Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_1584
.pdf
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB198422A
[]
Усовершенствования, относящиеся к поршневым двигателям внутреннего сгорания.
Мы, Сэмюэл Пристли Уокер, инженер, проживающий по адресу: Фродингем-роуд, 40, Сканторп, Линкольншир,
британский субподрядчик. Инженер, проживающий по адресу: Фицрой-роуд, 54, Риджентс-парк, Лондон,
северо-запад 1, подданный Великобритании, настоящим заявляет, что сущность данного изобретения
заключается в следующем: данное изобретение относится к усовершенствованиям или связанным с
двигателями внутреннего сгорания поршневого типа и относится (среди прочего) к определенным
модификациям и усовершенствованиям в расположении клапанов и механизма управления клапанами, в
частности, к двигателям внутреннего сгорания так называемого «двухтактного» или «однотактного» типа, а
также к смазке таких двигателей в целом, и к другим особенностям, которые будут описаны ниже, причем все
они направлены на достижение максимальной мощности и гибкости при малом весе. Мы опишем наше
настоящее изобретение в том виде, в котором оно реализовано на практике в двухцилиндровом однотактном
двигателе внутреннего сгорания, хотя подходящие или желательные характеристики могут быть применены к
любому другому подходящему типу двигателей внутреннего сгорания.
Согласно одному из вариантов данного изобретения, мы предлагаем кольцевое пространство, полностью
охватывающее нижнюю часть каждого цилиндра двигателя; или же указанное кольцевое пространство может
быть, при желании, разделено продольно ребрами жесткости, при этом это кольцевое пространство свободно
открывается с одного конца в камеру сгорания, где заряд сжимается обычным способом, а с другого конца
открывается в цилиндр через множество отверстий, расположенных на равном расстоянии или иным образом
по желанию, вокруг стенки цилиндра и расположенных точно по всей его длине. поршень, когда он находится
в крайнем нижнем положении своего хода. Кроме того, согласно данному изобретению, горючая смесь
попеременно подается в каждую камеру сгорания через полый поворотный клапан, расположенный в стенке,
разделяющей цилиндры, и синхронизируется любым известным или подходящим способом, при этом горючая
смесь проходит из полого поворотного клапана через отверстие в нем и порты в разделительной стенке
цилиндра в указанное кольцевое пространство, окружающее каждую стенку цилиндра, а оттуда попеременно
в каждую камеру сгорания, при этом перепускные порты в камеру сгорания попеременно закрываются в
каждом цилиндре при движении поршня вверх в течение этого периода подачи в каждую камеру сгорания
соответственно.
Выходные отверстия для продуктов сгорания расположены в верхней части камер сгорания и управляются
любым подходящим способом, например, тарельчатыми клапанами, приводимыми в действие кулачковым
валом через коромысло и шатун, и в соответствии с одним из особенностей данного изобретения между
кулачком и шатуном коромысла устанавливается регулируемая опора или ползунок, имеющие на себе
подходящий кулачок или снабженные соответствующей изогнутой поверхностью для взаимодействия с
кулачком на валу синхронизации, и приспособленные, при перемещении или регулировке поперечно
относительно указанного шатуна, для изменения момента открытия выходного клапана. Указанная
регулируемая колодка может быть снабжена любыми подходящими средствами регулировки, например,
быстрозажимным червячным механизмом, скользящим в гайках, или втулкой, вращающейся в крышке корпуса
механизма газораспределения, и управляемой любым подходящим способом. При желании могут быть
предусмотрены любые подходящие средства для предотвращения вмятин или деформации указанной
регулируемой колодки шатуном коромысла, например, между нижним концом шатуна и указанной
регулируемой колодкой может быть установлен поворотный скользящий элемент или рычаг.
Благодаря конструкции и расположению впускных и выпускных отверстий в двухтактном двигателе,
сконструированном в соответствии с настоящим изобретением, поршни могут быть симметричными,
например, головная часть поршня; могут быть плоскими, то есть перпендикулярными стенке цилиндра, или
вогнутыми, вместо того чтобы быть наклонными или снабженными перегородкой или перегородками. Мы
опишем рабочий цикл одного цилиндра, при этом циклы в других цилиндрах, разумеется, будут идентичны.
Поршень находится в верхней точке своего хода, заряд воспламеняется, и движение поршня вниз сжимает
новый заряд в камере сгорания. Непосредственно перед тем, как поршень достигнет нижней границы своего
хода, выпускной клапан в головке цилиндра открывается, позволяя большей части отработанных газов выйти
наружу. Мгновение спустя поршень открывает перепускные каналы по всему периметру стенки цилиндра, и
происходит приток свежей топливной смеси под давлением в картер. По всему цилиндру эффективно отводит
остаточные продукты сгорания (вместо образования нерегулярных вихрей газов в нем).
