Способ регулирования температурного режима установки для получения слитков направленной кристаллизацией Советский патент 1984 года по МПК B22D27/04 

Изобретение относите i к автоматическому управлению в специальной металлургии сплавов, в частности к получению отливок для постоянных магнитов со столбчатой структурой в установках для получения слитков с направленной кристаллизацией, Известен способ регулирования температурного режима в установках для получения слитков напавленной кристаллизацией, согласно которому регулирование температурного режима обеспечивают путем стабилизации пара метров высокочастотного генератора, питающего индуктор и скорости перемещения последнего. При этом в эави симости от типа выплавляемых отли БОК стабилизируют скорость перемещения индуктора от 4 до 8 мм/мча П Способ регулирования из-за отсут ВИЯ обратной связи от процесса не обеспечивает необходимых производительности установок и качества отливок . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является . способ .регулирования температурного режима установки для получения слитков с направленной кристаллизацией, согласно которому в процессе направл ной кристаллизации постоянных магнитов измеряют температуру печи-кристаллизатора в точке, расположенной в верхней внутренней точке футеровки печи и имеющей в рабочем режиме около 1450°С, стабилизируют измеряемую температуру на заданном уровне путем воздействия на высокочастотный генератор, осуществляют перемещение индуктора с постоянной скоростью р вдоль отливок и охлаждают холодильником нижние торцы отливок. Применение известного способа регулирования температурного режима дпя получения слитков направленной коисталлизацией позволило улучшить .стабильность температурного режима направленной кристаллизации магнитны сплавов, за счет чего увеличился выход годных магнитов с направленной структурой и повысилась производительность установки, а также облегчить труд плавильщиков и повысить надежность работы установки f2j . Недостатком известного способа является то, что обеспечение стабил зации температуры в верхней внутренн точке футеровки печи компенсирует случайные возмущения температурного режима, вызванные подсосами воздуха, изменением характеристик нагревателя, колебаниями электрических параметров высокочастотного генератора, но не учитывает характер теплоотвода от зоны кристаллизации через холодильник, который является определяющим для получения направленной текстуры отливок. Из-за невозможности учета характера теплоотвода через холодильник скорость перемещения индук- тора по известному способу в процессе напавленной кристаллизации (следовательно, и фактическая скорость кристаллизации) поддерживается постоянной, причем ее значение зада- е гея минимальным допустимым для получения направленной текстуры по всей высоте слитка. По условиям теплоотдачи минимальное значение скорости . перемещения индуктора соответствует верхнему положению индикатора в завершающейся стадии направленной кристаллизации. Таким образом, в течение всего процесса направлекной кристаллизации фактическая скорость кристаллизации поддерживается на низком уровне, что приводит к снижению производительности установки. Условия теплоотвода через холодильник изменяются за счет изменения температуры охлаждающей воды, ее расхода, старения холодапьника (образование накипи), измерения температуры заливаемого металла и т.п. Без учета всех этих факторов на некоторых плавках в конце процесса заданная скорость перемещения нагревателя оказывается завышенной и в верхней части слитка наблюдается нарушение направленности. Это при- водит к снижению выхода годного. Цель изобретения - повышение производительности установки и выхода . Поставленная цель достигается тем, что регулирование температурного режима установки для получения слитков направленной кристаллизацией для постоянных магнитов осуществляют путем перемещения индуктора вдоль отливок, охлаждения холоильником нижних торцов отливок, возействия на высокочастотный генератор, питаЕОщий индуктор в соответствии температурой его футеровки, переещение индуктора производят в завнсимости от температуры холодильника, причем скорость перемещения индуктора изменяют по формуле V К Т где V - скорость перемещения индуктора;К - коэффициент пропорциональности, определяегФЙ типом магнита; Т - температура холодильника. Скорость кристаллизации зависит от градиента температур в зоне кристаллизации. При плавке магнитов мето дом направленной кристаллизации по мере подъема индуктора, т.е. удалени зоны кристаллизации от холодильника, градиент температур в зоне кристалли зации падает, что связано с уменьшением теплоотдачи путем теплопроводности от зоны кристаллизации к холодильнику. Изменение теплопередачи, вызывающее уменьшение градиента температур в зоне кристаллизации, приводит К изменению температуры холодильШ1ка. При постоянных расходе и темпе ратуре охлаждающей воды по ходу направленной кристаллизации температура холодильника падает. Характерны па- дения градиента температуры в зоне кристаллизации и температуры холодил ника идентичны, так как эти процессы вызваны одним и тем же фактором постепенным уменьшением по ходу направленной кристаллизации теплопередачи от зоны кристаллизации к холодильнику, а количественные характе ристики этих процессов различны. Таким образом, температура холодильника является косвенной характеристи кой градиента температур в зоне