Спосіб і пристрій для виготовлення обечайки з двох матеріалів і отримана обичайка

 

Винахід відноситься до галузі металургії і, зокрема, до виготовлення обичайок з двох матеріалів, тобто деталей, що складаються з двох нерухомо з'єднаних концентричних частин кільцевої форми, виконаних з двох різних матеріалів і нерухомо з'єднаних між собою.

У промисловості, пов'язаної із застосуванням реакторів, піддаються дії тиску, в тому числі ядерної та нафтохімічної промисловості, такі обичайки використовують в якості складових частин баків реакторів або компенсаторів тиску. Ці обичайки можна виготовляти за допомогою зварювання двох спочатку окремих обичайок, кожна з яких виконана за допомогою певного способу, або однієї обичайки і смуги, розташовуваної на поверхні обичайки. Зовнішню обичайку можна виконати, наприклад, з низьковуглецевої сталі типу 16MND5, а внутрішню обичайку - з аустенітної нержавіючої сталі типу 304L спочатку у вигляді смуги.

Зовнішню обечайку з низьковуглецевої сталі можна отримати за допомогою кування, а внутрішню обечайку з нержавіючої сталі можна, як було зазначено вище, виконати у вигляді смуги, яку кріплять зварюванням на внутрішній поверхні зовнішньої обичайки. Не обмежувально внутр, �ри цьому товщина обичайок може становити приблизно від 50 мм до 600 мм для зовнішньої обичайки і від 5 мм до 100 мм для внутрішньої обичайки.

Це відносно просте в здійсненні рішення не є оптимальним, так як мова йде про тривалому процесі. Для обичайки активної зони реактора, що має вищезазначені розміри, зварювання та контроль якості зварювання можуть зайняти від 5 до 10 тижнів, це час, який коливається залежно від внутрішніх розмірів обичайки і від необхідної товщини зварного шва. Якість зварювання необхідно ретельно перевіряти, і воно залежить від застосовуваних критеріїв контролю.

Завдання винаходу полягає в розробці способу виготовлення таких обичайок з двох матеріалів, що характеризується більш високою продуктивністю і абсолютною надійністю.

Поставлена задача вирішена в способі виготовлення обечайки з двох матеріалів, що складається з кільцевої зовнішньої обичайки і кільцевої внутрішньої обичайки, що зварюються один з одним, при цьому обидві обичайки виконують з різних матеріалів, що містить, згідно винаходу, етапи, на яких:

- здійснюють сифонну розливання і затвердіння зовнішньої обичайки в ливарному просторі, обмеженому ливарним осно�ня вгору зовнішньою стінкою другий виливниці, розташованої на зазначеному підставі та концентричної з першої виливниці;

- піднімають зазначену переміщувану зовнішню стінку другий виливниці таким чином, щоб відкрити затверділу на ній кірку зовнішньої обичайки;

- здійснюють сифонну розливання і затвердіння внутрішньої обичайки в ливарному просторі, обмеженому зазначеної кіркою зовнішньої обичайки, яка попередньо затверділа на переміщуваної зовнішній стінці другий виливниці, і нерухомої внутрішньою стінкою зазначеної другий виливниці, при цьому зварювання двох обичайок відбувається за рахунок дифузії матеріалу між поверхнями зазначених обичайок, які входять в контакт один з одним під час затвердіння;

- і в разі необхідності роблять ковку і/або механічну обробку вузла, утвореного зазначеними звареними обичайки.

Зазначену зовнішню стінку другий виливниці можна підняти після затвердіння зовнішньої обичайки.

Можна почати піднімати зазначену зовнішню стінку другий виливниці, коли лиття зовнішньої обичайки завершено, але її затвердіння ще не закінчилося.

Можна почати піднімати зазначену зовнішню стінку другий виливниці, коли лиття зовнішньої обичайки ще не завершено.

Можна здійснювати примусове охолодження внутрішньої стінки другий виливниці.

Зовнішню обичайку можна виконувати з вуглецевої сталі, а внутрішню обичайку - з нержавіючої сталі.

