于与热的棒5接触和落下液态金属17中，送入的气体膨胀， 很快排出落入这些孔和间隙内的金属17和炉渣18。

为了加快排空熔化器的作业，在落下棒5的过程中，经过棒5上的孔14， 强烈地压入中性或惰性气体，以此排除炉渣掉入以上提到的孔和间隙中。在这 两种情况下，气体不预先加热，保证气体压力在不超过液体金属对排出口7 塞子19压力的水平上。为了简化强力压送气体2和除去炉渣，可以使用把气 体送入棒5孔14的系统，它是与伴有为改变金属化学组分送入金属的元素的 同样气体的输送系统分开的。

在这两种压送惰性气体的情况中，气体压力一直保持在给定的水平，直到 开始排空熔化器，因而排除了金属进入中央孔14和可能的在这个孔内的金属 “急跳”。

在这时，打开截断装置(取走盖子)19，因而打开排出口7，开始排空熔 化器。在排空过程中，液态金属17流下落到熔化器的底表面3，然后，沿高 度h₁的间隙中的底表面移动，之后，在间隙(d₃-d₂)上升到和超过h的高度， 一直到类似筒的腔8底，最终，急速冲向套管10的孔11和12，再从孔到排 出口7(以带箭头的虚线把所述的示于图5，7和10，箭头表示在熔化器排空 过程中液态金属流的移动方向)，重要的是，在所述的安排金属流移动的方式 下，排除了在排出口入口出现金属涡流，因为在接近排出口7的入口，没有金 属流的长时间水平移动。

从熔化器碗2出来的液态金属17的自由流动得以有保证是由于所有单独 列出的孔和间隙其中包括在金属流从碗2出来的途径上通过并进入排出口7 的，由套管10凸起超出棒5界限h₁所形成的孔，有通过截面面积和至少等于 但基本上大于排出口7横截面值的表面面积，因此，在实施方法时，在熔化器 结构中规定满足以下条件(图5，7，10)：

${\mathrm{\pi d}}_3·h_1>\frac{\pi }{4}(d_4^2-d_3^2)>{\mathrm{\pi d}}_4{h}_3>\frac{\pi }{4}(d_1^2-d_{13}^2)>\frac{{\mathrm{\pi d}}^2}{4},---\left(2\right)$

式中，d₁₃-在离开凸起13端的相应距离上凸起13的横截面直径。

在实施条件2时，在对比的通过表面和横截面面积的最后不等式中，至少 保证4倍超过比较面积。从而排除了离开熔化器排出口7的金属流束缓和作用 对排出过程稳定性的影响，必要时考虑对满足跨接物9条件(2)的影响。但 是，在熔化器结构中考虑了可选择跨接物9的各尺寸，这些尺寸对满足条件(2) 的影响不大。

随着熔化器碗2的排空，金属17和炉渣18不断下降到熔化器底3，一直 到来临这样的时刻，即按照条件(1)，出现等式：

式中，Δh-在排出口区域内保证不让炉渣落入排出口7留在熔化器内金属 层厚度余量。

一旦达到等式3的条件，自动停止熔化器碗2液态金属17主要部分的排 空，在熔化器碗2内留下厚度为h₂的整个炉渣和少部分金属，金属层高出排 出口7入口区底表面3的高度为：

通过改变套管10的高度和它超出棒5界限凸起h₁的高度来影响h_M值， 以这些改变补偿形成的炉渣18密度ρ_щ及其层高度h₂对满足条件(3)和(4) 的影响。在这种情况下，根据进行熔炼所必需的炉渣的化学组分和获得所要求 的液态金属17的化学组分和温度，预断当前熔炼的ρ_щ和h₂值。在熔炼之间 改变高度h和数值h₁(在必要时)，这时，使用组合式的棒5，其底部可更换 的，在底部有类似筒的腔8和固定在其中的套管10(图11)。在熔化器工作空 间1熔化炉料(废金属)的过程中，在熔化器工作空间1的外面更换棒5的下 部分。

