UA75829C2

UA75829C2 - A method for the vacuum-plasma treatment of non-ferrous alloys

Info

Publication number: UA75829C2
Application number: UA20041109751A
Authority: UA
Inventors: Volodymyr Leontiiovych Naidek; Anatolii Vasyliovych Narivskyi; Volodymyr Ivanovych Kurpas; Davyd Myronovych Bilenkyi; Mykola Serhiiovych Hanzha
Original assignee: Physical Technological Inst Metals & Alloys Nat Acad Sciences Ukraine
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2006-05-15

Abstract

The invention relates to the special metallurgy, in particular to the method of vacuum-plasma treatment of melt of non-ferrous alloys. A method for the vacuum-plasma treatment of the melt of non-ferrous alloys involves blow-through thereof with immersed plasma jet, transporting the mentioned melt through the column of gas-lift with gas heated in plasmatron, vacuumization of the melt in the reaction chamber, vacuum hardening the melt being performed with treated melt. After vacuumization, the melt in the reaction chamber is dispersed in the form of jets and drops in vacuum and continuously supplied for pouring from upper layers thereof which are at a distance m from the melt column, being maintained with residual pressure in the reaction chamber above the level of treated alloy melt. The invention provides melt dehydration, reducing the content of non-metallic inclusions and increase of mechanical characteristics of ingots being obtained from the treated melt

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до металургії та ливарного виробництва і може бути використаним при рафінуванні і 2 модифікуванні кольорових сплавів.The invention relates to metallurgy and foundry production and can be used in the refining and 2 modification of non-ferrous alloys.

Відомий спосіб обробки рідкої сталі вакуумом і нейтральним газом при порційному вакуумуванні ІпатентA known method of processing liquid steel with vacuum and neutral gas during batch vacuuming is Ipatent

Японії Мо 10-154, МПК С21С 7/10, 1975 рі), за яким аргон подають через вогнетривку пористу фурму, встановлену в дні ковша співвісно з патрубком вакуум-камери так, щоб при своєму підйомі інертний газ поступав в патрубок. Одночасно проводиться продувка металу в ковші через таку ж фурму, розміщену осторонь від осі 70 патрубка. Недоліком цього способу є зниження температури розплаву під час обробки і мала поверхня взаємодії металу з газами за рахунок недостатнього диспергування газових бульбашок і зливання їх в крупні при піднятті в металі.of Japan Mo 10-154, IPC C21C 7/10, 1975), according to which argon is supplied through a refractory porous tuyere installed at the bottom of the ladle coaxially with the nozzle of the vacuum chamber so that the inert gas enters the nozzle during its rise. At the same time, the metal in the bucket is blown through the same nozzle, located away from the axis 70 of the nozzle. The disadvantage of this method is a decrease in the temperature of the melt during processing and a small surface for the interaction of the metal with gases due to insufficient dispersion of gas bubbles and their merging into large ones when raised in the metal.

Відомий також спосіб вакуумної обробки рідкого металу в струмені (а.с. 532637, СРСР МПК? С21С7/10.A method of vacuum processing of liquid metal in a jet is also known (a.s. 532637, USSR IPC? С21С7/10.

Опубл. - 1976. Бюл. Мо39), за яким метал в струмені нагрівають до 0,8-1,0 температури його кипіння у т розрідженому просторі. Прогрівання всієї маси струменя, що вільно падає, і отримання необхідної температури металу при заданому залишковому тиску у вакуумному просторі здійснюються за допомогою електродугового розряду на струмінь уздовж його осі утворюванням різниці електричних потенціалів між шарами металу в проміжній і приймальній вакуумованих ємкостях. До недоліків цього способу слід віднести низьку ефективність вакуумування розплавів внаслідок недостатньої інтенсивності перемішування розплаву падаючим струменем і складністю здійснення такої обробки у промислових умовах.Publ. - 1976. Bull. Мо39), according to which the metal in the jet is heated to 0.8-1.0 of its boiling temperature in a rarefied space. Heating of the entire mass of the freely falling jet and obtaining the required temperature of the metal at a given residual pressure in the vacuum space is carried out with the help of an electric arc discharge on the jet along its axis by the formation of a difference in electric potentials between the layers of metal in the intermediate and receiving evacuated containers. The disadvantages of this method include the low efficiency of vacuuming melts due to the insufficient intensity of mixing of the melt by the falling jet and the difficulty of performing such processing in industrial conditions.

