RU2814835C2

RU2814835C2 - Vacuum installation for casting blade castings with directional and monocrystalline structure

Info

Publication number: RU2814835C2
Application number: RU2023102316A
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Каблов; Максим Георгиевич Мин; Владимир Сергеевич Тартанов; Глеб Сергеевич Киселев; Сергей Сергеевич Зиматов; Кирилл Владимирович Дядько; Павел Георгиевич Мин
Filing date: 2022-05-18
Publication date: 2024-03-05

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: vacuum installation for casting castings of blades with a directional and monocrystalline structure contains a melting chamber and a sluice chamber, hermetically sealed through a vacuum seal with detachable connections. The melting chamber contains a melting crucible, a mould heating furnace, and a liquid metal crystallizer, which is in contact with a cooled copper table (16) with internal cooled cavities located in the melting chamber. The mechanism for vertical movement of moulds is located on the melting chamber. Guide rails are attached to the brackets to move the carriage with the block of moulds from the airlock chamber to the melting chamber and back. The mechanism of vertical movement of the cooled lifting table with a sensor (17) for positioning the said table relative to the liquid metal mould, made protruding above the plane of the lifting cooled table (16), ensures contact of the cooled lifting table with the crystallizer over a contact area of at least 0.75 of the surface area of the bottom of the liquid metal crystallizer.

EFFECT: it is possible to obtain castings with a directional and monocrystalline structure with a size of up to 300 mm.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении отливок с направленной и монокристаллической структурой, например, для получения литых заготовок лопаток из жаропрочных никелевых сплавов газотурбинных авиационных двигателей, энергетических и газоперекачивающих установок, в условиях серийного и опытного производства.The invention relates to the field of metallurgy and can be used to produce castings with a directional and single-crystal structure, for example, to produce cast blanks of blades from heat-resistant nickel alloys of gas turbine aircraft engines, power and gas pumping units, in serial and pilot production.

Известно устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой, содержащее вакуумную камеру с торцевыми откатными крышками, загрузочную шлюзовую камеру, направляющие, смонтированные в вакуумной и шлюзовой камерах с размещенными на них каретками с подвесками для закрепления литейных форм, имеющими механизмы горизонтального и вертикального перемещения литейных форм, расположенные в вакуумной камере печь подогрева литейных форм, содержащую кожух, поворотную торцевую стенку, нагреватели верхней и нижней зон, теплозащитные стенки, плавильно-заливочную печь для расплавления металла, емкость для жидкометаллического охладителя с подъемным механизмом, жесткий теплоизоляционный экран, при этом печь подогрева форм дополнительно содержит отражающий экран, расположенный между кожухом и теплозащитными стенками, выполненными в виде уложенных друг на друга плоских пластин, нагреватель нижней зоны печи подогрева форм дополнительно снабжен перемычкой П-образной формы, средняя часть которой установлена перпендикулярно боковым сторонам нагревателя нижней зоны, поворотная торцевая стенка выполнена с возможностью одновременного закрытия нагревателей верхней и нижней зон, подъемный механизм жидкометаллического охладителя состоит из штока с установленным на нем охлаждаемым подъемным столом с поддоном для емкости с жидкометаллическим охладителем, который имеет возможность перемещаться в вертикальном направлении, устройство дополнительно содержит теплоизоляторы, расположенные между верхней поверхностью емкости с жидкометаллическим охладителем и жестким теплоизоляционным экраном, который в свою очередь закреплен на нижней поверхности печи подогрева форм, а на подвесках для закрепления литейных форм дополнительно установлен подвижный тепловой экран (RU 2267380 С1, B22D 27/04, опубл. 10.01.2006).A device is known for producing castings with a directional and monocrystalline structure, containing a vacuum chamber with end sliding covers, a loading sluice chamber, guides mounted in the vacuum and sluice chambers with carriages placed on them with suspensions for securing casting molds, having mechanisms for horizontal and vertical movement of casting molds molds located in a vacuum chamber, a heating furnace for casting molds, containing a casing, a rotating end wall, heaters of the upper and lower zones, heat-shielding walls, a melting and pouring furnace for melting metal, a container for a liquid metal coolant with a lifting mechanism, a rigid heat-insulating screen, and the furnace mold heating additionally contains a reflective screen located between the casing and heat-protective walls made in the form of flat plates stacked on top of each other, the heater of the lower zone of the mold heating furnace is additionally equipped with a U-shaped jumper, the middle part of which is installed perpendicular to the sides of the lower zone heater, rotatable the end wall is configured to simultaneously close the heaters of the upper and lower zones, the lifting mechanism of the liquid metal cooler consists of a rod with a cooled lifting table mounted on it with a tray for a container with a liquid metal cooler, which can move in the vertical direction, the device additionally contains heat insulators located between the upper surface of the container with a liquid metal cooler and a rigid heat-insulating screen, which in turn is fixed on the lower surface of the mold heating furnace, and a movable heat screen is additionally installed on the hangers for securing the casting molds (RU 2267380 C1, B22D 27/04, publ. 01/10/2006).

