JP2018520886A - Semi-finished metallurgical product and method and apparatus for producing molded castings - Google Patents
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Abstract
本発明は冶金および鋳造産業に関係し、気体圧下、真空下、大気圧下条件で金属物および合金物の製造に適用できる。装置は、内蔵気密ゲート(4)を備えた停止装置(3)で接続された溶炉型オートクレーブ(1)とポア型オートクレーブ(2)を含んでいる。ポア型オートクレーブ(2)は気密ゲート(5)によって断絶されている。フィードパイプ(6)がモールド(8)のトレー(7)の底部部分に固定されている。“ハイモード”のカプセル(9)内では、インゴット(スラブ、成型鋳造物)、2または3合金等級の二金属と三層インゴット、および従来インゴットの鋳造が実行される。溶炉型オートクレーブ(1)は誘導炉(12)で製造されている。本発明の特別な特徴は、装置の処理量を大きく増加させるメルトの集約的冷却のための交換可能な装置の利用である。
【選択図】図1The present invention relates to the metallurgical and casting industries and can be applied to the production of metal objects and alloys under conditions of gas pressure, vacuum and atmospheric pressure. The apparatus includes a furnace autoclave (1) and a pore autoclave (2) connected by a stop device (3) having a built-in hermetic gate (4). The pore type autoclave (2) is interrupted by an airtight gate (5). A feed pipe (6) is fixed to the bottom part of the tray (7) of the mold (8). Within the "high mode" capsule (9), casting of ingots (slabs, moldings), 2 or 3 alloy grade bimetal and triple layer ingots, and conventional ingots are performed. The furnace autoclave (1) is manufactured in an induction furnace (12). A special feature of the present invention is the use of replaceable equipment for intensive cooling of the melt that greatly increases the throughput of the equipment.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は冶金と鋳造の産業に関し、気体圧下、真空下および大気圧下の条件並びに特殊気体媒質内での金属物および合金物の製造に利用できる。 The present invention relates to the metallurgy and casting industries and can be used for the production of metals and alloys in conditions of gas pressure, vacuum and atmospheric pressure and in special gas media.
気体圧下、真空下および大気圧下の条件並びに特殊気体媒質内での金属物および合金物の製造および鋳造のための装置は知られており(2001年8月23日出願の南アフリカ共和国特許願2001/6887「合金の製造および鋳造のための装置」ラシェバIAとペトカンチンLT)、これは高窒素濃度で合金化され、容易に気化する元素、例えば、Cu、Pb、Mg、Znその他の元素で合金化されたモノリス(“モノ、単”)構造のインゴット(鋳塊)、再溶解電極および、鋼鉄の鋳造物を製造することができる。この装置には、一体的全体物として、あるいは気密的に相互接続されている気密性の自律的なものとして気密的に製造できる溶炉型オートクレーブとポア(注ぎ入れ)型オートクレーブ、フィードパイプ付き気密カプセルが含まれる。その溶炉型オートクレーブには誘導炉が存在し、ポア型オートクレーブには、モノインゴット、再溶解電極または鋳造成型物のためのモールド(鋳型)セットが存在する。溶炉型オートクレーブとポア型オートクレーブは共通のワークスペース(作業領域)を有しており、必要なときには、それらオートクレーブは2つの気密ゲートによって自律的に分離される。冶金または鋳造のセットを備えた気密カプセルがポア型オートクレーブ内で垂直に動き、カプセルは自律性気体圧を備えることができる(加圧下のポア型オートクレーブ内または共通容器内で全作業圧とは独立的に、溶炉型オートクレーブおよびポア型オートクレーブによって形成)。ポア型カプセル内にはモールドまたは鋳型が存在し、そこに液体金属が反重力的に注入される。フィードパイプは気密的にカプセルに固定される。上方と下方の移動プラットフォームは水平レールに沿って移動し、溶炉型オートクレーブとポア型オートクレーブは昇降機によって垂直方向に動く。 