ТЕХНОЛОГІЯ ЕЛЕКТРОГІДРОІМПУЛЬСНОЇ ОБРОБКИ РОЗПЛАВУ
СУТНІСТЬ ТЕХНОЛОГІЇ
Електрогідроімпульсна обробка (ЕГІО) відноситься до імпульсних способів фізичного впливу на розплав. ЕГІО розплаву може здійснюватися в ковші, у печі, в виливниці. Обробка реалізується дією на розплав імпульсів тиску, які створюються при високовольтному пробої рідини в розрядній камері й з певною частотою передаються в розплав через заглибний хвилевід.
Сутність ЕГІО складається у двох послідовних стадіях. Спочатку електрична енергія запасається в ємнісному накопичувачі генератора імпульсних струмів (6) і виділяється в міжелектродному проміжку (7) у розрядній камері, заповненою водою (4), у вигляді високовольтного розрядного каналу протягом мікросекундного діапазону часів. У результаті перетворення електричної енергії в теплову речовину каналу розряду перетворюється в щільну низькотемпературну плазму (104 К), тиск плазми, що досягає 109 Па, діє на верхній торець хвилеводу (2). Генеруємий при цьому імпульс тиску по хвилеводу надходить у розплав (1). Далі розрядний канал перетвориться в пульсуючу парогазовую порожнину, що деформує пружну мембрану (8), тобто нижню стінку розрядної камери, а тиск у вигляді механічних коливань хвилеводу також надходить у розплав, але за більш тривалий, мілісекундний відрізок часу. Такі складні імпульси тиску надходять у розплав з заданою частотою, що може змінюватися від 1 до 20 Гц. Тривалість ЕГІО, як правило, не перевищує 3-5 хвилин.
На першій стадії ЕГІО в розплаві формується нестаціонарний хвильовий процес. По-перше, у розплаві виникають акустичні мікропотоки. Вони розвиваються як у в'язкому прикордонному шарі поблизу перешкод, у ролі яких можуть виступати нерозчинені домішки й газові пухирці, так і поза прикордонним шаром у вільному неоднорідному об'ємі. Мікропотоки, що виникають у прикордонному шарі, прискорюють процеси теплопередачі й розчинності. Більш масштабні потоки викликають перемішування розплаву й забезпечують його гомогенізацію.
По-друге, у розплаві виникає об'ємна акустична кавітація, що характеризується утворенням множинних мікророзривів рідини. Розчинений у розплаві газ спрямовується в ці несуцільності, створюючі газові пухирці, які ростуть, коагулюють і спливають на поверхню, захоплюючи за собою неметалічні домішки. Пухирці, що залишилися в розплаві, пульсують і схлопуються, внаслідок чого в локальних зонах розплаву виникають тиски, порівнянні з порядком густини енергії зв'язку атомів. Це приводить до підвищення топологічного безладдя в рідкому металі, зменшенню його координаційного числа, підвищенню ентропії системи. Важливим результатом такого впливу є ефект штучного переохолодження локальних зон розплаву, а, виходить, утворення додаткових центрів кристалізації, що, в остаточному підсумку, приводить до здрібнювання зеренної структури металу.
На другій стадії ЕГІО інтенсифікуються тепло- і масообмінні процеси в об'ємі розплаву, частки тугоплавких елементів шихти й введених модифікаторів розчиняються, хімічні елементи розподіляються рівномірно у об'ємі розплаву, розплав стає хімічно більш однорідним.
Економічна ефективність ЕГІО визначається підвищенням якості литої продукції, низькими енергетичними витратами (не більше 2 кВт годин/тонну) і відносно невеликою вартістю встаткування (порядку 60.000$ USA).
УСТАТКУВАННЯ ДЛЯ ЕГІО
Устаткування для ЕГІО розплаву складається із трьох основних вузлів: енергетичного, технологічного й блоку керування. Як енергетичний блок (джерела живлення) використовують генератор імпульсних струмів (ГІС) з ємнісним накопичувачем енергії. У ряді випадків у схемі ГІС використовують регулювальний трансформатор, що забезпечує плавну зміну частоти проходження розрядів - від 1 до 20 Гц. Основним елементом технологічного блоку є розрядна камера, зі спеціальним хвилеводом, зі сталі або титану. Технологічний вузол відрізняється простотою конструкції, невеликими габаритами, не має обертових деталей, досить легко компонується в технологічні схеми ливарного виробництва. Хвилевід подається в розплав за допомогою кранових засобів або спеціальним пристроєм. Керування встаткуванням здійснюється з дистанційного пульта керування. Система керування містить силовий щит і пульт керування низьковольтним і високовольтним устаткуванням.
ІНСТИТУТ ІМПУЛЬСНИХ ПРОЦЕСІВ І ТЕХНОЛОГІЙ
НАН УКРАЇНИ
© 2012 Інститут імпульсних процесів і технологій НАН України.
Усі права захищені.
