Некоторые особенности создания устройств для диспергирования металлического расплава
Исследована работоспособность модулей для диспергирования расплава при индукционной плавке в секционном кристаллизаторе. Рассмотрены особенности эксплуатации диска-холодильника с принудительным охлаждением жидкостью или газом и без него. The performance of modules for melt dispersion during inductio...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/95983 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Некоторые особенности создания устройств для диспергирования металлического расплава / В.А. Шаповалов, И.В. Шейко, Ю.А. Никитенко // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 2 (95). — С. 35-38. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859772419045064704 |
|---|---|
| author | Шаповалов, В.А. Шейко, И.В. Никитенко, Ю.А. |
| author_facet | Шаповалов, В.А. Шейко, И.В. Никитенко, Ю.А. |
| citation_txt | Некоторые особенности создания устройств для диспергирования металлического расплава / В.А. Шаповалов, И.В. Шейко, Ю.А. Никитенко // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 2 (95). — С. 35-38. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Исследована работоспособность модулей для диспергирования расплава при индукционной плавке в секционном кристаллизаторе. Рассмотрены особенности эксплуатации диска-холодильника с принудительным охлаждением жидкостью или газом и без него.
The performance of modules for melt dispersion during induction melting in a sectional mould was investigated. Peculiarities of service of a disc-cooler with a forced cooling by liquid or gas and without it are described.
|
| first_indexed | 2025-12-02T07:27:52Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.58
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ
УСТРОЙСТВ ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ
МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАСПЛАВА
В. А. Шаповалов, И. В. Шейко, Ю. А. Никитенко
Исследована работоспособность модулей для диспергирования расплава при индукционной плавке в секционном
кристаллизаторе. Рассмотрены особенности эксплуатации диска-холодильника с принудительным охлаждением жид-
костью или газом и без него.
The performance of modules for melt dispersion during induction melting in a sectional mould was investigated. Pecu-
liarities of service of a disc-cooler with a forced cooling by liquid or gas and without it are described.
Ключ е вы е с л о в а : диспергирование; секционный крис-
таллизатор; металлический расплав; диск-холодильник; быс-
трозакаленные чешуйки; аморфная структура
Научно-технический прогресс в наукоемких отрас-
лях промышленности неразрывно связан с приме-
нением новых материалов. Это основной путь к вы-
ходу на качественно новый этап развития любой
отрасли промышленности. В этой связи в последние
годы зафиксирован возрастающий интерес к проб-
леме использования материалов с аморфной и мик-
рокристаллической структурами, свойства которых
существенно отличаются от свойств тех же матери-
алов в обычном кристаллическом состоянии.
Аморфную и микрокристаллическую структуру
металлов и сплавов получают главным образом спо-
собами сверхбыстрой закалки из жидкого состоя-
ния, один из которых разработан в Институте элек-
тросварки им. Е. О. Патона НАН Украины на базе
индукционной плавки в секционном кристаллиза-
торе (ИПСК) [1, 2]. Суть этого способа заключа-
ется в совмещении ИПСК с процессом диспергиро-
вания расплава при помощи быстро вращающегося
диска-холодильника (рис. 1). Здесь огнеупорный
тигель заменен секционным водоохлаждаемым
кристаллизатором, т.е. для приготовления расплава
используют процесс ИПСК.
Совмещение ИПСК и сверхбыстрой закалки рас-
плава позволяет исключить контакт металлического
расплава с огнеупорным материалом тигля и тем
самым решить вопрос получения быстрозакаленных
металлических материалов из высокореакционных
металлов, а также сплавов, содержащих указанные
металлы в качестве легирующих элементов.