Devices for the production and casting of metal and alloy materials under conditions of gas pressure, vacuum and atmospheric pressure and in special gas media are known (South African Patent Application 2001 filed on August 23, 2001). / 6887 "Equipment manufacturing and casting equipment" Racheva IA and Petcantin LT), which is alloyed with elements that are alloyed at high nitrogen concentrations and easily vaporized, eg Cu, Pb, Mg, Zn and other elements Ingots (ingots), remelted electrodes, and steel castings with a structured monolith ("mono") structure can be produced. This equipment consists of a furnace-type autoclave, a pour-type autoclave and a feed pipe that can be air-tightly manufactured as a whole as a whole or as an airtight autonomous interconnected airtight. Capsules are included. The furnace type autoclave has an induction furnace, and the pore type autoclave has a mono ingot, a remelting electrode, or a mold set for casting. The furnace autoclave and the pore autoclave have a common work space (working area), and when necessary, the autoclave is autonomously separated by two airtight gates. Hermetic capsule with metallurgical or casting set moves vertically in the pore autoclave and the capsule can be equipped with autonomous gas pressure (independent of total working pressure in pore autoclave under pressure or in a common container) And formed by a furnace type autoclave and a pore type autoclave). A mold or mold exists in the pore-type capsule, and liquid metal is injected antigravity there. The feed pipe is hermetically fixed to the capsule. The upper and lower moving platforms move along horizontal rails, and the furnace autoclave and the pore autoclave are moved vertically by the elevator.
この知られた装置の欠点は次の通り(*)である。 The disadvantages of this known device are as follows (*).
*低生産性。なぜなら、セラミック製フィードパイプは低熱伝導性を有しており、よって、その中の液体金属(“メルト”)が晶出されるまでの待ち時間が必要であり、次の溶融工程を開始するためにはそれら2種のオートクレーブが外されなければならない。 * Low productivity. This is because ceramic feed pipes have low thermal conductivity, so a waiting time is required for the liquid metal ("melt") therein to crystallize, in order to start the next melting process The two autoclaves must be removed.
*制限された組み合わせ。二層および三層のインゴットと鋳造物を製造する可能性を排除する。 * Limited combinations. Eliminate the possibility of producing double and triple layer ingots and castings.
*増加した電力、水、耐熱性物質、および他の消耗材料の消費。なぜなら誘導炉はモールドまたは鋳型を満たした後にも運用を継続する。 * Increased consumption of electricity, water, refractory materials, and other consumable materials. Because the induction furnace continues to operate even after filling the mold or mold.
*液体チャージ(充填物)適用の低効率。なぜなら、注入チャンバ内での晶出は全ての製造プロセスを規制する。 * Low efficiency when using liquid charge (filling). This is because crystallization in the injection chamber regulates the entire manufacturing process.
*各溶融工程後の高価なフィードシステムの交換。なぜなら、固形の合金詰り物が耐熱パイプ内に形成される * Replacement of expensive feed systems after each melting step. Because solid alloy filling is formed in the heat-resistant pipe
半製品である冶金製品および成型鋳造物を製造するための本発明の方法およびその実行装置により目指される技術的成果とは、生産性を向上させ、電力消費を減少させ、製造の組み合わせを広げることである。 The technical achievements aimed at by the method of the present invention and its execution apparatus for producing semi-finished metallurgical products and molded castings are to improve productivity, reduce power consumption and widen manufacturing combinations. It is.
