[go: up one dir, main page]

RU2829376C2 - Methods and systems for ultrasonic grinding of grain and degassing during metal casting - Google Patents

Methods and systems for ultrasonic grinding of grain and degassing during metal casting Download PDF

Info

Publication number
RU2829376C2
RU2829376C2 RU2020124617A RU2020124617A RU2829376C2 RU 2829376 C2 RU2829376 C2 RU 2829376C2 RU 2020124617 A RU2020124617 A RU 2020124617A RU 2020124617 A RU2020124617 A RU 2020124617A RU 2829376 C2 RU2829376 C2 RU 2829376C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
molten metal
ultrasonic
metal
grain
provision
Prior art date
Application number
RU2020124617A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020124617A (en
Inventor
Кевин Скотт ДЖИЛЛ
Майкл Калеб ПАУЭЛЛ
Виктор Фредерик РАНДКВИСТ
Венката Киран МАНЧИРАДЖУ
Роланд Эрл ГАФФИ
Original Assignee
САУТУАЙР КОМПАНИ, ЭлЭлСи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by САУТУАЙР КОМПАНИ, ЭлЭлСи filed Critical САУТУАЙР КОМПАНИ, ЭлЭлСи
Publication of RU2020124617A publication Critical patent/RU2020124617A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2829376C2 publication Critical patent/RU2829376C2/en

Links

Abstract

FIELD: foundry.
SUBSTANCE: invention can be used in production of metal castings with controlled grain size. Metal article containing cast metal having submillimeter grain size and containing less than 0.5 wt.% of grain grinders. Relative elongation of said metal is 10–30% at tensile force of 100 lb/sq in, and tensile strength is 50–300 MPa. Introduction of vibration energy into molten metal during cooling of this metal makes it possible to grind metal grain to submillimeter size with introduction of less than 0.5 wt.% of grain grinders.
EFFECT: reduced tendency to occurrence of hot cracks in metal article, which will make it possible to increase rate of metal pouring and its further processing and, thus, to increase productivity.
8 cl, 21 dwg, 5 tbl

Description

Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross-reference to related applications

Эта заявка связана с заявкой на патент США № 62/372,592 (содержание которой настоящим упоминанием включено в настоящее описание во всей полноте), зарегистрированной 9 августа 2016 и озаглавленной "ULTRASONIC GRAIN REFINING AND DEGASSING PROCEDURES AND SYSTEMS FOR METAL CASTING". Эта заявка связана с заявкой на патент США № 62/295,333 (содержание которой настоящим упоминанием включено в настоящее описание во всей полноте), зарегистрированной 15 февраля 2016 и озаглавленной "ULTRASONIC GRAIN REFINING AND DEGASSING FOR METAL CASTING". Эта заявка связана с заявкой на патент США № 62/267,507 (содержание которой настоящим упоминанием включено в настоящее описание во всей полноте), зарегистрированной 15 декабря 2015 и озаглавленной "ULTRASONIC GRAIN REFINING AND DEGASSING OF MOLTEN METAL". Эта заявка связана с заявкой на патент США № 62/113,882 (содержание которой настоящим упоминанием включено в настоящее описание во всей полноте), зарегистрированной 9 февраля 2015 и озаглавленной "ULTRASONIC GRAIN REFINING". Эта заявка связана с заявкой на патент США № 62/216,842 (содержание которой настоящим упоминанием включено в настоящее описание во всей полноте), зарегистрированной 10 сентября 2015 и озаглавленной "ULTRASONIC GRAIN REFINING ON A CONTINUOUS CASTING BELT".This application is related to U.S. Patent Application Ser. No. 62/372,592 (the contents of which are hereby incorporated herein in their entirety), filed August 9, 2016, and entitled "ULTRASONIC GRAIN REFINING AND DEGASSING PROCEDURES AND SYSTEMS FOR METAL CASTING." This application is related to U.S. Patent Application Ser. No. 62/295,333 (the contents of which are hereby incorporated herein in their entirety), filed February 15, 2016, and entitled "ULTRASONIC GRAIN REFINING AND DEGASSING FOR METAL CASTING." This application is related to U.S. Patent Application Ser. No. 62/267,507 (the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety), filed December 15, 2015, and entitled "ULTRASONIC GRAIN REFINING AND DEGASSING OF MOLTEN METAL." This application is related to U.S. Patent Application Ser. No. 62/113,882 (the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety), filed February 9, 2015, and entitled "ULTRASONIC GRAIN REFINING." This application is related to U.S. Patent Application Ser. No. 62/216,842 (the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety), filed September 10, 2015, and entitled "ULTRASONIC GRAIN REFINING ON A CONTINUOUS CASTING BELT."

Область техникиField of technology

Настоящее изобретение относится к способу производства металлических отливок с контролируемым размером зерна, системе для производства металлических отливок и изделиям, полученным в результате литья металла.The present invention relates to a method for producing metal castings with controlled grain size, a system for producing metal castings, and products obtained by metal casting.

Уровень техникиState of the art

В металлургии усиленно развиваются технологии литья расплавленного металла с получением металлических изделий в виде непрерывных прутков или литых продуктов. Хорошо развиты как технологии литья партиями, так и технологии непрерывного литья. У непрерывного литья имеется ряд преимуществ по сравнению с литьем партиями, при том что они оба широко применяются в промышленности.In metallurgy, technologies for casting molten metal to produce metal products in the form of continuous rods or cast products are being intensively developed. Both batch casting technologies and continuous casting technologies are well developed. Continuous casting has a number of advantages over batch casting, while both are widely used in industry.

При производстве непрерывных металлических отливок расплавленный металл поступает из подогревательной печи в ряд желобов и в литейную форму литейного колеса, где он отливается в металлический стержень. Кристаллизовавшийся металлический стержень удаляется с литейного колеса и направляется в прокатный стан, где он прокатывается в непрерывный пруток. В зависимости от предполагаемого использования готового металлического изделия в виде прутка и состава сплава, пруток может быть подвергнут охлаждению во время прокатки, либо он может подвергаться охлаждению или закалке непосредственно после выхода из прокатного стана, чтобы придать ему требуемые механические и физические свойства. Для непрерывной обработки металлического изделия в виде прутка или стержня используются технологии, подобные описанным в патенте США № 3,395,560, выданном Cofer и др. (содержание которого этим упоминанием включено в настоящее описание во всей полноте).In the production of continuous metal castings, molten metal passes from a reheat furnace into a series of runners and into a mold on a casting wheel where it is cast into a metal rod. The crystallized metal rod is removed from the casting wheel and sent to a rolling mill where it is rolled into a continuous rod. Depending on the intended use of the finished metal product in the form of a rod and the alloy composition, the rod may be cooled during rolling, or it may be cooled or quenched immediately after exiting the rolling mill to impart the desired mechanical and physical properties. For continuous processing of a metal product in the form of a rod or bar, techniques similar to those described in U.S. Patent No. 3,395,560 to Cofer et al. (the disclosure of which is hereby incorporated by this reference in its entirety) are used.

В патенте США № 3,938,991 на имя Sperry и др. (содержание которого этим упоминанием включено в настоящее описание во всей полноте) указано, что существует давно признанная проблема, связанная с получением путем литья "чистых" металлических изделий. Под "чистыми" литыми металлическими изделиями понимаются изделия, состоящие из металла или металлического сплава, содержащего основные химические элементы-металлы, обеспечивающие определенные проводимость, прочность на растяжение или пластичность без включения отдельных примесей, добавляемых с целью контроля зерна.U.S. Patent No. 3,938,991 to Sperry et al. (the contents of which are hereby incorporated in their entirety) teaches that there is a long-recognized problem associated with producing "clean" cast metal articles. By "clean" cast metal articles is meant articles consisting of a metal or metal alloy containing the basic chemical elements-metals that provide specific conductivity, tensile strength, or ductility without the inclusion of certain impurities added for grain control purposes.

Измельчение зерна представляет собой процесс, при котором размер кристаллов новой образовавшейся фазы уменьшают либо химическим, либо физическим/механическим путем. Чтобы значительно уменьшить размер зерна кристаллизовавшейся структуры, во время кристаллизации, или во время перехода из жидкой фазы в твердую, в расплавленный металл обычно добавляют измельчители зерна.Grain refinement is a process in which the crystal size of a newly formed phase is reduced either chemically or physically/mechanically. In order to significantly reduce the grain size of a crystallized structure, grain refiners are usually added to the molten metal during crystallization, or during the transition from the liquid to the solid phase.

Конкретный пример использования "измельчителей зерна" описан, например, в заявке на патент WIPO WO/2003/033750 от имени Boily и др (содержание которой этим упоминанием включено в настоящее описание во всей полноте). В разделе "Уровень техники" в заявке '750 указано, что в алюминиевой промышленности для получения лигатуры в алюминий обычно вводят различные измельчители зерна. Типичные лигатуры, используемые при литье алюминия, содержат 1% - 10% титана и 0,1% - 5% бора или углерода, остальное - это, по существу, алюминий или магний, при этом в матрице из алюминия распределены частицы TiB2 или TiC. Согласно заявке '750, лигатуры, содержащие титан и бор, можно получать путем растворения требуемых их количеств в расплаве алюминия. Это достигается за счет проведения реакций между расплавленным алюминием и KBF4, K2TiF6 при температурах выше 800°С. Эти комплексные галоиды быстро реагируют с расплавленным алюминием и передают титан и бор в расплав.A specific example of the use of "grain refiners" is described, for example, in WIPO patent application WO/2003/033750 in the name of Boily et al. (the contents of which are hereby incorporated by this reference in their entirety). In the "Background of the Art" section of the '750 application, it is stated that in the aluminum industry, various grain refiners are commonly added to aluminum to produce a master alloy. Typical master alloys used in aluminum casting contain 1% to 10% titanium and 0.1% to 5% boron or carbon, the remainder being essentially aluminum or magnesium, with TiB 2 or TiC particles dispersed in the aluminum matrix. According to the '750 application, master alloys containing titanium and boron can be produced by dissolving the required amounts of them in molten aluminum. This is achieved by reactions between molten aluminum and KBF4 , K2TiF6 at temperatures above 800 ° C. These complex halides react rapidly with molten aluminum and transfer titanium and boron into the melt.

В заявке '750 также указано, что по состоянию на 2002 год эта технология использовалась для получения коммерческих лигатур почти всеми компаниями - производителями измельчителей зерна. В настоящее время измельчители зерна, часто называемые "модификаторами", все еще используются. Например, один из коммерческих поставщиков лигатуры TIBOR указывает, что точный контроль структуры отливки является основным требованием при производстве высококачественных изделий из алюминиевых сплавов.The '750 application also states that as of 2002, this technology was used to produce commercial master alloys by nearly all grain refiner manufacturers. Grain refiners, often referred to as "inoculants," are still in use today. For example, one commercial master alloy supplier, TIBOR, states that precise control of casting structure is a key requirement for producing high-quality aluminum alloy products.

До создания этого изобретения применение измельчителей зерна считалось наиболее эффективным путем обеспечения мелкой и однородной кристаллической структуры в состоянии непосредственно после литья. Более подробная информация по существующему уровню техники приведена в следующих документах (содержание которых этим упоминанием включено сюда во всей полноте):Prior to this invention, the use of grain refiners was considered the most effective way to ensure a fine and uniform crystal structure in the as-cast condition. More detailed information on the state of the art is given in the following documents (the contents of which are hereby incorporated in their entirety):

Abramov, O.V., (1998), "High-Intensity Ultrasonics," Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam, The Netherlands, pp. 523-552.Abramov, O.V., (1998), "High-Intensity Ultrasonics," Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam, The Netherlands, pp. 523-552.

