Способ получения слитка из сплавов цветных металлов

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и сплавов. Расплав металла подают в область действия электромагнитного поля индуктора 1, которое удерживает расплав от растекания в области кристаллизации. Непосредственно на расплав подается охлаждающая жидкость 6. В результате воздействия электромагнитных сил расплав приводится в движение по траектории 5, что уравнивает условия охлаждения слитка по всему сечению. Для обеспечения ускоренной кристаллизации расплава радиус сферы, вписанной в отливаемый объем слитка, должен составлять не более 20 мм. Выбор частоты электромагнитного поля производят по зависимости

где γ - электропроводность расплава, rсл - радиус сферы, вписанной в отливаемый объем слитка, µ0 - магнитная постоянная. Обеспечивается повышение качества слитков за счет получения мелкокристаллической структуры с размером зерен менее 20 мкм. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и сплавов и может быть использовано при производстве слитков.

Из существующего уровня техники известен способ модифицирования структуры литого металла, включающий ускоренную кристаллизацию на поверхности водоохлаждаемых валков-кристаллизаторов с последующей деформацией закристаллизовавшейся части (RU 2257419 C1, МПК C22F 1/04, 2005 г.).

Кристаллизация на поверхности валков с последующей деформацией позволяет получить высокие скорости охлаждения и, как следствие, измельчение зерненного строения слитка, однако требует сложной системы механических узлов, что приводит к усложнению всего процесса.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения слитка, включающий подачу расплава в индуктор, воздействие на расплав и удержание расплава от растекания в области кристаллизации переменным электромагнитным полем заданной частоты, охлаждение жидкости непосредственно на поверхности расплава и кристаллизацию слитка (SU 1375403А1, МПК B22D 11/01, 1988 г.).

Недостатком данного способа является то, что слитки, получаемые в процессе литья, имеют неоднородную структуру в объеме, так как скорость кристаллизации расплава на поверхности и в сердцевине слитка существенно различается (поверхность - 50 мкм, сердцевина 85 мкм).

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества сплава, выражаемое в равномерном по сечению измельчении зерненного строения получаемого полуфабриката.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения слитка из сплавов цветных металлов, включающем подачу расплава в индуктор, воздействие на расплав и удержание расплава от растекания в области кристаллизации переменным электромагнитным полем заданной частоты, охлаждение слитка путем подачи охлаждающей жидкости непосредственно на поверхность расплава и кристаллизацию слитка, согласно изобретению, частоту электромагнитного поля выбирают, исходя из выражения

где

γ - электропроводность расплава;

rсл - радиус сферы, вписанной в отливаемый объем слитка, составляющий не более 20 мм;

µ0 - магнитная постоянная.

На фиг.1 схематично представлено устройство для реализации предлагаемого способа получения слитка из сплавов цветных металлов, на фиг.2 - структура сплава 01417М.

Представленное устройство содержит индуктор 1 и охладитель 2.

Способ получения слитка из сплавов цветных металлов осуществляют следующим образом. Индуктор 1, питаемый током заданной частоты, создает переменное электромагнитное поле. Охладитель 2 предназначен для подачи на расплав охлаждающей жидкости. Расплав металла 3 подается в область действия электромагнитного поля индуктора 1. Под действием электромагнитного поля в жидком металле 3 наводятся вихревые токи, взаимодействие которых с магнитным полем приводит к возникновению электромагнитных сил. Потенциальная составляющая электромагнитных сил 4 удерживает расплав металла от растекания и позволяет исключить использование дополнительных форм для удержания, а вихревая составляющая приводит объем металла в движение по траектории 5. Посредством охладителя 2 непосредственно на расплав подается охлаждающая жидкость 6, за счет чего происходит ускоренная кристаллизация расплава металла 3 в зоне 7. Вынужденная конвекция, обеспечиваемая движением расплава металла по траектории 5, уравнивает условия охлаждения по всему сечению слитка. Расплав непрерывно затвердевает, образуя твердую фазу 8 слитка, и отводится из зоны действия электромагнитного поля.

Для обеспечения высокого коэффициента теплоотдачи с поверхности расплава рекомендуется использовать в качестве охладителя 2 спрей-охладитель. Высокий коэффициент теплоотдачи при использовании такой конструкции охладителя объясняется сбиванием паровой пленки, образуемой за счет вскипания охлаждающей жидкости при контакте с расплавом металла.

Выбор частоты электромагнитного поля производится с учетом электропроводности расплава и требований к геометрическим размерам получаемого слитка из условия

где

γ - электропроводность расплава;

rсл - радиус сферы, вписанной в отливаемый объем слитка;

µ0 - магнитная постоянная.

Экспериментально было определено, что для получения эффекта ускоренной кристаллизации от быстрого охлаждения алюминиевого сплава радиус вписанной в отливаемый слиток сферы не должен быть более 20 мм. При увеличении радиуса больше указанного будет появляться неравномерность структуры в сечении по мере удаления от внешней поверхности, связанная с ухудшением условий охлаждения.

