RU2517066C2 - Method and device for production of high-quality metal - Google Patents
Method and device for production of high-quality metal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2517066C2 RU2517066C2 RU2009135622/02A RU2009135622A RU2517066C2 RU 2517066 C2 RU2517066 C2 RU 2517066C2 RU 2009135622/02 A RU2009135622/02 A RU 2009135622/02A RU 2009135622 A RU2009135622 A RU 2009135622A RU 2517066 C2 RU2517066 C2 RU 2517066C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cone
- mold
- disk
- melt
- mould
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемая группа изобретений относится к области литейного производства и может быть использована для литья любых металлов, включая тугоплавкие и химически активные.The proposed group of inventions relates to the field of foundry and can be used for casting any metals, including refractory and chemically active.
В качестве аналога предлагаемого изобретения принят патент [1] (RU 2286398 С2, С22В 9/20, 27.09.2003), где получение расплава производится в проплавляемой заготовке с последующим воздействием на него повышенного давления для перемещения его в штамп, находящийся на некотором расстоянии ниже заготовки, при этом штамп перемещают на встречу падающему расплаву до соударения с заготовкой. Данный аналог позволяет обрабатывать любые металлы, включая тугоплавкие и химически активные.As an analogue of the invention, patent [1] is adopted (RU 2286398 C2,
Наиболее близким техническим решением, в качестве прототипа, является способ Дискового донного слива [2] (RU 2353472 С2, B22D 39/00, 01.07.2004), который включает получение расплава в проплавляемой дисковой заготовке. Момент проплавления фиксированный, что позволяет осуществить воздействие на расплав газового давления, для образования плоского фронта расплава, заготовку по мере ее плавления перемещают внутрь индуктора. Данный способ обеспечивает высокую плотность слитка, мелкозернистую структуру и однородный химический состав.The closest technical solution, as a prototype, is a method of Disk bottom discharge [2] (RU 2353472 C2, B22D 39/00, 07/01/2004), which includes the production of a melt in a melted disk billet. The moment of penetration is fixed, which allows exposure to the melt of gas pressure to form a flat front of the melt, the workpiece is moved inside the inductor as it melts. This method provides a high density of the ingot, a fine-grained structure and a uniform chemical composition.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования и расширение технических возможностей, за счет повышения качества металла при его более глубоком рафинировании.The objective of the invention is to increase the efficiency of use and expand technical capabilities, by improving the quality of the metal with its deeper refining.
Поставленная задача достигается тем, что способ литья металлов включает установку дисковой заготовки на форму, плавление дисковой заготовки индуктором с удержанием расплавленной боковой поверхности дисковой заготовки во взвешенном состоянии за счет электромагнитного поля, донный слив расплава в форму после проплавления заготовки, при этом днище заготовки располагают выше нижнего торца индуктора, форму выполняют в верхней части в виде конуса с усеченной вершиной, а днище заготовки выполняют конусным и соответствующим конусу формы, в полость, образованную между заготовкой и формой устанавливают конусную вставку, выполненную из очищенного металла, и закрывают вставкой вход в форму, причем плавление заготовки осуществляют с периферии с образованием конусного фронта плавления и вытеснением легких включений на вершину конусного фронта плавления, а тяжелых включений - к основанию и периферии конусного фронта плавления, после донного слива очищенного расплава в форму и получения слитка верхнюю часть слитка с включениями отрезают.The problem is achieved in that the method of casting metals involves installing a disk billet on a mold, melting the disk billet with an inductor while holding the molten side surface of the disk billet in suspension due to the electromagnetic field, and the bottom discharge of the melt into the mold after melting the billet, while the bottom of the billet is positioned higher the lower end of the inductor, the form is performed in the upper part in the form of a cone with a truncated top, and the bottom of the workpiece is made conical and corresponding to the cone of the form, a conical insert made of purified metal is installed in the cavity formed between the preform and the mold, and the mold is closed by the insert, and the preform is melted from the periphery with the formation of a conical melting front and the light inclusions are forced out to the top of the conical melting front, and heavy inclusions are to the base and periphery of the conical melting front, after the bottom discharge of the purified melt into the mold and receipt of the ingot, the upper part of the ingot with inclusions is cut off.