Alcoa, (2000), "New Process for Grain Refinement of Aluminum," DOE Project Final Report, Contract No. DE-FC07-98ID13665, September 22, 2000.Alcoa, (2000), "New Process for Grain Refinement of Aluminum," DOE Project Final Report, Contract No. DE-FC07-98ID13665, September 22, 2000.

Cui, Y., Xu, C.L. and Han, Q., (2007), "Microstructure Improvement in Weld Metal Using Ultrasonic Vibrations, Advanced Engineering Materials," v. 9, No. 3, pp.161-163.Cui, Y., Xu, C.L. and Han, Q., (2007), "Microstructure Improvement in Weld Metal Using Ultrasonic Vibrations, Advanced Engineering Materials," v. 9, No. 3, pp.161-163.

Eskin, G.I., (1998), "Ultrasonic Treatment of Light Alloy Melts," Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam, The Netherlands.Eskin, G.I., (1998), "Ultrasonic Treatment of Light Alloy Melts," Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam, The Netherlands.

Eskin, G.I. (2002) "Effect of Ultrasonic Cavitation Treatment of the Melt on the Microstructure Evolution during Solidification of Aluminum Alloy Ingots," Zeitschrift Fur Metallkunde/Materials Research and Advanced Techniques, v.93, n.6, June, 2002, pp. 502-507.Eskin, G.I. (2002) "Effect of Ultrasonic Cavitation Treatment of the Melt on the Microstructure Evolution during Solidification of Aluminum Alloy Ingots," Zeitschrift Fur Metallkunde/Materials Research and Advanced Techniques, v.93, n.6, June, 2002, pp. 502-507.

Greer, A.L., (2004), "Grain Refinement of Aluminum Alloys," in Chu, M.G., Granger, D.A., and Han, Q., (eds.), "Solidification of Aluminum Alloys," Proceedings of a Symposium Sponsored by TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), TMS, Warrendale, PA 15086-7528, pp.Greer, A.L., (2004), "Grain Refinement of Aluminum Alloys," in Chu, M.G., Granger, D.A., and Han, Q., (eds.), "Solidification of Aluminum Alloys," Proceedings of a Symposium Sponsored by TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), TMS, Warrendale, PA 15086-7528, pp. 131-145131-145 ..

Han, Q., (2007), The Use of Power Ultrasound for Material Processing," Han, Q., Ludtka, G., and Zhai, Q., (eds), (2007), "Materials Processing under the Influence of External Fields," Proceedings of a Symposium Sponsored by TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), TMS, Warrendale, PA 15086-7528, pp. 97-106.Han, Q., (2007), "The Use of Power Ultrasound for Material Processing," Han, Q., Ludtka, G., and Zhai, Q., (eds), (2007), "Materials Processing under the Influence of External Fields," Proceedings of a Symposium Sponsored by TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), TMS, Warrendale, PA 15086-7528, pp. 97-106.

Jackson, K.A., Hunt, J.D., and Uhlmann, D.R., and Seward, T.P., (1966), "On Origin of Equiaxed Zone in Castings," Trans. Metall. Soc. AIME, v. 236, pp.149-158.Jackson, K. A., Hunt, J. D., and Uhlmann, D. R., and Seward, T. P., (1966), "On the Origin of Equiaxed Zone in Castings," Trans. Metall. Soc. AIME, v. 236, pp.149-158.

Jian, X., Xu, H., Meek, T.T., and Han, Q., (2005), "Effect of Power Ultrasound on Solidification of Aluminum A356 Alloy," Materials Letters, v. 59, no. 2-3, pp. 190-193.Jian, X., Xu, H., Meek, T.T., and Han, Q., (2005), "Effect of Power Ultrasound on Solidification of Aluminum A356 Alloy," Materials Letters, v. 59, no. 2-3, pp. 190-193.

Keles, O. and Dundar, M., (2007). "Aluminum Foil: Its Typical Quality Problems and Their Causes," Journal of Materials Processing Technology, v. 186, pp.125-137.Keles, O. and Dundar, M., (2007). "Aluminum Foil: Its Typical Quality Problems and Their Causes," Journal of Materials Processing Technology, v. 186, pp.125-137.

Liu, C., Pan, Y., and Aoyama, S., (1998), Proceedings of the 5Liu, C., Pan, Y., and Aoyama, S., (1998), Proceedings of the 5 thth International Conference on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites, Eds.: Bhasin, A.K., Moore, J.J., Young, K.P., and Madison, S., Colorado School of Mines, Golden, CO, pp. 439-447. International Conference on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites, Eds.: Bhasin, A.K., Moore, J.J., Young, K.P., and Madison, S., Colorado School of Mines, Golden, CO, pp. 439-447.

Megy, J., (1999), "Molten Metal Treatment," US Patent No. 5,935,295, August, 1999Megy, J., (1999), "Molten Metal Treatment," US Patent No. 5,935,295, August, 1999

Megy, J., Granger, D.A., Sigworth, G.K., and Durst, C.R., (2000), "Effectiveness of In-Situ Aluminum Grain Refining Process," Light Metals, pp.1-6.Megy, J., Granger, D.A., Sigworth, G.K., and Durst, C.R., (2000), "Effectiveness of In-Situ Aluminum Grain Refining Process," Light Metals, pp.1-6.

Cui et al., "Microstructure Improvement in Weld Metal Using Ultrasonic Vibrations," Advanced Engineering Materials, 2007, vol. 9, no. 3, pp. 161-163.Cui et al., "Microstructure Improvement in Weld Metal Using Ultrasonic Vibrations," Advanced Engineering Materials, 2007, vol. 9, no. 3, pp. 161-163.

Han et al., "Grain Refining of Pure Aluminum," Light Metals 2012, pp. 967-971.Han et al., "Grain Refining of Pure Aluminum," Light Metals 2012, pp. 967-971.

В полученных до создания этого изобретения патентах США №№ 8,574,336 и 8,562,397 (содержание которых этим упоминанием включено сюда во всей полноте) описаны способы уменьшения количества растворенного газа (и/или различных примесей) в ванне расплавленного металла (например, ультразвуковая дегазация), например, за счет введения продувочного газа в ванну расплавленного металла в непосредственной близости от ультразвукового устройства. Эти патенты далее будут называться "патентом '336" и "патентом '397".Prior to this invention, U.S. Patent Nos. 8,574,336 and 8,562,397 (the contents of which are incorporated herein by this reference in their entirety) disclose methods for reducing the amount of dissolved gas (and/or various impurities) in a molten metal bath (e.g., ultrasonic degassing), such as by introducing a purge gas into the molten metal bath in close proximity to an ultrasonic device. These patents will be referred to hereinafter as the "'336 patent" and the "'397 patent."

Сущность изобретенияThe essence of the invention

В одном варианте реализации настоящего изобретения используется устройство для обработки расплавленного металла, предназначенное для прикрепления к литейному колесу литейной установки. Это устройство включает узел, установленный на литейном колесе, 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, и опорное устройство, удерживающее источник энергии колебаний.In one embodiment of the present invention, a device for processing molten metal is used, intended for attachment to a casting wheel of a casting machine. This device includes a unit mounted on the casting wheel, which includes at least one source of vibration energy, introducing vibration energy into the molten metal poured onto the casting wheel, during cooling of this metal located on the casting wheel, and a support device holding the source of vibration energy.

В одном варианте реализации настоящего изобретения предлагается способ изготовления металлического изделия. При выполнении этого способа помещают расплавленный металл во вмещающий элемент, входящий в состав литейной установки. При выполнении этого способа охлаждают расплавленный металл, находящийся во вмещающем элементе, и вводят энергию колебаний в расплавленный металл, находящийся во вмещающем элементе.In one embodiment of the present invention, a method for producing a metal article is proposed. In carrying out this method, molten metal is placed in a containing element that is part of a casting machine. In carrying out this method, the molten metal located in the containing element is cooled and vibration energy is introduced into the molten metal located in the containing element.

В одном варианте реализации настоящего изобретения предлагается система для изготовления металлического изделия. Эта система включает 1) описанное выше устройство для обработки расплавленного металла и 2) контроллер, выполненный с возможностью получения сигналов данных и вывода управляющих сигналов и запрограммированный с использованием алгоритмов управления, обеспечивающих выполнение любого из описанных выше этапов способа.In one embodiment of the present invention, a system for manufacturing a metal article is proposed. This system includes 1) the above-described device for processing molten metal and 2) a controller configured to receive data signals and output control signals and programmed using control algorithms that ensure the execution of any of the above-described method steps.

В одном варианте реализации настоящего изобретения предлагается устройство для обработки расплавленного металла. Это устройство включает 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.In one embodiment of the present invention, a device for processing molten metal is proposed. This device includes a source of molten metal, an ultrasonic degasser including an ultrasonic probe introduced into the molten metal, a casting mold intended for receiving the molten metal, a unit mounted on the casting mold that includes at least one source of oscillation energy introducing oscillation energy into the molten metal poured into the casting mold during cooling of this metal located in the casting mold, and a support device holding said at least one source of oscillation energy.

Необходимо понимать, что как приведенное выше общее описание изобретения, так и приведенное далее подробное описание являются примерными и не накладывают ограничений на это изобретение.It should be understood that both the foregoing general description of the invention and the following detailed description are exemplary and not limiting of the invention.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Более полно оценить изобретение и многие из присущих ему преимуществ легко можно будет за счет его лучшего понимания в результате ознакомления с приведенным далее подробным описанием с обращением к сопровождающим чертежам, из которых:A more complete appreciation of the invention and many of its inherent advantages will be readily apparent from a better understanding thereof as a result of a perusal of the following detailed description with reference to the accompanying drawings, of which:

На Фиг.1 схематично показана установка для непрерывного литья, соответствующая одному варианту реализации изобретения;Fig. 1 schematically shows a continuous casting installation corresponding to one embodiment of the invention;

На Фиг.2 схематично показана конструкция литейного колеса, соответствующего одному варианту реализации изобретения, в котором применяется по меньшей мере один ультразвуковой источник энергии колебаний;Fig. 2 schematically shows the design of a casting wheel corresponding to one embodiment of the invention, in which at least one ultrasonic vibration energy source is used;

На Фиг.3 схематично показана конструкция литейного колеса, соответствующего одному варианту реализации изобретения, в котором применяется по меньшей мере один источник энергии колебаний с механическим приводом;Fig. 3 schematically shows the design of a casting wheel corresponding to one embodiment of the invention, in which at least one source of vibration energy with a mechanical drive is used;

На Фиг.3А схематично показана гибридная конструкция литейного колеса, соответствующего одному варианту реализации изобретения, в котором применяются как по меньшей мере один ультразвуковой источник энергии колебаний, так и по меньшей мере один источник энергии колебаний с механическим приводом;Fig. 3A is a schematic illustration of a hybrid casting wheel design according to one embodiment of the invention, in which both at least one ultrasonic vibration energy source and at least one mechanically driven vibration energy source are used;

На Фиг.4 схематично показана конструкция литейного колеса, соответствующего одному варианту реализации изобретения, на этом чертеже показано устройство с виброзондом, непосредственно воздействующее на расплавленный металл, заливаемый на это колесо;Fig. 4 schematically shows the design of a casting wheel corresponding to one embodiment of the invention; this drawing shows a device with a vibration probe that directly affects the molten metal poured onto this wheel;

На Фиг.5 схематично показана неподвижная литейная форма, в которой применяются источники энергии колебаний, соответствующие изобретению;Fig. 5 schematically shows a stationary casting mold in which vibration energy sources according to the invention are used;

На Фиг.6А в разрезе схематично показаны выбранные компоненты вертикальной литейной установки;Fig. 6A is a sectional view of selected components of a vertical casting plant;

На Фиг.6В в разрезе схематично показаны другие компоненты вертикальной литейной установки;Fig. 6B shows a schematic cross-section of other components of the vertical casting plant;

