Спосіб рафінування металевого розплаву

Спосіб рафінування металевого розплаву, що включає пропускання через рідкий метал електри 3 тних сил переміщаються (мігрують) до стінки, де вони коагулюють (з'єднуються), а потім виринають на поверхню у вигляді великих газових бульок. Задачею корисної моделі є створення способу рафінування металевого розплаву в процесі безперервного лиття зливків, за яким в додатковій котушці установлюють таку силу струму, яка забезпечує необхідне співвідношення між ампервитками додаткової котушки та індуктора, що змушує введені в металевий розплав газові бульбашки мігрувати не до стінки циліндричного каналу, а до його осі, а введення цих бульбашок здійснюють в зону поперечного перерізу каналу, яка забезпечує максимальний термін перебування їх в обертальному русі. Завдяки цьому досягається новий технічний результат - підвищення ефективності рафінування металевих розплавів. Поставлена задача досягається тим, що за способом рафінування металевих розплавів, який включає в себе пропускання через рідкий метал електричного струму, електромагнітне обертання розплаву в циліндричному каналі за допомогою індуктора і додаткової котушки, вдування диспергованого рафінуючого газу в метал, зазначений газ вдувають в зону обертального потоку, яка знаходиться від осі циліндричного каналу на відстані 0,7-0,8 його радіуса, а силу струму в додатковій котушці встановлюють такою, щоб її ампер-витки складали не менше половини ампер-витків індуктора. Дослідження поведінки газових бульбашок в обертальному потоці рідкого металу, створеного електромагнітною системою рафінуючого пристрою, показують, що траєкторії руху їх в поперечному перерізі циліндричного каналу залежать від співвідношення ампер-витків додаткової котушки і індуктора та від місця (зони) введення газу в перерізі каналу. Якщо ампер-витки додаткової котушки складають менше третини ампер-витків індуктора, всі бульбашки газу, рухаючись по спіральних траєкторіях, прямують до циліндричної стінки каналу незалежно від місця їх введення. Це зумовлено превалюючою дією на них радіальних електромагнітних сил, створених індуктором, над доцентровими силами, що виникають за рахунок обертального руху металу. Коли ампер-витки додаткової котушки стають більшими третини ампер-витків індуктора картина руху газових бульбашок змінюється. В цьому випадку в поперечному перерізі циліндричного каналу утворюються три характерні зони руху: пристінкова, середня і приосьова. Бульбашки, введені в рідкий метал в пристінковій і приосьовій зонах, прямують до стінки каналу, а в середній зоні - в зворотному напрямку. При цьому з приосьової і середньої зон бульбашки газу виходять на замкнуту траєкторію стійкої рівноваги, яка розділяє ці зони. Середню і пристінкову зони, навпаки, розділяє траєкторія нестійкої рівноваги. З подальшим збільшенням ампер-витків додаткової котушки розміри пристінкової та приосьової зон зменшуються, а середньої - збільшуються. Коли вони досягають половини ампер-витків індуктора, границя, що розділяє пристінкову та середню зони, знаходиться на відстані 0,7-0,8 радіуса циліндрич 63435 4 ного каналу в залежності від величини газових бульбашок. Отже, якщо вводити бульбашки газу в середню зону каналу біля границі з пристінковою зоною, тобто на відстані 0,7-0,8 радіуса циліндричного каналу, при встановленні сили струму в додатковій котушці, яка забезпечує таку кількість її ампервитків, що складає не менше половини ампервитків індуктора, то ці бульбашки будуть рухатися по спіральних траєкторіях в напрямку осі каналу, маючи змогу значно довше перебувати в обертальному потоці, тобто більш ефективно обробляти рідкий метал. На основі сказаного можна зробити висновок, що суттєві ознаки, які наведені у формулі корисної моделі, є необхідними й достатніми для досягнення нового технічного результату - підвищення ефективності рафінування металевих розплавів в процесі безперервного лиття зливків. Пропонований спосіб може бути реалізований за допомогою пристрою, схематичне зображення якого наведено на фіг. 1 та фіг. 2. На фіг. 1 представлено загальний вигляд пристрою; на фіг. 2 - його переріз по А-А. Пристрій містить два вертикально розташованих циліндричних канали: приймальний 1, в який поступає розплав для очищення, і роздавальний 2, з якого він надходить в ливарну машину. Зверху й знизу ці канали з'єднуються двома горизонтальними каналами 3 і 4, створюючи замкнуте для електричного струму коло, аналогічно канальній частині індукційної