RU2319578C1 - Method for producing small-size cast pieces of high-active metals and alloys and plant for performing the same - Google Patents
Method for producing small-size cast pieces of high-active metals and alloys and plant for performing the same Download PDFInfo
- Publication number
- RU2319578C1 RU2319578C1 RU2006122382/02A RU2006122382A RU2319578C1 RU 2319578 C1 RU2319578 C1 RU 2319578C1 RU 2006122382/02 A RU2006122382/02 A RU 2006122382/02A RU 2006122382 A RU2006122382 A RU 2006122382A RU 2319578 C1 RU2319578 C1 RU 2319578C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crucible
- electrode
- melting
- workpiece
- casting
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к литейному производству и предназначено для получения малогабаритных отливок из высокоактивных (высокая реакционная способность с кислородом) металлов и сплавов типа титана, сплавов титана, ниобия, тантала, никеля, хрома, кобальта и может быть использовано для производства зубных протезов, а также ювелирных изделий и малогабаритных изделий в машиностроительной отрасли.The invention relates to foundry and is intended to produce small castings from highly active (high reactivity with oxygen) metals and alloys such as titanium, alloys of titanium, niobium, tantalum, nickel, chromium, cobalt and can be used for the manufacture of dentures, as well as jewelry products and small-sized products in the engineering industry.
В производстве фасонных отливок из титана и титановых сплавов наибольшее применение получил способ их получения в гарнисажных вакуумных электродуговых печах. В таких печах титановый расплав накапливается в гарнисаже из того же титанового сплава, что и расплав. Гарнисажный слой в тигле образуется в процессе плавки или наносится на внутреннюю поверхность тигля предварительно и служит в качестве электрода и защитного слоя основного материала тигля. Одним из основных требований к таким печам является отсутствие контакта жидкого металла с элементами конструкции печи, не защищенными гарнисажем. Тигли в таких печах изготавливают из различных материалов, охлаждаемые и без охлаждения. Известны плавильно-заливочные установки (ПЗУ) с использованием холодных металлических тиглей, позволяющих намораживать гарнисаж на их внутренних поверхностях. В них используется водяное, газовое (гелий) или жидкометаллическое (кремний-натриевая эвтектика) охлаждение стенок. Наличие охлаждения усложняет конструкцию ПЗУ, кроме того, водяное охлаждение приводит к повышенной взрывоопасности. Известны ПЗУ с медным тиглем без охлаждения, где тигель сам является охладителем. Известны гарнисажные плавильные печи с тиглем из графита, охлаждаемые и не охлаждаемые. Однако вследствие длительного контакта жидкого металла с графитовым тиглем происходит загрязнение металла углеродом. Практика плавки титана в графитовых гарнисажных тиглях показывает, что не удается полностью исключить повышения содержания углерода в выплавляемом материале.In the manufacture of molded castings from titanium and titanium alloys, the most widely used method has been obtained in a vacuum skull electric arc furnace. In such furnaces, the titanium melt is accumulated in the skull of the same titanium alloy as the melt. The skull layer in the crucible is formed during the melting process or pre-applied to the inner surface of the crucible and serves as an electrode and a protective layer of the crucible base material. One of the basic requirements for such furnaces is the lack of contact of liquid metal with structural elements of the furnace that are not protected by a skull. Crucibles in such furnaces are made of various materials, cooled and without cooling. Known melting and casting plants (ROM) using cold metal crucibles, allowing to freeze the skull on their internal surfaces. They use water, gas (helium) or liquid metal (silicon-sodium eutectic) wall cooling. The presence of cooling complicates the design of the ROM, in addition, water cooling leads to an increased explosion hazard. Known ROMs with a copper crucible without cooling, where the crucible itself is a cooler. Known skull melting furnaces with a crucible of graphite, cooled and not cooled. However, due to prolonged contact of a liquid metal with a graphite crucible, the metal is contaminated with carbon. The practice of smelting titanium in graphite skull crucibles shows that it is not possible to completely eliminate the increase in carbon content in the smelted material.
Известна плавильно-заливочная вакуумная установка для плавления и получения литых заготовок из титанового сплава (патент РФ №2092758, кл. F27В 14/04). Установка содержит вакуумную систему с вакуумной камерой, гарнисажный графитовый тигель, установленный в вакуумной камере, узел электродуговой плавки расходуемого титанового электрода, узел заливки с контейнером литейных форм на центробежном столе, установленный в вакуумной камере, пульт управления работой установки, причем гарнисажный графитовый тигель снабжен электромагнитным устройством устранения прожога гарнисажного слоя и насыщения сплава примесями, а контейнер литейных форм - устройством подогрева литейных форм. При этом гарнисажный тигель выполнен неохлаждаемым. В плавильно-заливочной камере плавильный тигель установлен в поворотном механизме. На тигле смонтировано электромагнитное устройство, включающееся одновременно с образованием дуги между торцом расходуемого электрода и металлом на дне тигля. Настройка расчетного зазора между торцом электрода и расплавляемой заготовкой осуществляется вручную перед каждой плавкой перемещением электрододержателя, заливка расплава в литейную форму производится наклоном тигля с помощью поворотного механизма.Known melting and casting vacuum installation for melting and obtaining cast billets of titanium alloy (RF patent No. 2092758, CL F27B 14/04). The installation comprises a vacuum system with a vacuum chamber, a skull graphite crucible installed in a vacuum chamber, an electric arc melting assembly of a consumable titanium electrode, a casting assembly with a mold container on a centrifugal table mounted in a vacuum chamber, a control panel for the operation of the installation, and the skull graphite crucible is equipped with an electromagnetic a device for eliminating the burn through of the skull layer and saturation of the alloy with impurities, and a container of molds - a device for heating molds. In this case, the skull crucible is made uncooled. In the melting and pouring chamber, the melting crucible is installed in a rotary mechanism. An electromagnetic device is mounted on the crucible, which is switched on simultaneously with the formation of an arc between the end of the consumable electrode and the metal at the bottom of the crucible. Settlement of the calculated gap between the end of the electrode and the molten billet is carried out manually before each melting by moving the electrode holder, the melt is poured into the mold by tilting the crucible using a rotary mechanism.
