RU2144573C1 - Device for introduction of finely divided components into matrix metal melt - Google Patents
Device for introduction of finely divided components into matrix metal melt Download PDFInfo
- Publication number
- RU2144573C1 RU2144573C1 RU95109789A RU95109789A RU2144573C1 RU 2144573 C1 RU2144573 C1 RU 2144573C1 RU 95109789 A RU95109789 A RU 95109789A RU 95109789 A RU95109789 A RU 95109789A RU 2144573 C1 RU2144573 C1 RU 2144573C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- inductor
- windings
- finely divided
- vessel
- Prior art date
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 63
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 claims description 5
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 27
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 14
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000013528 metallic particle Substances 0.000 description 3
- 229910018084 Al-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018192 Al—Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000854350 Enicospilus group Species 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- CYUOWZRAOZFACA-UHFFFAOYSA-N aluminum iron Chemical compound [Al].[Fe] CYUOWZRAOZFACA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии. Более конкретно - к устройствам для производства сплавов и композиционных материалов путем введения в матричный расплав мелкодисперсных компонентов. The invention relates to the field of metallurgy. More specifically, to devices for the production of alloys and composite materials by introducing finely dispersed components into the matrix melt.
Известно устройство (патент США 4473103, опубл. 25.09.84), содержащее емкость для расплава, снабженную механической мешалкой или перемешивателем в виде индуктора, генерирующего бегущее магнитное поле, дозатор мелкодисперсного компонента и устройство подвода матричного расплава. Лопасти механической мешалки установлены наклонно и при ее использовании перемешивание осуществляется в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Использование механической мешалки не позволяет добиться интенсивного, без образования зон застоя, перемешивания расплава. Кроме того, при использовании механических мешалок происходит загрязнение расплава. Ввиду высокой химической активности некоторых видов матричных расплавов, таких как алюминий, магний, титан разработка и изготовление механической мешалки представляет собой сложную техническую задачу. При использовании для перемешивания индуктора исключается загрязнение расплава. Однако устройство в целом не обеспечивает высокого уровня усвоения мелкодисперсного компонента. Процесс перемешивания в описанном устройстве после завершения подачи частиц продолжается 30 - 45 минут. При этом усваивается расплавом от 50 до 70% частиц. A device is known (US patent 4473103, publ. 25.09.84) containing a melt container equipped with a mechanical stirrer or stirrer in the form of an inductor generating a traveling magnetic field, a finely dispersed component dispenser and a matrix melt supply device. The blades of a mechanical stirrer are mounted obliquely and, when used, mixing is carried out in the vertical and horizontal planes. The use of a mechanical stirrer does not allow to achieve intensive, without the formation of zones of stagnation, mixing of the melt. In addition, when using mechanical mixers, fouling of the melt occurs. Due to the high chemical activity of some types of matrix melts, such as aluminum, magnesium, titanium, the development and manufacture of a mechanical stirrer is a complex technical task. When used for mixing the inductor, pollution of the melt is eliminated. However, the device as a whole does not provide a high level of assimilation of the finely divided component. The mixing process in the described device after the completion of the supply of particles lasts 30 to 45 minutes. In this case, 50 to 70% of the particles are absorbed by the melt.
Некоторые компоненты вообще не могут быть введены и, соответственно, усвоены расплавом при промышленном производстве. Some components cannot be introduced at all and, accordingly, are absorbed by the melt in industrial production.