Об'єктом винаходу є також пристрій для виготовлення обечайки з двох матеріалів, що складається з кільцевої зовнішньої обичайки і кільцевої внутрішньої обичайки, що зварюються один з одним, при цьому обидві обичайки виконані з різних матеріалів, згідно винаходу пристрій містить:

- ливарне підстава для сифонної розливки;

- вхідний канал і його вихідні канали для рідкого металу, призначеного для використання в якості матеріалу зовнішньої обичайки, виконані у зазначеному підставі, при цьому зазначені вихідні канали повідомляються з першим ливарним простором, обмеженим верхньою стороною підстави, внутрішньою стінкою першої виливниці і зовнішньою стінкою другий виливниці;

- вхідний канал і його вихідні канали для рідкого металу, призначеного для використання в якості матеріалу внутрішньої обичайки, виконані у зазначеному підставі, при цьому зазначені вихідні канали з'єднуються з другим ливарним простором, обмеженим верхньою стороною ва підйому зазначеної внутрішньої стінки другий виливниці у вертикальному напрямку, дозволяють відкрити затверділу внутрішню поверхню зовнішньої обичайки і ввести її в контакт з рідким металом, призначеним для використання в якості матеріалу внутрішньої обичайки.

Воно може містити охолоджувану зсередини оправлення, оточену внутрішньою стінкою другий виливниці.

Зазначені виливниці можуть містити прибуткові надставки.

Зовнішня стінка другий виливниці може містити кошти мастила межі її розділу з металом зовнішньої обичайки.

Об'єктом винаходу є також обичайка з двох матеріалів, що складається з кільцевої зовнішньої обичайки і кільцевої внутрішньої обичайки, що зварюються один з одним, при цьому обидві обичайки виконують з різних матеріалів, згідно винаходу обичайка виготовлена за допомогою описаного вище способу.

Зовнішня обичайка може бути виконана з вуглецевої сталі 16MND5, а внутрішня обичайка може бути виконана з нержавіючої сталі 304L.

Обичайка може бути деталлю бака ядерної або нафтохімічного реактора.

Обичайка може бути деталлю компенсатора тиску ядерного реактора.

З вищевикладеного зрозуміло, що досягається винаходом забезпечення одночасного або майже одночасного зат�авливаемой обичайки з двох матеріалів. Твердіння зовнішньої сторони злитка, що утворює внутрішню обечайку, відбувається безпосередньо на внутрішній стороні злитка, що утворює зовнішню обечайку, або навпаки, і їх з'єднання відбувається за рахунок дифузійного зварювання або спільного затвердіння утворюють їх матеріалів.

Винахід буде більш очевидно з наведеного нижче опису з посиланнями на прикладені креслення.

На фіг.1 схематично показана установка для здійснення способу згідно з винаходом, вид спереду в розрізі;

на фіг.2 показана та ж установка під час затвердіння зовнішньої обичайки;

на фіг.3 показана та ж установка після повного затвердіння зовнішньої обичайки і в ході затвердіння внутрішньої обичайки.

На фіг.1 показаний приклад пристрою згідно з винаходом, що застосовується для виготовлення обечайки з двох матеріалів. В якості основних елементів в першу чергу воно містить ливарне підстава 1 для сифонної розливки для лиття злитка кільцевої форми, яка є злегка конусної у представленому прикладі. Це підстава 1 в представленому прикладі містить у своїй центральній частині цоколь 2 по суті циліндричної форми, виступає по відношенню до осѺоторая встановлена на підставі 1 і нижня частина якої охоплює цоколь 2, верхня сторона якого утворює дно першої виливниці. Ця стінка 3 першої виливниці може у разі необхідності охолоджуватися зовні або зсередини за рахунок циркуляції текучого середовища або може не охолоджуватися. Внутрішня сторона першою виливниці 3 призначена для забезпечення затвердіння зовнішньої частини обичайки. Для цього підстава 1 містить вхідний канал 4 для рідкого металу (наприклад, низьковуглецевої сталі 16MND5), з'єднаний з непоказанной центральним литником, тобто з вертикальним каналом, призначеним для проходження рідкого металу, що випливає з розливного ковша, де регулюють його температуру і його склад. Вхідний канал 4 ділиться на кілька вихідних каналів (з яких на фігурах показані два канали 5, 6), які виходять на верхню сторону цоколя 2 і дозволяють рідкого металу проходити в різні місця кільцевого ливарного простору 7, обмеженого зовні стінкою 3 першої виливниці.

