Способы и системы для ультразвукового измельчения зерна и дегазации при литье металла - RU2018112458A
Код документа: RU2018112458A
Формула
1. Устройство для обработки расплавленного металла, предназначенное для использования на литейном колесе литейной установки, которое содержит
узел, установленный на литейном колесе, который включает:
по меньшей мере один источник энергии колебаний, вводящий энергию колебаний в расплавленный металл, отливаемый на литейном колесе, во время охлаждения этого металла на литейном колесе, и
опорное устройство, удерживающее упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний.
2. Устройство по п.1, в котором опорное устройство включает в себя корпус, содержащий канал охлаждения, обеспечивающий транспортировку охлаждающей среды в нем.
3. Устройство по п.2, в котором в канале охлаждения находится охлаждающая среда, содержащая по меньшей мере одно из воды, газа, жидкого металла и моторных масел.
4. Устройство по п.1, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит по меньшей мере один ультразвуковой преобразователь, по меньшей мере один вибратор с механическим приводом или их комбинацию.
5. Устройство по п.4, в котором ультразвуковой преобразователь выполнен с возможностью обеспечения энергии колебаний в диапазоне частот до 400 кГц.
6. Устройство по п.4 в котором вибратор с механическим приводом содержит множество вибраторов с механическим приводом.
7. Устройство по п.4, в котором вибратор с механическим приводом выполнен с возможностью обеспечения энергии колебаний в диапазоне частот до 10 кГц.
8. Устройство по п.1, в котором литейное колесо включает полосу, обрамляющую расплавленный металл, находящийся в канале этого колеса.
9. Устройство по п.1, в котором упомянутый узел расположен над литейным колесом и имеет проходы в корпусе для прохождения через них полосы, обрамляющей расплавленный металл, находящийся в канале этого колеса.
10. Устройство по п.9, в котором
корпус имеет канал охлаждения, обеспечивающий транспортировку охлаждающей среды в нем, и
полосу позиционируют в направлении вдоль корпуса, чтобы сделать возможным протекание охлаждающей среды из канала охлаждения по стороне этой полосы, противоположной расплавленному металлу.
11. Устройство по п.1, в котором опорное устройство содержит по меньшей мере одно из следующего: ниобий, сплав ниобия, титан, сплав титана, тантал, сплав тантала, медь, сплав меди, рений, сплав рения, сталь, молибден, сплав молибдена, нержавеющая сталь, керамика, композит, полимер или металл.
12. Устройство по п.11, в котором керамика содержит керамику из нитрида кремния.
13. Устройство по п.12, в котором керамика из нитрида кремния содержит оксинитрид алюминия-кремния.
14. Устройство по п.1, в котором
опорное устройство включает в себя корпус, содержащий канал охлаждения, обеспечивающий транспортировку охлаждающей среды в нем, при этом корпус содержит огнеупорный материал.
15. Устройство по п.14, в котором огнеупорный материал содержит по меньшей мере одно из следующего: медь, ниобий, ниобий и молибден, тантал, вольфрам, рений и их сплавы.
16. Устройство по п.15, в котором огнеупорный материал содержит одно или более из следующего: кремний, кислород или азот.
17. Устройство по п.1, в котором по меньшей мере один из упомянутых источников энергии колебаний, содержит более одного источника энергии колебаний, контактирующих с охлаждающей средой.
18. Устройство по п.17, в котором по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит по меньшей мере один виброзонд, вставленный в канал охлаждения в опорном устройстве.
19. Устройство по п.1, в котором по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит по меньшей мере один виброзонд, контактирующий с опорным устройством.
20. Устройство по п.1, в котором по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит по меньшей мере один виброзонд, непосредственно контактирующий с полосой у основания опорного устройства.
21. Устройство по п.1, в котором по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит множество источников энергии колебаний, распределенных в разных положениях в опорном устройстве.
22. Устройство по п.1, дополнительно содержащее направляющее устройство, позиционирующее упомянутый узел относителеьно перемещения литейного колеса.
23. Устройство по п.22, в котором направляющее устройство расположено на полосе, находящейся на ободе литейного колеса.
