Спосіб плазмової обробки сплавів в магнітодинамічній установці

Реферат: Винахід належить до ливарного виробництва. Спосіб плазмової обробки сплавів в магнітодинамічній установці включає нагрів розплаву індукторами, що утворюють Ш-подібний канал з вертикальними ділянками, і постійне переміщення розплаву до плазмової дуги електромагнітними силами, при цьому розплав під електромагнітним тиском, який на 10-15 % перевищує надлишковий тиск плазмоутворюючого газу, подають в корпус плазмотрона, що щільно встановлений на днищі ванни над однією із вертикальних ділянок каналу, а нагрітий газ і рафінуючі або модифікуючі добавки разом з розплавом постійно витискають із плазмотрона в рідкометалеву ванну крізь отвори діаметром 1-3 мм в корпусі, які розташовані на відстані 30-50 мм від днища. Винахід підвищує ступінь рафінування розплаву, подрібнює структурні складові в сплаві та підвищує міцнісні властивості металу. UA 113663 C2 (12) UA 113663 C2 UA 113663 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до металургії та ливарного виробництва і може бути використаний при рафінуванні або модифікуванні сплавів. Відомий спосіб обробки рідкого металу в проміжному ковші [Пат. № 81701, Україна, МПК С22В 9/05, 9/22, 9/00, опубл. 25.01.2008 р., бюл. № 2], який включає одночасне продування та нагрівання плазмоутворюючим газом рідкого металу у камері, вакуумне ущільнення якої здійснюють безпосередньо оброблюваним розплавом металу, який відрізняється тим, що вакуумування рідкого металу здійснюють постійно при русі його в кристалізатор машини безперервного лиття зливків через проміжний ківш та вертикальну перегородку в ньому з одночасним плазмовим та додатковим індукційним тепловим впливом на рідкий метал, при цьому висоту стовпа рідкого металу над перегородкою регулюють витратою плазмоутворюючого газу та величиною залишкового тиску в вакуумній камері. Недоліками цього способу є неповне протікання процесу термодинамічної взаємодії газореагентних середовищ у всьому об'ємі розплаву, мала міжфазова поверхня металу з нагрітим у плазмотроні газом за рахунок зливання бульбашок в крупні при піднятті їх з глибини ванни при вакуумуванні і, як слідство, низький ефект рафінування сплавів. Відомий спосіб обробки рідкого металу в проміжному ковші [Патент № 86725, Україна, МПК С22В 9/04, 9/05, опубл. 12.05.2009, бюл. № 9], за яким розплав після індукційного нагріву в установці постійно переміщують електромагнітними силами по порожнині нагнітання вакуумкамери крізь плазмовий струмінь, який подають до розплаву з бокової стінки вакуум-камери над рівнем сплаву. При цьому індукційний нагрів сплаву здійснюють за допомогою індукторів, що утворюють Ш-подібний канал з вертикальними ділянками. Над будь-якою з цих ділянок встановлюють співвісно порожнину нагнітання вакуумної камери. Недоліками такого способу є недостатня повнота протікання процесів тепло-масообміну й термодинамічної взаємодії газореагентних середовищ у всьому об'ємі розплаву через утворення застійних зон за межами камери вакуумування. Крім цього, при обробці розплаву таким способом газові пузирі слабо диспергуються і малий час контактують з рідким металом, що приводить до зниження ефекту рафінування сплавів. Найближчим аналогом запропонованого винаходу є спосіб плазмового рафінування сплавів в магнітодинамічній установці [Патент № 107390, МПК С22В 9/04; 9/05, С21С 1/00, 7/072, опубл. 