RU79563U1

RU79563U1 - CRYSTALIZER

Info

Publication number: RU79563U1
Application number: RU2008138655/22U
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Скалдин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Русские сплавы"
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2009-01-10

Abstract

Кристаллизатор содержит цилиндрический корпус 1 с днищем 2, крышкой 4 и вертикальным валом 11, установленным в подшипниках 13 и снабженным приводом вращения. Корпус 1 и крышка 4 снабжены облицовкой, причем один слой 8 облицовки выполнен в виде футеровки шамотом, закрепленной термостойким клеем 9, а второй слой 10 облицовки выполнен из мелкозернистого графита. Подшипники 13 установлены в блоке 12, выполненном с возможностью подачи охлаждающей жидкости. Подшипники 13 вала 11 выполнены в виде конических радиально-упорных подшипников 13, а привод вращения вала 11 выполнен в виде ведомого шкива 18 гибкой, например, клиноременной передачи. Крышка 4 снабжена кольцевым выступом 6 для размещения в кольцевом пазу 5, дополнительно выполненном на фланце 19 корпуса 1. Днище 2 корпуса 1 выполнено с отверстием, в котором закреплена втулка 20 с коническим отверстием для установки вала 11. Блок 12 подшипников 13 снабжен комбинированными сальниками 14 представляющими собой графитовый шнур и металлорезиновые манжеты. Корпус 1 выполнен из жаростойкой стали; слой 10 облицовки в виде графита выполнен из мелкозернистого графита с толщиной, составляющей половину толщины облицовки 8 в виде футеровки шамотом. Слой 8 шамота выполнен толщиной 30 мм, а слой 10 графита - толщиной 15 мм. Кристаллизатор снабжен средствами контроля температуры корпуса и температуры кристаллизуемого расплава. При этом обеспечено получение сплава с заданной кристаллической структурой в гравитационном поле, повышено качество слитков благодаря исключению температурной деформации емкости, в которой происходит кристаллизация, и исключению взаимодействия слитка со стенками корпуса, обеспечено расширение функциональных возможностей благодаря расширению диапазона скоростей подшипников.The mold contains a cylindrical housing 1 with a bottom 2, a cover 4 and a vertical shaft 11 mounted in bearings 13 and provided with a rotation drive. The housing 1 and the lid 4 are provided with a lining, and one layer 8 of the lining is made in the form of a chamotte lining, fixed with heat-resistant adhesive 9, and the second layer 10 of the lining is made of fine-grained graphite. Bearings 13 are mounted in a block 12 configured to supply coolant. The bearings 13 of the shaft 11 are made in the form of tapered angular contact bearings 13, and the rotation drive of the shaft 11 is made in the form of a driven pulley 18 flexible, for example, V-belt drive. The cover 4 is provided with an annular protrusion 6 for placement in an annular groove 5, additionally made on the flange 19 of the housing 1. The bottom 2 of the housing 1 is made with a hole in which a sleeve 20 with a tapered bore for mounting the shaft 11 is fixed. The block 12 of the bearings 13 is equipped with combined seals 14 representing a graphite cord and metal-rubber cuffs. Case 1 is made of heat-resistant steel; the cladding layer 10 in the form of graphite is made of fine-grained graphite with a thickness of half the thickness of the cladding 8 in the form of a chamotte lining. Chamotte layer 8 is 30 mm thick, and graphite layer 10 is 15 mm thick. The mold is equipped with means for controlling the temperature of the body and the temperature of the crystallized melt. At the same time, it is possible to obtain an alloy with a given crystalline structure in a gravitational field, the quality of the ingots is improved due to the exclusion of temperature deformation of the vessel in which crystallization takes place and the interaction of the ingot with the walls of the housing is excluded, functionality is expanded due to the expansion of the speed range of bearings.

Description

Полезная модель относится к металлургическому производству и предназначена для получения из алюминиевых сплавов предпрокатных слитков с заданными характеристиками.The utility model relates to metallurgical production and is intended for the production of pre-rolled ingots with specified characteristics from aluminum alloys.

