Способ обработки металла легирующим компонентом при непрерывном литье заготовок

Способ обработки металла легирующим компонентом при непрерывном литье заготовок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОБРАБОТКИМЕТАПЛА. ЛЕГИРУМЦИМ .КОШОНЕНТОМ ПРИ НЕПРЕРЫВНОМ ЛИТЬЕ.ЗАГОТОВОК, включающий подачу металла в кристаллизатор и одновременное введение в металл через направляющую трубку легкоплавкого легирующего компонента, о т л и ч аю щи и с я тем, что, с целью снижения угара легкоплавкого компонента , улучшения охраны труда и окружающей среды, легирующий компонент подают в расплав под слой шлака на глубину . 1,

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (я) 4 С 21 С 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCH0IVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ жения угара легкоплавкого компонента, улучшения охраны труда и окружающей среды, легирующий компонент подают в расплав под слой шлака на глубину

1„=(0,2-0,8)> а в направляющей трубке на поверхности расплава наводят, слой жидкого шлака толщиной

< (1< ™ Ь„, у у где 1 л—

1 м

Рм при этом где 9

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3709473/22-02 (22) 12.02.84 (46) 30.11.85. Бюл. Р 44 (71) Уральский политехнический институт им.С.M.Êèðoâà, Каменск-Уральский завод по обработке цветных металлов и Ревдинский завод по обработке цветных металлов (72) Ю.П.Поручиков,- P.Ê.Mûñèê, Ю.Н.Логинов, Б.Е.Хайкин, Л.И.Железняк, Ю.M. Крашенинников,В.Н.Руднев

А.И.Скрыльников, А.Г.Титова, М.Ф.Рыбакова и .С.И.фоминых (53) 621.746.047(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 627169, кл. С 21 С 7/00, 1977. (54) (57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА

ЛЕГИРУИМЦИМ КОМПОНЕНТОМ ПРИ НЕПРЕРЫВНОМ ЛИТЬЕ-ЗАГОТОВОК, включающий подачу металла в кристаллизатор и одновременное введение в металл через направляющую трубку легкоплавкого легирующего компонента, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью сни.БФ, 1494 А глубина лунки затвердевшего

Ф. металла; Ж упругость паров легкоплавкоrо компонента; плотность расплава металла; плотность расплава шлака, t (gg g p ((pa, плотность расплава легкоплавкого легирующего компонента; плотность воздуха.

1 1194

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металлов и сплавов.

Цель. изобретения — снижение угара легкоплавких легирующих компонентов, улучшение охраны. труда окружающей среды.

Пруток легирующего компонента подают в кристаллизатор под слой жидкого шлака через направляющую f0 трубку из тугоплавкого материала, не реагирующего с расплавом, например кварца, графита, карбониперида бора, шамота и т.п., жестко закрепленную на разливочной коробке и имеющую Б-об разный изогнутый участок.

Глубина подачи легирующего компонента (h„) составляет (0,2-0,8) h, где h< — глубина лунки, h„=(0,20,8) h (1) .

Глубина подачи легирующего компонента определяется двумя факторами: неизбежными колебаниями уровня зер. кала расплава в кристаллизаторе в процессе литья и изменением положе- 25 ния и формы фронта кристаллизации.

Колебания уровня зеркала расплава в среднем составляют 0,244. При подаче легирующего компонента на глубину, меньшую 0,2 глубины лунки, возникает опасность большого угара ком понента. Поэтому нижний торец направляющей трубки располагают на глубине . расплава металла, большей 0,2 h

При заглублении нижнего торца трубки более 0,8 h возникает опасность примерзания трубки к закристаллизовавшемуся металлу и неравномер-. ного распределения легирующего металла по сечению слитка. Поэтому ниж- 40 ний торец направляющей трубки располагают на глубине расплава металла, меньшей 0,8 h ..

После опускания трубки в расплав на поверхности расплава в трубке на- 45 ходится слой легкоплавкого шлака толщиной h определяемой соотношением й

p„=h SЯш)

30 отсюда

h(— Ь м

g 1

Для предохранения расплава легкоплавкого компонента от вэаимодействия с атмосферой воздуха необходимым является выполнение следующего условия.

55 где — упругость паров легкоплавкого компонента;

Я„ — плотность расплава металла; ,рщ — плотность расплава шлака.