24. Способ изготовления металлического изделия, содержащий следующие этапы:
помещают расплавленный металл во вмещающий элемент литейной установки;
охлаждают расплавленный металл, находящийся во вмещающем элементе; и
вводят энергию колебаний в расплавленный металл, находящийся во вмещающем элементе, во время упомянутого охлаждения.
25. Способ по п.24, в котором помещение расплавленного металла содержит заливку расплавленного металла в канал в литейном колесе.
26. Способ по п.24, в котором ввод энергии колебаний содержит подачу этой энергии от ультразвукового преобразователя или магнитострикционного преобразователя.
27. Способ по п.26, в котором подача энергии колебаний содержит обеспечение энергии колебаний в диапазоне частот 5-40 кГц.
28. Способ по п.24, в котором ввод энергии колебаний содержит подачу этой энергии от вибратора с механическим приводом.
29. Способ по п.28, в котором подача энергии колебаний содержит обеспечение энергии колебаний в диапазоне частот 8000-15000 колебаний в минуту или до 10 кГц.
30. Способ по п.24, в котором охлаждение содержит охлаждение расплавленного металла за счет воздействия по меньшей мере одного из следующего: воды, газа, жидкого металла, моторного масла на вмещающий элемент, удерживающий расплавленный металл.
31. Способ по п.24, в котором помещение расплавленного металла содержит подачу расплавленного металла в литейную форму.
32. Способ по п.24, в котором помещение расплавленного металла содержит подачу расплавленного металла в форму для непрерывного литья.
33. Способ по п.24, в котором помещение расплавленного металла содержит подачу расплавленного металла в форму для горизонтального или вертикального литья.
34. Литейная установка, содержащая
литейную форму, выполненную с возможностью охлаждения расплавленного металла; и
устройство для обработки расплавленного металла по любому из пп.1-23.
35. Литейная установка по п.34, в которой литейная форма содержит форму для непрерывного литья.
36. Литейная установка по п.34, в которой литейная форма содержит литейную форму для горизонтального или вертикального литья.
37. Литейная установка, содержащая
элемент, вмещающий расплавленный металл, который выполнен с возможностью охлаждения этого металла; и
источник энергии колебаний, прикрепленный к упомянутому вмещающему элементу и выполненный с возможностью ввода в расплавленный металл энергии колебаний с частотой до 400 кГц.
38. Литейная установка, содержащая
элемент, вмещающий расплавленный металл, который выполнен с возможностью охлаждения этого металла; и
источник энергии колебаний с механическим приводом, прикрепленный к упомянутому вмещающему элементу и выполненный с возможностью ввода в расплавленный металл энергии колебаний с частотой в диапазоне до 10 кГц.
39. Система для изготовления металлического изделия, содержащая
средства заливки расплавленного металла в элемент, вмещающий расплавленный металл;
средства охлаждения упомянутого вмещающего элемента;
средства ввода в расплавленный металл энергии колебаний с частотой до 400 кГц; и
контроллер, выполненный с возможностью получения сигналов данных и вывода управляющих сигналов и запрограммированный с использованием алгоритмов управления, обеспечивающих выполнение любого из этапов способа по любому из пп. 24-33.
40. Система для изготовления металлического изделия, содержащая
устройство для обработки расплавленного металла по любому из пп.1-23; и
контроллер, выполненный с возможностью получения сигналов данных и вывода управляющих сигналов и запрограммированный с использованием алгоритмов управления, обеспечивающих выполнение любого из этапов способа по любому из пп. 24-33.
41. Система для изготовления металлического изделия, содержащая
узел, связанный с литейным колесом, который включает
корпус, удерживающий охлаждающую среду таким образом, чтобы сделать возможным охлаждение расплавленного металла, заливаемого на литейное колесо, этой охлаждающей средой; и
устройство, позиционирующее этот узел относительно перемещения литейного колеса.
42. Устройство для обработки расплавленного металла, предназначенное для использования в литейной установке, которое содержит
по меньшей мере один источник энергии колебаний, вводящий энергию колебаний в расплавленный металл, заливаемый на литейное колесо, во время охлаждения этого металла, находящегося на литейном колесе; и
опорное устройство, удерживающее источник энергии колебаний.
