Устройство для легирования расплава

-металлурги.НосоваИванов,вф ич во СССР 1971. л. 13-2 Р(57)лур гивнеп т ан априотом. мер Цел тив фик эффекнтен есс ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Магнитогорский горнческий институт им. Г.И.(56) Авторское свидетель9 401725, кл. С 21 С 7/ОПатент США Р 4152532,УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ РАС Изобретение относитс и и может быть использо чной обработке расплава ля легирования расплава изобретения - повышение ости легирования путем ции тепломассообменных и в расплаве. Устройство включает реакционную камеру, образованную полымцилиндрическим электродом, погружаемым в расплав, другим электродоми устройством подачи газа, установленными в верхней части цилиндр еского электрода. При обработке расплава металл из реакционной камеры, гдеон подвергается воздействию плазменной дуги, эжектируется через отверстия в нижней части цилиндрическогоэлектрода в объем расплава. Эффектэжекции достигается за счет движения транспортирующего газа по внешнему контуру цилиндрического электрода, Интенсификация тепломассообменных процессов в реакционной зонеи объеме расплава позволили повыситьстепень легирования расплава, например азотом, повысить качество легирования расплава, например азотом,повысить качество металла. 1 ил.,1 табл.13000Изобретение относится к металлургии и может быть использовано привнепечной обработке расплава, например при легировании расплава азотом.Цель изобретения - повышение эффективности легирования путем интенсификации тепло-массообменных процессов в расплаве,На чертеже изображено устройстводля легирования расплава, общий вид. 10Устройство включает водоохлаждаемый каркас 1, закрепленные на немэлектрод 2, полый цилиндрическийэлектрод 3, устройство 4 для подачигаза, одновременно являющееся изолятором между электродом 2 и полым ци-линдрическим электродом 3, огнеупорный цилиндр 5, между которым и полымцилиндрическим электродом 3 установлена втулка 6 с. отверстиями 7, также закрепленная на каркасе 1. Расплав8 расположен в емкости 9, На нижнемконце полого цилиндрического электрода 3 выполнены радиальные отверстия 10 для перетока части расплава2511, находящегося во внутренней полости полого цилиндрического электрода3, в полость 12. Позицией 13 на чертеже изображена электрическая дуга,горящая между электродом 2 и расплавом 11 ьУстройство работает следующим образом.., Устройство для легирования расплава опускают в емкость 9 с расплавом 8 настолько, чтобы можно быпозажечь электрическую дугу 13 междуэлектродом 2 и расплавом 11, Одновременно открывают подачу плазмообразующего газа, например азота, через фустройство 4 для подачи газа и транспортирующего газа через отверстие 7втулки 6. Затем осциллятором (не показан) возбуждают электрическую дугу 13 между электродом 2 и расплавом 1 1 Далее повышают давление ппазмообразующего газа, вследствие чегоуровень расплава 11 опускается по высоте полого цилиндрического электрода 3 и электрическая дуга 13 растягивается. Повьппаат давление плазмообразующего газа до величины, прикоторой отверстия 10 для перетокарасплава 11 находятся, ниже его уровня, и поддерживают ее постоянной, В 55реакционной зоне, т.е. в полостицилиндрического электрода 3, где горит электрическая дуга, на расплаве 38 211 происходит активное легированиеазотом, Транспортирующий газ, выходящий из втулки 6, движется вдоль полости 12, через отверстия 1 О эжектирует легированный расплав 11, находящийся в реакционной зоне, и выноситего вглубь обрабатываемого расплава8, а в реакционную зону поступаютновые порции необработанного расплава 8, Таким образом, вследствие циркуляции расплава через реакционнуюзону весь расплав насыщается азотом,При интенсивной циркуляции расплава происходит также выравнивание температуры и концентрации по массе расплава.