такая же или неправильная форма — головки поршня и/или камеры сгорания), и выходное отверстие
немедленно закрывается. В самом нижнем положении хода поршня начинает открываться вращающийся
впускной клапан в картер, и по мере того, как поршень движется вверх, закрывая перепускные каналы, в
картер всасывается новая топливная смесь на большей части хода поршня. подача горючей смеси в камеру
сгорания. В конце или почти в конце хода поршня вверх вращающийся впускной клапан закрывается, и цикл
завершается. Согласно настоящему изобретению, преодолеваются следующие недостатки известных
двухтактных двигателей внутреннего сгорания: 1. Невозможность втянуть полный заряд горючей смеси в
камеру сгорания на высоких оборотах из-за относительно короткого периода времени, в течение которого
впускной патрубок открыт.
2.
Невозможность полного удаления продуктов сгорания из-за неправильного расположения отверстий.
3.
Необходимость в тяжелом и громоздком поршне (который должен выполнять функцию клапана для
выпускных, впускных и перепускных каналов). Усовершенствования, относящиеся к поршневым двигателям
внутреннего сгорания.
Мы, Сэмюэл Пристли Уокер, инженер, проживающий по адресу: Толлингтон-парк, Финсбери-парк, Лондон, N.
4, ранее проживавший по адресу: Фродингем-роуд, Сканторп, Линкольншир, 40, подданный Великобритании, и
Норман Фитцрой-роуд, Риджентс-парк, Лондон, северо-западный район, британский подданный, настоящим
заявляет о характере данного изобретения и о способе его осуществления, которые будут подробно описаны
и установлены в следующем заявлении: Данное изобретение относится к двухтактным двигателям
внутреннего сгорания с механически управляемыми клапанами, в которых горючий заряд сжимается в
кривошипно-шатунной камере или камерах и подается в каждый цилиндр через ряд перепускных каналов,
расположенных вокруг стенки цилиндра, и канал или каналы, непосредственно сообщающиеся с
кривошипно-шатунными камерами. Настоящее изобретение представляет собой усовершенствованное
сочетание и расположение деталей в вертикальном двух- или многоцилиндровом двигателе указанного типа,
имеющем в сочетании один поворотный клапан, обслуживающий кривошипные камеры каждой пары
цилиндров, множество перепускных каналов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга вокруг
каждой стенки цилиндра, кольцевой канал или ряд каналов, окружающих нижнюю часть каждого цилиндра и
соединяющих указанные перепускные каналы с кривошипными камерами, и выпускной клапан,
расположенный по центру в каждой головке цилиндра.
На прилагаемых чертежах я изобразил свое настоящее изобретение в практическом применении в
двухцилиндровом двигателе, поскольку очевидно, что конструкция и расположение деталей могут быть
изменены или модифицированы по желанию в рамках прилагаемых пунктов формулы изобретения. На этих
чертежах: Рис. 1 — центральный продольный разрез по линии 1-1; Рис. 2 — центральный продольный разрез.
Рис. 2 представляет собой вид с торца, частично в разрезе по линии 2 2 Рис. 1. Рис. 3 представляет собой
вид, частично в разрезе по линии 3 3 Рис. 1. Рис. 4 представляет собой частичное поперечное сечение по
линии 4-4 на рис. 1. Рис. 5 представляет собой поперечный разрез по линии 5-5. Рис. 1 и Как показано на этих
чертежах, ряды впускных отверстий 12 и 13 расположены в стенках цилиндров 14 и 15 соответственно, вокруг
нижних концов которых последние представляют собой кольцевые пространства 16 и 17, свободно
сообщающиеся с кривошипно-шатунными камерами 18 и 19, в которые горючая смесь подается через
поворотный клапан 20, расположенный в разделительной стенке 21 между цилиндрами и снабженный
отверстием 22, синхронизированным с отверстиями 23 и 24 в стенке 21 в течение всего или части каждого
обратного или всасывающего хода поршней 25 и 26 соответственно. Выпускные отверстия 27 и 28
расположены в головке цилиндра в верхней части камер сгорания и управляются тарельчатыми клапанами 29
и 30, которые имеют пружинное управление и приводятся в действие валом синхронизации 31 через
толкатели 31 и 32 и коромысла. 33 и 34.
Мы обнаружили, что в двигателях этого типа описанная выше компоновка клапанов на практике имеет
большие преимущества, поскольку центральное расположение выпускных клапанов сверху и множество
впускных каналов, расположенных по всему периметру стенок цилиндра, исключают тенденцию к
образованию сильных вихрей в камере сгорания при открытых как впускных, так и выпускных клапанах, и
обеспечивают равномерный приток и отток свежей смеси со всех сторон цилиндра, тем самым гарантируя
надежное и полное удаление отработанных газов. Регулировочный элемент 35, снабженный кулачком 35a,
поворачивается на червячном или винтовом шпинделе 35b, установленном в подшипнике 36 в продолжении
корпуса механизма газораспределения 37. Гайка 38a' на внешнем конце червяка 35b имеет в качестве точки
крепления подшипник 36 и служит для регулировки элемента 35 и кулачка 35a относительно зубчатого вала
31, между которым и поворотной колодкой 38 расположен элемент 35. Конец штока толкателя 32 опирается
на колодку 38, которая предназначена для компенсации износа, который в противном случае возник бы у
элемента 35.
