[**]

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству металлической дроби из расплава металла или сплава методом литья. В заявляемом способе получения дроби фрагменты расплава, полученные пропусканием расплава через фильеру, каналы которой состоят из двух последовательно расположенных участков, охлаждаются ниспадающим потоком воздушно-капельной смеси и размещаются в охлаждающей жидкости. Другим аспектом настоящего изобретения является устройство для получения дроби из расплава металла или сплава для осуществления заявляемого способа. Еще одним аспектом настоящего изобретения является устройство охлаждения фрагментов расплава металла или сплава, полученных пропусканием расплава через фильеру, включающее одну или несколько форсунок для подачи в подтигельное пространство распыленной охлаждающей воздушно-капельной смеси ниспадающим потоком. Еще одним аспектом настоящего изобретения является фильера для получения дроби из расплава металла или сплава, устанавливаемая в днище тигля, каналы которой из двух участков, выполняющих функции дозирующего канала и изотермической камеры. Техническим результатом заявляемого изобретения является получение дроби с высокой степенью сферичности и фракционного состава.

(57) Реферат / Формула:

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству металлической дроби из расплава металла или сплава методом литья. В заявляемом способе получения дроби фрагменты расплава, полученные пропусканием расплава через фильеру, каналы которой состоят из двух последовательно расположенных участков, охлаждаются ниспадающим потоком воздушно-капельной смеси и размещаются в охлаждающей жидкости. Другим аспектом настоящего изобретения является устройство для получения дроби из расплава металла или сплава для осуществления заявляемого способа. Еще одним аспектом настоящего изобретения является устройство охлаждения фрагментов расплава металла или сплава, полученных пропусканием расплава через фильеру, включающее одну или несколько форсунок для подачи в подтигельное пространство распыленной охлаждающей воздушно-капельной смеси ниспадающим потоком. Еще одним аспектом настоящего изобретения является фильера для получения дроби из расплава металла или сплава, устанавливаемая в днище тигля, каналы которой из двух участков, выполняющих функции дозирующего канала и изотермической камеры. Техническим результатом заявляемого изобретения является получение дроби с высокой степенью сферичности и фракционного состава.

---

Евразийское (21) 201200481 (13) Al
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. B22F9/08 (2006.01)
2013.09.30 B05B 7/16 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2012.04.13
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДРОБИ ИЗ РАСПЛАВА, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ И ФИЛЬЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДРОБИ ИЗ РАСПЛАВА
(71) Заявитель: ТЕХКОМ ГМБХ (DE)
(72) Изобретатель:
Шумахер Эдгар, Францки Рената, Дорн Константин (DE), Абдула Валерий (MD)
(74) Представитель:
Ловцов С.В. (RU)
(57) Изобретение относится к металлургии, в частности к производству металлической дроби из расплава металла или сплава методом литья. В заявляемом способе получения дроби фрагменты расплава, полученные пропусканием расплава через фильеру, каналы которой состоят из двух последовательно расположенных участков, охлаждаются ниспадающим потоком воздушно-капельной смеси и размещаются в охлаждающей жидкости. Другим аспектом настоящего изобретения является устройство для получения дроби из расплава металла или сплава для осуществления заявляемого способа. Еще одним аспектом настоящего изобретения является устройство охлаждения фрагментов расплава металла или сплава, полученных пропусканием расплава через фильеру, включающее одну или несколько форсунок для подачи в под-тигельное пространство распыленной охлаждающей воздушно-капельной смеси ниспадающим потоком. Еще одним аспектом настоящего изобретения является фильера для получения дроби из расплава металла или сплава, устанавливаемая в днище тигля, каналы которой из двух участков, выполняющих функции дозирующего канала и изотермической камеры. Техническим результатом заявляемого изобретения является получение дроби с высокой степенью сферичности и фракционного состава.
B22F9/00 B22F9/06 B22F9/08
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДРОБИ ИЗ РАСПЛАВА, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ ФРАГМЕНТОВ РАСПЛАВА И ФИЛЬЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДРОБИ ИЗ РАСПЛАВА
Изобретение относится к металлургии, в частности, к производству металлической дроби методом литья.
Дробь из различных металлов и сплавов находит широкое применение в металлургических технологиях, например, в литейном производстве, используется для дробемётной и дробеструйной очистки изделий, поверхностного упрочнения деталей и т.п.
При производстве дроби методом литья большое значение имеют такие характеристики процесса, как производительность, приемлемые материальные затраты, стабильность фракционного состава получаемой дроби, правильная геометрия дроби. Например, при инжекции дроби в расплав с целью легирования или раскисления от фракционного состава и формы дроби в значительной степени зависит глубина ее проникновения в объём расплава, а значит, и эффективность использования присаживаемого таким способом материала.
Решаемая конкретная технологическая задача - раскисление, легирование, рафинирование и др., - и размер используемой для этого дроби определяют параметры инжекции: давление транспортного газа, интенсивность подачи материала, скорость дроби в потоке, диаметр материалопровода. Данные параметры определяют эффективность использования материала и стабильность получаемого результата. Если используемая дробь содержит фрагменты разных классов крупности, установить оптимальные параметры для эффективной инжекции невозможно, снижается коэффициент использования материала. Коэффициент использования материала тем меньше, чем более разнородна дробь по классам крупности.