その方法の実施により技術的成果は達成される。なぜなら、冶金製品と成型鋳造物を製造する方法は、溶炉型オートクレーブを液体チャージまたは固形物チャージで充填することを含んでおり、このチャージは融解され、圧力差によってそのメルトはフィードパイプを通じてポア型オートクレーブのモールドまたは鋳型内に導入され、メルトの集約冷却のための交換可能な装置はフィードパイプとモールドの底部トレーとの間に固定され、モールドまたは鋳型を充填した後に局部的晶出のために利用され、続いて気体圧縮される。 Technical results are achieved by implementing the method. This is because the method of producing metallurgical products and molded castings involves filling the furnace autoclave with a liquid charge or a solid charge, this charge being melted and the pressure difference causing the melt to pour through the feed pipe. A replaceable device introduced into the mold or mold of the mold autoclave and fixed for intensive cooling of the melt is fixed between the feed pipe and the bottom tray of the mold for local crystallization after filling the mold or mold For gas compression.
水または他の冷却剤が集約冷却のための交換可能な装置内に導入できる。 Water or other coolant can be introduced into the replaceable device for intensive cooling.
多層合金を製造するとき、モールドに予備的に入れられた少なくとも1つの冶金製品がメルトを導入する前に加熱される。 When producing a multilayer alloy, at least one metallurgical product pre-filled in the mold is heated prior to introducing the melt.
様々な特性を備えた冶金製品および成型鋳造物を取得するには、溶炉型オートクレーブ内のメルトが気体、例えば窒素の圧力下で処理される。 In order to obtain metallurgical products and molded castings with various properties, the melt in the furnace autoclave is processed under the pressure of a gas, for example nitrogen.
装置の実施による技術的成果は、少なくとも1つのモールドまたは鋳型を備え、対応するフィードパイプおよびロックシステムで接続されている可動溶炉型オートクレーブとポア型オートクレーブとで成り、モールドの底部トレーおよびフィードパイプの端部はメルトの集約冷却のための交換可能な装置と接続が可能であるように製造されている。 The technical result of the implementation of the apparatus consists of a movable furnace type autoclave and a pore type autoclave comprising at least one mold or mold and connected by a corresponding feed pipe and lock system, the bottom tray of the mold and the feed pipe The end of is manufactured so that it can be connected to a replaceable device for intensive cooling of the melt.
この集約冷却のための交換可能な装置は、高熱伝導性冷却スリーブによって包囲されている高熱伝導性スリーブを含むことができる。 This replaceable device for intensive cooling can include a high thermal conductivity sleeve surrounded by a high thermal conductivity cooling sleeve.
モールドの底部トレーは、高熱伝導性スリーブと高熱伝導性冷却スリーブと結合された状態で、円錐耐熱性スリーブ内に配置される可能性を含んで製造できる。 The bottom tray of the mold can be manufactured with the possibility of being placed in a conical heat resistant sleeve in combination with a high thermal conductivity sleeve and a high thermal conductivity cooling sleeve.
移動の可能性を含んだ多層合金物の製造のためのポア型オートクレーブ内には、冶金ブランクのモールド内に配置されたヒータと、そのモールドを覆うガス透過性リッド(蓋)が存在する。 In a pore type autoclave for producing a multilayer alloy material including the possibility of movement, there are a heater disposed in a metallurgical blank mold and a gas permeable lid (lid) covering the mold.
溶炉型オートクレーブとポア型オートクレーブのサイズは製造量によって決定される。 The sizes of the furnace type autoclave and the pore type autoclave are determined by the production amount.
本発明の神髄は図面で説明されている。 The essence of the invention is illustrated in the drawings.
