Способ и устройство по определению кинетики электродегазации расплавов цветных металлов

 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и сплавов, в частности к исследованию влияния обработки расплавов электрическим током на кинетику дегазации расплава непосредственно в процессе его обработки. В способе в тигель термостата помещают исследуемый расплав, медленно понижают величину остаточного давления в термостате до появления на зеркале расплава первого пузырька газа. Фиксируют величину температуры расплава и остаточного давления в термостате и по полученным данным определяют газосодержание расплава. Через расплав в трех дополнительных тиглях пропускают соответственно переменный и постоянный с прямой и обратной полярностью электрический ток плотностью 0,01-100 А/см², при этом в термостате создают окислительную или инертную газовую среду. Устройство снабжено блоком электросиловой обработки расплава и блоком обеспечения окислительной или инертной газовой среды в термостате. Использование предлагаемого способа и устройства позволяет в четыре раза сократить время проведения исследования воздействия электрического тока на расплав, увеличить на 10% точность результатов исследований и тем самым повысить их воспроизводимость. Одновременно снижаются затраты на проведение экспериментов и трудоемкость проведения исследований, а следовательно, повышается производительность труда исследователя. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и сплавов, в частности к исследованию влияния обработки расплавов электрическим током на кинетику дегазации расплава непосредственно в процессе его обработки.

Известны способы количественного определения водорода в расплавах цветных металлов и их сплавов, заключающиеся в предварительном расплавлении твердых образцов в печи, и в последующем определении газосодержания расплава на основании диффузии водорода через пористую металлокерамическую поверхность фильтра газоанализатора или диффузии водорода из металла в поток инертного газа-носителя [1].

Длительность процесса определения газонасыщенности расплава не позволили применять эти способы определения количества водорода на практике.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения количественного содержания водорода в жидких пробах-навесках, называемый способом Дарделла-Гудченко, заключающийся в том, что в термостат заливают предварительно обработанный или необработанный алюминиевый или магниевый расплав, медленно понижают величину остаточного давления в термостате до появления на зеркале расплава первого пузырька газа, после чего фиксируют величину температуры расплава и остаточного давления в термостате, а затем по полученным данным определяют газосодержание расплава [2].

Способ осуществляют с помощью устройства, содержащего термостат с крышкой и смотровым окном в ней, печь нагревательную, тигель с огнеупорным неэлектропроводящим и химически инертным к расплаву покрытием, термопару, пульт контроля температуры расплава и величины остаточного давления в термостате [2].

Однако обработка расплава и определение его газосодержания разделены во времени и по месту их проведения, что не способствует повышению экспрессности способа, точности и воспроизводимости результатов исследований.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в определении кинетики электродегазации и иных эффектов от электротоковой обработки расплава, повышении экспрессности исследования и воспроизводимости результатов обработки расплава.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе определения кинетики электродегазации алюминиевых и магниевых расплавов, заключающемся в том, что в термостат помещают исследуемый расплав, медленно понижают величину остаточного давления в термостате до появления на зеркале расплава первого пузырька газа, после чего фиксируют величину температуры расплава и остаточного давления в термостате, а затем по полученным данным определяют газосодержание расплава, в отличие от прототипа через расплав в трех дополнительных тиглях пропускают соответственно переменный и постоянный с прямой и обратной полярностью электрический ток плотностью 0,01-100 А/см², при этом в термостате создают окислительную (углекислый газ) или инертную (аргон) газовую среду.

Предлагаемый способ обеспечивается устройством, содержащим термостат с крышкой и смотровым окном в ней, печь нагревательную, тигель с огнеупорным неэлектропроводящим и химически инертным к расплаву покрытием, термопару, пульт контроля температуры расплава и величины остаточного давления в термостате, в котором, в отличие от прототипа, размещают дополнительно три тигля с термопарами, оснащенных системой верхних и нижних токоподводов, а также имеется блок электросиловой обработки расплава и блок обеспечения окислительной или инертной газовой среды в термостате.

Сущность изобретения представлена в двух вариантах и поясняется чертежами.

