24/31 Sołiclilication of Metais and Alloys, No 24, 1995

Transkrypt

1 24/31 Sołiclilication of Metais and Alloys, No 24, 1995 Krzepniecie Metali i Stopów, Nr 24, 1995 PAN Odd:dał Katowice PL ISSN RAFINACJA GAZO W A ODLEWÓW Z MIEDZI KRZEPNĄ.CYCH W POLU MAGNETYCZNYM GA WROŃSK! Józef, SZAJNAR Jan Katedra Odlewnictwa, Politechnika Śląska, Gliwice, ul.towarowa 7 KALANDYK Zbigniew, LACHO W SKI Mirosław Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice, ul. Sowińskiego 5 STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki badań nad wykorzystaniem pola elektromagnetycznego (wirującego i wirującego rewersyjnego) stosowanego w celu ograniczenia porowatości gazowej odlewów z miedzi. Stwierdzono, że pole magnetyczne mo że zmniejszać zawartość gazów w miedzi tylko w przypadkach gdy zmienia się struktura krystaliczna wlewków i gdy wyjściowa zawartość gazów jest niska oraz gdy warunki odlewania są prawidłowe. Lepsze wyniki (mniejsza porowatość) otrzymano przy stosowaniu wirującego pola magnetycznego. 1. WPROWADZENIE Mikroporowatość mi ędzykrystaliczna gazowa i skurczowa jest bezpośrednim skutkiem krystalizacji i wynika m.in. z niedoskonalości struktury krystalicznej odlewu otrzymanego w sposób ciągły lub statyczny co sprowadza się głównie do szerokiej strefy krysztalów kolumnowych oraz niewłaściwe prowadzenie procesu metalurgicznego i odlewniczego. Dotychczasowe sposoby usuwania zanieczyszczeń gazowych (H 2, S0 2, CO, C0 2, N 2 ) w procesie ciąglego odlewania Cu, pomimo topienia katod miedzianych w atmosferze redukującej (CO + azot), nie zapewniają najwyższej jakości wlewkom. Ze względu na konieczność zachowania dużej czystości miedzi proces odgazowania i modyfikacji struktury może być prowadzony jedynie metodami fizycznymi bez wprowadzania nawet mikrododatków. Opracowany sposób usuwania gazów polega na tym ruchu cieklego metalu generowanego przez pole magnetyczne, który wywołuje separację zanieczyszczeń gazowych z kąpieli metalowej w wyniku bardzo dużej różnicy gęstości Cugaz oraz oddziaływania siły odśrodkowej i wyporu, a także zróżnicowanego ciśnienia w odlewie [l4]. Rafinacja gazowa cieklego metalu polem magnetycznym, poprzez wywalanie ruchu cieklej fazy, może stanowić ważny element doskonalenia procesu odlewania ciąglego miedzi i taki

2 202 też cel przyświeca prowadzonym badaniom 1 2. BADANIA WLASNE Celem badań było określenie wpływu oddziaływania zmiennego pola magnetycznego na porowatość gazową miedzi MlE. Badania obejmowały wykonanie wlewków walcowych o wymiarach </>45 x 200mm w wirującym polu magnetycznym (WPM) i wirującym rewersyjnym polu magnetycznym (WRPM) w warunkach statycznych. Badania prowadzono na stanowisku do odlewania w polu magnetycznym zbudowanym w Katedrze Odlewnictwa Politechniki Śląskiej (rys. 1). Ciekla miedź wlewano do kokili grafitowej o grubości ścianki 8mm umieszczonej wewnątrz induktora wytwarzającego pole magnetyczne. WPM generuje ruch wirowy cieklego metalu, WRPM wywołuje ruch obrotoworewersyjny z cykliczną zmianą kierunku wirowania cieklej miedzi z częstotliwością rewersji 0,2Hz. Miedź wytapiano z katod w piecu indukcyjnym tyglowym stosując pokrycia kąpieli jak opisano w tabeli l i 2. Kokilę zalewano przy dział ają c ym polu magnetycznym. Czas oddziaływania pola (t) liczono od chwili zakończenia zalewania formy. Odlane wlewki ważono w powietrzu oraz w wodzie i na tej podstawie obliczano porowatość odlewu p. Kompletny zakres badań i parametry odlewania wlewków przedstawiono w tabeli l i 2. Wyniki tych badań zawierają kolumny 710 lab. l i kolumny 610 tab. 2 oraz rys. 2. l 2 ~ Rysunek l. Schemat stanowiska badawczeg~: l kokila grafitowa, 2 induktor wytwarzający pole magnetyczne, P przekaźnik, MW multiwibrator Fig u re 2. Scheme of testing installation: l graphi te mould, 2 magnetic field inductor, P relay, MW multivibrator 3. ANALIZA WYNIKÓW Działanie pola magnetycznego może obniżać porowatość gazową odlewów przy spełnieniu dwóch podstawowych warunków: 1 Praca jest realizowana w ramach grantu KBN nr 7 S

