Урало-Сибирская научно-практическая конференция

Электромагнитное воздействие на кристаллизующийся металл

Ф.Н. Сарапулов, Б.А. Сокунов, А.В. Бычков,
С.Ф. Сарапулов, В.Э. Фризен

Уральский государственный технический университет
620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19; eets@etf.ustu.ru, heat@r66.ru 

Развитие тех или иных отраслей промышленности связано с металлургическим производством, в частности с цветной металлургией. От качества полуфабрикатов и готовых изделий, получаемых в металлургической промышленности, зависит надежность и работоспособность промышленных устройств, установок, агрегатов сельскохозяйственной, медицинской и бытовой техники.

Одним из направлений развития электротехнологических процессов является МГД-воздействие различного рода в металлургических технологиях. Частным применением этого метода является электромагнитное воздействие на структуру затвердевающего металла – электромагнитное перемешивание (ЭМП) в процессе кристаллизации. В последние годы исследования по магнитной гидродинамике все больше распространяются в область конкретных технических приложений, в частности в производства, непосредственно связанные с технологией и спецификой различных процессов и устройств металлургического назначения. Так как для большинства изделий полученные отливки являются только заготовками и требуют дальнейшей обработки, то одним из основных  требований, предъявляемых литому металлу, является пластичность. С точки зрения формирующейся при литье структуры повышение пластичности может быть достигнуто  во-первых устранением столбчатой зоны слитков как области грубой анизотропной структуры, во-вторых – измельчением и повышением однородности зерен слитка, и в-третьих – изменением фазового состояния сплава. Формирование однородной мелкозернистой структуры обеспечивает высокую технологичность металла как на стадии горячей деформации, так и  последующих переделов. Следует подчеркнуть, что свойства материала, его качество определяются не только зеренной структурой, но и такими дефектами как пористость, неметаллические включения, ликвация. Вместе с тем важно отметить, что макро- и микроструктура и дефекты, сформировавшиеся при литье заготовок, могут сохраняться в процессе дальнейшей технологической обработки материала. Следовательно целесообразно уже в процессе литья сформировать оптимальную с точки зрения последующей технологической обработки структуру, а также снизить дефективность материала по основным показателям: пористости, количеству неметаллических включений, неоднородности химического состава.     

Применение устройств, обеспечивающих электромагнитное перемешивание в процессе кристаллизации, способствует формированию поверхности слитка, получению однородной мелкозернистой литой структуры, снижению ликвации, газовых и неметаллических включений в объеме отливаемых слитков.

На рисунке представлены макроструктуры слитков из сплава Л-63, полученные по традиционной технологии и с применением ЭМП. 

Очевидно, что ЭМП в значительной степени способствует измельчению литой структуры, что в конечном итоге положительно сказывается на эксплуатационных свойствах полуфабрикатов и готовых изделий, полученных из металлов и сплавов, отлитых с применением ЭМП.

Кафедра «Электротехника и электротехнологические системы» ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» продолжительное время занимается вопросами разработки, расчета и создания устройств ЭМП, предназначенных для отливки слитков в кристаллизатор скольжения.     

Созданные индукционные устройства ЭМП были использованы и используются на предприятиях системы ОЦМ и в специальных производствах. Разработанные устройства питаются от сети промышленной частоты, имеют невысокий удельный расход электроэнергии, потребляемая мощность не превышает 10 – 12 кВт.