Нагрев частиц перед введением в расплав способствует лучшему их усвоению. Известно устройство (патент Канады N 802133, опубл. 24.12.68), содержащее плазменную горелку с насадкой и емкость для расплава, помещенную внутрь индукционной катушки. Насадка с помощью резьбового соединения установлена на горелке. Насадка представляет собой корпус с выполненными в нем посадочным отверстием, каналами для подвода мелкодисперсного компонента и соплом. Сопло насадки является продолжением сопла плазменной горелки. Насадка обеспечивает подвод мелкодисперсного компонента под срез сопла горелки. То есть в то место, где ионизированный газ под давлением вылетает из сопла. К источнику питания в данном устройстве помимо катода и анода плазменной горелки подключены насадка и емкость для расплава. Таким образом, в качестве одного из электродов в данной установке используется расплав. В месте контакта дуги с расплавом развивается высокая температура, которая может достигать температуры испарения расплава. Скорость движения частиц по жгуту невелика. Попадая на поверхность расплава, частицы не проникают внутрь, а образуют на его поверхности корку достаточно высокой плотности. Перегрев частиц и их невысокая скорость обусловливает низкую степень усвоения частиц расплавом. В некоторых случаях усвоение можно повысить более интенсивным перемешиванием расплава. Однако простая индукционная катушка не обеспечивает нужные характеристики перемешивания. Particle heating before being introduced into the melt contributes to their better absorption. A device is known (Canadian patent N 802133, publ. 24.12.68) containing a plasma torch with a nozzle and a container for the melt placed inside the induction coil. The nozzle is screwed onto the burner. The nozzle is a housing with a landing hole made therein, channels for supplying a finely dispersed component and a nozzle. The nozzle nozzle is a continuation of the nozzle of a plasma torch. The nozzle provides a fine component supply under the cut of the burner nozzle. That is, to the place where the ionized gas under pressure escapes from the nozzle. In addition to the cathode and anode of the plasma torch, a nozzle and a container for the melt are connected to the power source in this device. Thus, a melt is used as one of the electrodes in this installation. At the point of contact of the arc with the melt, a high temperature develops, which can reach the temperature of evaporation of the melt. The speed of the particles along the tourniquet is small. Once on the surface of the melt, the particles do not penetrate inward, but form a crust of a sufficiently high density on its surface. Overheating of particles and their low speed leads to a low degree of assimilation of particles by the melt. In some cases, assimilation can be increased by more intensive mixing of the melt. However, a simple induction coil does not provide the desired mixing characteristics.
В качестве прототипа нами выбрано устройство, предназначенное для введения мелкодисперсных компонентов в матричный металлический расплав и описанное в патенте США 5305817, опубл. 26.04.94. Прототип содержит емкость для расплава, снабженную герметично закрываемой крышкой, индуктор, генерирующий бегущее магнитное поле, дозатор мелкодисперсного компонента и плазмотрон. Плазмотрон расположен над уровнем расплава и соединен трубопроводом с дозатором. As a prototype, we have selected a device designed to introduce finely dispersed components into a matrix metal melt and described in US Pat. No. 5,305,817, publ. 04/26/94. The prototype contains a melt container equipped with a hermetically sealed lid, an inductor generating a traveling magnetic field, a finely dispersed component dispenser, and a plasmatron. The plasma torch is located above the melt level and is connected by a pipeline to the dispenser.
Мелкодисперсный компонент по трубопроводу подается в поток ионизированного газа, образуемого плазмотроном. В потоке ионизированного газа частицы очищаются от адсорбированного кислорода и примесей и нагреваются. Далее частицы со скоростью потока газа попадают на поверхность матричного расплава. Перемешивание матричного расплава в вертикальной плоскости осуществляется с помощью индуктора. The finely dispersed component is piped into the stream of ionized gas formed by the plasma torch. In a stream of ionized gas, the particles are purified from adsorbed oxygen and impurities and heated. Then particles with a gas flow rate fall on the surface of the matrix melt. The mixing of the matrix melt in the vertical plane is carried out using an inductor.
Недостатки прототипа:
- низкая степень усвоения мелкодисперсного компонента;
- относительно узкая номенклатура усваиваемых компонентов:
- низкая производительность установки:
- неравномерное распределение вводимых частиц по объему получаемого материала.The disadvantages of the prototype:
- low degree of assimilation of the finely dispersed component;
- a relatively narrow range of digestible components:
- low installation performance:
- uneven distribution of the introduced particles in the volume of the obtained material.
При разработке предлагаемого технического решения ставилась задача создать устройство, позволяющее:
- производить уже принципиально известные композиционные материалы и сплавы, но с лучшими характеристиками и при большей производительности;
- производить новые материалы и сплавы в промышленном масштабе.When developing the proposed technical solution, the task was to create a device that allows:
- produce already well-known composite materials and alloys, but with better characteristics and greater productivity;
- to produce new materials and alloys on an industrial scale.
