RU2040752C1

RU2040752C1 - Vacuum arc-heated melting-pouring slag-lining installation

Info

Publication number: RU2040752C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Николаев; И.Б. Крючков; В.И. Некрасов; В.М. Молдавский; Е.А. Кашина; К.К. Ясинский; Н.Н. Демидова
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов
Priority date: 1991-01-14
Filing date: 1991-01-14
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: vacuum arc-heated melting-pouring slag-lining installation has melt and pouring vacuum chambers, slag-lining crucible with trunnions, electrode, electrode feeding mechanism, centrifugal machine, control device of metal discharge from crucible. The discharge control device has a differential-pressure restrictor, electromagnetic switch electrically coupled to a photoelectric sensor, constant- pressure restrictor, reversing control valve, pumping plant and a shaped cam rigidly coupled double-ended hydraulic cylinder with a rack engaged with a gear that is rigidly secured on the crucible trunnion, the cam profile vector radius at a definite crucible turning angle R = R_o+ S_α /S_k·h; where R_oℏ radius of the cam pitch circle; S_α-area limited by the metal surface and crucible internal surface at definite crucible turning angle a, deg; S_k-area limited by the metal surface and crucible internal surface at crucible turning angle α=0; h-total increment of the cam profile vector radius equal to the total stroke of the differential-pressure restrictor. The installation crucible is furnished with a shell of copper tubes arranged in the slag-lining and welded together by 4 to 6 electrodes, melted in the slag-lining, and the partition between the melt and pouring chambers is made bimetallic, with the upper layer made of copper, and the lower one - of steel. EFFECT: improved design. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к вакуумной металлургии, преимущественно к области получения литых и фасонных отливок из тугоплавких и химически активных металлов и сплавов. The invention relates to vacuum metallurgy, mainly to the field of production of cast and shaped castings from refractory and chemically active metals and alloys.

Цель изобретения повышение качества получаемых отливок за счет обеспечения постоянной скорости слива металла и повышение надежности в работе. The purpose of the invention is to improve the quality of the castings obtained by ensuring a constant rate of metal discharge and to increase reliability in operation.

На фиг. 1 изображена вакуумная дуговая плавильно-заливочная гарнисажная установка, продольный разрез; на фиг.2 тигель, продольный разрез; на фиг.3 профиль копира. In FIG. 1 shows a vacuum arc melting and casting skull installation, a longitudinal section; figure 2 crucible, a longitudinal section; figure 3 profile of the copier.