Регулировка элемента 35 позволяет простым и эффективным способом изменять время открытия выпускного
клапана 30. Этот регулировочный механизм, разумеется, идентичен в случае обоих цилиндров, хотя мы
подробно описали его только со ссылкой на цилиндр 15, как показано на рис. 2. Поворотный клапан 20 (как
показано на рис. 4) приводится в движение зубчатым валом 31 через конические колеса 58 и 59; горючая
смесь подается к клапану 20 через трубу 20а; как показано на рисунке, предусмотрен шариковый упорный
подшипник 20с. Вал 31 приводится в движение коленчатым валом 60 через шестерни 61, 62, 63, 64 и 65.
Подходящая коробка передач с изменяемой скоростью, не являющаяся частью настоящего изобретения,
показана на рисунке 66. При создании двухтактного двигателя внутреннего сгорания в соответствии с данным
изобретением нам удалось существенно увеличить отношение мощности к весу, и такой двигатель способен
работать на очень высоких скоростях благодаря (среди прочего) облегчению поршней и описанной здесь
конструкции клапанов, которая обеспечивает быструю и полную продувку отработанных газов.
Подробно описав и определив природу нашего изобретения и способ его осуществления, мы заявляем, что
то, что мы
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_198423.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=198423&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB198423A
[]
Железо и сталь. Усовершенствования в производстве нержавеющего железа и хромовой стали, известные в
торговле как нержавеющее или нержавеющее железо и сталь, или относящиеся к ним. Мы, Рональд Уайлд и
Элвин Говард Уайлд, подданные короля Англии, и компания Sheffield Steel Products Limited, Templeborough
Works, Sheffield Road, Sheffield, настоящим заявляем, что суть данного изобретения заключается в
следующем: настоящее изобретение относится к усовершенствованиям в производстве хромового железа и
хромовой стали, известных в торговле как нержавеющее или нержавеющее железо и сталь. При производстве
этих сталей и чугунов используется феррохромовый сплав. Для производства нержавеющих сталей этот
сплав может содержать значительную долю углерода, скажем, 2 процента или более, но для изготовления
нержавеющих хроможелез обычно используют феррохром марки, известной как безуглеродистый, то есть
феррохром с содержанием углерода не более 0,10 процента. Поскольку обычно доступный бесуглеродистый
сплав сравнительно дорог, производство из него нержавеющей стали также обходится дорого, и
использование последней практически ограничивается изделиями высокой или относительно высокой цены.
Целью настоящего изобретения является разработка упрощенного и экономичного процесса производства
неокрашенного металла. Согласно данному изобретению, способ производства некоррозионностойкого
хроможелеза или хромостали включает в себя добавление к расплавленному феррохрому, содержащему
окисляемые примеси, такие как кремний и углерод, расплавленного железа или стали, свободного или
практически свободного от таких примесей и имеющего в растворе кислород или оксиды (например,
продувной бессемеровский металл), с целью осуществления окисления и разбавления окисляемых примесей,
полученных из феррохрома, и получения из него хромового сплава с низким средним содержанием указанных
примесей и содержанием хрома, необходимым для получения некоррозионностойкого металла. Полученный
таким образом хромовый сплав затем может быть подвергнут окислительной обработке для снижения до
желаемой степени содержания окисляемых примесей или примесей, полученных из феррохрома. Феррохром
может быть получен восстановлением окисленного соединения хрома, например, хромита, с помощью
кальциевого силиката или ферросилиция, и предпочтительный способ осуществления изобретения
заключается в получении используемого феррохрома в соответствии с процессом, являющимся предметом
нашей совместной заявки на британский патент № 4628 от 1922 года (серийный номер: 197733).
Ниже приведено описание в качестве примера одного из способов реализации изобретения. Сначала был
получен феррохром в соответствии с процессом, описанным в вышеупомянутой заявке на британский патент
№ 197733, путем восстановления измельченного и промытого хромита расчетным количеством
ферросилиция, в результате чего был получен сплав, содержащий 0,20% углерода и 12% кремния. К этому
сплаву был добавлен ферромарганец, содержащий 80 процентов марганца и 7 процентов углерода, в такой
пропорции, чтобы получить металл, содержащий: Расплавленную массу подавали в горячий конвертер,
футерованный хромитом, и в него подавали примерно в четыре раза больше расплавленного
бессемеровского металла, очищенного от шлака и содержащего приблизительно 0,12% кислорода, в
результате чего получали сплав, имеющий Содержимое конвертера затем подвергали окислительной
обработке, а анализ очищенных металлов проводили следующим образом:
Приведенный выше пример носит иллюстративный характер и не является ограничением, и следует
понимать, что изобретение не ограничивается производством нержавеющего металла, содержащего
указанное процентное содержание хрома, но может быть применено к любым металлам этого класса, в
которых доля хрома достаточна для придания им свойства, известного как нержавеющий или нержавеющий.