Технические результаты:
а) повышение степени усвоения мелкодисперсных компонентов;
б) расширение номенклатуры усваиваемых матричным металлическим расплавом компонентов;
в) повышение производительности;
г) более равномерное распределение вводимых частиц по объему получаемого материала.Technical Results:
a) increasing the degree of assimilation of finely dispersed components;
b) expanding the range of components assimilated by the matrix metal melt;
c) increase in productivity;
d) a more uniform distribution of the introduced particles over the volume of the material obtained.
Дадим некоторые пояснения, касающиеся технических результатов а) и б). We give some explanations regarding the technical results a) and b).
а) Устройство-прототип предназначено для введения в расплав мелкодисперсных неметаллических частиц, например графита, диборида титана, нитрида и оксида алюминия. Таким образом, с помощью прототипа производят композиционные материалы в классическом понимании, то есть металл-неметалл. При введении такого рода частиц считается, что она усвоена, если между частицей и матричным расплавом обеспечен полный контакт, то есть каждая частица полностью смочена матричным расплавом. Предлагаемое устройство повышает степень усвоения неметаллических частиц. a) The prototype device is intended for introduction into the melt of fine non-metallic particles, such as graphite, titanium diboride, nitride and aluminum oxide. Thus, using the prototype, composite materials are produced in the classical sense, that is, non-metal metal. With the introduction of such particles, it is believed that it is assimilated if full contact is made between the particle and the matrix melt, that is, each particle is completely wetted by the matrix melt. The proposed device increases the degree of assimilation of non-metallic particles.
б) Предлагаемое устройство позволяет, в отличие от прототипа, помимо неметаллических частиц вводить в матричный расплав частицы другого металла, и осуществлять этот процесс в промышленном масштабе. При этом на выходе получается композиционный материал типа металл-металл. Необходимые технологические и эксплуатационные качества такой композиционный материал приобретает при размере зерна вводимого компонента не более 2 - 10 мкм. Именно такой размер зерна и принят за критерий усвоения. b) The proposed device allows, in contrast to the prototype, in addition to non-metallic particles to introduce particles of another metal into the matrix melt, and to carry out this process on an industrial scale. In this case, the output is a composite material of the metal-metal type. Such a composite material acquires the necessary technological and operational qualities when the grain size of the introduced component is not more than 2 - 10 microns. It is this grain size that is accepted as a criterion for assimilation.
Предлагаемое устройство для введения мелкодисперсных компонентов в матричный металлический расплав содержит емкость для матричного расплава, снабженную герметично закрываемой крышкой, индуктор, генерирующий бегущее магнитное поле, дозатор мелкодисперсного компонента и плазмотрон. Плазмотрон расположен над уровнем расплава и соединен трубопроводом с дозатором. The proposed device for introducing finely dispersed components into a matrix metal melt contains a container for a matrix melt equipped with a hermetically sealed lid, an inductor generating a traveling magnetic field, a finisher of a finely dispersed component, and a plasma torch. The plasma torch is located above the melt level and is connected by a pipeline to the dispenser.
Предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что плазмотрон установлен с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости между центральной осью емкости для расплава и ее стенкой, трубопровод, соединяющий дозатор с плазмотроном выведен в его сопло непосредственно в зону образования плазменной дуги, а индуктор имеет несколько групп обмоток, обеспечивающих перемешивание расплава одновременно в вертикальной и горизонтальной плоскостях. The proposed device differs from the prototype in that the plasma torch is mounted with the ability to move in a horizontal plane between the central axis of the melt container and its wall, the pipeline connecting the dispenser with the plasma torch is brought into its nozzle directly into the plasma arc formation zone, and the inductor has several groups of windings, providing mixing of the melt simultaneously in the vertical and horizontal planes.