Известны способы и устройства для кристаллизации алюминиевых сплавов: RU №№1082310, 1088653, 2039830, 2055682, 53193, 2299924, 2312156.Known methods and devices for crystallization of aluminum alloys: RU No. 1082310, 1088653, 2039830, 2055682, 53193, 2299924, 2312156.

Известен кристаллизатор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с днищем, размещенное в нем перемешивающее устройство, состоящее из вертикального вала и укрепленных на нем по высоте лопастей, и привод вала, причем корпус снабжен установленной с зазором вокруг вала с лопастями цилиндроконической обечайкой, коническая суживающаяся книзу часть которой расположена над днищем, а каждая лопасть перемешивающего устройства состоит из двух изогнутых в виде части параболоида пластин, укрепленных вертикально и противоположно одна другой так, что их нижние кромки расположены на одной линии, при этом площадь одной пластины превышает площадь другой и каждая вышерасположенная лопасть повернута в горизонтальной плоскости относительно нижерасположенной на 40 50°С, а вал перемешивающего устройства установлен с возможностью вращения, причем нижние лопасти имеют участки, расположенные вне конической части обечайки, и выполнены так, что форма их нижних кромок аналогична форме днища корпуса (RU №2039830).A known mold containing a vertical cylindrical body with a bottom, a mixing device located in it, consisting of a vertical shaft and blades mounted thereon along the height of the shaft, and a shaft drive, the body being equipped with a cylindrical conical shell mounted with a gap around the shaft with blades, the conical part of which tapers downward located above the bottom, and each blade of the mixing device consists of two plates bent as part of a paraboloid, mounted vertically and oppositely to one another so that their lower edges are on the same line, while the area of one plate exceeds the area of the other and each upstream blade is rotated in the horizontal plane relative to the downstream one by 40-50 ° C, and the shaft of the mixing device is mounted for rotation, and the lower blades have sections located outside the conical part of the shell, and made so that the shape of their lower edges is similar to the shape of the bottom of the body (RU No. 2039830).

Недостатками известного технического решения является низкое качество слитков, связанное с неизбежно получаемым поликристаллическим строении, практически не имеющим доминирующей кристаллографической ориентации, а также сложность конструкции, связанная с необходимостью перемешивающего устройства.The disadvantages of the known technical solution is the low quality of the ingots, associated with the inevitably obtained polycrystalline structure, which has almost no dominant crystallographic orientation, as well as the complexity of the design associated with the need for a mixing device.

Наиболее близким к заявленному является техническое решение по RU №2312156, предполагающее решение задачи получения слитков из алюминиевых сплавов с заданной кристаллической структурой и с заданными характеристиками в гравитационном поле с использованием кристаллизатора на основе центрифуги, т.е. содержащее установленный с возможностью вращения цилиндрический корпус с днищем, крышкой и вертикальным валом, установленным в подшипниках и снабженным приводом вращения,Closest to the claimed one is the technical solution according to RU No. 2312156, which involves solving the problem of producing ingots from aluminum alloys with a given crystal structure and with given characteristics in a gravitational field using a centrifuge-based crystallizer, i.e. comprising a rotatably mounted cylindrical housing with a bottom, a cover and a vertical shaft mounted in bearings and provided with a rotation drive,

Недостатками известного технического решения является отсутствие конструктивного решения, обеспечивающего на практике получение сплава с заданной кристаллической структурой в гравитационном поле, неоднородность поверхностного слоя слитков, связанная с возможностью взаимодействия кристаллизуемого расплава со стенками корпуса в условиях гравитационного поля, в результате чего снижается качество слитка, быстрый износ корпуса под воздействием расплава в гравитационном поле, а также узость функциональных возможностей, обусловленная ограничением по скорости вращения.The disadvantages of the known technical solution is the lack of a constructive solution that ensures in practice the production of an alloy with a given crystal structure in a gravitational field, the inhomogeneity of the surface layer of ingots associated with the possibility of interaction of the crystallizable melt with the walls of the body in a gravitational field, resulting in reduced quality of the ingot, rapid wear housing under the influence of a melt in a gravitational field, as well as the narrowness of functionality due to speed limit.

