Способ обработки расплава металла иустройство для его осуществления

С 21 С 7/10 с присоединением заявки ре -Воудеротеенный комитет СССР) СПОСОБ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВА МЕТАЛЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к металлургии,в частности к обработке расплава металла в процессе его перелива в приемныйсосуд, установленный в камере вакуумирования,Известны способ обработки расплаваметалла и устройство для его осушествления, когда расплав металла обрабатывают технологическим вакуумированиемво время его перелива из ковша в прием 1 Оный сосуд, помешенный в эвакозону устройства вакуумирования, состояшего иэгерметичной камеры, снабженной приемнойворонкой, заливочным стаканом, гляделками и оборудованием для вакуумирования 11.Недостатками известных способа и устройства является лиэкое качество слитка.из-за его осевой и пространственной рыхлости,20Наиболее близкими по технической сушности и достигаемому эффекту к изобретению являются способ обработки расплаваметалла и устройство для его осушествления, когда жидкую сталь также подвергают технологическому вакуумированию впроцессе ее перелива из разливочногоковша в изложницу, установленную в камере вакуумирования, где струя расплава,попав через приемную воронку и заливоч."ный стакан в вакуумированное .пространст-,во устройства, разрывается газами, растворенными в ней, и дегазируется раньше,чем достигнет сосуда, причем устройствотакже состоит из герметичной камеры,снабженной приемной воронкой, заливочным стаканом, гляделками и оборудованием для вакуумирования 2,Недостатками этих способа и устройства также является низкое качествослитка из-за повышенной ликвацни инеудовлетворительной плотности структуры,Это происходит вследствие недостаточноэффективной дегазации струи расплава,особенно при литье крупнотоннажногослитка из специальной, флокеночувртвительной стали,3 8361Иель 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 приемный сосуд, на струю расплава и расплав, заполняющий приемный сосуд, .10 воздействуют высоковольтными импульсными электрическими разрядами напряжением 30 - 60 кВ, частотой 0,5 -10,0 Гц и энергией 10-100 кДж в течение времени перелива.15Для 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, напри 25 мер, положительным выводом с приемным сосудом, а полярно противоположный выводом с алектропроводящим заливочным стаканом.Нижнее 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 промышленное использование в существующем тех нологическом оборудовании металлургического производства.Пределы частоты электрического разряда. обусловлены как возможностями су 45 шествующего типового высоковольтного оббрудования, так и эффективностью ввода энергии во времени и массой слитка. Замечено, что обработка больших масс расплава происходит эффективнее при болеенизкой частоте.Пределы вводимой энергии определяются только массой обрабатываемого слитка.Зависимость возрастающая и прямо пропорциональная.На чертеже схематически изображено55 устройство цля осуществления способа.Оно включает камеру 1 вакуумирования, снабженную приемной воронкой 2,32 фзаливочным стаканом 3, гляделками 4 и оборудованием цля вакуумирования (на чертеже не показано), к которому ведут трубы 5. В камеру встроена электрически изолированная изоляторами 6 площадка 7, на которой установлен приемный сосуц 8 для расплава, генератор 9 импульсов тока высокого напряжения, расположенный за камерой вакуумирования, соецинен положительным выводом с приемным сосудом 8, а попярно 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 устройст- ве следующим обоазом.После подготовки к приему расплаваметалла камеры 1 вакуумирования и от-.крытия стопора разливочного ковша 10включают генератор 9 импульсов токавысокого напряжения. Струя расплаваметалла, проплавивгерметизирующий алюминиевый лист в приемной воронке 2,через заливочный стакан.З попадает ввакуумированное пространство камеры 1вакуумеовация, где разрывается газами,растворенными в ней, и, цостигнув днаприемного сосуда 8, образует разрядныйконтур для генератора 9 импульсов токавысокого напряжения. При электрическомразряде в душе расплава металла образуется канал проводимости, состав которого близок к ниэкотемпературной плазме, температура которой находится в пределах ( 1,5 Ф 4,0) 10"К, а давление до10 Па, так как свойства и повецение9расплава металла аналогичны соответствующим характеристикам воцы. Такое вы.сокоэнергетическое импульсное нагруже,ние при помощи электрического тока, параметры которого (напряжение, частотаколичество вводимой энергии) выбираютв зависимости от диаметра проходногосечения заливочного стакана, материаларасплава и массы отливаемого слитка.Диспергируют расплав газодинамическими,температурными, алектрическими и пондемоторными сидами на мелкие частицыразмером рт 510 до 10 м способст-3Увуя дополнительному (к вакуумированию)нарушению о сплошности струи, обеспечивая за счет еще большего дробления энергичное развитие дифференцированной активной поверхности обрабатываемого расплава,а отсюда, болев эффективной ее цегазации.При этом, поскольку алектрический раз;вакуумирования устанавливалась площадка 7, сваренная из конструкционной ста ли и изолированная от корпусакамеры с помощью высоковольтными изоляторами 6.