Устройство для пульсационной обработки расплава

 

Использование: перемешивание жидкого металла в прибылях литейных форм при отливке слитков и крупных отливок. Цель изобретения: повышение эффективности обработки. Сущность изобретения: устройство содержит установленную на торце прибыльной части формы опорную раму с упругими опорными элементами, размещенную на ней погружаемую в расплав огнеупорную трубу и систему подвода и отвода рабочего газа, При этом опорная рама выполнена в три-четыре раза большей массой, чем масса огнеупорной трубы, а общая жесткость упругих элементов равна

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 22 D 7/12

ГОСУДАРСТВ ЕННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ () фь

СО

/ а

1 (21) 4827420/02 (22) 21.05.90 (46) 30.09.92. Бюл, ¹ 36 (71) Донецкий политехнический институт (72) А. Н. Смирнов, С. В. Пильгук, Н. B. Борзых, B. А. Литвинов, А. Л. Редько, Н, А. Максимов и А. B. Топал (56) Авторское свидетельство СССР

N 529903, кл. В 22 D 27/14, 1975.

Авторское свидетельство СССР

N 554291, кл. С 21 С 1/00, 1977, Авторское свидетельство СССР

N 628999, кл. В 22 D 7/12, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПУЛЬСАЦИОННОЙ

ОБРАБОТКИ РАСПЛАВА (57) Использование: перемешивание жидкого металла в прибылях литейных форм при

Изобретение относится к черной металлургии, тяжелому машиностроению, и в частности к получению крупных слитков и отливок с принудительным перемещением металла в прибылях методом пульсационной обработки.

В практике металлургического производства известно техническое решение, в котором с целью улучшения качества структуры и однородности металла слиток после заливки продувают инертным газом через пористую пробку, размещенную в днище изложницы. При этом достигается перемешивание жидкого металла, что повышает степень однородности литого металла.

Основным недостатком известного устройства является невозможность длительной продувки кристаллизующегося расплава из-за раннего образования твер,, Ы 1764782А1 отливке слитков и крупных отливок. Цель изобретения: повышение эффективности обработки. Сущность изобретения: устройство содержит установленную на торце прибыльной части формы опорную раму с упругими опорными элементами, размещенную на ней погружаемую в расплав огнеупорную трубу и систему подвода и отвода рабочего газа, При этом опорная рама выполнена в три-четыре раза большей массой, чем масса огнеупорной трубы, а общая жесткость упругих элементов равна (15...20)m/h где m — масса рамы в кг, h— высота погружаемой в расплав части огнеупорной трубы в м. 2 ил. дой корочки у стенок изложницы. Кроме того, пузырьки газа,"проябдящйе "через рас плав, могут застревать в нем в связи с увеличением вязкости расплава. Это приводит к дополнительным дефектам в виде пористости, " Наиболее близким по технической сущности является устройство для перемешивания жидкого -металла, Имеющее огнеупорную трубу с системой ее прижима к корпусу и патрубок в верхней части трубы, При работе такое устройство устанавливают по центру прибыльной надставки изложницы непосредственно перед разливкой металла. Через штуцер после отливки тела слитка газ с заданнымдавлением подается в полость огнеупорной трубы с целью предупреждения попадайия металла в йолость трубы. После заполнения прибыли полость

1764782

20

25 т металл в глубь слитка.

35

45

50 трубы связывается с атмосферой. Затем в полость огнеупорной трубы под рабочим давлением подается газ, который выталкивает столб жидкого металла в глубь слитка, вызывая тем самым перемешивание жидкой сердцевины слитка. Недостатком такого устройства является то, что в перемешивание вовлекается лишь сердцевина слитка, причем в слоях, находящихся значительно ниже прибыли. Верхние слои металла в перемешивание практически не вовлекаются, что ведет к образованию "моста" на поверхности металла и резкому снижению эффективности перемешивания.

Цель изобретения — повышение эффективности пульсационной обработки жидкой фазы слитков и отливок.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем опорную раму, погружаемую в расплав огнеупорную трубу и систему патрубков с распределительным клапаном, опорная рама в местах контакта с прибыльной надставкой снабжена упругими элементами, причем масса опорной рамы составляет 3 — 4 массы огнеупорной трубы, а суммарная жесткость упругих элементов определяется из выражения (15...20) —,, где m — масса опорной рамы, кг;

h — высота рабочей части огнеупорной трубы, м.

Новым в предлагаемом изобретении является следующее: наличие упругих элементов в местах контакта опорной рамы с прибыльной надставкой, причем масса опорной рамы составляет 3 — 4 массы огнеупорной трубы, а суммарная жесткость упругих элементов определяется из выражения (15...20) —, m где m — масса опорной рамы, кг;

h — высота рабочей части огнеупорной трубы, м.