Также на способность проникновения дроби в объём расплава оказывает ее форма. Если имеются отклонения от сферической формы, уменьшается глубина проникновения дроби в расплав, возрастает вероятность рикошета, т.е. дробь при взаимодействии с поверхностью расплава не проникает в объём расплава, а отскакивает от его поверхности. Форма дроби имеет значение и для газовой транспортировки, особенно в отношении
крупных классов. Материал, состоящий из фрагментов сферической формы, меньше изнашивает трубопроводы, способствует снижению эффекта "закупоривания" материалопровода.
Известны различные способы получения металлической дроби, такие как распыление струи металла воздухом, паром, водой; раздробление струи металла при падении на наклонную поверхность, смоченную водой; заливка металла в воду "дождевыми" литниками; разливка через водяные сита. Также известен метод центробежного гранулирования, основанный на дроблении расплава центробежной силой. Последний метод может быть реализован посредством вращающегося перфорированного стакана, распыления с кромки вращающегося диска или чаши, распыления оплавленного слоя вращающейся заготовки. Существует также электроконтактный способ получения дроби или металлического порошка, заключающийся в воздействии кромки вращающегося токопроводящего диска на металл, например, в виде полосы или стружки, расплавляемый за счёт энергии электрического тока.
Вышеперечисленные способы наряду с преимуществами имеют ряд недостатков. Так, они позволяют получать дробь из различных металлов в достаточно больших количествах при относительно низких затратах и удовлетворительной геометрии. Однако при реализации всех вышеперечисленных способов при разделении расплава какого-либо металла или сплава на отдельные фрагменты не обеспечивается точное дозирование по массе, а соответственно, получаемая дробь имеет нестабильный фракционный состав по крупности. Как следствие, невозможно подобрать оптимальный режим охлаждения, обеспечивающий получение дроби с высоким показателем сферичности одновременно для всех получающихся классов крупности. Поскольку полученная этими способами дробь имеет разную крупность, перед использованием необходимо ее рассеивать и, зачастую, искать применение для некондиционных классов крупности или же возвращать ее в начало технологического процесса. Кроме того, если в дробь перерабатывается металл или сплав с повышенным сродством к кислороду, мелкие фракции в большей степени подвержены процессам окисления при контакте с атмосферой, чем крупные, что приводит к дополнительным потерям конечного продукта.
Наиболее предпочтительным способом получения дроби сферической формы представляется способ, основанный на пропускании расплава металла или сплава через фильеру и последующем охлаждении получаемых при пропускании фрагментов расплава.
Из патента Великобритании №625941 (опубликован 06.07.1949; МПК B22F9/08) известен способ получения свинцовых гранул, включающий пропускание расплавленного свинца через перфорированное дно тигля и последующее охлаждение образовавшихся при
этом гранул в среде инертного газа. Недостатками данного способа является то, что форма получаемой дроби далека от сферической, а также большой разброс по классам крупности получаемой дроби.
Способ получения дроби, описанный в патенте РФ № 2063305 (опубликован 10.07.1996; МПК B22F9/06), заключается в разделении расплава на капли с помощью фильеры с калиброванным отверстием, охлаждении капель расплава и сборе гранул. В качестве охлаждающей среды используют канифоле-масляную эмульсию при температуре 100-200°С. Изобретение позволяет производить дробь с достаточно высокой степенью сферичности за счёт использования в качестве охлаждающей среды жидкость, не смачивающую поверхность металла. Такое решение обеспечивает эффективное охлаждение полученных фрагментов расплава, но при этом сохраняются известные недостатки описанных ранее способов, в частности, не исключается получение дроби разной крупности, поскольку неподвижная фильера не обеспечивает точного разделения (дробления) металла на фрагменты, имеющие одинаковую массу. Соответственно, хотя способ и позволяет получать дробь с достаточно высокой степенью сферичности, не устраняется главный недостаток - получение дроби различной массы, то есть дроби, имеющей различный фракционный состав.
Авторское свидетельство СССР № 1222417 (опубликовано 07.04.1986; МПК B22F9/08) описывает способ получения металлических гранул из расплава, при котором расплавленный металл пропускается через отверстия в дне тигля диаметром от 1 до 8 мм и далее охлаждается в жидкости. При этом в камере под расплавом создается избыточное давление 0,01-1 атм. с использованием инертного газа. Размеры гранул регулируют, изменяя диаметр отверстий, давление газа под тиглем, температуру металла и высоту его столба в тигле. Уровень сплава в тигле поддерживается постоянным.
Заявка на патент Германии № 3109909 (опубликована 18.03.1982, МПК B22F9/08) описывает предпочтительные формы отверстий фильеры, позволяющие избежать солидификации образующихся на выходе капель в самих отверстиях без использования дополнительного нагрева металла или образовавшихся капель. Однако влияние формы отверстий фильеры, например, на форму капель в указанной заявке не раскрывается.
Патент РФ №2117553 (опубликован 20.08.1998; МПК B22F9/06) раскрывает способ получения сферических гранул металла, включающий диспергирование расплавленного металла при получении его через отверстия за счет перепада давления при наложении на металл постоянного магнитного поля и пропускания через него переменного электрического тока с последующим охлаждением гранул в атмосфере
воздуха, причем выходящий из отверстий металл пропускают через слой инертного газа. Обретение каплями сферической формы происходит, в основном, в среде инертного газа.
