真空精炼金属的方法及其实施装置 本发明涉及黑色冶金技术，更具体地说涉及一种真空精炼金属的方法以及实现这些方法的装置。
已有技术
在本技术领域已知的是一种熔融金属的脱炉精炼方法，在该方法中，于熔化表面上方产生一个真空，所述真空的真空度是在0.03到0.07MPa的范围内连续变化的。对此真空另外叠加了一个脉动真空，其大小为0.02到0.05Mpa，频率为5到50赫兹以及200到250赫兹(参见RU，A，1,547,322)。
该种已有技术的方法对熔融金属的精炼并不适宜，这是因为压力脉动的效应不能穿透到所需深度，而只有从该深度气泡才可以长到所需尺寸。
此外，这种方法不能实现同样也有助于气泡生长的调整扩散(rectified dif-fusion)过程，而且不能对金属熔液中细微气泡的“缓冲”面层产生影响。
本技术领域已知的用以实施上述熔融金属的脱炉精炼法的装置是由一个在真空密闭容器内的装置构成的，在该容器内通过一个真空泵产生真空脉动(参见前述引文)。
实现上述方法的该装置不能在有各种气体从金属中逸出的情况下保持稳定的处理条件，而且不能靠从容器内抽出的高温气体进行加热操作。
本技术领域还已知一种金属的真空精炼方法，在该方法中，需要将熔融金属上方的混合气体压力降低至一个足以在金属熔液上方产生分压力的值，所述压力低于金属熔液中气体的分压力，而作用于所述金属的是脉动压力(参见RU，A，1441809)。
根据该方法，在金属熔液上方产生一个真空，所述真空是在一个高频范围内脉动的。
由于处理的深度不够，因此这种方法没有达到所需的金属精炼程度。
此外，这种方法也不能实现调整扩散过程，而上浮过程和气泡的碎裂却导致密度降低，而且通常不能获得满足质量要求的金属。
在本技术领域已经知晓的是，容器带有一个排气嘴和一个具有一壳体、一喷嘴、一混合管道并且装在所述排气嘴上的喷射器(参见前述引文)。
实现上述方法的装置还包括一个向金属熔液吹送惰性气体的风口。
这种装置操作不便且不可靠，同时效率相对较低。
对本发明的揭示
本发明的一个基本目的在于，提供一种金属的真空精炼方法，在该方法的压力脉动范围内，可获得满足质量要求的金属，本发明并提供了一种能实施上述方法的金属真空精炼装置，该装置操作便利、可靠并且能最大限度地提高效率。
上述目的是通过提供这样一种金属精炼方法来达到的，在该方法中，使熔融金属液面上方的最大压力值降至一个足以在金属熔液的上方产生气体分压力的值，该分压力低于金属熔液内部的分压力，而金属受到脉动压力的处理；根据本发明，所述金属熔液面上方的压力在0.03-5Hz的低频范围内的变化幅度为0.02-0.08MPa，在55-195Hz的中频范围内的变化幅度为0.005-0.01MPa，而在350-3500Hz的高频范围内的变化幅度为0.0001-0.001Mpa。
同样的方法还适用于从整个体积金属熔液中周期性取出的个别部分来进行处理。
上述目的是通过提供一种用上述方法进行金属真空精炼的装置来达到的，该装置包括一个真空密闭的容器，它具有一个排气嘴、一个具有一壳体、一喷嘴和一混合管道的喷射器，喷射器装在排气嘴上，根据本发明，该装置配置了一个可使穿过喷射器的喷嘴的工作气体流速产生低频脉动的装置、一个可使在气体排放管的入口处的气体流速产生中频脉动的装置、以及一个可使从容器中抽出的气体流速产生高频脉动的装置，所述容器是作成一调节器形式，该调节器可以根据下列公式来调节喷射器的喷嘴和/或混合管道的流动截面，所述公式为：Fa=K1·Fc2/Fb]]>
其中，
Fa是混合管道的横截面积；
K1是一个从0.5到0.7的系数；
Fb，Fc分别是喷嘴的临界和出口的横截面积；
Fb＝K2·Fc，这里的K2是一个从0.7到0.02的系数。
上述可以改变喷射器喷嘴的流动截面的调节器是做成一组喷嘴形式。
上述可以改变喷射器的喷嘴和/或混合管道的流动截面的调节器是做成一装在喷射器的喷嘴和/或内表面上的内插件形式。
