WO2017082766A1 - Устройство и способ производства металлургических заготовок с пористой структурой - Google Patents

Устройство и способ производства металлургических заготовок с пористой структурой Download PDF

Info

Publication number
WO2017082766A1
WO2017082766A1 PCT/RU2016/000666 RU2016000666W WO2017082766A1 WO 2017082766 A1 WO2017082766 A1 WO 2017082766A1 RU 2016000666 W RU2016000666 W RU 2016000666W WO 2017082766 A1 WO2017082766 A1 WO 2017082766A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
melt
mold
casting
autoclave
gas
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000666
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Андрей Витальевич ЕЛИСЕЕВ
Цоло Вълков РАШЕВ
Original Assignee
Андрей Витальевич ЕЛИСЕЕВ
Цоло Вълков РАШЕВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Витальевич ЕЛИСЕЕВ, Цоло Вълков РАШЕВ filed Critical Андрей Витальевич ЕЛИСЕЕВ
Publication of WO2017082766A1 publication Critical patent/WO2017082766A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/04—Low pressure casting, i.e. making use of pressures up to a few bars to fill the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/09—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using pressure

Definitions

  • the invention relates to the metallurgical and foundry industries and is intended for the production of foam metals and foam alloys under gas pressure, in vacuum, in atmospheric conditions and in a special gas environment.
  • Powders of aluminum or its alloys are used as the starting material, which are mixed with porophore (this substance releases gas when heated), for example, titanium hydride.
  • porophore this substance releases gas when heated
  • titanium hydride for example, titanium hydride.
  • the resulting semi-finished product is subjected to heating for foaming, the gas forms a foam structure in the metal.
  • the process ends with cooling of the material, and the foam structure stabilizes with closed pores.
  • the foam fills the free space of the mold, and after cooling, the desired part with closed porosity is obtained.
  • a disadvantage of the known methods is the complexity, the inability to obtain spherical pores, the limited range of metals used, low productivity
  • a device is known [Rasheval. A., Petkantchin LT Pat. 2001 / 6887.23 august 2001, Equipmentfor Productionand Casting of AIlous, Republic of South Africa] for the production and casting of metals and alloys under gas pressure, in vacuum and under atmospheric conditions or in a special gas environment that can be used for the production of monolithic (mono) ingots, remelted electrodes and castings of steels alloyed with high concentrations of nitrogen and easily evaporating elements such as Ca, Pb, Mg, Zn, and others.
  • the installation includes a furnace and casting autoclaves, a hermetic capsule with a sprue tube, which can be hermetically made in one piece or hermetically autonomous with a hermetic connection to each other.
  • a furnace and casting autoclaves There is an induction furnace in the furnace autoclave, and in the casting furnace there is a set of ingot molds for mono-ingots, remelted electrodes or a mold.
  • the furnace and casting autoclaves can have a common working space and, if necessary, the autoclaves can be autonomously separated from one another by means of two gas-tight gates.
  • a vertically sealed capsule with a metallurgical or casting set moves, which may have autonomous gas pressure (independent of the total working pressure in the casting autoclave or the common pressure vessel formed by the furnace and casting autoclaves).
  • the mold (mold) is located in the filling capsule, into which liquid metal is poured antigravitationally.
  • the sprue tube is sealed to the capsule.
  • the upper and lower movable platforms move along horizontal rail tracks, while the furnace and casting autoclaves move vertically by lifts.
  • the disadvantages of the known installation are the inability to obtain foam metals and foam alloys.
  • the technical result which is achieved by the proposed method for the production of metallurgical billets with a porous structure and a device for its implementation, consists in increasing productivity, reducing energy consumption in the production of a wide range of metallurgical billets with a porous structure.
  • the technical result in the implementation of the method is achieved by the fact that in the method for the production of metallurgical billets with a porous structure, a metal melt saturated with gas or vapor added to the melt of the material is obtained, the melt is fed into the mold or the shape of the autoclave after the set pressure is reached through the sprue tube, after reaching the specified level of the melt, the casting is stopped to crystallize the required wall thickness, reduce or maintain pressure in the mold or the shape of the autoclave To boil the melt and crystallize it.
  • At least one part of the metallurgical billet may be located, which is heated from the supply side of the melt before interacting with the melt.
  • the preform can be subjected to plastic deformation to change the shape of the pores.
  • a tube blank with a porous core can be obtained in a casting autoclave for tube piercing or mechanical core removal.
  • a device for the production of metallurgical billets with a porous structure containing a movable furnace autoclave and a casting autoclave with at least one mold or mold, mating with each other by a corresponding gate pipe and a locking system, is equipped with a device for draining excess boiled melt into the receiving tank.
  • a movable heater can be equipped with a heater located in the mold or in the form of a metallurgical billet and a gas-permeable lid covering the mold or mold.
  • FIG. 1 shows a general view of the device
  • FIG. 2 - the resulting porous structure
  • the device comprises a sealed pouring capsule 1 placed in a filling autoclave under gas pressure ⁇ , in which a mold (mold) 2 is placed for receiving a metal casting 3 with a porous structure, a receiving container 4 for excess boiling melt leaving the chute 5 and liquid foam alloy level sensors (not shown in the drawings) used to stop the casting process with subsequent change (conservation) of gas pressure in the capsule 1.
  • the device also includes a cover 6 and a heater 7 of parts 8 and 9 of the metallurgical billet.
  • a feature of the invention is the control of the pressure of the working gas ⁇ in the filling capsule 1, which ensures boiling of the liquid foam alloy and the creation of a fundamentally new structure (foam structure) of ingots and castings.
  • the metal melt saturated with gas (nitrogen) or vapors of the material added to the melt (calcium, magnesium, zinc and other low-melting materials) is fed through the sprue pipe 10 due to the pressure difference Pz and P lt.
  • the casting stops the specified time required for crystallization of the required wall thickness, the pressure in the capsule 1 decreases (remains) and the melt saturated with gases boils, part of it flows into the receiving tank 4, and in the middle part of the ingot is formed istaya foam structure (see FIG. 2).
  • parts 8 and 9 of the workpiece are placed, which occupy part of the working space of the mold 2.
  • the heater 7 is lowered to heat the internal surfaces of parts 8 and 9.
  • the heater 7 rises and a melt is supplied from below to form the middle porous part of the metallurgical billet.
  • the proposed method allows to obtain closed sphere-shaped pores, because the temperature of the walls of the mold 2 is low at about 20 ° C, which ensures the complete solubility of nitrogen and vapors of the added material, and moving away from the walls to the center of the ingot (casting), the melt temperature is higher and the solubility of gas and vapors decreases, which contributes to the growth of porosity (Fig. 2 ) If necessary, the shape of the pores can be changed by deformation of the resulting workpiece.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Способ производства металлургических заготовок с пористой структурой относится к металлургической промышленности и предназначен для производства пенометаллов и пеносплавов под газовым давлением, в вакууме, в атмосферных условиях и в специальной газовой среде. Особенностью изобретения является управление давлением рабочего газа Р3 в разливочной капсуле 1, что обеспечивает вскипание жидкого пеносплава и создание принципиально новой структуры (пеноструктуры) слитков и отливок. Металлический расплав, насыщенный газом (азотом) или парами добавленного в расплав материала (кальций, магний, цинк и другие легкоплавящиеся материалы) подается по литниковой трубе 10 за счет разности давлений Р3 и P2. После достижения заданного уровня расплава в изложнице 2, разливка останавливается на заданное время, необходимое для кристаллизации требуемой толщины стенок, давление в капсуле уменьшается (сохраняется) и перенасыщенный газами расплав вскипает, часть его вытекает в приемную емкость 4, а в среднем слое слитка формируется пористая пеноструктура.