Установка имеет следующие недостатки:The installation has the following disadvantages:
- применение расходуемых титановых электродов не позволяет надежно получать заданную степень перегрева металла, так как процесс идет неустойчиво, что снижает эффективность и равномерность расплавления;- the use of consumable titanium electrodes does not allow to reliably obtain a given degree of metal overheating, since the process is unstable, which reduces the efficiency and uniformity of melting;
- тигель выполнен графитовым, а практика плавки титана в графитовых тиглях показывает, что не удается полностью исключить повышение содержания углерода в выплавляемом металле;- the crucible is made of graphite, and the practice of melting titanium in graphite crucibles shows that it is not possible to completely eliminate the increase in the carbon content in the smelted metal;
- несмотря на то что графитовый тигель имеет низкую теплопроводность по сравнению с металлическими тиглями, технология гарнисажной плавки предопределяет отвод тепла через стенки тигля, следовательно, использование тепла, выделяемого дугой, неэффективно, это приводит к увеличению энергозатрат и уменьшению КПД установки;- despite the fact that the graphite crucible has low thermal conductivity compared to metal crucibles, the skull melting technology determines the heat removal through the crucible walls, therefore, the use of heat generated by the arc is inefficient, this leads to an increase in energy consumption and a decrease in the efficiency of the installation;
- конструкция установки усложняется наличием электромагнитного устройства устранения прожога гарнисажного слоя и устройством подогрева литейных форм.- the design of the installation is complicated by the presence of an electromagnetic device for eliminating burn through of the skull layer and a device for heating casting molds.
Наиболее близким по достигаемому результату к заявляемому изобретению является плавильно-заливочная установка для получения малогабаритных отливок (патент РФ №2211419, кл. F27B 17/00; B22D 13/04). Установка предусматривает способ получения малогабаритных отливок из высокоактивных металлов и сплавов, включающий следующие операции:Closest to the achieved result to the claimed invention is a melting and casting plant for producing small-sized castings (RF patent No. 2211419, class F27B 17/00; B22D 13/04). The installation provides a method for producing small-sized castings of highly active metals and alloys, including the following operations:
- настройка расчетного зазора между концом электрода и заготовкой путем установки вручную электрододержателя в строго определенном положении в вертикальной плоскости;- setting the design clearance between the end of the electrode and the workpiece by manually installing the electrode holder in a strictly defined position in a vertical plane;
- вакуумирование;- evacuation;
- расплавление заготовки электрической дугой неплавящимся электродом (плавку осуществляют в медном охлаждаемом тигле с образованием гарнисажного слоя);- melting the workpiece with an electric arc by a non-consumable electrode (melting is carried out in a copper cooled crucible with the formation of a skull layer);
- вывод электрода из тигля путем перемещения электрододержателя с помощью специального механизма подъема-опускания;- withdrawal of the electrode from the crucible by moving the electrode holder using a special lifting-lowering mechanism;
- опрокидывание тигля для заливки литейных форм, при этом тигель перемещается по дуге в вертикальной плоскости.- tipping of the crucible for pouring molds, while the crucible moves along an arc in a vertical plane.
Установка для осуществления данного способа содержит плавильно-заливочную вакуумную камеру, в которой размещены плавильный узел с медным плавильным тиглем, имеющим гарнисажный слой из материала с химическим составом расплавляемого металла, центробежный стол для установки литейных форм, электрододержатель с неплавящимися электродами, на штоке которого закреплена крышка-свод из молибдена, узел заливки литейных форм. Неплавящиеся электроды используются длительное время, а крышка-свод имеет свойства светового и теплового отражения, что уменьшает потери энергии.The installation for implementing this method comprises a melting and pouring vacuum chamber, in which a melting unit with a copper melting crucible is placed, having a skull layer of material with the chemical composition of the molten metal, a centrifugal table for installing casting molds, an electrode holder with non-consumable electrodes, on the rod of which is fixed a lid - molybdenum vault, casting mold filling unit. Non-consumable electrodes are used for a long time, and the lid-vault has the properties of light and thermal reflection, which reduces energy loss.