Друга изложница обмежена верхньою стороною цоколя 2 підстави 1, при цьому інші дві концентричні металеві циліндричні стінки 8, 9 обмежують між собою кільцеве простір 10, призначене для лиття внутрішньої частини обичайки. Для цього підстава 1 вміст�м центральним литником (не показаний), відмінним від центрального литника, живлячої вищевказаний вхідний канал 4. Переважно цей інший вхідний канал 11 ділиться на кілька вихідних каналів (з яких два канали 12, 13, що знаходяться ззаду площині розрізу фігур, як і вхідний канал 11, показано на фігурах пунктирними лініями). Вони виходять на верхню поверхню цоколя 2 і дозволяють рідкого каналу проходити в кільцеве ливарне простір 10, обмежений стінками 8, 9 другий виливниці.

Згідно винаходу особливістю цієї другої виливниці є те, що її сама зовнішня стінка 8, яка розділяє два ливарних простору 7, 10 (і, отже, утворює внутрішню стінку для першої виливниці), виконана рухомий у вертикальному напрямку по команді у відповідності з умовами, які будуть розглянуті нижче. Цю рухливість забезпечують непоказані підйомні засоби, керовані оператором або автоматичним пристроєм. Сама внутрішня стінка 9 другий виливниці може бути як стаціонарної, так і знімною.

Встановлення доповнює система охолодження самої внутрішньої стінки 9, обмежує другу виливниці. Наприклад, ця система охолодження може представляти собою оправлення 14, охолоджувану зсередини заавка 14 входить в контакт з самою внутрішньою стінкою 9, обмежує другу виливниці, для забезпечення її охолодження і її утримання під час використання установки.

Переважно у верхніх частинах ливарних просторів 7, 10 установка містить також прибуткові надставки 15, 16, тобто кільцеподібні деталі з жаростійкого матеріалу, розташовані на нерухомих стінках виливниць:

- на внутрішній стороні першої виливниці 3;

- і на самій внутрішній стінці 9 другий виливниці.

Функцією цих прибуткових надставок 15, 16, принцип пристрої яких добре відомий в області лиття злитків з рідкого металу, є уповільнення затвердіння металу в що знаходиться навпроти них зоні таким чином, щоб в цій зоні як можна довше залишався запас рідкого металу, який зможе живити осьову частину зливка для забезпечення його максимально можливого рівномірного затвердіння. Дійсно, твердіють кірки, які утворюються починаючи від протилежних стінок виливниці, можуть наростати нерівномірно і з'єднатися один з одним передчасно, утворюючи, таким чином, «перемички», що утримують ще рідкий метал. При затвердінні цей метал буде зменшуватися в об'ємі і залишати порожнечі, звані «усадочними раковинами», кіт�иваемих в рамках винаходу, ці усадочні раковини є тим більш небажаними, оскільки обичайки надалі не піддаються або майже не піддаються пластичним деформаціям, які могли б закрити усадочні раковини. Запас рідкого металу, що утримується прибутковою надставкою, дозволяє живити центральну частину зливка в ході затвердіння і уникнути утворення перемичок, що є причиною виникнення усадочних раковин, або розплавити ці перемички після їх утворення.

На фіг.2 показана установка під час лиття та затвердіння зовнішньої обичайки 17 з вуглецевої сталі. В пристрій через вхідний канал 4 заливають вуглецеву сталь в рідкому стані, і вона проникає у ливарне 7 простір, обмежений внутрішньою стінкою першої виливниці 3 і зовнішньою стінкою 8 другої виливниці.

Показана на фіг.2 обичайка 17 знаходиться в стадії твердіння, і на стінках першої виливниці формується затвердевающая кірка 18.

