Способ автоматического регулирования температурного режима в установке получения отливок постоянных магнитов направленной кристаллизацией

 

Изобретение относится к специальной металлургии сплавов и может быть использовано для получения отливок постоянных магнитов методом направленной кристаллизации. Цель изобретения лповьшение производительности печи-кристаллизатора (ПК) путем уменьшения времени процесса вытяжки отливок, а также повысить качестно отливок постоянных магнитов аа счет поддерживания оптимальной скорости ПК. Перемещение ПК производят в зависимости от градиента температур по высоте отливок, причем градиент определяют измеряя температуру (Т) холодильника,. Т футеровки около источника тепла, Т затвердевающей отливки ниже зоны кристаллизации. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (511 4 В 22 D 27/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4262? 01/23-02 (22) 16. 06. 87 (46) 30. 03. 89. Бюл. У 12 (71) Новочеркасское производственное объединение "Магнит" (72) В.Г.Давыдков, С.В.Банников, В.Г.Романович и Н.М.Гаврилов (53) 621 746.589 (088.8) (56) Васильев А,Д. и др, Система авторегулирования температуры печи кристаллиэатора. — Труды ВНИИЭП. Применение магнитотвердых материалов в электроизмерительной технике, 1975, с.59-65.

Авторское свидетельство СССР

У 1088875, кл. В 22 0 27/04, 1983.

Изобретение относится к автоматическому управлению в специальнойметаллургии сплавов, в частности к получению отливок постоянных магнитов со столбчатой структурой в установках, использующих метод направленной кристаллизации.

Цель изобретения.— повышение производительности установки и улучше-. ния качества постоянных магнитов.

На чертеже представлена схема реализации способа. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА В УСТАНОВКЕ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ПОСТОЯННЫХ

МАГНИТОВ НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ (57) Изобретение относится к специальной металлургии сплавов и может быть использовано для получения отливок постоянных магнитов методом направленной кристаллизации. Цель изобретения -" повышение производительности печи-кристаллизатора (ПК) путем уменьшения времени процесса вытяжки отливок, а также повысить качество отливок постоянных магнитов ва счет поддерживания оптимальной скорости ПК. Перемещение ПК производят в зависимости от градиента температур по высоте отливок, причем градиент определяют.измеряя температуру (Т) холодильника,. Т футеровки около источника тепла, Т затвердевающей отливки ниже зоны кристаллизации.

l HJI.

Схема содержит заливочные формы футеровку 2 печи-крис таллизатора, графитовый нагреватель 3, индуктор 4, исполнительный механивм 5 перемещения печи-кристаллизатора, регулирующее устройство 6 механизма перемещения печи-кристаллизатрра, ходовой винт 7, холодильник .8, датчики,,9, 10 и температуры,. генератор,. 12 высокой частоты (Г), блок 13 управления ге-. нератором (БУ), блок 14 коммутации, блок (5 сравнения.

1468651

На чертеже датчик 10 закреплен в подставке, на которой установлена собственно печь-кристаллизатор с нагревателем 3. Печь с датчиком 10 на подставке перемещаются относитель. но заливочных форм 1, закрепленных на подвижном холодильнике 8. Свободный конец датчика 10 в процессе движения печи контактирует с формой и скользит по ней.

Перемещение печи-кристаллизатора начинают при достижении градиента температур между источником тепла и холодильником (GÄ ) определенного 15 значения. Скорость перемещения печи.кристаллизатора изменяется в зависимости от изменения G„„ пока он не достигнет своего определенного минимального значения. По мере удаления источника тепла (нагревателя) от холодильника, влияние его на теплоотвод от зоны кристаллизации ослабевает и градиент G„„, уменьшается. При достиженк С„, значения, при котором не выполняется условие G/× вЂ” const (V — скорость перемещения индуктора), при данной скорости пере.мещения..печи-кристаллизатора можно считать, что теплоотвод через боковые стенки формы оказывает большее влия30 ние на процесс кристаллизации, чем теплоотвод через затвердевший участок отливки к холодильнику. С этого мо мента скорость перемещения печи-кристаллизатора изменяют пропорционально 35 градиенту температур между источником тепла.и затвердевшей отливкой ниже зоны. кристаллизации (G ).

Скорость кристаллизации зависит от градиента температур в зоне кристаллизации. По мере подъема печикристаллиэатора, т.е. удаления зоны кристаллизации от холодильника, градиент температур в зоне кристаллизации уменьшается, что связано с умень- 45 шением теплоотвода к,холодильнику теплопроводностью и увеличением теплоотвода через боковые стенки к окружающему воздуху излучением.

Изменение теплоотвода, вызывающее 50 уменьшение градиента температур в зоне кристаллизации, приводит к изменению температуры холодильника.