这样，上述更换棒5下部分的过程不影响熔炼的继续。

现代钢冶炼的组成部分是炉外处理液态金属，包括在浇包内，按照上面所 述的，金属从熔化器进入浇包中。

提出的排空熔化器液态金属的方法，还包括通过往离开熔化器的液态金属 流中，更确切地说，往进入排出口7的金属流，加入相应的元素，完成影响浇 包中金属化学成分操作。

为送入元素，使用软管15和棒5的中央孔。送入元素的同时，经软管16 输送惰性或中性气体。在这时，气体要已分析研究过的一个方法进行预热，在 规定气体预热的温度时，要考虑它在通过棒5中孔14的过程中加温。在任何 情况下，保证从孔14出来进入金属流入口处的气体温度等于但基本上不低于 (100～200℃)这个金属的温度。

通过气体的预热可排除金属流束在排出7和浇包入口之间的移动途径上 可能出现喷射的现象。在送入不预热气体的情况下，由于急剧增大了被液态金 属加热的气泡的体积，发生上述的金属流束的喷射。

同时，气体的预热不会提高金属的温度，所以，保证气体的温度在已指定 的水平上。

有横向通道20可使类似筒的腔8内金属上面的气体压力，至少等于大气 压。把横向通道20做成倾斜，从类似筒的腔的底向棒5中央孔14一侧下降(图 10)，便于了一部分气体从孔14出来进入腔8的腔底地区。考虑到随着熔化器 排空进展，金属17和炉渣18水平下落，改变上述压力来保证熔化器排空的最 好结果，在这时，到熔化器排空末，气体压力高出大气压0.1～0.2巴。而且， 对最好结果理解为在不使金属充填中央孔14和在这个孔没有可能出现金属 “急跳”时，气体对熔化器排出过程(对离开排出口7的金属流速截面尺寸) 的影响最小。

棒中央管14入口处的气体压力等于保证(考虑通过棒5过程中加温)孔 14的出口处的气体压力稍稍大于(0.1～0.2巴)或等于金属对棒5凸起13端 头压力值时的这个条件，完全符合熔化器排空的上述最好结果。满足这个为排 除金属17上升到孔14所必须的条件。在送入空气的压力小于金属对凸起13 端头的压力时，会有金属17的上升。

在实施所述方法时，使用防止离开熔化器的金属与周围空气直到至排出口 7出口接触的装置和手段，保证安全地进行准备、保存和运输送入钢的颗粒材 料过程。

在生产中，对液态钢金属实施本方法要求解决钢的脱硫、脱磷、脱氧、渗 氮(或除氮)、渗碳、渗各种元素、除去非金属夹杂物等的问题，即在钢放出 过程中实施改进质量的同时，采取保证改变钢化学成分行为的总和。

本文提出的方法的重要经济方面是在实施方法时降低合金元素尤其是倾 向于提高氧化能力元素(例如，铝等)的消耗。

用于液态钢时，实施本方法要求使用基本上是粉状形式的下列元素：

1)脱硫用：CaSi，CaC₂，CaCN₂，CaAl，CaMg，CaSiMg，Mg等，这时，对造 渣反应，可以是如下结合：CaO-CaF₂；CaO-Al₂O₃；CaO-Al₂O₃-CaF₂； CaO-Al；CaO-CaF₂-Al；CaO-CaF₂-CaSi；CaO-Mg；CaO-CaF₂-Mg；CaO等；

2)脱氧(除氧)：CaSi；CaSiBa；CaSiMn；CaSiMnAl；CaSiMgFe；Al等；

3)对硫的变性：CaSi；SiZr等；

4)脱磷：CaO-CaF₂-Fe₂O₃，混合物形式，

5)脱氮：FeZr；SiZr等；

6)渗合金元素：Si和FeSi75；N和CaCN₂(约55％的CaCN₂；33％ CaO；12％C).

C-石墨粉；

B和B₂O₃；

Ni和NiO；

Mo和MoO.