Устройство для литья металлов содержит камеру плавления с проплавляемой дисковой заготовкой, форму, индуктор, расположенный в центральной части камеры плавления, способный удерживать во взвешенном состоянии расплавленную боковую поверхность заготовки, при этом верхняя часть формы выполнена, в виде усеченного конуса, на которую установлена дисковая заготовка, при этом днище заготовки выполнено в виде конуса, соответствующего конусу верхней части формы, с продолжением до вершины геометрического конуса и образованием полости, в которой размещена конусная вставка, выполненная из ранее очищенного металла. Верхняя часть формы выполнена в виде отдельного кольца, ниже которого располагается оставшаяся часть формы. Это позволяет примеси оставлять на кольце, а слиток формировать в нижней части формы.SUBSTANCE: metal casting device comprises a melting chamber with a melted disk billet, a mold, an inductor located in the central part of the melting chamber, capable of holding the molten side surface of the billet in suspension, while the upper part of the mold is made in the form of a truncated cone on which the disk billet is mounted , while the bottom of the workpiece is made in the form of a cone corresponding to the cone of the upper part of the mold, continuing to the top of the geometric cone and forming a cavity in which placed conical insert made of previously purified metal. The upper part of the form is made in the form of a separate ring, below which is the remaining part of the form. This allows the impurities to leave on the ring, and the ingot to form in the lower part of the form.
Предложенный способ реализует установка, представленная на фиг.1. Установка включает камеру плавления 1, в которой размещен охлаждаемый индуктор 2, в который стационарно установлен проплавляемый диск 3, таким образом, чтобы при его плавлении расплав, находящийся на боковой части удерживался во взвешенном состоянии и не мог слиться в сторону. Для этого, нижний торец диска 3 установлен выше нижнего торца индуктора 2, на величину Н. Индуктор может быть одновитковым или многовитковым, а так же с раздельным питанием витков. Диск 3 установлен непосредственно на форме 4 с центральным литниковым отверстием. Диск 3 установлен на форму 4 таким образом, что его торцевая нижняя часть опирается на торцевую верхнюю часть формы, а боковая часть находится открытой и не экранируется формой. На фиг.1 показано, что форма 4 может быть выполнена из меди с охлаждаемыми каналами 5, что позволяет получать особо чистые металлы и производить слитки с мелкозернистой структурой. Снизу форма закрывается поддоном 6, герметизация обеспечивается через уплотнения 7. Корпус 1 и форма 4 герметизируются через уплотнение 8. Плавление диска 3 происходит сбоку и сверху, при этом образуется конусообразный фронт плавления, направленный вершиной вверх. Плавление диска 3 происходит до момента достижения расплавом нижней части заготовки, после чего происходит слив расплава в форму 4, небольшая часть диска 3 остается в виде конуса или кольца на форме 4. Из-за гидродинамических особенностей легких включений происходит очистка расплава, так как эти включения всплывают на поверхность расплава и скапливаются у центра зеркала ванны расплава. Поэтому после слива расплава в форму, они остаются на поверхности слитка. Для того чтобы удалить включения, верхняя часть слитка отрезается. По такому же принципу тяжелые включения скапливаются на дне у периферии диска, где они вмерзают в гарнисаж, так как периферия охлаждается формой. Поэтому тяжелые включения так же остаются в верхней части слитка, в месте расположения диска. Для их удаления из слитка отрезается эта часть.The proposed method implements the installation shown in figure 1. The installation includes a