43. Устройство для обработки расплавленного металла, предназначенное для использования на литейном колесе литейной установки, которое содержит
узел, связанный с литейный колесом, который включает:
по меньшей мере один источник энергии колебаний, вводящий энергию колебаний в расплавленный металл, заливаемый на литейное колесо, во время охлаждения этого металла, находящегося на литейном колесе,
опорное устройство, удерживающее упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний, и
направляющее устройство, позиционирующее узел при перемещении литейного колеса.
44. Устройство по п.43, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний вводит энергию колебаний непосредственно в расплавленный металл, заливаемый на литейное колесо.
45. Устройство по п.43, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний опосредованно вводит энергию колебаний в расплавленный металл, заливаемый на литейное колесо.
46. Устройство для обработки расплавленного металла, предназначенное для использования в литейной установке, которое содержит
по меньшей мере один источник энергии колебаний, вводящий энергию колебаний при помощи зонда, введенного в расплавленный металл, заливаемый на литейное колесо, во время охлаждения этого металла, находящегося на литейном колесе; и
опорное устройство, удерживающее источник энергии колебаний,
причем энергия колебаний уменьшает ликвацию в расплавленном металле при его кристаллизации.
47. Устройство для обработки расплавленного металла, предназначенное для использования в литейной установке, которое содержит
по меньшей мере один источник энергии колебаний, вводящий акустическую энергию в расплавленный металл, заливаемый на литейное колесо, во время охлаждения этого металла, находящегося на литейном колесе; и
опорное устройство, удерживающее источник энергии колебаний.
48. Устройство по п.47, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит усилитель звукового сигнала.
49. Устройство по п.48, в котором усилитель звукового сигнала вводит энергию колебаний в расплавленный металл через газообразную среду.
50. Устройство по п.48, в котором усилитель звукового сигнала вводит энергию колебаний через газообразную среду в опорный элемент, удерживающий расплавленный металл.
51. Устройство для обработки расплавленного металла, содержащее
источник расплавленного металла;
ультразвуковой дегазатор, включающий ультразвуковой зонд, введенный в расплавленный металл;
литейную форму, предназначенную для приема расплавленного металла;
узел, установленный на литейной форме, который включает:
по меньшей мере один источник энергии колебаний, вводящий энергию колебаний в расплавленный металл, заливаемый в литейную форму, во время охлаждения этого металла, находящегося в литейной форме, и
опорное устройство, удерживающее упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний.
52. Устройство по п.51, в котором литейная форма содержит часть литейного колеса литейной установки.
53. Устройство по п.51, в котором опорное устройство включает корпус, содержащий канал охлаждения, обеспечивающий транспортировку охлаждающей среды.
54. Устройство по п.53, в котором в канале охлаждения находится упомянутая охлаждающая среда, содержащая по меньшей мере одно из следующего: воду, газ, жидкий металл и моторные масла.
55. Устройство по п.51, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит по меньшей мере один ультразвуковой преобразователь.
56. Устройство по п.51, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит по меньшей мере один вибратор с механическим приводом.
57. Устройство по п.56, в котором вибратор с механическим приводом выполнен с возможностью обеспечения энергии колебаний в диапазоне частот до 10 кГц.
58. Устройство по п.52, в котором литейное колесо включает полосу, обрамляющую расплавленный металл, находящийся в канале литейного колеса.
59. Устройство по п.52, в котором узел расположен над литейный колесом и имеет проходы в корпусе для прохождения через них полосы, обрамляющей расплавленный металла, находящийся в канале этого колеса.
60. Устройство по п.59, в котором
корпус имеет канал охлаждения, обеспечивающий транспортировку охлаждающей среды в нем, и
полосу позиционируют в направлении вдоль корпуса, чтобы сделать возможным протекание охлаждающей среды из канала охлаждения по стороне этой полосы, противоположной расплавленному металлу.
61. Устройство по п.51, в котором опорное устройство содержит по меньшей мере одно из следующего: ниобий, сплав ниобия, титан, сплав титана, тантал, сплав тантала, медь, сплав меди, рений, сплав рения, сталь, молибден, сплав молибдена, нержавеющую сталь, керамику, композит, полимер или металл.
