УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ПРИСАДОК В МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ РАСПЛАВ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к металлургии, а именно к конструкции устройства, наполненного компонентами для ввода присадок в металлический расплав.
По патенту RU 26054 известно устройство для ввода присадки в расплав, содержащее утяжелитель с плотностью большей, чем у расплава и присадку, имеющую плотность меньше, чем у расплава, отличающееся тем, что устройство имеет смещенный центр тяжести, обеспечивающий заданную ориентацию устройства в расплаве, для контакта с расплавом присадка имеет, по крайней мере, одну свободную поверхность, а отношение массы присадки к массе утяжелителя равно 1:2-8.
Недостатками известного устройства являются: сложность конструкции; трудоемкость в исполнении; низкая надежность присадки.
3
Наиболее близким к заявленному техническому решению является известная по патенту RU 2148657 капсула для легирования металлических расплавов, содержащая оболочку со стенками из металла, являющегося основной расплава, или из металлов, входящих в состав металлического расплава, наполненную легирующими компонентами, при этом капсула выполнена с возможностью корректировки ее плотности до значения, превышающего плотность металлического расплава, снабженная грузом, корректирующим ее общую плотность до значения, превышающего плотность расплава на 0,5-1,0 г/см, а стенки оболочки выполнены толщиной, обеспечивающей полное расплавление капсулы в металлическом расплаве.
Недостатками известного устройства являются:
- Низкая надежность известного устройства.
- Сложность конструкции капсулы, поскольку известная присадка состоит из большого количества сложных в изготовлении деталей и отверстий, закрытых пробками из легкоплавкого компонента.
3
- Трудоемкость и высокие материальные затраты при изготовлении, поскольку для получения капсулы плотностью 7,4 г/см и имеющей большую площадью основания, необходимо увеличить массу груза в 7, 8 раза, по сравнению с массой груза рассчитанной по закону Архимеда.
Техническим результатом заявленной полезной модели является:
- упрощение конструкции устройства и процесса его изготовления;
- простота и универсальность, обеспечивающая получение наночастиц в расплаве, введение тугоплавких плакированных нанопорощков в металл, снижение затрат на изготовление;
- уменьшение влияния на устройство, выталкивающей силы жидкого расплава, при одновременном снижении массы утяжелителя и обеспечении вертикального погружения;
- повышение надежности при использовании, хранении и транспортировке.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для ввода присадок в металлический расплав, содержащем оболочку со стенками из металла, являющегося основой расплава, наполненном компонентами присадки, выполненном с возможностью корректировки плотности до значения, превышающего плотность металлического расплава, согласно первого варианта полезной модели, груз выполнен заодно с оболочкой устройства и представляет собой единый целый утяжелитель, основание утяжелителя выполнено клинообразным, в верхней части утяжелителя заодно с ним выполнена камера, заполненная компонентами присадки, закрытая верхней торцевой стенкой.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для ввода присадок в металлический расплав, содержащем оболочку со стенками из металла, являющегося основой расплава, наполненном компонентами присадки, выполненном с возможностью корректировки плотности до значения, превышающего плотность металлического расплава, согласно второго варианта полезной модели, груз выполнен заодно с оболочкой устройства и представляет собой единый целый утяжелитель, в верхней части утяжелителя заодно с ним выполнена камера, заполненная компонентами присадки, закрытая верхней торцевой стенкой, в нижней и верхней части оболочки камеры выполнены углубления, уменьшающие толщину стенки, причем толщина стенки камеры внутри верхнего углубления больше чем толщина стенки камеры внутри нижнего углубления.
Выполнение, согласно первого и второго вариантов полезной модели, груза заодно с оболочкой устройства позволяет значительно упростить конструкцию, поскольку исчезает необходимость использования при изготовлении капсулы большого количества сложных в изготовлении деталей.
Получение наночастиц достигается тем, что камера, согласно первого и второго вариантов полезной модели, представляет собой испарительную емкость, в которой осуществляется нагрев, испарение и перегрев паров металла. При перегреве пары металла диссоциируют на отдельные атомы, являющиеся высокоэффективными модификаторами, которые поступают в объем расплавленного металла, после расплавления стенок устройств. Для получения наночастиц камера заполняется компонентами, имеющими температуру кипения ниже температуры расплава. Устройство вводится в расплав, при этом, за счет температуры расплава стенки камеры и компоненты присадки нагреваются, до температуры плавления компонентов присадки, далее до температуры образования из компонентов присадки перегретого пара, который поступает в расплав, после расплавления стенок камеры.
Выполнение согласно первого варианта полезной модели, основания клинообразным позволяет снизить его площадь и при вертикальном погружении устройства в расплав уменьшить действие на устройство выталкивающей силы жидкого расплава, что дает возможность использовать утяжелитель с меньшей массой.