Недостатком данного устройства является малая протяженность рабочего пространства печи подогрева форм (ППФ) для размещения керамических форм, что ограничивает производительность установки.The disadvantage of this device is the small length of the working space of the mold heating furnace (PPF) for placing ceramic molds, which limits the productivity of the installation.

Известно устройство включающее нагревательную камеру, внутри которой расположена форма для повышения температуры формы до высокой температуры выше температуры плавления отливаемого материала, емкость для ванны с жидкостью под нагревательной камерой, в которую погружена или погружена форма, устройство для заполнения формы и устройство для перемещения формы относительно камеры и контейнера для постепенного погружения заполненной формы в охлаждающую жидкость и одновременного извлечения ее из нагревательной камеры. Процесс осуществляется путем нагрева формы перед заполнением до температуры выше температуры плавления разливаемого материала, заливки расплавленного материала в форму, а затем постепенного извлечения формы из зоны нагрева и одновременного постепенного погружения ее в ванну для охлаждения жидкости, тем самым создавая крутой температурный градиент в материале в форме и вызывая вертикальное затвердевание материала в форме от основания формы до верха с контролируемой скоростью. Модифицированная форма изобретения предусматривает постепенное уменьшение тепла, подаваемого в форму снизу вверх, и постепенное заполнение контейнера жидким теплоносителем. В любой форме изобретения заполненная форма постепенно окружается охлаждающей жидкостью снизу вверх формы, и в то же время тепло, подаваемое в форму, постепенно уменьшается снизу вверх за счет извлечения формы или поэтапного уменьшения подводимого тепла к форме, поскольку уровень охлаждающей ванны эффективно перемещается вверх вокруг формы (US 3763926 B1, B22D 27/04, опубл. 15.09.1971).A device is known that includes a heating chamber, inside of which there is a mold for raising the temperature of the mold to a high temperature above the melting point of the material being cast, a container for a bath of liquid under the heating chamber in which the mold is immersed or immersed, a device for filling the mold, and a device for moving the mold relative to the chamber and a container for gradually immersing the filled mold into the cooling liquid and simultaneously removing it from the heating chamber. The process is carried out by heating the mold before filling to a temperature above the melting point of the material being poured, pouring the molten material into the mold, and then gradually removing the mold from the heating zone while gradually immersing it in a bath to cool the liquid, thereby creating a steep temperature gradient in the material in the mold and causing the material in the mold to solidify vertically from the base of the mold to the top at a controlled rate. A modified form of the invention involves gradually reducing the heat supplied to the mold from the bottom up, and gradually filling the container with a coolant liquid. In any form of the invention, the filled mold is gradually surrounded by cooling liquid from the bottom to the top of the mold, and at the same time, the heat supplied to the mold is gradually reduced from the bottom to the top by ejection of the mold or by a gradual reduction of the heat input to the mold as the level of the cooling bath effectively moves upward around the mold (US 3763926 B1, B22D 27/04, publ. 09/15/1971).