В отличие от производства низкоуглеродистого или бесуглеродистого феррохрома, получение феррохрома,
содержащего окисляемые примеси, такие как углерод и кремний, представляет сравнительно небольшую
сложность, и поскольку железо или сталь любой желаемой степени чистоты легко и дешево доступны,
изобретение обеспечивает как простой, так и быстрый процесс производства нержавеющей стали, поскольку
исходный сплав, приготовленный в соответствии с изобретением, легко поддается очистке до требуемой
степени путем продувки, при этом эта операция существенно сокращается, и если, как в случае с
приведенным выше примером, присутствует марганец или подобный элемент, продувку можно проводить без
существенной потери хрома в результате окисления.
Усовершенствования в производстве ферросплавов, в частности феррохромовых сплавов, и связанные с
этим аспекты. Мы, Рональд Уайлд и Элвин Говард Уайлд, подданные короля Англии, оба из компании
Sheffield Steel Products Limited, Templeborough Works, Sheffield Road, Sheffield, настоящим заявляем, что
сущность данного изобретения заключается в следующем: данное изобретение предназначено для
усовершенствования и применения в производстве ферросплавов, в частности феррохромовых сплавов,
таких как феррохром. Согласно данному изобретению, способ производства ферросплавов, например,
феррохромовых сплавов, таких как феррохром, включает восстановление смеси или соединения оксидов
металлов сплава, например, хромита, ферросилицием. Предпочтительно, восстановление смеси или
соединения оксидов металлов сплава с ферросилицием осуществляется в присутствии реагента, например,
известняка или извести, способного соединяться с окисленным кремнием и образовывать с ним шлак.
Выгодно использовать ферросилиций с высоким содержанием кремния, например, 85-90 процентов,
поскольку это приводит к более энергичной реакции и позволяет получить продукт с более высоким
содержанием металла или металлов, отличных от железа. Впоследствии сплав может быть подвергнут любой
желаемой обработке для снижения содержания кремния, например, в соответствии с процессом, описанным в
нашей предыдущей спецификации № 197733. Процесс может проводиться в любой подходящей печи, в
которой можно достичь необходимой высокой температуры, но предпочтительно использовать электропечь,
например, дуговую печь типа Эру. Однако для небольших объемов можно использовать обычную тигельную
печь. Согласно предпочтительному способу работы, ферросилиций сплавляют в электропечи с частью шихты
шлакообразующего реагента, а затем окисленную шихту добавляют к расплаву с добавлением оставшейся
части шлакообразующего реагента по мере необходимости для поглощения кремния, подвергающегося
окислению в ходе реакции.
Для небольших объемов шихты, которые можно обрабатывать в тигле или другой обычной печи,
реагирующие вещества могут быть тщательно перемешаны с самого начала: для высокохромистого
феррохрома (с содержанием хрома от 60%) температура составляет от 1500 до 1600 °C. При реализации
изобретения одним из способов 400 фунтов хромо-железной руды с содержанием полуторного оксида хрома
50% нагревали в печи Шнайдера примерно до 1600 °C с 80 фунтами ферросилиция (с содержанием кремния
около 90%) и 30 фунтами известняка, при этом для повышения текучести шлака добавляли некоторое
количество флюорита. Было получено около 210 фунтов феррохрома, содержащего: В результате
восстановления той же руды одним лишь ферросилицием был получен сплав со значительно более высоким
содержанием кремния. Феррохромовые сплавы с низким или незначительным содержанием углерода могут
быть легко получены с помощью процесса, описанного в данном изобретении, и поскольку кремний
сравнительно легко удаляется, изобретение обеспечивает удобный и быстрый способ производства сплавов,
таких как феррохром, в чистом состоянии, позволяющем использовать их, например, для производства
нержавеющей стали и чугуна.
Усовершенствования в производстве легированных сталей и чугуна, а также связанные с ними аспекты.
Говард Уайлд, оба из компании Sheffield Steel Products Limited, Templeborough Works, Sheffield Road,
Шеффилд, подданные короля Англии, настоящим заявляют, что суть данного изобретения заключается в
следующем: Настоящее изобретение предназначено для усовершенствования производства легированных
сталей и чугуна, таких как, например, обычно известные как нержавеющие чугуны и стали: При производстве
легированных сталей с низким содержанием углерода обычно используются специальные компоненты либо в
металлическом состоянии, либо в виде ферросплавов, и поскольку производство таких металлов или их
ферросплавов в достаточной степени чистоты включает в себя специальные процессы, которые часто
являются дорогостоящими, эти стали практически использовались для производства изделий, которые имеют
высокую или относительно высокую цену. Целью настоящего изобретения является создание процесса,
позволяющего получать легированные стали непосредственно в практически непрерывном режиме, без
использования специальных компонентов в металлическом состоянии или в виде их ферросплавов.
В описании нашей предыдущей заявки на британский патент № 6047 от 1922 года мы описали способ
получения некоррозионных хроможелез или хромостальных сталей, включающий восстановление
ферросилицием окисленного соединения хрома, такого как хроможелезная руда, и добавление к полученному
расплавленному сплаву расплавленной стали или железа с низким или незначительным содержанием
углерода и кремния в такой пропорции, чтобы обеспечить конечный сплав с низким средним содержанием
таких примесей и содержанием хрома, необходимым для получения некоррозионного металла. Мы
обнаружили, что путем модификации этого процесса специальные легированные чугуны и стали могут быть
получены непосредственно из восстанавливаемых соединений легирующих металлов. Согласно настоящему
изобретению, способ производства легированных сталей и чугунов, таких как, например, нержавеющие
хромовые стали и хромовое железо, характеризуется тем, что восстановление восстанавливаемого
соединения или соединений специального металла или металлов кремниевым восстановителем
осуществляется путем добавления указанного соединения или соединений в ванну из железа или стали,
содержащую такой восстановитель (например, ферросилицийсодержащую ванну), свободный от углерода или
имеющий в нем достаточно низкое содержание, которое не будет вредно для конечного металла.