На Фиг.6С в разрезе схематично показаны другие компоненты вертикальной литейной установки;Fig. 6C is a sectional view showing schematically other components of the vertical casting plant;

На Фиг.6D в разрезе схематично показаны другие компоненты вертикальной литейной установки;Fig. 6D is a sectional view showing schematically other components of the vertical casting plant;

На Фиг.7 схематично показана примерная компьютерная система для изображенных здесь средств управления и контроллеров;Fig. 7 shows a schematic diagram of an exemplary computer system for the controls and controllers shown here;

На Фиг.8 приведена блок-схема способа, соответствующего одному варианту реализации изобретения;Fig. 8 shows a block diagram of a method corresponding to one embodiment of the invention;

На Фиг.9 схематично показан вариант реализации изобретения, в котором применяются как ультразвуковая дегазация, так и ультразвуковое измельчение зерна;Fig. 9 schematically shows an embodiment of the invention in which both ultrasonic degassing and ultrasonic grinding of grain are used;

На Фиг.10 приведена технологическая схема процесса изготовления провода ACSR;Fig. 10 shows the flow chart of the ACSR wire manufacturing process;

На Фиг.11 приведена технологическая схема процесса изготовления провода ACSS;Fig. 11 shows the process flow diagram of the ACSS wire manufacturing process;

На Фиг.12 приведена технологическая схема процесса изготовления алюминиевой полосы;Fig. 12 shows the process flow diagram for manufacturing an aluminum strip;

На Фиг.13 приведен схематичный вид сбоку, иллюстрирующий конструкцию литейного колеса, соответствующего одному варианту реализации изобретения, в котором в качестве упомянутого по меньшей мере одного ультразвукового источника энергии колебаний применяется магнитострикционный элемент;Fig. 13 is a schematic side view illustrating the structure of a casting wheel according to one embodiment of the invention, in which a magnetostrictive element is used as the at least one ultrasonic vibration energy source;

На Фиг.14 приведен схематичный разрез магнитострикционного элемента, показанного на Фиг.13;Fig. 14 shows a schematic section of the magnetostrictive element shown in Fig. 13;

На Фиг.15 приведены микрофотоснимки алюминиевого сплава 1350 ЕС для сравнения структуры зерна в отливках в случае отсутствия химических измельчителей зерна, наличия измельчителей зерна и наличия только ультразвукового измельчения зерна;Fig. 15 shows microphotographs of aluminum alloy 1350 EC for comparison of grain structure in castings in the absence of chemical grain grinders, in the presence of grain grinders, and in the presence of only ultrasonic grain grinding;

На Фиг.16 приведена таблица для сравнения обычного прутка из алюминиевого сплава 1350 ЕС (с химическими измельчителями зерна) с прутком из алюминиевого сплава 1350 ЕС (с ультразвуковым измельчением зерна);Fig. 16 shows a table for comparing a conventional 1350 EC aluminum alloy rod (with chemical grain grinders) with a 1350 EC aluminum alloy rod (with ultrasonic grain grinding);

На Фиг.17 приведена таблица для сравнения обычного алюминиевого провода ACSR (с химическими измельчителями зерна), имеющего диаметр 0,130" (3,3 мм), с алюминиевым проводом ACSR (с ультразвуковым измельчением зерна), имеющим диаметр 0,130" (3,3 мм);Fig. 17 shows a table comparing a conventional ACSR (chemical grain crusher) aluminum wire having a diameter of 0.130" (3.3 mm) with an ACSR (ultrasonic grain crusher) aluminum wire having a diameter of 0.130" (3.3 mm);

На Фиг.18 приведена таблица для сравнения обычного прутка из алюминиевого сплава 8176 ЕЕЕ (с химическими измельчителями зерна) с прутком из алюминиевого сплава 8176 ЕЕЕ (с ультразвуковым измельчением зерна);Fig. 18 shows a table for comparing a conventional rod made of aluminum alloy 8176 EEE (with chemical grain grinders) with a rod made of aluminum alloy 8176 EEE (with ultrasonic grain grinding);

На Фиг.19 приведена таблица для сравнения обычного прутка из алюминиевого сплава 5154 (с химическими измельчителями зерна) с прутком из алюминиевого сплава 5154 (с ультразвуковым измельчением зерна);Fig. 19 shows a table for comparing a conventional 5154 aluminum alloy rod (with chemical grain grinders) with a 5154 aluminum alloy rod (with ultrasonic grain grinding);

На Фиг.20 приведена таблица для сравнения обычной полосы из алюминиевого сплава 5154 (с химическими измельчителями зерна) с полосой из алюминиевого сплава 5154 (с ультразвуковым измельчением зерна); иFig. 20 is a table comparing conventional 5154 aluminum alloy strip (with chemical grain refiners) with 5154 aluminum alloy strip (with ultrasonic grain refiner); and

На Фиг.21 приведена таблица, в которой указаны свойства прутка из алюминиевого сплава 5356 (с ультразвуковым измельчением зерна).Fig. 21 shows a table indicating the properties of a rod made of aluminum alloy 5356 (with ultrasonic grain refinement).

Подробное описание вариантов реализацииDetailed description of implementation options

Измельчение зерна металлов и сплавов является важным по многим причинам, включая повышение до максимума скорости литья слитков, повышение стойкости к образованию горячих трещин, снижение до минимума ликвации химических элементов, улучшение механических свойств, в частности, пластичности, улучшение качества поверхности изделий, полученных в результате обработки давлением, и улучшение характеристик заполнения литейной формы, а также уменьшение пористости литейных сплавов. Обычно измельчение зерна является одним из первых этапов обработки при производстве изделий из металлов и сплавов, в особенности, алюминиевых сплавов и магниевых сплавов, представляющих собой два легких материала, использование которых в аэрокосмической промышленности, оборонной промышленности, автомобильной промышленности, строительстве и промышленности по производству упаковки постоянно увеличивается. Кроме того, измельчение зерна является одним из важных этапов обработки, позволяющих при литье металлов и сплавов исключить возникновение столбчатых зерен и обеспечить возникновение равноосных зерен.Grain refinement of metals and alloys is important for many reasons, including maximizing ingot casting speed, increasing hot crack resistance, minimizing elemental segregation, improving mechanical properties such as ductility, improving surface quality of formed products, and improving mold filling characteristics, as well as reducing the porosity of casting alloys. Grain refinement is typically one of the first processing steps in the production of metal and alloy products, particularly aluminum alloys and magnesium alloys, which are two lightweight materials that are increasingly used in the aerospace, defense, automotive, construction, and packaging industries. In addition, grain refinement is an important processing step in eliminating columnar grains and ensuring equiaxed grains in metal and alloy casting.

Измельчение зерна представляет собой этап обработки во время кристаллизации, при помощи которого уменьшают размер кристаллов твердых фаз химическим, физическим или механическим путем, чтобы облегчить литье сплавов и уменьшить количество возникающих дефектов. В настоящее время при производстве изделий из алюминия зерно измельчают с использованием TIBOR, что приводит к возникновению структуры с равноосными зернами в кристаллизовавшемся алюминии. До создания этого изобретения единственным путем решения давно признанной в отрасли промышленности, связанной с литьем металла, проблемы возникновения столбчатых зерен в металлических отливках было использование примесей или химических "измельчителей зерна". В дополнение к этому, до создания этого изобретения не применялась комбинация из ультразвуковой дегазации, предназначенной для удаления примесей из расплавленного металла (перед литьем), и указанного выше ультразвукового измельчения зерна (т.е., использования по меньшей мере одного источника энергии колебаний).Grain refinement is a processing step during crystallization that reduces the size of the crystals of the solid phases by chemical, physical or mechanical means in order to facilitate casting of alloys and to reduce the number of defects that arise. Currently, in the production of aluminum products, grain refinement is performed using TIBOR, which results in the formation of an equiaxed grain structure in the crystallized aluminum. Prior to this invention, the only way to solve the long-recognized problem in the metal casting industry of the formation of columnar grains in metal castings was to use dopants or chemical "grain refiners". In addition, prior to this invention, the combination of ultrasonic degassing to remove impurities from the molten metal (prior to casting) and the above-mentioned ultrasonic grain refinement (i.e., the use of at least one source of vibration energy) was not used.

Однако с использованием TIBOR связаны большие затраты, и при введении этих модификаторов в расплав возникают ограничения по механическим свойствам. В частности, возникают ограничения по пластичности, обрабатываемости резанием и электропроводности.However, the use of TIBOR is associated with high costs, and when these modifiers are introduced into the melt, limitations arise in mechanical properties. In particular, limitations arise in plasticity, machinability and electrical conductivity.

Несмотря на затраты, приблизительно 68% алюминия, производимого в Соединенных Штатах, сначала отливается в слитки с последующей их обработкой для получения листов, пластин, экструдированных деталей или фольги. Процесс полунепрерывного литья с непосредственным охлаждением (DC) и процесс непрерывного литья (СС) были основой алюминиевой промышленности в значительной степени из-за их устойчивой природы и относительной простоты. Одной из проблем, связанных с процессами DC и СС, является образование горячих или холодных трещин при кристаллизации слитка. По существу, почти во всех слитках будут возникать трещины (или не будет возможности их отлить), если не используется измельчение зерна.Despite the expense, approximately 68% of aluminum produced in the United States is first cast into ingots and then processed into sheet, plate, extrusion, or foil. The direct chill (DC) semi-continuous casting process and the continuous casting (CC) process have been the mainstay of the aluminum industry, largely due to their robust nature and relative simplicity. One problem with the DC and CC processes is the formation of hot or cold cracks during ingot solidification. In fact, almost all ingots will crack (or fail to cast) unless grain refinement is used.

Производительность в этих современных процессах по-прежнему ограничивается требованиями, связанными с необходимостью исключить образование трещин. Измельчение зерна представляет собой эффективный путь снижения тенденции к возникновению горячих трещин в сплаве и, таким образом, повышения производительности. Как результат, значительные усилия затрачиваются на разработку эффективных измельчителей зерна, которые могут обеспечить минимально возможные размеры зерен. Если размер зерна уменьшить до субмикронного уровня, можно обеспечить сверхпластичность, что позволит не только разливать сплавы со значительно более высокими скоростями, но также выполнять прокатку/экструдирование при более низких температурах и со значительно более высокими скоростями, если сравнивать с тем, как слитки обрабатываются сегодня, что приведет к значительному снижению затрат и экономии энергии.Productivity in these modern processes is still limited by the requirements to avoid cracking. Grain refinement is an effective way to reduce the tendency for hot cracking in the alloy and thus improve productivity. As a result, considerable effort is being spent on developing efficient grain refiners that can achieve the smallest possible grain sizes. If the grain size can be reduced to the sub-micron level, superplasticity can be achieved, which will not only allow alloys to be cast at significantly higher speeds, but also to be rolled/extruded at lower temperatures and at significantly higher speeds than ingots are processed today, resulting in significant cost and energy savings.