Таким образом, например, для получения слитка радиусом 5 мм из алюминиевого сплава 01417М на него воздействуют переменным электромагнитным полем с частотой

где

γ=22·106 - электропроводность алюминиевого сплава 01417М в жидком состоянии (Ом·м)-1;

rсл=0,005 - радиус сферы, вписанной в отливаемый объем слитка, м;

µ0=4·π·10-7 - магнитная постоянная, Гн/м.

Устойчивое формирование слитка обеспечивается за счет выполнения двух условий:

1. положение зоны кристаллизации 8 должно быть в области наибольшей концентрации электромагнитных сил, например, для цилиндрического индуктора, на половине высоты индуктора;

2. необходимость соблюдения равенства электромагнитного давления (отношение электромагнитной силы к поверхности, на которую эта сила действует), создаваемого индуктором, и гидростатического давления, создаваемого объемом жидкого металла. Управление положением зоны кристаллизации при литье в цилиндрический индуктор возможно путем изменения скорости поступательного движения слитка.

Величина гидростатического давления зависит от высоты столба жидкого металла над зоной фазового перехода. Величина электромагнитного давления зависит от величины тока в индукторе. Следовательно, для обеспечения устойчивого формирования слитка заданной формы необходимо либо поддерживать постоянной высоту столба жидкого металла при постоянной величине тока, либо регулировать величину тока в индукторе при изменении высоты столба жидкого металла.

Данным способом из алюминиевого сплава 01417М были получены образцы радиусом 5 мм для исследования микроструктуры. Образцы имели мелкокристаллическую структуру с размером зерен от 10 до 15 мкм (фиг.2 и таблица 1).

Таблица 1
Размеры эвтектической составляющей сплава 01417М
d, мкм 5 10 15 20
n/N·100% 20 45 25 5
N - общее число замеров, n - количество значений структурной составляющей в определенном интервале размеров

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества:

- позволяет получать отливки с размером зерна менее 20 мкм;

- удержание расплава электромагнитными силами позволяет исключить конструктивные элементы для создания формы полуфабриката;

- отсутствие промежуточного контакта (формы) между охлаждающей жидкостью и расплавом позволяет получить высокий коэффициент теплоотдачи с поверхности слитка и значительно увеличить скорость кристаллизации;

- воздействие на расплав электромагнитным полем позволяет создать профиль движения металла в объеме его жидкой фазы на поверхности зоны кристаллизации, обеспечивающий выравнивание условий охлаждения по сечению получаемого слитка.

Способ получения слитка из сплавов цветных металлов, включающий подачу расплава металла в индуктор, воздействие на расплав и удержание расплава от растекания в области кристаллизации переменным электромагнитным полем заданной частоты, охлаждение слитка путем подачи охлаждающей жидкости непосредственно на поверхность расплава и кристаллизацию слитка, отличающийся тем, что частоту электромагнитного поля выбирают, исходя из выражения

где γ - электропроводность расплава;
rсл - радиус сферы, вписанной в отливаемый объем слитка, составляющий не более 20 мм;
µ0 - магнитная постоянная.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, к индукционным машинам с естественным охлаждением и может использоваться для перекачивания и перемешивания жидких металлов и сплавов в миксерах, печах, ковшах, слитках.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при непрерывном литье стальных заготовок и блюмсов. .

Изобретение относится к литейному производству. .

Изобретение относится к металлургической и машиностроительной промышленности, в частности к средствам для обработки электромагнитным излучением расплавленного металла путем изменения физической структуры черных и цветных металлов или их сплавов.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано также для обработки токсичных, агрессивных и т.п. .

Изобретение относится к области литейного производства. .
Изобретение относится к области литейного производства. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам обработки расплавов сплавов различных материалов. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам непрерывного литья цилиндрических слитков в электромагнитном поле и интенсификации технологических процессов при формировании слитков.

Изобретение относится к непрерывному литью плоских изделий из металлов, стекла и других материалов. .

Изобретение относится к металлургии, а именно к машинам для получения вертикальной непрерывной заготовки в магнитном поле и способам охлаждения заготовки. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывной и полунепрерывной разливке цветных металлов, например алюминия и его сплавов. .

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывному литью Слитков в электромагнитном полб. .

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывному литью заготовок. .

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывному литью стати при совмещении его с прокаткой. .

Изобретение относится к металлургической и электрохимической промышленности и может быть использовано при изготовлении сплавов для аккумуляторов водорода. На сплав в режиме кристаллизации и охлаждения подают постоянный ток с наложением на его несущую модулированного сигнала в виде импульсного переменного тока. Постоянный ток протекает по всему объему сплава, а переменный ток - по поверхности сплава. Методом модуляции сигнала переменного импульсного тока кристаллы сплава резко изменяют свою внутреннюю полярность при каждом изменении полярности импульсного тока. В начальный момент кристаллизации это приводит к разрушению нормального режима кристаллизации. Появляются многочисленные дефекты структуры кристаллов. Рост величины кристаллов сильно ограничивается, и создаются новые кристаллы с дефектной структурой. Дефекты структуры являются центрами проникновения атомов водорода при зарядке аккумуляторов водорода. Обеспечивается получение однородных по структуре дефектных кристаллов во всем объеме сплава.
Наверх