Description

УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ
ЗАГОТОВОК С ПОРИСТОЙ СТРУКТУРОЙ
Изобретение относится к металлургической и литейной промышленности и предназначено для производства пенометаллов и пеносплавов под газовым давлением, в вакууме, в атмосферных условиях и в специальной газовой среде.
Известна порошковая технология производства пеноалюминия, разработанная Институтом Фраунгофера. В качестве исходного материала используются порошки алюминия или его сплавов, которые смешиваются с порофором (при нагреве это вещество выделяет газ), например, гидридом титана. Полученный полуфабрикат подвергают нагреву для вспенивания, газ образует в металле пенную структуру. После достижения желаемого увеличения объема процесс заканчивается охлаждением материала, и пенная структура стабилизируется с закрытыми порами. При нагреве пена заполняет свободное пространство формы, и после охлаждения получается желаемая деталь с закрытой пористостью.
Известен также способ, который заключается в заливке капсулы с наполнителем расплавленным металлом. После удаления наполнителя остается тело с открытыми порами, соединенными между собой. Путем выбора наполнителя можно варьировать плотность материала и морфологию пор в широких пределах. Современные технологии делят процесс производства на четыре стадии.
1. Подготовка наполнителя, при этом предпочтительно применять неорганические гранулы, но можно также использовать засыпку из органических материалов.
2. Инфильтрация засыпки наполнителя металлом. Чтобы обеспечить сквозное заполнение промежутков между гранулами, инфильтрацию проводят под повышенным давлением или под разряжением.
3. Удаление материала наполнителя путем растворения или выбивания.4. Обточка полученной пористой заготовки, резка на требуемые размеры или другая механообработка. С. Цукров. к.т.н. Уральский рынок металлов JNfe 11. ноябрь 2009.
Недостатком известных способов является сложность, невозможность получения сферообразных пор, ограниченная номенклатура используемых металлов, низкая производительность
Известно устройство [Rasheval. A., Petkantchin L.T. Pat. 2001/6887.23 august 2001, Equipmentfor Productionand Casting of AIlous, Republic of South Africa] для производства и разливки металлов и сплавов под газовым давлением, в вакууме и при атмосферных условиях или в специальной газовой среде, которое может бытьт использовано для производства монолитных (моно) слитков, переплавляемых электродов и литья сталей, легированных высокими концентрациями азота и легко испаряющимися элементами, такими как Са, Pb, Mg, Zn, и другими. Установка включает печной и разливочный автоклавы, герметическую капсулу с литниковой трубой, которые могут быть герметично выполнены за одно целое или герметично автономными с герметичным соединением между собой. В печном автоклаве находится индукционная печь, а в разливочном - комплект изложниц для монослитков, переплавляемых электродов или литейная форма. Печной и разливочный автоклавы могут иметь общее рабочее пространство и при необходимости автоклавы могут автономно разделяться один от другого с помощью двух газоплотных шиберов. В разливочном автоклаве движется вертикально герметичная капсула с металлургическим или литейным комплектом, которая может иметь автономное газовое давление (независимое от общего рабочего давления в разливочном автоклаве или общего сосуда под давлением, образованным печным и разливочным автоклавами). В разливочной капсуле расположена изложница (форма), в которую антигравитационно заливается жидкий металл. Литниковая труба закреплена герметично к капсуле. Верхние и нижние подвижные платформы передвигаются по горизонтальным рельсовым путям, а печной и разливочные автоклавы передвигаются вертикально подъемниками.
Недостатками известной установки являются невозможность получения пенометаллов и пеносплавов. Технический результат, на достижение которого направлены предлагаемые способ производства металлургических заготовок с пористой структурой и устройство для его осуществлениязаключается в повышении производительности, уменьшении энергоемкости при производстве широкого ассортимента металлургических заготовок с пористой структурой.
Технический результат при реализации способа достигается тем, что в способе производства металлургических заготовок с пористой структурой получают металлический расплав, насыщенный газом или парами добавленного в расплав материала, расплав за счет разницы в давлении через литниковую трубу подают в изложницу или форму разливочного автовклава, после достижения заданного уровня расплава разливку останавливают для кристаллизации требуемой толщины стенок, уменьшают или сохраняют давление в изложнице или форме разливочного автовклава для вскипания расплава и осуществляют его кристаллизацию.