Из заявки на патент Японии № 4259312 (опубликована 14.09.1992; МПК B22F9/08, В23К35/40) известен способ получения гранул металла с низкой температурой плавления, включающий пропускание жидкого металла через сопло с множеством отверстий, расстояние между которыми составляет не менее трехкратной величины диаметра отверстий. Сопло подвергается вибрации для образования отдельных капель расплавленного металла. Сферическая форма каплям придается в процессе их падения, а солидификация сферических гранул происходит в охлаждаемой зоне.
В качестве наиболее близкого аналога может быть выбрано техническое решение, описанное в заявке на патент Японии №62253705 (опубликована 05.11.1987; МПК B22F9/08). Из заявки известны устройство и способ получения металлической дроби с использованием тигля с отверстиями, установленного на виброустройстве. Частота вибраций составляет от 40 до 100 Гц, амплитуда 0,2-^1,5 мм. Расплавленный металл проходит через отверстия и под действием вибрации разбивается на капли. Частичная солидификация образовавшихся капель происходит в процессе падения в атмосфере между фильерой и охлаждающей жидкостью, а окончательная солидификация капель и обретение ими сферической формы - в охлаждающей жидкости (воде).
Установка тигля на виброустройство позволяет более точно определить момент отрыва фрагмента расплава от отверстия, что положительно влияет на однородность фракционного состава получаемой дроби. Однако это не обеспечивает придание сферической формы фрагментам расплава в момент их отрыва от фильеры, что сказывается на форме получаемой дроби, которая может быть признана сферической лишь в первом приближении.
Настоящее изобретение призвано устранить недостатки известных из уровня техники способов и устройств получения дроби и позволяет получать сферическую дробь со стабильными геометрическими параметрами и физическими свойствами в течение всего процесса движения расплава через фильеру.
Заявляемый технический результат достигается тем, что способ получения дроби из расплава металла или сплава включает в себя формирование фрагментов расплава путем пропускания его через фильеру и размещение полученной дроби в охлаждающей жидкости, причем каналы фильеры состоят из двух последовательно расположенных участков - дозирующего канала и изотермической камеры, а после выхода фрагментов расплава из изотермической камеры их подвергают охлаждению ниспадающим потоком воздушно-капельной смеси.
Предпочтительно, если при пропускании расплава через фильеру поддерживают постоянный уровень расплава в тигле.
Также предпочтительно, если температуру верхнего слоя охлаждающей жидкости поддерживают в интервале от 45 до 80°С за счёт постоянного притока охлаждающей жидкости в нижний горизонт ванны. При этом обеспечивают свободное переливание излишков охлаждающей жидкости через переливное отверстие в верхней части ванны. В качестве охлаждающей жидкости может быть использована вода или растворы на ее основе.
Другим аспектом настоящего изобретения является устройство для получения дроби из расплава металла или сплава, которое включает в себя тигель, фильеру, установленную в днище тигля и предназначенную для получения фрагментов расплава, и ванну с охлаждающей жидкостью, установленную под тиглем. Каналы фильеры состоят из двух сопряженных участков, выполняющих функции соответственно дозирующего канала и изотермической камеры. Между днищем тигля и ванной расположено средство охлаждения фрагментов расплава ниспадающим потоком воздушно-капельной смеси.
Тигель может иметь днище прямоугольной формы; его стенки предпочтительно выполнены из нержавеющей стали, а изнутри покрыты огнеупорной массой, которая является одновременно и футеровкой, и теплоизоляционным слоем. При этом сверху тигля установлена крышка с заливочным отверстием.
Устройство для получения дроби средство охлаждения фрагментов расплава может представлять собой одну форсунку или ряд форсунок. Ряд форсунок располагается фронтально по отношению к стенке тигля на уровне, равном половине расстояния от его днища до охлаждающей жидкости в ванне. Расстояние от форсунки до вертикальной плоскости, совпадающей со стенкой тигля, и угол между горизонтальной плоскостью и осью форсунки выбираются таким образом, чтобы экстремум верхней ветви параболической траектории потока охлаждающей воздушно-капельной смеси из форсунки совпадал с точкой пересечения днища тигля и его стенки.
Расстояние между фронтально установленными по длине тигля форсунками в горизонтальной плоскости предпочтительно выбрать равным двукратному произведению расстояния от форсунки до вертикальной плоскости, совпадающей со стенкой тигля, и тангенсу половины угла раскрытия факела форсунки. При этом ширина тигля не превышает расстояния от форсунки до вертикальной плоскости, совпадающей со стенкой тигля.
При пропускании расплава через фильеру тигель может осуществлять возвратно-поступательные движения частотой от 0,5 до 15 Гц в вертикальном направлении, причем колебания могут иметь различную форму, в частности, пилообразную форму.
Предпочтительно, если расстояние от днища тигля до уровня охлаждающей жидкости в ванне составляет от 65 до 250 мм.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является устройство охлаждения фрагментов расплава металла или сплава, полученных пропусканием расплава через фильеру, расположенную в днище тигля. Устройство охлаждения фрагментов расплава включает в себя устанавливаемую под днищем тигля по меньшей мере одну форсунку для подачи в подтигельное пространство распыленной охлаждающей воздушно-капельной смеси, причем форсунка размещена с возможностью подачи воздушно-капельной смеси в пространство под тиглем ниспадающим потоком.