Установка состоит из механизмов 1 подачи электрода, смонтированного на вакуумной плавильной камере 2, на которой установлен фотоэлектрический датчик 3. Для плавильной камеры закрыто вакуумно плотно биметаллической перегородкой 4, на которой установлен вакуумный шибер 5 с приводом 6. В откатной заливочной камере 7 расположен контейнер 8 с размещенными внутри него формами фасонного литья (на фиг.1 не показаны). Контейнер 8 установлен на съемном столе центробежной машины 9. Тигель 10 заключен в стальной кожух 11 и выполнен в виде оболочки 12, навитой из медных фасонных труб (фиг.2). Трубы навиваются впритык и свариваются между собой сплошным герметичным швом. Оболочка тигля, выполненная из труб, опирается на дно стального кожуха 11 посредством графитовой подложки 13 и расперта графитовыми сухарями 14. К оболочке тигля приварены медные электроды 15, которые вплавляются в гарнисаж 16 и служат для надежного электроконтакта между гарнисажем 16 и оболочкой 12. К оболочке 12 подводятся шины для пропускания тока большой мощности (15-25 тыс А). К оболочке 12 тигля жестко прикреплены две цапфы 17, поворачивая которые на определенный угол, на тот же угол поворачивают и тигель. На цапфе 17 жестко сидят шестерня 18 и копир 19. Шестерня 18 связана с рейкой двустороннего гидроцилиндра 20, а копир 19 с дифференциальным дросселем 21. Рабочая жидкость к двустороннему цилиндру подводится от насосной станции 22 через реверсивный золотник 23, а отводится через постоянный дроссель 24 и электромагнитный переключатель 25. The installation consists of electrode feeding mechanisms 1 mounted on a vacuum melting chamber 2, on which a photoelectric sensor 3 is mounted. For the melting chamber, a vacuum tight bimetallic partition 4 is closed, on which a vacuum gate 5 with a drive 6 is installed. A container 8 is located in the recoil filling chamber 7 with molds placed inside it (not shown in FIG. 1). The container 8 is mounted on a removable table of the centrifugal machine 9. The crucible 10 is enclosed in a steel casing 11 and is made in the form of a shell 12, wound from copper shaped pipes (figure 2). The pipes are wound end-to-end and welded together with a continuous sealed seam. The crucible shell made of pipes rests on the bottom of the steel casing 11 by means of a graphite substrate 13 and is crushed with graphite crackers 14. Copper electrodes 15 are welded to the crucible shell, which are fused into the skull 16 and serve for reliable electrical contact between the skull 16 and the shell 12. To the shell 12 buses are connected for passing a current of high power (15-25 thousand A). Two trunnions 17 are rigidly attached to the shell 12 of the crucible, turning which by a certain angle, the crucible is also rotated by the same angle. On pin 18, gear 18 and copier 19 are rigidly seated. Gear 18 is connected to the rack of the double-sided hydraulic cylinder 20, and the copier 19 is connected to the differential throttle 21. The working fluid is supplied to the two-sided cylinder from the pump station 22 through the reversible spool 23, and is discharged through a constant throttle 24 and electromagnetic switch 25.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