Технической задачей полезной модели является создание эффективного кристаллизатора и расширение арсенала кристаллизаторов для алюминиевых сплавов.The technical task of the utility model is to create an effective mold and expand the arsenal of molds for aluminum alloys.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи состоит в том, что обеспечено практическое изготовление слитков из алюминиевых сплавов в гравитационном поле, повышено качество слитков благодаря исключению температурной деформации емкости, в которой происходит кристаллизация, взаимодействия слитка со стенками корпуса, обеспечена сохранность корпуса благодаря защите от высокотемпературного расплава, а также расширены функциональные возможности получения сплавов различной структуры благодаря расширению диапазона скоростей подшипников.The technical result that ensures the solution of the problem lies in the fact that the practical production of ingots from aluminum alloys in the gravitational field is ensured, the quality of the ingots is improved due to the exclusion of temperature deformation of the vessel in which crystallization occurs, the interaction of the ingot with the walls of the housing, the case is preserved due to protection from high temperature melt, as well as expanded functionality for producing alloys of various structures due to the expansion of the range speeds bearings.

Сущность полезной модели состоит в том, что кристаллизатор содержит установленный с возможностью вращения цилиндрический корпус с днищем, крышкой и вертикальным валом, установленным в подшипниках и снабженным The essence of the utility model is that the mold contains a rotatable cylindrical body with a bottom, a cover and a vertical shaft mounted in bearings and equipped with

приводом вращения, при этом корпус и крышка снабжены двухслойной облицовкой внутренней поверхности, причем один слой облицовки выполнен в виде футеровки шамотом, закрепленной термостойким клеем к стенкам корпуса, а второй слой облицовки выполнен из мелкозернистого графита, закрепленного термостойким клеем на футеровку, при этом подшипники установлены в блоке, выполненном с возможностью подачи охлаждающей жидкости.rotation drive, while the housing and the cover are provided with a two-layer cladding of the inner surface, and one cladding layer is made in the form of a chamotte lining fixed with heat-resistant adhesive to the walls of the housing, and the second cladding layer is made of fine-grained graphite fixed by heat-resistant adhesive to the lining, while the bearings are installed in a block configured to supply coolant.

Предпочтительно, подшипники выполнены в виде конических радиально-упорных подшипников, а привод вращения вала выполнен в виде ведомого шкива гибкой, например, клиноременной передачи; крышка снабжена кольцевым выступом для размещения в кольцевом пазу, дополнительно выполненном на фланце корпуса; днище корпуса выполнено с отверстием, в котором закреплена втулка с коническим отверстием для установки вала; блок подшипников снабжен комбинированными сальниками представляющие собой графитовый шнур и металлорезиновые манжеты; корпус выполнен из жаростойкой стали; слой облицовки в виде графита выполнен из мелкозернистого графита с толщиной, составляющей половину толщины облицовки в виде футеровки шамотом; слой шамота выполнен толщиной 30 мм, а слой графита - толщиной 15 мм; кристаллизатор снабжен средствами контроля температуры корпуса и температуры кристаллизуемого расплава.Preferably, the bearings are made in the form of tapered angular contact bearings, and the shaft rotation drive is made in the form of a driven pulley of a flexible, for example, V-belt drive; the cover is provided with an annular protrusion for placement in an annular groove, additionally made on the flange of the housing; the bottom of the housing is made with a hole in which a sleeve with a conical hole for mounting the shaft is fixed; the bearing block is equipped with combined oil seals representing a graphite cord and metal-rubber cuffs; the case is made of heat-resistant steel; the cladding layer in the form of graphite is made of fine-grained graphite with a thickness equal to half the thickness of the cladding in the form of a chamotte lining; the chamotte layer is 30 mm thick, and the graphite layer is 15 mm thick; the mold is equipped with means for controlling the temperature of the body and the temperature of the crystallized melt.

На чертеже изображена конструктивная схема кристаллизатора.The drawing shows a structural diagram of the mold.