кристаллизации. Условия, благоприятные для создания кристаллической текстуры, опреде ляются отношением градиента температур к скорости выращивания (в данном случае к скорости перемещения нагревателя). Принимая темпере туру холодильника параметром, характеризующим градаент температур, можно управлять скорость вьфащивания (скоростью перемещения нагревателя) в зависимости от температуры холодильника. Так как температура холодильника изменяется от большего значения к меньшему в процессе перемещения зоны кристаллизации к верхнему торцу 75 слитка , то, поддерживая скорость перемещения индуктора пропорциональной фактической температуре холодильника, можно иметь ее значение на протяжении всего процесса выше конечных, что, по сравнению с прототипом, повьниает производительность установки для получения слитков с направленной кристаллизацией. Использование текущей температуры холодильника для определения скорости перемещения индуктора позволяет учесть такие факторы, как эффективп ность холодильника, расход и температуру охлаждающей водал, изменение температуры расплавленного металла, факторы, определяющие образование направленной кристаллической структуры отливок. Учет этих факторов позволяет исключить отсутствие направленной кристаллической структуры по всей длине слитка Это приводит к повышению выхода годного. На чертеже представлена схема реализации предлагаемого спосо.ба. Схема содержит заливочные формы , футеровку 2 печи-кристаллизатора, трастовый нагреватель 3,.индук тор 4, исполнительный мехадшзм 5 перемещения индуктора,регулирующее устройство 6 механизма перемещения, ходовой винт 7, холодильник 8, термопару 9, генерато-р 10 высокой частоты, блок II управления генератором высокой частоты, термопару 12. В предварительно прогретые заливочные формы t, установленные на холодильник 8, заливают расплавленный металл. При этом с помощью индуктора 4, генератора 10 и блока 11 управления генератором, стабилизирующего, например, анодное и сеточное напряжениегенераторной лампы, поддерживают температуру нагревателя 3 на определенном уровне, достаточном для прогрева залитого металла до температуры + 1450°С, измеряемой термопарой 12. Температура в рабочей зоне индуктора 4 оценивается по температуре футеровки печи-кристаллизатора 2. В связи с наличием большого градиента температур между расплавленным металлом и холодильником 8 металл начинает кристаллизоваться, образуя столбчатую направленную структуру отливок. После определенной выдержки (обычно 3-5 мин) с помощью исполнительного механизма 5, 5 вращающего ходовой винт 7, начинают поднимать индуктор 4. При этом измеряют температуру холодильника 8 термопарой 9, устано ленной, например, в верхнем торце холодильника 8. Сигнал с термопары подают в регулирующее устройство 6 исполнительного механизма пере мещекия индуктора 5, обеспечивающего подъем индуктора 4, а следовательно и перемещение зоны кристаллизации. В регулирующем устройстве 6 вырабатывается сигнал, равный К Т , причем коэффициент пропорциональнос ти К определяется температурой заливаемого металла, диаметром отдель ной заливочной формы, количеством заливочных форм, установленных на холодильнике, химическим составом сплава, всеми теми характеристиками которые выдерживаются для определен ного типа магнита, и обеспечивающий изменение скорости перемещения индуктора 4 в соответствии с зависимостью (1).i Пример . Получают слитки с направленной кристаллизацией типа ЛПЗ-2-67М. Исходные данные: тип рШ1ава ЮН15ДК25БА, диаметр лиteйнoй формы 26 мм, длина литейной формы 500 мм, количество литейных форм 19 шт., масса залитого расплава 20,178 кг, температура заливаемого расплава 1680°С, выдержка в неподви 5 ном состоянии индуктора после запивки расплава 4 мин. Температура верхнегб торца холодильника через 4 мин после заливки металла составила 920с, а при окончании процесса образования кристаллической структуры . Пропорциональность для данного типа магнита, определяемая статистическим путем, составляет 90,2 к I О мм/мин С. Скорость перемещения индуктора в начале процесса образования направлен ной кристаллизации 6,8 мм/мин, а в конце - 4,5 мм/мин. При зтом длительность процесса на направленной кристаллизации с момента заливки расплава составляет 92 мин, в отличие от процесса длительности ПО мин, которая имеет место в случае стабилизации скорости перемещения индуктора на уровне 4,5 мм/мин для того же типа магнита. За счет увеличения скорости образования направленной кристаллической структуры производительность установки повы шается примерно на 40. При использовании предлагаемого способа на установках для получения слитков с направленной кр сталлизацией экономический эффект составит 10,0 тыс. рублей в год для одной установки.

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ НАПРАВЛЕННОЙ Ч КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ для постоянных магнитов, при котором перемещают индуктор вдоль отливок и охлаждают холодильником нижние торцы отливок, воздействуют на высокочастотный генератор, питающий индуктор в соответствии с температурой его футеровки, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности установки и выхода годного, перемещение индуктора производят в зависимости от температуры холодильника, причем скорость перемещения индуктора изменяют по формуле V К Т, где V - скорость перемещения индуктора; К - коэффициент пропорциональности, определяемый типом магнита;. Т - температура холодильника. X эо эо :л