Спосіб обробки рідкого металу в процесі його кристалізації

Реферат: Спосіб обробки рідкого металу в процесі його кристалізації включає введення в рідко-тверду зону злитка, що кристалізується, добавок в герметичній оболонці. Як добавки використовують вибухові речовини або речовини з температурою кипіння в інтервалі від 100 °C до температури твердіння металу, що оброблюється, а також їх суміші, що вводять через рівні відрізки часу. UA 89775 U (54) СПОСІБ ОБРОБКИ РІДКОГО МЕТАЛУ В ПРОЦЕСІ ЙОГО КРИСТАЛІЗАЦІЇ UA 89775 U UA 89775 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до металургії, переважно до способів обробки рідкого металу в процесі його кристалізації і може бути використаний для отримання злитків підвищеної якості. Відомий спосіб зовнішнього впливу на розплав, що кристалізується, за допомогою пружних коливань, що створюються механічною вібрацією "Спосіб віброімпульсного впливу на розплав" (SU № 519899, B22D27/08, B22D7/00, 25.07.79). Недоліками цього способу є: технічна складність здійснення внаслідок конструктивних недоліків існуючого обладнання, що обмежує максимальний об'єм металу, що оброблюється, а також великі витрати енергії, що знижують його промислове використання. Також відомий спосіб підвищення якості структури металу шляхом додавання порошкоподібних модифікаторів "Спосіб отримання сталевих злитків" (SU №835609, B22D7/00, 07.06.81). Недоліком цього способу є локальність впливу та підвищення вмісту несприятливих гострокутних неметалевих включень Аl2О3 в сталі. Як прототип запропоновано "Спосіб отримання сталевих злитків" (SU № 1508426, B22D7/00, 17.02.87), що включає заповнення виливниці рідким металом, введення до злитка, що кристалізується, добавок у герметичній оболонці, затвердіння та охолодження злитка, при цьому добавки вводять у герметичній оболонці в твердо-рідку зону злитка, що кристалізується, а як добавки використовують вологовмісні речовини. Недоліком цього способу є присутність води в ампулах, що вводяться, що може призвести до збільшення вмісту водню, що призводить до дефектів, погіршує макроструктуру злитка та знижує його густину, а також низька ефективність обробки вологовмісними речовинами. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб обробки рідкого металу в процесі його кристалізації, у якому зміна умов введення добавок, їх вмісту та маси забезпечує збільшення ефективності обробки, покращення макроструктури злитка та збільшує густину затверділого металу. Для вирішення поставленої задачі в способі обробки рідкого металу в процесі його кристалізації, що включає введення в рідко-тверду зону злитка, що кристалізується, добавок у герметичній оболонці, відповідно до корисної моделі, як добавки використовують вибухові речовини або речовини з температурою кипіння в інтервалі від 100 °C до температури твердіння металу, що оброблюється, а також їх суміші, що вводять через рівні відрізки часу, а кількість введень визначають за масою злитка згідно з формулою: 5, при Мзл  20;  М  20  N  5  зл , при20  Мзл  120; 10  15, при 120  Мзл  400;  (1) 35 40 45 50 55 де N - кількість введень; Мзл - маса злитка, т, при цьому для останніх 2-5 введень масу добавок зменшують в 2-3 рази у порівнянні з початковою. Суть способу полягає в наступному: при введенні добавки у герметичній оболонці в рідкотверду зону злитка за рахунок високої температури відбувається вибухоподібне розкладання або випаровування добавки, що вводиться, внаслідок чого розвивається високий тиск, який розриває оболонку з утворенням ударної хвилі, яка впливає на оточуючий метал. Зокрема, хвиля впливає на виступаючу щітку дендритів та обламує їх. При цьому ліквати та неметалеві включення, що вже утворилися та накопичились між осями дендритів, отримують можливість випливти, тобто полегшуються умови їх видалення. Уламки дендритів, попадаючи в обсяг рідкого ядра злитка, що кристалізується, самі стають центрами кристалізації, сприяючи подрібненню структури. Періодичне обламування осей дендритів призводить до зменшення ширини зони стовбчастих кристалів, а спресовування уламків дендритів призводить до згущення осьової частини, зниження "V" і "Λ”-подібної ліквації, підвищенню однорідності та якості злитка. Окрім того, в результаті інтенсивного перемішування рідкої серцевини злитка подрібненими уламками дендритів, що падають, та газовими пузирями, що спливають, покращуються умови видалення неметалічних включень, зростає швидкість формування двофазної зони за рахунок осідання кристалів у нижню частину злитка. Введення добавок окремими порціями, кількість яких визначається формулою (1), забезпечує періодичне ущільнення структури, що можна уподібнити вібраційному впливу наднизької частоти, окрім того, зменшення маси добавки у останні періоди введення забезпечує рівномірність обробки при зменшенні розмірів незатверділого ядра у процесі кристалізації злитка. 