Способ обработки расплава металла иустройство для его осуществления

 

Союз Соеетскии

Социалистические

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >836132 (6 I ) Дополнительное к авт. с вид-ву (22) Заявлень 1 7.08.79 (2l ) 2809147/22-02 с прксоедкнениеи заявки ¹вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 07.06.81. Бюллетень ¹ 21

Дата опубликования описания 10.06.81 (51)N. Кл.

С 21 С 7/10

1воудеротеенный комитет

СССР во делен изобретений и открытий (53) УДК 669.18. .27; 669.187. . 2(088. 8) р А (72) Автор: изобретения

Я. Я. Точилов

Проектно-конструкторское бюро электрогидра ики ь " -". " :. .,.

АН Украинской CCP (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВА МЕТАЛЛА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к металлургии, в частности к обработке расплава металла в процессе его перелива в приемный сосуд, установленный в камере вакуумирования.

Известны способ обработки расплава металла и устройство для его осушествления, когда расплав металла обрабатывают технологическим вакуумированием во время его перелива из ковша в прием1О ный сосуд, помешенный в эвакозону устройс гва вакуумирования, состояшего иэ герметичной камеры, снабженной приемной воронкой, заливочным стаканом, гляделками и оборудованием для вакуумирова;

- Ы

Недостатками известных способа и устройства является лиэкое качество слитка .из-аа его осевой и пространственной рыхлости

Наиболее близкими по технической сушности и достигаемому эффекту к изобретению являются способ обработки расплава металла и устройство для его осушествления, когда жидкую сталь также подверга» ют технологическому вакуумированию в процессе ее перелива из разливочного ковша в изложницу, установленную в камере вакуумирования, где струя расплава, попав через приемную воронку и заливоч .» ный стакан в вакуумированное:пространст . во устройства, разрывается газами, раст воренными в ней, и дегазируется раньше, чем достигне сосуда, причем устройство также состоит из герметичной камеры, снабженной приемной воронкой, заливочным стаканом, гляделками и оборудованием для вакуумирования (2).

Недостатками этик способа и устрой» ства также является низкое качество слитка из-за повышенной ликвации и неудовлетворительной плотности структуры.

Это происходит вследствие недостаточно эффективной дегазации струи расплава, особенно при литье крупнотоннажного слитка из специальной, флокеночувртвительной стали.

3 8361

Иель изобретения - повышение качества слитка путем снижения ликвации,, измельчения структуры и уменьшение потерь металла на усацочные пороки.

Достигается ато тем, что в, известном способе, включающем обработку расплава технологическим вакуумированием в процессе перелива из расплавленного ковша в IpHeMHbIk сосуд, на струю расплава и расплав, эаполнякнций приемный cocyII„.10 воздействуют высоковольтными импульсными электрическими разрядами напряжением 30 — 60 кВ, частотой 0,5 -10,0Гц и энергией 10-100 кДж в течение времени перелива.

Для этого в устройстве, включающем камеру вакуумирования, снабженную приемной воронкой, заливочным стаканом, гляцелками, оборудованием для вакуумирования, и приемный сосуд, в камеру вакуумирования встроена электрически изолированная площадка, на которую установлен приемный сосуц, и генератор импульсов тока, расположенный за камерой вакуумирования, который соецинен, напри25 .мер, положительным вывоцом с приемным сосудом, а полярно противоположный выводом с алектропроводящим заливочным стаканом.

Нижние пределы напряжения обусловле- ЗО ны уже отмеченным эффективным воздействием электрического разряда на обрабатываемый слиток. Повышение напряжения увеличивает бризантность разряда, что положительно влияет на обрабатываемый слиток с любыми составом и массой, однако напряжение выше 60 кВ требует специального высоковольтного оборудования и значительно усложняет промышлен-ное использование в существующем тех« нологическом оборудовании металлургического производства.

Прецелы частоты электрического разряда. обусловлены как возможностями су45 шествующего типового высоковольтного оббрудования, так и эффективностью ввода энергии во времени и массой слитка. 3амечено, что обработка больших масс расплава происходит эффективнее при более низкой частоте.

Пределы вводимой энергии определяютcs только массой обрабатываемого слитка.

Зависимость возрастающая и прямо пропорциональная.

На чертеже схематически изображено

55 устройство цля осуществления способа.