К недостаткам установки относятся:The disadvantages of the installation include:
- отвод тепла через стенки тигля, необходимый для образования гарнисажного слоя, что определяет большие энергозатраты. Крышка-свод на штоке электродержателя в данной установке обеспечивает незначительное снижение тепловых потерь;- heat removal through the walls of the crucible, necessary for the formation of a skull layer, which determines large energy costs. The cover-arch on the rod of the electric holder in this installation provides a slight reduction in heat loss;
- медный тигель является охладителем и аккумулирует в себе значительную часть тепла, выделяемого электрической дугой (теплопроводность меди весьма высока, она выше теплопроводности титана примерно в 18 раз), а при повышении температуры у меди значительно снижаются механические свойства, поэтому на границе медь-титан должна быть задана температура ниже температуры снижения прочности меди, а это приводит к увеличению массы тигля, его габаритов и габаритов установки в целом.- the copper crucible is a cooler and accumulates a significant part of the heat generated by the electric arc (the thermal conductivity of copper is very high, it is about 18 times higher than the thermal conductivity of titanium), and with increasing temperature the copper properties significantly decrease, therefore, at the copper-titanium interface a temperature should be set below the temperature of decreasing the strength of copper, and this leads to an increase in the mass of the crucible, its dimensions and the dimensions of the installation as a whole.
К общим недостаткам рассмотренных ПЗУ относятся:Common disadvantages of the considered ROMs include:
- высокая энергоемкость ПЗУ, так как технология гарнисажной плавки предполагает отвод значительной части тепла, выделяемого электрической дугой через стенки тигля, а следовательно, невозможность сокращения технологического цикла за счет рационального использования энергии дуги;- high energy consumption of ROM, since the technology of skull melting involves the removal of a significant part of the heat generated by the electric arc through the walls of the crucible, and therefore, the inability to reduce the technological cycle due to the rational use of arc energy;
- низкий КПД установок вследствие больших энергопотерь;- low efficiency of installations due to large energy losses;
- необходимость замены гарнисажного слоя при смене марки выплавляемого материала;- the need to replace the skull layer when changing the brand of investment material;
- неполное использование объема расплавленного металла, так как при его заливке в литейную форму часть металла остается в тигле, образуя гарнисажный слой для следующей плавки;- incomplete use of the volume of molten metal, since when it is poured into the mold, part of the metal remains in the crucible, forming a skull layer for the next melting;
- расплавленный металл имеет невысокую температуру перегрева над температурой его плавления, так как повышение температуры приводит к уменьшению толщины гарнисажного слоя, которую следует поддерживать оптимальной, а это ограничивает текучесть материала при заливке его в литейную форму;- the molten metal has a low superheat temperature above its melting point, since an increase in temperature leads to a decrease in the thickness of the skull layer, which should be maintained optimal, and this limits the fluidity of the material when pouring it into the mold;
- снижение герметичности установок, обусловленное наличием подвижного соединения между электрододержателем и стенкой вакуумной камеры;- a decrease in the tightness of installations due to the presence of a movable connection between the electrode holder and the wall of the vacuum chamber;
- усложнение конструкции ПЗУ, обусловленное наличием механизма подъема-опускания электрододержателя;- the complexity of the design of the ROM, due to the presence of a mechanism for raising and lowering the electrode holder;
- расплескивание расплава при заливке в литейную форму, так как тигель при опрокидывании перемещается по дуге в вертикальной плоскости, следовательно, присутствует горизонтальная составляющая инерционной силы, действующей на расплав;- splashing of the melt when casting into the mold, since the crucible during tipping moves along an arc in a vertical plane, therefore, there is a horizontal component of the inertial force acting on the melt;
- повышенные трудоемкость и длительность технологического цикла, обусловленные тем, что перед каждой плавкой необходимо устанавливать электрододержатель в строго определенном положении в вертикальной плоскости, добиваясь обеспечения расчетного зазора между электродом и заготовкой для зажигания электрической дуги, выводом из тигля электрода с использованием механизма подъема-опускания, охлаждением стенок тигля, заменой гарнисажного слоя при смене марки выплавляемого материала.- increased complexity and duration of the technological cycle, due to the fact that before each melting, it is necessary to install the electrode holder in a strictly defined position in the vertical plane, ensuring the design clearance between the electrode and the workpiece for ignition of the electric arc, the withdrawal from the crucible of the electrode using the lifting-lowering mechanism, cooling the walls of the crucible, replacing the skull layer when changing the brand of investment material.
Из анализа работы рассмотренных плавильно-заливочных установок следует, что способ плавки в печах с гарнисажным тиглем является высокоэнергоемким, так как условием образования гарнисажного слоя является поддержание температуры внутренней поверхности тигля не выше температуры кристаллизации расплавляемого металла, а следовательно, отвод тепла через стенки тигля. По данным публикации журнала «ТИТАН» №3 2003 тепловые потери через стенки тигля в гарнисажных печах составляют от 75 до 92% за время технологического цикла. В результате этого КПД гарнисажных печей чрезвычайно низок. Поддержание оптимальной толщины гарнисажного слоя требует строгой увязки режимов плавки с выбором материала тигля, его теплопроводностью, системой охлаждения, а также определением формы тигля с помощью математического моделирования теплового процесса формирования металлической отливки. Тигли гарнисажных печей изготавливают массивными, а это приводит к увеличению массы и габаритов плавильно-заливочных установок. Для предотвращения прогорания гарнисажного слоя на боковых стенках тиглей приходится устанавливать дополнительные устройства, а это усложняет конструкцию. Не исключается возможность отслоения гарнисажного слоя на дне тигля, что приводит к взаимодействию расплавленного металла с материалом тигля, его загрязнению и снижению качества отливок. Необходимость охлаждения стенок тигля удлиняет технологический цикл плавки и снижает производительность установки. Неблагоприятные условия эксплуатации тигля (высокие градиенты температур в стенках) снижают срок его службы. Технология плавки в гарнисажных тиглях не позволяет достигать высокой температуры перегрева расплавляемого металла над температурой его плавления, что снижает текучесть металла и его способность оформлять тонкие стенки при заливке в формы.From an analysis of the operation of the considered melting and casting plants, it follows that the method of melting in furnaces with a crucible for crucibles is highly energy-intensive, since the condition for the formation of the skull layer is to maintain the temperature of the inner surface of the crucible not higher than the crystallization temperature of the molten metal, and therefore heat removal through the crucible walls. According to the publication of the journal "TITAN" No. 3 2003, heat losses through the walls of the crucible in the skull ovens range from 75 to 92% during the technological cycle. As a result of this, the efficiency of the skull furnaces is extremely low. Maintaining the optimum thickness of the skull layer requires strict coordination of the melting modes with the choice of crucible material, its thermal conductivity, cooling system, as well as determining the shape of the crucible using mathematical modeling of the thermal process of forming a metal casting. Crucibles of skull ovens are made massive, and this leads to an increase in the mass and dimensions of smelting and filling plants. To prevent burnout of the skull layer on the side walls of the crucibles, additional devices have to be installed, and this complicates the design. It does not exclude the possibility of delamination of the skull layer at the bottom of the crucible, which leads to the interaction of molten metal with the material of the crucible, its contamination and lower quality of castings. The need for cooling the walls of the crucible lengthens the melting cycle and reduces the productivity of the installation. Adverse crucible operating conditions (high temperature gradients in the walls) reduce its service life. The technology of melting in skull plates does not allow to reach a high temperature of overheating of the molten metal over its melting point, which reduces the fluidity of the metal and its ability to form thin walls when casting into molds.