В настоящее время почти для всего алюминия, отливаемого в мире как из первичного (приблизительно 20 миллиардов кг), так и из вторичного и внутреннего лома (25 миллиардов кг), применяют измельчение зерна при помощи гетерогенных центров кристаллизации из нерастворимого TiB2 с размерами примерно несколько микрон в диаметре, которые позволяют получить мелкозернистую структуру в алюминии. Одной из проблем, связанных с использованием химических измельчителей зерна, является их ограниченная способность измельчать зерно. Фактически, использование химических измельчителей обеспечивает ограниченное измельчение зерна в алюминии, с переходом от столбчатой структуры зерен с протяженностью немного выше 2500 мкм к равноосным зернам размером менее 200 мкм. Оказалось, что в алюминиевых сплавах предельным размером равноосных зерен, который может быть получен с использованием предлагаемых на рынке химических измельчителей зерна, является 100 мкм.At present, almost all the aluminum cast worldwide, both from primary (approximately 20 billion kg) and from secondary and internal scrap (25 billion kg), is grain refined using heterogeneous crystallization centers of insoluble TiB 2 with sizes of approximately a few microns in diameter, which allows obtaining a fine-grained structure in aluminum. One of the problems associated with the use of chemical grain refiners is their limited ability to refine grain. In fact, the use of chemical grain refiners provides a limited grain refinement in aluminum, with a transition from a columnar grain structure with an extension of slightly more than 2500 μm to equiaxed grains of less than 200 μm. It turned out that in aluminum alloys, the limiting size of equiaxed grains that can be obtained using commercially available chemical grain refiners is 100 μm.

Если есть возможность дополнительно уменьшить размер зерна, можно значительно увеличить производительность. Размер зерна, находящийся на субмикронном уровне, приводит к сверхпластичности, значительно облегчающей формование алюминиевых сплавов при комнатных температурах.If it is possible to further reduce the grain size, productivity can be increased significantly. Grain size at the submicron level leads to superplasticity, which greatly facilitates the forming of aluminum alloys at room temperatures.

Другой проблемой, связанной с использованием химических измельчителей зерна, является возникновение дефектов, обусловленных таким использованием. Хотя при современном уровне техники считается, что они необходимы для измельчения зерна, присутствие нерастворимых инородных частиц в алюминии во всех прочих отношениях является нежелательным, особенно в виде скоплений ("кластеров"). Современные измельчители зерна, присутствующие в лигатурах на основе алюминия в виде соединений, получают в ходе выполнения сложной цепочки процессов, состоящей из добычи, обогащения и производства. Используемые сейчас лигатуры часто содержат примеси в виде фторида алюминия - калия (KAlF) и оксида алюминия (шлака), возникающие в ходе обычного процесса производства измельчителей зерна для алюминия. Они приводят к возникновению локальных дефектов в алюминии (например, "мест утечки" в банках для напитков и "микроотверстий" в тонкой фольге), абразивному износу инструментов для механической обработки и проблемам с качеством поверхности алюминия. Данные одной из компаний-производителей алюминиевого кабеля свидетельствуют, что 25% дефектов в продукции обусловлены скоплениями частиц TiB2, а другие 25% дефектов обусловлены наличием шлака, который попадает в алюминий во время литья. Скопления частиц TiB2 часто приводят к разрушению проволоки во время экструдирования, в особенности, когда ее диаметр меньше 8 мм.Another problem associated with the use of chemical grain refiners is the occurrence of defects caused by such use. Although considered necessary for grain refinement in the current state of the art, the presence of insoluble foreign particles in aluminum is otherwise undesirable, especially in the form of clusters. Modern grain refiners, present in aluminum-based master alloys as compounds, are obtained during a complex process chain consisting of mining, beneficiation, and production. Master alloys currently in use often contain impurities in the form of potassium aluminum fluoride (KAlF) and aluminum oxide (dross), which are created during the normal manufacturing process of aluminum grain refiners. These lead to localized defects in the aluminum (e.g., "leaks" in beverage cans and "pinholes" in thin foil), abrasive wear of machining tools, and problems with the surface quality of the aluminum. Data from one aluminum cable manufacturer indicates that 25% of defects in the product are due to TiB 2 particle accumulations, while another 25% of defects are due to slag that enters the aluminum during casting. TiB 2 particle accumulations often cause wire breakage during extrusion, especially when the wire diameter is less than 8 mm.

Еще одной проблемой, связанной с использованием химических измельчителей зерна, является их стоимость. Это особенно справедливо в случае производства магниевых слитков с использованием измельчителей зерна из Zr. Измельчение зерна с использованием измельчителей из Zr увеличивает стоимость одного килограмма производимых отливок из Mg дополнительно на 1$. Стоимость измельчителей зерна для алюминиевых сплавов составляет приблизительно 1,50$ на килограмм.Another problem with the use of chemical grain refiners is their cost. This is especially true in the case of magnesium ingot production using Zr grain refiners. Grain refinement using Zr grain refiners increases the cost of one kilogram of Mg castings produced by an additional $1.00. The cost of grain refiners for aluminum alloys is approximately $1.50 per kilogram.

Следующей проблемой, связанной с использованием химических измельчителей зерна, является снижение электропроводности. Использование химических измельчителей зерна приводит к наличию избыточного количества Ti в алюминии и вызывает существенное уменьшение электропроводности чистого алюминия, используемого для производства кабеля. Чтобы сохранить проводимость на определенном уровне, компаниям приходится платить дополнительные деньги за использование более чистого алюминия при изготовлении кабеля и провода.Another problem associated with the use of chemical grain refiners is the reduction in electrical conductivity. The use of chemical grain refiners results in the presence of excessive amounts of Ti in the aluminum and causes a significant reduction in the electrical conductivity of pure aluminum used to manufacture cable. In order to maintain a certain level of conductivity, companies have to pay extra money to use purer aluminum in the manufacture of cable and wire.

В прошлом столетии были изучены ряд других способов измельчения зерна, кроме химических. Эти способы включают использование физических полей, например, магнитных и электромагнитных, и использование механических колебаний. Ультразвуковые колебания с высокой интенсивностью и низкой амплитудой представляют собой один из физических/механических механизмов, который был предложен как способ измельчения зерна металлов и сплавов без использования инородных частиц. Однако результаты экспериментов, например, из указанных выше материалов, опубликованных Cui и др. в 2007 году, были получены для небольших металлических слитков весом до нескольких фунтов, которые подвергались воздействию ультразвуковых колебаний в течение короткого периода времени. Мало исследований проводилось по использованию ультразвуковых колебаний, имеющих высокую интенсивность, для измельчения зерна слитков/чушек, получаемых при литье типов СС или DC.In the last century, a number of grain refinement methods other than chemical ones have been explored. These methods include the use of physical fields such as magnetic and electromagnetic fields and the use of mechanical vibrations. High-intensity, low-amplitude ultrasonic vibrations are one of the physical/mechanical mechanisms that have been proposed as a method for grain refinement of metals and alloys without the use of foreign particles. However, experimental results, such as those reported by Cui et al. in 2007, cited above, were obtained for small metal ingots weighing up to a few pounds that were exposed to ultrasonic vibrations for a short period of time. Little research has been conducted on the use of high-intensity ultrasonic vibrations for grain refinement of ingots/piglets produced by CC or DC casting.

Некоторыми из технических задач, решаемых настоящим изобретением при измельчении зерна, являются (1) введение энергии ультразвука в расплавленный металл в течение продолжительного времени, (2) сохранение естественной частоты колебаний в системе при повышенных температурах и (3) повышение эффективности ультразвукового измельчения зерна при высокой температуре волновода для ультразвуковых волн. Одним из решений, представленных здесь для выполнения этих задач, является улучшение охлаждения как волновода для ультразвуковых волн, так и слитка (как описано ниже).Some of the technical problems solved by the present invention in grain refinement are (1) introducing ultrasonic energy into the molten metal for a long time, (2) maintaining the natural oscillation frequency of the system at elevated temperatures, and (3) increasing the efficiency of ultrasonic grain refinement at high ultrasonic waveguide temperature. One of the solutions presented herein to accomplish these problems is improving the cooling of both the ultrasonic waveguide and the ingot (as described below).

Помимо этого, другая техническая задача, решаемая настоящим изобретением, связана с тем, что при повышении чистоты алюминия становится труднее получить равноосные зерна во время кристаллизации. Даже использование вводимых извне измельчителей зерна, например, TiB (борида титана) не позволяет с легкостью получить структуру с равноосными зернами в чистом алюминии, например, серий 1000, 1100 и 1300. Однако использование новаторской технологии измельчения зерна, которая здесь описана, обеспечило существенное измельчение зерна.In addition, another technical problem solved by the present invention is that as the purity of aluminum increases, it becomes more difficult to obtain equiaxed grains during crystallization. Even the use of externally introduced grain refiners, such as TiB (titanium boride), does not easily allow obtaining a structure with equiaxed grains in pure aluminum, such as the 1000, 1100 and 1300 series. However, the use of an innovative grain refinement technology, which is described here, has provided significant grain refinement.

Один из вариантов реализации изобретения позволяет в определенной мере не допустить возникновения столбчатых зерен без необходимости введения измельчителей зерна. Воздействие энергией колебаний на расплавленный металл при заливке в литейную форму позволяет получить размеры зерна, сравнимые с получаемыми при использовании существующих измельчителей зерна, например, лигатур TIBOR, либо меньше.One of the embodiments of the invention allows to a certain extent to prevent the occurrence of columnar grains without the need to introduce grain grinders. The effect of vibration energy on the molten metal when pouring into the casting mold allows to obtain grain sizes comparable to those obtained using existing grain grinders, for example, TIBOR ligatures, or smaller.

Варианты реализации настоящего изобретения будут здесь описаны с использованием терминологии, обычно применяемой специалистами в данной области техники при представлении их работ. Для этих терминов будет использоваться их обычное значение, применяемое специалистами с обычной квалификацией в области материаловедения, металлургии, литья металлов и обработки металлов. В приведенных ниже вариантах некоторые термины будут использоваться в более специализированном значении. Несмотря на это, термин "выполненный с возможностью" будет означать здесь указание способности соответствующих элементов (представленных здесь, известных или подразумеваемых в контексте известного уровня техники) выполнять функцию, указанную после этого термина. Термин "связанный с" указывает, что некоторый объект, связанный со вторым объектом, имеет необходимую конструкцию для обеспечения опоры первому объекту с целью сохранения его положения относительно второго объекта (например, примыкание, прикрепление, нахождение на заранее определенном расстоянии, расположение рядом, обеспечение смежности, соединение вместе, возможность разделения, возможность снятия одного с другого, скрепление вместе, нахождение в скользящем контакте, обеспечение качения в контакте) при непосредственном скреплении первого и второго объектов вместе или без такового.Embodiments of the present invention will be described herein using terminology commonly used by those skilled in the art when presenting their work. These terms will be given their ordinary meaning as used by those of ordinary skill in the fields of materials science, metallurgy, metal casting and metal processing. In the embodiments below, some terms will be used in a more specialized meaning. Despite this, the term "configured to" will be used herein to indicate the ability of the corresponding elements (presented herein, known or implied in the context of the prior art) to perform the function indicated after this term. The term "associated with" indicates that some object associated with a second object has the necessary structure to provide support to the first object for the purpose of maintaining its position relative to the second object (e.g., abutting, attaching, being at a predetermined distance, being located next to, providing adjacency, joining together, being separable, being removable from one another, being fastened together, being in sliding contact, providing rolling in contact) with or without direct fastening of the first and second objects together.