Устройство охлаждения фрагментов расплава может включать несколько форсунок, установленных фронтально по отношению к стенке тигля на уровне, равном половине расстояния от днища тигля до уровня охлаждающей жидкости в расположенной под тиглем ванны. Предпочтительно, если расстояние от сопла форсунки до вертикальной плоскости, совпадающей со стенкой тигля, и угол между горизонтальной плоскостью и осью форсунки будут выбраны таким образом, чтобы экстремум верхней ветви параболической траектории потока охлаждающей воздушно-капельной смеси из форсунки совпадал с точкой пересечения днища тигля и его стенки. Также предпочтительно, если расстояние между фронтально установленными по длине тигля форсунками в горизонтальной плоскости равно двукратному произведению расстояния от форсунки до вертикальной плоскости, совпадающей со стенкой тигля, и тангенсу половины угла раскрытия факела форсунки.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является фильера для получения дроби из расплава металла или сплава, устанавливаемая в днище тигля. Каналы фильеры состоят из двух участков, причем обращенный внутрь тигля участок канала выполняет функцию дозирующего канала, обращенный наружу от тигля участок канала выполняет функцию изотермической камеры, и диаметр изотермической камеры в шесть-десять раз больше диаметра дозирующего канала.
В предпочтительном варианте исполнения фильеры длина изотермической камеры выбрана из условия обеспечения сферической формы фрагмента расплава за время движения в ней указанного фрагмента расплава, а диаметр изотермической камеры выбран из условия обеспечения минимального зазора между стенкой камеры и указанным фрагментом расплава, исключающего их соприкосновение.
Диаметр дозирующего канала, его длина, а также длина изотермического канала зависят от температуры расплава в тигле, температуры плавления металла или сплава, коэффициента поверхностного натяжения расплава, удельной массы расплава и уровня расплава в тигле.
Далее изобретение более подробно раскрывается со ссылками на фигуры и примеры реализации изобретения.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства для получения дроби из расплава.
На фиг. 2 представлен вид сбоку на устройство охлаждения фрагментов расплава металла или сплава.
На фиг. 3 представлен вид сверху на устройство охлаждения фрагментов расплава металла или сплава.
На фиг. 4 представлен вид канала фильеры.
Общий вид устройства для получения дроби из расплава металла или сплава представлен на фиг. 1. Устройство для получения дроби включает тигель (1), в корпусе которого установлен стакан (2) для размещения в нем расплава (3) металла или сплава, фильеру (4), которая установлена в днище тигля (1), и ванну (5) с охлаждающей жидкостью (6), расположенную под тиглем (1). Между тиглем (1) и ванной (5) установлено устройство (7) охлаждения фрагментов расплава, формирующее охлаждающий поток (8) воздушно-капельной смеси.
Между корпусом тигля (1) и стаканом (2) предпочтительно размещен теплоизолирующий слой (9). Корпус тигля (1) выполнен, например, из нержавеющей стали, а теплоизолирующий слой (9) представляет собой слой огнеупорной массы, которая является одновременно и футеровкой, и теплоизолятором. Кроме того, для лучшей теплоизоляции и обеспечения равномерной температуры расплава (3) на тигле (1) может быть установлена крышка (10) тигля с заливочным устройством (11).
В предпочтительном варианте исполнения днище тигля (1) имеет прямоугольную форму. При этом желательно, чтобы ширина тигля (1) не превышала расстояния В от устройства (7) охлаждения фрагментов расплава до вертикальной плоскости, совпадающей со стенкой тигля (1) (расстояние В показано на фиг. 2, 3).
Тигель (1) может быть соединен с механизмом (12) качания через привод (13) механизма качания для обеспечения возвратно-поступательного движения тигля (1) в вертикальном направлении. Предпочтительно, если частота колебаний лежит в диапазоне от 0,5 до 15 Гц. Колебания могут иметь разную форму, например, пилообразную.
Устройство (7) охлаждения фрагментов расплава может представлять собой форсунку или ряд форсунок, расположенных фронтально по отношению к стенке тигля
(1). Является предпочтительным, если форсунки располагаются на уровне С, равном половине расстояния В от тигля (1) до уровня охлаждающей жидкости (6) в ванне (5). Также предпочтительно, если расстояние В от форсунки до вертикальной плоскости, совпадающей со стенкой тигля (1), и угол (3 между горизонтальной плоскостью и осью форсунки выбираются таким образом, чтобы экстремум верхней ветви параболической траектории охлаждающего потока (8) воздушно-капельной смеси из форсунки совпадал с точкой пересечения днища тигля (1) и его стенки, как это показано на фиг. 2.
Расстояние А между фронтально установленными по длине тигля (1) форсунками в горизонтальной плоскости (см. фиг. 3) предпочтительно определяется из соотношения:
A=2-B-tg(a/2), где a - угол раскрытия факела форсунки,
В - расстояние от форсунки до вертикальной плоскости, совпадающей со стенкой тигля (1).
Ванна (5) имеет заливное отверстие (14) и переливное отверстие (15). В ванне (3) может быть установлен транспортер (16). Расстояние от днища тигля (1) до уровня охлаждающей жидкости (6) в ванне (5) зависит металла или сплава, используемого для получения дроби, и может составлять от 65 до 250 мм.