Задачей заявляемого технического решения в качестве изобретения является снижение энергозатрат путем значительного уменьшения поглощения тепловой энергии стенками тигля, т.е. более эффективного использования энергии электрической дуги, повышение КПД установки, использование тигля без его замены при изменении материала расплавляемой заготовки, изменение способа вывода электрода из тигля перед опрокидыванием последнего для исключения механизма подъема-опускания электрододержателя и повышения герметичности ПЗУ, изменение способа установки расчетного зазора между электродом и заготовкой, необходимого для зажигания электрической дуги, создание оптимальной траектории движения тигля при его опрокидывании с целью устранения разбрызгивания расплавленного металла при заливке его в литейную форму.The objective of the proposed technical solution as an invention is to reduce energy consumption by significantly reducing the absorption of thermal energy by the walls of the crucible, i.e. more efficient use of electric arc energy, increasing the efficiency of the installation, using the crucible without replacing it when changing the material of the molten billet, changing the method of removing the electrode from the crucible before tipping the latter to exclude the mechanism of raising and lowering the electrode holder and increasing the tightness of the ROM, changing the method of setting the design gap between the electrode and the workpiece necessary for ignition of the electric arc, creating the optimal trajectory of the crucible when it is tipped over the purpose of eliminating the spraying of molten metal when pouring it into the mold.
При решении поставленной задачи достигается следующий технический результат: получение высококачественных отливок с сохранением химического состава и однородности исходного материала, обеспечение возможности повышения температуры перегрева расплавленного металла над температурой его плавления, т.е. повышение его текучести при заливке, устранение разбрызгивания расплавленного металла при заливке его в литейную форму, более полное использование для отливки объема расплавленного металла за счет исключения необходимости намораживания на внутренних стенках тигля гарнисажного слоя, создание благоприятных условий эксплуатации тигля (исключение высоких градиентов температур в стенках), сокращение длительности технологического цикла, повышение герметичности установки, упрощение конструкции и повышение производительности.When solving this problem, the following technical result is achieved: obtaining high-quality castings while preserving the chemical composition and uniformity of the starting material, providing the possibility of increasing the temperature of overheating of the molten metal above its melting temperature, i.e. increasing its fluidity during pouring, eliminating the spraying of molten metal when pouring it into a mold, more complete use for casting the volume of molten metal by eliminating the need to freeze the skull layer on the inner walls of the crucible, creating favorable conditions for the crucible to be used (eliminating high temperature gradients in the walls) , reducing the duration of the technological cycle, increasing the tightness of the installation, simplifying the design and increasing productivity.
Технический результат достигается тем, что в известном способе получения малогабаритных отливок из химически высокоактивных металлов и сплавов, включающем установку расчетного зазора между концом электрода и заготовкой, вакуумирование плавильно-заливочной камеры, расплавление заготовки в тигле электрической дугой с помощью неплавящегося электрода, вывод электрода из тигля, опрокидывание тигля для заливки литейной формы, электродуговую плавку осуществляют в тигле, изготовленном из материала с низкой теплопроводностью, например графита, и с внутренней поверхностью, покрытой тугоплавким низкореакционным материалом, например вольфрамом, не взаимодействующим с расплавом, установку расчетного зазора между заготовкой и концом электрода осуществляют путем совместного вертикального перемещения тигля и устройства опрокидывания вверх до контакта заготовки с электродом, последующей фиксацией устройства опрокидывания тигля, установки под днищем тигля подвижной опоры на расстоянии, равном расчетному зазору между электродом и заготовкой, и перемещения тигля вниз относительно устройства опрокидывания тигля до подвижной опоры, вывод электрода из тигля осуществляют путем перемещения тигля вниз, а при заливке литейной формы тигель опрокидывают по траектории, обеспечивающей перемещение точки внутренней поверхности тигля со стороны слива, наиболее удаленной от оси тигля в плоскости опрокидывания, по вертикальной линии.The technical result is achieved by the fact that in the known method for producing small-sized castings of chemically highly active metals and alloys, including setting the calculated gap between the end of the electrode and the workpiece, evacuating the melting and pouring chamber, melting the workpiece in the crucible with an electric arc using a non-consumable electrode, and removing the electrode from the crucible , tipping of the crucible for casting the mold, electric arc melting is carried out in a crucible made of a material with low thermal conductivity, for example ita, and with the inner surface covered with a refractory low-reaction material, for example tungsten, which does not interact with the melt, the design clearance is set between the workpiece and the end of the electrode by joint vertical movement of the crucible and the tipping device up until the workpiece contacts the electrode, and then the crucible tipping device is fixed, installation under the crucible bottom of the movable support at a distance equal to the calculated gap between the electrode and the workpiece, and the movement of the crucible down refers In particular, the crucible tipping device to the movable support, the electrode is withdrawn from the crucible by moving the crucible down, and when pouring the mold, the crucible is tipped along a path that ensures that the point of the crucible’s inner surface moves from the drain side farthest from the crucible axis in the tilting plane, along a vertical line .