Предложенная конструкция позволяет осуществить ввод мелкодисперсного компонента без использования насадки. Тем самым конструкция обеспечивает увеличение пробега частиц в струе ионизированного газа и, как следствие, более высокую степень очистки и активации поверхности частиц, повышение кинетической энергии частиц и сокращение расстояния от сопла плазмотрона до поверхности расплава (за счет размеров насадки). В результате частицы, во-первых, обрабатываются ионизированным газом более интенсивно, а во-вторых, не теряют скорость до того, как попадут в расплав. Использовать указанные преимущества можно лишь при очень интенсивном и равномерном перемешивании расплава, а также при определенном стабильном расстоянии между соплом плазмотрона и поверхностью расплава. The proposed design allows the introduction of a finely dispersed component without using a nozzle. Thus, the design provides an increase in the mean free path of particles in the ionized gas stream and, as a result, a higher degree of cleaning and activation of the particle surface, an increase in the kinetic energy of the particles, and a reduction in the distance from the plasma torch nozzle to the melt surface (due to the nozzle size). As a result, the particles, firstly, are treated more intensively by the ionized gas, and secondly, they do not lose speed before they get into the melt. These advantages can be used only with very intensive and uniform mixing of the melt, as well as with a certain stable distance between the plasma torch nozzle and the surface of the melt.
Для перемешивания расплава используется индуктор, содержащий несколько групп обмоток. Такой индуктор позволяет осуществлять перемешивание одновременно в вертикальной и горизонтальной плоскостях и создавать стабильную и удобную для введения мелкодисперсного компонента форму поверхности расплава. При перемешивании расплава на его поверхности возникает тороидальная выпуклость. Диаметр выпуклости составляет 0.7 - 0.95 диаметра емкости для расплава. Плазмотрон устанавливается с помощью регулировочного устройства над вершиной этой выпуклости, то есть между осью емкости для расплава и ее стенкой. Введение мелкодисперсных компонентов осуществляется в верхнюю часть выпуклости. An inductor containing several groups of windings is used to mix the melt. Such an inductor allows mixing at the same time in the vertical and horizontal planes and creating a stable and convenient melt surface shape for introducing the finely divided component. When the melt is stirred, a toroidal bulge arises on its surface. The convexity diameter is 0.7 - 0.95 of the diameter of the vessel for the melt. The plasma torch is installed with the help of an adjusting device over the top of this bulge, that is, between the axis of the melt tank and its wall. The introduction of finely divided components is carried out in the upper part of the bulge.
Частными случаями предложенного изобретения являются следующие два варианта расположения групп обмоток индуктора. Particular cases of the proposed invention are the following two options for the location of the groups of windings of the inductor.
Первый случай. Индуктор имеет две группы обмоток, обеспечивающих перемешивание расплава одновременно в вертикальной и горизонтальной плоскостях по всему объему расплава. В каждой точке расплава перемешивание осуществляется в двух плоскостях. При этом обмотки обеих групп индуктора расположены на одном по высоте уровне вокруг емкости для расплава. The first case. The inductor has two groups of windings, providing mixing of the melt simultaneously in vertical and horizontal planes throughout the volume of the melt. At each point of the melt, mixing is carried out in two planes. In this case, the windings of both groups of the inductor are located at the same height level around the vessel for the melt.
Второй случай. Индуктор имеет три группы обмоток. Первая группа обмоток расположена на уровне верхней трети емкости и обеспечивает перемешивание расплава в вертикальной плоскости. Вторая группа обмоток расположена на уровне средней трети емкости и обеспечивает перемешивание расплава в горизонтальной плоскости. Третья группа обмоток расположена на уровне нижней трети емкости и обеспечивает перемешивание расплава в вертикальной плоскости. The second case. The inductor has three groups of windings. The first group of windings is located at the level of the upper third of the tank and provides mixing of the melt in a vertical plane. The second group of windings is located at the level of the middle third of the capacity and provides mixing of the melt in the horizontal plane. The third group of windings is located at the level of the lower third of the tank and provides mixing of the melt in a vertical plane.