На площадке 7 устанавливается приемный сосуц 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 вывоц - к стальному хомуту, обжима ющему наружный диаметр заливочногостакана 3, который (для электропровод- ности) выполняется из графитосоцержащих материалов. Внутреннее сечение заливочного стакана (в свету) выбирается равным 30 мм. Герметизация 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 принапряжении 33 кВ, частоте 2 Гц и энер 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 цегазации, выделению из него неметвллических включений и формированию измельченной макро- и микроструктуры зв счет диспергирования кристаллов и ускорения зарождения но 1вых центров кристаллизации.Параметры электроразрядного воздей- . ствия на расплав являются экспериментальными. 836ряц происходит не по проводнику, ав душе расплава металла, имеющего определенную скважность межцу отдельнымикаплями расплава, отсутствуют практически потери энергии на нагрев, расплавление и испарение части расплава, Крометого, электрические разряды у поверхности перекода цушевая струя расплава - ,расплав в приемном сосуде вызывают впоследнем упругие волны, всплески и сот рясения эа счет энергии, выделяемой уграницы раздела сред (так называемыепереходные процессы), в также образование концэнтричнык удврнык волн,нарушая процесс спокойной трвнскриствллизации расплавив, способствуя дополнительной глубинной цегазации, выделениюиз него неметаллическик включений, способствуя формированию измельченноймикро- и мвкроструктуры слитка и сокра щая время его кристаллизации.Обработка расплава металла в приемном сосуде в данном случае происходиттак, что в качестве рабочего органа служит нерасхоцуемый электрод - душевая25струя расплава. Масса расплава в приемном сосуце растет, растет и .величинаэнергии, вводимой в него, так квк уменьшается разрядный промежуток - расстояние от поверхности расплава цо эаливочного стакана,По,окончании заливки приемного сосударасплавом металла выключают генераторимпульсов тока высокого напряжения, демонстрируют обычным способом устройст-З 5во вакуумирования, извлекают из негоприемный сосуд и раздевают" слиток поизвестной технологии.Поскольку номенклатура составов стали огромна, закрыта, диаметры проходных 40сечений заливочных стаканов колеблютсяв широких пределах, массы отливаемыхслитков отличаются друг от друга на цвапорядка, а качество слитка существеннозависит от размера частиц расплава металла, которые, в свою очередь, существенно зависят от плотности введеннойэнергии и скорости ее ввода. Параметрыэлектрического воздействия на расплавмогут колебаться в широких прецелак и 50составлять: напряжение 30 - 60 кВ,частота 0,5 - 10 Гц, количество вводимой энергии 10.- 100 кДж (а при массеслитка более 500 т и выше 100 кйж).55П р и м е р. Осуществление спо"обвобработки расплава металла проводится втиповой камере вакуумирования слецующим образом. В донной части камеры 1 Исследования полученного слитка показали уменьшение брака литья на усвдочные пороки примерно вцвое.Для исследования гаэонасыщенности стали и загрязненности ее неметаллическими включениями отобрали пробы металла необработанного и обработанного слитков прецлагаемым способом, сравнили их содержание. В результате проведеннык исслецований установлено, что электроразрядная обработка фпокеночувствительной стали марки ЭИ обеспечивает удаление из нее диффузионноспособного водороца примерно нв 18%. Кроме общего улучше78361ния цегазации металла, отмечено сниже 25%.ние кислорода в стали в среднем на 2 %.Фотографии поперечных темплетов опытного и контрольного слитков показываютболее измельченное зерно макроструктурыметалла.Использование данного способа обработки расплава металла позволяет улучшить качество крупнотоннажного слиткаиз специальной, флокеночувствительнойстали эа счет уменьшения осевой пористости, ликвации, улучшить его микро- и макроструктуру, а также сократить времяего кристаллизации на 10%, кроме того,позволяет уменьшить брак по прибыльнойчасти слитка в 2 раза,Формула изобретения201. Способ обработки расплава металла, преимущественно для крупнотоннажного слитка из специальной, фпокеночувствительной стали, включающий обработку ,расплава вакуумированием в процессе пе б релива из различного ковша в приемный сосуц, отличающийся тем, что, с целью повышения хачества слитка за счет снижения ликвации, измельчения структуры и уменьшения потерь металла на усааочные пороки, на струю расплаваи расплав, заполняющий приемный сосуд,воздействуют высоковольтными импульсными электрическими разрядами напряжением 30 60 кВ, частотой 0,510,0 Гц и енергией 10 - 100 кДж втечение времени перелива,2. Устройство цля осуществленияспособа по и. 1, содержащее камерувакуумирования с приемной воронкой,заливочным стаканом, гляцелками, оборудованием для вакуумирования, и приемный сосуд, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что камера вакуумирования снабжена генератором импульсов тока, расположенным за камерой и соединенным по-.ложительным выводом с приемным сосудом, електрически изолированным от камеры, а полярно противоположным выводом с електропроводящим заливочнымстаканом. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Калинников Е. С. Вакуум в производстве стали, М., Металлургия, 1962, с. 120 -151.2. Явойский В, И. и др, Металлургия стали. И., Металлургия, 1973, с. 516, рис. 253 (б, в).836132оставитель А: Шербаковюкина Техред М.Рейвес Корректор С, Шекм едакто 36/1 За ка л ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 618И Государственнолам изобретенийва, Ж, Раушс ВНИИ по 3035, М