В изложнице или формеможет быть расположена, по крайней мере, одна часть металлургической заготовки, которую до взаимодействия с расплавом нагревают со стороны подачи расплава.
Заготовка может бытьподвергнута пластической деформации для изменения формы пор.
В разливочном автоклаве может быть получена трубная заготовка с пористой сердцевиной для трубной прошивки или механического изъятия сердцевины. Устройство для производства металлургических заготовок с пористой структурой, содержащее перемещаемые печной автоклав и разливочный автоклав с, по крайней мере, одной изложницей или формой, сопрягаемые между собой соответствующей литниковой трубой и запорной системой, снабжено приспособлением для слива в приемную емкость излишка вскипевшего расплава.
В разливочном автоклаве с возможностью перемещения могут быть установлены нагреватель, расположенной в изложнице или форме металлургической заготовки и газопроницаемая крышка, закрывающая изложницу или форму.
Сущность изобретений поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан общий вид устройства, на фиг. 2 - получаемая пористая структура, на фиг. 3 - устройство с нагревателем.
Устройство содержит размещенную в разливочном автоклаве герметичную разливочную капсулу 1 под газовым давлением Рз, в которой размещена изложница (форма) 2 для получения отливки 3 металла с пористой структурой, приемную емкость 4 для излишка вскипевшего расплава, выходящего по желобу 5 и датчики контроля уровня жидкого пеносплава (на чертежах не показаны), используемые для остановки процесса разливки с последующим изменением(сохранением) давления газа в капсуле 1. Устройство также содержит крышку 6 и нагреватель 7 частей 8 и 9 металлургической заготовки.
Особенностью изобретений является управление давлением рабочего газа Рз в разливочной капсуле 1, что обеспечивает вскипание жидкого пеносплава и создание принципиально новой структуры (пеноструктуры) слитков и отливок.
Металлический расплав, насыщенный газом (азотом) или парами добавленного в расплав материала (кальций, магний, цинк и другие легкоплавящиеся материалы)подается по литниковой трубе 10 за счет разности давлений Рз и Plt После достижения заданного уровня расплава в изложнице 2, разливка останавливается на заданное время, необходимое для кристаллизации требуемой толщины стенок, давление в капсуле 1 уменьшается (сохраняется) и перенасыщенный газами расплав вскипает, часть его вытекает в приемную емкость 4, а в средней части слитка формируется пористая пеноструктура (см. фиг.2).
При изготовлении сплавов в изложнице 2 размещаются части 8 и 9 заготовки, которые занимают часть рабочего пространства изложницы 2. Между нимиманипулятором опускается нагреватель 7 для нагрева внутреннх поверхностей частей 8 и 9. После достижения заданной температуры (разная для различных металлов и сплавов) нагреватель 7 поднимается и снизу подается расплав для формирования средней пористой части металлургической заготовки. Предлагаемый способ позволяет получить закрытые сферообразные поры, т.к. температура стенок изложницы 2 невысокая около 20°С, что обеспечивает полную растворимость азота и паров добавленного материала, а отходя от стенок к центру слитка (отливки) температура расплава является более высокой и растворимость газа и паров уменьшается, что способствует росту пористости (фиг. 2). При необходимости форма пор может быть изменена путем деформации полученной заготовки.
Способ имеет следующие преимущества:
- повышение выхода годного (сплава) в слитках спокойной стали за счет устранения усадочной раковины (создается принципиально новая структура спокойной стали типа кипящей и полуспокойной стали). Это проблема национального и мирового значения - спокойные стали составляют более 90% всех сталей в мире (мировое производство сталей превышает 1.5 миллиарда тонн). Значительная часть данных сталей - слитки.
- производительность сталеплавильных установок по методу Большой сталеплавильной ванны не изменяется при производстве упомянутых новых продуктов;
- производство двух- и трехслойного слитка с обеспечением идеальной (металлургической) связи между тремья слоями, без механических связей или сварки; U2016/000666
- при производстве слитков для труб уменьшается себестоимость выпускаемой продукции (за счёт уменьшения расходов наэлектроэнергию, на прошивные дорогие инструменты, на экзотермические смеси и т.д.).
- полная утилизация сплава, вытекающего в приемную емкость (-ти) в виде слитков, отливок, болванок.
Простым управлением рабочим давлением газа (например - снятием части давления) достигается ряд существенных технических и экономических преимуществ.