В фильере (4) выполнены каналы (17) (фиг. 2, 3), при прохождении через которые расплав (3) металла или сплава разделяется на фрагменты. Каждый канал состоит из двух сопряженных участков (фиг. 4). Первый, обращенный внутрь тигля (1) участок, предназначенный для дозированного пропускания расплава через фильеру - дозирующий канал (18). Второй, обращенный наружу от тигля (1) участок, предназначенный для обеспечения условий формирования фрагментов сферической формы в области без больших перепадов температуры и тепловых потоков - изотермическая камера (19). При этом предпочтительно, если диаметр изотермической камеры (19) в шесть-десять раз больше диаметра дозирующего канала (18).
Длина изотермической камеры (19) выбирается из условия обеспечения сферической формы фрагмента расплава за время движения в ней указанного фрагмента расплава, а диаметр изотермической камеры (19) выбирается из условия обеспечения минимального зазора между стенкой изотермической камеры (19) и указанным фрагментом расплава, однако исключающего их соприкосновение.
Предпочтительно, если диаметр дозирующего канала (18) имеет величину от X до 15-Х, причем величина X определяется из соотношения:
Х = (Т-Тп)а/(р2К), где Т - температура расплава в тигле, °С;
Тп - температура плавления металла или сплава, °С;
а - коэффициент поверхностного натяжения расплава, Н/м;
р - удельная масса расплава, кг/м3;
К - безразмерный коэффициент, принимающий значение от 5,5 до 8,5 в зависимости от уровня расплава в тигле.
Величина X представляет собой диаметр дозирующего канала (в мм) для неких идеальных условий, учитывающих уровень расплава в тигле, температуру расплава, амплитуду и форму колебаний тигля. Однако на нее также оказывает влияние величина поверхностного натяжения, которая, в свою очередь, зависит от химического состава расплава и может существенно меняться. По этой причине в X входит поправочный коэффициент, который для приближения к реальной величине диаметра дозирующего канала можно уменьшить с 15 до 7,5.
В еще одном предпочтительном варианте исполнения дозирующий канал (18) имеет длину от 4-Х до 16-Х, а изотермический канал (19) - от 16-Х до 90-Х.
Устройство для получения дроби работает следующим образом.
Из плавильной печи (20) находящийся в ней исходный материал (21) при открытии стопорного устройства (22) подается струей (23) в стакан (2) тигля через заливочное устройство (11).
Расплав (3) в тигле проходит через каналы (17) фильеры (4), посредством которых разделяется на фрагменты. Предпочтительно, если при пропускании расплава (3) через фильеру поддерживают постоянный уровень расплава в тигле (1).
Далее фрагменты попадают в область охлаждающего потока воздушно-капельной смеси (8), формируемого посредством устройства (7) охлаждения фрагментов расплава.
Полному охлаждению фрагменты расплава подвергаются в охлаждающей жидкости (6) ванны (5), откуда полученная дробь может быть извлечена, например, посредством транспортера (16). Температуру верхнего слоя охлаждающей жидкости (6) желательно поддерживать в интервале от 45 до 80°С, например, за счёт постоянного притока охлаждающей жидкости (6) в нижний горизонт ванны (5) через заливное отверстие (14), и этом обеспечивать свободное переливание излишков охлаждающей жидкости (6) через переливное отверстие (15) в верхней части ванны (5). В качестве охлаждающей жидкости (6) можно использовать воду или растворы на ее основе.
При испытании заявляемого способа в качестве исходного материала был использован алюминиевый лом, который загружали и расплавляли в плавильной печи (20). После расплавления и нагрева до заданной температуры, расплав заливали в тигель (1) через заливочное устройство (11) в крышке (10). При этом температура алюминия в
тигле составляла 70(Н750°С, уровень металла от внутренней поверхности дна составлял 70-НЮ мм. Уровень контролировался визуально через кварцевое окно и регулировался скоростью подачи металла из плавильной печи.
Одновременно с подачей жидкого алюминия в тигель (1) в период прогрева тигля и фильеры запускали привод (13) механизма качания с частотой от 0,5 до 2,0 Гц, при которой обеспечивается минимальный выход расплава (3) через каналы (17) фильеры (4) с целью сокращения технологических отходов перед выходом на рабочий режим. После прогрева тигля (1), фильеры (4) и охлаждающей жидкости (6) в ванне (5) в течение полутора минут установку выводили на рабочий режим, задавая оптимальные значения амплитуды и частоты колебаний тигля (1), что обеспечивало точное дозирование расплава (3) на фрагменты, которые отделялись от нижнего среза дозирующего канала (18) фильеры (4) в момент изменения направления движения тигля (1) с "вниз" на "вверх". За время нахождения в изотермической камере (19), функция которой заключается в защите фрагмента расплава от динамического воздействия конвективных потоков и охлаждающей воздушно-капельной смеси, фрагменты под действием сил поверхностного натяжения принимали сферическую форму и далее охлаждались в две стадии.
Фрагменты расплава в виде сформировавшихся сфер попадали в зону первичного охлаждения охлаждающим потоком (8) воздушно-капельной смеси, который формировался таким образом, чтобы воздушно-капельная смесь поступала в пространство под тиглем (1) по навесной траектории, как показано на фиг. 2, не создавая турбулентности и соответственно не нарушая геометрии сферических фрагментов.