Для того чтобы полностью исключить попадание легких и тяжелых примесей в форму, верхняя часть этой формы, с которой соприкасается диск, выполняется в виде конуса, направленного острием вверх. При этом конус получается усеченным, за счет того, что его пересекает внутренняя полость формы. Но днище самого диска выполняется в виде того же конуса, который копирует конфигурацию конуса формы, с той лишь разницей, что это не усеченный конус. В полость, образованную между диском и формой, установлен конус 9, изображенный на фиг.1, выполненный из ранее очищенного металла. Этот конус перекрывает доступ рафинирующемуся расплаву, образуемому из металла диска, давая ему время очиститься от тяжелых и легких примесей, перед попаданием в форму.In order to completely eliminate the ingress of light and heavy impurities into the mold, the upper part of this mold, which the disk comes into contact with, is made in the form of a cone with the tip pointing up. In this case, the cone is truncated, due to the fact that it intersects the internal cavity of the form. But the bottom of the disk itself is made in the form of the same cone, which copies the configuration of the shape cone, with the only difference being that it is not a truncated cone. A
Более полно процесс очистки металла показан на фиг.2, 3, 4, 5, 6. На фиг.2 показан диск 3 с конусом 9, которые установлены на форму 4. Конус 9 перекрывает внутреннюю полость формы 4, куда будет сливаться очищенный металл. На фиг.3 показаны силовые линии 10 электромагнитного поля, под действием которого начинает плавиться металл в диске. Особенностью данного плавления является то, что силовые линии особенно плотно охватывают диск по его периферии. Каждая частота электромагнитного поля имеет определенную глубину проникновения в различные металлы, поэтому расплав начинает образовываться сначала только по боковой поверхности диска. При этом особенностью является то, что нижняя часть кольца расплава, опирающегося на медную охлаждаемую форму, застывает, а верхняя все больше нагревается. Электромагнитные линии над верхним торцом диска, не плотные, а это значит, что с верхней части диска происходит не столь высокий нагрев, как с боковой части. За счет этих особенностей, образующийся расплав металла на диске начинает приобретать форму кольца, все время расширяющегося к верху. Под давлением электромагнитного поля, препятствующего силе тяжести и удерживающего расплав от слива помимо формы, расплав в какой то момент выдавливается этим полем на торец диска.More fully, the metal cleaning process is shown in FIGS. 2, 3, 4, 5, 6. FIG. 2 shows a
После чего плавление металла происходит в основном под воздействием прямого нагрева металла на боковой поверхности и нагрева металла, находящегося сверху, который под воздействием конвекции передает свое тепло еще нерасплавленному металлу, находящемуся сверху диска. Таким образом, на фиг.3 показан момент плавления, где расплав образует своеобразную шапку, накрывающую твердую фазу металла, которая принимает форму конуса, острием направленного вверх.After that, the melting of the metal occurs mainly under the influence of direct heating of the metal on the side surface and heating of the metal located on top, which, under the influence of convection, transfers its heat to the still molten metal located on top of the disk. Thus, figure 3 shows the melting point, where the melt forms a kind of cap that covers the solid phase of the metal, which takes the form of a cone, the tip pointing up.