Claims

Формула изобретения
1. Способ производства металлургических заготовок с пористой структурой, включающий получение металлического расплава, насыщенного газом или парами добавленного в расплав материала, подачу расплава за счет разницы давлений в печном и разливочном автоклаве, через литниковую трубу в литейную форму, размещенную в разливочном автоклаве, остановку разливки после достижения расплавом заданного уровня, кристаллизацию стенок заготовки до заданной толщины и управление давлением рабочего газа в разливочном автовклаве с обеспечением вскипания расплава в литейной форме, слива излишков вскипевшего расплава из литейной формы в приемную емкость и дальнейшей кристаллизации части заготовки с пористой структурой.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед подачей металлического расплава в литейную форму помещают, по меньшей мере, одну часть металлургической заготовки, которую нагревают со стороны подачи расплава.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что изменяют форму пор полученной заготовки путём пластической деформации.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают заготовку в виде трубную заготовку с пористой сердцевиной.
5. Устройство для производства металлургических заготовок с пористой структурой, содержащее перемещаемые печной автоклав и разливочный автоклав с, по крайней мере, одной литейной формой, сопряженные между собой литниковой трубой с запорной системой, и приемную емкость для излишков вскипевшего расплава с приспособлением для их слива из литейной формы.
6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно снабжено размещёнными в разливочном автоклаве и установленными с возможностью перемещения нагревателем, расположенной в литейной форме металлургической заготовки и газопроницаемой крышкой, закрывающей литейную форму.
PCT/RU2016/000666 2015-11-11 2016-10-05 Устройство и способ производства металлургических заготовок с пористой структурой WO2017082766A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148452A RU2605720C9 (ru) 2015-11-11 2015-11-11 Способ производства металлургических заготовок с пористой структурой и устройство для его осуществления
RU2015148452 2015-11-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017082766A1 true WO2017082766A1 (ru) 2017-05-18