Особенностью данного процесса является при-
менение расходуемой металлической заготовки за-
данного химического состава для получения распла-
ва и его последующего диспергирования. Заготовку
вводят снизу в секционный кристаллизатор, в ко-
© В. А. ШАПОВАЛОВ, И. В. ШЕЙКО, Ю. А. НИКИТЕНКО, 2009
Рис. 1. Принципиальная схема процесса диспергирования рас-
плава, совмещенная с ИПСК: 1 – диск-холодильник; 2 – ин-
дуктор; 3 – металлическая ванна; 4 – секционный кристалли-
затор; 5 – расходуемая заготовка; 6 – быстрозакаленные че-
шуйки; 7 – бункер; 8 – плавильная камера
35
тором производят ее расплавление на уровне индук-
тора. Образующаяся металлическая ванна опирается
на нерасплавившуюся нижнюю часть заготовки. В зо-
не индуктора металлический расплав под действием
электромагнитного поля отжимается от стенки сек-
ционного кристаллизатора, и его свободная поверх-
ность принимает куполообразную форму.
Путем варьирования электрической мощности,
подводимой к индуктору, вершину выпуклого ме-
ниска ванны можно приподнять над верхним срезом
кристаллизатора и стабильно удерживать в таком
положении. Вращающийся диск-холодильник опус-
кают вниз до его касания с вершиной выпуклого
мениска ванны и производят диспергирование ме-
таллического расплава. При контакте рабочей до-
рожки диска-холодильника происходит наморажи-
вание тонкой пленки металла, которая в дальней-
шем отрывается от ее поверхности под действием
центробежных сил. В зависимости от формы рабо-
чей дорожки можно получать быстрозакаленный
материал в виде ленты или чешуек (рис. 2).
Для стабильного процесса диспергирования тре-
бовалось создать модуль с вращающимся диском-
холодильником, температура рабочей дорожки ко-
торого не изменялась бы в процессе диспергирова-
ния. Первые эксперименты по диспергированию ме-
таллического расплава выполнили с использовани-
ем неохлаждаемого медного диска-холодильника
диаметром 170 мм и толщиной у основания 20 мм
(рис. 3).
Скорость вращения диска регулировали в диа-
пазоне (2…4)⋅103 об/мин, что обеспечивало на до-
рожке диска линейную скорость 18…36 м/с. Пос-
кольку диск-холодильник при контакте с металли-
ческим расплавом нагревался, продолжительность
Рис. 2. Быстрозакаленный чешуйчатый материал: а – алюминиевый сплав Д16; б – титан ВТ1-0
Рис. 3. Модуль для диспергирования расплава с неохлаждаемым
диском-холодильником
Рис. 4. Модуль для диспергирования расплава с водоохлажда-
емым диском-холодильником: а – общий вид; б – схема кон-
струкции модуля; 1 – блок водяных коллекторов; 2 – уплот-
няющая втулка (фторопласт); 3 – вал; 4 – крышка центриру-
ющая; 5 – диск-холодильник; 6 – крышка глухая; 7 – прорези
36
контакта ограничивали 20…40 с. В противном случае
происходило неконтролируемое намораживание метал-
ла на диск, и он не отрывался от рабочей дорожки.
В качестве модельного материала для дисперги-
рования использовали алюминиевый сплав Д16.
Скорость закалки металла составляла (3…5)⋅104…
…1⋅105 град/с. Основной недостаток неохлаждае-
мого диска-холодильника заключался в его нагреве
в ходе диспергирования. Процесс приходилось пре-
рывать и в течение нескольких минут (до 10) ожи-
дать естественного охлаждения диска.
Другой его недостаток состоял в сравнительно
невысокой скорости закалки расплава, причем по
ходу плавки она снижалась из-за невозможности
охладить диск-холодильник до температуры, кото-
рую он имел в начале процесса. В силу указанных
причин производительность оказывалась низкой.
Следующим этапом в развитии предложенного
Институтом электросварки им. Е. О. Патона НАНУ
способа диспергирования были разработка и созда-
ние модуля с водоохлаждаемым диском-холодиль-
ником (рис. 4). Диаметр диска равнялся 170 мм,
толщина – 6 мм.