冶金製品と成型鋳造物の製造のための装置は、可動性、非可動性および自律性部分である溶炉型オートクレーブ1およびポア型オートクレーブ2を含み、それらは一体化されている気密ゲート4を備えた静止状停止装置3に接続されている。ポア型オートクレーブ2は気密ゲート5によって断絶されている。フィードパイプ6はモールド8の底部トレー7の下方部に固定されている。ポアカプセル9は機構部10によって垂直方向に動かされ、ポア型オートクレーブ2と共に運び台11上で水平方向に動かされる。
The apparatus for the production of metallurgical products and moldings includes a
カプセル9内には、“ハイモード”で反重力的に、2等級または3等級の合金の二金属インゴットおよび三層インゴット並びに従来インゴットのタイプのインゴット(スラブ、成型鋳造物)の鋳造工程が実施される。溶炉型オートクレーブ1は誘導炉12と共に昇降機13で垂直方向にバイオネット型の静止状停止装置3にまで移動され、運び台14によって水平方向に動かされる。静止状停止装置3は溶炉型オートクレーブ1とポア型オートクレーブ2に接続されており、運び台11と14はレール15と16に沿って移動する。
Inside the capsule 9, a “high mode” anti-gravity process is carried out for two- and three-grade alloy bimetallic and three-layer ingots and conventional ingot type ingots (slabs, moldings). Is done. The
溶炉型オートクレーブ1とポア型オートクレーブ2の内部には誘導炉12がある、モノインゴット、再溶解電極、成型鋳造物、二層または三層インゴットおよび鋳造物を製造するために使用されるインゴットのモールド(鋳型)のセットが存在する。ポア型オートクレーブの鋳造物とカプセル9は上下位置関係でよい(二金属インゴットスラブと三層インゴットスラブの場合)。両方のオートクレーブ1と2は共通のワークスペースを有することができるが、自律性の雰囲気を有することもできる。ポア型オートクレーブ2内のカプセル9は、モノインゴット、二金属インゴット、三種の金属層のインゴットまたは二種合金の三層インゴットのための鋳造型またはポア型セットと共に垂直方向に動く。カプセル9は自律性の気体媒質で気密式にも製造され、インゴット(スラブ)19の内面を、モールド8を充填する直前に加熱するためのヒータ18を有する。カプセル(トレー内)7の底部には、高熱伝導性スリーブ20が銅製水冷スリーブ21と接触状態で設置されている。フィードパイプ6は底部トレー7でそれらの下方に気密的に固定されている。
Inside the
溶炉型オートクレーブ1は、バイオネット式接続部24で結合されたケーシング22とカバー23を含んでいる。
The blast
ポア型オートクレーブ2は、バイオネット式接続部27で結合された下方の部分25と上方の部分26を備えたケーシングを含んでいる。カプセル9はバイオネット式接続部30で結合された下方の部分28と上方の部分29を有している。
The pore type autoclave 2 includes a casing having a
上記のスリーブ20と21に加えてメルトの集約冷却のための装置は、制御パネルにプラスチック製の封止コーティング31、水(冷却剤)の流量センサーおよび自動タップ(蛇口)を含んでおり、最大の冷却水流(冷却剤)をモールド8の充填のための信号の直後に稼動させるが、インゴット(スラブ)19での高密度の合せ目のために液体金属をプレスして、新規に鋳造されたインゴットの収縮シンクを減少させる時間も考慮される。
In addition to the
交換可能な耐熱円錐スリーブ32(“ストーン”)が底部トレー7内に置かれる。
A replaceable heat resistant conical sleeve 32 (“stone”) is placed in the
モールド8内で合金物を製造するとき、スラブ(半インゴット)19は確実に固定され、モールド8のワークスペースの一部を占領する。ヒータ18はモールド8の自由な半スペース内を操作によって降下され、インゴット(スラブ)19の内面の加熱に使用される。設定された温度(異なる金属および合金によって異なる)に到達後、ヒータ18は上昇され、液体金属33が二金属の第2部分または三金属合金の第3部分の成型のために導入される。
When the alloy is manufactured in the
上方の気密ゲート5がポア型オートクレーブ2の底部に設置される。下方の気密ゲート4は静止状停止装置3内に設置され、オートクレーブ1と2を接続する。誘導炉12は溶炉型オートクレーブ1のケーシング22内に静止的に設置され、移動する運び台14上にトラニオン34によって積載される。
An upper
三層インゴット(スラブ)(図4)の製造の場合には、運用の順序は二金属インゴットの製造の場合と類似している。 In the case of manufacturing a three-layer ingot (slab) (FIG. 4), the order of operation is similar to that for manufacturing a two-metal ingot.