Расходом транспортирующего газарегулируется интенсивность циркуляции расплава, т,е, время пребывания обрабатываемой порции расплавав реакционной зоне, которое определяет степень обработки расплава, например уровень концентрации азота врасплаве, причем изменение расходатранспортирующего газа никак не влияет на устойчивость горения электрической дуги что особенно важно.Если, например, свободный конецогнеупорного цилиндра 5 будет находиться на уровне отверстий 10, тоэффекта эжекции не будет, и расплав11 постоянно будет находиться в реакционной зоне.В случае, когда свободный конецогнеупорного цилиндра 5 находитсяна уровне нижнего конца полого цилиндрического электрода 3, определенная часть обработанного распла, -ва 11, эжектируемого из реакционнойзоны, опять попадет в последнюю,в результате чего поступление новыхнеобработанных порций металла в реакционную зону буцет затруднительно.Поэтому в случае азотирования содержание азота в стали по всему обьему будет неравномерным и по величине небольшим, 1(ячество обработа.инойстали будет низкое.Эффективность работы предлагаемого устройства была оценена при азотировании стали 110 Г 13 Л на экспериментальной установке,Экспериментальная уста.новка включает индукционную печь типа ИСТ с емкостью тигля 60 кг, системыгазо- и водоснабжения, электропитания и контрольно-измерительнуо аппаратуру, Расход азота составил1300038 Относи тельно Относитель Содержаниазота,7. Пределтекучести,кг/ Предел прочно ное сужениеЖ удлинение, 7..ти, кг 0,0 9,6 6 3,0 обработки осле обработки известным устройством,0 68,1 6,24,0 6,обрапредла После ботки гаемым уст -ройством 28,0,06 1,5-2 г/с; ток дуги 300-350 Л, напряжение 100-110 В; время обработки8-10 мин. Расход транспортирующегогаза 2,5-3,0 г/с.Цилиндрический полый электрод выполнен из магнезитоуглеродистогоогнеупора, обладающего хорошей электропроводностью, высокой термостойкостью и удельной теплопроводностью,несмачиваемостью металлом и шлаками, 1 Овысокой механической прочностью ит.д. Ресурс работы электрода составляет 8-10 продувок. Данный электродтакже может быть выполнен из углеродглиноземистых, углеродциркониевых 15и других (в зависимости.от маркиобрабатываемой стали) электропроводных огнеупоров. Втулка выполнена из3технического графита,Огнеупорный цилиндр выполнен из 20плавленного магнезитохромита. Ресурсработы составляет 10-12 продувок.Могут быть применены и другие огнеупоры.Результаты исследований приведеныв таблице. Из таблицы видно, что качество стали 110 Г 13 Л после обработки предлагаемым устройством выше, чем после 30 обработки известным устройством.При использовании предлагаемого устройства повышается степень легирования расплава за счет интенсификации тепло-массообменных процессов 35 в реакйлонной зоне, Увеличение степени легирования расплава, усреднение его химического состава и температуры повьппает качество обрабатываемого металла.Предлагаемое устройство позволяет в значительной степени изменять интенсивность обработки расплава. Формула из о бр ете ния Устройство для легирования расплава, содержащее каркас с закрепленным на нем верхней частью полым цилиндрическим электродом, устройство для подачи газа и электрод, установленные внутри цилиндрического электрода со стороны каркаса, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности легирования путем интенсификации тепло-массообменных процессов в расплаве, в нижней части полого цилиндрического электрода выполнены радиальные отверстия, а устройство снабжено последовательно установленными снаружи цилиндрического электрода концентрично ему и закрепленными на каркасе втулкой с параллельными продольной оси цилиндрического электрода отверстиями, соединенными с устройством подачи газа, и огнеупорным ц;1- линдром, установленными таким образом, что нижний конец втулки находится вьппе уровня отверстий в ци линдрическом электроде, а свободный конец огнеупорного цилиндра находится между уровнем отверстий в цилиндрическом электроде и нижним концом цилиндрического электрода.Корректор Т. Кол актор Е. Ко з 1120/26 Подписное мит и открь шская н роизводственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ВНИИПИ Гос по делам 113035, Моск