Рис. 5. Модуль для диспергирования расплава с газовым охлаждением диска-холодильника: а – общий вид; б – схема конструкции
модуля; 1 – плита основы; 2 – водяная магистраль; 3 – боковые неподвижные элементы охлаждения диска-холодильника; 4 –
электродвигатель; 5 – диск-кристаллизатор; 6 – цилиндрические выступы диска-холодильника; 7 – цилиндрические выступы
на неподвижном элементе охлаждения; 8 – вал
Рис. 6. Размещение модуля для диспергирования расплава в
плавильной камере опытной установки
Рис. 7. Схема выполнения прорезей на рабочей дорожке диска-
холодильника: а – вид сбоку; б – прорези, параллельные оси
вращения диска; в – прорези под углом 45°; 1 – боковая по-
верхность; 2 – рабочая дорожка; 3 – прорези
37
Испытания модуля осуществляли на тех же ре-
жимах, что и неохлаждаемого медного диска-холо-
дильника, т. е. скорость вращения регулировали в
диапазоне (2…4)⋅103 об/мин. Расход охлаждаю-
щей воды не превышал 3 л/мин. Применение во-
дяного охлаждения сняло ограничения по длитель-
ности контакта диска-холодильника с металличес-
кой ванной, в результате возросла скорость закалки
металла до 1⋅106…1⋅107 град/с. Тем не менее рабо-
тоспособность модуля в целом оказалась недоста-
точной, поскольку через 6…8 мин работы (враще-
ния диска) происходила разгерметизация модуля
по фторопластовой втулке (рис. 4, б). Поэтому нор-
мальная робота модуля ограничивается примерно
6 мин. Причиной протекания воды через уплотне-
ние является чрезвычайно высокая скорость враще-
ния вала, на котором закреплен диск-холодильник,
из-за чего от применения модуля с водяным охлаж-
дением пришлось отказаться.
Последующие отработки режимов диспергиро-
вания выполняли с использованием модуля, имею-
щего газовое охлаждение (рис. 5). Данный модуль
состоит из медного диска-холодильника, на котором
с двух сторон выполнены концентрические выступы
в виде цилиндров (рис. 5, б). Диск жестко закреп-
лен на валу, который в свою очередь через муфту
связан с валом электродвигателя постоянного тока.
Цилиндрические концентрические выступы диска
входят в соответствующие пазы, выполненные в не-
подвижных охлаждаемых элементах. Между ци-
линдрическими выступами диска-холодильника и
пазами в неподвижных охлаждаемых элементах
есть конструктивные зазоры размером не более 1 мм,
которые позволяют диску-холодильнику свободно
вращаться в охлаждаемых элементах. Охлаждае-
мые боковые элементы жестко закреплены на плите
основы. Подвод и отвод воды к элементам проис-
ходят с помощью водяной магистрали. Для интен-
сификации охлаждения диска-холодильника во
время диспергирования расплава в зазоры между
цилиндрическими выступами диска и соответству-
ющими пазами элементов производится подача
инертного газа.
При наличии малых зазоров между охлаждае-
мыми элементами и диском, вращающимся с боль-
шой скоростью, подвод инертного газа в зазор ин-
тенсифицирует охлаждение диска-холодильника и
его рабочей дорожки. Это позволяет в течение не-
ограниченного промежутка времени выполнять дис-
пергирование расплава.
Габаритные размеры дали возможность размес-
тить модуль для диспергирования в плавильной ка-
мере установки ИПСК, а соответствующие вводы
обеспечивали питание электропривода током, водо-
охлаждение элементов модуля и подведение инер-
тного газа (рис. 6).
Для получения лент использовали диски-холо-
дильники с разной шириной рабочей дорожки. Дли-
на полученных лент колебалась от 0,2 до 0,5 м.
Однако основное внимание уделяли получению ме-
таллических чешуек, поскольку их проще размалы-
вать в шаровых мельницах, т. е. переводить в по-
рошкообразный вид для последующего изготовле-
ния образцов способом спекания.
Изготовление металлических чешуек имеет свою
специфику. Для этого рабочую дорожку диска-хо-
лодильника необходимо разделить на определенные
отрезки – прорези. Испытания диска с прорезями
на рабочей дорожке показали, что процесс диспер-
гирования проходит стабильно только при опреде-
ленном направлении прорезей относительно оси
вращения диска. В случае перпендикулярного рас-
положения прорезей на дорожке получить метал-
лическую чешую невозможно (рис. 7, б), поскольку
при касании рабочей дорожки значительной части
поверхности расплава металлопродукт имеет вид
брызг без соответствующей формы. Таким образом,
использование диска-холодильника с перпендику-
лярными прорезями на рабочей дорожке не дает
возможности получать металопродукт в виде чешуек.