Недостатком данного устройства является наличие большого количества элементов охлаждения ванны, что снижает надежность оборудования и приводит к разгерметизации системы охлаждения и нарушению технологического процесса.The disadvantage of this device is the presence of a large number of bath cooling elements, which reduces the reliability of the equipment and leads to depressurization of the cooling system and disruption of the technological process.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является вакуумная индукционная плавильно-заливочная установка для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой, содержащая камеру плавильную со сферической крышкой, плавильным тиглем, кристаллизатором, вакуумной системой, печью подогрева форм (ППФ) и установленными сверху на плавильной камере загрузочным устройством для подачи шихты в плавильный тигель, механизмом вертикального перемещения форм, вакуумным затвором и механизмом открывания и закрывания двери ППФ, а также расположенными внутри плавильной камеры на кронштейнах направляющими реечного механизма для перемещения форм в горизонтальной плоскости, шлюзовую камеру, размещенную на тележке и имеющую переходной патрубок, установленный со стороны плавильной камеры, и крышку с другой стороны, механизм перемещения форм, шиберный вакуумный затвор, при этом камера плавильная, шлюзовая камера и сферическая крышка герметично скреплены друг с другом по стыковым полостям разъемными соединениями, блок откатной, установленный на тележке и состоящий из конденсаторной батареи, тиристорного преобразователя частоты тока, пульта измерительного и токоподводов с тремя трансформаторами, причем камера плавильная установлена между шлюзовой камерой, имеющей прямоугольную форму, иThe closest analogue, adopted as a prototype, is a vacuum induction melting and pouring installation for producing castings with a directional and monocrystalline structure, containing a melting chamber with a spherical lid, a melting crucible, a crystallizer, a vacuum system, a mold heating furnace (PPF) and installed on top of the melting chamber with a loading device for feeding the charge into the melting crucible, a mechanism for vertical movement of molds, a vacuum shutter and a mechanism for opening and closing the PPF door, as well as rack-and-pinion mechanism guides located inside the melting chamber on brackets for moving molds in the horizontal plane, a lock chamber located on a trolley and having a transition pipe installed on the side of the melting chamber, and a lid on the other side, a mechanism for moving molds, a slide vacuum seal, while the melting chamber, the airlock chamber and the spherical lid are hermetically sealed together along the joint cavities with detachable connections, a sliding block mounted on trolley and consisting of a capacitor bank, a thyristor current frequency converter, a measuring panel and current leads with three transformers, and the melting chamber is installed between the airlock chamber, which has a rectangular shape, and

откатным блоком, на тележке которого закреплена сферическая крышка с установленными внутри нее плавильным тиглем, ППФ и кристаллизатором, при этом она снабжена охлаждаемым медным подъемным столом, представляющим собой конструкцию в виде медного экрана с герметичными полостями для протока хладоносителя, закрепленным через уплотнение на охлаждаемом штоке механизма перемещения стола с управляемым приводом (RU 2663025 C1, B22D 27/04, опубл. 01.08.2018 г.). a sliding block, on the trolley of which there is a spherical cover with a melting crucible, a PPF and a crystallizer installed inside it, and it is equipped with a cooled copper lifting table, which is a structure in the form of a copper screen with sealed cavities for the flow of coolant, fixed through a seal on the cooled rod of the mechanism moving a table with a controlled drive (RU 2663025 C1, B22D 27/04, publ. 08/01/2018).

Недостатками прототипа являются наличие зазора между ванной кристаллизатора и ППФ ввиду установки ванны кристаллизатора на тележке, не имеющей возможности вертикального перемещения для устранения зазора между ППФ и кристаллизатором, отсутствие контакта между медным столом, выполненным в форме экрана и кристаллизатором, что обеспечивает только радиационную теплопередачу и снижает эффективность теплосъема с кристаллизатора.The disadvantages of the prototype are the presence of a gap between the crystallizer bath and the PPF due to the installation of the crystallizer bath on a trolley, which does not have the possibility of vertical movement to eliminate the gap between the PPF and the crystallizer, the lack of contact between the copper table, made in the form of a screen, and the crystallizer, which provides only radiation heat transfer and reduces efficiency of heat removal from the crystallizer.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание вакуумной установки для литья отливок лопаток с направленной и монокристаллической структурой с учетом современных разработок в области электронной промышленности.The technical objective of the proposed invention is to create a vacuum installation for casting castings of blades with a directional and monocrystalline structure, taking into account modern developments in the field of electronics industry.

Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение полунепрерывного цикла работы установки для изготовления отливок, путем обеспечения плотного контакта стола с дном ванны жидкометаллического кристаллизатора, что исключает перегрев жидкометаллического охладителя и обеспечивает получение отливок с направленной и монокристаллической структурой с размером до 300 мм. The technical result of the present invention is to ensure a semi-continuous cycle of operation of the installation for the production of castings, by ensuring tight contact of the table with the bottom of the liquid metal crystallizer bath, which eliminates overheating of the liquid metal cooler and ensures the production of castings with a directional and monocrystalline structure with a size of up to 300 mm.