Найбільш близьким (прототипом) до запропонованого винаходу щодо технічної суті та досягнутого результату є спосіб обробки рідкого металу (Патент України Моб9091 А МПК" С228 9/04, С228 9/05. Опубл. - 2004. Бюл. Мо8), який включає плазмовий нагрів, продувку високотемпературними середовищами вакуумованого сч дв розплаву. Кольорові сплави рафінують та модифікують цим способом у реакційній камері, вакуумне ущільнення якої здійснюють оброблюваним розплавом без герметизації всієї ванни з металом. (о)The closest (prototype) to the proposed invention in terms of the technical essence and the achieved result is the method of liquid metal processing (Patent of Ukraine Mob9091 А MPK" C228 9/04, C228 9/05. Publ. - 2004. Bull. Mo8), which includes plasma heating , blowing with high-temperature media of vacuumed high-temperature melt. Colored alloys are refined and modified in this way in a reaction chamber, which is vacuum sealed by the processed melt without sealing the entire bath with metal. (o)

Недоліком цього способу є відносно низький рівень дегазації сплавів внаслідок недостатньої інтенсивності взаємодії розплаву з рафінуючими середовищами.The disadvantage of this method is a relatively low level of degassing of alloys due to the insufficient intensity of the interaction of the melt with the refining media.

В основу запропонованого винаходу поставлена задача - розробити спосіб комбінованого впливу на рідкий ФуThe proposed invention is based on the task of developing a method of combined influence on liquid Fu

Метал, що дозволяє підвищити ефективність рафінування та модифікування розплавів у потоці.A metal that allows to increase the efficiency of refining and modification of melts in the stream.

Поставленої цілі досягнуто таким чином, що в запропонованому способі вакуум-плазмової обробки с кольорових сплавів, який включає продувку розплаву заглибленим плазмовим струменем, транспортування со металу через колону газліфту нагрітим в плазмотроні газом, вакуумування розплаву в реакційній камері, герметизацію якої здійснюють оброблюваним розплавом, згідно з винаходом, розплав після І в) зв / Сструменево-крапельного вакуумування безперервно подають на розливку з верхніх шарів, які знаходяться на М відстані «0,25 м від поверхні стовпа металу, що підтримується залишковим тиском у реакційній камері над рівнем оброблюваного сплаву в порожнині для рафінування.The goal was achieved in such a way that in the proposed method of vacuum-plasma processing of non-ferrous alloys, which includes blowing the melt with a deep plasma jet, transporting the metal through the gas lift column with gas heated in the plasmatron, vacuuming the melt in the reaction chamber, which is sealed with the processed melt, according to with the invention, the melt after I c) z / Sjet-droplet vacuuming is continuously fed to the casting from the upper layers, which are at a distance M of "0.25 m from the surface of the metal pillar, which is supported by the residual pressure in the reaction chamber above the level of the processed alloy in the cavity for refining.

Спосіб відрізняється ще тим, що поступаючий з колони газліфту в реакційну камеру розплав здрібнюють на струмені та краплі над поверхнею стовпа металу. « 20 Запропонований спосіб дозволяє ефективно обробляти сплав у потоці за рахунок інтенсивного з с перемішування розплаву плазмовими струменем та бульбашками високотемпературного газу в колоні газліфту.The method also differs in that the melt coming from the gas lift column into the reaction chamber is ground into jets and drops over the surface of the metal column. " 20 The proposed method makes it possible to effectively process the alloy in the flow due to intensive mixing of the melt with a plasma jet and high-temperature gas bubbles in the gas lift column.