Восстановительная ванна может состоять, по существу, из расплавленного ферросилиция с относительно
низким содержанием кремния, причем такая ванна удобно получается из расплавленной шихты из железа или
мягкой стали, содержащей желаемую долю ферросилиция с высоким содержанием кремния, например, 80-90
процентов. Необходимо знать содержание углерода в ферросилиции, чтобы учесть это при приготовлении
электролита. Следует понимать, что содержание восстановителя в ванне определяет процентное содержание
специального металла или металлов в конечном сплаве, даже если вся загрузка, добавленная в
восстановительную ванну, не восстанавливается до металла. В зависимости от обстоятельств, таких как
условия в печи, выход восстановленного металла варьируется и, как правило, оказывается значительно
меньше количества металлического элемента, теоретически получаемого из его восстанавливаемого
соединения, т.е. происходит потеря в процессе, которую необходимо учитывать, как это будет понятно
специалистам в данной области. Однако рабочие условия в каждом конкретном случае могут быть легко
определены с помощью простого предварительного эксперимента.
Предпочтительный способ осуществления изобретения заключается в том, что сначала восстанавливаемое
соединение или соединения специального металла или металлов сплавляют с ванной из железа или стали, а
затем добавляют в ванну с кремниевым восстановителем; после добавления последнего вводят количество
восстанавливаемого соединения или соединений, приблизительно химически эквивалентных
присутствующему восстановителю. Путем предварительного сплавления части загружаемого
восстанавливаемого соединения ванна приводится в состояние, пригодное для эффективного последующего
восстановления, и было установлено, что, работая таким образом, можно получить продукт с низким
содержанием кремния при последующем использовании количества восстанавливаемого соединения,
существенно не отличающегося от количества, эквивалентного восстановителю, с учетом, конечно, потерь в
процессе. Начиная с этого этапа, добавление восстанавливаемого металлического соединения в
значительном избытке не является вредным, но и не требуется. Желательно, чтобы перед добавлением
ферросилиция или подобного вещества был проведен анализ содержания углерода в ванне, чтобы с учетом
добавления восстановителя среднее содержание углерода не превышало количество углерода, необходимое
в готовой легированной стали или железе.
Также целесообразно, особенно при производстве нержавеющей стали, в которой содержание углерода не
должно превышать 0,10%, плавить в ванне, до добавления кремниевого восстановителя, небольшую долю
раскислителя, такого как ферромарганец, силикомарганец или немного самого ферросилиция. Для
повышения текучести шлака в реакционную смесь можно добавлять любой желаемый флюс, например,
известь, а последний можно периодически сливать по мере необходимости. В качестве альтернативы, вместо
добавления части восстанавливающего соединения к расплавленному железу или стали на начальном этапе,
можно сначала приготовить восстановительную ванну, а затем добавить в нее восстанавливающее
соединение, но в этом случае в значительном количестве, превышающем количество, химически
эквивалентное восстановителю. В этом альтернативном методе было установлено, что если в ванну
добавлять лишь приблизительно эквивалентное количество восстанавливаемого соединения, то конечный
металл, как правило, имеет слишком высокое содержание кремния, но при использовании указанного
соединения в избытке количество кремния, удерживаемого металлом, может быть значительно уменьшено,
так что можно получить продукты, содержащие настолько низкую долю этого элемента, что это не вредно.
Какой бы из вышеописанных способов ни был использован, добавление восстанавливаемого соединения в
ванну может производиться любым желаемым способом, как правило, в серии последовательных загрузок, в
зависимости от хода реакции, о котором можно судить по внешнему виду шлака и другим признакам,
известным специалистам в данной области. Фактический избыток, который следует использовать, неизбежно
зависит от обстоятельств, таких как природа восстанавливаемого соединения и конкретный состав ванны, но
для определения наиболее выгодных пропорций реагирующих веществ в данном случае достаточно простого
предварительного эксперимента. Ниже приведён пример соответствующего избытка при получении
нержавеющей стали из хромита, однако специалисты в данной области легко поймут, что указанный избыток
носит лишь иллюстративный характер, поскольку при использовании хромита другого состава или другой
ванны избыток может быть как больше, так и меньше приведённой величины для получения аналогичного
результата. Тем не менее, в качестве общего правила можно сказать, что для снижения содержания кремния
в конечном сплаве до минимально возможной степени количество специального металлического соединения,
добавляемого в ванну, должно значительно превышать количество восстановителя.