Кристаллизатор состоит из емкости для кристаллизации расплава в виде цилиндрического корпуса 1 с размерами, например: диаметр 1000 мм, высота 400 мм, толщина стенки 25 мм. В нижней части корпуса 1 вварено днище 2 толщиной 25 мм из жаростойкой стали 12Х18Н10Т. Высота корпуса 1 равна, например, 400 мм. Верхняя часть корпуса 1 снабжена фланцем 19, в котором сделаны восемь резьбовых отверстий 3 с резьбой М14 для крепления крышки 4 толщиной равной, например, 15 мм. Фланец 19 имеет кольцевой паз (выточку) 5, а в крышке 4 выполнен кольцевой выступ 6, который при закручивании болтов 7 входит в паз 5 и тем самым придает необходимую жесткость верхней части корпуса 1 кристаллизатора.The mold consists of a vessel for crystallizing the melt in the form of a cylindrical body 1 with dimensions, for example: diameter 1000 mm, height 400 mm, wall thickness 25 mm. In the lower part of the housing 1, a bottom 2 is welded into it with a thickness of 25 mm from heat-resistant steel 12X18H10T. The height of the housing 1 is, for example, 400 mm. The upper part of the housing 1 is provided with a flange 19, in which eight threaded holes 3 with M14 thread are made for fastening the cover 4 with a thickness equal to, for example, 15 mm. The flange 19 has an annular groove (undercut) 5, and in the lid 4 an annular protrusion 6 is made, which, when the bolts 7 are tightened, enters the groove 5 and thereby gives the necessary rigidity to the upper part of the mold body 1.

Внутренняя поверхность корпуса 1 и днища 2 имеют двухслойную облицовку внутренней поверхности, т.е. футерованы слоем 8 легковесного шамота толщиной, например, 30 мм. Шамот - огнеупорная глина (или каолин), обожженная до потери пластичности и удаления химически связанной воды. Слой 8 шамота крепится слоем 9 термостойкого клея. После высыхания клея поверхности слоя 9 предварительно протачиваются для устранения радиального и торцевого биения с целью исключить дисбаланс всей конструкции. На проточенную поверхность, с помощью термостойкого клея крепится второй слой 10 футеровки из мелкозернистого графита марки МГП-7 толщиной, например, 15 мм. После высыхания клея поверхность слоя 10 окончательно протачиваются с условием получением уклона в 3 градуса на боковой поверхности и 1 градус на днище 2.The inner surface of the housing 1 and the bottom 2 have a two-layer lining of the inner surface, i.e. lined with a layer 8 of lightweight fireclay with a thickness of, for example, 30 mm Fireclay - refractory clay (or kaolin), burned to a loss of plasticity and removal of chemically bound water. Layer 8 fireclay is attached by a layer 9 of heat-resistant glue. After the adhesive has dried, the surfaces of the layer 9 are pre-machined to eliminate radial and end runout in order to eliminate the imbalance of the entire structure. The second layer 10 of the lining of fine-grained graphite grade MGP-7, for example, 15 mm thick, is attached to the machined surface using heat-resistant glue. After the glue has dried, the surface of the layer 10 is finally ground with the condition of obtaining a slope of 3 degrees on the side surface and 1 degree on the bottom 2.

В днище 2 корпуса 1 вварена втулка 20 с коническим отверстием (не обозначено), в которое входит вал 11 кристаллизатора, являющийся, по сути, осью вращения. Корпус 1 фиксируется на валу 11 гайкой (не изображена) с возможностью совместного с валом 11 вращения. Вал 11 установлен в подшипниках для чего вертикально входит в блок 12 подшипников в котором находятся два конических радиально-упорных подшипника 13. В верхней и нижней части блока 12 подшипников установлены комбинированные сальники 14 представляющие собой графитовый шнур 15 и металлорезиновые (резинометаллические) манжеты 16, предназначенные для герметизации блока 12 подшипников в котором циркулирует охлаждающая жидкость, например, высокотемпературное масло. Масло в свою очередь поступает в бак (не изображен), который сделан из алюминия. При прокачке масла бак забирает тепло нагретого масла, охлаждая его. Циркуляция масла происходит с помощью насоса (не изображен), установленного в этом баке.A sleeve 20 with a tapered bore (not indicated) is welded into the bottom 2 of the housing 1, into which the mold shaft 11 enters, which is essentially the axis of rotation. The housing 1 is fixed on the shaft 11 with a nut (not shown) with the possibility of joint rotation with the shaft 11. The shaft 11 is mounted in bearings for which it vertically enters the block of bearings 12 in which there are two tapered angular contact bearings 13. In the upper and lower parts of the block of bearings 12, combined glands 14 are made up of graphite cord 15 and metal-rubber (rubber-metal) cups 16 designed to seal the block 12 of the bearings in which the coolant circulates, for example, high-temperature oil. Oil, in turn, enters the tank (not shown), which is made of aluminum. When pumping oil, the tank takes the heat of the heated oil, cooling it. The oil is circulated by a pump (not shown) installed in this tank.