На фіг.3 показана установка під час лиття та затвердіння внутрішньої обичайки з нержавіючої сталі. Після підняття циліндричної стінки 8, яка розділяла два ливарних простору 7, 10, щоб відкрити затверділу кірку зовнішньої обичайки 7, через вхідний канал 11 залбечайкой 17 і інший стінкою 9, обмежує ливарне простір 10 другій обичайки. Вона твердне на стінці 9, яка охолоджується оправленням 14, а також на внутрішній поверхні зовнішньої обичайки 17. Температури двох металів (затвердевающая обичайка 17 і рідкий метал 18, призначений для отримання внутрішньої кільцевої обичайки) вибирають момент лиття внутрішньої обичайки, щоб хіміко-металургійна дифузія між вуглецевою сталлю і нержавіючої сталлю інтенсивно відбувалася на їх кордоні розділу або щоб на цій межі розділу відбувалося спільне затвердіння. Таким чином, отримують відмінну якість затвердіння двох обичайок за рахунок явища дифузійного зварювання або спільного затвердіння.

Після повного затвердіння нержавіючої сталі 18 видаляють першу виливниці 3 і стінку 9 другий виливниці і отримують заготівлю необхідної обичайки з двох матеріалів, готової для кування і/або механічної обробки для отримання остаточної обичайки після можливих операцій термічної обробки.

Переважно, щоб полегшити підйом стінки 8, що розділяє два ливарних простору 7, 10, без пошкодження поверхні обичайки 17, можна обладнати її бік, призначену для входження�ність стінки, аналогічно тому, що використовують для виливниць безперервного лиття сталі, або канали для нагнітання газу під тиском, що забезпечує швидке відділення стінки 8.

Вище був описаний випадок, коли для лиття внутрішньої обичайки з нержавіючої сталі чекають, поки повністю не затвердіє зовнішня обичайка 17. Проте в рамках винаходу можна і не чекати цього повного затвердіння і здійснити підйом циліндричної стінки 8, потім лиття нержавіючої сталі 18, поки затвердіння зовнішньої обичайки 17 ще повністю не завершився. Достатньо, щоб затверділа кірка, що утворилася на стінці 8, була достатньою твердою, щоб не пошкодитися від руху стінки 8 і щоб витримати тиск, який на нього чинить нержавіюча сталь 18 під час лиття. Перевагою цього рішення є можливість здійснення лиття, поки внутрішня поверхня зовнішньої обичайки знаходиться при відносно високій температурі, що підвищує інтенсивність взаємної дифузії металів. За рахунок цього ще краще відбувається зчеплення між двома обичайки.

Точно так само можна почати підйом циліндричної стінки 8, потім лиття внутрішньої обичайки до завершення лиття зовнішньої обичайки 17, коли затвердева�ї стінці 8 була досить товстою і твердої і могла витримати переміщення стінки 8 і тиск рідкого металу 18, нагнітається для формування внутрішньої обичайки. Твердіння зовнішньої обичайки 17 може продовжуватися, навіть коли стінка 8 знаходиться в русі.

У порівнянні з відомими до цього часу технологіями винахід дозволяє виключити фазу зварювання смуги з нержавіючої сталі і перевірки зварних швів, що дає виграш у часі не менше 5-10% для спільного виготовлення большеразмерной двокомпонентної обичайки. Наприклад, але не обмежувально цей час може становити 5-10 тижнів із загального строку виготовлення, який може тривати сотню тижнів.

Виготовлення обечайки з двох матеріалів проходить через стадію отримання двокомпонентного порожнистого зливка.

Виливниці, що дозволяє виготовити таку обечайку, в основному виконують з чавуну, при цьому внутрішнє знімне пристрій виконують з чавуну або сталі. Етап кування та/або кругової прокатки дозволяє отримати заготовку, яка по суті має кінцеву довжину двокомпонентної обичайки і мінімальну товщину, що дозволяє здійснювати наступну фазу механічної обробки. Нарешті, фазу механічної обробки здійснюють для перекладу двокомпонентної обичайки з стану заготовки в стан готової деталі з зіз вуглецевої сталі для зовнішньої частини та з нержавіючої сталі для внутрішньої частини. Однак, зрозуміло, що цей приклад не є обмежуючим, і можна використовувати інші матеріали. Точно так же порядок величин розмірів, які були приведені в якості прикладів, не є обмежуючим.