Как известно, электромагнитное поле за счет изменения своей частоты, по-разному воздействует на различные металлы и неметаллы. Так, например, изменяя частоту в узком диапазоне на индукционных печах, можно добиться нагрева различных металлов по-разному. При одной частоте и одинаковой мощности, за то же время быстрее будет плавиться, например титан, а при другой частоте - железо. Чем дальше по своим физическим свойствам находятся переплавляемые вещества, тем больше диапазон частот, который их разделяет. Вредные включения, присутствующие в металле, это различные соединения кислорода, углерода, азота, водорода и т.п. соединения с переплавляемым металлом, а так же частицы инородных металлов, поступающих из лигатуры в основной металл. Для железа и титана тяжелыми включениями может служить, например, частица вольфрама, молибдена, ниобия и т.п. При попадании в основной слиток после плавления, как тяжелые, так и легкие включения являются вредными примесями, так как при обработке давлением этого слитка, они являются концентраторами напряжений, с которых начинает развиваться трещина и разрушать основной металл. Особенно это негативное влияние проявляется при прокате тонкой проволоки, тонкостенной трубы, листа, где по включению может происходить разрыв, расслоение, трещина - все это приводит к браку дорогостоящей, конечной продукции. Особенно опасно, когда данные включения остаются не выявленными в готовом изделии, несущем во время эксплуатации высокие нагрузки, под действием которых по истечении времени происходит поломка детали. Особенная опасность проявляется в таких деталях, как авиационные турбинные лопатки.As you know, the electromagnetic field due to changes in its frequency, differently affects various metals and non-metals. So, for example, by changing the frequency in a narrow range on induction furnaces, it is possible to achieve heating of various metals in different ways. At one frequency and the same power, at the same time it will melt faster, for example titanium, and at a different frequency - iron. The farther the remelted substances are in their physical properties, the greater the frequency range that separates them. The harmful inclusions present in the metal are various compounds of oxygen, carbon, nitrogen, hydrogen, etc. compounds with a remelted metal, as well as particles of foreign metals coming from the ligature into the base metal. For iron and titanium, for example, particles of tungsten, molybdenum, niobium, etc. can serve as heavy inclusions. If it enters the main ingot after melting, both heavy and light inclusions are harmful impurities, since when processed by pressure of this ingot, they are stress concentrators, from which a crack begins to develop and destroy the base metal. This negative effect is especially manifested when thin wire, thin-walled pipes, sheets are rolled, where rupture, delamination, or crack can occur upon inclusion — all this leads to the rejection of expensive, final products. It is especially dangerous when these inclusions remain undetected in the finished product, bearing high loads during operation, under the influence of which, after a time, the part breaks. Particular danger manifests itself in such details as aircraft turbine blades.
В продолжение описания процесса чистки металла, на фиг.3 легкие включения 11, имеющие меньшую плотность и не столь интенсивно нагреваясь, под действием частоты электромагнитного поля настроенного на расплав основного металла, начинают подниматься вверх на самую вершину, где скапливаются по оси диска. В данном месте металл, меньше всего получающий нагрев от электромагнитного поля и отдающий тепло за счет конвенции нижним слоям расплавленного металла, имеет повышенную вязкость. Это дополнительный фактор, способствующий удержанию легких включений на поверхности, позволяющий им до конца плавления оставаться там и активно не растворяться в основной массе расплава.In continuation of the description of the metal cleaning process, in Fig. 3,
Тяжелые примеси 12 (фиг.3), имеющие большую плотность, чем основной металл, двигаясь в расплаве, постепенно начинают скатываться вниз по наклонной поверхности, образуемой конусом твердой фазы. У подножия этого конуса они начинают вмерзать в гарнисаж, уже больше не вовлекаясь в основной расплав.Heavy impurities 12 (figure 3), having a higher density than the base metal, moving in the melt, gradually begin to slide down an inclined surface formed by a solid phase cone. At the foot of this cone, they begin to freeze into the skull, no longer involved in the main melt.