В нижней части вала 11 установлен ведомый шкив 18, на который через гибкую клиноременную передачу (не изображена) передается вращение, например, от двигателя постоянного тока мощностью 12 КВт (не изображен). Контроль и управление кристаллизатором осуществляются с пульта (не изображен), позволяющего изменять и контролировать обороты In the lower part of the shaft 11, a driven pulley 18 is installed, to which rotation is transmitted through a flexible V-belt drive (not shown), for example, from a 12 kW direct current motor (not shown). Control and control of the mold are carried out from the remote control (not shown), allowing you to change and control the speed

кристаллизатора, контролировать температуру корпуса 1 перед заливкой расплава и температуру самого расплава с момента заливки до момента извлечения готового слитка.mold, control the temperature of the housing 1 before pouring the melt and the temperature of the melt from the moment of pouring until the extraction of the finished ingot.

Кристаллизатор работает следующим образом.The mold works as follows.

В предварительно прогретый кристаллизатор, вращающийся с определенной скоростью, необходимой для ориентации расплава по наружному диаметру днища 2, через отверстие в крышке 4 заливается расплав алюминия с температурой порядка 750-900С. Облицовка из слоев 8, 10 не допускает резкого нагрева и температурной деформации корпуса 1. Сразу после окончания процесса заливки обороты вала 11 с корпусом 1 кристаллизатора повышаются до значения, соответствующего значению перегрузки в расплаве в диапазоне 120-250G под действием центробежной силы.In a pre-heated mold, rotating at a certain speed necessary to orient the melt along the outer diameter of the bottom 2, an aluminum melt with a temperature of about 750-900C is poured through an opening in the lid 4. The lining of layers 8, 10 does not allow sharp heating and thermal deformation of the housing 1. Immediately after the casting process, the revolutions of the shaft 11 with the mold housing 1 increase to a value corresponding to the value of the overload in the melt in the range of 120-250G under the action of centrifugal force.

При прокачке масла через блок 12 отбирается тепло, охлаждая корпус 1 с расплавом. Подача охлаждающей жидкости в блок 12 позволяет подшипникам 13 работать в таком широком диапазоне угловых скоростей. Таким образом, кристаллизацию расплава сопровождает мощное гравитационное поле. Влияние гравитационного поля на кристаллизующийся расплав аналогично созданию соответствующих полей переохлаждений в нем. Воздействие гравитационного поля интенсифицирует диффузионные процессы в расплаве алюминиевого сплава, что приводит к получению твердых растворов типа внедрения-замещения с минимальным выделением эвтектики.When pumping oil through the block 12, heat is taken, cooling the housing 1 with the melt. The supply of coolant to the block 12 allows the bearings 13 to operate in such a wide range of angular velocities. Thus, crystallization of the melt is accompanied by a powerful gravitational field. The influence of the gravitational field on the crystallizing melt is similar to the creation of the corresponding subcooling fields in it. The influence of the gravitational field intensifies the diffusion processes in the molten aluminum alloy, which leads to the formation of solid solutions of the type of interstitial-substitution with minimal emission of eutectic.

В результате слиток даже при несколько поликристаллическом строении имеет доминирующую кристаллографическую ориентацию в заданном направлении, составляющую не менее 80-85% от всех возможных ориентировок. Время жизни расплава, равно 12-15 с/кг. Слои 8-10 выполнены из пассивных аморфных материалов и обеспечивают сохранность корпуса 1 от схватывания с алюминием при воздействии гравитационного поля, защищают расплав и затем слиток от попадания примесей из кристаллической решетки материала корпуса 1.As a result, the ingot, even with a somewhat polycrystalline structure, has a dominant crystallographic orientation in a given direction, comprising at least 80-85% of all possible orientations. The melt lifetime is 12-15 s / kg. Layers 8-10 are made of passive amorphous materials and ensure the safety of the housing 1 from seizing with aluminum when exposed to a gravitational field, protect the melt and then the ingot from ingress of impurities from the crystal lattice of the material of the housing 1.

