Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для непрерывного литья и прессования

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к устройствам для непрерывного литья и прессования металла.

Известно устройство для непрерывного литья и прессования металла методом конформ, включающее печь-миксер с питателем и дозатором, кристаллизатор, выполненный в виде диска с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, имеющий кольцевую канавку на верхней части диска и сопрягающийся с ней неподвижный дугообразный сегмент с матрицей и с выступом, перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки (Сергеев, В.М. Непрерывное литье-прессование цветных металлов: проблемы цветной металлургии / В.М. Сергеев, Ю.В. Горохов, В.В. Соболев [и др.] - М: Металлургия, 1990. - 85 с.).

Данное устройство позволяет получать пресс-изделия из цветных металлов и сплавов, непрерывным, совмещенным процессом литья и прессования методом конформ. Однако во время кристаллизации расплавленного металла в кольцевой канавке диска и при последующем прессовании выделяется значительное количество тепла, часть которого необходимо удалить для создания изотермических условий при реализации непрерывного процесса литья и прессования. В противном случае непостоянная температура пресс-изделия на выходе из канала матрицы приводит к разбросу механических свойств и искажению геометрии по длине и поперечному сечению пресс-изделий, что снижает качество продукции. Следует отметить, что при достижении температуры близкой к температуре плавления прессуемого металла происходит разрушение пресс-изделия, что является окончательным браком. Кроме того повышенная температура прессования снижает прочность инструмента, что приводит к его преждевременным поломкам. Одним из эффективных способов решения данной проблемы является принудительное охлаждение, как прессового инструмента, так и самого профиля (Довженко, Н.Н. Прессование алюминиевых сплавов: моделирование и управление тепловыми условиями: монография / Н.Н. Довженко, С.В. Беляев, С.Б. Сидельников [и др.]. - Красноярск: ИПК СФУ, 2009. - 256 с.).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является устройство для охлаждения установки непрерывного литья-прессования металлов, содержащее колесо-кристаллизатор с кольцевой канавкой, которая вверху сопряжена с неподвижным дугообразным сегментом, заканчивающимся выступом, перекрывающим поперечное сечение канавки и установленная перед выступом пресс-матрица, коллектор для охлаждения дна кристаллизатора, устройство дополнительно снабжено коллекторами, один из которых охватывает внутреннюю и наружную поверхности колеса-кристаллизатора, а другой установлен на верхней поверхности дугообразного сегмента. (Патент на полезную модель 111784 Российская Федерация, МПК В21С 25/00, В21С 23/08. Устройство для охлаждения установки непрерывного литья-прессования металлов заявл. 04.08.2011; опубл. 27.12.2011 г. бюл. №36).

Данное устройство принимаем за прототип.

Известное устройство обеспечивает непрерывность процесса изготовления пресс-изделий из цветных металлов и сплавов непрерывным, совмещенным процессом литья и прессования методом конформ и позволяет за счет принудительного охлаждения управлять тепловыми условиями непрерывного процесса литья-прессования. Однако известное устройство обладает следующими недостатками:

1. Водяная рубашка, охватывающая кристаллизатор, и объем на верхней поверхности дугообразного сегмента из-за отсутствия направляющих потока охлаждаемой жидкости, в определенных зонах наблюдается ламинарное течение жидкости, либо отсутствие течения вовсе. В результате чего происходит вскипание жидкости, образование паровых пробок, снижение количества отбираемого тепла и нарушение технологического режима.

Основной задачей изобретения является стабилизация технологического процесса литья и прессования установки.

Для решения поставленной задачи устройство для непрерывного литья и -прессования металлов, содержащее дозатор для подачи расплавленного металла, входной и выходной патрубки на дугообразном сегменте для подачи и отвода хладоагента, колесо-кристаллизатор с кольцевой канавкой, которая вверху сопряжена с неподвижным дугообразным сегментом, заканчивающимся выступом, перекрывающим поперечное сечение канавки и установленная перед выступом пресс-матрица, коллектор для охлаждения дна кристаллизатора, дополнительно установлены профилированные каналы между корпусом и кристаллизатором, а на дугообразном сегменте выполнены направляющие перегородки, которые служат для отбора излишего тепла в процессе литья-прессования.

Конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом характеризуются отличительными признаками, обеспечивающими стабильный технологический процесс литья-прессования за счет отбора излишнего тепла от установки непрерывного литья и прессования.

По отношению к прототипу у заявляемого устройства имеются следующие отличительные признаки:

- Направляющие перегородки на верхней поверхности дугообразного сегмента служат для увеличения теплообмена между охлаждающей жидкостью и дугообразным сегментом в целях отвода образующегося тепла от дугообразного сегмента в процессе прессования металла.

- Профилированные каналы, расположенные между корпусом и кристаллизатором, обеспечивают отбор излишнего тепла от кристаллизатора при затвердевании расплава в процессе литья.

Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь. Выполнение устройства для стабилизации теплового состояния установки непрерывного литья-прессования, имеющего указанную выше совокупность отличительных признаков, позволяет обеспечить процесс литья-прессования без нарушения технологического регламента в процессе работы установки.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На фиг.1-3 показана схема предлагаемого устройства;

Заявляемое устройство включает дозатор 1, корпус 2 с коллекторами 3, 4, профилированные каналы 5, расположенные по обе стороны от подшипников 6 между корпусом 2 и кристаллизатором 7, на дугообразном сегменте 8 с матрицей 9, направляющие перегородки 10, входной патрубок 11 и выходной патрубок 12.

Во время работы предлагаемого устройства приводится во вращение кристаллизатор 7. Расплавленный металл из печи-миксера с питателем (на чертеже не показаны) поступает в дозатор 1 и далее заливается в кольцевую канавку 13, выполненную на верхней части кристаллизатора 7. За время движения до дугообразного сегмента 8 расплавленный металл 14 охлаждается, кристаллизуется, принимая форму поперечного сечения канавки 13 и достигает дугообразный сегмент 8, где под действием активных сил контактного трения между стенками кольцевой канавки 13 и прессуемого металла 15 происходит выдавливание в пресс-изделие 16, через рабочий канал матрицы 9. Стабилизация теплового состояния установки происходит за счет подачи хладагента через входной патрубок 11 на дугообразном сегменте 8, который отводится через выходной патрубок 12. За счет направляющих перегородок 10, расположенных на верхней поверхности дугообразного сегмента 8, происходит перекрестное течение хладагента, что позволяет равномерно отбирать излишнее тепло, образующееся в процессе прессования. Для отбора тепла от кристаллизатора 7 и корпуса 2 по профилированным каналам 5 противотоком подается хладагент через коллектор 3 и 4.

Технический результат заключается в охлаждения дугообразного сегмента, кристаллизатора, корпуса и обеспечение рабочей температуры подшипников.