RU198414U1

RU198414U1 - Device for producing cast composite alloys

Info

Publication number: RU198414U1
Application number: RU2019114396U
Authority: RU
Inventors: Евгений Сергеевич Прусов; Владислав Борисович Деев; Даниил Александрович Ткач
Priority date: 2019-05-07
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2020-07-06

Abstract

Полезная модель относится к области цветной металлургии и литейного производства, в частности к устройствам для получения литых композиционных сплавов методом механического замешивания дисперсных армирующих частиц в металлический расплав, и может применяться в металлургических и литейных цехах. Предлагаемое устройство для получения литых композиционных сплавов содержит бункер для армирующих частиц и импеллер для замешивания армирующих частиц, закрепленный на вертикальном валу, размещенном в тигле для расплавленного металла, и выполненный с возможностью перемещения в вертикальной плоскости. Импеллер выполнен четырехлопастным с внутренними полостями и выпускными отверстиями для подачи армирующих частиц, а бункер для армирующих частиц соединен с импеллером через торцевое уплотнение. Обеспечивается упрощение конструкции устройства, повышение производительности технологического процесса, равномерное перемешивание расплава, повышение степени усвоения частиц, расширение спектра используемых матричных металлов, получение заданного компонентного состава композиционного сплава и повышение его качества. 2 ил.The utility model relates to the field of non-ferrous metallurgy and foundry, in particular, to devices for producing cast composite alloys by the method of mechanical mixing of dispersed reinforcing particles into a metal melt, and can be used in metallurgical and foundries. The proposed device for producing cast composite alloys contains a hopper for reinforcing particles and an impeller for mixing reinforcing particles, fixed on a vertical shaft placed in a crucible for molten metal, and made with the ability to move in a vertical plane. The impeller is four-bladed with internal cavities and outlets for supplying reinforcing particles, and the hopper for reinforcing particles is connected to the impeller through a mechanical seal. EFFECT: simplification of the device design, increase in the productivity of the technological process, uniform mixing of the melt, increase in the degree of assimilation of particles, expansion of the range of used matrix metals, obtaining a given composition of the composite alloy and improving its quality. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области цветной металлургии и литейного производства, в частности, к устройствам для получения литых композиционных сплавов методом механического замешивания дисперсных армирующих частиц в металлический расплав, и может применяться в металлургических и литейных цехах.The utility model relates to the field of non-ferrous metallurgy and foundry, in particular, to devices for producing cast composite alloys by mechanical mixing of dispersed reinforcing particles into a metal melt, and can be used in metallurgical and foundry shops.

Из уровня техники известны различные конструкции устройств для получения литых композиционных сплавов методом механического замешивания. К их числу относится устройство для замешивания твердых армирующих частиц в металлический расплав, описанное в патенте US 3951651 A. Устройство включает тигель с расплавом, установленный в электропечи и приводимый во вращение со скоростью от 5 до 10 об/мин от электродвигателя через ременную передачу, и вращающиеся лопасти на двух импеллерах для перемешивания расплава, установленные со смещением относительно оси вращения тигля и приводимые во вращение со скоростью от 300 до 500 об/мин. Недостатками данного устройства являются излишняя сложность и громоздкость конструкции, в том числе приводящая к повышенному износу элементов и узлов и высокой сложности их замены. Кроме того, вращение тигля с одновременным перемешиванием импеллерами приводит к сильному разбрызгиванию расплава, что существенно снижает выход годного материала.The prior art various designs of devices for producing cast composite alloys by mechanical kneading. These include a device for mixing solid reinforcing particles into a metal melt described in US Pat. No. 3,951,651 A. The device includes a crucible with a melt installed in an electric furnace and driven into rotation at a speed of 5 to 10 rpm from the electric motor through a belt drive, and rotating blades on two impellers for mixing the melt, mounted with an offset relative to the axis of rotation of the crucible and driven into rotation at a speed of 300 to 500 rpm The disadvantages of this device are the excessive complexity and cumbersome design, including leading to increased wear of elements and components and the high complexity of their replacement. In addition, the rotation of the crucible while stirring with impellers leads to strong spraying of the melt, which significantly reduces the yield of the material.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является принимаемое за прототип устройство для получения литых композиционных материалов на основе алюминия, описанное в патенте RU 2186867 С1. Устройство состоит из нагревательной печи, в которую помещают тигель для расплавленного металла (сплава). По центру тигля на вертикальном валу размещено устройство в виде дискового импеллера, имеющего возможность перемещения в вертикальной плоскости. Вал вращается от привода. Порошкообразные частицы-наполнители, добавляемые в расплав-матрицу, помещают в бункер. Под бункером размещаются дозатор частиц и питающая трубка, по которой порошок подается на поверхность диска-импеллера. За счет центробежной силы частицы порошка вводятся в расплав, образуя суспензию.The closest in technical essence and the achieved result is taken as a prototype device for producing cast composite materials based on aluminum, described in patent RU 2186867 C1. The device consists of a heating furnace, in which a crucible for molten metal (alloy) is placed. In the center of the crucible on a vertical shaft there is a device in the form of a disk impeller having the ability to move in a vertical plane. The shaft rotates from the drive. Powdered filler particles added to the melt matrix are placed in a hopper. A particle dispenser and a feeding tube are placed under the hopper, through which the powder is fed to the surface of the impeller disk. Due to the centrifugal force, the powder particles are introduced into the melt, forming a suspension.