Оно включает камеру 1 вакуумирования, снабженную приемной воронкой 2, 32 4 заливочным стаканом 3, гляделками 4 и оборудованием для вакуумирования (на чертеже не показано), lc которому ведут трубы 5. В камеру встроена электрически изолированная изоляторами 6 площадка 7, на которой установлен приемный сосу@ 8 для расплава, генератор 9 импульсов тока высокого напряжения, расположенный за камерой вакуумирования, соединен положительным выводом с приемным сосудом 8, а полярно противоположный вывод присоединен к заливочному стакану 3.

Иац приемной воронкой 2 устройства; установлен разливочный ковш 10 с расплавом металла.

Предлагаемый способ обработки расплава металла осуществляется в устройстве следующим образом.

После подготовки к приему расплава металла камеры 1 вакуумирования и oT-. крытия стопора разливочного ковша 10 включают генератор 9 импульсов тока высокого напряжения. Струя расплава металла, проплавив герметизирующий алюминиевый лист в приемной воронке 2, через заливочный стакан. 3 попадает в вакуумированное пространство камеры 1 вакуумирования, где разрывается газами, растворенными в ней, и, цостигнув дна приемного сосуда 8, образует разрядный контур для генератора 9 импульсов тока высокого напряжения. При электрическом разряде в душе расплава металла образуется канал проводимости, состав которого близок к ниэкотемпературной плазме, температура которой находится в пределах (1,5 - . 4,0) 10"К, а давление до

10 Па, так как свойства и повецение

9 расплава металла аналогичны соответствующим характеристикам воцы. Такое вы.сокоэнергетическое импульсное нагруже,ние при помощи электрического тока, параметры которого (напряжение, частота,, количество вводимой энергии) выбирают в зависимости от диаметра проходного сечения заливочного стакана, материала расплава и массы отливаемого слитка.

Диспергируют расплав газодинамическими, температурными, алектрическими и пондемоторными силами на мелкие частицы размером рт 5 10 до 10 м способст-9 -3

У вуя цополнительному (к вакуумированию) нарушению о сплошности струи, обеспечивая за счет еще большего. дробления энергичное развитие дифференцированной активной поверхности обрабатываемого расплава, а отсюда, более эффективной ее цегазации.

При этом, поскольку электрический раз132 6

;вакуумирования устанавливалась площадка 7, сваренная из конструкционной ста» ли и изолированная от корпуса камеры с помощью высоковольтными изоляторами 6.

На площадке 7 устанавливается приемный сосуд 8 для расплава из спецстали типа

ЭИ (марка закрыта) массой 30 т. Площадка 7 через высоковольтный разрядник подключается к положительному выводу генератора 9 импульсов тока высокого напряжения, а полярно противоположный вывод - к стальному хомуту, обжима ющему наружный диаметр заливочного стакана 3, который (для электропроводности) выполняется из графитосодержащих материалов. Внутреннее сечение заливочного стакана (в свету) выбирается равным 3.0 мм. Герметизадия и вакуумирование камеры проводятся обычным образом. Одновременно с открытием стопора разливочного ковша 10, предваритель- но установленного над приемной воронкой камеры 1 вакуумирования, включается генератор 9 импульсов тока высокого напряжения. Электрическую обработку струи расплава и электрогидроимпульсную обработку расплава в сосуде 8 ведут при напряжении 33 кВ, частоте 2 Гц и енер» гии 25 кДж в течение всего времени заливки - 25 мин. Электрические разряды у поверхности перехода струи расплава— расплав в приемном сосуде вызывают в последнем упругие всплески и сотрясения расплава, нарушая процесс его спо« койной транскристаллиэации, способствуя дополнительной глубинной дегазации, выделению из него неметаллических включений и формированию измельченной макро- и микроструктуры за счет диспергирования кристаллов и ускорения зарождения но1 вых центров кристаллизации.

Параметры электрораэрядного воздей-. ствия на расплав являются экспериментальными.