В результате охлаждающего воздействия происходила кристаллизация фрагментов, их поверхность обретала начальную жёсткость, и они не деформировались в результате контакта с поверхностью охлаждающей жидкости (6) в ванне (5), расположенной на расстоянии D от днища тигля (1), равном 175 мм. Расположение форсунок первой стадии охлаждения соответствовало показанному на фиг. 2 и 3.
Охлаждающая жидкость (6) в ванне (5) после примерно полутора минут от момента запуска установки разогревалась до температуры 65-^85°С, ее температура контролировалась с помощью термодатчика. После достижения заданной температуры через врезанный в днище ванны патрубок заливного отверстия (14) в нижний уровень ванны (1) подавали охлаждающую жидкость с более низкой температурой, обеспечивая тем самым постоянство её температуры в поверхностном слое.
Для определения качественных показателей брали дробь, полученную после выхода установки на рабочий режим.
Полученная дробь имела следующие характеристики: степень сферичности не менее 97%, отклонение от номинальной массы для дроби в диапазоне заданных размеров от 4 до 8 мм не более 1,0% в весовом отношении.
Пример 1.
Алюминиевую дробь получали при значениях параметров, указанных для вышеописанного испытания заявляемого способа, но ванну (5) размещали таким образом, что расстояние D между днищем тигля (1) и уровнем охлаждающей жидкости (6) составляло величину менее 65 мм. В этих условиях формировалась пустотелая дробь, и доля такой дроби возрастала по мере уменьшения расстояния от уровня охлаждающей жидкости (6) в ванне (5) до днища тигля (1).
Пример 2.
Алюминиевую дробь получали при значениях параметров, указанных для вышеописанного испытания заявляемого способа, но ванну (5) размещали таким образом, что расстояние D между днищем тигля (1) и уровнем охлаждающей жидкости (6) составляло величину более 200 мм. В результате взаимодействия с поверхностью охлаждающей жидкости (6) фрагменты расплава деформировались, и дробь приобретала форму сплющенной сферы.
Пример 3.
Алюминиевую дробь получали при значениях параметров, указанных для вышеописанного испытания заявляемого способа, но уменьшали длину дозирующего канала (18) до величины менее 4-Х. При этом резко снижалась точность дозирования, истечение расплава происходило практически сплошной струей, дробь получалась неправильной формы и зачастую слипалась между собой. При увеличении длины дозирующего канала (18) выход фрагментов из фильеры затруднялся или полностью прекращался.
Пример 4.
Алюминиевую дробь получали при значениях параметров, указанных для вышеописанного испытания заявляемого способа, но уменьшали соотношение диаметров изотермической камеры (19) и дозирующего канала (18) до величины менее 5. В этом случае происходила деформация фрагментов о стенки изотермической камеры (19), фрагменты расплава приобретали вытянутую форму. В случае увеличения диаметра изотермической камеры (19) до величины более 10-Х заметных улучшений в качестве получаемого продукта не было выявлено. Возникала необходимость в нецелесообразном увеличении площади днища тигля (1) для размещения того же количества каналов (17) фильеры (4).
Пример 5.
Алюминиевую дробь получали при значениях параметров, указанных для вышеописанного испытания заявляемого способа, но уменьшали уровень расплава (3) в тигле (1). Как и в Примере 3, при увеличении длины дозирующего канала (18) выход расплава из фильеры был затруднен и в определенный момент прекращался вовсе. При увеличении уровня расплава (3) в тигле (1) начиналось неуправляемое истечение расплава (3), дробь получалась с длинными отростками или формировалась "проволока".
Пример 6.
Алюминиевую дробь получали при значениях параметров, указанных для вышеописанного испытания заявляемого способа, но развернули фильеру (4) на 180°, т.е. изотермической камерой (19) в сторону расплава (3) в тигле (1). Была получена дробь с "хвостиками". При таком положении каналов (17) фильеры (4) фрагмент расплава сразу попадал под охлаждающее воздействие атмосферы под днищем тигля (1), особенно в зоне "хвостика", имевшего более развитую поверхность. Кроме того, в результате взаимодействия с атмосферным кислородом происходило образование жесткой оксидной плёнки на поверхности фрагмента, которая препятствовала образованию сферической поверхности, ограничивающей объём фрагмента.
Таким образом, при нормальном положении каналов (17) фильеры (4), т.е. изотермической камерой (19) вниз, за время нахождения фрагмента в изотермической камере (19) процесс "втягивания хвостика" успевает получить завершение. Протекание этого процесса значительно облегчается в условиях изотермической камеры (19), поскольку не происходит кристаллизации, особенно самого "хвостика", имеющего развитую поверхность, а соответственно, и относительно интенсивного охлаждения. Фрагмент успевает приобрести сферическую форму, в объёме фрагмента затухают колебания поверхности, вызванные отрывом фрагмента от нижнего среза дозирующего канала (18) фильеры (4).
Новизна заявляемого изобретения заключается в наличии изотермической камеры (19), длина которой рассчитана таким образом, чтобы за время прохождения ее фрагментом расплава процесс формирования сферы полностью завершился. Диаметр изотермической камеры (19) выбирается таким образом, чтобы при ее прохождении фрагментом расплава он ни в коем случае не коснулся стенки изотермической камеры (19).