Необходимость введения в трубку слоя шлака с заданными параметрами обусловлено тем, что даже при температуре легкоплавкого компонента, 894 2 меньшей температуры его кипения, наблюдается парообразование расплава этого компонента, что приводит к загрязнению атмосферы. Чтобы подавить испарение легирующего компонента, необходимо приложить к поверхности расплава давление, превышающее упругость паров легкоплавкого компонента

1 т.е. обеспечить выполнение условия Р . Необходимое давление создается весом шлака, находящегося в

G направляющей. трубке: Р = вЂ, где S площадь поперечного сечения трубки по внутреннему диаметру. В свою очередь С=Ь.Я р, откуда Ьрм ) и

h ) --. Последнее условие обеспечива1

1м ет подавление .парообразования над поверхностью расплава легкоплавкого компонента. Однако при большей высоте слоя шлака произойдет его выдавливание в расплав под действием собственной тяжести. Выталкивающая сила Р„ должна быть больше силы тяжести слоя шлака P<7 G. Выталкивающая сила может быть определена по формуле фт м Рл где я — плотность воздуха; щ — плотность шлака; ! — пЛотность расплава легкоплавкого компонента.

На фиг.1 представлена схема реализации предлагаемого способа на фиг.2 — номограмма для определенин скорости подачи легирующего компонента в зависимости от размера слитка и скорости литья для сплава; на фиг.3 — распределение температуры по высоте слоя шлака, на фиг.4 — схема отбора проб от поперечного темплета круглого слитка на химический анализ.

В качестве примера рассмотрим процесс введения кадмия в расплав меди.

Расплав основного металла (меди)

1 подают в кристаллизатор 2. Благодаря внешиему отводу тепла от стенок кристаллизатора расплав кристаллизуз 1 ется в слиток 3. Для защиты поверхности металла от ° окисления и интенсификацйи поверхностного теплообмена служит слой шлака 4. Легирующий компонент — кадмий, в виде прутка 5 вводится через направляющую трубку, выполненную из тугоплавкого материала, например кварца, в расплав меди.

В слое шлака температура изменяется снизу вверх от 800 до 400 C (по опытным данным). Направляющую трубку 6 размещают в слое шлака таким образом, чтобы первое по ходу подачи легирующего компонента колено 7 было обращено в сторону расплава, а второе колено 8 — в противоположную сторону. Предварительно в направляющую трубку вводят слой шлака 9. Измерением температуры в слое шлака определяют положение сечения A-А с температурой 321 С (температура плавления кадмия) и положение сечения

Б-Б с температурой 765 С (температура кипения кадмия). S-образную часть высотой hö направляющей трубки помещают между сечениями А-А и Б-Б т.е. в интервале между температурой плавления и температурой. кипения кадмия. Благодаря такому размещению

S-образной части трубки кадмий в этой части находится в жидком состоянии, не переходя в газообразное.

В результате не происходит угара кадмия и не загрязняется атмосфера цеха. Ниже сечения Б-Б при температуре свыше 765 С кадмий кипит и ле-. гирует жидкую медь через газовую фазу.

Пример 1. В производственных условиях на установке полунепрерывного литья получены слитки из . г сплава БрКд1 по предлагаемому способу. В печи ИЛК-1,6 производилась плавка меди марки М1 под слоем прокаленного угля. Слитки отливались в медный водоохлаждаемый кристаллизатор квадратного поперечного сечения

107х107. мм и круглого поперечного сечения диаметром 163, 190 и 300 мм.

Пруток кадмия марки Cd0 подавался в кристаллизатор через кварцевую направляющую трубку с S-образным участком, погруженным в слой шлака. Внутренний диаметр трубки 12 мм, наружный диаметр 16 мм, диаметр прутка

4 мм, высота изогнутого участка h

ИЬг (фиг.1) составляла 25 мм.

Скорость подачи прутка рассчитана, исходя из скорости литья слитков се194894 4 чением 107х107 мм, а составляет

150 см/мин, при литье слитков диаметром 190 мм — 300 см/мин, скорость литья при этом соответственно составляла 6 и 8 м/ч (см.фиг.2).

B начале литья на поверхность расплава в кристаллизаторе засыпалась шлакообразумщая смесь, состоящая из оксидов натрия и кремния, которая при расплавлении образовывала "пой жидкого шлака. Жидкий покровный шлак предохранял поверхность ра плава от окисления и являлся препятствием для испарения кадмия. Слой шлака по высоте был больше высоты изогнутого участка и составлял 30 мм. Результаты измерения температуры по высоте слоя жидкого шлака представлены на фиг.3, глубина лунки h составляла 150 мм.

В экспериментах нижний торец трубки размещали на глубине 15, 30, 120 и 135 мм, что соответствовало 0,1;

0,2; 0,8 и 0,9 глубины лунки.

В направляющую трубку вводили шлак д состава: 957. обезвоженного карналлита и 57 плавикового шпата, плотность которого 2,2 г/см, что меньше плотности расплава кадмия (7,6 г/см ) и больше плотности воздуха. Иинимальную высоту слоя шлака определяли, используя соотношение h,„ = (У .

В верхней части трубки расплав кадмия имеет температуру 400 С, .упругость пара при этой температуре .составляет 1,2 мм рт.ст. или 0,1610 МПа; откуда h„.„ =0,8 см. Используя правую часть неравенства, определяем максимальную высоту слоя шлака. Параметры направляющей трубки и слоя шлака приведены в табл.1.