1 UA 89775 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Як добавки використовують вибухові речовини або речовини з температурою кипіння або сублімації в інтервалі від 100 °C до температури затвердіння металу, що оброблюється, а також їх суміші, в тому числі: - речовини, що випаровуються без зміни хімічного складу, наприклад: - хлорид натрію (Ткип=1465 °C); - хлорид калію (Ткип=1407 °C); - натрій (Ткип=883,15 °C); - кальцій (Ткип=1483.85 °C); - магній (Ткип=1090 °C) - тверді речовини, що випаровуються (сублімують) з розкладенням або без нього, наприклад: - хлорид амонію (Тсубл=337,6 °C) - речовини, що розкладуються вибухоподібно із виділенням великої кількості летючих продуктів (вибухові речовини), наприклад: - нітрат амонію (Ткип - 235 °C, швидкість детонації 2570 м/с); - тринітротолуол, парапітротолуол (Т кип=295 °C, швидкість детонації - 6700-7000 м/с) - суміші вибухових речовин та речовин, що випаровуються, наприклад: - нітротолуоли (тринітротолуол або паранітротолуол) та кальцій; - нітротолуоли та хлорид натрію; - нітротолуоли та силікокальцій. Спосіб обробки, що пропонується, був досліджений шляхом фізичного моделювання. Як речовина, що кристалізується, був вибраний пентагідрат тіосульфату натрію (гіпосульфіт) - Na2S2O3 • 5H2О. Чистий гіпосульфіт при атмосферному тиску плавиться у власній кристалізаційній воді при 56 °C. Препарат, що застосовувався для роботи, мав, залежно від партії, температуру плавлення в інтервалі 48-52 °C, що зв'язано з наявністю в ньому звичайних домішок (сульфіди, сульфіти та сульфати лужних металів). Відзначна особливість моделей, що застосовувались, полягала в тому, що моделювався не весь злиток, а лише його осьовий подовжній переріз. При проведенні експериментів проводилось фотографування та кінозйомка процесу кристалізації злитка. Додатково вивчали структуру отриманих твердих злитків. За приведеною вище методикою провели фізичне моделювання процесу затвердіння злитка при накладенні на рідку область та область, що кристалізується, ударного імпульсного виливу. Обробку здійснювали шляхом перепалювання ніхромового дроту, що був занурений у розплав гіпосульфіту, розрядженням струму від електролітичного конденсатора, що викликало гідравлічний удар. Відзначається наявність характерних шарів в структурі дослідного злитка, які утворились за рахунок ударно-імпульсного впливу. Сформовані шари мають дрібнокристалічну щільну структуру, усадочна раковина має сприятливу форму. Результати досліджень на фізичній моделі дозволили розробити дослідну технологію обробки великих сталевих злитків ударним імпульсним впливом у промислових умовах. Силовий вплив, що виникає при вибуховому характері випаровування добавки складається з ударної хвилі і тиску пульсуючого пузиря. Для сталевого злитка масою 20 т спосіб здійснювали наступним чином: В рідко-тверду зону злитка в період її існування вводили через рівні проміжки часу 5 ампул з паранітротолуолом кількістю 5,5,4,2,1 г відповідно. Кількість введень визначали за формулою (1): при Мзл  20 т кількість введень N дорівнювала 5. Порівняння макроструктури темплетів з прибуткової частини злитків (валового - Фіг.1 Макроструктура осьового темплету з прибуткової частини злитка 20 т, відлитого за валовою технологією - та дослідного - Фіг.2 - Макроструктура особового темплету з прибуткової частини злитка 20 т, обробленого ударним імпульсним впливом) показує суттєву перевагу останнього. У зв'язку зі згущенням осьової частини та збільшенням частки вертикального затвердіння маса рідкого металу у прибутковій частині може бути зменшена на 25-35 %. Злитки, оброблені способом, що пропонується, не мали усадочної раковини в тілі, що також дозволило значно знизити головну обрізь. Це дозволяє отримати суттєвий економічний ефект. Додатково досліджували густину зразків, вирізаних з осьової зони обидвох злитків. 3 Встановили, що для дослідного злитка вона досягає 7,55 г/см при максимальній густині 7,30 3 г/см для зразків з порівняльного злитка. З викладеного випливає, що спосіб обробки рідкого металу в процесі його кристалізації здійснює комплексний вплив на формування внутрішньої будови злитків. В результаті його 2 UA 89775 U застосування подрібнюється структура, згущається зона осьової пористості, розбиваються лікваційні шнури. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб обробки рідкого металу в процесі його кристалізації, що включає введення в рідкотверду зону злитка, що кристалізується, добавок в герметичній оболонці, який відрізняється тим, що як добавки використовують вибухові речовини або речовини з температурою кипіння в інтервалі від 100 °C до температури твердіння металу, що оброблюється, а також їх суміші, що вводять через рівні відрізки часу, а кількість введень визначають за масою злитка згідно з формулою 5, при Мзл  20;  М  20  N  5  зл , при20  Мзл  120; (1) 10  15, при 120  Мзл  400;  де N - кількість введень; Мзл - маса злитка, т, при цьому для останніх 2-5 введень масу добавок зменшують в 2-3 рази у порівнянні з початковою. 3 UA 89775 U Комп’ютерна верстка О. Рябко 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 4