62. Устройство по п.61, в котором керамика содержит керамику из нитрида кремния.
63. Устройство по п.62, в котором керамика из нитрида кремния содержит оксинитрид кремния-алюминия.
64. Устройство по п.59, в котором корпус содержит огнеупорный материал.
65. Устройство по п.64, в котором огнеупорный материал содержит по меньшей мере одно из следующего: медь, ниобий, ниобий и молибден, тантал, вольфрам, рений и их сплавы.
66. Устройство по п.65, в котором огнеупорный материал содержит одно или более из следующего: кремний, кислород или азот.
67. Устройство по п.51, в котором по меньшей мере один из источников энергии колебаний содержит несколько источников энергии колебаний, контактирующих с охлаждающей средой.
68. Устройство по п.67, в котором по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит по меньшей мере один виброзонд, вставленный в канал охлаждения, имеющийся в опорном устройстве.
69. Устройство по п.51, в котором по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит по меньшей мере один виброзонд, контактирующий с опорным устройством.
70. Устройство по п.51, в котором по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит по меньшей мере один виброзонд, непосредственно контактирующий с полосой у основания опорного устройства.
71. Устройство по п.51, в котором по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит множество источников энергии колебаний, распределенных в разных положениях в опорном устройстве.
72. Устройство по п.52, дополнительно содержащее направляющее устройство, позиционирующее узел относительно перемещения литейного колеса.
73. Устройство по п.72, в котором направляющее устройство расположено на полосе, находящейся на ободе литейного колеса.
74. Устройство по п.51, в котором ультразвуковой дегазатор содержит
вытянутый зонд, имеющий первый конец и второй конец, причем первый конец прикреплен к ультразвуковому преобразователю, а на втором конце находится наконечник этого зонда; и
средство подачи продувочного газа, содержащее впуск для продувочного газа и выпуск для продувочного газа, причем выпуск для продувочного газа расположен на наконечнике вытянутого зонда и предназначен для ввода продувочного газа в расплавленный металл.
75. Устройство по п.51, в котором вытянутый зонд содержит керамику.
76. Металлическое изделие, содержащее литой металл, имеющий субмиллиметровый размер зерна и включающий менее 0,5% измельчителей зерна и имеющий по меньшей мере одно из следующих свойств:
относительное удлинение в диапазоне 10-30% при воздействии растягивающей силы 100 фунт/кв. дюйм,
прочность на растяжение в диапазоне 50-300 МПа; или
электропроводность в диапазоне 45-75% от IAC, которая представляет собой электропроводность, указанную в процентах относительно IAC - электропроводности проводника из стандартной отожженной меди.
77. Изделие по п.76, в котором литой металл включает менее 0,2% измельчителей зерна.
78. Изделие по п.76, в котором литой металл включает менее 0,1% измельчителей зерна.
79. Изделие по п.76, в котором литой металл не включает измельчители зерна.
80. Изделие по п.76, в котором литой металл включает по меньшей мере, одно из следующего: алюминий, медь, магний, цинк, свинец, золото, серебро, олово, бронзу, латунь и их сплавы.
81. Изделие по п.76, в котором литой металл формован с получением по меньшей мере одного из следующего: стержней, прутков, листов, проволоки, биллетов и гранул.
82. Изделие по п.76, имеющее относительное удлинение в диапазоне 15-25% или прочность на растяжение в диапазоне 100-200 МПа или электропроводность в диапазоне 50-70% IAC.
83. Изделие по п.76, имеющее относительное удлинение в диапазоне 17-20% или прочность на растяжение в диапазоне 150-175 МПа или электропроводность в диапазоне 55-65% IAC.
84. Изделие по п.76, имеющее относительное удлинение в диапазоне 18-19% или прочность на растяжение в диапазоне 160-165 МПа или электропроводность в диапазоне 60-62% IAC.
85. Изделие по любому из пп. 76, 82, 83 и 84, в котором литой металл содержит алюминий или сплав алюминия.
86. Изделие по п.85, в котором алюминий или сплав алюминия представляют собой витой провод со стальным усилением.
87. Изделие по п.85, в котором алюминий или сплав алюминия представляют собой витой провод со стальной опорой.