Заявленный технический результат достигается в заявленной вакуумной установке для литья отливок лопаток с направленной и монокристаллической структурой, содержащей вакуумную систему, тиристорный преобразователь частоты тока, блок откатной, состоящий из конденсаторной батареи, пульта измерительного и токоподводов с тремя трансформаторами, систему водяного охлаждения для охлаждения элементов конструкции и комплектующих агрегатов, шлюзовую камеру, в которой размещен привод горизонтального перемещения для перемещения каретки с блоком форм по закрепленным на кронштейнах направляющим рельсам в плавильную камеру из шлюзовой камеры и обратно для загрузки и выгрузки форм, причем шлюзовая камера соединена с плавильной камерой через вакуумный затвор, при этом плавильная камера содержит плавильный тигель, печь подогрева форм, жидкометаллический кристаллизатор и подъемный охлаждаемый медный стол с внутренними охлаждаемыми полостями, кроме того, плавильная камера и шлюзовая камера герметично скреплены друг с другом по стыковым полостям разъемными соединениями, причем на плавильной камере расположены термопарный ввод, механизм вертикального перемещения форм, загрузочное устройство для подачи шихты в плавильный тигель, причем дополнительно содержит механизм вертикального перемещения охлаждаемого подъемного стола с датчиком позиционирования стола относительно жидкометаллического кристаллизатора, обеспечивающего плотный контакт со столом, при этом площадь контакта охлаждаемого подъемного медного стола с жидкометаллическим кристаллизатором составляет не менее 0,75 площади поверхности дна жидкометаллического кристаллизатора.The declared technical result is achieved in the claimed vacuum installation for casting castings of blades with a directional and monocrystalline structure, containing a vacuum system, a thyristor frequency converter, a recoil unit consisting of a capacitor battery, a measuring panel and current leads with three transformers, a water cooling system for cooling structural elements and component units, a sluice chamber in which a horizontal movement drive is located for moving the carriage with a block of molds along guide rails mounted on brackets into the melting chamber from the sluice chamber and back for loading and unloading of forms, and the sluice chamber is connected to the melting chamber through a vacuum seal, in this case, the melting chamber contains a melting crucible, a mold heating furnace, a liquid metal crystallizer and a lifting cooled copper table with internal cooled cavities; in addition, the melting chamber and the airlock chamber are hermetically sealed together along the butt cavities with detachable connections, and a thermocouple input is located on the melting chamber , a mechanism for vertical movement of molds, a loading device for feeding the charge into the melting crucible, and additionally contains a mechanism for vertical movement of the cooled lifting table with a table positioning sensor relative to the liquid metal crystallizer, ensuring close contact with the table, while the contact area of the cooled lifting copper table with the liquid metal crystallizer is not less than 0.75 surface area of the bottom of the liquid metal crystallizer.

На фиг. 1 приведен общий вид установки, на фиг. 2 приведен вид установки внутри плавильной и шлюзовой камер, на фиг. 3 приведен вид внутри плавильной камеры, на фиг. 4 приведен механизм перемещения охлаждаемого стола, где:In fig. 1 shows a general view of the installation, Fig. 2 shows a view of the installation inside the melting and airlock chambers; FIG. 3 shows a view inside the melting chamber, FIG. Figure 4 shows the mechanism for moving the cooled table, where:

1 Плавильная камера;1 Melting chamber;

2 Шлюзовая камера;2 Airlock chamber;

3 Плавильный тигель;3 Melting crucible;

4 Печь подогрева форм (ППФ);4 Mold heating oven (PPF);

5 Загрузочное устройство;5 Boot device;

6 Механизм вертикального перемещения форм;6 Mechanism for vertical movement of forms;

7 Вакуумная система;7 Vacuum system;

8 направляющие рельсы;8 guide rails;

9 Жидкометаллический кристаллизатор;9 Liquid metal crystallizer;

10 Привод горизонтального перемещения;10 Horizontal movement drive;

11 Термопарный ввод;11 Thermocouple input;

12 Система водяного охлаждения;12 Water cooling system;

13 Вакуумный затвор;13 Vacuum seal;

14 Тиристорный преобразователь частоты (ТПЧ);14 Thyristor frequency converter (TFC);

15 Механизм перемещения охлаждаемого стола;15 Mechanism for moving the refrigerated table;

16 Подъемный охлаждаемый стол;16 Lifting refrigerated table;

17 Датчик позиционирования стола;17 Table position sensor;

18 Мотор-редуктор;18 Geared motor;

19 Штуцеры;19 Fittings;

20 Шток;20 Rod;

21 Поворотный флажок;21 Rotary flag;

22 Бесконтактный концевой выключатель.22 Non-contact limit switch.