Установка, выполненная по второму варианту, может быть снабжена каналами для непрерывной подачи матричного расплава и непрерывного вывода готовой смеси. Канал для непрерывной подачи расплава подсоединен к емкости в верхней ее части, а канал для непрерывного вывода смеси подсоединен к емкости в ее нижней части. Такая установка обеспечивает непрерывность технологического процесса. The installation made in the second embodiment may be provided with channels for the continuous supply of matrix melt and the continuous output of the finished mixture. The channel for continuous supply of melt is connected to the tank in its upper part, and the channel for continuous output of the mixture is connected to the tank in its lower part. This installation ensures the continuity of the process.
Установка, выполненная по второму варианту, может быть снабжена каналом для непрерывной подачи матричного расплава и кристаллизатором для непрерывного литья слитков, что также обеспечивает непрерывность технологического процесса. The installation, made according to the second embodiment, can be equipped with a channel for continuous supply of matrix melt and a mold for continuous casting of ingots, which also ensures the continuity of the process.
Плазмотрон может быть размещен внутри кожуха, герметично установленного на крышке емкости для расплава. Такой кожух служит для обеспечения подпора защитного газа относительного внутреннего объема емкости для расплава. Такое конструктивное решение полностью исключает проникновение молекул кислорода вовнутрь емкости для расплава через микрощели в месте установки плазмотрона на крышке емкости. Молекулы водорода, проникающие через эти щели внутрь емкости реагируют с молекулами кислорода, освобождаемыми с поверхности частиц мелкодисперсного компонента благодаря плазменной обработке. Таким образом, предотвращается попадание в рабочий объем молекул кислорода через щели и обеспечивается нейтрализация молекул кислорода, попавших в рабочий объем на частицах вводимого компонента. Для обеспечения подвода внутрь кожуха газа под давлением он снабжен соединительным элементом, например штуцером или фланцем. The plasma torch can be placed inside a casing sealed on the lid of the melt container. Such a casing serves to provide shielding gas relative to the internal volume of the vessel for the melt. Such a constructive solution completely eliminates the penetration of oxygen molecules into the melt vessel through the micro-slots at the place of installation of the plasma torch on the vessel cover. Hydrogen molecules penetrating through these gaps into the vessel react with oxygen molecules released from the surface of the particles of the finely dispersed component due to plasma treatment. Thus, oxygen molecules are prevented from entering the working volume through the slits and neutralization of oxygen molecules entering the working volume on the particles of the introduced component is ensured. To ensure supply of gas under pressure inside the casing, it is equipped with a connecting element, for example, a fitting or a flange.
Перечень фигур чертежей
Фиг. 1 - устройство для введения мелкодисперсных компонентов в матричный металлический расплав. Общая схема.List of drawings
FIG. 1 - a device for introducing finely dispersed components into a matrix metal melt. The general scheme.
Фиг.2 - плазмотрон. Figure 2 - plasmatron.
Фиг. 3, 4 - микрофотографии материала Al-Fe(9%), полученного соответственно в предлагаемой установке и в установке-прототипе. FIG. 3, 4 - micrographs of Al-Fe material (9%) obtained respectively in the proposed installation and in the installation of the prototype.
Фиг. 5, 6 - схема расположения обмоток, обеспечивающая одновременное вращение расплава в вертикальной и горизонтальной плоскостях по всему объему. Представлены соответственно вертикальный и горизонтальный разрезы. FIG. 5, 6 - arrangement of the windings, providing simultaneous rotation of the melt in the vertical and horizontal planes throughout the volume. The vertical and horizontal sections are presented respectively.
Фиг.7 - устройство, снабженное тремя группами обмоток. 7 is a device equipped with three groups of windings.
Фиг. 8 - устройство, снабженное каналом непрерывной подачи расплава и каналом для вывода готовой смеси. FIG. 8 - a device equipped with a channel for continuous supply of melt and a channel for outputting the finished mixture.
Фиг. 9 - устройство, снабженное каналом непрерывной подачи расплава и кристаллизатором. FIG. 9 - a device equipped with a channel for continuous supply of the melt and the mold.
Фиг. 10 - устройство, снабженное кожухом. FIG. 10 is a device provided with a casing.