前述可以改变喷射器的混合管道的流动截面的调节内插件是做成带有1-3°斜度的锥面，其较窄部分是朝着所述混合管道的出口延伸的。
喷射器可以在混合管道的出口处有一个圆筒形的管道，其横截面积为Fd＝(2-5)Fa，长度为La＝(7-12)Da，这里的Da是圆筒形管道的直径，该圆筒形管道带有一截面积为Fc＝(1.2-2.5)Fa的出口喉部。
本发明方法的优点在于，它能大大减少金属中残留的未分解气体和非金属夹杂物的含量，这是因为对容器中金属熔液的处理深度有所增加、建立了调整扩散过程、气泡的上浮功能增强、减少了气体从金属中逸出时的阻力并且可以使气体穿透一渣层，利用所有这些手段便可获得具有预定质量的金属。利用能实施本发明方法的装置可以使压力脉动的范围相应于所处理金属熔液的化学和物理特性作出相应的变化。这样，由于将气体动力管道选择成最佳的几何形状，而且可随着金属熔液中气体逸出情况的变化来自动的调节，所以该装置能以最大的效率充分利用工作气体的能量。因为基本的部件没有和真空室中抽出的高温气体接触，所以本发明装置的使用寿命较长，而且操作可靠，并且具有最大限度的效率。
附图简要说明
下面将通过例子并结合其附图来进一步描述本发明。
图1是根据本发明的金属真空精炼装置的一实施例的总示意图(部分纵剖的剖视图)；
图2是图1装置的另一个实施例的总示意图(部分纵剖的剖视图)；
图3示出了图1所示装置的又一个实施例(部分纵剖的剖视图)；
图4示出了图1所示装置的再一个实施例(部分纵剖的剖视图)；
图5示出了图3和4所示装置的一个实施例(部分纵剖的剖视图)；
图6是本发明装置的还有一实施例的总示意图(部分纵剖的剖视图)；
发明的最佳实施方式。
本发明的金属真空精炼方法在于，向一个容器内的熔融金属供给一具有预定参数的工作气体，在熔融金属上方的混合气体压力在2-5秒内降至一个足以在熔融金属内产生分压力的值，而金属则受到脉动压力的处理。
熔融液面上方的压力在0.03-5Hz的低频范围内的变化幅度为0.02-0.08MPa，在55-195Hz的中频范围内的变化幅度为0.005-0.01MPa，而在350-3500Hz的高频范围内的变化幅度为0.0001-0.001Mpa。
因为压力是连续变化的，所以压力的最终值是各个不同频率和幅度的分量叠加而成的。频率范围0.03-5Hz、幅度范围0.02-0.08的低频分量会导致这样的现象，即，在压力降低的过程中，CO或惰性气体气泡膨胀，而在压力升高的过程中它们是缩小的。在膨胀过程中扩散流被引入气泡，而在缩小过程中它被引向外部，然而，前一种过程要强烈得多，并且使气泡快速地长大。气泡的脉动会导致其在熔融金属内不断更新其边界层；当气泡达到共振尺寸时，它会分裂成较小的气泡，这些小气泡也会开始长大。在熔融液面上的压力低频脉动会在金属熔液中产生真空和压力波。考虑到选择的0.03-5Hz的频率范围覆盖了具有深度为0.5到4m的熔融金属并含有0到50％气体的容器的共振频带，脉动幅度低于0.02MPa时不能使熔融金属中气体的调整扩散过程有显著的加强，而当幅度在0.08MPa之上时则会增加能量消耗并降低真空密闭容器的密闭性能。
频率范围55-195Hz、幅度范围0.005-0.02MPa的压力脉动分量会在容器壁的区域附近产生强烈的微流，它们可破坏已经形成的和将要形成的气泡。
此外，这一分量会影响气泡在某一频率范围下的振荡和分裂。
在中频范围内给定的压力脉动参数与容器壁附近的金属熔液微流的流速相关，而这一流速又关联于容器壁的粗糙度、以及熔融金属的空穴强度，而该强度又与熔融金属的温度及组成相关。