После кристаллизации расплава (перехода в твердое состояние) обороты вала 11 кристаллизатора поддерживаются определенное время необходимое для достижения слитком заданного значения температуры и затем снижаются до полной остановки корпуса 1 кристаллизатора.After crystallization of the melt (transition to a solid state), the revolutions of the mold shaft 11 are maintained for a certain time necessary for the ingot to reach a predetermined temperature and then decrease until the mold body 1 stops completely.

В корпусе 1 получается слиток кольцевой формы, который при достижении корпусом 1 кристаллизатора определенной температуры извлекается после открывания крышки 4 с помощью специального приспособления. Соотношение «К» наружного диаметра слитка к его высоте находится в диапазоне от 2,5 до 10, а толщина стенки слитка определяется, предпочтительно, как произведение К×20.In the case 1, a ring-shaped ingot is obtained, which, when the case 1 reaches a crystallizer of a certain temperature, is removed after opening the lid 4 using a special device. The ratio "K" of the outer diameter of the ingot to its height is in the range from 2.5 to 10, and the wall thickness of the ingot is determined, preferably, as the product K × 20.

В результате обеспечивается наилучшее сочетание прочности и пластичности получаемого сплава: предел прочности 320-330 мПа при относительном удлинении 30-40%. Получаемый материал может быть использован в качестве конструкционного материала для автомобильной промышленности.The result is the best combination of strength and ductility of the obtained alloy: tensile strength of 320-330 MPa with a relative elongation of 30-40%. The resulting material can be used as a structural material for the automotive industry.

Таким образом, создан эффективный кристаллизатор, обеспечивающий на практике получение сплава с заданной кристаллической структурой в гравитационном поле, и расширен арсенал кристаллизаторов для алюминиевых сплавов.Thus, an effective crystallizer was created, which in practice provides an alloy with a given crystal structure in a gravitational field, and the arsenal of crystallizers for aluminum alloys is expanded.

При этом повышено качество слитков благодаря исключению температурной деформации емкости, в которой происходит кристаллизация, и исключению взаимодействия слитка со стенками корпуса, обеспечено расширение функциональных возможностей благодаря расширению диапазона скоростей подшипников.At the same time, the quality of the ingots is improved due to the exclusion of temperature deformation of the container in which crystallization takes place and the interaction of the ingot with the walls of the housing is excluded, the functionality is expanded due to the expansion of the speed range of the bearings.

Claims

1. A mold comprising a rotatable cylindrical body with a bottom, a cover and a vertical shaft mounted in bearings and provided with a rotation drive, characterized in that the body and the cover are provided with a two-layer cladding of the inner surface, and one cladding is made in the form of a chamotte lining, fixed with heat-resistant adhesive to the walls of the housing, and the second layer of cladding is made of fine-grained graphite, fixed with heat-resistant adhesive on the lining, while the bearings are installed in a unit configured to supply coolant.

2. The mold according to claim 1, characterized in that the bearings are made in the form of tapered angular contact bearings, and the shaft rotation drive is made in the form of a driven pulley of a flexible, for example, V-belt drive.

3. The mold according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the cover is provided with an annular protrusion for placement in an annular groove, additionally made on the housing flange.

4. The mold according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the bottom of the housing is made with a hole in which a sleeve with a tapered hole for mounting the shaft is fixed.

5. The mold according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the bearing block is equipped with combined gaskets, which are a graphite cord and metal-rubber cuffs.

6. The mold according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the housing is made of heat-resistant steel.

7. The mold according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the cladding layer in the form of graphite is made of fine-grained graphite with a thickness equal to half the thickness of the cladding in the form of a chamotte lining.

8. The mold according to claim 7, characterized in that the chamotte layer is 30 mm thick and the graphite layer is 15 mm thick.

9. The mold according to any one of claims 1 and 2, characterized in that it is equipped with means for controlling the temperature of the body and the temperature of the crystallized melt.