УСТАНОВКА ДЛЯ ВВОДА В РАСПЛАВ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВЫХ МОДИФИКАТОРОВ

Полезная модель относится к области металлургии, а именно, к литейному производству и может быть использована для получения специальных, содержащих мелкодисперсные частицы тугоплавких соединений лигатур, а также легирования и модифицирования металлических сплавов при получении отливок с повышенными физико-механическими свойствами.
Известно устройство для ввода газов в расплав алюминия, содержащее вертикально установленную трубу, связанную одним концом с емкостью для инертного газа, а другим - с цилиндрической насадкой, выполненной из пористого материала, а также механизм подачи насадки в расплав и удаления из расплава. Для ввода газов в расплав, насадку помещают в расплав под зеркало металла и открывают подачу газа из емкости.
(см. опубликованную заявку WO 2010/143536, 2010 г.).
В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что пористая насадка должен изготавливаться, преимущественно из керамики или из окислов, связанных между собой неорганическим связующим. Такие изделия характеризуются весьма малыми размерами пор, что приводит к тому, что при пропускании газопорошковой смеси через поры, они периодически будут забиваться порошковыми материалами. Кроме того, конструкция насадки не обеспечивает равномерного распределения порошкового модификатора по объему расплава.
Известна установка для введения модификаторов в расплав металла, содержащая оснащенный приводом вращения корпус конической или воронкообразной формы, установленный на валу, который кинематически связан с приводом его вращения. Вал имеет осевой сквозной канал, в котором неподвижно размещена труба. Выход трубы находится в полости корпуса, а вход связан с дозатором для порошковых модификаторов и с емкостью для инертного газа.
В процессе работы установки загружают в бункер модификатор, корпус помещают в расплав металла и приводят во вращение посредством привода вал, а следовательно, и корпус. Включают подачу газа. За счет подачи газа (пневматически) модификатор подается по трубе во внутреннюю полость вращающегося корпуса, где он смешивается с расплавом. В полости корпуса образуется равномерная поверхность расплава, которая непрерывно обновляется из-за действия центробежных сил, которые вращающийся корпус сообщает расплаву. Кроме того, газ, находящийся в полости конуса, подвергается вращению и когда модификатор в виде частиц поступает в полость, то часть частиц модификатора будет перемещаться вниз и непосредственно смешиваться с расплавом, а другая часть, вследствие действия центробежной силы, будет отбрасываться к периферии и подаваться вдоль стенки корпуса, а затем смешиваться с расплавом.
(см. патент РФ № 2116823, кл. B01F 5/12, 1998г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что частицы модификатора, помещенного в бункер, склонны к коагуляции, конструкция корпуса не позволяет обеспечить равномерное распределения модификатора по расплаву.
Техническим результатом полезной модели является разработка установки для ввода в расплав мелкодисперсных порошковых модификаторов, в том числе ультрадисперсных и наноразмерных, обеспечивающей равномерное распределение модификатора в расплаве и предотвращающей коагуляцию частиц, что позволит существенно повысить эффект наномодифицирования и качество отливок, полученных из таких расплавов.
Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в установке для ввода в расплав мелкодисперсных порошковых модификаторов, содержащей бункер для модификатора, смеситель, емкость для инертного газа, связанную через редуктор со смесителем, выпускной коллектор, новым является то, что установка оснащена вихревым бункером и доизмельчителем модификатора, на входе которого установлен бункер, а на выходе смеситель, выход которого подключен через запорный вентиль к входу вихревого бункера, выход которого через запорный вентиль соединен с выпускным коллектором, причем выход вихревого бункера соединен с выпускным коллектором через гибкий трубопровод, а выпускной коллектор выполнен в виде изогнутых труб, вход каждой из которых имеет возможность связи с выходом вихревого бункера, а выход - с кольцевой камерой, имеющей выпускные отверстия.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
на фиг. 1 - схема установки;
на фиг. 2 - выпускной коллектор.
Установка для ввода в расплав мелкодисперсных порошковых модификаторов (наномодификаторов) состоит из емкости (баллона) 1 для инертного газа, оснащенной редуктором 2, к которому подключен трубопровод 3 подачи инертного газа.