Технический результат достигается и тем, что в известной установке для получения малогабаритных отливок из химически высокоактивных металлов и сплавов, содержащей узел электродуговой плавки, плавильно-заливочную вакуумную камеру, узел заливки литейных форм с центробежным столом, плавильный тигель, устройство опрокидывания тигля, тигель изготовлен из материала с низкой теплопроводностью, например графита, с внутренней поверхностью, покрытой тугоплавким низкореакционным материалом, например вольфрамом, не взаимодействующим с расплавом, причем тигель и устройство опрокидывания выполнены с возможностью совместного и относительного возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости, при этом устройство опрокидывания представляет собой каркас, состоящий из двух параллельных, скрепленных между собой стенок, имеющих по два вертикальных паза, причем в одной паре противоположно расположенных пазов размещены с возможностью ограниченного перемещения ролики рычагов, шарнирно связанных с боковой поверхностью тигля в зоне ее перехода в днище, а в другой паре пазов размещены с возможностью ограниченного перемещения ролики, закрепленные на боковой поверхности в верхней части тигля, оси которых проходят через точку слива внутренней поверхности тигля, наиболее удаленную от его оси в плоскости опрокидывания, при этом длина хода роликов определена из условия обеспечения перемещения тигля по траектории, обеспечивающей перемещение точки слива по вертикальной линии, каркас в верхней части имеет упорные элементы для упора тигля и обеспечения совместного с тиглем перемещения вверх, подвижную в горизонтальной плоскости опору тигля, закрепленную в стенке каркаса, для установки расчетного зазора между концом электрода и заготовкой, и элемент фиксации положения каркаса в вертикальной плоскости.The technical result is achieved by the fact that in the known installation for producing small-sized castings of chemically highly active metals and alloys containing an electric arc melting unit, a melting and pouring vacuum chamber, a casting unit for casting molds with a centrifugal table, a melting crucible, a crucible tipping device, the crucible is made of material with low thermal conductivity, such as graphite, with an inner surface coated with a refractory low-reaction material, such as tungsten, which does not interact with the melt ohm, and the crucible and the tipping device are made with the possibility of joint and relative reciprocating movement in a vertical plane, while the tipping device is a frame consisting of two parallel, fastened together walls having two vertical grooves, and in one pair the opposite the located grooves are placed with a limited movement of the rollers of the levers pivotally connected to the side surface of the crucible in the zone of its transition in the bottom, and in another pair call placed with limited movement rollers mounted on the side surface in the upper part of the crucible, the axes of which pass through the drain point of the inner surface of the crucible, the most remote from its axis in the tipping plane, while the stroke length of the rollers is determined from the condition of ensuring the movement of the crucible along the trajectory, providing movement of the discharge point in a vertical line, the frame in the upper part has thrust elements for stopping the crucible and ensuring joint movement with the crucible upward, movable horizontally On the natal plane, the crucible support, mounted in the wall of the frame, to set the design clearance between the end of the electrode and the workpiece, and an element for fixing the position of the frame in the vertical plane.
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательский уровень заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявляемого способа и установки для его осуществления.To verify the compliance of the claimed invention with the condition of the inventive step, the applicant conducted an additional search for known solutions to identify signs that match the distinctive features of the prototype of the proposed method and installation for its implementation.
Результаты поиска показали, что заявляемое изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники. При поиске не выявлено технических решений на способы, которые предусматривали бы получение малогабаритных отливок электродуговой вакуумной плавкой в тиглях, конструкция которых не требовала бы, как в заявленном решении, отвода тепла через стенки для образования гарнисажного слоя, а также технических решений установки расчетного зазора, вывода электрода из тигля путем перемещения тигля. Не выявлено также технических решений на плавильно-заливочные установки для получения малогабаритных отливок с использованием тигля, изготовленного из материала с низкой теплопроводностью, с внутренней поверхностью, покрытой тугоплавким низкореакционным материалом, не вступающего в химическое взаимодействие с расплавом, а также технических решений на конструкцию узла заливки с опрокидывающимся тиглем с применением рычажно-роликового механизма. Заявляемые способ производства малогабаритных отливок из высокоактивных металлов и сплавов и установка для его осуществления в своей новой совокупности и взаимосвязи существенных признаков позволяют получить новые технические свойства, не присущие известным аналогичным техническим решениям на установки и способы, а также заявляемым отличительным от прототипа признакам, известным порознь, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленных технических решений критерию изобретательский уровень.The search results showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for a specialist. During the search, no technical solutions were identified for methods that would include obtaining small-sized castings by vacuum arc melting in crucibles, the design of which would not require, as in the claimed solution, heat removal through the walls to form a skull layer, as well as technical solutions for setting the design clearance, output electrode from the crucible by moving the crucible. No technical solutions were found for melting and casting plants for producing small-sized castings using a crucible made of a material with low thermal conductivity, with an inner surface coated with a low-melting refractory material that does not enter into chemical interaction with the melt, and technical solutions for the design of the casting unit with a tipping crucible using a lever-roller mechanism. The inventive method for the production of small castings of highly active metals and alloys and the installation for its implementation in its new combination and the relationship of essential features allow us to obtain new technical properties that are not inherent in the well-known similar technical solutions for installations and methods, as well as the claimed distinctive features of the prototype, known separately , which allows us to conclude that the claimed technical solutions meet the criterion of inventive step.