В патенте США № 4,066,475 на имя Chia и др. (содержание которого этим упоминанием включено в настоящее описание во всей полноте) описан процесс непрерывного литья. Если говорить в общем, на Фиг.1 изображена система для непрерывного литья, имеющая литейную установку 2, включающую разливочный желоб 11, который направляет расплавленный металл в окружную канавку, созданную на вращающемся формующем кольце 13. Бесконечная гибкая металлическая полоса 14 проходит вокруг части формующего кольца 13, а также вокруг части каждого из роликов 15, входящих в комплект роликов и обеспечивающих позиционирование этой полосы, в результате чего эти канавка в формующем кольце 13 и лежащая выше металлическая полоса 14 образуют форму для непрерывного литья. Для охлаждения устройства и обеспечения управляемой кристаллизации расплавленного металла во время его транспортировки на вращающемся формующем кольце 13 предусмотрена система охлаждения. Система охлаждения включает множество боковых коллекторов 17, 18, 19, расположенных сбоку формующего кольца 13, а также внутренний 20 и внешний 21 коллекторы, соответственно, расположенные с внутренней и внешней сторон металлической полосы 14 в области, где она проходит вокруг формующего кольца. Чтобы управлять охлаждением устройства и скоростью кристаллизации расплавленного металла, присоединена сеть 24 трубопроводов, имеющая соответствующие клапаны, которая обеспечивает подачу охладителя в различные коллекторы и его отведение из этих коллекторов.U.S. Patent No. 4,066,475 to Chia et al. (the contents of which are incorporated herein by this reference in their entirety) describes a continuous casting process. Generally speaking, Fig. 1 shows a continuous casting system having a casting apparatus 2 including a pouring trough 11 which directs molten metal into a circumferential groove created on a rotating forming ring 13. An endless flexible metal strip 14 extends around a portion of the forming ring 13 and also around a portion of each of the rollers 15 included in the roller set and providing positioning of this strip, as a result of which this groove in the forming ring 13 and the overlying metal strip 14 form a mold for continuous casting. A cooling system is provided for cooling the device and providing controlled crystallization of the molten metal during its transport on the rotating forming ring 13. The cooling system includes a plurality of side collectors 17, 18, 19, located on the side of the forming ring 13, as well as internal 20 and external 21 collectors, respectively, located on the inner and outer sides of the metal strip 14 in the region where it passes around the forming ring. In order to control the cooling of the device and the rate of crystallization of the molten metal, a network of 24 pipelines is connected, having corresponding valves, which ensures the supply of coolant to various collectors and its removal from these collectors.

При такой конструкции расплавленный металл подается из разливочного желоба 11 в литейную форму, кристаллизуется и частично охлаждается во время его транспортировки за счет циркуляции охладителя в системе охлаждения. Твердый отлитый стержень 25 отводится с литейного колеса и подается на конвейер 27, который транспортирует его в прокатный стан 28. Необходимо отметить, что отлитый стержень 25 охлажден лишь в степени, достаточной для его затвердевания, и он имеет повышенную температуру, чтобы сделать возможным непосредственное выполнение для него операции прокатки. Прокатный стан 28 может включать установленные последовательно клети, в которых происходит последовательная прокатка стержня с получением непрерывной катанки 30, которая имеет, по существу, неизменное, круглое поперечное сечение.In such a design, the molten metal is fed from the pouring trough 11 into the casting mold, crystallizes and partially cools during its transportation due to the circulation of the coolant in the cooling system. The solid cast rod 25 is removed from the casting wheel and fed to the conveyor 27, which transports it to the rolling mill 28. It should be noted that the cast rod 25 is cooled only to a degree sufficient for its solidification, and it has an elevated temperature to make it possible to directly perform the rolling operation for it. The rolling mill 28 can include successively installed stands in which successive rolling of the rod occurs with the production of a continuous rod 30, which has, in essence, an unchanged, circular cross-section.

На Фиг.1 и 2 показан контроллер 500, управляющий различными частями изображенной здесь системы для непрерывного литья, как более подробно рассмотрено ниже. Контроллер 500 может включать один или более процессоров, содержащих запрограммированные инструкции (т.е., алгоритмы) для управления работой системы для непрерывного литья и ее компонентов.1 and 2, a controller 500 is shown that controls various portions of the continuous casting system illustrated herein, as discussed in more detail below. The controller 500 may include one or more processors containing programmed instructions (i.e., algorithms) for controlling the operation of the continuous casting system and its components.

В одном варианте реализации изобретения, как показано на Фиг.2, литейная установка 2 включает литейное колесо 30, имеющее вмещающий элемент 32 (например, лоток или канал), в который заливается расплавленный металл (например, в процессе литья), и устройство 34 для обработки расплавленного металла. Полоса 36 (например, гибкая металлическая полоса, изготовленная из стали) ограничивает возможное местонахождение расплавленного металла вмещающим элементом 32 (т.е., каналом). Ролики 38 позволяют устройству 34 для обработки расплавленного металла оставаться неподвижным на вращающемся литейном колесе, когда расплавленный металл кристаллизуется в канале этого колеса и транспортируется на удаление от этого устройства. В одном варианте реализации изобретения устройство 34 для обработки расплавленного металла включает узел 42, установленный на литейном колесе 30. Узел 42 включает по меньшей мере один источник 40 энергии колебаний (например, вибратор 40) и корпус 44 (т.е. опорное устройство), удерживающий источник 40 энергии колебаний. Узел 42 включает по меньшей мере один канал 46 охлаждения, по которому транспортируется охлаждающая среда. Между гибкой полосой 36 и корпусом 44 установлено уплотнение 44а, прикрепленное к нижней стороне этого корпуса, что позволяет охлаждающей среде протекать из канала охлаждения по стороне гибкой полосы, противоположной ее стороне, с которой расположен расплавленный металл, находящийся в канале литейного колеса. Пневмоочиститель 52 направляет воздух (для обеспечения безопасности) таким образом, что вся вода, вытекающая из канала охлаждения, будет направляться на удаление от источника расплавленного металла. Уплотнение 44а может быть изготовлено из ряда материалов, включая этиленпропиленовый сополимер, Витон, Buna N (нитрильный каучук), неопрен, силиконовый каучук, уретан, фторсиликон, политетрафторэтилен, а также другие известные уплотнительные материалы. В одном варианте реализации изобретения позиционирование устройства 34 для обработки расплавленного металла относительно вращающегося литейного колеса 30 обеспечивает направляющее устройство (например, ролики 38). Охлаждающая среда обеспечивает охлаждение расплавленного металла, находящегося во вмещающем элементе 32, и/или упомянутого по меньшей мере одного источника 40 энергии колебаний. В одном варианте реализации изобретения компоненты устройства 34 для обработки расплавленного металла, включая корпус, могут быть изготовлены из металла, например, титана, нержавеющей стали, низкоуглеродистой стали или стали Н13, других материалов, выдерживающих высокую температуру, керамики, композита или полимера. Компоненты устройства 34 для обработки расплавленного металла могут быть изготовлены из одного или более из следующего: ниобия, сплава ниобия, титана, сплава титана, тантала, сплава тантала, меди, сплава меди, рения, сплава рения, стали, молибдена, сплава молибдена, нержавеющей стали и керамики. Керамика может быть из нитрида кремния, например, оксинитрид алюминия-кремния или SIALON.In one embodiment of the invention, as shown in Fig. 2, the casting installation 2 includes a casting wheel 30 having a containing element 32 (e.g., a trough or channel) into which molten metal is poured (e.g., during a casting process), and a device 34 for handling molten metal. A strip 36 (e.g., a flexible metal strip made of steel) limits the possible location of the molten metal by the containing element 32 (i.e., the channel). Rollers 38 allow the device 34 for handling molten metal to remain stationary on the rotating casting wheel when molten metal crystallizes in the channel of this wheel and is transported away from this device. In one embodiment of the invention, the device 34 for processing molten metal includes a unit 42 mounted on the casting wheel 30. The unit 42 includes at least one source 40 of vibration energy (for example, a vibrator 40) and a housing 44 (i.e., a support device) holding the source 40 of vibration energy. The unit 42 includes at least one cooling channel 46 through which a cooling medium is transported. Between the flexible strip 36 and the housing 44, a seal 44a is installed, attached to the lower side of this housing, which allows the cooling medium to flow from the cooling channel along the side of the flexible strip opposite to its side on which the molten metal located in the channel of the casting wheel is located. The air cleaner 52 directs air (for safety) in such a way that all water flowing out of the cooling channel will be directed away from the source of molten metal. The seal 44a can be made of a number of materials, including ethylene propylene copolymer, Viton, Buna N (nitrile rubber), neoprene, silicone rubber, urethane, fluorosilicone, polytetrafluoroethylene, as well as other known sealing materials. In one embodiment of the invention, the positioning of the device 34 for processing molten metal relative to the rotating casting wheel 30 is provided by a guide device (for example, rollers 38). The cooling medium provides cooling of the molten metal located in the containing element 32 and / or the mentioned at least one source of oscillation energy 40. In one embodiment of the invention, the components of the device 34 for processing molten metal, including the body, can be made of metal, for example, titanium, stainless steel, low-carbon steel or H13 steel, other materials that can withstand high temperatures, ceramics, composite or polymer. The components of the device 34 for processing molten metal can be made of one or more of the following: niobium, niobium alloy, titanium, titanium alloy, tantalum, tantalum alloy, copper, copper alloy, rhenium, rhenium alloy, steel, molybdenum, molybdenum alloy, stainless steel and ceramics. The ceramics can be silicon nitride, such as aluminum silicon oxynitride or SIALON.

В одном варианте реализации изобретения, когда расплавленный металл проходит под металлической полосой 36, находящейся под вибратором 40, энергия колебаний вводится в него при начале его охлаждения и кристаллизации. В одном варианте реализации изобретения энергией колебаний воздействуют при помощи ультразвуковых преобразователей, созданных, например, на основе пьезоэлектрических устройств. В одном варианте реализации изобретения энергией колебаний воздействуют при помощи ультразвуковых преобразователей, созданных, например, на основе магнитострикционных преобразователей. В одном варианте реализации изобретения энергией колебаний воздействуют при помощи вибраторов с механическим приводом (будут рассмотрены позднее). В одном варианте энергия колебаний позволяет создавать множество небольших зародышей кристаллизации, что обеспечивает получение металлического изделия с мелким зерном.In one embodiment of the invention, when the molten metal passes under the metal strip 36 located under the vibrator 40, the vibration energy is introduced into it at the beginning of its cooling and crystallization. In one embodiment of the invention, the vibration energy is acted upon by means of ultrasonic transducers created, for example, on the basis of piezoelectric devices. In one embodiment of the invention, the vibration energy is acted upon by means of ultrasonic transducers created, for example, on the basis of magnetostrictive transducers. In one embodiment of the invention, the vibration energy is acted upon by means of vibrators with a mechanical drive (to be discussed later). In one embodiment, the vibration energy makes it possible to create a multitude of small crystallization nuclei, which ensures the production of a metal article with a fine grain.

В одном варианте реализации изобретения ультразвуковое измельчение зерна включает применение энергии ультразвука (и/или другой энергии колебаний) для измельчения зерна. Хотя изобретение не ограничено каким-либо конкретным теоретическим обоснованием, одним теоретическим обоснованием является то, что введение энергии колебаний (например, энергии ультразвука) в расплавленный или кристаллизующийся сплав может привести к возникновению нелинейных явлений, например, кавитации, звуковых потоков и давления излучения. Эти нелинейные явления могут использоваться для зарождения новых зерен и разрушения дендритов во время кристаллизации сплава.In one embodiment of the invention, ultrasonic grain refinement includes the use of ultrasonic energy (and/or other vibrational energy) to refine grain. Although the invention is not limited to any particular theoretical basis, one theoretical basis is that the introduction of vibrational energy (e.g., ultrasonic energy) into a molten or solidifying alloy can lead to the occurrence of nonlinear phenomena, such as cavitation, sonic flows, and radiation pressure. These nonlinear phenomena can be used to nucleate new grains and destroy dendrites during solidification of the alloy.