Установка также содержит бункер 4 для загрузки модификатора (смеси модификаторов) и смеситель 5. Бункер 4 установлен на входе устройства 6 доизмельчения модификаторов, в качестве которого может быть использована планетарная мельница сверхтонкого помола, а смеситель 5 установлен на выходе устройства 6 и подключен к трубопроводу 3. Установка оснащена первым 7а и вторым 7б вентилями, первый из которых установлен на входе вихревого бункера 8, а второй - на его выходе. Выход вихревого бункера 8 через вентиль 7б и гибкий трубопровод 9, связан с выпускным коллектором 10.
Вихревой бункер оснащен воздушными движителями (не показаны), например, вентиляторами с приводами их вращения в противоположные стороны.
Ковш с расплавом обозначен позицией 11.
Выпускной коллектор 10 выполнен в виде двух труб 12 изогнутой (например, радиусной) формы, вход которых связан с выходом гибкого трубопровода 9, а выходы - с кольцевой камерой 13, имеющей выходные отверстия 14.
Установка для ввода в расплав мелкодисперсных порошковых модификаторов работает следующим образом:
В загрузочный бункер 4 загружают порошковый модификатор (или смесь модификаторов). Частицы модификатора имеют размеры не более 1 мм. Включают в работу устройство 6 доизмельчения, в которое дозировано (бункер, как правило, оснащают дозатором) подают на доизмельчение и разрыхление из бункера 4 модификатор. Параллельно открывают редуктор 2 и первый вентиль 7а и инертный газ под давлением, установленным редуктором, из емкости 1 поступает в смеситель 5, куда также поступает доизмельченный тонкодисперсный модификатор. В смесителе доизмельченный модификатор смешивается с газом, в результате чего образуется газопорошковая смесь. Далее газопорошковая смесь, в которой модификатор находится во взвешенном состоянии, по трубопроводу 3 подается в вихревой бункер 8, в котором воздушные движители, постоянно поддерживают частицы модификаторав смеси во взвешенном состоянии, что минимизирует вероятность контакта частиц друг с другом и не дает частицам коагулировать (слипаться). После подачи порции модификатора в вихревой бункер 8 вентиль 7а закрывают до тех пор, пока в тигле или ковше 11 будет получен расплав. При получении расплава, в него опускают выпускной коллектор 10, связанный с выходом вентиля 7б гибким трубопроводом. Механизм перемещения выпускного коллектора в расплав и удаления из него является известным и не приведен в настоящей заявке. В качестве такого механизма может быть использован стандартный гидравлический или винтовой привод. После помещения выпускного коллектора в расплав открывают второй вентиль 7б и газопорошковая смесь через гибкий трубопровод 9 и выпускной коллектор 10 поступает в ковш 11 с расплавом, в результате чего расплав «вскипает», а частицы модификатора из смеси осаживаются на внутренних поверхностях образованных в металле пузырьков, отходя далее в металл расплава. Весьма важно, что, проходя через изогнутые трубы 12 коллектора 10 и кольцевую камеру 13, на газопорошковую смесь действуют центробежные силы, что повышает эффективность ввода смеси через отверстия 14 в расплав. Инертный газ, проходя сквозь расплав, выводит с собой вредные газы, растворенные в металле. Выпускной коллектор 10 посредством привода может совершать возвратно-поступательные и круговые движения (привод кругового движения не показан), равномерно распределяя модификатор по объему расплава и перемешивая его.
Была изготовлена опытная установка. В качестве устройства тонкого измельчения была выбрана шаровая мельница FRITSCH Pulverisette 7. Вихревой бункер представлял из себя цилиндрический сосуд, у верхнего и нижнего торца которого были закреплены вентиляторы. В качестве емкости использовался стандартный газовый баллон с редуктором.
Производили многократное модифицирование алюминиевого сплава АК7ч.
2
3
В шаровую мельницу загружали коагулированный нанопорошок AlO, изготовленный по ТУ 1791-001-66192449-2011.
В качестве инертного газа использовали аргон.
Продувку расплава газопорошковой смесью проводили в течение одной минуты.
2
3
Металлографические исследования литых образов показали отсутствие скоплений частиц тугоплавких соединений, что позволяет сделать вывод о высокой однородности распределения частиц AlO а объеме металла.
Использование данной установки позволяет обеспечить подачу в расплав модификатора в дисперсном состоянии и равномерно распределить его по расплаву.