Недостатками устройства-прототипа являются повышенное газонасыщение и окисление расплавов в процессе активного механического перемешивания, неконтролируемое замешивание оксидных плен с поверхности расплава, необходимость строгой регламентации конструктивных и технологических параметров процесса, недостаточная равномерность распределения вводимых дисперсных частиц в объеме расплава и низкая степень их усвоения, невозможность применения устройства для получения композиционных сплавов на основе химически активных металлов (например, магния), а также сложность, громоздкость и сравнительно высокая стоимость конструкции.The disadvantages of the prototype device are increased gas saturation and oxidation of the melts during active mechanical mixing, uncontrolled mixing of oxide films from the surface of the melt, the need for strict regulation of the structural and technological parameters of the process, insufficient uniformity of distribution of introduced dispersed particles in the melt volume and low degree of assimilation, impossibility to use devices for producing composite alloys based on chemically active metals (for example, magnesium), as well as complexity, bulkiness and the relatively high cost of construction.

Техническим результатом предлагаемого устройства является устранение обозначенных недостатков устройства-прототипа: упрощение конструкции, повышение производительности технологического процесса, снижение общих затрат на приготовление композиционного сплава, равномерное перемешивание расплава, повышение степени усвоения частиц, расширение спектра используемых матричных металлов, получение заданного компонентного состава композиционного сплава и повышение его качества.The technical result of the proposed device is to eliminate the identified disadvantages of the prototype device: simplifying the design, increasing the productivity of the process, reducing the total cost of preparing the composite alloy, uniform mixing of the melt, increasing the degree of assimilation of particles, expanding the spectrum of the matrix metals used, obtaining a given component composition of the composite alloy and improving its quality.

Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство (Фиг. 1) включает четырехлопастной импеллер (1), закрепленный на вертикальном валу, приводимом во вращение от электродвигателя (2) через ременную передачу (3). Импеллер предусматривает внутренние полости и выпускные отверстия, предназначенные для подачи армирующих частиц в потоке несущего инертного газа с целью обеспечения равномерности их распределения в объеме расплава. Импеллер изготавливается из титанового сплава и покрывается нитридным слоем для повышения стойкости лопастей при повышенных температурах в контакте с активным металлическим расплавом. Скорость вращения импеллера варьируется от 50 до 500 об/мин и регулируется с помощью частотного преобразователя. Подъем и опускание импеллера осуществляются электроприводом. Устройство рассчитано на получение литых композиционных сплавов на основе цветных металлов с температурой плавления до 700°С (алюминий, магний, цинк и легкоплавкие сплавы) при фракционном составе вводимых армирующих частиц в диапазоне от 1 до 100 мкм.The technical result is achieved by the fact that the proposed device (Fig. 1) includes a four-blade impeller (1) mounted on a vertical shaft driven by rotation from an electric motor (2) through a belt drive (3). The impeller provides internal cavities and exhaust holes designed to supply reinforcing particles in a carrier inert gas stream to ensure uniform distribution in the melt volume. The impeller is made of a titanium alloy and is coated with a nitride layer to increase the resistance of the blades at elevated temperatures in contact with the active metal melt. The impeller rotation speed varies from 50 to 500 rpm and is regulated using a frequency converter. Raising and lowering the impeller is carried out by an electric drive. The device is designed to produce cast composite alloys based on non-ferrous metals with a melting point up to 700 ° C (aluminum, magnesium, zinc and low-melting alloys) with a fractional composition of the introduced reinforcing particles in the range from 1 to 100 microns.

Для подачи порошкообразных армирующих частиц в полости импеллера устройство предусматривает бункер (4) с краном (5) для дозирования подачи порошка с варьируемой скоростью, соединенный с импеллером через торцевое уплотнение (6). Трубка (7) предназначена для подачи инертного газа под регулируемым давлением, формирующего вместе с порошком, поступающим из бункера, газопорошковую смесь, которая и подается через полости импеллера в расплав.For feeding powdered reinforcing particles into the cavity of the impeller, the device provides a hopper (4) with a crane (5) for dispensing a powder feed at a variable speed, connected to the impeller through an end seal (6). The tube (7) is designed to supply an inert gas under controlled pressure, which forms, together with the powder coming from the hopper, a gas-powder mixture, which is fed through the cavity of the impeller into the melt.