На чертеже представлен общий вид установки для получения малогабаритных отливок из высокоактивных металлов и сплавов.The drawing shows a General view of the installation for producing small castings of highly active metals and alloys.
В плавильно-заливочной камере 1 размещены неплавящийся электрод 2 и тигель 3, которые образуют плавильный узел установки. Тигель 3 изготовлен из графита с внутренней поверхностью, покрытой вольфрамом, не взаимодействующим с расплавом. Тигель 3 связан с устройством опрокидывания, которое представляет собой каркас, состоящий из двух параллельно скрепленных между собой стенок 4, имеющих по два параллельных вертикально расположенных паза 5 и 6. В пазах 5 каждой стенки 4 размещены с возможностью ограниченного перемещения ролики 7, закрепленные на концах рычагов 8, другой конец которых связан посредством шарниров 9 с боковой поверхностью тигля 3 в зоне ее перехода в днище, а в пазах 6 стенок 4 размещены с возможностью ограниченного перемещения ролики 10, закрепленные на боковой поверхности в верхней части тигля 3, причем оси роликов 10 проходят через точку слива внутренней поверхности тигля 3, наиболее удаленную от его оси в плоскости опрокидывания. Кроме того, каркас имеет возможность вертикального возвратно-поступательного перемещения по направляющим 11 и фиксации упором 12, снабжен упорными пластинами 13 для упора тигля 3 и обеспечения перемещения совместно с тиглем 3 вверх, подвижной опорой 14 тигля 3, закрепленной в стенке каркаса из условия установки расчетного зазора между концом электрода 2 и заготовкой 15 при перемещении тигля 3 вниз относительно каркаса до опоры 14. Опора 14 имеет возможность перемещения в горизонтальной плоскости с автоматизированным обратным ходом - для захода и выхода из-под днища тигля 3 перед опрокидыванием последнего. Длина пазов 5 определена расчетным путем из условия обеспечения возможности перемещения тигля 3 согласно заданной траектории - перемещение тигля 3 вверх до упора в упорные пластины 13 и вниз на величину расчетного зазора и расстояния, необходимого для вывода электрода 2 из тигля 3. Для выполнения условия установки расчетного зазора учитываются высота корпуса тигля 3 и величина расчетного зазора - расстояние между упорными пластинами 13 и опорой 14 равно сумме этих величин. Длина пазов 6 определена расчетным путем из условия обеспечения опускания и поворота тигля 3, достаточных для слива расплавленного материала в литейную форму. На дне тигля 3 установлена заготовка 15. Литейная форма 16 закреплена на центробежном столе 17.In the melting and filling chamber 1 there is a non-consumable electrode 2 and a crucible 3, which form the melting unit of the installation. The crucible 3 is made of graphite with an inner surface coated with tungsten that does not interact with the melt. The crucible 3 is connected to the tipping device, which is a frame consisting of two walls 4 parallel fastened to each other, having two parallel vertically located grooves 5 and 6. In the grooves 5 of each wall 4 are placed with limited movement rollers 7, fixed at the ends levers 8, the other end of which is connected by hinges 9 to the side surface of the crucible 3 in the zone of its transition to the bottom, and in the grooves 6 of the walls 4 are placed with limited movement rollers 10, mounted on the side rhnosti in the upper part of the crucible 3, wherein the axis of the rollers 10 pass through the discharge point of the inner surface of the crucible 3, most remote from its tilting axis in a plane. In addition, the frame has the ability to vertically reciprocate along the guides 11 and fix the stop 12, is equipped with thrust plates 13 for stopping the crucible 3 and providing movement together with the crucible 3 up, a movable support 14 of the crucible 3, fixed in the frame wall from the installation conditions the gap between the end of the electrode 2 and the workpiece 15 when moving the crucible 3 down relative to the frame to the support 14. Support 14 has the ability to move in a horizontal plane with an automated reverse stroke - for entry and exit from the bottom of the crucible 3 before tipping the last. The length of the grooves 5 is determined by calculation from the condition that the crucible 3 can be moved according to a predetermined path — the movement of the crucible 3 up to the stop in the thrust plates 13 and down by the amount of the calculated gap and the distance required to lead the electrode 2 out of the crucible 3. To fulfill the installation condition the gap takes into account the height of the crucible body 3 and the size of the design gap - the distance between the thrust plates 13 and the support 14 is equal to the sum of these values. The length of the grooves 6 is determined by calculation from the condition of lowering and rotation of the crucible 3, sufficient to drain the molten material into the mold. At the bottom of the crucible 3, a blank 15 is installed. The mold 16 is mounted on a centrifugal table 17.