К механизму 1 подачи прикрепляется электрод 26, на стол центробежной машины 8 устанавливается контейнер 8 с формами. Вакуумные камеры 2 и 7 закрываются и вакуумируются. Между электродом 26 и гарнисажем 16 тигля 10 зажигается электрическая дуга, которая плавит расходуемый электрод 26. При этом в трубке тигля после наплавления необходимого количества металла в тигле 10 плавка прекращается. Электрод 26 механизмом подачи подается вверх, а тигель 10 начинает поворачиваться. Поворот тигля осуществляется поворотом цапфы 17, на которой жестко сидит шестерня 18, сцепленная с рейкой двустороннего гидроцилиндра 20. Нагнетание масла (рабочей жидкости) в гидроцилиндр 20 осуществляется насосной станцией 22 через реверсивный золотник 23, а слив масла в начальный момент производится через электромагнитный переключатель 25. Постоянный дроссель 24 устанавливает скорость поворота тигля, которая в этом случае постоянна и может подбираться и регулироваться вручную. При появлении струи жидкого металла начало слива металла из тигля срабатывает фотоэлектрический датчик 3, который переключает электромагнитный переключатель 25. Поток масла на сливе из гидроцилиндра 20 направляется на слив через дифференциальный дроссель 21, который управляется кулачком. Профиль кулачка выполнен таким образом, что величина открытия дросселя 21 пропорциональна площадям, ограниченным поверхностью металла и внутренней поверхностью тигля 10 плоскостями I, II, III и т.д. При этом обеспечивается одинаковая скорость слива металла при любом угле поворота тигля, т.е. сечение струи жидкого металла получается постоянным в течение всей заливки металла в формы. Для получения струи постоянного сечения программа поворота тигля должна быть следующей: при дуговой плавке тигель неподвижен (его ось совпадает с осью расходуемого электрода). При наплавлении определенного количества металла, что определяется по перемещению механизма подачи электрода, включается кнопка "Слив" электрод отходит вверх, а тигель начинает поворачиваться. Этот холостой поворот должен происходить быстро, так как расплавленный металл в тигле будет кристаллизоваться в силу отсутствия в этот момент постоянного источника тепла. При повороте тигля на угол α т.е. когда расплавленный металл достигнет носка тигля, металл начинает сливаться в контейнер с формами фасонного литья. Угол α переменный от плавки к плавке, так как зависит от количества наплавленного металла и толщины гарнисажа в тигле. Момент появления струи нужно ловить. В нашем случае электрический сигнал для переключения гидросистемы с постоянного на дифференциальный дроссель обеспечивает фотоэлектрический датчик. При сливе металла скорость поворота тигля должна быть переменной, так как количество металла, сливаемого в единицу времени, т.е. сечение струи металла, зависит от площади слива, площади сечений тигля по плоскостям I, II, III и т,д. Эти сечения зависят от формы тигля и существенно отличаются друг от друга по площади. An electrode 26 is attached to the feeding mechanism 1, and a container 8 with molds is mounted on the table of the centrifugal machine 8. Vacuum chambers 2 and 7 are closed and evacuated. Between the electrode 26 and the skull 16 of the crucible 10, an electric arc is ignited, which melts the consumable electrode 26. In this case, after the deposition of the required amount of metal in the crucible 10, the melting stops. The electrode 26 is fed up by the feed mechanism, and the crucible 10 begins to rotate. The crucible is rotated by turning the pin 17, on which the gear 18 rigidly sits, engaged with the rack of the double-sided hydraulic cylinder 20. The oil (working fluid) is injected into the hydraulic cylinder 20 by the pump station 22 through the reversible spool 23, and the oil is drained at the initial moment through the electromagnetic switch 25 The constant throttle 24 sets the speed of rotation of the crucible, which in this case is constant and can be selected and adjusted manually. When a jet of liquid metal appears, the beginning of the discharge of metal from the crucible is triggered by a photoelectric sensor 3, which switches the electromagnetic switch 25. The oil flow at the drain from the hydraulic cylinder 20 is directed to the drain through a differential inductor 21, which is controlled by a cam. The cam profile is designed so that the opening value of the inductor 21 is proportional to the areas bounded by the metal surface and the inner surface of the crucible 10 by the planes I, II, III, etc. This ensures the same rate of metal discharge at any angle of rotation of the crucible, i.e. the cross section of the jet of liquid metal is constant throughout the pouring of metal into molds. To obtain a jet of constant cross section, the crucible rotation program should be as follows: during arc melting, the crucible is stationary (its axis coincides with the axis of the consumable electrode). When a certain amount of metal is deposited, which is determined by the movement of the electrode feed mechanism, the "Drain" button is turned on, the electrode goes up, and the crucible starts to turn. This idle turn should occur quickly, since the molten metal in the crucible will crystallize due to the absence of a constant heat source at this moment. When the crucible is rotated through an angle α i.e. when the molten metal reaches the toe of the crucible, the metal begins to merge into a container with shaped castings. The angle α is variable from melting to melting, as it depends on the amount of deposited metal and the thickness of the skull in the crucible. The moment of emergence of a jet needs to be caught. In our case, an electrical signal for switching the hydraulic system from constant to differential inductor provides a photoelectric sensor. When draining metal, the crucible rotation speed should be variable, since the amount of metal drained per unit time, i.e. the cross section of the metal jet depends on the discharge area, the cross-sectional area of the crucible along the planes I, II, III, etc. These sections depend on the shape of the crucible and significantly differ from each other in area.

П р и м е р. Для построения кулачка задаются начальной окружностью кулачка, радиус которой равен R_о. Полный угол поворота тигля соответствует полному перемещению толкателя дифференциального дросселя. Далее рассчитывают по формуле координату начальной точки на профиле кулачка, т.е. его текущий радиус-вектор R, при котором угол поворота тигля α а дифференциальный дроссель полностью открыт, так как S_α S_k (точка I на фиг.3). Точка I профиля кулачка определяется нажатием штока дифференциального дросселя, обеспечивающего проток масла в зависимости от площади S₁ и оптимальной скорости струи при данном положении тигля.PRI me R. To build a cam are set by the initial cam circumference, the radius of which is equal to R _about . The full angle of rotation of the crucible corresponds to the full movement of the pusher of the differential throttle. Next, the coordinate of the starting point on the cam profile is calculated according to the formula, i.e. its current radius vector R, at which the angle of rotation of the crucible α and the differential inductor is fully open, since S _α S _k (point I in figure 3). Point I of the cam profile is determined by pressing the stem of a differential throttle that provides oil flow depending on the area S ₁ and the optimal speed of the jet at a given position of the crucible.