Согласно этой теории, процесс измельчения зерна может быть разделен на две стадии 1) появление центров кристаллизации и 2) рост заново возникшей твердой фазы из жидкой. На стадии появления центров кристаллизации возникают сферические центры кристаллизации. Эти центры кристаллизации на стадии роста развиваются в дендриты. Однонаправленный рост дендритов приводит к возникновению столбчатых зерен, которые могут вызвать возникновение горячих трещин/холодных трещин и неравномерное распределение вторичных фаз. Это, в свою очередь, может привести к ухудшению литейных свойств. С другой стороны, равномерный рост дендритов во всех направлениях (который возможен при использовании настоящего изобретения) приводит к возникновению равноосных зерен. Отливки/слитки, содержащие небольшие и равноосные зерна, имеют превосходную формуемость.According to this theory, the grain refinement process can be divided into two stages 1) the emergence of crystallization centers and 2) the growth of the newly formed solid phase from the liquid. At the stage of the emergence of crystallization centers, spherical crystallization centers arise. These crystallization centers develop into dendrites at the growth stage. Unidirectional growth of dendrites leads to the formation of columnar grains, which can cause the occurrence of hot cracks/cold cracks and uneven distribution of secondary phases. This, in turn, can lead to deterioration of casting properties. On the other hand, uniform growth of dendrites in all directions (which is possible with the use of the present invention) leads to the formation of equiaxed grains. Castings/ingots containing small and equiaxed grains have excellent formability.

Согласно этой теории, когда температура в сплаве ниже температуры ликвидуса, центры кристаллизации могут возникать, если размер зародышей твердой фазы больше критического размера, приведенного в следующем уравнении:According to this theory, when the temperature in the alloy is below the liquidus temperature, crystallization centers can occur if the size of the solid phase nuclei is larger than the critical size given in the following equation:

где - критический размер, - межфазная энергия на границе раздела твердой и жидкой фаз и - свободная энергия Гиббса, связанная с превращением единичного объема жидкой фазы в твердую.Where - critical size, - interphase energy at the interface between the solid and liquid phases and - Gibbs free energy associated with the transformation of a unit volume of the liquid phase into a solid.

Согласно этой теории, свободная энергия Гиббса, , уменьшается с увеличением размера зародышей твердой фазы, если их размеры больше , что указывает на то, что рост зародыша твердой фазы является термодинамически более выгодным. При таких условиях зародыши твердой фазы становятся устойчивыми центрами кристаллизации. Однако гомогенное возникновение центров кристаллизации с размерами больше происходит только в чрезвычайных условиях, которые требуют большого переохлаждения в расплаве.According to this theory, the Gibbs free energy, , decreases with increasing size of solid phase nuclei if their sizes are larger , which indicates that the growth of the solid phase nucleus is thermodynamically more favorable. Under such conditions, the solid phase nuclei become stable crystallization centers. However, the homogeneous formation of crystallization centers with sizes greater than occurs only under extreme conditions that require high supercooling in the melt.

Согласно этой теории, центры кристаллизации, возникшие во время кристаллизации, могут вырастать в зерна твердой фазы, известные как дендриты. Дендриты также могут разрушаться на множество небольших фрагментов при воздействии энергии колебаний. Возникшие таким образом фрагменты дендритов могут вырастать в новые зерна и приводить к возникновению небольших зерен, что позволяет создать структуру с равноосными зернами.According to this theory, the crystallization centers created during crystallization can grow into grains of the solid phase known as dendrites. Dendrites can also be broken into many small fragments when exposed to vibrational energy. The resulting dendritic fragments can grow into new grains and lead to the formation of small grains, which allows the creation of a structure with equiaxed grains.

Не имея при этом в виду ограничение какой-либо теорией, относительно небольшая степень переохлаждения расплавленного металла (например, менее 2, 5, 10 или 15°С) в верхней части канала литейного колеса 30 (например, у нижней стороны полосы 36) приводит к появлению слоя небольших центров кристаллизации чистого алюминия (или другого металла или сплава) у стальной полосы. Энергия колебаний (например, ультразвуковые колебания или колебания, созданные механическим путем) облегчает развитие этих центров кристаллизации, которые затем используются как модификаторы во время кристаллизации, что приводит к возникновению однородной структуры зерна. Соответственно, в одном варианте реализации изобретения применяемый способ охлаждения гарантирует, что небольшая степень переохлаждения в верхней части канала литейного колеса 30 у стальной полосы приведет к появлению небольших центров кристаллизации расплавленного металла по мере продолжения его охлаждения. Колебания, воздействующие на полосу 36, служат для распределения этих центров кристаллизации в расплавленном металле, находящемся в канале литейного колеса 30, и/или могут служить для разрушения дендритов, возникающих в переохлажденном слое. Например, энергия колебаний, вводимая в расплавленный металл во время его охлаждения, может за счет кавитации (см. ниже) разрушать дендриты с созданием новых центров кристаллизации. Эти центры кристаллизации и фрагменты дендритов затем могут использоваться для создания (содействия созданию) равноосных зерен в литейной форме во время кристаллизации, что приводит к возникновению однородной структуры зерна.Without intending to be limited by any theory, a relatively small degree of supercooling of the molten metal (e.g., less than 2, 5, 10, or 15°C) at the top of the channel of the casting wheel 30 (e.g., at the bottom of the strip 36) results in the appearance of a layer of small crystallization centers of pure aluminum (or other metal or alloy) at the steel strip. Vibrational energy (e.g., ultrasonic vibrations or vibrations created by mechanical means) facilitates the development of these crystallization centers, which are then used as modifiers during crystallization, which results in the formation of a uniform grain structure. Accordingly, in one embodiment of the invention, the cooling method used ensures that a small degree of supercooling at the top of the channel of the casting wheel 30 at the steel strip will result in the appearance of small crystallization centers of the molten metal as its cooling continues. The vibrations acting on the strip 36 serve to distribute these crystallization centers in the molten metal located in the channel of the casting wheel 30 and/or can serve to destroy dendrites that arise in the supercooled layer. For example, the vibration energy introduced into the molten metal during its cooling can, due to cavitation (see below), destroy dendrites with the creation of new crystallization centers. These crystallization centers and fragments of dendrites can then be used to create (assist in the creation of) equiaxed grains in the casting mold during crystallization, which leads to the emergence of a homogeneous grain structure.

Другими словами, ультразвуковые колебания, передаваемые в переохлажденный жидкий металл, создают места начала кристаллизации в металлах или металлических сплавах, что приводит к уменьшению размеров зерен. Места начала кристаллизации можно создавать за счет воздействия энергии колебаний, как описано выше, с целью разрушить дендриты, что создает в расплавленном металле множество центров кристаллизации, которые не зависят от инородных примесей. Согласно одному аспекту, канал литейного колеса 30 может быть изготовлен из огнеупорного металла или другого материала, выдерживающего высокую температуру, например, меди, чугуна и стали, ниобия, ниобия и молибдена, тантала, вольфрама, рения и их сплавов, включающих один или более таких химических элементов, как кремний, кислород или азот, которые могут повысить температуру плавления этих материалов.In other words, ultrasonic vibrations transmitted to supercooled liquid metal create crystallization initiation sites in metals or metal alloys, which leads to a decrease in grain size. Crystallization initiation sites can be created by the action of vibration energy, as described above, in order to destroy dendrites, which creates a plurality of crystallization centers in the molten metal that are independent of foreign impurities. According to one aspect, the channel of the casting wheel 30 can be made of a refractory metal or other material that can withstand high temperatures, such as copper, cast iron and steel, niobium, niobium and molybdenum, tantalum, tungsten, rhenium and their alloys, including one or more chemical elements such as silicon, oxygen or nitrogen, which can increase the melting point of these materials.

В одном варианте реализации изобретения источник создания ультразвуковых колебаний в источнике 40 энергии колебаний обеспечивает мощность 1,5 кВт при частоте звука 20 кГц. Это изобретение не ограничивается этими значениями мощности и частоты. Значения мощности и частоты ультразвука могут выбираться из большого диапазона, хотя интерес представляют диапазоны, которые приведены далее.In one embodiment of the invention, the source of creating ultrasonic vibrations in the source of 40 vibration energy provides a power of 1.5 kW at a sound frequency of 20 kHz. This invention is not limited to these values of power and frequency. The values of power and frequency of ultrasound can be selected from a large range, although the ranges that are given below are of interest.

МощностьPower

Если говорить в общем, значения мощности находятся в диапазоне от 50 до 5000 Вт для каждого сонотрода, в зависимости от его размеров или размеров зонда. Эти значения мощности, как правило, применяются в сонотроде, чтобы гарантировать, что плотность мощности на конце сонотрода выше 100 Вт/см2, что можно считать пороговым значением для создания кавитации в расплавленных металлах, зависящей от скорости охлаждения расплавленного металла, типа расплавленного металла и других факторов. Значения мощности в этой зоне могут находиться в диапазоне 50-5000 Вт, 100-3000 Вт, 500-2000 Вт, 1000-1500 Вт, либо в любом промежуточном или перекрывающемся диапазоне. Возможны более высокие значения мощности для зонда/сонотрода с большими размерами и более низкие значения мощности для зонда с меньшими размерами. В различных вариантах реализации изобретения плотность мощности при воздействии энергии колебаний может находиться в диапазоне 10 Вт/см2-500 Вт/см2, 20 Вт/см2-400 Вт/см2, 30 Вт/см2-300 Вт/см2, 50 Вт/см2-200 Вт/см2 или 70 Вт/см2-150 Вт/см2, либо в любых промежуточных или перекрывающихся диапазонах в пределах указанных значений.In general, the power values are in the range of 50 to 5000 W for each sonotrode, depending on its size or the size of the probe. These power values are typically applied in the sonotrode to ensure that the power density at the tip of the sonotrode is above 100 W/cm 2 , which can be considered the threshold for creating cavitation in molten metals, depending on the cooling rate of the molten metal, the type of molten metal and other factors. Power values in this zone can be in the range of 50-5000 W, 100-3000 W, 500-2000 W, 1000-1500 W, or any intermediate or overlapping range. Higher power values are possible for a larger probe/sonotrode and lower power values for a smaller probe. In various embodiments of the invention, the power density when exposed to oscillation energy may be in the range of 10 W/ cm2 -500 W/ cm2 , 20 W/ cm2 -400 W/ cm2 , 30 W/ cm2 -300 W/ cm2 , 50 W/ cm2 -200 W/ cm2 or 70 W/ cm2 -150 W/ cm2 , or in any intermediate or overlapping ranges within the specified values.

ЧастотаFrequency

Если говорить в общем, можно использовать частоту в диапазоне 5-400 кГц (или в любом промежуточном диапазоне). В качестве альтернативы, можно использовать частоту в диапазоне 10-30 кГц (или в любом промежуточном диапазоне). Воздействующая частота может находиться в диапазоне 5-400 кГц, 10-30 кГц, 15-25 кГц, 10-200 кГц или 50-100 кГц, либо в любых промежуточных или перекрывающихся диапазонах в пределах указанных значений.Generally speaking, a frequency in the range of 5-400 kHz (or any intermediate range) may be used. Alternatively, a frequency in the range of 10-30 kHz (or any intermediate range) may be used. The influencing frequency may be in the range of 5-400 kHz, 10-30 kHz, 15-25 kHz, 10-200 kHz, or 50-100 kHz, or any intermediate or overlapping ranges within these values.

В одном варианте реализации изобретения вибраторы 40, насчитывающие по меньшей мере один, установлены таким образом, что они связаны с каналами 46 охлаждения, эти вибраторы в случае ультразвукового зонда (или сонотрода, пьезоэлектрического преобразователя, излучателя ультразвука или магнитострикционного элемента), входящего в состав ультразвукового преобразователя, обеспечивают прохождение энергии колебаний, порождаемой ультразвуком, через охлаждающую среду, а также через узел 42 и полосу 36, в жидкий металл. В одном варианте реализации изобретения энергия ультразвука подается от преобразователя, способного превращать электрический ток в механическую энергию, что приводит к возникновению частоты колебаний выше 20 кГц (например, до 400 кГц), при этом энергия ультразвука подается от одного или обоих пьезоэлектрических элементов или магнитострикционных элементов.In one embodiment of the invention, vibrators 40, numbering at least one, are installed in such a way that they are connected to cooling channels 46, these vibrators in the case of an ultrasonic probe (or sonotrode, piezoelectric transducer, ultrasound emitter or magnetostrictive element) included in the ultrasonic transducer, provide passage of oscillation energy generated by ultrasound through the cooling medium, as well as through the unit 42 and the strip 36, into the liquid metal. In one embodiment of the invention, the ultrasound energy is supplied from a transducer capable of converting electric current into mechanical energy, which leads to the occurrence of an oscillation frequency above 20 kHz (for example, up to 400 kHz), wherein the ultrasound energy is supplied from one or both piezoelectric elements or magnetostrictive elements.