Процесс может проводиться в любой подходящей печи при условии, что последняя способна поддерживать
полное сплавление материалов на протяжении всего процесса и позволяет разливать или разливать готовые
изделия в формы. На любом удобном этапе процесса металл может быть подвергнут окислительному
воздействию, и в этом случае предпочтительно проводить эту операцию в присутствии металла (например,
марганца), который окисляется легче, чем желаемый металл или металлы в сплаве железа или стали. Ниже
приведено описание в качестве примера двух способов реализации изобретения:
ПРИМЕР I. Смесь довели до полного плавления, и при анализе было обнаружено, что она содержит 0,06%
углерода и 0,17% хрома. Затем было добавлено 1 кварта 26,5 фунтов ферросилиция, содержащего 83,3%
кремния и -0,28% углерода. В приготовленную таким образом ферросилициевую ванну последовательно
добавляли 300 фунтов хромовой железной руды с содержанием триоксида хрома 52,8%, при этом шлак
периодически сливали. Наконец, чтобы довести металл до стандартных характеристик, было добавлено 3
фунта ферромарганца, а во время разливки руды было добавлено 2 унции алюминия в соответствии с
известной практикой производства качественных слитков. Вес полученного продукта после сбора урожая
составил 4 центнера, 2 кварты, 20 фунтов, а результаты анализа показали следующее: Теоретически, для
получения необходимого количества добавленного ферросилиция и остатка кремния в соответствии с
указанным процентным составом требовалось около 155,5 фунтов триоксида хрома, тогда как общая загрузка
хромо-железной руды соответствовала 211 фунтам этого оксида.
Однако следует отметить, что количество руды, добавленной впоследствии к ферросилицию,
соответствовало 158,5 фунтам триоксида хрома, то есть это количество было приблизительно химически
эквивалентно восстановителю. Из общего количества 400 фунтов хромовой железной руды, что эквивалентно
144,5 фунтам металлического хрома, 65,7 фунтов металлического хрома были восстановлены и поглощены
окатышем, при этом выход металла в данном случае составил приблизительно 45,4 процента от выхода
металла, содержащегося во всей хромовой железной руде, использованной в загрузке, и приблизительно 60
процентов от выхода металла, содержащегося в руде, добавленной впоследствии к восстановителю.
ПРИМЕР II. Ванна состояла из следующих компонентов.
Эта смесь была доведена до полного плавления, и при анализе было установлено, что она содержит 0,07%
углерода. Затем было добавлено 1 четверть 24 фунтов того же ферросилиция, что и раньше, а затем, в
последовательных загружах, 3 центнера 2 четверти 8 фунтов хромовой железной руды с содержанием
триоксида хрома 52,8%, при этом шлак периодически сливался по мере необходимости. Затем в состав смеси
вошли 1 четверть 8 фунтов шведского белого чугуна и 4 фунта ферромарганца, чтобы довести металл до
требуемых характеристик, а во время разливки добавили 2 унции металлического алюминия в соответствии с
известной практикой. Вес полученного продукта после сбора урожая составил 4 центнера, 3 кварты и 9
фунтов, а его анализ показал следующее: Следует отметить, что количество хромовой железной руды,
добавленной в восстановительную ванну, значительно превышало эквивалентное количество ферросилиция.
Теоретически, для получения такого количества добавленного ферросилиция и остатка кремния в
соответствии с указанным процентным составом, требовалось около 153 фунтов триоксида хрома, тогда как
общая загрузка хромо-железной руды соответствовала 211 фунтам этого оксида. 53,5 фунта металлического
хрома были восстановлены и поглощены литником, что соответствует выходу приблизительно 37 процентов.
При производстве стали введение необходимой пропорции углерода может осуществляться на любом
удобном этапе, например, либо через материалы, используемые для первоначальной ванны, либо
впоследствии, скажем, путем добавления необходимого количества чугуна в печь, либо путем добавления
угля или древесного угля к металлу в ковше. Поскольку железо и сталь с низким и известным содержанием
углерода легко и дешево доступны, становится очевидно, что изобретение обеспечивает простой способ
прямого производства специальных легированных сталей и чугуна быстрым и экономичным способом.
Усовершенствования в производстве ферросплавов, в частности феррохромовых сплавов, и связанные с
этим аспекты. Мы, Рональд Уайлд из Грейндж-Коттедж, Картледж, Холмсфилд, близ Шеффилда, и Элвин
Ховард Уайлд из Грейстоунс-Холл, Шеффилд, оба ранее работавшие в компании Sheffield Steel Products,
Limited, Templeborough Works, Sheffield Road, Шеффилд, оба подданные короля Англии, настоящим заявляем,
что характер данного изобретения и способ его осуществления должны быть подробно описаны и
установлены в следующем заявлении: Настоящее изобретение предназначено для усовершенствования
производства сплавов хрома и железа, таких как, например, феррохром и металл, обычно известный как
нержавеющее или нержавеющее железо и сталь.