频率为350-3500Hz、压力幅度为0.0001-0.001MPa的高频压力脉动会导致已经浮在金属熔液面上并形成所谓“缓冲层”的不同大小的气泡振荡和碎裂，所述“缓冲层”可以防止由于金属熔液面上方的低压而发生来自上金属层的氢扩散现象。在实施该方法时，来自上金属层的氢扩散现象会对整个金属的精炼程度产生重大影响，这是因为在穿过整个体积金属熔液的脉动压力作用之下的CO气泡有较大的幅度，它会产生强烈的、将金属熔液从深层传递到表面的上升流，也就是使无氢层不断地被替换。
在发生于金属熔液深处的凝结和上浮过程中，气泡的俘获半径增加，这会对高频脉动有很大影响。明线光谱的高频脉动关联于到达表面的气泡的共振特性，并且是在实验数据的基础上获得的，所述实验数据是通过使气体最大限度地从金属熔液中逸出，测得活性气体的流速并结合在一定的运行工况下所熟知的喷射系数而获得的。气体在逸出过程中从金属熔液中释放的各种情况都列在下表中。
表金属熔液No. 释放气体的体积流动 频率光谱带 速率，m3/S Hz2250 0.031 50-10002671 0.094 350-35002680 0.949 1000-30003112 0.043 50-30003120 0.167 350-35003215 0.070 1000-3000
在实现本发明方法的另一个实施例中，对从整个体积金属中周期性地取出的个别部分进行处理。
下面将详细描述可实施所考虑的方法的真空精炼金属装置。
该装置包括一个真空密闭的容器1(图1)，该容器具有一个排气嘴2、一个具有一壳体4、一喷嘴5和一混合管道6并且装在所述排气嘴2上的喷射器3。喷射器3的工作情况取决于这样一些几何特性：混合管道6的横截面积Fa、喷嘴5的临界横截面积Fb以及喷嘴5的出口横截面积Fc。
在喷射器3的喷嘴5的入口处设置了一个可使穿过喷嘴5的工作气体流速产生低频脉动的装置7、一个可使在气体排放管2的入口处流入喷嘴9的气体流速产生中频脉动的装置8、以及一个可使从容器1中抽出的气体流速产生高频脉动的装置10。
装置10是一种调节器，它可以使喷射器3的喷嘴5的横截面积和/或混合管道6的横截面积根据下列公式发生变化，该公式为：Fa=K1·Fc2/Fb]]>
其中，
Fa是混合管道的横截面积；
K1是一个从0.5到0.7的系数；
Fb，Fc分别是喷嘴的临界和出口的横截面积；
Fb＝K2·Fc，这里的K2是一个从0.5到0.02的系数。
在可实现本发明方法的装置的上述实施例中，使喷射器3的喷嘴5，11(图2)发生变化的调节器是做成一组喷嘴5和11的形式，图1中喷嘴5的流动截面大于图2中喷嘴11的流动截面。
喷射器3在混合管道6的出口处有一个圆筒形的管道12，其横截面积为Fd＝(2-5)Fa，长度为La＝(7-12)Da，其中Da是圆筒形管道12的直径，出口喉部13的面积为Fc＝(1.2-2.5)Fa。
装置7通过一紧固件14固接于喷射器3，喷射器3的诸元件通过紧固件15，16，17固定，而装置8则通过紧固件18固接于喷嘴9。
在可实现本发明方法的装置的又一实施例中，可调节喷嘴19的流体流动截面的调节器是这样一种形式，即，如图3所示的安装在喷嘴19内表面上的内插件20。
在图4所示的本发明装置的又一实施例中，可调节喷射器3的混合管道6的流体流动截面的调节器是安装在混合管道内表面上的内插件21。
在图5所示的本发明装置的实施例中，可调节喷射器3的喷嘴19和混合管道6的流体流动截面的调节器是两个分别装在喷嘴19和混合管道6的内表面上的内插件20和22。内插件22是带有1-3°斜度的锥形件，该内插件22的较窄部分23朝着管道6的出口处24延伸。
在图6所示的本发明装置的实施例是本发明方法的一种变形，它对从容器27内的整个体积金属中周期性取出的个别部分金属加以处理。因此，要将一个密闭的容器28浸没在金属熔液26中。
图6示出的是一个如图1并且部分浸没在金属熔液26中的装置。然而，应该指出的是，如图2-5中任何一种装置都可以用于此种目的。
下面将描述能实施本发明方法的装置的工作原理。