канальної печі. Струм в каналах збуджується індуктором 5 із замкнутим магнітопроводом 6. Верхній з'єднувальний канал 3 розділений електропровідною перегородкою 7 на два відкритих зверху відсіки: приймальний і роздавальний. Для створення обертального руху рідкого металу в циліндричних каналах пристрій оснащено додатковою котушкою 8, яка має дві зустрічно з'єднані секції, що намотані поверх індуктора. Магнітне поле цієї котушки Вк в зоні циліндричного каналу ортогональне полю розсіювання індуктора Ві. За рахунок цього, а також наявності фазового зсуву між цими полями вони створюють обертальне магнітне поле, яке розкручує рідкий метал в циліндричних каналах. Максимальна швидкість при цьому досягається, коли фазовий кут між ними складає 90 ел. град. Рафінуючий газ в цьому пристрої вдувається в нижню частину приймального циліндричного каналу 1 так, як це показано на фіг. 1. Зона введення газу в рідкий метал при цьому знаходиться від осі каналу на відстані 0,7-0,8 його радіуса. Пристрій працює наступним чином. Із плавильної або роздавальної печі (міксера) рідкий метал подають в приймальний відсік пристрою. Після заповнення металом пристрою вмикають індуктор 5, внаслідок чого в металі наводиться електричний струм, який протікає в канальній частині пристрою, в тому числі в циліндричних каналах 1 і 2, замикаючись через електропровідну перегородку 7. Значення цього струму, який приблизно дорівнює ампер-виткам індуктора, встановлюється таким, щоб компенсувати теплові втрати пристрою, а також 5 при необхідності додатково підігрівати розплав перед литтям. При подачі живлення на додаткову котушку 8 в циліндричних каналах виникає обертальний рух рідкого металу. Сила струму в цій котушці виставляється такою, щоб її ампер-витки складали не менше половини ампер-витків індуктора. Введений через сопло в канал 1 рафінуючий газ за рахунок швидкості рідкого металу диспергується на малі частинки (бульбашки). Виринаючи в рідкому металі ці бульбашки під дією обертального потоку металу рухаються по спіральних траєкторіях, переміщаючись в напрямку осі каналу. Досягнувши приосьової зони вони коагулюють і виринають на поверхню металу у приймальному відсіці. Ефект очищення металевого розплаву полягає в тім, що частинки газу, рухаючись в потоці рідкого металу, стикаються з неметалевими включеннями, з'єднуються з ними, а потім виносять їх на поверхню. Чим довше газові бульбашки знаходяться в рідкому металі (до з'єднання між собою та утворення великих бульок), тим більш ефективним є процес рафінування. На забезпечення такої дії і спрямовані відмітні ознаки корисної моделі. Схема руху рідкого металу в пристрої умовно показана на фіг. 1 стрілками. Із приймального відсіку верхнього каналу 3 метал поступає в циліндричний канал 1, де відбувається його очищення. Далі метал через нижній горизонтальний канал 4 попадає у другий циліндричний канал 2. Наявність і в цьому каналі обертального руху рідкого металу призводить до зіткнення та коагуляції неметалевих включень, що залишились в металі після очищен 63435 6 ня газом. Утворені в результаті такого процесу більш великі частинки затримуються фільтром, який установлюють на виході пристрою (на фігурах не показано). Таким чином, у порівнянні з найближчим аналогом, введення рафінуючого газу в зону обертального потоку металевого розплаву, яка знаходиться на відстані 0,7-0,8 радіуса циліндричного каналу, при встановленні кількості ампер-витків додаткової котушки, яка складає не менше половини ампер-витків індуктора, дозволяє досягнути нового технічного результату - підвищення ефективності рафінування металевих розплавів, тобто зниження вмісту неметалевих включень в рідкому металі і покращення таким чином якості отриманих зливків. Спосіб може бути використаний для рафінування металевих сплавів в першу чергу із легких кольорових металів, зокрема алюмінієвих сплавів, в процесі безперервного лиття. Література: 1. Пат. 2130502 РФ, МПК С22В9/00. Способ электромагнитного рафинирования электропроводного расплава / Тимофеев В.Н., Христинин P.M., Бояков С.А.; заявитель и патентообладатель Красноярский государственный техничный университет. - № 98111704/02; заявл. 17.06.98; опубл. 20.05.99. 2. А.с. 1672737 СССР, МКИ С22В9/00. Устройство для рафинирования алюминия и его сплавов / Гориславец Ю.М., Завода В.М., Иванов В.Г. и др.; - № 4768068/02; заявл. 11.12.89. 7 Комп’ютерна верстка Мацело В. 63435 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1,м. Київ – 42, 01601