Примеры конкретного выполнения
Устройство для введения мелкодисперсных компонентов в матричный металлический расплав содержит (фиг.1) емкость 1 для расплава с крышкой 2, индуктор 3, генерирующий бегущее магнитное поле, дозатор 4 мелкодисперсного компонента и плазмотрон 5, жестко закрепленный на накладке 6, и соединенную с дозатором трубопроводом 7. На крышке 2 закреплены направляющие 8 и кронштейн 9 с регулировочным винтом 10. Позицией 11 обозначен расплав.Case Studies
A device for introducing finely dispersed components into a matrix metal melt contains (Fig. 1) a
Устройство плазмотрона пояснено на фиг.2. Плазмотрон содержит корпус 12, анод 13 и катод 14. В аноде 13 и катоде 14 выполнены каналы для охлаждающей жидкости, обозначенные соответственно 15 и 16. Анод 13 крепится в корпусе 12 с помощью гайки 17. Катод 14 крепится в корпусе с помощью гайки 18. Прокладки 19, размещенные в кольцевых проточках в корпусе служат для предотвращения утечки охлаждающей жидкости. Между катодом 14, гайкой 18 и корпусом 12 размещены электроизолирующие прокладки 20. The plasma torch device is illustrated in figure 2. The plasma torch contains a
В центральном отверстии катода 14 закреплен с помощью резьбового соединения держатель 21 с запрессованным в него вольфрамовым расходным электродом 22 для возбуждения дуги. Через держатель 21 проходит канал 23 для подвода плазмообразующего газа. Проходящий через корпус и анод канал для подачи мелкодисперсного компонента обозначен позицией 24. Плазмотрон может быть оснащен соленоидами (на схеме не показаны), стабилизирующими горение дуги. In the central hole of the
Индуктор 3 имеет две группы обмоток - верхнюю 25 и нижнюю 26 (фиг. 1). Верхняя группа обмоток предназначена для перемешивания расплава в верхней части емкости в вертикальной плоскости. Нижняя группа обмоток предназначена для перемешивания расплава в нижней части емкости в горизонтальной плоскости. The
Конструкции индукторов, т.е. групп обмоток, предназначенных для воздействия на жидкий металл и обеспечивающие его перемешивание в заданном направлении известны в технике. В предлагаемом нами устройстве использована конструкция, описанная в а.с. 196163, опубл. 16.05.67. Inductor designs, i.e. groups of windings designed to act on a liquid metal and providing its mixing in a given direction are known in the art. In the device we offer, the design described in A.S. is used. 196163, publ. 05/16/67.
Поясним работу устройства на примере изготовления композиционного материала алюминий-железо путем введения порошка железа в расплав алюминия. Let us explain the operation of the device by the example of manufacturing an aluminum-iron composite material by introducing an iron powder into an aluminum melt.
Расплав 11 алюминия, помещенный в емкость 1, перемешивается в верхней ее части в вертикальной плоскости посредством группы 25 обмоток и в нижней ее части - в горизонтальной плоскости посредством группы 26 обмоток. На поверхности расплава образуется тороидальная выпуклость, над которой и расположено сопло плазмотрона 5. Порошок железа с частицами размером 10 - 50 мкм из дозатора 4 по трубопроводу 7 и каналу 24 поступает в поток ионизированного газа в зону образования плазменной дуги. The
В потоке ионизированного газа происходит очистка поверхности частиц и их активизация. In the flow of ionized gas, the surface of the particles is cleaned and activated.
В потоке ионизированного газа, движущегося со скоростью 100 - 300 м/с, частицы железа вылетают из сопла плазменной горелки и попадают на верхнюю часть тороидальной выпуклости, образованной на поверхности расплава. А затем, благодаря значительной кинетической энергии, проникают под поверхность и уносятся потоком вглубь расплава, где перемешиваются и усваиваются. In a stream of ionized gas moving at a speed of 100 - 300 m / s, iron particles fly out of the nozzle of the plasma torch and fall on the upper part of the toroidal bulge formed on the surface of the melt. And then, thanks to significant kinetic energy, they penetrate beneath the surface and are carried away by the stream deep into the melt, where they are mixed and absorbed.