Вакуумная установка для литья отливок лопаток с направленной и монокристаллической структурой (Фиг. 1), включает плавильную камеру 1, в которой размещаются печь с плавильным тигелем 3, печь подогрева форм 4, жидкометаллический кристаллизатор 9 и подъемный охлаждаемый стол 16 с внутренними охлаждаемыми полостями, шлюзовую камеру 2, предназначенную для загрузки в нее блока форм для перемещения его в плавильную камеру по направляющим рельсам 8 под заливку расплавом и обратной выгрузки залитого блока, без нарушения вакуума в плавильной камере, вакуумную систему 7 для создания рабочей среды-вакуума в плавильной камере 1, шлюзовой камере 2 и загрузочном устройстве 5, привод горизонтального перемещения 10 для перемещения блока форм по направляющим рельсам 8 в плавильную камеру из шлюзовой камеры и обратно для загрузки и выгрузки керамических форм. В механизме вертикального перемещения подъемного охлаждаемого стола 15 относительно жидкометаллического кристаллизатора 9 установлен датчик позиционирования стола 17, который останавливает движение стола при плотном контакте с дном жидкометаллического кристаллизатора 9, систему водяного охлаждения 12 для охлаждения элементов конструкции и комплектующих агрегатов, работающих при высокой температуре, тиристорный преобразователь частоты 14, обеспечивающий преобразование электрического тока промышленной частоты в переменный ток заданной частоты, питающий индукционную печь с плавильным тигелем 3, механизм перемещения охлаждаемого стола 15 (фиг. 3) устраняет зазор между печью подогрева форм 4 и жидкометаллическим кристаллизатором 9 при работе в ручном режиме, и осуществляет теплосъем от ванны жидкометаллического кристаллизатора при достижении заданного значения температуры на управляющей термопаре при автоматическом режиме. Обеспечение поддержания температуры кристаллизатора осуществляется, в том числе, за счет контакта с подъемным охлаждаемым столом 16, что обеспечивается датчиком позиционирования стола 17, который останавливает движение стола при плотном контакте с дном ванны жидкометаллического кристаллизатора 9. Усилие прижатия охлаждаемого стола ко дну ванны жидкометаллического кристаллизатора 9 регулируется расположением бесконтактного концевого выключателя 22.A vacuum installation for casting castings of blades with a directional and monocrystalline structure (Fig. 1) includes a melting chamber 1, which houses a furnace with a melting crucible 3, a mold heating furnace 4, a liquid metal crystallizer 9 and a lifting cooled table 16 with internal cooled cavities, an airlock chamber 2, designed for loading a block of molds into it for moving it into the melting chamber along guide rails 8 for pouring the melt and unloading the poured block back, without disturbing the vacuum in the melting chamber, vacuum system 7 for creating a working environment-vacuum in the melting chamber 1, lock chamber 2 and loading device 5, horizontal movement drive 10 for moving the mold block along guide rails 8 into the melting chamber from the lock chamber and back for loading and unloading ceramic molds. In the mechanism of vertical movement of the lifting cooled table 15 relative to the liquid metal crystallizer 9, a table positioning sensor 17 is installed, which stops the movement of the table in close contact with the bottom of the liquid metal crystallizer 9, a water cooling system 12 for cooling structural elements and component units operating at high temperatures, a thyristor converter frequency 14, which ensures the conversion of electric current of industrial frequency into alternating current of a given frequency, feeding the induction furnace with a melting crucible 3, the mechanism for moving the cooled table 15 (Fig. 3) eliminates the gap between the mold heating furnace 4 and the liquid metal crystallizer 9 when operating in manual mode, and removes heat from the liquid metal crystallizer bath when the set temperature value is reached on the control thermocouple in automatic mode. Maintaining the temperature of the crystallizer is carried out, among other things, due to contact with the lifting cooled table 16, which is ensured by the table positioning sensor 17, which stops the movement of the table in close contact with the bottom of the liquid metal crystallizer bath 9. The force of pressing the cooled table to the bottom of the liquid metal crystallizer bath 9 regulated by the location of the contactless limit switch 22.

Шлюзовая камера соединена с плавильной камерой через вакуумный затвор 13. В шлюзовой камере 2 находится подставка для установки форм, также размещены направляющие рельсы для перемещения каретки с блоком форм из шлюзовой камеры в плавильную камеру и обратно. На плавильной камере расположены термопарный ввод 11 и загрузочное устройство 5.The airlock chamber is connected to the melting chamber through a vacuum shutter 13. In the airlock chamber 2 there is a stand for installing molds, and there are also guide rails for moving the carriage with a block of molds from the airlock chamber to the melting chamber and back. On the melting chamber there is a thermocouple input 11 and a loading device 5.