从经济观点考虑，对许多粉末使用如下粒级；

CaSi-小于0.6MM；

CaC₂-0.1～0.6MM；

CaMg-0.1～1.5MM.

在实施本方法时，遵守操作颗粒材料时已知的有关安全技术的建议：

-不允许有可能局部的集中小颗粒；

-不要接近明火，火星或液态金属的溅出；

-不要有静电放电的可能性；

-在保存和运输颗粒材料时，不要被气体等弄潮。

在输送Al，Mg，CaSi和CaC₂时对这些建议意见要特别注意，在这些情况 下，只使用Ar作为气体。

在实施本方法时，要考虑到，许多粉状材料在颗粒尺寸＜0.2mm(甚至 0.5mm)时有生成有爆炸危险混合物的倾向。不严格遵守已知的规则和操作颗 粒材料所积累的经验，是不可能实现本方法的，使用和遵守规则，经验保证安 全实施方法。

留在熔化器碗2中的少部分液态金属17用来加快进行下一个熔炼，在其 开始前，把熔化器返回到初始状态(如果为了排空把它回转了)，用塞子19 塞住排出口(在许多情况下，用干砂子把排出口7大部分填塞)，把棒5提升 到对装入碗2炉料(废钢铁)安全的状态(在图1中是“Д”状态)，装入炉 料到碗2，开始新一轮熔炼。

在熔化器停运的情况下，例如，为了检修碗2，还排出留在碗2中的少部 分金属17和整个炉渣18。为了实施这个操作，把熔化器再回转，增加排出口 区域的金属层，然后，使用已说明的满足等式(3)的条件。所以，在一开始， 当棒5保持在在压紧套管10底3的状态和排出口7打开时，排空熔化器中留 下的金属。然后，在排出口7打开时，把棒5从熔化器底表面3移走，往另外 的容器(浇包)从熔化器排出全部炉渣和层的厚度等于h₁+Δh的金属17。这 时，由于补充回转3熔化器，就大大夺减少了与炉渣18一起排出的金属17 的体积，因而减少了熔化器炉渣掉入金属，即减少了金属的损失。

通过金属转注到浇包并使用为实现推荐方法的熔化器来实施排空熔化器 液态金属主要部分的过程中，进行下列主要作业的程序(图12，图中的双线 表示可供选择的完成方法的操作)：

-在打开排出口和开始排空熔化器金属主要部分前，把带有套管的棒下落 到套管端表面与熔化器底表面无工隙地紧密接合，在熔化器底表面区域内的排 出口对面，经棒的中央孔压入惰性或中性气体，让它们通过充填棒和套管下落 时的间隙和孔的金属和炉渣，打开排出口，排空熔化器，在这时，在排空过程 中，经棒中央孔，往通过套管内孔的金属流送入影响浇包内液态金属化学组分 的元素，这个输送元素过程的同时，输送中性或惰性气体，在接近金属入口时， 这气体加热到了接近金属的温度，在满足条件时，熔化器排 空过程本身自动停止，式中：h-套管高度；h₁-套管凸起超出棒界限的高度；h₂- 在排出金属末时金属上方的炉渣层最大高度；ρ_M和ρ_щ分别为金属和炉渣的 比重；Δh-排出孔区域内留在熔化器内金属的层厚度余量，让少量金属和整个 炉渣留在熔化器或在必须完全排空熔化器时，使排出口开着，套管10压在熔 化器的底3，这时把熔化器补充作回转(在有回转驱动机构时)，经排出口7 从熔化器排出小部分金属。在排出口7打开时，从底表面3移走棒5，往另外 的浇包中排出炉渣18和层厚度等于h₁+Δh的剩余金属。

这样，在实施本方法时，实现了排空熔化器液态金属主要部分，把这金属 转注到浇包中，保证炉渣不掉入浇包内的金属中。在这时，在排空熔化器液态 金属的过程中，往离开熔化器的金属流中送入惰性或中性气体的同时，送入所 有必需和足够的元素，使在浇包中获得给定化学组分的金属。