На фиг.4 показано, что конус становится более пологим, но положение легких включений 11 и тяжелых примесей 12 остается прежним. На фиг.5 показано, что вершина конуса, установленного из ранее очищенного металла, расплавлена, при этом основной металл диска так же практически расплавлен, небольшая его часть, соприкасающаяся с формой, в дальнейшем плавлении не участвует, так как превращается в гарнисаж. На фиг.6 показано, что очищенный расплав поступает в форму, внутренняя полость которой по объему меньше, чем объем всего металла. Например, в форму может сливаться 80% от всего металла, а на форме оставаться 20% металла, в котором находятся легкие включения 11 и тяжелые примеси 12. Далее эта часть отрезается и может идти на повторный переплав, или на деформацию. Для того, чтобы не производить отрезку слитка диск устанавливают на отдельную опору, а форма находится ниже на некотором расстоянии, при сливе расплава часть его с примесями остается на опоре, а другая сливается в форму, отделяясь от загрязненной части.Figure 4 shows that the cone becomes more gentle, but the position of the
На фиг.7 изображена установка, где в камеру 1 с индуктором 2 установлен диск 3, с конусом 9 из ранее очищенного металла, который располагается на охлаждаемом кольце 13, выполненном в виде сплошного кольца или кольца, состоящего из отдельных секторов. По оси кольца 13 располагается форма 14, установленная на нижний корпус 15, который герметизируется с камерой 1 через уплотнение 8. В данном случае, диск плавится с использованием регулируемой мощности на индукторе, для того, чтобы на кольце 13 осталась часть диска с легкими и тяжелыми включениями. Регулировка осуществляется за счет того, что мощность на индукторе устанавливается в зависимости от массы металла, которую он переплавляет, как только начинается слив расплава в форму, масса металла, находящаяся в индукторе начинает уменьшаться, а вместе с этим пропорционально начинает уменьшаться мощность на индукторе. Примеси, которые концентрируются в диске при сливе расплава, имея более высокую температуру плавления, связывают часть расплава, остающегося внутри индуктора, на котором одновременно снижается мощность, поэтому часть металла остается на опорном кольце 13, а другая часть расплав, очищенного от примесей, сливается в форму 14, где производится заготовка или слиток.Figure 7 shows the installation, where a
Данный способ и устройство позволяют очень эффективно получать высококачественный расплав металла и гарантированно очищать его от тяжелых и легких примесей. Данное изобретение особенно эффективно для применения его в авиационной и космической тематике, где особое внимание уделяется качеству металла. Установка, созданная для его осуществления очень компактна, за счет чего ее распространение не будет связано с большими затратами.This method and device allows very efficient to obtain high-quality molten metal and guaranteed to clean it of heavy and light impurities. This invention is especially effective for use in aviation and space topics, where special attention is paid to the quality of the metal. The installation created for its implementation is very compact, due to which its distribution will not be associated with high costs.
В связи с этим предлагаемое изобретение может считаться полезным и эффективным для применения в производстве, снижая себестоимость оборудования и производимой продукции, при этом позволяя получать изделия с высоким качеством металла.In this regard, the present invention can be considered useful and effective for use in production, reducing the cost of equipment and manufactured products, while allowing to obtain products with high quality metal.
В отличие от аналога и прототипа, предлагаемое изобретение обеспечивает:Unlike the analogue and prototype, the present invention provides:
- получение изделий высокого качества;- receiving high quality products;
- компактность устройства и высокую экономию электроэнергии;- compact device and high energy savings;
- автоматическую организацию слива расплава из проплавляемой заготовки в кристаллизаторы, формы и т.п.;- automatic organization of the drain of the melt from the smelted billet into molds, molds, etc .;
- интенсивное охлаждение расплава при его кристаллизации;- intensive cooling of the melt during its crystallization;
- надежную автоматизацию и управление процессом.- reliable automation and process control.
