Александра-Плюс
ультразвуковые технологии и оборудование
Технологии Для металлургии

Кристаллизация металлов

Содержание

Одно из направлений деятельности «Александры-Плюс» — разработка и внедрение ультразвуковых технологий для нужд металлургической промышленности и, в частности, специального оборудования для кристаллизации металлов.

Ультразвуковая обработка расплава до кристаллизации и в процессе затвердевания слитка улучшает структуру и механические свойства производимого металла. Ультразвуковые колебания изменяют условия зарождения и роста кристаллов и тем самым позволяют получать измельчённую структуру поликристалла с улучшенными физико-механическими свойствами.

Всё ультразвуковое оборудование для обработки жидкого металла можно условно разделить на две группы по способу воздействия:

  1. прямое воздействие на расплав;
  2. воздействие через стенки кристаллизатора или изложницы.

Ультразвуковое оборудование для прямого воздействия на расплав

В литейных ваннах, миксерах, изложницах, кристаллизаторах и в процессе транспортировки расплава по металлопроводам воздействовать на металл можно, вводя в расплав волновод, передающий ультразвуковые колебания.

Системы прямого ультразвукового воздействия на расплав позволяют:

Введение волноводов в жидкий металл в изложнице или кристаллизаторе, ко всему прочему, препятствует образованию дендритов и позволяет сформировать более однородную и мелкозернистую структуру слитка, поскольку ультразвук в этом случае воздействует непосредственно в момент кристаллизации.

Узким местом систем прямого воздействия на расплав является волновод, точнее материал, из которого он изготавливается. Волновод должен обладать высокой жаропрочностью и стойкостью против эрозии и растворения в расплаве. Необходимо отметить, что под действием ультразвуковых колебаний растворяются даже самые тугоплавкие металлы. В настоящее время проблема применения волноводов для прямого воздействия на расплав решена лишь частично и лишь для цветных металлов. Решена с помощью применения волноводов из высокоплотного графита и керамики. Такие волноводы могут успешно применяться для обработки сплавов на основе алюминия и меди. В некоторых случаях возможно применение титановых волноводов.

Другим решением проблемы растворения волноводов при прямом воздействии на расплав стала технология, основанная на применении так называемых расходуемых волноводов.

Расходуемые волноводы представляют собой «бесконечную» ленту или проволоку, которая подается в расплав с помощью трайб-аппарата. При прохождении через трайб-аппарат на ленту накладываются ультразвуковые колебания, которые вместе с ней передаются в расплав. Здесь расходуемый волновод выступает еще и в роли макрохолодильника, который позволяет понизить температуру перегрева расплава. А это наряду с образованием дополнительных центров кристаллизации способствует снижению таких внутренних дефектов заготовок, как:

Например, применительно к непрерывной разливке стали, обработка расплава с помощью ввода расходуемых волноводов (стальная лента, проволока) позволяет управлять кристаллизацией заготовки и достигать значительного эффекта по улучшению ее макроструктуры за счет следующих факторов:

Ультразвуковое оборудование для воздействия на расплав через стенки кристаллизатора или изложницы

Модули из комплекта НО-316 на кристаллизаторе

В этом случае колебания накладываются на стенки кристаллизатора или изложницы и уже через них передаются в расплав.

Оснащение штатных кристаллизаторов ультразвуковыми модулями, помимо улучшения внутренней структуры слитка (см. Результаты иследования), позволяет уменьшить трение между затвердевшим металлом и внутренними стенками кристаллизатора, что в свою очередь приводит к улучшению качества поверхности слитка и уменьшению усилия вытягивания, а, следовательно, к уменьшению потребляемой электроэнергии. Снижение трения при дальнейшей эксплуатации позволяет снизить износ формирующих стенок кристаллизатора.

Что мы предлагаем

Мы предлагаем как оборудование для прямого ультразвукового воздействия на расплав, так и ультразвуковые системы для оснащения штатных кристаллизаторов (см. НО-316). У нас нет стандартного универсального оборудования, которое подошло бы везде. Но у нас есть все необходимые знания, отличные специалисты и производственные мощности, чтобы спроектировать и изготовить ультразвуковое оборудование специфичное для каждого конкретного случая.

Понимая, что описанная технология довольно мало распространена (хотя известны разработки, начиная с 60-х годов) и вызывает много вопросов, мы можем предложить разные варианты сотрудничества.

К примеру — на первом этапе это может быть опытно-промышленное опробование без закупки оборудования:

Если же ультразвук предполагается использовать для какого-то «хитрого» сплава, и нет уверенности в эффекте, мы можем посодействовать в организации лабораторных испытаний у наших давних и надёжных научных партнёров из МИСиС.

Эта страница нуждается в доработке. Нужно: больше иллюстраций

кристаллизация технология металлургия расплав кристаллизатор изложница волновод алюминий медь сталь трайб-аппарат трение ультразвуковой модуль НО-316 опытно-промышленная установка МИСиС