Подъемный охлаждаемый стол 16 изготовлен из теплопроводного материала (например, из медного сплава) и имеет внутренние охлаждаемые полости. Площадь контакта подъемного охлаждаемого стола 16 с жидкометаллическим кристаллизатором 9 составляет не менее 0.75 площади поверхности дна ванны кристаллизатора 9, а в механизме вертикального перемещения стола 15 имеется датчик позиционирования стола 17 относительно кристаллизатора 9, который останавливает движение стола при плотном контакте с дном ванны.Lifting cooled table 16 is made of heat-conducting material (for example, copper alloy) and has internal cooled cavities. The contact area of the lifting cooled table 16 with the liquid metal crystallizer 9 is at least 0.75 of the surface area of the bottom of the crystallizer bath 9, and the mechanism for vertical movement of the table 15 has a positioning sensor of the table 17 relative to the crystallizer 9, which stops the movement of the table in close contact with the bottom of the bath.

Заявленная вакуумная установка для литья отливок, в том числе лопаток с направленной и монокристаллической структурой (фиг. 1, 2, 3, 4) работает следующим образом: в плавильной камере 1, шлюзовой камере 2, загрузочном устройстве 5 создается разряжение с помощью вакуумной системы 7. Перед вакуумированием устанавливается блок форм на каретки подвески, также заполняется плавильный тигель 3 шихтой. После достижения необходимого вакуума, производится расплавление шихты и заполнение расплавом форм. Далее с помощью механизма вертикального перемещения форм 6, с заданной скоростью производится опускание в жидкометаллический кристаллизатор 9 блока форм, заполненных расплавом, что способствует управляемой кристаллизации металла в формах.The claimed vacuum installation for casting castings, including blades with a directional and monocrystalline structure (Fig. 1, 2, 3, 4) operates as follows: in the melting chamber 1, airlock chamber 2, loading device 5, a vacuum is created using a vacuum system 7 Before vacuuming, a block of molds is installed on the suspension carriages, and the melting crucible 3 is also filled with charge. After achieving the required vacuum, the charge is melted and the molds are filled with the melt. Next, using the mechanism for vertical movement of molds 6, at a given speed, a block of molds filled with a melt is lowered into the liquid metal crystallizer 9, which promotes controlled crystallization of the metal in the molds.

Плавильная камера 1 предназначена для размещения в ней плавильного тигля 3, печи подогрева форм 4, жидкометаллического кристаллизатора 9 и подъемного охлаждаемого стола с внутренними охлаждаемыми полостями.The melting chamber 1 is designed to accommodate a melting crucible 3, a mold heating furnace 4, a liquid metal crystallizer 9 and a lifting cooled table with internal cooled cavities.

Шлюзовая камера 2 предназначена для загрузки в нее блока форм, перемещения его в плавильную камеру по направляющим рельсам под заливку металлом и обратной выгрузки залитого блока, без нарушения вакуума в плавильной камере.Sluice chamber 2 is designed to load a block of molds into it, move it into the melting chamber along guide rails for pouring metal and unload the poured block back, without breaking the vacuum in the melting chamber.

Плавильный тигель 3 предназначен для расплавления мерной шихтовой заготовки и образования расплава для последующей заливки форм.Melting crucible 3 is designed to melt a measured charge billet and form a melt for subsequent pouring of molds.

Печь подогрева форм 4 предназначена для нагрева керамических форм до заданной температуры, перед заливкой в него расплава.Mold heating furnace 4 is designed to heat ceramic molds to a given temperature before pouring the melt into it.

Загрузочное устройство 5 предназначено для загрузки в плавильный тигель 3 шихтовой заготовки.The loading device 5 is designed to load the charge billet into the melting crucible 3.

Механизм вертикального перемещения форм 6 предназначен для перемещения залитого блока форм из печи подогрева форм 4 в жидкометаллический кристаллизатор 9 с заданной скоростью.The mechanism for vertical movement of molds 6 is designed to move the poured block of molds from the mold heating furnace 4 into the liquid metal crystallizer 9 at a given speed.

Вакуумная система 7 предназначена для создания рабочей среды-вакуума в плавильной камере 1, шлюзовой камере 2 и загрузочном устройстве 5.The vacuum system 7 is designed to create a working vacuum environment in the melting chamber 1, the airlock chamber 2 and the loading device 5.

Блок откатной состоит из конденсаторной батареи, пульта измерительного и токоподводов с тремя трансформаторами.The recoil unit consists of a capacitor bank, a measuring panel and current leads with three transformers.