Поэтому предлагаемое изобретение целесообразно считать полезным для применения в промышленности, при получении сложных высококачественных изделий из титана, ниобия, циркония, стали, алюминия, магния и т.п. металлов.Therefore, the present invention is expediently considered useful for use in industry, upon receipt of complex high-quality products from titanium, niobium, zirconium, steel, aluminum, magnesium, etc. metals.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
[1]. А.Е.Волков - RU 2286398 C2, C22B 9/20, 27.09.2003.[one]. A.E. Volkov - RU 2286398 C2,
[2]. А.Е.Волков - RU 2353472 C2, B22D 39/00, 01.07.2004.[2]. A.E. Volkov - RU 2353472 C2, B22D 39/00, July 1, 2004.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009135622/02A RU2517066C2 (en) | 2009-09-24 | 2009-09-24 | Method and device for production of high-quality metal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009135622/02A RU2517066C2 (en) | 2009-09-24 | 2009-09-24 | Method and device for production of high-quality metal |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009135622A RU2009135622A (en) | 2011-03-27 |
RU2517066C2 true RU2517066C2 (en) | 2014-05-27 |
Family
ID=44052653
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009135622/02A RU2517066C2 (en) | 2009-09-24 | 2009-09-24 | Method and device for production of high-quality metal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2517066C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2286398C2 (en) * | 2002-03-04 | 2006-10-27 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method for metal casting with the use of lining slag as consumable electrode |
RU2338622C2 (en) * | 2004-01-30 | 2008-11-20 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and device of disk bottom tapping of volkov's system |
RU2353472C2 (en) * | 2004-07-01 | 2009-04-27 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and facility for disk-shaped bottom discharge for casing of reactive metals with usage of method of induction melt keeping |
RU2353470C2 (en) * | 2004-07-02 | 2009-04-27 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and facility for liquid forging for casting of reactive metal with usage of method of induction keeping of melt |
-
2009
- 2009-09-24 RU RU2009135622/02A patent/RU2517066C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2286398C2 (en) * | 2002-03-04 | 2006-10-27 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method for metal casting with the use of lining slag as consumable electrode |
RU2338622C2 (en) * | 2004-01-30 | 2008-11-20 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and device of disk bottom tapping of volkov's system |
RU2353472C2 (en) * | 2004-07-01 | 2009-04-27 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and facility for disk-shaped bottom discharge for casing of reactive metals with usage of method of induction melt keeping |
RU2353470C2 (en) * | 2004-07-02 | 2009-04-27 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and facility for liquid forging for casting of reactive metal with usage of method of induction keeping of melt |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009135622A (en) | 2011-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4190404A (en) | Method and apparatus for removing inclusion contaminants from metals and alloys | |
JP2004523359A (en) | Refining and casting apparatus and method | |
CN204474736U (en) | A kind of acceleration condensation crystallizer | |
CN107385244B (en) | A kind of electron beam covers the method that induced coagulation technology High Purity prepares nickel base superalloy | |
KR100718408B1 (en) | Clean metal nucleated cast article | |
CN110062671B (en) | Casting method of active metal | |
JP2003521377A (en) | Casting apparatus and method with auxiliary cooling to liquidus part of casting | |
CN1275724C (en) | Multifunction cold crucible electromagnetic precision shaping and directional solidification device | |
CN100406161C (en) | Oriented freezing cast method | |
RU2517066C2 (en) | Method and device for production of high-quality metal | |
RU2744601C2 (en) | Cooling furnace for directional solidification and cooling method using such furnace | |
US9156081B2 (en) | Mold for continuous casting of titanium or titanium alloy ingot, and continuous casting device provided with same | |
JPH06263B2 (en) | Continuous casting method | |
CN105772658B (en) | A kind of large scale magnesium alloy ingot running gate system and method | |
JP2008142717A (en) | METHOD AND APPARATUS FOR MAKING INGOT OF Ti AND Ti ALLOY OR TiAl | |
Thomas | Continuous casting (metallurgy) | |
RU2536307C2 (en) | Device for metal casting | |
RU2319752C2 (en) | Method for induction melting of metal and apparatus for performing the same | |
CN101138782A (en) | Hollow round ingot casting hot-top casting device and method for casting hollow tube thereof | |
JP4505811B2 (en) | Casting method for molten alloy | |
RU209252U1 (en) | DOUBLE FUNNEL FOR POURING METALS | |
RU2338622C2 (en) | Method and device of disk bottom tapping of volkov's system | |
RU2612867C2 (en) | Method of melting highly reactive metals and alloys based thereon and device therefor | |
WO2018110370A1 (en) | Casting method for active metal | |
JP7223717B2 (en) | High-purity metal manufacturing method and manufacturing apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150925 |