Електронно-променева ливарна установка

Реферат: Винахід належить до металургії і стосується установок для електронно-променевої плавки, рафінування і лиття металів та їх сплавів. Установка включає плавильну камеру, гарнісажний тигель з системою електромагнітного перемішування, ємність для зливання в неї розплаву з тигля, середньовакуумну і низьковакуумну електронно-променеві гармати. На плавильній камері встановлено пересувну плиту, яка герметично стиснена з камерою і на якій змонтовано гармати, оснащені вакуумними затворами. Внаслідок пересування плити гармати можуть по черзі встановлюватись на позиції обігріву тигля. Установка забезпечує можливість рафінування газонасичених матеріалів та підвищення продуктивності. UA 98904 C2 (12) UA 98904 C2 UA 98904 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до металургії і стосується розробки установок для електронно-променевої плавки і може знайти використання у спеціальній електрометалургії для плавки, рафінування і лиття різних металів та їх сплавів, в тому числі кремнію. Відомі електронно-променеві ливарні установки, які складаються з плавильних вакуумних камер, тиглів з системами електромагнітного перемішування розплаву, пристроїв для подавання на переплав вихідних шихтових матеріалів, електронно-променевих гармат, ливарних форм, які звичайно розміщуються у спеціальних камерах [1]. Особливістю цих установок є розміщення електронно-променевих гармат і тиглів на одній вертикальній осі для виключення відхилення електронного променя із зони нагріву під впливом електромагнітних полів, що наводяться системами електромагнітного перемішування, якими оснащено тиглі. Недоліком установок є те, що гармати встановлюються над плавильними камерами стаціонарно, без можливості їх зміни і переміщення в ході плавки, необхідність чого може виникнути у разі, наприклад, різкого підвищення тиску у плавильній камері внаслідок інтенсивного газовиділення або навмисної подачі газу чи газової суміші у камеру з метою інтенсифікації процесу рафінування. Відома також вакуумна ливарна установка [2], в якій ливарні форми розміщено у спеціальних камерах, що по черзі подаються на позиції заливки розплаву, який одержують у тиглі в плавильній камері. Недоліком установки, як і у попередньому випадку, є те, що електронно-променеві гармати, які забезпечують плавлення шихти та нагрів розплаву у тиглі, встановлені стаціонарно. Відомий також пристрій для електронно-променевої плавки і лиття активних тугоплавких металів і сплавів, в якому завантажувальний механізм виконано у вигляді двох камер, де шихта перед завантаженням у плавильний тигель проходить попередній нагрів, що забезпечує її дегазацію та підвищення продуктивності плавильного агрегату [3]. Плавлення шихти у тиглі проводиться електронно-променевою гарматою, яка у разі використання електромагнітного перемішування розміщується на одній вісі з тиглем. Недоліком пристрою залишається відсутність можливості зміни і переміщення гармати в ході плавки. Відома також установка для рафінування борвмісного кремнію з використанням обігріву електронним променем [4]. Установка складається з вакуумної камери, в якій встановлено плавильний тигель, пристрою для подавання в нього шихти, електронно-променевої гармати, системи відкачки газів і системи подачі у камеру пари води. В цій установці кремній, що вміщує бор, обігрівається електронним променем у тиглі з формуванням борвмісного розплаву кремнію, який обробляється парою води. Це обумовлює утворення сполуки, що містить бор, яка виділяється у вакуумну камеру, тобто реалізується рафінування кремнію від бору. Недоліком установки, як і у попередніх випадках, є те, що в ході плавки не забезпечується можливість зміни джерела нагріву. Задачею винаходу є створення установки, яка може забезпечити проведення зміни електронно-променевого нагрівача в процесі плавки у разі різкої зміни тиску газів у плавильній камері і при цьому уникнути зупинки технологічного процесу, тобто не допустити перерви у проведенні обігріву електронним променем, що можливо за рахунок переходу на обігрів електронно-променевими гарматами, які можуть працювати при різному тиску залишкових газів в плавильній камері. До таких гармат належать гармати високовольтного тліючого розряду (ВТР), які можуть виконуватись у варіантах, що спроможні працювати у середньому і низькому вакуумі (Мельник І. В. Теоретичні та експериментальні основи проектування технологічних газорозрядних джерел електронів: Автореф. дис… д-ра техн. наук. - Київ, 2008. -39 с; Тутик В. А. Низьковакуумні газорозрядні електронні гармати і їх використання в електронно-променевих технологіях: Автореф. дис. д-ра техн. наук. - Харків, 2009. - 40 с). Поставлена задача вирішується тим, що в електронно-променевій установці, що включає вакуумну плавильну камеру, гарнісажний тигель з системою електромагнітного