В одном варианте реализации изобретения ультразвуковой зонд устанавливают в канале 46 охлаждения таким образом, чтобы он контактировал с жидкой охлаждающей средой. В одном варианте реализации изобретения расстояние от наконечника ультразвукового зонда до полосы 36, если оно имеется, является переменным. Это расстояние, например, может составлять менее 1 мм, менее 2 мм, менее 5 мм, менее 1 см, менее 2 см, менее 5 см, менее 10 см, менее 20 см или менее 50 см. В одном варианте реализации изобретения в канале 46 охлаждения таким образом, чтобы они контактировали с жидкой охлаждающей средой, устанавливают несколько ультразвуковых зондов или комплект ультразвуковых зондов. В одном варианте реализации изобретения ультразвуковой зонд может быть прикреплен к стенке узла 42.In one embodiment of the invention, the ultrasonic probe is mounted in the cooling channel 46 so that it contacts the liquid cooling medium. In one embodiment of the invention, the distance from the tip of the ultrasonic probe to the strip 36, if any, is variable. This distance, for example, can be less than 1 mm, less than 2 mm, less than 5 mm, less than 1 cm, less than 2 cm, less than 5 cm, less than 10 cm, less than 20 cm or less than 50 cm. In one embodiment of the invention, several ultrasonic probes or a set of ultrasonic probes are mounted in the cooling channel 46 so that they contact the liquid cooling medium. In one embodiment of the invention, the ultrasonic probe can be attached to the wall of the unit 42.

Согласно одному аспекту изобретения, пьезоэлектрические преобразователи, обеспечивающие подачу энергии колебаний, могут состоять из керамического материала, который зажат между электродами, имеющими места прикрепления для создания электрического контакта. При приложении напряжения к керамике через электроды, она расширяется и сжимается на частотах ультразвука. В одном варианте реализации изобретения пьезоэлектрический преобразователь, служащий в качестве источника 40 энергии колебаний, прикреплен к усилителю, который передает колебания в зонд. В патенте США № 9,061,928 (содержание которого этим упоминанием включено сюда во всей полноте) описан узел ультразвукового преобразователя, включающий ультразвуковой преобразователь, усилитель ультразвука, ультразвуковой зонд и блок охлаждения усилителя. Усилитель ультразвука в патенте '928 соединен с ультразвуковым преобразователем для усиления энергии звука, создаваемой этим преобразователем, и передачи усиленной энергии звука в ультразвуковой зонд. Конструкцию усилителя из патента '928 полезно применить в настоящем изобретении для снабжения энергией ультразвуковых зондов, которые непосредственно контактируют с рассмотренной выше жидкой охлаждающей средой или воздействуют на нее опосредованно.According to one aspect of the invention, piezoelectric transducers that provide vibration energy may consist of a ceramic material that is sandwiched between electrodes that have attachment points for creating an electrical contact. When a voltage is applied to the ceramic through the electrodes, it expands and contracts at ultrasonic frequencies. In one embodiment of the invention, a piezoelectric transducer that serves as a vibration energy source 40 is attached to an amplifier that transmits vibrations to a probe. U.S. Patent No. 9,061,928 (the contents of which are incorporated herein by this reference in their entirety) describes an ultrasonic transducer assembly that includes an ultrasonic transducer, an ultrasonic amplifier, an ultrasonic probe, and a cooling unit for the amplifier. The ultrasonic amplifier in the '928 patent is coupled to the ultrasonic transducer to amplify the sound energy created by this transducer and transmit the amplified sound energy to the ultrasonic probe. The amplifier design of the '928 patent is usefully applied in the present invention to supply power to ultrasonic probes that directly contact or indirectly act upon the liquid cooling medium discussed above.

Фактически, в одном варианте реализации изобретения усилитель ультразвука используется в диапазоне ультразвука, чтобы усилить, или увеличить, энергию колебаний, создаваемую пьезоэлектрическим преобразователем. Усилитель не повышает и не снижает частоту колебаний, он повышает амплитуду колебаний. (Если усилитель установлен с обратной стороны, он также уплотняет энергию колебаний). В одном варианте реализации изобретения усилитель установлен между пьезоэлектрическим преобразователем и зондом в соединении с ними. Для случая использования усилителя при ультразвуковом измельчении зерна ниже для примера перечислены этапы способа, иллюстрирующие использование усилителя с пьезоэлектрическим источником энергии колебаний:In fact, in one embodiment of the invention, an ultrasound amplifier is used in the ultrasound range to amplify, or increase, the vibration energy created by the piezoelectric transducer. The amplifier does not increase or decrease the vibration frequency, it increases the vibration amplitude. (If the amplifier is installed on the reverse side, it also compacts the vibration energy). In one embodiment of the invention, the amplifier is installed between the piezoelectric transducer and the probe in connection with them. For the case of using the amplifier in ultrasonic grinding of grain, the following are listed by way of example the steps of the method illustrating the use of an amplifier with a piezoelectric vibration energy source:

1) В пьезоэлектрический преобразователь подают электрический ток. После подачи электрического тока керамические детали внутри преобразователя начинают расширяться и сжиматься, это приводит к превращению электрической энергии в механическую.1) An electric current is supplied to the piezoelectric transducer. After the electric current is supplied, the ceramic parts inside the transducer begin to expand and contract, which leads to the conversion of electrical energy into mechanical energy.

2) Эти колебания в одном варианте реализации изобретения затем передаются в усилитель, который усиливает, или увеличивает, эти механические колебания.2) These vibrations in one embodiment of the invention are then transmitted to an amplifier, which amplifies, or increases, these mechanical vibrations.

3) Усиленные, или увеличенные, колебания от усилителя в одном варианте затем распространяются в зонд. В результате зонд вибрирует на частотах ультразвука, что приводит к созданию кавитации.3) The amplified, or magnified, vibrations from the amplifier in one embodiment are then propagated into the probe. As a result, the probe vibrates at ultrasound frequencies, which leads to the creation of cavitation.

4) Кавитация, созданная вибрирующим зондом, воздействует на литейную полосу, которая в одном варианте контактирует с расплавленным металлом.4) Cavitation created by the vibrating probe acts on the casting strip, which in one embodiment comes into contact with the molten metal.

5) Кавитация в одном варианте разрушает дендриты и создает структуру с равноосными зернами.5) Cavitation in one variant destroys dendrites and creates a structure with equiaxed grains.

Если обратиться к Фиг.2, зонд связан с охлаждающей средой, протекающей через устройство 34 для обработки расплавленного металла. Кавитация, создаваемая в охлаждающей среде при помощи зонда, вибрирующего на частотах ультразвука, воздействует на полосу 36, которая контактирует с расплавленным алюминием, находящимся во вмещающем элементе 32.Referring to Fig. 2, the probe is connected to a cooling medium flowing through the device 34 for processing molten metal. Cavitation created in the cooling medium by means of the probe vibrating at ultrasound frequencies acts on the strip 36, which contacts the molten aluminum located in the containing element 32.

В одном варианте реализации изобретения энергию колебаний можно вводить при помощи магнитострикционных преобразователей, служащих в качестве источника 40 энергии колебаний. В одном варианте магнитострикционный преобразователь, служащий в качестве источника 40 энергии колебаний, имеет то же расположение, что и блок пьезоэлектрических преобразователей, показанный на Фиг.2, с той лишь разницей, что источником ультразвука, заставляющим поверхность вибрировать с частотой ультразвука, является по меньшей мере один магнитострикционный преобразователь, а не по меньшей мере один пьезоэлектрический элемент. На Фиг.13 показана конструкция литейного колеса, соответствующего одному варианту реализации изобретения, в котором для упомянутого по меньшей мере одного ультразвукового источника энергии колебаний применяется магнитострикционный элемент 40а. В этом варианте реализации изобретения магнитострикционный преобразователь (преобразователи) 40а заставляет вибрировать зонд (не показан на виде сбоку, приведенном на Фиг.13), связанный с охлаждающей средой, например, на частоте 30 кГц, хотя, как описано ниже, могут использоваться и другие частоты. В другом варианте реализации изобретения магнитострикционный преобразователь 40а заставляет вибрировать нижнюю пластину 40b, показанную на Фиг.14, где приведен схематичный разрез устройства 34 для обработки расплавленного металла с нижней пластиной 40b, которая связана с охлаждающей средой (показана на Фиг.14).In one embodiment of the invention, the vibration energy can be introduced using magnetostrictive transducers serving as a source 40 of vibration energy. In one embodiment, the magnetostrictive transducer serving as a source 40 of vibration energy has the same arrangement as the block of piezoelectric transducers shown in Fig. 2, with the only difference that the source of ultrasound causing the surface to vibrate with an ultrasound frequency is at least one magnetostrictive transducer, and not at least one piezoelectric element. Fig. 13 shows the design of a casting wheel corresponding to one embodiment of the invention, in which a magnetostrictive element 40a is used for said at least one ultrasonic source of vibration energy. In this embodiment of the invention, the magnetostrictive transducer(s) 40a vibrates a probe (not shown in the side view shown in Fig. 13) connected to a cooling medium, for example at a frequency of 30 kHz, although other frequencies can be used as described below. In another embodiment of the invention, the magnetostrictive transducer 40a vibrates a lower plate 40b shown in Fig. 14, which shows a schematic section of the device 34 for processing molten metal with a lower plate 40b that is connected to a cooling medium (shown in Fig. 14).

Как правило, магнитострикционные преобразователи содержат большое количество пластин из материала, который будет расширяться и сжиматься после создания электромагнитного поля. Если говорить более конкретно, магнитострикционные преобразователи, подходящие для настоящего изобретения, могут включать в одном варианте большое количество никелевых пластин (или пластин из другого магнитострикционного материала) или слоев, установленных параллельно с прикреплением одного края каждого слоя к низу технологической емкости или к другой поверхности, которую нужно заставить вибрировать. Вокруг магнитострикционного материала создают обмотку из проволоки, чтобы создать магнитное поле. Магнитное поле возникает, например, когда через проволочную обмотку пропускают электрический ток. Это магнитное поле заставляет магнитострикционный материал сокращаться или удлиняться, что приводит к вводу звуковой волны в текучую среду, контактирующую с расширяющимся и сжимающимся магнитострикционным материалом. Как правило, частота ультразвука, создаваемая магнитострикционными преобразователями, подходящими для изобретения, находится в диапазоне 20-200 кГц. Можно использовать большие или меньшие частоты, в зависимости от естественной частоты магнитострикционного элемента.Typically, magnetostrictive transducers comprise a plurality of plates of a material that will expand and contract after an electromagnetic field is generated. More specifically, magnetostrictive transducers suitable for the present invention may comprise, in one embodiment, a plurality of nickel plates (or plates of another magnetostrictive material) or layers arranged in parallel with one edge of each layer attached to the bottom of a process vessel or other surface that is to be made to vibrate. A wire winding is created around the magnetostrictive material to create a magnetic field. The magnetic field is created, for example, when an electric current is passed through the wire winding. This magnetic field causes the magnetostrictive material to contract or lengthen, which results in the introduction of a sound wave into a fluid medium in contact with the expanding and contracting magnetostrictive material. Typically, the ultrasound frequency generated by magnetostrictive transducers suitable for the invention is in the range of 20-200 kHz. Higher or lower frequencies can be used, depending on the natural frequency of the magnetostrictive element.

