Плазмотрон для глибинної обробки кольорових сплавів

Плазмотрон для глибинної обробки кольорових сплавів, який включає анод у вигляді зовнішньої труби з наконечником, важільний механізм для збудження плазмової дуги, з'єднаний з рухомим електродом, який розміщений всередині анода та має осьовий отвір, який відрізняється тим, що наконечник анода обладнаний змінною вставкою з осьовим отвором у формі сопла Лаваля. (19) (21) a200708989 (22) 06.08.2007 (24) 12.05.2009 (46) 12.05.2009, Бюл.№ 9, 2009 р. (72) НАЙДЕК ВОЛОДИМИР ЛЕОНТІЙОВИЧ, UA, НАРІВСЬКИЙ АНАТОЛІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, UA, ГАНЖА МИКОЛА СЕРГІЙОВИЧ, UA, БІЛЕНЬКИЙ ДАВИД МИРОНОВИЧ, UA (73) ФІЗИКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ НАН УКРАЇНИ, UA (56) RU 2042288 C1, 20.08.1995 3 В основу запропонованого винаходу поставлена задача - розробити надійну конструкцію заглибного електродугового плазмотрону, що дозволяє підвищити ефективність процесу обробки розплавів газореагентними середовищами і збільшити термін експлуатації плазмотрону, спростити конструкцію анодного вузла. Поставлена мета досягається тим, що запропонований плазмотрон, який має анод у вигляді зовнішньої труби з наконечником і важільний механізм для збудження плазмової дуги. Усередині аноду вздовж його осі розміщений електрод з отвором, згідно з винаходом, наконечник аноду обладнаний змінною вставкою з осьовим отвором у формі сопла Лаваля. Таке технічне рішення дозволяє спростити конструкцію плазмотрону, тому що наконечник з пористого матеріалу і витратна вставка з отворами замінено на щільний анод і вставку, в якій виконано отвір у вигляді сопла Лаваля. В результаті цього підвищується ефективність обробки розплавів, тому що таким плазмотроном можливо подавати необхідні реагенти у вигляді порошку або дроту скрізь плазмовий струмінь в рідкий метал. Наявність вставки дозволяє зменшити температуру нагріву аноду за рахунок підвищеного теплового опору на різьбовій поверхні з'єднання її з корпусом. Це сприяє підвищенню терміну експлуатації аноду. Наявність центрального отвору у формі сопла Лаваля дозволяє зменшити його ерозію, стабілізувати швидкість витікання високотемпературного газу з плазмотрону, підвищити глибину проникнення плазмового струменя в розплав і потужність перемішування металевої ванни. Крім цього, вставка дозволяє регулювати міжелектродну відстань по мірі зносу катода шляхом переміщення її по різьбі, що сприяє стабільності роботи плазмотрону. Конструкцію заглибного електродугового плазмотрону представлено на фігурі. Плазмотрон містить виконаний у вигляді труби анод 1, усередині якого уздовж його осі розташований рухомий електрод 2 з осьовим отвором 3 і змінним катодом 4. Анод 1 сполучений з наконечником 5. Всередині наконечника розташована вставка 6 з отвором 7, який має форму сопла Лаваля. Рухомий електрод 2 з катодом 4 у верхньому положенні утримується пружиною 8. Рухомий електрод 2 сполучений через ізолятор з трубою-анодом 1 за допомогою системи важелів 9 з поворотною ручкою 10. Електродуговий плазмотрон працює таким чином. Відкривають доступ плазмоутворюючого газу до плазмотрона і подають напругу один потенціал на внутрішній рухомий електрод 2, протилежний на трубу-анод 1 або на метал. Поворотом ручки 10 приводять в рух важелі 9. У результаті цього пружина 8 стискається і відбувається коротке замикання між катодом 4 і вставкою 6. Після цього ручку 10 відпускають і пружина 8 піднімає електрод 2 у верхнє початкове положення. Міжелектродну відстань регулюють величиною стиснення пружини 8 і переміщенням вставки по різьбі. Потім плазмотрон занурюють у розплав і проводять обробку 86687 4 останнього. Плазмоутворюючий газ, що надходить по отвору 3, нагрівають в зоні горіння дуги. Із зони горіння дуги високотемпературний газ крізь сопло Лаваля вставки в наконечнику 5 поступає в розплав. При цьому утворюється багато бульбашок газу з великою міжфазною поверхнею, що сприяє ефективному рафінуванню розплаву. Після закінчення обробки плазмотрон витягують з розплаву, відключають джерело живлення і припиняють подачу плазмоутворюючого газу до плазмотрону. Потім робочі операції повторюються. Запропонований електродуговий плазмотрон випробуваний при обробці алюмінієвого сплаву АЛ7 в заводських умовах. Обробку сплаву здійснювали в ковші місткістю 0,5т при температурі розплаву 700-710°С. Живлення на плазмотрон подавали від випрямляча ВДУ-506УЗ. Анод виконували з чавунної труби, яку за допомогою різьби сполучали з наконечником з електродного графіту. Вставку і змінний катод виготовляли з щільного графіту МГП-7 (ТУ 48-20-51-84). Редуктором на балоні встановлювали надмірний тиск аргону ³1,5ам і шляхом включення електромагнітного пневмоклапана відкривали доступ аргону до плазмотрону. Після цього подавали живлення на плазмотрон від випрямляча ВДУ-506УЗ і поворотом ручки важільного механізму проводили коротке замикання електродів плазмотрона. Електродами плазмотрона були змінний графітовий катод рухомого електроду і вставка з соплом Лаваля, яка розташована в наконечнику. При поверненні ручки важільного механізму в початкове (верхнє) положення між вказаними електродами збуджувалася плазмова дуга. Після включення плазмотрон занурювали в рідкий метал і проводили глибинну обробку розплаву високотемпературним іонізованим аргоном протягом 10хв. В процесі обробки напруга на плазмотроні складала 35-40В, струм в межах 440450А при витратах аргону 11-12л/хв. По закінченні 10хв. плазмотрон витягували з розплаву, відключали джерело живлення і припиняли подачу аргону до плазмотрону. Ефективність рафінування сплаву при обробці його запропонованим плазмотроном представлена в таблиці. Дослідження якості металу показали, що після обробки розплаву запропонованим електродуговим плазмотроном міцносні характеристики литого металу збільшуються на 19-23%, пластичні - на 5055%. При цьому вміст оксидних включень в обробленому плазмотроном сплаві зменшується на 6062%, водню - на 76-80%. Випробування показали, що конструкція запропонованого погружного електродугового плазмотрона проста і надійна в роботі. Протягом місяця при двозмінній роботі плазмотрон не виходив з ладу. За цей період один раз замінювали графітову вставку в наконечнику анода. Отже, запропонований плазмотрон на відміну від прототипу та інших аналогів, дає змогу одержати новий технічний ефект, виражений у підвищенні ефективності процесів рафінування та модифікування сплавів при малих витратах реагентів 5 86687 на обробку, збільшили термін експлуатації плазмового обладнання для глибинної обробки сплавів. Обробка сплаву Без обробки Запропоновані плазмотрони Прототип Пат. РФ №2042268 Механічні властивості 6 Механічні властивості сплаву АК7 та ступінь видалення неметалевих включень з розплаву, який обробляли плазмотроном. Ступінь видаВміст водню, Ступінь виМасова частка лення см3/100г ме- далення водоксидів Аl2О3, % оксидів, % талу ню, % 0,58 0,046 sв, МПа d,% 178 3,3 215 5,1 0,12 79,3 0,018 60,8 194 3,9 0,23 60,0 0,024 47,8 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601