перемішування, ємність для зливання в неї розплаву з тигля, середньовакуумну і низьковакуумну електроннопроменеві гармати ВТР, пристрої для подавання вихідного матеріалу у тигель і при необхідності для обдування поверхні розплаву у тиглі рафінуючою газовою сумішшю, відповідно до винаходу, на плавильній камері встановлено пересувну плиту, яка герметично стикується з плавильною камерою і на якій змонтовано гармати ВТР таким чином, щоб за рахунок пересування плити вони могли по черзі встановлюватись на позицію обігріву тигля на одній вертикальній осі з ним, причому гармати обладнано індивідуальними плоскими вакуумними затворами, які на позиції обігріву тигля стикуються з аналогічним затвором, встановленим на плавильній камері. Суть винаходу пояснюється кресленням, де показана схема електронно-променевої ливарної установки. 1 UA 98904 C2 5 10 15 20 25 30 35 В плавильній вакуумній камері 1 встановлено тигель 2 з системою електромагнітного перемішування 3 і зливним отвором 4 у дні, який закривається кришкою 5. Над тиглем встановлено пристрій 6 для подачі рафінуючої газової суміші на поверхню розплаву у тиглі для інтенсифікації процесу рафінування, а також пристрій 7 для подачі у тигель шихтових матеріалів на переплав. Камера 1 обладнана також оглядовою системою 8 для спостереження за плавкою. Під тиглем 2 у ливарній камері 9 встановлено ливарну форму 10, яку розміщено на естакаді 11 і яка може бути вилучена з камери 9 через шлюзовий пристрій 12. Зверху на камері 1 змонтовано плиту 13, яка герметично стикується з камерою 1 і на якій встановлено дві гармати ВТР, одна з яких є середньовакуумною 14, а друга - низьковакуумною 15. Гармати 14 і 15 оснащено вакуумними затворами 16 та 17, які закріплені на плиті 13, а сама плита 13 може переміщуватись без порушення вакууму в камері 1 таким чином, щоб гармати 14 й 15 могли по черзі встановлюватись на позиції обігріву тиглю 2. На цій позиції під плитою 13 в камері 1 встановлено затвор 18, який може стикуватись з затворами 16 та 17. Запропонована уставка працює таким чином. Перед початком плавки на позиції обігріву тиглю 2 встановлюють середньовакуумну гармату 14. Після цього проводять герметизацію плавильної камери 1 і забезпечують в ній потрібний тиск залишкових газів, в тигель 2 за допомогою пристрою 7 завалюють шихту, відкривають затвори 16 і 18, включають гармату 14 і проводять плавлення шихти. По мірі утворення розплаву включають систему електромагнітного перемішування 3 і проводять формування у тиглі 2 рідкометалевої ванни. Після того, як ванна сформована, в пристрій 6 подають рафінуючу газову суміш для забезпечення рафінування розплаву, закривають затвори 16 і 18, на позицію обігріву тиглю 2 переміщують низьковакуумну гармату 15, відкривають затвори 17 і 18 і включають гармату 15 для обігріву розплаву у тиглі 2. По закінченні необхідних технологічних операцій виключають гармату 15, а розплав з тиглю 2 зливають у ливарну форму 10 через зливний отвір 4 шляхом відкриття кришки 5. Отриманий зливок вилучають з камери 9 через шлюзовий пристрій 12. Закривають затвори 17 і 18, на позицію обігріву тиглю 2 переміщають середньовакуумну гармату 14. Установка готова до повторення викладених вище технологічних операцій. Зміна електронно-променевих гармат може бути реалізована також у випадку, коли підвищення тиску у плавильній камері обумовлено газовиділенням з шихти, наприклад, у разі плавки губчастих матеріалів. Таким чином, запропонована електронно-променева ливарна установка дозволяє проводити плавки у безперервному режимі. Джерела інформації: 1. Электронно-лучевая плавка в литейном производстве / Под ред. С.В. Ладохина. - Киев: Изд-во "Сталь", 2007 - С. 53-89. 2. Патент США № US4055216 (A) B22D 27/15; B22D 27/00. Опубл. 25.10.1977. 6 3. Патент України № 44460А, МПК , B22D 11/113, В22С 23/00. Опубл. 15.02.2002. 4. Патент США № US 7815882 В2. Опубл. 19.10.2010. 40 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 Електронно-променева ливарна установка, що включає вакуумну плавильну камеру, гарнісажний тигель з системою електромагнітного перемішування, ємність для зливання в неї розплаву з тигля, середньовакуумну і низьковакуумну електронно-променеві гармати ВТР, пристрої для подавання вихідного матеріалу у тигель і при необхідності для обдування поверхні розплаву у тиглі рафінуючоюгазовою сумішшю, яка відрізняється тим, що на плавильній камері встановлено пересувну плиту, яка герметично стиснена з камерою і на якій змонтовано гармати ВТР таким чином, що за рахунок пересування плити вони можуть по черзі встановлюватись на позиції обігріву тигля, причому гармати обладнано індивідуальними плоскими вакуумними затворами, які виконані так, щоб на позиції обігріву тигля стикатися з аналогічним затвором, встановленим на плавильній камері. 2 UA 98904 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3