В рамках винаходу кільцеві обичайки 17, 18 можуть бути циліндричними, усіченими конусними, можуть мати прямокутне або інше розтин.

Можна також здійснювати лиття внутрішньої обичайки 18 до лиття зовнішньої обичайки 17, якщо встановити засоби охолодження, що забезпечують первинне примусове охолодження внутрішньої обичайки 18. Так само, як було зазначено вище для зворотного випадку, лиття зовнішньої обичайки 17 можна здійснювати на внутрішній обичайці 18, яка вже частково або повністю затверділа або знаходиться в процесі лиття.

1. Спосіб виготовлення обечайки з двох матеріалів, що складається з кільцевої зовнішньої обичайки (17) і внутрішньої кільцевої обичайки (18), зварюють один з одним, при цьому обидві обичайки виконують з різних матеріалів, відрізняється тим, що:
- здійснюють сифонну розливання і затвердіння першої обичайки (17, 18) у ливарному просторі (7, 10), обмеженому ливарним підставою (1), першої стінкою (3, 9) виливниці, розташованої на ливарно�іі (1) та концентричної зі стінкою (3, 9) виливниці,
- піднімають зазначену переміщувану стінку (8) так, щоб відкрити затверділу на ній кірку першої обичайки (17, 18),
- здійснюють сифонну розливання і затвердіння другий обичайки (18, 17) у ливарному просторі, обмеженому зазначеної кіркою першої обичайки (17, 18), яка попередньо затверділа на переміщуваної стінці (8), і нерухомої другий стінкою (9, 3) виливниці, при цьому зварювання двох обичайок відбувається за рахунок дифузії матеріалу між поверхнями зазначених обичайок, що входять в контакт один з одним під час затвердіння, або за рахунок спільного затвердіння,
- у разі необхідності проводять кування та/або механічну обробку обичайки з двох матеріалів, утвореної зазначеними звареними обичайки.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перша обичайка є кільцевої зовнішньої обичайкою (17).

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перша обичайка є кільцевої внутрішньої обичайкою (18).

4. Спосіб по одному з пп.1-3, відрізняється тим, що зазначену переміщувану стінку (8) піднімають після затвердіння першої обичайки (17, 18).

5. Спосіб по одному з пп.1-3, відрізняється тим, що зазначену переміщувану стінку (8) починають піднімати, коли лиття пЂличающийся тим, що зазначену переміщувану стінку (8) починають піднімати, коли лиття першої обичайки (17, 18) ще не завершено.

7. Спосіб по одному з пп.1-3, відрізняється тим, що змазують кордон розділу між першою обичайкою (17, 18) і переміщуваного стінкою (8).

8. Спосіб по одному з пп.1-3, відрізняється тим, що нагнітають газ під тиском на кордон розділу між першою обичайкою (17, 18) і переміщуваного стінкою (8).

9. Спосіб по одному з пп.1-3, відрізняється тим, що здійснюють примусове охолодження однієї і/або інший зі стінок (3, 9) виливниці.

10. Спосіб по одному з пп.1-3, відрізняється тим, що зовнішню обичайку (17) виконують з вуглецевої сталі, а внутрішню обичайку виконують з нержавіючої сталі.