所提出的排空熔化器液态金属主要部分方法的经济效应及实现方法的熔 化器结构，表现在保证排除熔化器炉渣掉入浇包，提高了金属的质量，在炉外 处理浇包内金属的操作中，表现在减少渗和的合金元素的消耗量。

实例1

在冷试模型(图13和14)中有：带工作空间1的熔化器和与它构成一整 体的碗2，带有类似筒的腔8的棒5，在腔内中心，在跨接物9上刚刚固定了 带穿通孔的套管10，孔由圆锥部分11和圆柱部分12构成，圆柱孔12的直径 尺寸d₁为40mm。碗2的底3有直径d为19mm的排出口7，这样，d₁＝2.1d， 排出口7用盖19盖住。套管10凸出棒5界限的高度h₁＝9mm。套管10离开 碗底3的高度h＝26mm，它的外径d₂＝45mm，腔内径d₃＝70mm，套管10上端 和腔8底之间的距离h₃＝30mm，直径25mm的棒5有一个圆锥形凸起13，其 端位于套管10上端的下面，至少进入圆锥形孔11，在棒5中心做成直径φ 10mm的穿通孔14，在腔8底水平上，穿通孔14有横向通道20，在棒5上部 分设有一漏斗21，经软管16往漏斗引入空气。空气的压力可以改变的。空气 也引入到中央孔14。从上用盖25紧密盖住漏斗21，带有塞23的棒22穿过盖 25，漏斗21填充了颗粒材料24(木屑，糖，盐)，它们着红色并经干燥过的。 槽2是由有机玻璃制造的，它的尺寸示于图13和14，保证可容纳56升液体， 作为经排出口排空碗用的浇包是使用由有机玻璃制的容器，其宽300mm，长 450mm，高400mm。带有套管10和漏斗21的棒5可以在垂直方向自由移动， 用箭头E示于图13。

往碗2注入体积为45立升的冷水，它是模拟液态金属17，从上往水中注 入着绿色的厚度达h₂＝7mm的煤油(约1立升)，它模拟炉渣18，水的比重ρ_M＝1.0g/cm³，煤油的比重为0.8g/cm³。

在上述碗2的注入过程中，塞子19塞住了排出口7，棒5提升高于煤油 层18的水平。

在排空碗2开始前，往水17和煤油落下棒5，不断经软管16从空气站送 入压力高出大气压0.2巴的空气(空气流量变化从5至40l/M)。盖25紧紧盖 住漏斗21。在套管10的下端“Ж”紧紧接合到碗2底3以后，继续送入空气 (图13)。出现水17和煤油18的鼓泡。用上述方法排除类似筒的腔8间隙和 孔14中的煤油一在下落棒时，煤油会掉入进这些地方。

取走塞19，同时用棒22提升塞子23，经排出孔7排空碗2中水17的主 要部分。

结果是，碗2排空过程伴随有经排放口7往离开碗2的水流17中(在图 13上水流方向用带箭头的虚线示出)加入着色砂糖24(在图13上用带箭头的 从孔14出来的线表示)，在这时，在水流进入孔11时，砂糖24开始与水17 混合，并溶解在其中，砂糖的混合和溶解过程在通过排放口7的孔12和在下 落到模拟浇包的容器的水流中继续进行。

由于在熔化器结构中有这样的系统：碗2，棒5类似筒的腔8及套管10 和实施上述排空碗2的操作，碗2排空过程自动停止，在碗出留下全部煤油 18和少量水17，其层厚度按方程式(4)等于：

在这时，砂糖(同样，还有盐)在碗2开始排空后，在以上所述的混合和 实际上在10～15秒中均匀溶解过程中，把整个模拟浇包的容器中水染成红色。

这证明糖(盐)在上述排空碗2中水及把水转注到模拟浇包的容器过程中 的水中，是均匀分布和溶解的。