Family

ID=57793724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000666 WO2017082766A1 (ru) 2015-11-11 2016-10-05 Устройство и способ производства металлургических заготовок с пористой структурой

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2605720C9 (ru)
WO (1) WO2017082766A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992019400A1 (en) * 1991-04-29 1992-11-12 Dmk Tek, Inc. Method and apparatus for manufacturing porous articles
RU1822374C (ru) * 1990-10-22 1993-06-15 Институт Проблем Литья Ану Способ лить газонасыщенных сплавов под переменным газовым давлением
WO2015059531A1 (en) * 2013-10-24 2015-04-30 Instytut Odlewnictwa The pressure reactor for producing materials having directed porosity

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1321517A1 (ru) * 1985-12-23 1987-07-07 Владимирский политехнический институт Способ лить под регулируемым давлением
ZA200106887B (en) * 2001-08-21 2002-02-07 High Nitrogen Steel Pty Ltd Equipment for production and casting of alloys.

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1822374C (ru) * 1990-10-22 1993-06-15 Институт Проблем Литья Ану Способ лить газонасыщенных сплавов под переменным газовым давлением
WO1992019400A1 (en) * 1991-04-29 1992-11-12 Dmk Tek, Inc. Method and apparatus for manufacturing porous articles
WO2015059531A1 (en) * 2013-10-24 2015-04-30 Instytut Odlewnictwa The pressure reactor for producing materials having directed porosity

Also Published As

Publication number Publication date
RU2605720C1 (ru) 2016-12-27
RU2605720C9 (ru) 2017-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104475693B (zh) 一种大型钢锭的还原浇铸复合方法及其装置
CN105312513B (zh) 一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法
CN110284030B (zh) 一种超声波辅助铸造装置及制造铝锂合金的方法
CN101504249B (zh) 一种多功能真空-正压熔炼凝固设备
CN105583396A (zh) 一种制造半固态轻合金铸件的低压铸造一步法
CN101428334B (zh) 一种金属锭的浇铸装置
CN104785757A (zh) 一种多芯还原多包共浇复合浇铸大型钢锭的方法及装置
CN102601342A (zh) 一种可制备异型金属基多孔复合材料的装置
CN101450377B (zh) 一种制造多孔材料的设备
RU2605720C9 (ru) Способ производства металлургических заготовок с пористой структурой и устройство для его осуществления
CN103350216A (zh) 一种铸锭均质化的控制方法
CN202527690U (zh) 用于制备镁合金铸锭的凝固系统
KR20010107613A (ko) 경금속 주물, 특히 마그네슘 및 마그네슘 합금의 부품을제조하기 위한 방법 및 장치
CN108097925B (zh) 一种铝合金铸件复合外场干预凝固组织控制方法
CN104439147A (zh) 一种铸件缩孔的处理方法
CN102039399B (zh) 大型铝合金铸件石膏型精密铸造的浇铸工艺及冶金质量的控制方法
US3153822A (en) Method and apparatus for casting molten metal
CN211872071U (zh) 一种用于制作中空铍铝合金结构的原位中冷装置
CN111957924A (zh) 一种变形镁合金铸锭坯的铸造装置和低压反重力铸造方法
RU2353470C2 (ru) Способ и устройство жидкой штамповки для литья химически активных металлов с использованием метода индукционного удержания расплава
KR20060025517A (ko) 용탕단조 및 열간성형에 의한 제조방법
US20180161863A1 (en) Method for producing semi-finished metallurgical products and shaped castings, and device for carrying out said method
KR100856097B1 (ko) 용탕단조 및 열간성형에 의한 제조방법
US2853754A (en) Continuous hollow casting
Osipov et al. Numerical Analysis of Modes of Induction Weld Deposition of Valve Tappets of Motor Vehicles

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16864652

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205 DATED 18/07/2018)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16864652

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1