При постоянных расходе.и температуре охлаждающей воды с удалением 55 нагревателя от холодильника темпера-. тура холодильника уменьшается. Характеры изменения температур в зоне кристаллизации и температуры холодильника можно считать идентичными только на небольшом отрезке кристал" лизации отливки, зависящими от конструктивных особенностей печи-кристал1 лизатора. С момента начала движения (печи-кристаллизатора характер изменения градиента температуры в зоне кристаллизации совпадает с характером изменения температуры холодильника, причем влияние температуры холодильника на градиент температур в зоне кристаллизации будет резко уменьшатьея и в конечном итоге сведется к нулю.

Оценка истинного характера изменения теплоотвода от зоны кристаллизации будет производиться по температуре верхнего участка затвердевшей отливки.

Таким образом, градиент между температурой футеровки у нагревателя печи и температурой верхнего участка затвердевшей отливки будет являться прямой характеристикой градиента температур в зоне кристаллизации. Использование изменения данного градиента в зависимости от изменения интенсивности теплоотвода от форм в окружающую среду, учитывая такие факторы, как изменение температуры затвердевшей части отливки, температуры окружающей среды, качество футеровки печи и изменение .температуры расплавленного металла, позволит поддерживать скорбсть перемещения печи равной скорости роста кристаллов и тем самым существенно улучшить кристаллическую структуру по всей высоте отливки. Это приводит к повьппению качества постоянных магнитов.

В предварительно прогретые заливочные формы 1, установленные на холодильник 8, заливают расплавленный (1 металл. При этом с помощью индуктора

4, генератора 12 и блока 13 управления генератором, стабилизирующего выходное напряжение генератора путем, например, изменения анодного или сеточного напряжения генераторной пампы, поддерживают температуру нагревателя 3 на (30-50).К вьппе температуры ликвидуса заливаемого металла. Характер изменения температуры расплава и футеровки,печи 2 идентичны, поэтому оценка температуры

5 14686 расплава ведется по температура футеровки печи с помощью датчика 11.

В связи с наличием большого градиента температур между расплавленным металлом и холодильником 8 ме5 талл начинает кристаллизоваться, образуя столбчатую структуру отливок. В процессе кристаллизации интенсивность теплового потока через холодильник снижается за счет уменьшения теплопроводности затвердевшего металла. Поэтому градиент температур (С „„ ) между. жидким металлом и хо- .. лодильником, измеряемый датчиками 9, 11, будет уменьшаться, при которых

G „„, стабилизируется, что соответствует началу образования кристаллической структуры и достигает равенства опорному напряжению, востанавлива- 20 емому в блоке 15 сравнения, в результате чего сигнал подается в регулирующее устройство б исполнительного механизма перемещения индуктора 5, обеспечивающего перемещение 25 печи-кристаллизатора с определенной скоростью, а следовательно, и перемещение эоны кристаллизации. В регулирующем устройстве 6 вырабатывается сигнал, прямопропорциональный Схн 30 следовательно и скорость перемещения исполнительным механизмом 5 печи-кристаллизатора 4 будет производиться пропорционально G„„, т.е. будет уменьшаться с изменение G „ . При достижении в процессе вытяжки заготовок магнитов градиекта G „„ второго порогового значения, при котором эффективность теплоотвода через боковые стенки формы в воздух становиться значительно выше теплоотвода через твердую фазу отливки к холодильнику, сигнал B блока 15 сравнения поступает на блок 14, который переключает второй вход блока сравнения с датчика 9 на датчик 10.

Сигналы от датчика TT после преобразования через блок 13 управления к от датчика 10 температуры поступает в регулирующее устройство б. С этого момента в регулирующем устройстве 6 вырабатывается сигнал, пропорциональный градиенту С „ температур между футеровкой и затвердевшим металлом. Тем самым обеспечивается изменение скорости перемещения печи-кристаллизатора посредством ис-, .полнительного механизма 5 в соответствии с изменением G,а . Далее хапаКтер процесса регулирования повторяется. По мере дальнейшего удаления нагревателя от холодильника градиент

G „,. уменьшается, спедавательн:,. уменьшается к скорость перемещения печи. Градиент G », достигает своего минимального значения к не меняется прк удалении печи от холодильника, достигается установившийся тепловой режим и скорость перемещения печи.крксталлизатора остаатся постоянной.

Пример. Получают отливку с направленной кристаллизацией по высокочастотной установке типа ЛПЗ-"-67 м.

Исходные данные. Тиг. сплава ЮН 15

ДК 25 БА. Диаметр линейной формы

26 мм. Длина линейной формы 500 мм,.

Количество линейных форм 27 шт, г1асса заливаемого расплава 21 кг. Температура заливаемого расплава 1873 K. !

Начало перемещения печк-кристаллизатора синхронизировано системой регулирования с достижением верхнего торца холодильника температуры около

573 К (в зависимости от температуры охлаждающей воды).

Величина двухфазной области перед фронтом кристаллизации (1,5- ?) см.

Таким образом градиент температур в зоне кристаллизации С = 650 K/ñì.