Жидкометаллический кристаллизатор 9 предназначен для обеспечения конвективного охлаждения кристаллизующейся отливки в процессе направленной кристаллизации. В качестве охладителя в кристаллизаторе находится алюминий или олово.The liquid metal crystallizer 9 is designed to provide convective cooling of the crystallizing casting during the process of directional crystallization. The crystallizer contains aluminum or tin as a coolant.

Привод горизонтального перемещения 10 предназначен для перемещения каретки с блоком форм по направляющим рельсам 8 в плавильную камеру 1 из шлюзовой камеры 2 и обратно для загрузки и выгрузки керамических форм.The horizontal movement drive 10 is designed to move the carriage with the block of molds along the guide rails 8 into the melting chamber 1 from the lock chamber 2 and back for loading and unloading ceramic molds.

Термопарный ввод 11 предназначен для соединения проводов термопар внутри установки с системой управления.Thermocouple input 11 is intended for connecting thermocouple wires inside the installation with the control system.

Система водяного охлаждения 12 предназначена для охлаждения элементов конструкции и комплектующих агрегатов, работающих при высокой температуре.The water cooling system 12 is designed to cool structural elements and components operating at high temperatures.

Затвор вакуумный 13 предназначен для обеспечения герметичности плавильной камеры 1 при открытии шлюзовой камеры 2.The vacuum valve 13 is designed to ensure the tightness of the melting chamber 1 when the airlock chamber 2 is opened.

Тиристорный преобразователь частоты 14 предназначен для преобразования электрического тока промышленной частоты в переменный ток заданной частоты питающий индукционную печь с плавильным тиглем 3.Thyristor frequency converter 14 is designed to convert electric current of industrial frequency into alternating current of a given frequency feeding an induction furnace with a melting crucible 3.

Механизм перемещения охлаждаемого стола 15 предназначен для устранения зазора между ППФ 4 и жидкометаллическим кристаллизатором 9 при работе в ручном режиме и осуществления теплосъема от ванны жидкометаллического кристаллизатора 9 при достижении заданного значения температуры на управляющей термопаре при автоматическом режиме. Обеспечение качественного теплосъема с кристаллизатора осуществляется, в том числе, за счет контакта с охлаждаемым столом, что обеспечивается концевым выключателем, который останавливает движение стола при плотном контакте с дном жидкометаллического кристаллизатора.The mechanism for moving the cooled table 15 is designed to eliminate the gap between the PPF 4 and the liquid metal crystallizer 9 when operating in manual mode and to remove heat from the bath of the liquid metal crystallizer 9 when the set temperature value is reached on the control thermocouple in automatic mode. Ensuring high-quality heat removal from the crystallizer is carried out, among other things, due to contact with the cooled table, which is ensured by a limit switch that stops the movement of the table in close contact with the bottom of the liquid metal crystallizer.

В механизме перемещения охлаждаемого стола 15 установлен датчик позиционирования стола 17 относительно кристаллизатора (см. фиг. 4), что исключает неплотное прилегание стола к кристаллизатору и повышает теплообмен между ними за счет теплопроводности между кристаллизатором и столом, позволяет повысить управляемость процессом поддержания температуры металла в кристаллизаторе и значительно увеличивает ресурс работы кристаллизатора.In the mechanism for moving the cooled table 15, a positioning sensor of the table 17 relative to the crystallizer is installed (see Fig. 4), which eliminates the loose fit of the table to the crystallizer and increases the heat exchange between them due to thermal conductivity between the crystallizer and the table, which makes it possible to increase the controllability of the process of maintaining the temperature of the metal in the mold and significantly increases the service life of the crystallizer.

Механизм перемещения охлаждаемого стола 15 изображенный на фиг. 3, устраняет зазор между печью подогрева форм и жидкометаллическим кристаллизатором при работе в ручном режиме путем подъема ванны кристаллизатора до контакта с ППФ. В этом режиме работы сигнал от датчика позиционирования 17 игнорируется системой. После устранения зазора производится регулировка регулировочных винтов тележки ванны кристаллизатора для фиксации ее в этом положении, после чего подъемный охлаждаемый стол 16 возвращается в исходное положение.The mechanism for moving the refrigerated table 15 shown in Fig. 3, eliminates the gap between the mold heating furnace and the liquid metal crystallizer when operating in manual mode by raising the crystallizer bath until it comes into contact with the PPF. In this operating mode, the signal from position sensor 17 is ignored by the system. After eliminating the gap, the adjusting screws of the mold bath trolley are adjusted to fix it in this position, after which the lifting cooled table 16 returns to its original position.