В известных из уровня техники способах для исключения образования жесткой оксидной пленки на поверхности фрагмента алюминиевого расплава и облегчения процесса "втягивания хвостика" в подтигельное пространство подаётся инертный газ.
Этот подход не позволяет решить задачу полностью, поскольку поток защитного газа оказывает динамическое и охлаждающее воздействие на поверхность фрагмента, что препятствует формированию сферы. Кроме того, такой подход привносит дополнительные технические сложности, которые отсутствуют в решении, предлагаемом в заявляемом изобретении.
Техническим результатом заявляемого изобретения является получение дроби с высокой степенью сферичности и фракционного состава.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ получения дроби из расплава металла или сплава, включающий формирование фрагментов расплава путем пропускания его через фильеру с последующим размещением полученной дроби в охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что каналы фильеры выполняют в виде двух последовательно расположенных участков - дозирующего канала и изотермической камеры, а после выхода фрагментов расплава из изотермической камеры их подвергают охлаждению ниспадающим потоком воздушно-капельной смеси.
2. Способ получения дроби по п.1, отличающийся тем, что при пропускании расплава через фильеру поддерживают постоянный уровень расплава в тигле.
3. Способ получения дроби по п.1, отличающийся тем, что при пропускании расплава через фильеру осуществляют возвратно-поступательные движения тигля с частотой от 0,5 до 15 Гц в вертикальном направлении.
4. Способ получения дроби по п.З, отличающийся тем, что возвратно-поступательные движения имеют пилообразную форму.
5. Способ получения дроби по п.1, отличающийся тем, что охлаждающую жидкость размещают в ванне с возможностью изменения расстояния от днища тигля до уровня охлаждающей жидкости в ванне в диапазоне от 65 до 250 мм.
6. Способ получения дроби по п.5, отличающийся тем, что температуру верхнего слоя охлаждающей жидкости поддерживают в интервале от 45 до 80°С за счёт постоянного притока охлаждающей жидкости в нижний горизонт ванны, при этом обеспечивают свободное переливание излишков охлаждающей жидкости через переливное отверстие в верхней части ванны.
7. Способ получения дроби по п.1, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей жидкости используют воду или растворы на ее основе.
8. Устройство для получения дроби из расплава металла или сплава, включающее тигель, фильеру, установленную в днище тигля и предназначенную для получения фрагментов расплава, и ванну с охлаждающей жидкостью, установленную под тиглем, отличающееся тем, что каналы фильеры состоят из двух сопряженных участков, соответственно выполняющих функции дозирующего канала и изотермической камеры, а между днищем тигля и ванной расположено средство охлаждения фрагментов расплава ниспадающим потоком воздушно-капельной смеси.
9. Устройство для получения дроби по п.8, отличающееся тем, что тигель имеет днище прямоугольной формы.
10. Устройство для получения дроби по п.8, отличающееся тем, тигель содержит теплоизолирующий слой из огнеупорной массы, а сверху тигля установлена крышка с заливочным устройством.
11. Устройство для получения дроби по п.8 или п.9, отличающееся тем, что средство охлаждения фрагментов расплава представляет собой по меньшей мере одну форсунку, предназначенную для подачи охлаждающей среды.
12. Устройство для получения дроби по п.11, отличающееся тем, что средство охлаждения фрагментов расплава представляет собой ряд форсунок, расположенных фронтально по отношению к стенке тигля на уровне, равном половине расстояния от его днища до охлаждающей жидкости в ванне, а расстояние В от форсунки до вертикальной плоскости, совпадающей со стенкой тигля, и угол Р между горизонтальной плоскостью и осью форсунки выбираются таким образом, чтобы экстремум верхней ветви параболической траектории потока охлаждающей воздушно-капельной смеси из форсунки совпадал с точкой пересечения днища тигля и его стенки.
13. Устройство для получения дроби по п.12, отличающееся тем, что расстояние А между фронтально установленными по длине тигля форсунками в горизонтальной плоскости определяется из соотношения:
A=2B-tg(a/2), где a - угол раскрытия факела форсунки,
В - расстояние от форсунки до вертикальной плоскости, совпадающей со стенкой тигля.
14. Устройство для получения дроби по п. 12, отличающееся тем, что ширина тигля не превышает расстояние В от форсунки до вертикальной плоскости, совпадающей со стенкой тигля.
15. Устройство для получения дроби по п.8, отличающееся тем, что тигель установлен с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальном направлении с частотой от 0,5 до 15 Гц.
16. Устройство для получения дроби по п.8, отличающееся тем, что расстояние от днища тигля до уровня охлаждающей жидкости в ванне составляет от 65 до 250 мм в зависимости металла или сплава, используемого для получения дроби.
17. Устройство охлаждения фрагментов расплава металла или сплава, полученных пропусканием расплава через фильеру, расположенную в днище тигля, включающее устанавливаемую под днищем тигля по меньшей мере одну форсунку для подачи в подтигельное пространство охлаждающей воздушно-капельной смеси, отличающееся тем, что форсунка размещена с возможностью подачи воздушно-капельной смеси в пространство под тиглем ниспадающим потоком.
14.