Способ с использованием заявленного устройства осуществляется следующим образом.The method using the claimed device is as follows.
Перед плавкой заготовку 15 устанавливают на дно тигля 3. Тигель 3 вручную поднимают вверх и он, упираясь краями стенок в упорные пластины 13 каркаса устройства опрокидывания, увлекает его за собой. Каркас по направляющим 11 поднимается вслед за тиглем 3 и фиксируется упором 12 после того, как поверхность заготовки 15 коснется конца электрода 2. Опору 14 заводят под днище тигля 3, при этом между днищем тигля 3 и опорой 14 остается зазор, равный по величине расстоянию между концом электрода 2 и поверхностью расплавляемой заготовки 15, необходимому для зажигания электрической дуги. После этого тигель 3 отпускают, и он под собственным весом опускается до касания днищем опоры 14, создавая таким образом расчетный зазор между концом электрода 2 и поверхностью заготовки 15. В таком положении тигля 3 ролики 7 рычагов 8 имеют запас хода по пазам 5, равный величине перемещения тигля 3 относительно электрода 2, необходимого для вывода электрода 2 из тигля 3. Камеру 1 закрывают и вакуумируют. Зажигают электрическую дугу. После расплавления заготовки 15 опора 14 автоматически отводится из-под днища тигля 3, который в результате вместе с рычагами 8 падает вертикально вниз, при этом ролики 7 и 10 перемещаются также вниз по пазам 5 и 6. Конец электрода 2 оказывается за пределами тигля 3. Когда ролики 7 нижних концов рычагов 8 проходят ограниченный расчетный путь по пазам 5 и останавливаются, верхние концы рычагов 8, связанные шарнирно с тиглем 3, начинают двигаться по дуге с радиусом, равным длине рычага 8, а ролики 10 тигля 3 продолжают перемещаться по пазам 6 вертикально вниз. В результате суммирования этих движений происходит опрокидывание тигля 3. При этом точка слива расплава внутренней поверхности тигля 3, наиболее удаленная от его оси в плоскости опрокидывания, движется строго вертикально, что исключает разбрызгивание расплава при заливке в литейную форму 16.Before melting, the workpiece 15 is installed on the bottom of the crucible 3. The crucible 3 is manually lifted up, and he, abutting the edges of the walls against the thrust plates 13 of the frame of the tipping device, carries him along. The frame along the guides 11 rises after the crucible 3 and is fixed by a stop 12 after the surface of the workpiece 15 touches the end of the electrode 2. The support 14 is brought under the bottom of the crucible 3, while a gap equal to the distance between the bottom of the crucible 3 and the support 14 remains. the end of the electrode 2 and the surface of the molten billet 15, necessary for ignition of the electric arc. After that, the crucible 3 is released, and under its own weight falls to touch the bottom of the support 14, thus creating a calculated gap between the end of the electrode 2 and the surface of the workpiece 15. In this position of the crucible 3, the rollers 7 of the levers 8 have a power reserve of grooves 5 equal to the movement of the crucible 3 relative to the electrode 2, necessary for the withdrawal of the electrode 2 from the crucible 3. The chamber 1 is closed and vacuum. Ignite an electric arc. After melting the workpiece 15, the support 14 is automatically removed from under the bottom of the crucible 3, which, together with the levers 8, falls vertically downward, while the rollers 7 and 10 also move down along the grooves 5 and 6. The end of the electrode 2 is outside the crucible 3. When the rollers 7 of the lower ends of the levers 8 pass a limited calculation path along the grooves 5 and stop, the upper ends of the levers 8, pivotally connected to the crucible 3, begin to move along an arc with a radius equal to the length of the lever 8, and the rollers 10 of the crucible 3 continue to move along the grooves 6 vertically vn h. As a result of the summation of these movements, the crucible 3 overturns. In this case, the melt discharge point of the inner surface of the crucible 3, which is farthest from its axis in the tipping plane, moves strictly vertically, which excludes the melt splashing when pouring into the casting mold 16.