運用が固形物チャージに基づいているときには、誘導炉12は固形物チャージで満たされ、それは溶解され、大気雰囲気条件下で処理される。ポア型オートクレーブ2は装置自体での、あるいはレール路16上での溶解のために準備される。底部トレー7の下方面(図2)には“ストーン”(円錐スリーブ)32が設置され、それは高熱伝導性スリーブ20(プラスチック膜31で覆われている)と接触状態に置かれ、高熱伝導冷却用の銅製スリーブ21が設置され、続いてフィードパイプ6が設置される。銅製スリーブ21は、金属鋳造プロセスを記録するためにモールド8のリッド内に挿入された熱電対を備えた2つのセンサーを有するコントロールパネルに接続される。続いて、スラブ(インゴットの一部)19はモールド8内に設置されて確実に固定され、ヒータ18はその隣に降下される。スラブ19の内面の設定温度にまで加熱した後にヒータ18は上昇され、その後に気体透過リッド35が配置され、カプセル9のリッド29はバイオネット型接続部27によって固定される。ポア型オートクレーブ2の上方の部分26は下方の部分25上に置かれ、バイオネット型接続部27によって固定される。
When operation is based on solid charge, induction furnace 12 is filled with solid charge, which is melted and processed under atmospheric conditions. The pore type autoclave 2 is prepared for melting on the apparatus itself or on the
誘導炉12は運び台14の手段によってレール路15に沿って移動し、ポア型オートクレーブ2の下でセンタリングされ、静止状停止装置3で停止するまで昇降機36によって上昇され、バイオネット型接続部24で固定される。液体合金33は気体の圧力下で処理され、続いてカプセル9は制御状態で、フィードパイプ6の下方端がその液体金属内に沈むまで降下される。このように、運搬の条件である、溶炉型オートクレーブ1とポア型オートクレーブ2の共通ワークスペース内の圧力差(△P=P2−P1)が準備され、液体金属はフィードパイプ6を通ってモールド8内に反重力的に流入し始める。モールド8の自由容積部(図3)を充填した後、最も集約的な冷却水流(冷却剤)が始動され、制御された晶出(図2)によって液体金属の局部的な晶出がユニット(装置)内で発生する。スリーブ20の領域内での局部的な晶出後に気密ゲート5が閉じられる。圧力P2は圧力P3よりも高くなり、溶炉型オートクレーブ1内の気体圧力P1は大気圧にまで減少される。バイオネット型接続部24は開かれ、溶炉型オートクレーブ1は昇降機36によって端部の下方位置にまで降下され、溶炉型オートクレーブ1は端部の左位置にまで移動され、誘導炉12は次の溶融工程のチャージのために準備される。
The induction furnace 12 moves along the
液体チャージで運用されるときには誘導炉12は液体チャージを受け取り、溶炉型オートクレーブ1は移動してポア型オートクレーブ2の下側でセンタリングされる。他の運用の順序は固形物チャージでの運用の改訂版に類似する。
When operating with liquid charge, the induction furnace 12 receives the liquid charge, and the
装置の運用は冶金製品と成形鋳造物を製造する方法を実行し、次のようなインゴットが得られる。 The operation of the apparatus executes a method for producing metallurgical products and molded castings, and the following ingot is obtained.