Выполнение, согласно первого и второго вариантов полезной модели, камеры в верхней части утяжелителя заодно с ним позволяет существенно упростить изготовление устройства. Толщина стенки камеры выполняется с учетом массы и температуры кипения реагентов, давления, которое создается в камере. Стенки камера устройства, согласно первого и второго вариантов полезной модели, выполняются толщиной от 5 до 20 мм. Стенка камеры толщиной менее 5 мм не обеспечивает погружения тугоплавких плакированных нанопорошков на дно металлургического агрегата, а тем более получения перегретых паров в камере устройства, т.к. стенка толщиной менее 5 мм расплавляется раньше, чем образуется перегретый пар. Стенка толщиной более 20 мм необоснованно увеличивает время обработки расплава, что приводит к снижению производительности металлургического агрегата.
Крышка камеры, согласно первого и второго вариантов полезной модели, крепиться к устройству, разными способами, например при помощи резьбы.
Выполнение дополнительно, согласно второго варианта полезной модели, в боковых стенках оболочки камеры углублений, уменьшающих толщину стенки позволяет отказаться от использования отверстий, закрытых пробками из легкоплавкого материала, что повышает надежность при хранении и транспортировке, кроме того, позволяет получить в корпусе присадки отверстия заданных размеров при нахождении устройства внутри расплава.
При образовании, в результате расплавления тонкой стенки внутри углубления в нижней части корпуса, отверстия в объем камеры поступает расплавленный металл, что уменьшает плавучесть устройства. В углублении находящемся в верхней части камеры толщина перегородки внутри углубления больше, чем в углублении, находящемся в нижней части камеры, в результате чего верхнее отверстие образуется на несколько секунд позже, что способствует эффективному удалению из объема камеры воздуха и/или газов. Что улучшает эксплуатационные характеристики изделия.
Сущность заявленной полезной модели поясняется рисунками:
На рис.1 изображен разрез устройства для ввода присадок в металлический расплав, выполненного по первому варианту.
На рис.2 изображен разрез устройства для ввода присадок в металлический расплав, выполненного по второму варианту.
Устройство для ввода присадок в металлический расплав, содержащее оболочку 1 со стенками из металла, являющегося основой расплава, наполненное компонентами присадки 2, выполненное с возможностью корректировки плотности до значения, превышающего плотность металлического расплава, где груз 3 выполнен заодно с оболочкой 1 устройства и представляет собой единый целый утяжелитель, основание 4 утяжелителя выполнено клинообразным, в верхней части утяжелителя заодно с ним выполнена камера 5, заполненная компонентами присадки 2, закрытая верхней торцевой стенкой 6.
Устройство для ввода присадок в металлический расплав, содержащее оболочку 1 со стенками из металла, являющегося основой расплава, наполненное компонентами присадки 2, выполненное с возможностью корректировки плотности до значения, превышающего плотность металлического расплава, согласно второго варианта, груз 3 выполнен заодно с оболочкой 1 устройства и представляет собой единый целый утяжелитель, в верхней части утяжелителя заодно с ним выполнена камера 4, заполненная компонентами присадки 2, закрытая верхней торцевой стенкой 5, в нижней и верхней части оболочки камеры выполнены углубления 6 и 7, уменьшающие толщину стенки, причем толщина стенки камеры внутри верхнего углубления 6 больше чем толщина стенки камеры внутри нижнего углубления 7.
Устройство, согласно первого и второго вариантов полезной модели, изготавливается из металлопроката различного профиля, нарезанного на заготовки требуемого размера путем, например, выборки металла. Объем камеры и утяжелителя, толщина стенки и суммарная масса устройства регулируются в зависимости от требуемой массы компонента, необходимой для введения в расплав, и его плотности.
В боковой стенке устройства, согласно второго варианта полезной модели, на расстоянии 10-30 мм от дна и на расстоянии 10-15 мм от верхней торцевой стенки, изготовлены углубления шириной 5-20 мм и с толщиной стенки до 1-4 мм, выполняющие роль клапана, обеспечивающего поступление жидкого металла в камеру, выход газов из камеры, снижение массы утяжелителя и затрат на изготовление, погружение в расплав на заданную глубину.
Камера заполняется компонентами присадки и закрывается крышкой. Крышка крепится к капсуле, например, при помощи сварки или резьбы. При погружении в расплав в первую очередь расплавляется стенка, закрывающая нижнее отверстие, что приводит к поступлению жидкого расплава во внутренний объем, создает отрицательную плавучесть. На несколько секунд позднее открывается верхнее отверстие, воздух и/или газы удаляются из камеры, что приводит к снижению выталкивающей силы жидкого расплава, устройство тонет. Устройство, выполненное по первому варианту полезной модели, может использоваться для получения наночастиц или введения нанопорошков в расплав.