На фиг.1 представлены: термостат 1 с крышкой и смотровым окном в ней 2, нагревательная печь 3, четыре тигля 4. Во всех тиглях находятся равные по массе навески необработанного исследуемого алюминиевого или магниевого расплава 5. В верхней части навесок расплава в тиглях расположены термопары 6 и верхние токоподводы 8. На установке также имеются пульт 7 контроля и управления величиной остаточного давления и температурой в термостате, блок электросилового обеспечения электрообработки расплава (Б. Э.О.) 9 и блок обеспечения окислительной или инертной газовой среды в термостате 10.

На фиг. 2 представлена графическая зависимость величины давления (Р, мм рт. ст), при котором появился первый пузырек газа, от вида, направления и плотности тока при обработке навесок расплава в тиглях электрическим током. Р₀ - величина остаточного давления, при котором появляется первый пузырек газа в "контрольной" навеске расплава, необрабатываемой электрическим током.

Вариант 1 1.1 - помещение в четыре тигля термостата по 100 г исследуемого алюминиевого или магниевого расплава, его термостатирование; 1.2 - пропускание через расплав в трех из четырех тиглей соответственно переменного и постоянного прямой и обратной полярности тока заданной величины в интервале 0,01-100 А/см²; 1.3 - постепенное снижение остаточного давления в термостате до появления на зеркале расплава первого пузырька газа; 1.4 - фиксация величины остаточного давления в термостате и температуры расплава, при которых на зеркале расплава появился первый пузырек газа; 1.5 - определение количества водорода в расплаве с использованием соответствующих номограмм или уравнений равновесной растворимости водорода; 1.6 - построение графической зависимости полученного эффекта от условий электротоковой обработки (плотности тока, вида тока (переменный и постоянный), полярности (для постоянного) тока).

Вариант 2 1.1 - помещение в четыре тигля термостата по 100 г исследуемого алюминиевого или магниевого расплава, его термостатирование; 1.2 - организация в термостате окислительной (углекислый газ) или инертной (аргон) газовой среды; 1.3 - пропускание через расплав в трех из четырех тиглей соответственно переменного и постоянного прямой и обратной полярности тока заданной величины в интервале 0,01-100 А/см²;
1.4 - постепенное снижение остаточного давления в термостате до появления на зеркале расплава первого пузырька газа;
1.5 - фиксация величины остаточного давления в термостате и температуры расплава, при которых на зеркале расплава появился первый пузырек газа;
1.6 - определение количества водорода в расплаве с использованием соответствующих номограмм или уравнений равновесной растворимости водорода;
1.7 - построение графической зависимости полученного эффекта от условий электротоковой обработки (плотности тока, вида тока (переменный и постоянный), полярности (для постоянного) тока) с учетом созданной газовой среды.

Исследование влияния электротоковой обработки расплава на процесс его дегазации и изменение качества металла отливки проводят в различных газовых средах (обычной, окислительной, нейтральной). При этом через расплав одного из тиглей не пропускают электрический ток. Он является контрольным образцом. Через расплав другого тигля пропускают переменный ток, через расплав третьего - постоянный электрический ток прямой полярности, т.е. с положительным полюсом на зеркале расплава. Через расплав четвертого тигля пропускают постоянный ток обратной полярности (с отрицательным полюсом на зеркале расплава). При этом электротоковую обработку проводят в трех тиглях одновременно при одной и той же плотности тока.

Предлагаемый способ по определению кинетики электродегазации расплавов цветных металлов осуществляют с помощью устройства следующим образом.

