Устройство для легирования расплава

 

Изобретение относится к металлургии и может быть Использовано при внепечной обработке расплава, например для легирования расплава азотом. Цель изобретения - повышение эффективности легирования путем интенсификации тепломассообменных процессов в расплаве. Устройство включает реакционную камеру, образованную полым цилиндрическим электродом, погружаемым в расплав, другим электродом и устройством подачи газа, установленными в верхней части цилиндрического электрода. При обработке расплава металл из реакционной камеры, где он подвергается воздействию плазменной дуги, эжектируется через отверстия в нижней части цилиндрического электрода в объем расплава. Эффект эжекции достигается за счет движения транспортирующего газа по внешнему контуру цилиндрического электрода . Интенсификация тепломассообменных процессов в реакционной зоне и объеме расплава позволили повысить степень легирования расплава, например азотом,повысить качество легирования расплава, например азотом, повысить качество металла. 1 1Л., 1 табл. 2 (Л CZ ро

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) 038 А1 (51)4 С 21 С 7/00, С 22 В 9/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3903758/22-02 (22) 03.06.85 (46) 30.03,87. Бюл. Y - 12 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г.И. Носова (72) В,К. Литвинов, Н.И. Иванов, А.П. Коптев, Е.Б. Агапитов, А.П. Морозов и И.А. Петрук (53) 669.187.25(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 401725, кл. С 21 С 7/00, 1971.

Патент США Р 4152532, кл.13-2Р, 1977, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ РАСПЛАВА (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при внепечной обработке расплава, например для легирования расплава азотом.

Цель изобретения — повышение эффективности легирования путем интенсификации тепломассообменных процессов в расплаве. Устройство включает реакционную камеру, образованную полым цилиндрическим электродом, погружаемым в расплав, другим электродом и устройством подачи газа, установленными в верхней части цилиндрического электрода. При обработке расплава металл из реакционной камеры, где он подвергается воздействию плазменной дуги, эжектируется через отверстия в нижней части цилиндрического . электрода в объем расплава. Эффект эжекции достигается за счет движения транспортирующего газа по внешнему контуру цилиндрического электрода. Интенсификация тепломассообменных процессов в реакционной зоне и объеме расплава позволили повысить степень легирования расплава, например азотом, повысить качество легирования расплава, например азотом, повысить качество металла. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при внепечной обработке расплава, например при легировании расплава азотом.

Цель изобретения — повышение эффективности легирования путем интенсификации тепло-массообменных процессов в расплаве.

На чертеже изображено устройство для легирования расплава, общий вид.

Устройство включает водоохлаждаемый каркас 1, закрепленные на нем электрод 2, полый цилиндрический электрод 3, устройство 4 для подачи газа, одновременно являющееся изолятором между электродом 2 и полым ци- линдрическим электродом 3, огнеупорный цилиндр 5, между которым и полым цилиндрическим электродом 3 установлена втулка 6 с. отверстиями 7, также закрепленная на каркасе 1. Расплав

8 расположен в емкости 9. На нижнем конце полого цилиндрического электрода 3 выполнены радиальные отверстия 10 для перетока части расплава

11, находящегося во внутренней полости полого цилиндрического электрода

3, в полость 12. Позицией 13 на чертеже изображена электрическая дуга, горящая между электродом 2 и расплаВом 11ь

Устройство работает следующим образом. ,.Устройство для легирования расплава опускают в емкость 9 с распла- 35 вом 8 настолько, чтобы можно быпо зажечь электрическую дугу 13 между электродом 2 и расплавом 11. Одновременно открывают подачу плазмообразующего газа, например азота, через устройство 4 для подачи газа и транспортирующего газа через отверстие 7 втулки 6. Затем осциллятором (не показан) возбуждают электрическую дугу 13 между электродом 2 и расплавом 1 1 Далее повышают давление ппазмообразующего газа, вследствие чего уровень расплава 11 опускается по высоте полого цилиндрического электрода 3 и электрическая дуга 13 растя- 50 гивается. Повышают давление плазмообразующего газа до величины, при которой отверстия 10 для перетока расплава 11 находятся, ниже его уровня, и поддерживают ее постоянной, В 55 реакционной зоне, т.е. в полости цилиндрического электрода 3, где горит электрическая дуга, на расплаве

38 2

11 происходит активное легирование азотом, Транспортирующий газ, выходящий из втулки 6, движется вдоль полости 12, через отверстия 10 эжектирует легированный расплав 11, находящийся в реакционной зоне, и выносит его вглубь обрабатываемого расплава

8, а в реакционную зону поступают новые порции необработанного расплава 8, Таким образом, вследствие циркуляции расплава через реакционную зону весь расплав насыщается азотом, При интенсивной циркуляции расплава происходит также выравнивание температуры и концентрации по массе расплава.