Заявляемая совокупность и взаимосвязь существенных признаков обеспечивают:The inventive combination and the relationship of essential features provide:
- снижение энергозатрат вследствие низкой теплопроводности тигля;- reduction of energy consumption due to the low thermal conductivity of the crucible;
- сохранение химического состава и однородности исходного материала вследствие исключения его химического взаимодействия с поверхностью тигля, что ведет к повышению качества отливки;- preservation of the chemical composition and uniformity of the starting material due to the exclusion of its chemical interaction with the surface of the crucible, which leads to an increase in the quality of casting;
- упрощение расчетов режимов плавки вследствие исключения необходимости поддержания температуры внутренней поверхности тигля в узких пределах для поддержания гарнисажного слоя;- simplification of calculations of melting modes due to the elimination of the need to maintain the temperature of the inner surface of the crucible within narrow limits to maintain the skull layer;
- возможность повышения температуры перегрева расплавленного металла над температурой его плавления, то есть повышения его текучести при заливке в формы, что повышает качество отливок;- the possibility of increasing the superheat temperature of the molten metal above its melting point, that is, increasing its fluidity when casting into molds, which improves the quality of castings;
- более полное использование объема расплавленного металла при заливке в литейную форму за счет его высокой прогреваемости у стенок тигля из-за низкой теплопроводности последнего, а следовательно, повышение производительности установки;- a more complete use of the volume of molten metal when casting into the mold due to its high heatability at the walls of the crucible due to the low thermal conductivity of the latter, and consequently, increased productivity of the installation;
- возможность использования тонкостенного тигля, так как уменьшение толщины стенок ограничивается только механическими характеристиками материала тигля, а это приводит к уменьшению его массы, габаритов и уменьшению габаритов и массы самой установки;- the possibility of using a thin-walled crucible, since the decrease in wall thickness is limited only by the mechanical characteristics of the crucible material, and this leads to a decrease in its weight, dimensions and a decrease in the dimensions and mass of the installation itself;
- сокращение времени технологического цикла и повышение КПД установки вследствие более рационального использования энергии электрической дуги;- reducing the time of the technological cycle and increasing the efficiency of the installation due to a more rational use of energy of the electric arc;
- упрощение конструкции установки и повышение герметичности вакуумной камеры за счет создания нового способа и механизма вывода электрода из тигля;- simplifying the design of the installation and increasing the tightness of the vacuum chamber by creating a new method and mechanism for removing the electrode from the crucible;
- обеспечение оптимальной траектории движения тигля при опрокидывании, что устраняет разбрызгивание расплавленного металла при заливке в литейную форму;- ensuring the optimal trajectory of the crucible during rollover, which eliminates the spraying of molten metal when casting into the mold;
- упрощение способа установки расчетного зазора между электродом и заготовкой, что сокращает технологический цикл расплавления и заливки.- simplification of the method of setting the calculated gap between the electrode and the workpiece, which reduces the technological cycle of melting and pouring.
Для заявленных способа и установки для его осуществления в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность их осуществления с помощью описанных в заявке средств с достижением указанного выше технического результата, не присущего прототипу.For the claimed method and installation for its implementation in the form as described in the independent paragraphs of the claims, the possibility of their implementation using the means described in the application with the achievement of the above technical result, not inherent in the prototype, is confirmed.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006122382/02A RU2319578C1 (en) | 2006-06-22 | 2006-06-22 | Method for producing small-size cast pieces of high-active metals and alloys and plant for performing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006122382/02A RU2319578C1 (en) | 2006-06-22 | 2006-06-22 | Method for producing small-size cast pieces of high-active metals and alloys and plant for performing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2319578C1 true RU2319578C1 (en) | 2008-03-20 |
Family
ID=39279716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006122382/02A RU2319578C1 (en) | 2006-06-22 | 2006-06-22 | Method for producing small-size cast pieces of high-active metals and alloys and plant for performing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2319578C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU174419U1 (en) * | 2016-07-12 | 2017-10-12 | Валерий Евгеньевич Сидоров | DEVICE "HEATER FROM GRAPHITE" |
-
2006
- 2006-06-22 RU RU2006122382/02A patent/RU2319578C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU174419U1 (en) * | 2016-07-12 | 2017-10-12 | Валерий Евгеньевич Сидоров | DEVICE "HEATER FROM GRAPHITE" |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3998264A (en) | Apparatus for producing metallic castings by progressively melting a solid charge | |
| WO2010068140A1 (en) | Method and apparatus for electron-beam or plasma-jet melting of metal from a crystallizer into a crystallizer | |
| RU2319578C1 (en) | Method for producing small-size cast pieces of high-active metals and alloys and plant for performing the same | |
| RU2360014C2 (en) | Vacuum arc-refining skull furnace | |
| JP6396247B2 (en) | Ingot manufacturing method and manufacturing apparatus made of high melting point active metal alloy | |
| SU1280901A1 (en) | Electron-beam furnace | |
| CN112899491A (en) | Method for smelting heterogeneous ingot in electric furnace | |
| RU2209841C2 (en) | Metal pouring method | |
| CS209655B1 (en) | Method of making the metal hollow casting with the bottom | |
| JP5203680B2 (en) | Metal electroslag remelting process and ingot mold used therefor | |
| RU2660784C2 (en) | Device for vacuum melting of refractory and reactive metals | |
| RU2283355C2 (en) | Vacuum electric-arc lining-slag furnace | |
| RU2319752C2 (en) | Method for induction melting of metal and apparatus for performing the same | |
| RU2283205C2 (en) | Metal centrifugal casting process without turning off heat source | |
| RU2246547C1 (en) | Method of autocrucible melting of metals and slag lining furnace for realization of this method | |
| RU2353470C2 (en) | Method and facility for liquid forging for casting of reactive metal with usage of method of induction keeping of melt | |
| RU209252U1 (en) | DOUBLE FUNNEL FOR POURING METALS | |
| RU2286398C2 (en) | Method for metal casting with the use of lining slag as consumable electrode | |
| RU2740343C1 (en) | Melting crucible of vacuum aerial skull furnace and skull firing method | |
| RU2749010C1 (en) | Method for vacuum arc final remelting of titanium alloy ingots of vt3-1 brand | |
| RU2612867C2 (en) | Method of melting highly reactive metals and alloys based thereon and device therefor | |
| JPH04182056A (en) | Precise casting device | |
| RU2282522C2 (en) | Process for centrifugal casting of metal in horizontal plane | |
| RU2291758C2 (en) | Melting-pouring plant for producing small-size castings | |
| RU2353472C2 (en) | Method and facility for disk-shaped bottom discharge for casing of reactive metals with usage of method of induction melt keeping |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100623 |