По завершении введения нужного количества компонента расплав разливают и охлаждают. Upon completion of the introduction of the desired amount of component, the melt is poured and cooled.
На фиг. 3, 4 представлены микрофотографии материала Al-Fe(9%), полученного с помощью предлагаемого устройства (фиг.3) и с помощью устройства-прототипа (фиг.4). Фотографии свидетельствуют о коренном различии морфологии структурообразующих фаз материалов и, следовательно, о различии их механических и технологических (например, литейных) свойств. Наблюдаемое на фотографиях различие морфологии подтверждает повышенное усвоение материала. In FIG. 3, 4 are micrographs of Al-Fe material (9%) obtained using the proposed device (Fig. 3) and using the prototype device (Fig. 4). The photographs show a fundamental difference in the morphology of the structure-forming phases of materials and, therefore, a difference in their mechanical and technological (for example, foundry) properties. The difference in morphology observed in the photographs confirms the increased assimilation of the material.
Повышение производительности и равномерности распределения частиц в материале объясняется тем, что повышается их степень очистки и активации. При этом соответственно повышается интенсивность перемешивания. The increase in productivity and uniform distribution of particles in the material is explained by the fact that their degree of purification and activation increases. In this case, the stirring intensity increases accordingly.
На фиг.5 представлено заявленное устройство с индуктором, обеспечивающим перемешивание расплава одновременно в вертикальной и горизонтальной плоскостях по всему объему расплава. Figure 5 presents the claimed device with an inductor, providing mixing of the melt simultaneously in the vertical and horizontal planes throughout the volume of the melt.
Расположение групп обмоток индуктора поясняется также на фиг.6, где представлен разрез А-А. Позициями 27 обозначены обмотки, обеспечивающие перемешивание расплава в вертикальной плоскости. Позициями 28 обозначены обмотки, обеспечивающие перемешивание расплава в горизонтальной плоскости. Такое расположение обмоток обеспечивает более интенсивное, равномерное и без зон застоя перемешивание расплава. Недостатком такой конструкции является ее сложность. The location of the groups of windings of the inductor is also illustrated in Fig.6, which shows a section aa.
Примерно такого же результата, но при более простой конструкции можно добиться, применив индуктор, содержащий три группы обмоток (фиг.7). Верхняя группа 29 обмоток и нижняя группа 30 обмоток обеспечивает перемешивание расплава в вертикальной плоскости. Средняя группа 31 обмоток обеспечивает перемешивание расплава в горизонтальной плоскости. About the same result, but with a simpler design can be achieved by using an inductor containing three groups of windings (Fig.7). The upper winding
На фиг. 8 представлено устройство с емкостью, снабженной каналом 32 для непрерывной подачи расплава и каналом 33 для вывода готовой смеси. Описанная конструкция позволяет добиться непрерывности технологического процесса и повысить производительность установки. In FIG. 8 shows a device with a tank equipped with a
Возможно использование предложенной установки для непрерывного литья слитков. В этом случае установка снабжается кристаллизатором 34, который совмещается с нижней частью емкости (фиг.9). It is possible to use the proposed installation for continuous casting of ingots. In this case, the installation is equipped with a
Для предотвращения попадания частиц атмосферного кислорода в емкость 1 через зазор между крышкой 2 и плазмотроном 5 на крышке 2 герметично установлен кожух 35 (фиг. 10). Кожух 35 снабжен фланцем 36. Фланец служит для подвода магистрали защитного газа под давлением. Таким образом, внутри кожуха создается подпор защитного газа, что препятствует проникновению кислорода в емкость 1. Для связывания молекул кислорода целесообразно в магистраль подавать небольшое количество водорода. To prevent particles of atmospheric oxygen from entering the
Установка, снабженная кожухом, обеспечивает снижение количества примесей в готовом материале примерно на 50 - 80%. The installation, equipped with a casing, reduces the amount of impurities in the finished material by about 50 - 80%.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95109789A RU2144573C1 (en) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | Device for introduction of finely divided components into matrix metal melt |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95109789A RU2144573C1 (en) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | Device for introduction of finely divided components into matrix metal melt |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95109789A RU95109789A (en) | 1997-06-10 |