При производстве металлов, известных в торговле как нержавеющее или нержавеющее железо и сталь,
используется сплав феррохром. Для производства нержавеющих сталей этот сплав может содержать
значительную долю углерода, скажем, 2% или более, но для производства нержавеющего хромового железа
обычно используют марку феррохрома, известную как безуглеродистая, то есть феррохром с содержанием
углерода не более 0,10%. Поскольку безуглеродистый сплав, обычно доступный на рынке, сравнительно
дорог, производство из него нержавеющей стали соответственно дорого, и поэтому использование последней
практически ограничено изделиями высокой или относительно высокой цены. Феррохром обычно получают
восстановлением хромита. Такое восстановление может быть осуществлено с помощью восстановителя
кремния, и для этой цели были предложены кремний и силициды, такие как силицид кальция. Однако
использование кремнийсодержащих восстановителей приводит к получению металла, содержащего, в
зависимости от обстоятельств, различное, но, как правило, существенное количество кремния, и был описан
процесс, в котором этот факт используется для получения специальной легированной стали, содержащей
сравнительно высокий минимальный процент этого элемента.
Целью настоящего изобретения является разработка усовершенствованного и простого процесса
производства сплавов хрома и железа, в частности феррохрома и нержавеющей стали, имеющих низкое
содержание кремния и углерода. Согласно настоящему изобретению, производство низкоуглеродистых или
безуглеродистых сплавов хрома и железа, таких как, например, феррохром или нержавеющая сталь, по
процессу, в котором восстанавливаемое соединение или соединения (такие как оксид или оксиды) металла
или металлов сплава восстанавливаются экзотермической реакцией с кремнием, характеризуется тем, что
это восстановление осуществляется в присутствии значительного избытка восстанавливаемого соединения
или соединений по сравнению с количеством, химически эквивалентным восстановителю. Мы обнаружили,
что в отличие от работы с практически полным химическим эквивалентом реагирующих веществ,
использование значительного избытка восстанавливаемого металлического соединения или соединений
препятствует поглощению или удержанию кремния восстановленным металлом, и что количество этого
элемента, таким образом, поглощаемого металлом, может быть настолько снижено, что практически во всех
отношениях получается сплав с незначительным содержанием кремния.
Таким образом, выбрав кремниевый восстановитель с соответствующим низким содержанием углерода,
можно получить сплав с низким содержанием как кремния, так и углерода. В нашем настоящем изобретении
мы не заявляем об использовании какого-либо избытка восстанавливаемого соединения, недостаточного для
получения результатов, указанных в предыдущем абзаце, и мы не заявляем ничего, что описано в описании
патента № 174618 или в описании патента США № 854018. В качестве восстановителя кремния может
использоваться ферросилиций, предпочтительно с высоким содержанием кремния, например, 80-90
процентов. Восстановление может проводиться в присутствии реагента, обладающего особым сродством к
окисленному кремнию в условиях печи, например, известняка или извести, которые соединяются с
кремнеземом и образуют с ним шлак. Нержавеющее хромовое железо или хромистая сталь могут быть
получены непосредственно путем восстановления подходящего окисленного соединения хрома, такого как
хромит, в ванне с расплавленным железом или сталью, практически не содержащим углерода, или с таким его
содержанием, которое обеспечит желаемую долю углерода в конечном сплаве металла.
Восстановительная ванна может состоять, по существу, из расплавленного ферросилиция с относительно
низким содержанием кремния, причем такая ванна удобно получается из расплавленного железа или
низкоуглеродистой стали, содержащего желаемую долю ферросилиция с высоким содержанием кремния,
например, от 80 до 90 процентов. Необходимо знать содержание углерода в ферросилиции, чтобы учесть это
при приготовлении электролита в соответствии с требуемыми свойствами металла. Для прямого получения
нержавеющей стали таким способом могут быть использованы различные альтернативные технологические
методы, например: (а) Сначала шихта хромита сплавляется с ванной из железа или стали, в расплав
добавляется кремниевый восстановитель, а затем вводится дополнительная шихта хромита в количестве,
приблизительно эквивалентном химическому количеству восстановителя. Второе добавление хромита может
быть произведено за одну загрузку или за несколько последовательных загрузок, в зависимости от
необходимости. (a) Действуя таким образом, а именно, сначала сплавляя часть восстанавливаемой шихты,
ванна приводится в состояние, пригодное для эффективного последующего восстановления, и было
установлено, что при таком способе можно получить продукт с низким содержанием кремния при
последующем использовании количества восстанавливаемого соединения, не существенно отличающегося
от количества, эквивалентного восстановителю, с учетом, конечно, потерь в процессе. (b) Хромит и
восстановитель нагреваются вместе до температуры, приближающейся к температуре реакции, и затем к
предварительно нагретой смеси добавляется необходимое количество расплавленного железа или стали, при
этом нагревание осуществляется по мере необходимости для обеспечения завершения реакции или
получения однородного расплава. (c) Феррохром сначала получают путем восстановления кремниевым
восстановителем избытка хромита, как указано выше, а затем добавляют к расплавленному сплаву
расплавленное железо или сталь, предпочтительно содержащую растворенный кислород или оксиды
(например, недавно выдутый бессемеровский металл), в необходимом количестве для получения сплава с
металлическим составом нержавеющей стали и низким средним содержанием кремния и углерода путем
разбавления или разбавления и окисления кремния, присутствующего в исходном феррохроме.