向充满熔融金属熔液的容器1(图1)中供给一种具有预定参数的工作气体，开始从真空密闭容器1内抽出气体。提供低压脉动的装置7使得穿过喷嘴5的工作气体的流速发生变化，因此使从容器1来的喷射气体发生变化，从而改变容器内的压力。装置8是用来使气体流速产生中频脉动的，它向排气嘴2内周期性地吹送一气流，使得容器1内产生压力脉动。
喷嘴5的流动截面是这样调节的，即，当供给工作气体时，喷嘴5形成了一股气流，该气流与混合管道6相互配合并且完成从容器1的气体喷射。这样，从容器1喷射的气体流速便在一高频下脉动。然后，工作气体和喷射(被动)气体的混合流从混合管道6流入圆筒形管道12。当气流和管道12的管壁以及带有截面积Fc的喉部13相互作用时，在混合管道6的出口处会产生压降，这样就提高了生产率，提高了这种能实施本发明方法的装置的效率。
图2-5中所示装置的原理和图1装置相类似。其区别在于，这些实施例中使用了截面积不同的喷嘴11(图2)，或喷嘴19(图3)，或混合管道6(图4)，或喷嘴19(图5)和混合管道6。
图6所示的能实施本发明方法的装置中，可以在部分范围内对金属26加以处理，这种处理不是散装地处理，而是可以10-300秒内对分开部分的金属25加以处理。在该周期中，当由建议的工作次序开始的工艺过程完全结束时，保留在该部分的一些气泡核被排入到整个体积中，此时，在整个体积的金属熔液中，开始剧烈地释放气体并去除其中的非金属夹杂物。然后，吸上一个新的金属部分，再重复这一过程。
这一过程可以一直进行到达到了所需金属熔液特性为止。该工艺所费时间取决于金属熔液样品的情况或快速分析的结果而定。
因此，这种能实施本发明方法的便利、可靠的装置具有最大可能的工作效率，并且可以生产满足质量要求的金属。工业适用范围
当铸造金属或合金时，本发明也可以应用于有色金属冶金。
权利要求书按PCT19条的修改
1.一种脉动除气(degazation)的方法，该方法是使熔融金属熔液面上方的最大压力值降至一个足以在金属熔液的上方产生气体分压力的值，该分压力低于金属熔液内部的分压力，而金属受到脉动压力的处理，其特征在于，所述金属熔液面上方的压力在0.03-5Hz的低频范围内的变化幅度为0.02-0.08MPa，与此同时在55-195Hz的中频范围内的变化幅度为0.005-0.01MPa，而在350-3500Hz的高频范围内的变化幅度为0.0001-0.001MPa。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的处理是对从整个体积金属熔液中周期性取出的个别部分来进行的。
3.一种脉动除气的装置，包括一个真空密闭的容器(1)，该容器具有一个排气嘴(2)、一个具有一壳体(4)、一喷嘴(5)和一混合管道(6)的喷射器(3)，所述喷射器(3)装在所述排气嘴(2)上，其特征在于，该装置具有一个可使穿过喷射器(3)的喷嘴(5)的工作气体流速产生低频脉动的装置(7)、一个可使在气体排放管(2)的入口处的气体流速产生中频脉动的装置(8)、以及一个可使从容器(1)中抽出的气体流速产生高频脉动的装置(10)，所述容器是作成一调节器形式，该调节器可以根据下列公式来调节喷射器(3)的喷嘴(5)的截面积，所述公式为：Fa=K1·Fc2/Fb]]>
其中，
Fa是混合管道(6)的横截面积；
K1是一个从0.5到0.7的系数；
Fb，Fc分别是喷嘴的临界和出口的横截面积；
Fb＝K2·Fc，这里的K2是一个从0.7到0.02的系数。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述可以改变喷射器(3)的喷嘴(5，11)的流动截面的调节器是做成一组喷嘴(5，11)的形式。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述可以改变喷射器(3)的喷嘴(19)的流动截面的调节器是做成一装在喷射器(3)的内表面上的内插件(20)的形式。