R_α=0= R_o+

h R_o+h где h полный ход, обеспечивающий полное открытие дифференциального дросселя.R _{α = 0} = R _o +

h R _o + h where h is the full stroke, which ensures the full opening of the differential inductor.

Далее через каждый 5^о угла поворота кулачка α (а они соответствуют углу поворота тигля α _град, так как они сидят на одной оси) откладывают радиус-вектор на кулачке (точки 2, 3 и т.д. на фиг.3). Точка 2 профиля кулачка обеспечивает открытие дифференциального дросселя пропорционально площади, ограниченной поверхностью металла и внутренней поверхностью тигля при этих углах (S₂, S₃ и т.д. на фиг.2).Then, through each 5 ^{about the} angle of rotation of the cam α (and they correspond to the angle of rotation of the crucible α _deg , since they are sitting on the same axis), they postpone the radius vector on the cam (points 2, 3, etc. in Fig. 3). Point 2 of the cam profile provides the opening of the differential inductor in proportion to the area bounded by the metal surface and the inner surface of the crucible at these angles (S ₂ , S ₃ , etc. in figure 2).

Таким образом, проводя необходимое количество сечений через носок тигля, строят профиль рабочей части кулачка, при этом, поскольку кулачок жестко сидит на цапфе тигля, угол поворота тигля α_n и угол поворота кулачка α_n будут все время одинаковыми.Thus, by drawing the required number of sections through the toe of the crucible, a profile of the working part of the cam is built, while since the cam is rigidly mounted on the trunnion trunnion, the angle of rotation of the crucible α _n and the angle of rotation of the cam α _n will be the same all the time.

Использование в предлагаемой установке новых отличительных признаков позволяет улучшить качество поверхности отливок в связи с повышением механических свойств получаемых отливок и более стабильного химического их состава. Стабильность струи (расхода) позволяет достичь повышения качества поверхности отливок, уменьшить количество неспаев и неслитин, а отсутствие графитового тигля обеспечивает снижение брака по загрязнению металла углеродом примерно на 6% и увеличивает срок службы установки. The use of new distinctive features in the proposed installation allows to improve the surface quality of castings in connection with an increase in the mechanical properties of the resulting castings and their more stable chemical composition. The stability of the jet (flow rate) allows to improve the quality of the surface of castings, to reduce the number of joints and neslitin, and the absence of a graphite crucible provides a reduction in marriage of metal pollution with carbon by about 6% and increases the service life of the installation.

Claims

1. VACUUM ARC FUSION AND FILLING SKILL INSTALLATION, comprising a melting and casting vacuum chambers, a skull crucible with pins, an electrode, an electrode feed mechanism, a centrifugal machine, a metal discharge control system from a crucible, characterized in that the drain control device comprises a differential inductor a switch electrically connected to the photoelectric sensor, a constant throttle, a reversing spool, a pump station and a profiled cam rigidly connected to a hydro Istemi crucible rotation, comprising a two-sided cylinder with a pinion, engaged with the pinion, rigidly fixed on the journal of the crucible, the cam is shaped according to the law

where R is the radius of the cam profile vector at a certain angle of rotation of the crucible;
R _{about the} radius of the initial circumference of the cam;
S _{α is the} area limited by the metal surface and the inner surface of the crucible at a certain angle of rotation of the crucible a _deg ;
S _{k the} area bounded by the metal surface and the inner surface of the crucible with a rotation angle α = 0;
h is the total increment of the radius of the cam profile vector equal to the total travel of the differential inductor.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the crucible is provided with a shell of copper pipes, wound end-to-end and welded together, with four six electrodes fused into the skull, and the partition between the melting and casting chamber is made of bimetallic with an upper layer of copper and lower of steel.