Расходом транспортирующего газа регулируется интенсивность циркуляции расплава, т.е. время пребывания обрабатываемой порции расплава в реакционной зоне, которое определяет степень обработки расплава, например уровень концентрации азота rI расплаве, причем изменение расхода транспортирующего газа никак не влияет на устойчивость горения электрической дуги„ что особенно важно.

Если, например, свободный конец огнеупорного цилиндра S будет находиться на уровне отверстий 10, то эффекта эжекции не будет, и расплав

11 постоянно будет находиться в реакционной зоне.

В случае, когда свободный конец огнеупорного цилиндра 5 находится на уровне нижнего конца полого цилиндрического электрода 3, определенная часть обработанного распла.— ва 1 1, эжектируемого нз реакционной зоны, опять попадет в последнюю, в результате чего поступление новых необработанных порций металла в реакционную зону буцет затруднительно.

Поэтому в случае азотирования содержание азота в стали по всему обьему будет неравномерным и по величине небольшим, Качество обработа.иной стали будет низкое.

Эффективность работы предлагаемо1о устройства была оценена при азотировании стали 110 Г13Л на экспериментальной установке.

Экспериментальная уста.новка включает индукционную печь типа ИСТ-001 с емкостью тигля 60 кг, системы газо- и водоснабжения, электропитания и контрольно-измерительну|о aII паратуру. Расход азота составил

1300038

ОтносительПредел текучести,кг/мм

Относительное

Сталь

Содержани азота,X

Предел прочности,кг/ ное сужение, Ж удлинение, 7.

60 5

0,01

39,6

22,0

23,0

До обработки

После обработки известным устройством

0,045 68, 1

46,5

24,0

26,1

После обработки предлагаемым уст— ройством

28,0

49,5

26,0

0,065 69,1

1,5-2 r/с, ток дуги 300-350 Л, напряжение 100-110 В; время обработки

8-10 мин. Расход транспортирующего газа- 2,5-3,0 г/с.

Цилиндрический полый электрод выполнен из магнезитоуглеродистого огнеупора, обладающего хорошей электропроводностью, высокой термостойкостью и удельной теплопроводностью, несмачиваемостью металлом и шлаками, 1О высокой механической прочностью и т.д. Ресурс работы электрода составляет 8-10 продувок. Данный электрод также может быть выполнен из углеродглиноземистых, углеродциркониевых 15 и других (в зависимости,от марки обрабатываемой стали) электропроводных огнеупоров. Втулка выполнена из

У технического графита.

Огнеупорный цилиндр выполнен из 20 плавленного магнезитохромита. Ресурс работы составляет 10-12 продувок.

Могут быть применены и другие огнеупоры.

Результаты исследований приведены в таблице.

Из таблицы видно, что качество стали 110Г13Л после обработки предлагаемым устройством выше, чем после 30 обработки известным устройством.

При использовании предлагаемого устройства повышается степень легирования расплава за счет интенсификации тепло-массообменных процессов 35 в реакционной зоне. Увеличение степени легирования расплава, усреднение его химическог< сос гава и температуры повышает качество обрабатываемого металла.

Предлагаемое устройство позволяет в значительной степени изменять интенсивность обработки расплава.

Формула из о бр ете ния

Устройство для легирования расплава, содержащее каркас с закрепленным на нем верхней частью полым цилиндрическим электродом, устройство для подачи газа и электрод, установленные внутри цилиндрического электрода со стороны каркаса, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности легирования путем интенсификации тепло-массооб-. менных процессов в расплаве, в нижней части полого цилиндрического электрода выполнены радиальные отверстия, а устройство снабжено последовательно установленными снаружи цилиндрического электрода концентрично ему и закрепленными на каркасе втулкой с параллельными продольной оси цилиндрического электрода отверстиями, соединенными с устройством подачи газа, и огнеупорным ц; линдром, установленными таким образом, что нижний конец втулки находится выше уровня отверстий в ци линдрическом электроде, а свободный конец огнеупорного цилиндра находится между уровнем отверстий в цилиндрическом электроде и нижним концом цилиндрического электрода.

1300038

Составитель A. Жаров

Техред И.Попович

Корректор Т. Колб

Редактор Е. Конча

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1120/26 Тираж 550

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

1 t