B практике металлургического производства известно устройство по способу модифицирования металлов, в котором с целью стабилизации результатов модифицирования трубу погружают в расплав и накладывают на нее вибрацию в направлении оси с амплитудой 1 — 5 мм, В, трубу, погруженную в расплав, подают модификаторы, которые реагируют с жидким металлом, а вибрация трубы способствует удалению из реакционной зоны продуктов реакции и части непрореагировавших частиц, а также увеличению скорости усвоения модификатора. В отличие от заявляемого решения известное решение не обеспечивает равномерного перемеогивания металла по всему объему, а осуществляет его лишь локально вблизи трубы. Для осуществления осевых вибраций нужен специальный вибратор, что значительно усложняет конструкцию и снижает ее надежность, B отличие от известноro технического решения в заявляемом решении перемешивание осуществляется по всему объему, а наличие упругих элементов вызывает осевое перемещение трубы в результате периодической подачи газа в огнеупорную труЪку.

Известно также устройство для перемешивания жидкого металла, имеющее в своем составе колонну с расположенным на ее верхнем торце клапаном,в котором перемешивание осуществляется в результате периодического открывания или закрывания клапана при одновременном синхронном опускании или поднимании трубы, В отличие от заявляемого в известном решении скорость истекания металла из трубы определяется наполнением трубы в предыдущей фазе цикла (заглубления трубы и запирания клапана), что не может обеспечить высокоэффективного перемешивания глубинных слоев металла, В заявляемом решении подача избыточного давления в колонну позволяет со значительной силой выталкивать

Таким образом, указанная совокупность признаков предложенного технического решения среди литературных источников не обнаружена. Однако именно она обеспечивает достижение поставленной цели — повышение эффективности пульсационной обработки. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что предложенная совокупность отличительных признаков соответствует критерию

"существенные отличия", Опорная рама в местах контакта с прибыльной надставкой снабжена упругими элементами. В процессе подачи газа во внутреннюю полость огнеупорной трубы в результате действия реактивного эффекта и выталкивающей силы и за счет растяжения упругих элементов опорная рама вместе с трубкой приподнимается, а при стравливании газа из трубы под действием собственного веса и сжимающего усилия упругих элементов рама опускается. При этом пульсирующая затопленная струя обеспечивает перемешивание нижних слоев расплава, а колеблющаяся трубка — верхних.

Масса опорной рамы составляет 3 — 4 массы огнеупорной трубы. Увеличение этоro соотношения свыше 4 ведет к возрастанию инерционности всей системы и невозможности обеспечить реактивный эффект за счет подачи газа во внутреннюю

1764782 полость трубы. При массе опорной рамы менее 3-х масс огнеупорной трубы резко падает устойчивость всего устройства, находящегося на прибыли, и при вхождении в 5 резонанс в случае отрыва опор от прибыли и смещении устройства возможно его опрокидывание и возникновение аварийной ситуации.

Суммарная жесткость упругих элемен- 10 тов определяется как (15„,20) —, m — масса

h опорной рамы, кг; h — высота рабочей части огнеупорной трубы, м, Такая величина соотношения m u h обеспечивает cîãëàñîâàêèå 15 колебательных свойств системы "пульсационная труба — прибыль" и колебательных свойств системы "опорная рама — упругие элементы". Затраты энергии для обеспечения функционирования устройства в дан- 20 ном случае минимальны. Амплитуда перемещения трубки при этом имеет максимальный размах, что обеспечивает высокую эффективность перемешивания. Уменьшение жесткости упругих элементов менее 25

15 — „, так же KGK и увеличение свыше 20 —, m гп приводит к рассогласованию колебательных свойств обеих систем и резкому снижению эффективности пульса цион ной 30 обработки.

На фиг. 1 — 2 показана принципиальная схема предложенного устройства. Устройство содержит огнеупорную трубу 1, закрепленную в опорной раме 2, которая в местах 35 контакта с прибылью 3 снабжена упругими элементами 4. В прибыли 3 находится жидкий металл 5.

Устройство работает следующим образом. Во внутреннюю полость огнеупорной 40 трубы 1 под давлением подается рабочий газ, При этом происходит вытеснение ме-талла из трубы в глубь слитка, а сама труба

1 вместе с опорной рамой 2 приподнимается вверх за счет растяжения упругих эле- 45 ментов 4 под действием реактивной и выталкивающей сил (на фигуре часть а). При соединении внутренней полости огнеупорной трубы 1 с атмосферой жидкий металл 5 заполняет ее внутреннюю полость. Под вли- 50 янием силы тяжести опорная рама 2 с тру-. бой 1 опускается вниз (на фигуре часть б). В дальнейшем цикл повторяется. В результате пульсирующая струя организует перемешивание в нижних слоях, а 55 перемещающаяся вверх-вниз трубка — в верхних.