При виході із колони розплав потрапляє на диспергатор і стікає у вигляді струменів і крапель через отвори у з ньому на поверхню стовпа металу у камері. Під час струменево-крапельного вакуумування розплаву видалення водню з кольорових сплавів відбувається у кінетичному режимі, швидкості якого на порядок і більше перевищують швидкості у дифузійному. У верхніх шарах стовпа металу дегазація сплавів можлива у -1 дифузійному режимі лише на глибині не більше 0,25м. Для вакуумного видалення водню зі сплаву на більшій глибині необхідно створювати в камері високий залишковий тиск, що ускладнює конструкції і процес рафінування о в цілому. Тому постійний відвід розплаву з верхніх шарів стовпа металу у камері, розташованих на глибині до со 0,25м від його поверхні, забезпечує глибоку дегазацію сплавів у кінетичному (струменево-крапельному) та 20 дифузійному режимах при їхньому рафінуванні. іме) Реалізація запропонованого способу здійснюється по схемі, яка показана на фіг. Установка складається зWhen leaving the column, the melt falls on the disperser and flows in the form of jets and drops through the holes in it onto the surface of the metal column in the chamber. During jet-droplet vacuuming of the melt, the removal of hydrogen from non-ferrous alloys occurs in a kinetic mode, the speed of which is an order of magnitude higher than the speed of the diffusion mode. In the upper layers of the metal column, degassing of alloys is possible in the -1 diffusion mode only at a depth of no more than 0.25 m. For the vacuum removal of hydrogen from the alloy at a greater depth, it is necessary to create a high residual pressure in the chamber, which complicates the design and the refining process as a whole. Therefore, the constant removal of melt from the upper layers of the metal column in the chamber, located at a depth of up to 0.25 m from its surface, ensures deep degassing of alloys in kinetic (jet-droplet) and 20 diffusion modes during their refining. ime) Implementation of the proposed method is carried out according to the scheme shown in fig. The installation consists of

Ге) плазмотрону 1; реакційної камери 2; розплаву З у рафініруючій ємкості; колони газліфту 4; диспергатора 5, який закріплено нижче зливних отворів в колоні.He) plasmatron 1; reaction chamber 2; melt C in the refining tank; gas lift columns 4; disperser 5, which is fixed below the drain holes in the column.

Обробку розплавів запропонованим способом здійснюють так. відкритому доступі інертного газу (аргон, азот, бота інші) включають плазмотрон 1 і занурюють його разом з реакційною камерою 2 у розплав З на задану глибину.Processing of melts by the proposed method is carried out as follows. in the open access of inert gas (argon, nitrogen, bota, others) include the plasmatron 1 and immerse it together with the reaction chamber 2 in the melt C to a given depth.

Занурення у метал плазмотрону з камерою проводять за допомогою поворотного механізму переміщення (на (Ф) фіг. не вказаний). Закривають пробкою з вогнетривкого матеріалу (азбест, графіт, глина та інше) отвір наImmersion in the metal of the plasmatron with the camera is carried out using a rotary movement mechanism (not shown in (F) of the figure). The hole on the

ГІ виході із зливного металопроводу. Після цього вмикають вакуумний насос або подають стиснуте повітря на ежектор, внаслідок чого у реакційній камері створюється розрідження. Під дією розрідження розплав у камері во піднімається на значну висоту, яка залежить від рівня вакууму.GIs come out of the drain metal pipe. After that, the vacuum pump is turned on or compressed air is supplied to the ejector, as a result of which a vacuum is created in the reaction chamber. Under the action of rarefaction, the melt in the chamber rises to a considerable height, which depends on the vacuum level.

При перекритті розплавом, який піднімається, зливного отвору у камері пробку із металопроводу виймають.When the drain hole in the chamber is blocked by the rising melt, the plug is removed from the metal pipe.