18. Устройство охлаждения фрагментов расплава по п. 17, отличающееся тем, что оно содержит несколько форсунок, установленных фронтально по отношению к стенке тигля на уровне, равном половине расстояния от днища тигля до уровня охлаждающей жидкости в расположенной под тиглем ванны, а расстояние В от сопла форсунки до вертикальной плоскости, совпадающей со стенкой тигля, и угол Р между горизонтальной плоскостью и осью форсунки выбраны таким образом, чтобы экстремум верхней ветви параболической траектории потока охлаждающей воздушно-капельной смеси из форсунки совпадал с точкой пересечения днища тигля и его стенки.
19. Устройство охлаждения фрагментов расплава по п. 18, отличающееся тем, что расстояние А между фронтально установленными по длине тигля форсунками в горизонтальной плоскости определяется из соотношения:
A=2-B-tg(a/2), где a - угол раскрытия факела форсунки,
В - расстояние от форсунки до вертикальной плоскости, совпадающей со стенкой тигля.
20. Фильера для получения дроби из расплава металла или сплава, устанавливаемая в днище тигля, отличающаяся тем, что каналы фильеры состоят из двух участков, причем обращенный внутрь тигля участок канала выполняет функцию дозирующего канала, обращенный наружу от тигля участок канала выполняет функцию изотермической камеры, при этом диаметр изотермической камеры в 6-ИО раз больше диаметра дозирующего канала.
21. Фильера для получения дроби по п.20, отличающаяся тем, длина изотермической камеры выбрана из условия обеспечения сферической формы фрагмента расплава за время движения в ней указанного фрагмента расплава, а диаметр изотермической камеры выбран из условия обеспечения минимального зазора между стенкой камеры и указанным фрагментом расплава, исключающего их соприкосновение.
22. Фильера для получения дроби по п.20, отличающаяся тем, что диаметр дозирующего канала имеет величину от X до 15-Х, причем величина X определяется из соотношения:
Х = (Т-Тп)а/(р2К), где Т - температура расплава в тигле, °С; Тп - температура плавления металла или сплава, °С; a - коэффициент поверхностного натяжения расплава, Н/м; р - удельная масса расплава, кг/м3;
К - безразмерный коэффициент, принимающий значение от 5,5 до 8,5 в зависимости от уровня расплава в тигле.
23. Фильера для получения дроби по п.22, отличающаяся тем, что дозирующий канал имеет длину от 4-Х до 16-Х, а изотермический канал - от 16-X до 90-X.
ОТЧЕТ О ПАТЕНТНОМ ПОИСКЕ
(статья 15(3) ЕАПК и правило 42
Номер евразийской заявки: 201200481
Дата подачи: 13 апреля 2012 (13.04.2012) [ Дата испрашиваемого приоритета
Название изобретения: Способ получения дроби из расплава, устройство для его осуществления, устройство
охлаждения фрагментов расплава и фильера для получения дроби из расплава
Заявитель: ТЕХКОМ ГМБХ
Некоторые пункты формулы не подлежат поиску (см. раздел I дополнительного листа) ? Единство изобретения не соблюдено (см. раздел II дополнительного листа)
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ:
B22F9/08 (2006.01) В05В 7/16 (2006.01)
Согласно Международной патентной классификации (МПК) или национальной классификации и МПК
Б. ОБЛАСТЬ ПОИСКА:
Минимум просмотренной документации (система классификации и индексы МПК) B22F 9/00. 9/02. 9/06-9/12. В05В 7/00. 7/14. 7/16
Другая проверенная документация в той мере, в какой она включена в область поиска:
В. ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ
Категория*
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункт) №
А А
А А
RU 2063305 С1 (ПРОСТЯКОВ СЕРГЕЙ ГЕОРГИЕВИЧ) 10.07.1996. реферат
RU 2251471 CI (ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ УРАЛЬСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ГУ ИМЕТ УРО РАН)) 10.05.2005. реферат
RU 2093310 С1 (АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ОТКРЫТОГО ТИПА "ВСЕРОСИЙСКИЙ АЛЮМИНИЕВО-МАГНИЕВЫЙ ИНСТИТУТ") 20.10.1997. реферат
JP 06-346115 A (MITSUBISHI MATERIALS CORP) 20.12.1994. реферат
US 2010/0043963 Al (STEFAN TRUMMER et al.) 25.02.2010. формула
1-23 1-23
1-23
1-23 1-23
Iпоследующие документы указаны в продолжении графы В
* Особые категории ссылочных документов:
"А" документ, определяющий общий уровень техники
"К" более ранний документ, но опубликованный на дату
подачи евразийской заявки или после нее "О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
"Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемого приоритета "D" документ, приведенный в евразийской заявке
данные о патентах-аналогах указаны в приложении
"Т" более поздний документ, опубликованный после даты приоритета и приведенный для понимания изобретения "X" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска, порочащий новизну или изобретательский уровень, взятый в отдельности
"Y" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска, порочащий изобрегагельский уровень в сочетании с другими документами той же категории
" &" документ, являющийся патентом-аналогом
"L" документ, приведенный в других целях
Дата действительного завершения патентного поиска:
05 июня 2012 (05.06.2012)
Наименование и адрес Международного поискового орг ана: Федеральный институт промышленной собственности
РФ. 123995.Москва. Г-59. ГСП-5. Бережковская наб.. д. 30-1.Факс: (499) 243-3337. телетайп: 114818 ПОДАЧА
Уполномоченное лицо :
Л. В. Андреева
Телефон № (499) 240-25-91
Фиг. 2
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 4