Отношение G/V = 10000 = const psrsr данного сплава. Следовательно, начальная скорость перемещения печикристаллизатора V „ ц = 36 мм/мин.

При достижении холодильником Т =— 1223 К, через 5 мкн после начала движения печи на расстоянии около

180 мм от холодильника градиент в зоне кристаллизации уменьшится до

G = 325 К/см. Для соблюдения условия

C/V = 10000 = const пройдет автоматическое переключение входа БС с термопары. 9 холодильника на дат тк 10 температуры, одновременно произойдет уменьшение скорости перемещения печи до 19,5 мм/мин. Скорость перамещания лечи в конце образования кристаллической структуры заготовок магнитов

V = l2 мм/мкн. Прк этом длительность процесса направленной кристаллизации с момента заливки расплава составляет около (26-30) мин в отличии от процесса длительностью 92 мин, которая имеет место в случае регулирования скорости перемещения печи в зависимости только от температуры

1468651 холодильника для того же типа отливок.

Температурное поле в зоне нагрева печи с помощью подводимой мощности и конструкции ее футеровки формиру5 ется таким образом, что температура нижнего участка зоны у нижнего края нагревателя 3 меньше температуры солидуса заливаемого в формы расплава, т.е. его твердой фазы и равна

1173 К.

Для сплава ЮН15ДК25БА, приведенного в примере, температура ликвиду са равна 1668 К. После. заливки расплава с температурой..около 1873 К при постоянном расходе воды через холодильник и истечении некоторого промежутка времени пока температура нижнего участка зоны а расплавом в формах не достигнет около 1573 К, а температура верхнего торца холодильника (Т ) 573 К, печь неподвижна..

При достижении Т 573 К на выхо- 25 де БС появится сигнал„ разрешающий

РУ включение HK для. перемещения печи, вверх от холодильника.

К этому моменту начался процесс

1 кристаллизации расплава, следователь- gp . но, и появление двухфазной области высотой 1,5-2 см за счет градиента температур между расплавом и холодильником, который будет равен:

Т 4 Tq (1873-573)

G --"- — -- — — — - — -- =, 650К/см хит R 2 ь где R — - высота двухфазной зоны.

Исходя из соотношения С/V 10000- 40

20000, выведенного для указанного сплава и учитывая условия работы печи"кристаллиэатора и ее конструктивные особенности, выбираем G/V =

t0000-12000 = const и определяея

45 начальную скорость перемещения печи

С 650

Ч вЂ” — 0 06 см/сек

»ooo t tooo ь

ralH Vноч 36 мм/мин, 50

В процессе перемещения печи вверх и роста кристаллов будет продолжаться интенсивный отбор тепла от расплава через закристаллизовавшийся металл к холодильнику. Температура холодильника, измеряемая датчиком 9 (Т ), будет продолжать повышаться и прй достижении расстояния от нижнего края нагревателя до дна холодильника около 180 ммь она составит 1223 К.

При сохранении величины двухфазной области перед фронтом кристаллизации около 2 см (R) величина градиента температур С„„, при котором происходит переход с регулирования по датчикам 11,. 9 к регулированию по датчикам 11, 10, составит

Т хх — Тч t 873-1 223

С - — — — — — = 325 F/cà, хит К

Действительно, величина скорости перемещения печи изменяется с течением времени, т.е. уменьшается, уменьшается и градиент с 650 до

325 К, по которому регулирующим устройством производится пропорциональное уменьшение..скорости перемещения печи. Важно .то, что в конечном итоге выдерживается постоянным соотношение

G/V = t 0000, .необходимое для направленного роста кристаллов в расплаве указанного. сплава.

Что касается датчика tO то он всегда будет измерять, температуру твердой. фазы расплава, так как находится .на расстоянии 160-180 мм ниже двухфазной зоны, которая всегда долж на находиться у нижнего края нагревателя.

Использование способа позволит за счет увеличения скорости образования направленной кристаллической структуры повысить производительность установки примерно на 70Х и улучшить качество на 5Х.

Формула. изобретения

Способ автоматического регулирования температурного режима в установке получения отливок постоянных магнитов направленной кристаллизацией, .при котором перемещают печь-кристаллизатор вдоль отливок и охлаждают холодильником нижние торцы отливок, воздействуют на высокочастотный гене» ратор, питающий индуктор в зависимос ти от температуры его футеровки, о т л и ч а, ю шийся тем, что, с целью повышения производительности установки и улучшения качества постоянных магнитов, перемещение печи" кристаллизатора производят в зависимости от градиента температур по высоте отливок, причем в начале про1468651 цесса градиент определяют по разнице между температурой футеровки и температурой холодильника, а затем—

Составитель А.Абросимов

Техред Л.Сердюкова Корректор М.Пожо

Тираж 710

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 101

Редактор А.Долинич

Заказ 1296/ 12 между температурой футеровки и температурой отливки ниже зоны кристаллизации.