Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для непрерывного литья и прессования цветных металлов и сплавов

Изобретение относится к области цветной металлургии и предназначено для термостабильности устройства 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 повыщенная 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 при непрерывном литье-прессование 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 / Горохов Ю.В., Солопко И.В., Нестеров Н.А., заявитель и патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет»).

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. Кристаллизатор последовательно проходит различные по интенсивности тепловыделения зоны, одна из которых зона кристаллизации деформируемого металла, расположенная между дозатором и дугообразным сегментом. Температура кристаллизатора с каждым оборотом растет и количество тепла, которое необходимо отводить от кристаллизатора меняется, поэтому в данной зоне необходимо создавать различные условия теплообмена, изменение теплоотвода в известном устройстве не предусмотрено.

2. Кристаллизатор установлен на подшипники, которые необходимо изолировать теплоизоляционным материалом, так как в процессе работы установки подшипники сильно перегреваются и сгорает смазывающее вещество.

Задачей изобретения является термостабильная работа устройства непрерывного литья и прессования металла.

Достигается это тем, что в устройстве, содержащем колесо-кристаллизатор, выполненный в виде диска с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, снабженный коллектором для хладагента, дугообразный сегмент с матрицей и с выступом, перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки и имеющим в верхней части коллектор для хладагента, патрубки для подвода и отвода хладагента, дополнительно установлен частотный преобразователь, взаимосвязанный с датчиками температуры, установленными на дозаторе, на неподвижном дугообразном сегменте и на выходных патрубках циркуляции хладагента, а кристаллизатор со стороны подшипников снабжен изоляционной вставкой.

Конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом, характеризующиеся отличительными признаками, обеспечивают термостабильную работу устройства.

- Установленный частотный преобразователь позволяет регулировать скорость вращения кристаллизатора и тем самым увеличить теплоотвод от расплава за счет увеличения конвективной составляющей, либо снизить за счет увеличения скорости вращения кристаллизатора, что позволяет регулировать температурный режим установки до выхода на стационарный тепловой режим;

- Датчик температуры, установленный на неподвижный дугообразный сегмент позволяет проводить измерения максимально близко к входному сечению расплава;

- Датчики температуры, установленные на выходных патрубках, по которым отводится хладагент, позволяют более точно управлять тепловыми условиями непрерывного процесса литья и прессования;

- Датчик температуры, установленный на дозаторе, через который подается расплав, позволяет точно отследить температуру заливаемого металла в кристаллизатор;

- Нижняя часть кристаллизатора, которая скользит по подшипникам, выполнена из изоляционного материала, что позволяет исключить перегрев подшипников, выгорание смазывающего материала и выход из строя установки;

Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь. Указанная выше совокупность отличительных признаков, позволяет управлять тепловым режимом работы устройства, достичь термостабильных условий работы и повысить надежность.

Сущность технического решения поясняется графическими материалами. На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 представлено расположение изоляционной вставки 12 для исключения перегрева подшипников 13, установленной в нижней части кристаллизатора 2.

Устройство включает дозатор 1, кристаллизатор 2, выполненный в виде диска с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, имеющим кольцевую канавку 3 на верхней части диска, и сопрягающийся с ней неподвижный дугообразный сегмент 4, заканчивающийся выступом, перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки 3 с матрицей 5. Герметичные секции, снабженные индивидуальными патрубками для подвода 9 и отвода 10 хладагента расположенными последовательно: в зоне кристаллизации деформируемого металла 8 между дозатором 1 и дугообразным сегментом 4, по длине дугообразного сегмента 4, и в зоне охлаждения кристаллизатора 2 между дугообразным сегментом 4 и дозатором 1. На дугообразном сегменте 4, дозаторе 1 и выходных патрубках 10, установлены датчики температуры 11, соединенные с частотным преобразователем 6, который управляет частотой вращения электродвигателя 7. Изоляционная вставка 12 установленная в нижней части кристаллизатора исключает перегрев подшипников 13,.

Во время работы предлагаемого устройства приводится во вращение кристаллизатор 2 и подается хладагент по. подводящим патрубкам 9 с последующим его отводом через патрубки 10. Расплавленный металл 14 из дозатора 1 заливается в кольцевую канавку 3, выполненную на верхней части диска кристаллизатора 2. За время движения до дугообразного сегмента 4, заканчивающегося выступом расплавленный металл 14 охлаждается, кристаллизируется и принимает форму поперечного сечения канавки 3, где под действием активных сил контактного трения между стенками кольцевой канавки 3 и деформируемым металлом происходит его выдавливание в проволоку через матрицу 5. Скорость вращения кристаллизатора регулируется частотным преобразователем 6, за счет изменения частоты вращения электродвигателя 7, в зависимости от температуры на датчиках 11.

Таким образом, в заявляемом устройстве обеспечивается терморегулирование непрерывного литья и прессования цветных металлов и сплавов.