1.モノリスの従来型インゴット
誘導炉12は1580℃から1600℃に加熱される。溶炉型オートクレーブ1内の圧力P1と、ポア型オートクレーブ2内とカプセル9内のそれぞれの圧力P2、P3は20秒で等しくされる。高窒素フェロクロムが圧力均衡後に導入され、10分で吸収される。カプセル9内では負の差圧が形成される:△P=P1−P3=0.05MPa
1. Monolith Conventional Ingot The induction furnace 12 is heated from 1580 ° C to 1600 ° C. The pressure P 1 of the
フィードパイプ6が6秒で充填され、差圧が0.25MPaにまで増加され、モールド8がメルトで充填され、例えば、10分後に固化される。続いて、インゴットが約6分間圧縮処理され、集約冷却のための装置が始動され、2分後に鋳造が完了する。カプセル9のインゴットの上方の圧力P3は2分間0.45MPaのレベルに保持される。次に、15秒で溶炉型オートクレーブ1内の圧力P1は減少され、装置1は新たな溶融工程のためにチャージされるべく移動する。
The
2.二金属インゴット(図3)
運用はパラグラフ1の場合と同様に進行するが、モールド8は異なっており、固形合金の半インゴット19が早めに入れられ、ヒータ18で100℃から150℃に加熱される。
2. Two-metal ingot (Figure 3)
The operation proceeds in the same manner as in
3.三層インゴット(図4)
運用はパラグラフ2の場合と同様に進行するが、モールド8には2つの半インゴットが入れられる。
3. Three-layer ingot (Figure 4)
Operation proceeds in the same way as in paragraph 2, but the
4.二金属スラブ(シート)インゴット(図5)
運用はパラグラフ1の場合と同様に進行するが、固形の半インゴット19は平行六面体形態を有する。
4). Two-metal slab (sheet) ingot (Figure 5)
Operation proceeds in the same way as in
これら装置と方法は次の利点(*)を有する。 These devices and methods have the following advantages (*).
*セラミック製のフィードパイプ6からのフィードチャネルの部分から制御された高集約冷却のための装置は、注入時間を減らし、装置の生産効率を向上させる。
* The device for high intensive cooling controlled from the part of the feed channel from the
*制御された高集約冷却のための装置がフィードパイプ6の外側に設置されるため、サービス寿命を何十倍も増加させる。
* Since the device for controlled high-intensity cooling is installed outside the
*高価なフィードシステムの複数回の適用を保証する可能性がある。 * May guarantee multiple applications of expensive feed systems.
*生産の広い組み合わせができ、冶金的に溶接された二金属および三金属のハイテク生産が可能になる。 * A wide range of production is possible, enabling high-tech production of metallurgically welded bimetal and trimetal.
*短い溶融時間によって電力、水、材料、等々の消費が減少する。 * Short melting time reduces consumption of electricity, water, materials, etc.
*液体チャージでの運用の高効率。これは、製造プロセス全体の高い競争力の基礎である。 * Highly efficient operation with liquid charge. This is the basis for the high competitiveness of the entire manufacturing process.
*昇降機構の磨かれたシリンダーと磨かれたガイド柱上での液体メルトの高温鏡(1600℃から1700℃の照射、ダスト、ガス)の有害である影響の時間を減少させる。 * Reduces the time of harmful effects of liquid melt high temperature mirrors (1600 ° C to 1700 ° C irradiation, dust, gas) on the polished cylinder of the lifting mechanism and the polished guide column.
*フィードシステムの長いサービス間隔による産業事故のリスクが実質的に減少する。 * The risk of industrial accidents due to long service intervals of the feed system is substantially reduced.
*装置は、真空内を含んだ加圧条件下と雰囲気条件下での溶融を可能にする。 * The device allows melting under pressure and atmospheric conditions including in vacuum.
*冶金製品と成型鋳造物の製造のための方法と、その実施のための装置は、従来型(モノ)インゴット(スラブ)、単金属、二金属、2層または3層で、2等級または3等級の金属または合金、再溶融電極;容易に気化する元素、例えば、カルシウム、鉛、亜鉛、マグネシウム、マンガン、等々、および非鉄金属と合金で合金化される成型鋳造物、従来鋼、窒素鋼(NS)、高窒素鋼(HNS)を得るために、ガス圧下、真空下、または大気圧下の条件、並びに特殊ガス媒質の下で金属および合金の製造および鋳造のために使用が可能である。
* Methods for the production of metallurgical products and molded castings and equipment for their implementation are conventional (mono) ingots (slabs), single metals, bimetals, 2 or 3 layers,
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