3 203 ciekly metal wlewany do formy powinien mieć małą zawartość gazów uzyskuje się to w wyniku starannie prowadzonego wytopu miedzi (czysty i suchy tygiel oraz wsad, szybkie topienie, odtlenianie), działanie pola magnetycznego musi generować ruch cieklego metalu na tyle intensywny (prędkość liniowa wirującego metalu ok. 1,2m/s), aby zmiany w procesie krystalizacji powodowane tym ruchem wywoływaly zmniejszenie strefy kryształów kolumnowych oraz rozdrobnienie krysztalów równoosiowych. Tabela l. Parametry odlewania Cu99,0 w wirującym rewersyjnym polu magnetycznym Tabłe l. Casting parameters Cu99,0 in rotating rewersible magnetic field Lp. Pokrycie f, Tul. B t GP G w 'Y p r. (H z) (OC) (m T) (s) (g) (g) (g/cm 3 ) p (g/cm 3 ) l 1806,4 1581,5 8, lo 1896,6 1654,4 7, ,9 1616,4 8,265 4 węgieł drzewny 80 lo 2102,3 1846,0 8,202 5 bez pokrycia 0, ,5 1565,7 8,876 6 bez pokrycia ,9 1848,4 8, ,1 1543,7 8, ,2 1710,8 8, ,2 1521,5 8,021 lo ,6 1718,0 8, ,955 12,208 7,343 8,049 0,423 0,426 10,224 9,338 10,078 9,720 gdzie: B indukcja pola magnetycznego generującego ruch cieklej fazy, f, c zęstotliwość rewersji pola magnetycznego, t czas oddzialywania pola, GP masa próbki w powietrzu, Gw masa próbki w wodzie, 'Y = G/ (Gp Gw) gęstość próbki, p = (l'm y)/ ym * 100% porowatość, 'Ym = 8,92 (g/cm 3 ) gęstość miedzi.

4 204 Tabela 2. Parametry odlewania Cu99,0 w wirującym polu magnetycznym Table 2. Casting parameters CU99,0 in rotating magnetic field Lp. Pokrycie T,.,_ B t GP GW 'Y p pr. (OC) (m T) (s) (g) (g) (glcm 3! (g/cm 3 ) l bez pokrycia 2651,1 2349,0 8,776 1,614 2 bez pokrycia ,6 2113,4 8,920 o 3 mokry 2440,3 2155,6 8,571 3,913 4 mokry ,9 1943,8 8,360 6,278 5 mokry 2925,6 2567,3 8,165 8,464 6 mokry ,2 1800,6 7,440 16,592 7 bez pokrycia 2651,0 2346,0 8,692 2,556 8 bez pokrycia 80 lo 2382,1 2113,0 8,852 0,762 9 mokry 2750,9 2427,6 8,525 4, mokry ,2 1926,2 7,879 11,670 lo brak zmian brak zmian struktura zmieniona zmieni ona brak zmian 4. WYNIKI I WNIOSKI DO DALSZYCH BADAŃ l. Działanie zmiennego pola magnetycznego, poprzez generowanie ruchu cieklej fazy mo że ograniczać porowatość gazową wlewków z miedzi. Zmniejszenie zawar tości gazów, określone porowatością p jest stosunkowo niewielkie max. l,8% przy odlewaniu w.wpm i ok. 0,9% przy WRPM. 2. Zastosowanie zmiennego pola magnetycznego w celu zmniejszenia porowatości gazowej przynosi pozytywny skutek tylko w przypadku prawidłowo prowadzonego procesu wytopu i odlewania miedzi.

5 205 a) b) odlewy wzorcowe odlewy wykonane w polu magmetycznym Rysunek 2. Makrostruktura wlewków z Cu99,0 odlanych: a) w WRPM (próba nr 7,8 w tab. l), w WPM (próba nr 7,8 w tab. 2) Figure 2. Macrostructure of Cu99,0 ingots made in: a) RRMF (sample no. 7,8 in tab. 1), RMF (sample no. 7,8 in tab. 2)

6 Zmniejsznie porowatości gazowej miedzi występuje wówczas jeżeli rejestruje się zmniejszenie szerokości strefy krysztalów kolumnowych a kryształy w tej strefie mają zmieniony zgodnie z kierunkiem ruchu cieczy kierunek wzrostu. 4. Polaczenie oddziaływania WRPM i WPM z regulacją temperatury zalewania może w większym stopniu poprawić efekty odgazowania. LITERATURA [l] Kalandyk Z., Gawroński J., Lachowski M., Szajnar J., Wplyw pola elektromagnetycznego na strukturę pierwotną wlewków miedzianych odlewanych sposobem ciągłym, Projekt badawczy KBN nr , IMN Gliwice, Katedra Odlewnictwa Politechniki Śl. Gliwice (w toku). [2] Stręk F., Mieszanie i mieszalniki, WNT, Warszawa, [3] Szajnar J., Gawroński 1., Kierowanie krystalizacją odlewu w polu magnetycznym, Raport ko1kowy projektu badawczego nr Ol KBN, Politechnika Śl. Gliwice, L4] J. Szajnar, Magneticke polejako modyfikator struktury slitin. Mater. Xll medzinarodna konfer. "Ockovadla a predzliatiny", Strojenska fak ulta Vysokej Skoly dopravy a spojov v Żilinie, Rajecke Teplice, , s. l GAS REFINING FROM COPPER CASTS SOLIDIFICATING IN MAGNETIC FIELD At this work the results of investigations on application of magnetic field (rotating field and rotating reversible magnetic field) used for eliminale of gas porosity from copper casts is presented. The magnetic field can reduce gas in the copper cast only in these cases when the structure of sampies are changed and when the contents of gases are low and the casting parameters (from the magnetic field point of view) are correct. The better results (lower porosity) were obtained when the rotating magnetic field were used.