При работе в автоматическом режиме на дисплее системы управления задается значение температуры на управляющей термопаре ванны кристаллизатора, при достижении которой осуществляется подача сигнала от системы управления на мотор-редуктор 18 для осуществления подъема охлаждаемого стола. Подъемный охлаждаемый стол 16 имеет форму параллелепипеда с внутренней водоохлаждаемой полостью, подвод и отвод охлаждающей жидкости в которую осуществляется через штуцера 19. Сквозь подъемный охлаждаемый стол проходит датчик позиционирования стола 17 и выступает выше плоскости стола на 10-15 мм. При подъеме охлаждаемого стола к ванне кристаллизатора происходит нажатие дном ванны на датчик позиционирования 17, который, в свою очередь, вращает шток 20 с прикрепленным в нижней части поворотным флажком 21. При контакте стола с ванной поворотный флажок 21 доходит до бесконтактного концевого выключателя 22, который срабатывает и останавливает движение стола. Усилие прижатия стола к ванне кристаллизатора регулируется положением бесконтактного концевого выключателя 22 относительно вращения поворотного флажка. При снижении температуры в ванне кристаллизатора ниже заданного значения температуры на управляющей термопаре ванны кристаллизатора система управления дает сигнал на мотор-редуктор 18 для отвода подъемного охлаждаемого стола 16 от ванны кристаллизатора в исходное положение.When operating in automatic mode, the control system display sets the temperature value on the control thermocouple of the crystallizer bath, upon reaching which a signal is sent from the control system to the gear motor 18 to raise the cooled table. The lifting cooled table 16 has the shape of a parallelepiped with an internal water-cooled cavity, the supply and discharge of coolant into which is carried out through fittings 19. The table positioning sensor 17 passes through the lifting cooled table and protrudes above the table plane by 10-15 mm. When the cooled table is lifted to the crystallizer bath, the bottom of the bath presses on the positioning sensor 17, which, in turn, rotates the rod 20 with a rotary flag 21 attached at the bottom. When the table comes into contact with the bath, the rotary flag 21 reaches the contactless limit switch 22, which triggers and stops the movement of the table. The force of pressing the table against the crystallizer bath is regulated by the position of the contactless limit switch 22 relative to the rotation of the rotary flag. When the temperature in the crystallizer bath decreases below the set temperature value on the control thermocouple of the crystallizer bath, the control system sends a signal to the gear motor 18 to move the lifting cooled table 16 from the crystallizer bath to its original position.

Обеспечение качественного теплосъема с жидкометаллического кристаллизатора осуществляется методом теплопроводности, в том числе, за счет контакта с охлаждаемым столом, что обеспечивается датчиком позиционирования, который останавливает движение стола при плотном контакте с дном жидкометаллического кристаллизатора. Усилие прижатия охлаждаемого стола к ванне жидкометаллического кристаллизатора регулируется бесконтактным концевым выключателем.Ensuring high-quality heat removal from the liquid metal crystallizer is carried out by the method of thermal conductivity, including through contact with the cooled table, which is ensured by a positioning sensor that stops the movement of the table in close contact with the bottom of the liquid metal crystallizer. The force of pressing the cooled table against the liquid metal crystallizer bath is regulated by a contactless limit switch.

Claims

A vacuum installation for casting castings of blades with a directional and monocrystalline structure, containing a melting and airlock chambers, hermetically sealed to each other through a vacuum seal along the butt cavities with detachable connections, equipped with a water cooling system for structural elements and component units and a vacuum system,

a melting crucible, a mold heating furnace, a liquid metal crystallizer placed in the melting chamber, configured to contact a cooled copper table with internal cooled cavities located in the melting chamber,

thyristor frequency converter that powers the mold heating furnace and the melting crucible,

thermocouple input, a mechanism for vertical movement of molds and a loading device for feeding the charge into the melting crucible, located on the melting chamber,

guide rails mounted on brackets, ensuring movement along them of a carriage with a block of molds in the horizontal direction from the airlock chamber to the melting chamber and back, and the drive for horizontal movement of the carriage is located in the airlock chamber,

characterized in that it contains a mechanism for vertical movement of the cooled lifting table with a positioning sensor of the said table relative to the liquid metal mold, made protruding above the plane of the lifting cooled table, ensuring contact of the cooled lifting table with the liquid metal mold over a contact area of at least 0.75 of the bottom surface area liquid metal crystallizer.