Пример. В условиях литейного цеха

Краматорского завода "Энергомашспецсталь" обрабатывали отливки типа "лопасть", Марка стали 06Х12НЗДЛ. Прибыль круглая высотой 1200 мм, диаметр зеркала прибыли t600 мм. Устройство размещалось на прибыли отливки перед заливкой, а обработку начинали после заливки металла в форму.

Материал огнеупорной трубы — графитошамот, внутренний диаметр трубы — 150 мм. В качестве рабочего газа использовался воздух, длительность обработки составила

1,5 часа. Выбор рациональной частоты пуль сации осуществляли путем наблюдения за изменением амплитуды колебаний уровня металла в прибыли и амплитуды колебаний опорной рамы, установленной на упругих элементах. Применительно к обрабатываемой отливке рациональная частота, обеспечивающая максималь ную амплитуд у колебаний расплава в прибыли и опорной рамы, составила 0,35 — 0,39 Гц. Результаты обработки отливки по заявляемому техническому решению приведены в таблице, Глубина проникновения усадочных дефектов контролировалась после порезки прибылей отливки, Как видно из приведенных в таблице результатов, при обработке прибылей отливок в соответствии с заявляемым техническим решением глубина проникновения усадочных дефектов уменьшается в среднем на 300 — 350 мм, чтг> позволяет уменьшить массу прибылей на 25 — 30;ь.

Оценка эффективности предлагаемого технического решения осуществлена в сравнении с технологией получения отливок лопастей, используемой на заводе

"Энергомашспецсталь", промышленные показатели которой соответствуют каилучшим отечественным и зарубежным образцам (базовый объект), По существующей технологии прибыльные части утепляются смесью перлита и коксика. Результаты использования базовой технологии приведены в таблице.

Суммарный зкономический эффект можно рассчитать от снижения потерь металла с прибылями (повышения выхода годного):

Э=(Ц1 — Цг) (М вЂ” М ) — Р Цз=(51,9 — 181)x х (9,2 — 6,85) — 40 2=714,3, где Ц вЂ” себестоимость 1 т стали марки

06Х12НЗДЛ. Ц1=519 руб., Ц2 — цена 1 т отходов стали

06Х12НЗДЛ, Цг=-181 руб., M> — масса металла в прибыли по базовой технологии, для лопасти М = 200 т, M2 — масса металла в прибыли по заявляемому техническому решению, М =6.85 т (уменьшение массы прибыли на 26/), Р— расход огнеупоров на трубку, Р=40 кг, 1764782

Цз — стоимость 1 кг огнеупорных труб, Цз=2 py5/êã, Экономический эффект на 1 т при массе отливки 22,4 т (без прибыли) составит:

Э = — = =31,9 руб/т.

Э 7143

22,4 22,4 и отвода рабочего газа с распределительным клапаном для периодического и последовательного соединения внутренней полости огнеупорной трубы с питающим га5 зопроводом и атмосферой, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности обработки, опорная рама выполнена массой в три-четыре раза большей, чем масса огнеупорной трубы, и снабжена

10 упругими опорными элементами с суммарной жесткостью, равной(15...20)m/h, где m— масса опорной рамы, кг; h — высота погружаемой в расплав части огнеупорной трубы, м.

Формула изобретения

Устройство для пульсационной обработки расплава в емкости, содержащее установленную на ее торце опорную раму, размещенную на ней погружаемую в расплав.огнеупорную трубу и систему подвода

Масса опроной рамы

Глубина проникновения концентрированной усадочной раковины, мм

Плотность металла в нижней части прибыли (по оси), кг/м

Жесткость упругих элементов абсол ютн. кг абсолютн,, Н/м относительно массы трубы относительно

m/h без и гих эл ементов

Примечания: а) масса трубы — 35 кг; б) масса рамы — 35 3,5 = 122,5 кг; в) высота трубы — 0,8 м, 10

13

17

22

17

17

17

17

17

1531

2297

2603

3062

3369

3828

2600

3,5

3,5

3,5

3,5

3,5

3,5

3,5

2,5

2,8

3,0

4,0

4,1

4,5

122,5

122,5

122,5

122,5

122,5

122,5

122,5

87,5

98

144

157,5

500

7793

7801

7819

7824

7803

7812

7828

7818

7809

7804

17á4782

Составитель А. Смирнов

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор В, Петраш

Заказ 3333 Тираж 341 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по.изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101