В термостат 1 с крышкой и смотровым окном в ней 2, нагревательной печью 3 помещают четыре тигля 4. Во все тигли заливают равные по массе (100 г) навески необработанного исследуемого алюминиевого или магниевого расплава 5. В верхнюю часть навесок расплава в тиглях погружают термопары 6 и верхние токоподводы 8. Используя блок обеспечения окислительной или инертной газовой среды 10, в термостате организуют окислительную (углекислый газ) или инертную (аргон) газовую среду. Используя пульт контроля и управления 7, расплав в тиглях доводят до заданной температуры. При помощи блока электросилового обеспечения электрообработки расплава (Б.Э.О.) 9 и системы верхних и нижних токоподводов 8 через навески расплава трех тиглей пропускают соответственно переменный и постоянный прямой и обратной полярности ток заданной величины в интервале 0,01-100 А/см². Навеска расплава четвертого тигля является "контрольной", т. е. через нее электрический ток не пропускают. При помощи пульта контроля и управления 7 в термостате начинают медленно понижать величину остаточного давления в термостате до появления первого пузырька газа. Затем, используя значения величины остаточного давления в термостате Р, мм рт. ст. и температуры расплава Т, К, при которых зафиксировано появление первого пузырька, определяют количество растворенного в расплаве водорода [Н₂] , см³/100 г металла.

После проведения измерений, давление в термостате выравнивают с атмосферным, снимают крышку 2, извлекают тигли с навесками исследуемого расплава и разливают в изложницы для других исследований, например, на эффект облагораживания.

После разливки обработанных навесок расплава в изложницы и зачистки тиглей от остатка расплава, тигли устанавливают на нижние токоподводы 8 и процесс исследования повторяют, но при других величинах плотности тока.

Проведенные исследования по электрообработке сплава Ал4 показали высокую воспроизводимость результатов, при этом разброс значений Р и [Н₂] не превышает 20% для пяти точек идентичных режимов эксперимента.

Введение в заявляемом устройстве дополнительных трех тиглей, расположенных в одинаковых условиях с первым (контрольным) тиглем, снабженных системой верхних и нижних токоподводов, обеспечивающих электрообработку исследуемого расплава при помощи блока (Б.Э.О) и применение блока обеспечения окислительной или инертной газовой среды, позволяет исследовать относительное влияние электротоковой обработки и созданной газовой среды на кинетику дегазации расплава и качество металла отливки. Кроме того, предлагаемый способ и установка дают возможность получения зависимости глубины дегазации от времени воздействия электрического тока на расплав.

Использование предлагаемого способа и устройства по определению кинетики электродегазации расплавов цветных металлов позволяет по сравнению с существующим в четыре раза сократить время проведения исследования воздействия электрического тока на расплав, увеличить на 10% точность результатов исследований и тем самым повысить их воспроизводимость.

Одновременно снижаются затраты на проведение экспериментов и трудоемкость проведения исследований, а следовательно, повышается производительность труда исследователя.

Источники информации
1. Титов В. Н., Новикова Г.В., Куценко А.Г. - "Заводская лаборатория", 1974 г., т. 40, 1, с. 38-40 с ил.

2. ГОСТ 21132.0-75 - "Способ Дарделла-Гудченко" (прототип).

Формула изобретения

1. Способ определения кинетики электродегазации расплавов цветных металлов, включающий помещение исследуемого расплава в тигель термостата, медленное понижение величины остаточного давления в термостате до появления на зеркале расплава первого пузырька газа, фиксирование величины температуры расплава и остаточного давления в термостате и определение по полученным данным газосодержания расплава, отличающийся тем, что в термостате дополнительно размещают три тигля, через расплав в трех дополнительных тиглях пропускают соответственно переменный и постоянный прямой и обратной полярности электрический ток плотностью 0,01-100 А/см², при этом в термостате создают окислительную или инертную газовую среду.

2. Устройство для определения кинетики электродегазации расплавов цветных металлов, содержащее термостат с крышкой и смотровым окном в него, печь нагревательную, тигель с огнеупорным неэлектропроводящим и химически инертным к исследуемому расплаву покрытием, термопару, пульт контроля температуры расплава и величины остаточного давления в термостате, отличающееся тем, что оно снабжено блоком электросиловой обработки расплава и блоком обеспечения окислительной или инертной газовой среды в термостате, при этом в термостате дополнительно установлены три тигля с термопарами, оснащенными системой верхних и нижних токопроводов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2