6.一种脉动除气的装置，包括一个真空密闭的容器(1)，该容器具有一个排气嘴(2)、一个具有一壳体(4)、一喷嘴(5)和一混合管道(6)的喷射器(3)，所述喷射器(3)装在所述排气嘴(2)上，其特征在于，该装置具有一个可使穿过喷射器(3)的喷嘴(5)的工作气体流速产生低频脉动的装置(7)、一个可使在排气嘴(2)入口处的气体流速产生中频脉动的装置(8)、以及一个可使从容器(1)中抽出的气体流速产生高频脉动的装置(10)，所述容器是作成一调节器形式，该调节器可以根据下列公式来调节喷射器(3)的混合管道(6)的截面积，所述公式为：Fa=K1·Fc2/Fb]]>
其中，
Fa是混合管道(6)的横截面积；
K1是一个从0.5到0.7的系数；
Fb，Fc分别是喷嘴(5)的临界和出口的横截面积；
Fb＝K2·Fc，这里的K2是一个从0.7到0.02的系数。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述可以改变喷射器(3)的混合管道(6)之流动截面的调节器是做成一装在喷射器(3)的混合管道(6)的内表面上的内插件(20)形式。
8.一种脉动除气的装置，包括一个真空密闭的容器(1)，该容器具有一个排气嘴(2)、一个具有一壳体(4)、一喷嘴(5)和一混合管道(6)的喷射器(3)，所述喷射器(3)装在所述排气嘴(2)上，其特征在于，该装置具有一个可使穿过喷射器(3)的喷嘴(5)的工作气体流速产生低频脉动的装置(7)、一个可使在排气嘴(2)入口处的气体流速产生中频脉动的装置(8)、以及一个可使从容器(1)中抽出的气体流速产生高频脉动的装置(10)，所述容器是作成一调节器形式，该调节器可以根据下列公式来调节喷射器(3)的喷嘴(19)和混合管道(6)的截面积，所述公式为：Fa=K1.Fc2/Fb]]>
其中，
Fa是混合管道(6)的横截面积；
K1是一个从0.5到0.7的系数；
Fb，Fc分调节器是做成一别是喷嘴(19)的临界和出口的横截面积；
Fb＝K2·Fc，这里的K2是一个从0.7到0.02的系数。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述可以改变喷射器(3)的喷嘴(19)和混合管道(6)的流动截面的调节器是做成一装在喷射器(3)的喷嘴(19)和混合管道(6)的内表面上的内插件(20，21)形式。
10.如权利要求7或9所述的装置，其特征在于，所述可以改变喷射器(3)的混合管道(6)的流动截面的调节内插件(22)是做成带有1-3°斜度的锥面，而且其较窄部分(23)是朝着所述混合管道(6)的出口(24)延伸的。
11.如权利要求3，或4，或5，或6，或7，或8，或9所述的装置，其特征在于，喷射器(3)在混合管道(6)的出口处有一个圆筒形的管道(12)，其横截面积为Fd＝(2-5)Fa，长度为La＝(7-12)Da，这里的Da是横截面积为Fd＝(2-5)Fa、长度为La＝(7-12)Da的圆筒形管道(12)的直径，这里的Da是圆筒形管道(12)的直径，该圆筒形管道带有一截面积为Fc＝(1.2-2.5)Fa的出口喉部(13)。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，喷射器(3)在混合管道(6)的出口处有一个圆筒形管道(12)，其横截面积为Fd＝(2-5)Fa，长度为La＝(7-12)Da，这里的Da是圆筒形管道(12)的直径，该圆筒形管道带有一截面积为Fc＝(1.2-2.5)Fa的出口喉部(13)。
根据条约第19条修改的声明
现以修改后的权利要求1-12(共3页)替代原权利要求1-12(共3页)，修改后的说明书摘要1页替换原摘要1页。其中仅对权项1、6、8和摘要的主题名称作了修改。