Способ обработки металла легирующим компонентом при непрерывном литье заготовок

 

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