Метал, який пройшов плазмову обробку і струменево-крапельне вакуумування, по металопроводу поступає на позицію зливання (форма, конвеєр, кристалізатор). Висока ефективність рафінування сплавів досягається внаслідок інтенсивної взаємодії металу з бульбашками нагрітого плазмоутворюючого газу при піднятті в5 газометалевої суміші в колоні 4 та глибокого струменево-крапельного вакуумування в реакційній камері.The metal, which has undergone plasma treatment and jet-droplet vacuuming, enters the casting position (form, conveyor, crystallizer) along the metal pipe. The high efficiency of alloy refining is achieved due to the intense interaction of the metal with the bubbles of the heated plasma-forming gas during the lifting of the gas-metal mixture in column 4 and deep jet-droplet vacuuming in the reaction chamber.

Реалізація запропонованого способу була здійснена на алюмінієвому сплаві АК?7, який плавили у печі опору з графітовим тиглем об'ємом 80 кг. Після розплавлення та перегріву металу до температури 990-1000 К відкривали доступ аргону до плазмотрону. При витраті аргону 6-6,5 л/хв.. проводили підпал електричної дуги в плазмотроні. На плазмотрон від джерела живлення подавали напругу 35-40 В. Струм дуги при цьому був 400-420 А. При цих параметрах роботи плазмотрон разом з вакуумною камерою занурювали у розплав на глибину 250 мм від нижнього зрізу камери. Після цього закривали азбестом отвір (0-З3Омм) в металопроводі з азботермосилікатної труби, вмикали вакуумний насос і досягали у камері розрідження 900 мм вод. ст., потім відкривали металопровід і оброблений метал з реакційної камери зливали в розпивочний ківш. З цього металу робили виливки зразків для визначення механічних властивостей, вмісту водню і твердих неметалевих включень 7/0 в металі (дивись таблицю).The implementation of the proposed method was carried out on aluminum alloy AK?7, which was melted in a resistance furnace with a graphite crucible with a volume of 80 kg. After melting and overheating the metal to a temperature of 990-1000 K, argon access to the plasmatron was opened. At an argon flow rate of 6-6.5 l/min., ignition of an electric arc was carried out in a plasmatron. A voltage of 35-40 V was supplied to the plasmatron from the power source. The arc current was 400-420 A. Under these operating parameters, the plasmatron together with the vacuum chamber was immersed in the melt to a depth of 250 mm from the lower section of the chamber. After that, the hole (0-33 Ohm) in the metal conduit from the asbestos-thermosilicate pipe was closed with asbestos, the vacuum pump was turned on and a dilution of 900 mm of water was reached in the chamber. st., then the metal conduit was opened and the treated metal was poured from the reaction chamber into the drinking ladle. Samples were cast from this metal to determine the mechanical properties, hydrogen content and solid non-metallic inclusions of 7/0 in the metal (see table).

Дослідження якості металу показало, що після обробки сплаву запропонованим способом кількість водню в ньому значно зменшується. Внаслідок цього підвищуються міцностні і пластичні характеристики сплаву.The study of the quality of the metal showed that after processing the alloy by the proposed method, the amount of hydrogen in it is significantly reduced. As a result, the strength and plastic characteristics of the alloy increase.

Отже, запропонований спосіб на відміну від прототипу та інших аналогів, дає змогу одержати новий технічний ефект, виражений у підвищенні ступеню рафінування кольорових сплавів у потоці при безперервній /5 розливці металу.Therefore, the proposed method, in contrast to the prototype and other analogs, makes it possible to obtain a new technical effect, expressed in an increase in the degree of refining of non-ferrous alloys in the flow during continuous metal casting.

Claims

The formula of the invention is the method of vacuum-plasma processing of the melt of non-ferrous alloys, which includes its blowing with a submerged plasma jet, transportation of the specified melt through the gas lift column with gas heated in the plasmatron, vacuuming of the specified melt in the reaction chamber, the vacuum sealing of which is carried out by the processed melt, which is distinguished by the fact that the melt after vacuuming in the reaction chamber, it is jet-dropwise dispersed in a vacuum and continuously fed to the casting from its upper layers, which are located at a distance of -025 m from the surface of the melt column, which is supported by the residual pressure in the reaction chamber above the level o of the melt processed in the reaction chamber . (o) c (ee) IF) and -

- and? -i 1 (ee) ime) 3e) ime) 60 b5