Степень избытка хромита или подобного вещества, используемого для восстановления, неизбежно зависит от
обстоятельств, таких как природа восстанавливаемого соединения или конкретный состав электролитической
ванны, но для определения наиболее выгодных пропорций реагирующих веществ в данном случае
достаточно простого предварительного эксперимента. Ниже приведены примеры соответствующего избытка
как при производстве феррохрома, так и при непосредственном получении нержавеющей хроможелеза, но
специалисты в данной области легко поймут, что указанный в этих примерах избыток следует рассматривать
как иллюстративный, а не как ограничивающий, поскольку при использовании хромита другого состава или с
иным составом ванны избыток может быть как больше, так и меньше, чем значения, приведенные для
получения аналогичного результата. Следует понимать, что содержание восстановителя в ванне определяет
процентное содержание хрома в конечном сплаве, хотя вся загрузка, добавленная в ванну, не доводится до
металлического состояния.
В зависимости от обстоятельств, таких как условия в печи, выход восстановленного металла варьируется и,
как правило, оказывается значительно меньше количества металлического элемента, теоретически
получаемого из его восстанавливаемого соединения, то есть происходит технологическая потеря, которую
необходимо учитывать, как это понятно специалистам в данной области. Однако детали оперативного
процесса в каждом конкретном случае могут быть легко определены с помощью простого предварительного
исследования. Перед добавлением ферросилиция или подобного вещества можно провести анализ
содержания углерода в ванне, чтобы с учетом добавления восстановителя можно было убедиться, что
содержание углерода не превышает желаемое количество этого элемента в готовом металле. Также
целесообразно, особенно при производстве нержавеющей стали, перед добавлением кремниевого
восстановителя, сплавить в ванне небольшое количество раскислителя, такого как ферромарганец,
кремний-марганец или немного самого ферросилиция.
На любом удобном этапе процесса материал может быть подвергнут окислительной обработке, и в этом
случае предпочтительно проводить эту операцию в соответствии с нашей спецификацией № 197733, то есть в
присутствии элемента (например, марганца), который окисляется легче, чем хром, при температуре
обработки. Указанный элемент может быть введен в процессе восстановления, как описано в Спецификации
№ 197733. Изобретение может быть реализовано в любой имеющейся печи при условии, что последняя
способна поддерживать полное сплавление материалов на протяжении всего процесса и позволяет разливать
или «заливать» готовый продукт в формы. Для поддержания необходимой высокой температуры на
протяжении всего процесса может применяться внешний обогрев. В качестве удобного варианта можно
использовать, например, электрическую печь типа Эру или Снайдера. Приведенные ниже примеры призваны
показать, как изобретение может быть реализовано на практике, при этом следует понимать, что эти примеры
приведены в иллюстративных целях, а не в качестве ограничения.
ПРИМЕР I. Была приготовлена ванна с 5 центнерами ферросилиция сплава путем добавления в ванну с
расплавленной низкоуглеродистой сталью высококремниевого ферросилиция (83% кремния) с низким
содержанием углерода в таком количестве, чтобы получить расплав, содержащий приблизительно 9%
кремния. Часть шихты шлакообразующего реагента, а именно смеси извести и флюорита, была добавлена в
ванну, после чего последовательно вводили 440 фунтов хромо-железной руды с содержанием полуторного
оксида хрома (Cr2O3) 52,8%, а оставшуюся часть шихты шлакообразующего реагента — по мере
необходимости для поглощения окисленного кремния, повышения текучести шлака и обеспечения хорошего
выхода восстановленного металла. В общей сложности шихта шлакообразующей смеси состояла из 40
фунтов извести и 24 фунтов флюорита. По завершении восстановления, согласно известной практике,
добавляли небольшое количество раскислителя, такого как марганец, ферромарганец или алюминий, чтобы
обеспечить получение прочного металла, пригодного для отливки в формы любой желаемой формы.
В результате анализа был получен сплав нержавеющей стали, результаты которого выглядят следующим
образом: Выход полученного таким образом нержавеющего чугуна составил 4 центнера, 3 четверти – 9
фунтов. Следует отметить, что содержание полуторного оксида хрома в руде, а именно 232 фунта,
превышало количество, которое можно было восстановить за счет количества использованного
ферросилиция, теоретически эквивалентного примерно 180 фунтам оксида. Аналогичным образом могут быть
получены сплавы хрома и железа, такие как обычно называемая нержавеющая сталь, при этом необходимая
повышенная доля углерода может быть обеспечена на любом удобном этапе процесса путем добавления
подходящих углеродсодержащих материалов, известных в данной области техники, например, либо в виде
металлов, используемых для первоначальной ванны, либо впоследствии, скажем, путем добавления
необходимого количества чугуна в шихту печи, либо путем добавления угля или древесного угля к металлу в
ковше.
ПРИМЕР II. Груз из 500 фунтов хроможелезной руды с содержанием полуторного оксида хрома (Cr2O3)
52,8%, 56 фунтов ферросилиция (83%), 40 фунтов известняка и 24 фунтов флюорита был предварительно
Соседние файлы в папке патенты