25.12.2014, бюл. № 24], що включає нагрів розплаву індукторами Ш-подібного каналу з вертикальними ділянками та постійне переміщення розплаву через плазмовий струмінь видавлюють електромагнітними силами, який відрізняється тим, що розплав направляють в Шподібний канал крізь щонайменше один реактор, розташований співвісно з вертикальною ділянкою каналу, і продувають високотемпературним газом потік розплаву в реакторі через сопла в плазмотроні, які нахилені під кутом 15-35° до вертикалі. Недоліками такого способу є неможливість нагрівання плазмовим струменем добавок, які вводять в сплави для рафінування і модифікування. Крім цього, пузирчики нагрітого газу, які виходять із плазмотрона, захоплюються розплавом і надходять в активну зону Ш-подібного каналу. Газові пузирчики, що присутні в розплаві, порушують суцільність потоку металу в активній зоні. В результаті цього зменшується величина електромагнітної сили, під дією якої метал переміщується по каналу вгору, і знижується інтенсивність спрямованого руху розплаву в рідкій ванні, що знижує ефект рафінування сплавів. Задачею запропонованого винаходу є створення способу плазмової обробки сплавів у магнітодинамічній установці, який дозволить вводити в розплав рафінуючі та модифікуючі добавки у високореакційному (рідкому і пароподібному) стані, значно диспергувати їх разом з нагрітим газом, підвищити поверхню газореагентної взаємодії з розплавом та якість литих виробів. Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованому способі плазмової обробки сплавів у магнітодинамічній установці, який включає нагрів розплаву індукторами, що утворюють Ш-подібний канал з вертикальними ділянками, і постійне переміщення розплаву до плазмового струменя електромагнітними силами, згідно з винаходом, розплав під електромагнітним тиском, який на 10-15 % перевищує надлишковий тиск плазмоутворюючого газу, подають в корпус плазмотрона, що щільно встановлений на днищі ванни над однією із вертикальних ділянок каналу, а нагріті плазмою газ і рафінуючі або модифікуючі добавки разом з розплавом постійно витискують із плазмотрона в рідкометалеву ванну крізь отвори діаметром 1-3 мм в корпусі, які розташовані на відстані 30-50 мм від днища. Запропонований спосіб дозволяє нагрівати сплави в процесі обробки плазмовим струменем і індукторами, що розташовані в магнітодинамічній установці, вводити в розплав газореагентні середовища у високореакційному (рідкому і пароподібному) стані. Спосіб також забезпечує високий ступінь диспергування газу і добавок, якими рафінують або модифікують сплави. В 1 UA 113663 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 результаті цього збільшується поверхня газореагентної взаємодії в розплаві і підвищується ефективність процесів рафінування та модифікування сплавів. Обробку сплавів запропонованим способом здійснюють в умовах, коли електромагнітний тиск, під яким розплав подають в корпус плазмотрона на 10-15 % перевищує надлишковий тиск плазмоутворюючого газу. При такому оптимальному перевищенні електромагнітного тиску над тиском газу в плазмотроні забезпечується стабільне горіння плазмової дуги і інтенсивне диспергування нагрітого газу на дрібні пузирчики та реагентів, які вводять в сплави. При меншому 10 % перевищенні електромагнітного тиску газореагентні середовища, що виходять із отворів в корпусі разом з розплавом, слабо диспергуються і нерівномірно розподіляються в сплаві. У випадку перевищення електромагнітного тиску над надлишковим тиском газу в плазмотроні більш ніж на 15 %, над рівнем розплаву утворюється бурління. В результаті цього змінюється міжелектродна відстань (між катодом і металом) і порушується стабільність горіння електричної дуги в плазмотроні. Нагріті плазмою реагенти і газ разом з розплавом постійно витискують із плазмотрона крізь отвори діаметром 1-3 мм. При таких діаметрах отворів газореагентні середовища, що витискуються з корпусу, інтенсивно диспергуються і рівномірно розподіляються в сплаві. При діаметрі отворів менше 1 мм необхідно створювати підвищений електромагнітний тиск на рідкий метал, що потребує встановлення потужного електромагніта в установці. В результаті цього ускладнюється конструкція магнітодинамічної установки і витрачається більше енергії на обробку сплавів. Поряд з вказаним, при малих діаметрах (