СПОСОБ ЛИТЬЯ МЕТАЛЛА Российский патент 1995 года по МПК B22D27/02 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве отливок из черных и цветных металлов для повышения их качества.

Известно устройство для электромагнитного регулирования расхода жидкого металла, которое может быть использовано также для перекачивания (ЕПВ N 0298373 89.01.11 N 2), содержащее электромагнитную катушку, окружающую выходное отверстие сопла и неэлектропроводный элемент, расположенный внутри катушки вдоль оси сопла и занимающий часть отверстия сопла. Положение этого элемента определяет участки, где создаются вихревые токи и участки, где их нет. В результате магнитное поле меняет свою форму и вызывает появление по оси электромагнитной силы, которая регулирует расход металла.

Сложность этого устройства, вызванная необходимостью каждый раз строго в определенном месте точно устанавливать неэлектропроводный элемент, привела к тому, что указанное устройство не используется. Кроме того, целью этого изобретения является регулирование расхода жидкого металла при литье.

Известен способ литья металла, включающий заливку металла в литейную форму, воздействие электромагнитным полем на процесс кристаллизации, затвердевание металла и извлечение отливки [1]
При этом достигается повышение качества отливки, измельчение ее структуры, повышение механических свойств. Для осуществления этого способа литья необходимо поместить литейную форму в магнитное поле, причем сама литейная форма должна быть немагнитной. Даже если это удается сделать, то для получения магнитного поля, достаточного для эффективного воздействия, необходимы значительные затраты электроэнергии. В сложной отливке от ферромагнитного материала однородное магнитное поле получить весьма сложно. Этим обусловлено крайне малое распространение описанного способа литья.

Целью изобретения является увеличение эффективности процесса электромагнитного воздействия, повышение качества литого металла.

Цель достигается тем, что в способе литья металла, включающем заливку расплав в литейную форму, воздействие электромагнитным полем на процесс кристаллизации, затвердевание и извлечение отливки, струю металла, заливаемого в форму, помещают во внешнее осевое электромагнитное поле.

Таким образом расплавленный металл обрабатывается электромагнитным полем во время его заливки.

В отличие от прототипа здесь воздействие осуществляется на расплав не в процессе кристаллизации, а в период подачи металла в литейную форму.

Известно, что при температуре заливки металл уже имеет структуру, сходную со структурой твердого тела. Однако в этот период возможны изменения в структуре под влиянием электрофизического воздействия на расплав. Если обеспечить целенаправленные условия формирования этой исходной "предструктуры", то в значительной мере можно повлиять на структуру и свойства готовой отливки. В электромагнитном поле меняется межфазное натяжение, что обеспечивает уменьшение критического размера зародыша, а следовательно, и времени затвердевания отливки с образованием более мелкозернистой структуры. В магнитном поле изменяется растворимость фаз. Это приводит к изменению количества и распределения неметаллических включений по сечению отливки.

Конструктивно обеспечить помещение струи заливаемого металла в осевое электромагнитное поле достаточно просто.

П р и м е р 1. При получении слитков стали 55СА2 с помощью МНЛЗ на погружном стакане промежуточного ковша смонтирован соленоид, в котором постоянным электрическим током (I= 500 А) создается осевое магнитное поле напряженностью в 4˙10⁵ А/м. Струя металла обрабатывалсь магнитным полем и попадала в кристаллизатор сечением 250х500 мм. Скорость разливки составляла 0,6 м/мин, расход охлаждающей воды 2 л/кг. Были отлиты опытные и сравнительные слитки, из которых отобраны продольные и поперечные темплеты.

Сравнение макроструктуры отливок показало, что в опытных слитках измельчена дендритная структура, увеличена толщина корковой зоны за счет осевой, структура слитка стала более плотной и однородной; ликвационные полоски отсутствуют. Механические свойства металла возросли примерно на 20%
Установленная электрическая мощность установки 5 кВт, расход электроэнергии составил 25˙10^-3 кВт-ч/т.

П р и м е р 2. Отливка заготовок из серого чугуна на конвейере. В футеровке ковша вокруг разливочного стакана с отверстием диаметром 20 мм помещен соленоид, обеспечивающий постоянное осевое магнитное поле напряженностью 10⁵ А/м. При этом уменьшилось зарастание отверстия в период разливки. В период опытной разливки соленоид не отключали при перерывах струи, поэтому расход электроэнергии составил 40˙10^-3 кВт-ч/т. Были отлиты опытные и сравнительные заготовки, из которых вырезаны образцы и исследована их макро- и микроструктура.

Установлено, что в опытных отливках макроструктура более однородна без образования трещин, графитовые включения в микроструктуре стали более короткими, перлитная основа более равномерна. Содержание газовых пузырей уменьшилось, механические свойства возросли на 12-15%
Применение данного способа литья обеспечивает электромагнитное воздействие на кристаллизацию и затвердевание при значительно более простом оборудовании и меньших затратах электроэнергии. При этом обеспечивается охрана труда обслуживающего персонала.

Наиболее эффективен указанный способ при массовом конвейерном, а также при непрерывном литье металла. Он может быть применен и при использовании магнитодинамических дозаторов.

Опытная поверка данного способа литья, выполненная при получении стальных отливок, подтвердила эффективность электромагнитного воздействия на струю заливаемого металла.

Использование: в металлургии при производстве отливок из черных и цветных металлов, в том числе получаемых на МНЗЛ. Цель увеличение эффективности процесса электромагнитного воздействия, повышение качества литого металла. Способ предусматривает заливку расплава в литейную форму, воздействие электромагнитным полем на кристаллизацию, затвердевание и извлечение отливки, при этом струю металла, заливаемого в форму, помещают во внешнее осевое электромагнитное поле.

СПОСОБ ЛИТЬЯ МЕТАЛЛА, включающий заливку расплава в литейную форму, воздействие на него электромагнитным полем, затвердевание его в извлечение отливки, отличающийся тем, что воздействие на расплав ведут внешним осевым электромагнитным полем в процессе заливки его струей в литейную форму.