11. Пристрій для виготовлення обечайки з двох матеріалів, що складається з кільцевої зовнішньої обичайки (17) і внутрішньої кільцевої обичайки (18), зварюють один з одним, при цьому обидві обичайки виконані з різних матеріалів, відрізняється тим, що воно містить:
- ливарне підстава (1) для сифонної розливки, що має вхідний канал (4) та його вихідні канали (5, 6) для рідкого металу, призначеного для використання в якості матеріалу зовнішньої обичайки (17), виконані у зазначеному підставі (1), при е� підстави (1), внутрішньою стінкою першої виливниці (3) і зовнішньою стінкою (8) другий виливниці, і вхідний канал (11) і його вихідні канали (12, 13) для рідкого металу (18), призначеного для використання в якості матеріалу внутрішньої обичайки, виконані у зазначеному підставі (1), при цьому вказані вихідні канали (12, 13) повідомлені з другим ливарним простором (10), обмеженим верхньою стороною підстави (1), зазначеної зовнішньою стінкою (8) другий виливниці і внутрішньої стінкою (9) другий виливниці,
- кошти підйому зазначеної зовнішньої стінки (8) другий виливниці у вертикальному напрямку, що дозволяють відкрити затверділу внутрішню поверхню зовнішньої обичайки (17) і ввести її в контакт з рідким металом (18), є матеріалом внутрішньої обичайки.

12. Пристрій п. 11, відрізняється тим, що воно містить засоби охолодження внутрішньої стінки (9) другий виливниці, такі як охолоджувана зсередини оправлення (14), оточена внутрішньою стінкою (9) другий виливниці.

13. Пристрій п. 11 або 12, відмінне тим, що зазначені виливниці містять прибуткові надставки (15, 16).

14. Пристрій п. 11 або 12, відмінне тим, що зовнішня стінка (8) другий виливниці містить засоби мастила межі її розділу � виливниці містить засоби нагнітання газу під тиском на кордоні її розділу з металом зовнішньої обичайки (17).

16. Обичайка з двох матеріалів, що складається з кільцевої зовнішньої обичайки (17) і внутрішньої кільцевої обичайки (18), зварюють один з одним, при цьому обидві обичайки виконані з різних матеріалів, відрізняється тим, що вона виготовлена способом по одному з пп.1-10.

17. Обичайка з п. 16, відрізняється тим, що зовнішня обичайка виконана з вуглецевої сталі 16MND5, а внутрішня обичайка виконана з нержавіючої сталі 304L.

18. Обичайка з п. 16 або 17, відрізняється тим, що вона є деталлю бака ядерної або нафтохімічного реактора.

19. Обичайка з п. 16 або 17, відрізняється тим, що вона є деталлю компенсатора тиску ядерного реактора.



 

Схожі патенти:

Спосіб і пристрій для послідовного лиття металів, що мають близькі температурні інтервали кристалізації

Пристрій містить наскрізний прямокутний кристалізатор з охолоджуваними стінками, порожнину якого для формування багатошарового злитка розділена на живлять охолоджуваної камери розділової перегородкою, виконаної з можливістю переміщення у напрямку литва. Устаткування для керування подачею металу забезпечує підтримання поверхонь металу в живлячих камерах кристалізатора на різних рівнях. Обладнання вторинного охолодження кристалізатора розташоване поруч з його випускним отвором і містить вузли на кожній з бічних і торцевих стінок, виконані з можливістю початку вторинного охолодження торцевих поверхонь злитка в іншому місці по його висоті, ніж бічних поверхонь. Досягається стабільність межі розділу шарів одержуваного багатошарового злитка. 4 н. і 16 з.п. ф-ли, 8 іл.
Винахід відноситься до галузі виробництва биметаллов і може бути використане в чорної і кольорової металургії, а також у спеціальних галузях машинобудування
Винахід відноситься до галузі спеціальної електрометалургії і може бути використане для виплавки злитків тугоплавких та високореакційних металів і сплавів, переважно титанових, для фінішної плавки у вакуумних дугових печах
Винахід відноситься до ливарного виробництва та може бути застосована для отримання зливків з алюмінієво-свинцевих сплавів

Композитний злиток для отримання зварювального дроту

Винахід відноситься до металургії і може бути використано для отримання зварювальних дротів

Стальний злиток для виготовлення біметалевого прокату

Винахід відноситься до лиття металів, призначеному для подальшого отримання біметалевого прокату

Спосіб виливки злитків

Винахід відноситься до виробництва сталевих злитків, призначених для подальшої прокатки

Спосіб отримання біметалевого злитка

Винахід відноситься до галузі спеціальної електрометалургії, конкретно до виробництва биметаллов з використанням технології електрошлакового
Up!