При размещении нижнего торца на

h„ глубине — = О, 1 наблюдали выделе1 л ние паров окиси кадмия в виде рыже45 ватого дыма. Замеры показали увеличение содержания окиси кадмия примерно в 7-10 раз выше ПДК. При опус-. кании нижнего торца направляющей трубки на глубину h„= 0,9 Лл происходило примерзание трубки ко дну лунки. В остальных двух случаях содержание окиси кадмия не превышало

ПДК, примерзания трубки не наблюдали.

Схема отбора проб на химический анализ показана на фиг.4.

Химический анализ сплава в полученных слитка представлены s табл.2.

Ъ

Пример 2. С использованием предлагаемого способа отлиты слитки из латуни Л96% диаметром 250 мм.

Плавка меди производилась в печи

ИЛК-1,5, цинковая проволока диаметром 4 мм подавалась через направляющую трубку непосредственно в расплав меди в кристаллизаторе под слой жидкого шлака. Высота слоя шлака составляла 40 мм и при возможных колебаниях уровня жидкого металла в кристаллизаторе гарантировалось нахождение изогнутого участка трубки в слое шлака. Нижний торец трубки находился на расстоянии 120 мм от уровня жидкого металла в кристаллизаторе.

Для анализа распределения цинка по сечению и по высоте слитка и меТаблица 1

Номер опыта

„ /hn h„, см

Р / ш

Ьцц с s см

5,85 .1,5

3,9

0,1

11,7

3,0

0,2

48,7

12,5

0,8

54,6

14,0

0,9

S 1

Как видно из табл.2, распределение кадмия по сечению слитка достаточно равномерное и соответствует требованиям ГОСТ. Проведены механические испытания образцов, вырезанных из слитков, прессованной заго- . товки и протянутого прутка.

Данные испытаний представлены в табл.3.

Ъ

Из данных табл.3 следует, что механические свойства сплава удовлетворяют требованиям ГОСТ. Иикрорентгеноспектральный анализ, выполненный на приборе ИАР-1, свидетельствует о химической однородности зерна по кадмию.

194894 Ь таллографических исследований были отрезаны продольные и поперечные темплеты. Химический анализ изготовленных слитков показал равномерное распределение цинка по всему объему слитка и составил: 3,99% Zn, 95,89%

Сп, 0,2% примесей. Угар цинка при этом снизился на 30-40%. За счет этого улучшаются условия труда и

ip обеспечивается экономия в сумме

4,7 руб. на 1 т слитков.

Технико-экономическое обоснование предлагаемого способа рассмотрено на примере БрКд 1. Плавка кадмиевой бронзы (БрКд 1) производится на печи ИЛК-1,2, кадмий присаживается в расплав меди в виде чушек. Соприкасаясь с расплавом,меди, кадмий быстро прогревается, начинает кипеть и легировать расплав ° Потери кадмия происходят как в период плавки {если переплавляются также и отходы кадмиевой бронзы) легирования, так и в процессе литья. Отливку производят в излож25 ницы. При полунепрерывном литье кадмиевой бронзы происходят дополнительные потери кадмия через поверхность расплава в кристаллизаторе. В определенных случаях совокупные потери кадмия, вызванные как кипением, так и испарением кадмия, достигают 50-70%.

Предлагаемое техническое решение позволяет практически полностью исключить потери кадмия и загрязнение

5,1194894

Место отбора пробы

Номер слитка.3 4 5

1,1 1,1

1,2

1 2

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

0,9

1,0 1,0

1,0

0,9

1,0

1,2

1,2

0,5, 1,0

0,7

0,9

1,2

1,0

0,8

О,з

1,2

0,6

П р и м е ч а н и е. Слиток 1 и 2 вводился на глубину 0,8 h 3 и 4 — на

0.6 b<, 5 и 6 — на 0,2 h .

Таблица 3

Вид образца по требованиям ГОСТ

Литой металл 275

230-260

34,0

Не менее 18

Прессованная заготовка

Не менее 30

260

Не менее 50,0

200

Протянутый

435

14 0

Не менее

400 пруток

Не менее 5 0!

1 а 1Па

1 в опыте : по требо ваниям гост

Таблица 2 в опыте

I ! !

1194894

agua.1 N0 N0 400 gdÐ gyp СкароспыуЫд,и

ov .г лее РУюи(ецио си(куй

1194894

Z0 Я0

Висоп а слоя жидкого шлака, мм

О граница раздела металл-шлак

Фиг. Ю

Составитель P.Âàñèëüåâà

Редактор М.Недолуженко Техред Т.Дубинчак Корректор И.Эрдейи

Заказ 7382/30 Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæroðîä, ул.Проектная, 4