Получение металлических быстрозакаленных
чешуек стало возможным благодаря прорезям на
рабочей дорожке, выполненным под углом 45°
(рис. 7, в). Благодаря этому процесс диспергиро-
вания протекает стабильно, без выбросов металли-
ческой ванны, а получаемый металопродукт имеет
четкую форму чешуек с определенной длиной, что
соответствует расстоянию между прорезями на ра-
бочей дорожке диска-холодильника.
На созданном оборудовании получены образцы
быстрозакаленных металлических материалов на
основе сплава алюминия Д16, сплава системы ни-
кель—титан (нитинол), технически чистого титана
и др. (рис. 2).
1. Пат. 69514 Україна, МПК 8 В 22 D 27/00. Спосіб отри-
мання аморфних та дрібнозернистих металів / Б. Є. Па-
тон, Ю. В. Латаш, І. В. Шейко та ін. – Опубл.
15.09.2004; Бюл. № 9.
2. Получение быстрозакаленных металлических материалов
с применением процесса индукционной плавки в секцион-
ном кристаллизаторе / Б. Е. Патон, Ю. В. Латаш,
И. В. Шейко и др. // Пробл. спец. электрометал-
лургии. – 1993. – № 2. – С. 50—55.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 23.02.2009
38
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-95983 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T07:27:52Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шаповалов, В.А. Шейко, И.В. Никитенко, Ю.А. 2016-03-08T17:45:25Z 2016-03-08T17:45:25Z 2009 Некоторые особенности создания устройств для диспергирования металлического расплава / В.А. Шаповалов, И.В. Шейко, Ю.А. Никитенко // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 2 (95). — С. 35-38. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/95983 669.187.58 Исследована работоспособность модулей для диспергирования расплава при индукционной плавке в секционном кристаллизаторе. Рассмотрены особенности эксплуатации диска-холодильника с принудительным охлаждением жидкостью или газом и без него. The performance of modules for melt dispersion during induction melting in a sectional mould was investigated. Peculiarities of service of a disc-cooler with a forced cooling by liquid or gas and without it are described. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Вакуумно-индукционная плавка Некоторые особенности создания устройств для диспергирования металлического расплава Some peculiarities in design of devices for metal melt dispersion Article published earlier |
| spellingShingle | Некоторые особенности создания устройств для диспергирования металлического расплава Шаповалов, В.А. Шейко, И.В. Никитенко, Ю.А. Вакуумно-индукционная плавка |
| title | Некоторые особенности создания устройств для диспергирования металлического расплава |
| title_alt | Some peculiarities in design of devices for metal melt dispersion |
| title_full | Некоторые особенности создания устройств для диспергирования металлического расплава |
| title_fullStr | Некоторые особенности создания устройств для диспергирования металлического расплава |
| title_full_unstemmed | Некоторые особенности создания устройств для диспергирования металлического расплава |
| title_short | Некоторые особенности создания устройств для диспергирования металлического расплава |
| title_sort | некоторые особенности создания устройств для диспергирования металлического расплава |
| topic | Вакуумно-индукционная плавка |
| topic_facet | Вакуумно-индукционная плавка |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/95983 |
| work_keys_str_mv | AT šapovalovva nekotoryeosobennostisozdaniâustroistvdlâdispergirovaniâmetalličeskogorasplava AT šeikoiv nekotoryeosobennostisozdaniâustroistvdlâdispergirovaniâmetalličeskogorasplava AT nikitenkoûa nekotoryeosobennostisozdaniâustroistvdlâdispergirovaniâmetalličeskogorasplava AT šapovalovva somepeculiaritiesindesignofdevicesformetalmeltdispersion AT šeikoiv somepeculiaritiesindesignofdevicesformetalmeltdispersion AT nikitenkoûa somepeculiaritiesindesignofdevicesformetalmeltdispersion |