836 ряд происходит не по проводнику, а в душе расплава металла, имеющего определенную скважность между отдельными каплями расплава, .отсутствуют практически потери энергии на нагрев, расплавление и испарение части расплава. Кроме того, электрические разряды у поверхности перехода душевая струя расплава —, расплав в приемном сосуде вызывают в последнем упругие волны, всплески и сот-1О рясения эа счет энергии, выделяемой у границы раздела сред (так называемые переходные процессы), а также образование концзнтричных ударных волн, нарушая процесс спокойной транскристал- 15 лизадии распла а, способствуя дополнительной глубинной дегаэации, выделению из него неметаллических включений, способствуя формированию измельченной микро- и макроструктуры слитка и сокра-го щая время его кристаллизации.

Обработка расплава металла в приемном сосуде в данном случае происходит так, что в качестве рабочего органа служит нерасходуемый електрод - душевая 25 струя расплава. Масса расплава в приемном сосуде растет, растет и -величина энергии, вводимой в него, так как уменьшается разрядный промежуток - расстояние от поверхности расплава до эаливоч- а ного стакана.

По .окончании заливки приемного сосуда расплавом металла выключают генератор импульсов тока высокого напряжения, демонстрируют обычным способом устройст- З5 во вакуумирования, извлекают из него приемный сосуд и раздевают" слиток по известной технологии.

Поскольку номенклатура составов стали огромна, закрыта, диаметры проходных 40 сечений заливочных стаканов колеблются в широких пределах, массы отливаемых слитков отличаются друг от друга на два порядка, а качество слитка существенно .зависит от размера частиц расплава ме- 45 талла, которые, в свою очередь, существенно зависят or плотности введенной энергии и скорости ее ввода. Параметры електрического воздействия на расплав могут колебаться в широких пределах и 50 составлять: напряжение 30 - 60 кВ, частота 0,5 — 10 Гц, количество вводимой энергии 10.- 100 кДж (а при массе слитка более 500 т и выше 100 кДж).

Пример. Осуществление спо"оба обработки расплава металла проводится в типовой камере вакуумирования следующим образом. В донной части камеры 1

Исследования полученного слитка показали уменьшение брака литья на усадочные пороки примерно вдвое.

Для исследования гаэонасыщенности стали и загрязненности ее. неметаллическими .включениями отобрали пробы металла необработанного и обработанного слитков предлагаемым способом, сравнили их содержание. В результате проведенных исследований установлено, что электроразрядная обработка фпокеночувствительной стали марки ЭИ обеспечивает удаление из.нее диффузионноспособного водорода примерно на 18%. Кроме общего улучше7 8М1 ния дегазации металла, отмечено сниже25%. ние кислорода в стали в среднем на 2 %.

Фотографии поперечных темплетов опытного и контрольного слитков показывают более измельченное зерно макроструктуры металла.

Использование данного способа обработки расплава металла позволяет улучшить качество крупнотоннажного слитка из специальной, флокеночувствительной стали эа счет уменьшения осевой пористос« ти, ликвации, улучшить его микро- и макроструктуру, а также сократить время его кристаллизации на 10%, кроме того, позволяет уменьшить брак по прибыльной части слитка в 2 раза.

Формула изобретения

1. Способ обработки расплава металла, преимущественно для крупнотоннажного слитка из специальной, фпокеночувствительной стали, включающий обработку ,расплава вакуумированием в процессе пе- 2S релива из различного ковша в приемный сосуд, . отличающийся тем, что, с целью повышения хачества слитка

as счет снижения ликвации, измельчения структуры и уменьшения потерь металла

» усааочные пороки, на струю расплава и расплав, заполняющий приемный сосуд, воздействуют высоковольтными импульсными электрическими разрядами напряжением 30 «60 кВ, частотой 0,510,0 Гц и энергией 10 - 100 краж в течение времени перелива.

2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее камеру вакуумирования с приемной воронкой, заливочным стаканом, гляделками, оборудованием для вакуумирования, и прием) ный сосуд, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что камера вакуумирования снабжена генератором импульсов тока, расположенным за камерой и соединенным положительным выводом с приемным сосудом, электрически изолированным от камеры, а полярно противоположным выводом с электропроводящим заливочным стаканом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Калинников Е. С. Вакуум в производстве стали, М., Металлургия, 1962, с. 120 - 151.

2. Явойский В. И. и др, Металлургия стали.: Pl., Металлургия, 1973, с. 516, рис. 253 (б, в).

836132

Составитель А: Шербаков

Редактор Т. Клюкина ТехредМ.Fefisec КорректорС. Шекмар

Заказ 2836/12 Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4