| RU2144573C1 true RU2144573C1 (en) | 2000-01-20 |
Family
ID=20168844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95109789A RU2144573C1 (en) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | Device for introduction of finely divided components into matrix metal melt |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2144573C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020086048A1 (en) * | 2018-10-25 | 2020-04-30 | Физико-Технологический Институт Металлов И Сплавов Национальной Академии Наук Украины | Method for producing cast metal-based composite materials |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA802133A (en) * | 1968-12-24 | Contemporary Research | Production of dispersion hardened materials | |
| US4473103A (en) * | 1982-01-29 | 1984-09-25 | International Telephone And Telegraph Corporation | Continuous production of metal alloy composites |
| US5305817A (en) * | 1990-09-19 | 1994-04-26 | Vsesojuzny Nauchno-Issledovatelysky I Proektny Institut Aluminievoi, Magnievoi I Elektrodnoi Promyshlennosti | Method for production of metal base composite material |
-
1995
- 1995-06-27 RU RU95109789A patent/RU2144573C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA802133A (en) * | 1968-12-24 | Contemporary Research | Production of dispersion hardened materials | |
| US4473103A (en) * | 1982-01-29 | 1984-09-25 | International Telephone And Telegraph Corporation | Continuous production of metal alloy composites |
| US5305817A (en) * | 1990-09-19 | 1994-04-26 | Vsesojuzny Nauchno-Issledovatelysky I Proektny Institut Aluminievoi, Magnievoi I Elektrodnoi Promyshlennosti | Method for production of metal base composite material |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020086048A1 (en) * | 2018-10-25 | 2020-04-30 | Физико-Технологический Институт Металлов И Сплавов Национальной Академии Наук Украины | Method for producing cast metal-based composite materials |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU95109789A (en) | 1997-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11577314B2 (en) | Spheroidal titanium metallic powders with custom microstructures | |
| US4275287A (en) | Plasma torch and a method of producing a plasma | |
| US4048436A (en) | Heat treating | |
| JPH05228363A (en) | Apparatus and method for producing ceramic or cermet powder material | |
| US4013867A (en) | Polyphase arc heater system | |
| RU2266798C2 (en) | Method for metal continuous casting to mold and apparatus for performing the same | |
| US4886547A (en) | Powder manufacturing apparatus and method therefor | |
| RU2144573C1 (en) | Device for introduction of finely divided components into matrix metal melt | |
| EP1491255A4 (en) | Method for carrying out homogeneous and heterogeneous chemical reactions using plasma | |
| KR20230113731A (en) | Device and method for manufacturing metal powder | |
| US4638488A (en) | Fine grains producing apparatus | |
| KR20010040915A (en) | Method and induction furnace for melting a metallic or metal-containing bulk material in the shape of small pieces | |
| JP4555947B2 (en) | Chemical reaction apparatus and chemical reaction method | |
| JP2010517924A (en) | Silicon purification equipment | |
| WO2020086048A1 (en) | Method for producing cast metal-based composite materials | |
| WO1990000205A1 (en) | Method for grain refining of metals | |
| SU1639892A1 (en) | Method for production of metal powders | |
| JP2004216200A (en) | Method and apparatus for controlling chemical reaction | |
| RU2824325C1 (en) | Device for producing nanoparticles with core/shell morphology by magnetron sputtering | |
| RU2598730C2 (en) | Device for refining aluminium and its alloys (versions) | |
| RU2783096C1 (en) | Method for production of metal and ceramic powders with given shape and particle size, using technology of plasma-arc spraying with water screen, and device for its implementation | |
| RU2157060C2 (en) | Plasma chemical reactor | |
| Ananthapadmanabhan et al. | Particle morphology and size distribution of plasma processed aluminium powder | |
| RU2240368C1 (en) | Apparatus for electromagnetically refining aluminum and aluminum base alloys | |
| SU1549578A1 (en) | Apparatus for making ultradisperse powders |