устройство для обработки жидкого металла

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА, включающее металлопровод, плазмотрон, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено по крайней мере одним обогреваемым сливным патрубком, на конце которого установлен вихревой смеситель, при этом плазмотрон смонтирован внутри металлопровода вертикально и соосно с ним.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к процессам рафинирования и модифицирования черных и цветных сплавов.

Известны устройства для внепечной обработки чугуна, содержащие колонну газлифта, газоотделительную камеру, фурму для ввода транспортирующего газа с десульфуратором и фурму для ввода кислородсодержащего газа [1].

Недостатком указанных устройств является потеря химического тепла чугуна, что крайне важно при заливке его в конвертер.

Известны также установки для реализации циркуляционного способа вакуумирования стали [2].

Недостаток таких устройств состоит в том, что в связи с большими тепловыми потерями при обработке металла значительно снижается его температура.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является дегазационная емкость для вакуумирования стали по циркуляционному способу, снабженная металлопроводом, концы которого погружены в расплав. На металлопроводе дегазационной емкости установлен плазмотрон [3].

К недостаткам устройства, выбранного в качестве прототипа, относится неполное использование температуры и гидродинамических характеристик плазменной струи из-за малой зоны контакта ее с расплавом. В результате этого низкий эффект рафинирования или модифицирования расплава и невысокое качество литых изделий.

Целью изобретения является повышение эффективности процессов рафинирования и модифицирования сплавов.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для обработки жидкого металла, включающее металлопровод, плазмотрон дополнительно снабжено обогреваемым сливным (одним или более) патрубком, на конце которого установлен вихревой смеситель, причем плазмотрон смонтирован внутри металлопровода вертикально и соосно с ним.

Такое техническое решение позволяет транспортировать расплав в металлопроводе высокоэнтальпийным газом с последующим подогревом металла в сливном патрубке и через вихревой смеситель подавать в расплав реагенты. В результате этого увеличивается эффективность процессов рафинирования и модифицирования железоуглеродистых и цветных сплавов. Наряду с указанным обработка расплавов предложенным устройством позволяет поддерживать в заданных пределах температуру металла или перегревать его в процессе обработки.

Расположение плазмотрона внутри металлопровода соосно с ним позволяет транспортировать расплав в металлопроводе высокоэнтальпийным газом, поступающим из плазмотрона. В результате этого увеличивается межфазная поверхность расплав-газ из-за того, что происходит интенсивное дробление высокотемпературного газа на выходе из сопл плазмотрона. Это увеличивает эффекты рафинирования и модифицирования сплавов.

Монтаж вихревого смесителя на конце сливного патрубка позволяет вводить реагенты в глубь металла с помощью вихревой турбулизированной струи. В результате этого вводимые реагенты достаточно диспергируются, хорошо замешиваются и равномерно распределяются в расплаве. Вследствие этого увеличивается степень их усвоения и повышаются эффекты рафинирования и модифицирования металла.

Наличие обогреваемого сливного патрубка (например, с помощью канального индукционного нагревателя) позволяет непрерывно подогревать металл на выходе из металлопровода. В результате этого непровзаимодействующие с металлом реагенты, которые поступают в расплав через вихревой смеситель, поднимаясь с металлом по металлопроводу, дополнительно нагреваются транспортирующим высокотем- пературным газом и в сливном патрубке. Это обеспечивает более полное усвоение вводимых добавок и, как следствие, высокие эффекты рафинирования и модифицирования металла.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

По оси металлопровода 1 установлен плазмотрон 2. На сливном патрубке 3 смонтирован индукционный нагреватель 4 канального типа. Сливной патрубок соединен с вихревым смесителем 5, который смонтирован на крышке 6 ковша или тигля 7 с металлом.

Работает предложенное устройство следующим образом.

Металлопровод 1 с включенным плазмотроном 2 погружается в расплав. При этом сливной патрубок 3 соединяется с вихревым смесителем 5. Высокотемпературным газом, который поступает из плазмотрона 2, расплав поднимается по металлопроводу и поступает в сливной патрубок 3. При прохождении по сливному патрубку расплав дополнительно подогревается индукционным нагревателем 4 канального типа. Требуемые реагенты для обработки подаются в закрученный поток расплава в вихревом смесителе. После обработки металлопровод извлекают из расплава, снимают крышку вместе с вихревым смесителем, и производят разливку металла. После этого операции повторяются вновь.

Опробование предложенного устройства производили в литейном цехе ИПЛ АН УССР. Обработку алюминиевого сплава АЛ9 предложенным устройством осуществляли в печи сопротивления с тиглем вместимостью 150 кг.

С этой целью открывали доступ аргона к плазмотрону и металлопровод погружали в расплав таким образом, чтобы конец сливного патрубка стыковался с посадочным фланцем вихревого смесителя с тангенциальным подводом металла. Путем замыкания электродов включали плазмотрон. После этого включали индукционный нагреватель канального типа, размещенный на сливном патрубке. Нагреватель был подключен к источнику индукционной печи ИСТ-016. Расход аргона в плазмотроне регулировали игольчатым вентилем (ТУ 26-07-032-76), контролировали с помощью ротаметра. Обработку расплава предложенным устройством осуществляли в течение 4 мин. В процессе обработки расплава ток на плазмотроне поддерживали в пределах 400-420 А при напряжении 35-40 В, которые подавались от источника питателя ВДУ-506 УЗ.

Подводимую к индукционному нагревателю мощность поддерживали в пределах 15-18 кВт. За время обработки при указанных энергетических параметрах температура расплава повышалась с 640 до 750^оС. Эти результаты свидетельствуют еще об одном преимуществе предложенного устройства - оно позволяет уменьшить температуру перегрева металла в плавильной печи и совместить эту операцию с обработкой расплава в ковше.

Расплав обрабатывали предложенным устройством с включенным и отключенным индукционным нагревателем. В качестве рафинировочно-модифицирующих реагентов использовали универсальный флюс следующего состава, мас.% (30 NaF+ 50 NaCl+ + 10 Na₃AlF₆+10 KCl). Флюс подавали в расплав через вихревой смеситель путем засыпки его в коническую воронку с тангенциальным подводом металла.

Степень удаления из расплава водорода, оксидов, а также модифицирующее действие при различных режимах обработки сплава предложенным устройством представлены в таблице.

Содержание водорода в сплаве АЛ9 определяли методом вакуумной экстракции, оксидов - путем электролитического выделения осадка, модифицирующий эффект - по количеству зерен на 1 см² шлифа при увеличении микроскопа 200 крат.

После обработки расплава предложенным устройством наряду с его подогревом и эффективным рафинированием происходит измельчение -твердого раствора и эвтектической фазы в сплаве. В результате измельчения структуры и глубокого рафинирования сплава увеличиваются на 10-15% прочность и на 35-40% пластические характеристики литого металла.