Основное отличие заявляемого устройства от прототипа состоит в том, что геометрия замешивающего узла реализуется в форме четырехлопастного импеллера с внутренними полостями для подачи армирующих частиц, что позволяет повысить степень равномерности распределения и усвоения частиц в объеме расплава за счет того, что вращение импеллера создает интенсивные турбулентные потоки в расплаве, в которые под давлением вдувается газопорошковая смесь. Предлагаемая конструкция устройства позволяет повысить производительность технологического процесса получения литых композиционных сплавов за счет увеличения скорости ввода и количества вводимых частиц. Заявленные отличительные признаки обеспечивают технологические и эксплуатационные преимущества предлагаемого устройства перед прототипом.The main difference between the claimed device and the prototype is that the geometry of the kneading unit is implemented in the form of a four-blade impeller with internal cavities for supplying reinforcing particles, which allows to increase the uniformity of distribution and assimilation of particles in the melt volume due to the fact that the rotation of the impeller creates intense turbulent flows in a melt into which a gas-powder mixture is blown under pressure. The proposed design of the device allows to increase the productivity of the technological process for producing cast composite alloys by increasing the input speed and the number of input particles. The claimed distinguishing features provide technological and operational advantages of the proposed device over the prototype.

Сущность предлагаемого устройства для получения литых композиционных сплавов поясняется чертежом (Фиг. 1), на котором представлено устройство с позициями: 1 - четырехлопастной импеллер, 2 - электродвигатель, 3 - ременная передача, 4 - бункер для порошка; 5 - кран; 6 - торцевое уплотнение между импеллером и трубопроводом бункера; 7 - трубка для подачи инертного газа в полости импеллера.The essence of the proposed device for producing cast composite alloys is illustrated by the drawing (Fig. 1), which shows the device with the positions: 1 - four-blade impeller, 2 - electric motor, 3 - belt drive, 4 - hopper for powder; 5 - crane; 6 - mechanical seal between the impeller and the hopper pipe; 7 - tube for supplying inert gas in the cavity of the impeller.

Общий вид четырехлопастного импеллера приведен на Фиг. 2.A general view of the four-blade impeller is shown in FIG. 2.

Работа предлагаемого устройства реализуется следующим образом. В стандартной электрической печи сопротивления осуществляется расплавление и перегрев матричного металлического расплава в защитной атмосфере (например, аргона) до заданной температуры. Импеллер предлагаемого устройства приводится во вращение с заданной скоростью и погружается в расплав на глубину, составляющую 1/4 от высоты тигля. Одновременно открывается кран и включается подача инертного газа в полости вращающегося импеллера. В процессе перемешивания порошкообразные армирующие частицы, поступающие через полости импеллера в потоке несущего инертного газа, под давлением вдуваются в расплав и равномерно распределяются по всему его объему. По завершении перемешивания выключают подачу газопорошковой смеси, поднимают импеллер и осуществляют разливку готового композиционного сплава.The operation of the proposed device is implemented as follows. In a standard electric resistance furnace, the matrix metal melt is melted and overheated in a protective atmosphere (for example, argon) to a predetermined temperature. The impeller of the proposed device is rotated at a given speed and immersed in the melt to a depth of 1/4 of the crucible height. At the same time, the valve opens and the inert gas supply to the cavity of the rotating impeller is turned on. In the process of mixing, powdery reinforcing particles entering through the cavity of the impeller in a carrier inert gas stream are blown into the melt under pressure and evenly distributed throughout its volume. Upon completion of mixing, the gas-powder mixture is turned off, the impeller is lifted, and the finished composite alloy is cast.

Заявляемая полезная модель промышленно применима, поскольку может быть изготовлена с использованием известных средств производства, материалов и технологий, доступных при текущем уровне развития машиностроения.The inventive utility model is industrially applicable, since it can be manufactured using well-known means of production, materials and technologies available at the current level of development of mechanical engineering.

Claims

A device for producing cast composite alloys containing a bin for reinforcing particles and an impeller for mixing reinforcing particles, mounted on a vertical shaft placed in a crucible for molten metal, and made with the possibility of movement in a vertical plane, characterized in that the impeller is made of four-bladed with internal cavities and outlet openings for supplying reinforcing particles, and a bin for reinforcing particles is connected to the impeller through a mechanical seal.