Одним из материалов, наиболее широко используемых в магнитострикционных преобразователях, является никель. При приложении напряжения к преобразователю, никель расширяется и сжимается на частотах ультразвука. В одном варианте реализации изобретения никелевые пластины непосредственно припаивают серебряным припоем к пластине из нержавеющей стали. Если обратиться к Фиг.2, в магнитострикционном преобразователе именно поверхность пластины из нержавеющей стали вибрирует на частотах ультразвука и непосредственно связана (как зонд) с охлаждающей средой, протекающей через устройство 34 для обработки расплавленного металла. Кавитация, создаваемая в охлаждающей среде при помощи пластины, вибрирующей на частотах ультразвука, затем воздействует на полосу 36, которая контактирует с расплавленным алюминием, находящимся во вмещающем элементе 32.One of the materials most widely used in magnetostrictive transducers is nickel. When a voltage is applied to the transducer, nickel expands and contracts at ultrasonic frequencies. In one embodiment of the invention, nickel plates are directly soldered with silver solder to a stainless steel plate. Referring to Fig. 2, in a magnetostrictive transducer, it is the surface of the stainless steel plate that vibrates at ultrasonic frequencies and is directly connected (as a probe) to a cooling medium flowing through a device 34 for processing molten metal. Cavitation created in the cooling medium by the plate vibrating at ultrasonic frequencies then acts on a strip 36, which contacts molten aluminum located in a containing member 32.

В патенте США № 7,462,960 (содержание которого этим упоминанием включено в настоящее описание во всей полноте) описан привод ультразвукового преобразователя, имеющий гигантский магнитострикционный элемент. Соответственно, в одном варианте реализации изобретения магнитострикционный элемент может быть изготовлен из материалов на основе сплавов редкоземельных химических элементов, например, из материала Terfenol-D и композитов на его основе, которые обладают необычно большим магнитострикционным эффектом по сравнению с металлами, имеющими ранний переход, например, железом (Fe), кобальтом (Со) и никелем (Ni). В качестве альтернативы, в одном варианте реализации изобретения магнитострикционный элемент может быть изготовлен из железа (Fe), кобальта (Со) и никеля (Ni).U.S. Patent No. 7,462,960 (the contents of which are hereby incorporated in their entirety) describes an ultrasonic transducer actuator having a giant magnetostrictive element. Accordingly, in one embodiment of the invention, the magnetostrictive element may be made from rare earth alloy materials, such as Terfenol-D and composites thereof, which have an unusually large magnetostrictive effect compared to early transition metals such as iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni). Alternatively, in one embodiment of the invention, the magnetostrictive element may be made from iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni).

В качестве альтернативы, в одном варианте реализации изобретения магнитострикционный элемент может быть изготовлен из одного или более следующих сплавов: железа и тербия; железа и празеодима; железа, тербия и празеодима; железа и диспрозия; железа, тербия и диспрозия; железа, празеодима и диспрозия; железа, тербия, празеодима и диспрозия; железа и эрбия; железа и самария; железа, эрбия и самария; железа, самария и диспрозия; железа и гольмия; железа, самария и гольмия; либо их смесей.Alternatively, in one embodiment of the invention, the magnetostrictive element may be made from one or more of the following alloys: iron and terbium; iron and praseodymium; iron, terbium and praseodymium; iron and dysprosium; iron, terbium and dysprosium; iron, praseodymium and dysprosium; iron, terbium, praseodymium and dysprosium; iron and erbium; iron and samarium; iron, erbium and samarium; iron, samarium and dysprosium; iron and holmium; iron, samarium and holmium; or mixtures thereof.

Магнитострикционный преобразователь описан в патенте США № 4,158,368 (содержание которого этим упоминанием включено в настоящее описание во всей полноте). Как там описано, и это подходит для настоящего изобретения, магнитострикционный преобразователь может включать плунжер из материала, обладающего отрицательной магнитострикцией, который установлен в корпусе. Магнитострикционный преобразователь описан в патенте США № 5,588,466 (содержание которого этим упоминанием включено в настоящее описание во всей полноте). Как там описано, и это подходит для настоящего изобретения, на гибкий элемент, например, гибкий элемент, закрепленный как балка, нанесен магнитострикционный слой. Гибкий элемент прогибается под действием внешнего магнитного поля. Как описано в патенте '466, и это подходит для настоящего изобретения, в качестве магнитострикционного элемента может использоваться тонкий магнитострикционный слой, состоящий из (Tb(1-x)Dy(x)Fe2. Магнитострикционный преобразователь описан в патенте США № 4,599,591 (содержание которого этим упоминанием включено в настоящее описание во всей полноте). Как там описано, и это подходит для настоящего изобретения, в магнитострикционном преобразователе могут применяться магнитострикционный материал и множество обмоток, соединенных с множеством источников тока, имеющих такое соотношение фаз, чтобы в магнитострикционном материале происходило вращение вектора магнитной индукции. Магнитострикционный преобразователь описан в патенте США № 4,986808 (содержание которого этим упоминанием включено в настоящее описание во всей полноте). Как там описано, и это подходит для настоящего изобретения, магнитострикционный преобразователь может включать множество вытянутых в длину полос из магнитострикционного материала, причем каждая из полос имеет ближний конец, дальний конец и, по существу, V-образное продольное сечение, то есть, образующие букву V половины проходят в продольном направлении, и каждая полоса прикреплена к соседней полосе на упомянутых ближнем конце и дальнем конце с получением целостной, по существу, жесткой колонны, имеющей центральную ось и ребра, проходящие в радиальном направлении от этой оси.A magnetostrictive transducer is described in U.S. Patent No. 4,158,368 (the contents of which are hereby incorporated by this reference in their entirety). As described therein, and as is applicable to the present invention, the magnetostrictive transducer may include a plunger made of a material having negative magnetostriction, which is mounted in a housing. A magnetostrictive transducer is described in U.S. Patent No. 5,588,466 (the contents of which are hereby incorporated by this reference in their entirety). As described therein, and as is applicable to the present invention, a magnetostrictive layer is applied to a flexible element, for example a flexible element fixed as a beam. The flexible element deflects under the action of an external magnetic field. As described in the '466 patent, and suitable for the present invention, a thin magnetostrictive layer consisting of (Tb(1-x)Dy(x)Fe 2 can be used as the magnetostrictive element. A magnetostrictive transducer is described in U.S. Patent No. 4,599,591 (the contents of which are hereby incorporated by this reference in their entirety). As described therein, and suitable for the present invention, the magnetostrictive transducer can use a magnetostrictive material and a plurality of windings connected to a plurality of current sources having a phase relationship such that a rotation of the magnetic induction vector occurs in the magnetostrictive material. A magnetostrictive transducer is described in U.S. Patent No. 4,986,808 (the contents of which are hereby incorporated by this reference in their entirety). As described therein, and suitable for the present invention, the magnetostrictive transducer can include a plurality of elongated strips of magnetostrictive material, each of the strips have a near end, a far end and a substantially V-shaped longitudinal section, that is, the halves forming the letter V extend in the longitudinal direction, and each strip is attached to the adjacent strip at said near end and far end to obtain a solid, substantially rigid column having a central axis and ribs extending in the radial direction from this axis.

На Фиг.3 схематично показан другой вариант реализации изобретения, на этом чертеже показана конструкция с механическим принципом создания колебаний для ввода энергии низкочастотных колебаний в расплавленный металл, находящийся в канале литейного колеса 30. В одном варианте реализации изобретения энергия колебаний обеспечивается за счет механических колебаний, создаваемых преобразователем или другим механическим средством возбуждения. Как известно в данной области техники, вибратор представляет собой механическое устройство, которое создает колебания. Колебания часто создают при помощи электромотора с несимметричной массой на приводном валу. Некоторые механические вибраторы состоят из электромагнитного привода и вала мешалки, который обеспечивает возбуждение за счет возвратно-поступательного перемещения по вертикали. В одном варианте реализации изобретения энергия колебаний подается от вибратора (или другого компонента), который может использовать механическую энергию для создания частоты колебаний до 20 кГц (но не ограничиваясь этим значением) и предпочтительно - в диапазоне 5-10 кГц.Fig. 3 schematically shows another embodiment of the invention, this drawing shows a structure with a mechanical principle of creating oscillations for introducing low-frequency oscillation energy into the molten metal located in the channel of the casting wheel 30. In one embodiment of the invention, the oscillation energy is provided by mechanical oscillations created by a converter or other mechanical excitation means. As is known in the art, a vibrator is a mechanical device that creates oscillations. Oscillations are often created using an electric motor with an asymmetrical mass on the drive shaft. Some mechanical vibrators consist of an electromagnetic drive and a stirrer shaft that provides excitation due to reciprocating vertical movement. In one embodiment of the invention, the oscillation energy is supplied from a vibrator (or other component) that can use mechanical energy to create an oscillation frequency of up to 20 kHz (but not limited to this value) and preferably in the range of 5-10 kHz.

Вне зависимости от механизма создания колебаний, прикрепление вибратора (пьезоэлектрического преобразователя, магнитострикционного преобразователя или вибратора с механическим приводом) к корпусу 44 означает, что энергию колебаний можно передавать в расплавленный металл, находящийся в канале под узлом 42.Regardless of the mechanism for creating the vibrations, the attachment of a vibrator (piezoelectric transducer, magnetostrictive transducer or vibrator with a mechanical drive) to the housing 44 means that the vibration energy can be transferred to the molten metal located in the channel below the unit 42.

Механические вибраторы, которые полезно использовать в изобретении, могут работать в диапазоне 8000-15000 колебаний в минуту, хотя можно использовать более высокие и более низкие частоты. В одном варианте реализации изобретения колебательный механизм выполнен с возможностью колебаний в диапазоне 565-5000 колебаний в минуту. В одном варианте реализации изобретения колебательный механизм выполнен с возможностью колебаний на еще более низкой частоте, начиная от доли колебания в секунду и до 565 колебаний в секунду. Диапазоны механически создаваемых колебаний, подходящие для изобретения, включают, например, 6000-9000 колебаний в минуту, 8000-10000 колебаний в минуту, 10000-12000 колебаний в минуту, 12000-15000 колебаний в минуту и 15000-25000 колебаний в минуту. Диапазоны механически создаваемых колебаний, подходящие для изобретения, которые указаны в литературе, включают, например, диапазоны 133-250 Гц, 200-283 Гц (12000-17000 колебаний в минуту) и 4-250 Гц. Помимо этого, механически создаваемые колебания различного вида могут сообщаться литейному колесу 30 или корпусу 44 при помощи простого молота или плунжерного устройства, периодически приводимых в действие для удара по этим колесу или корпусу. Если говорить в общем, механические колебания могут иметь диапазон до 10 кГц. Соответственно, диапазоны, подходящие для механических колебаний, используемых в изобретении, включают: 0-10 кГц, 10 Гц - 4000 Гц, 20 Гц - 2000 Гц, 40 Гц - 1000 Гц, 100 Гц - 500 Гц и промежуточные и комбинированные диапазоны в пределах указанных значений, включая предпочтительный диапазон 565-5000 Гц.Mechanical vibrators that are useful in the invention can operate in the range of 8000-15000 oscillations per minute, although higher and lower frequencies can be used. In one embodiment of the invention, the oscillating mechanism is configured to oscillate in the range of 565-5000 oscillations per minute. In one embodiment of the invention, the oscillating mechanism is configured to oscillate at an even lower frequency, starting from a fraction of a oscillation per second and up to 565 oscillations per second. Ranges of mechanically generated oscillations suitable for the invention include, for example, 6000-9000 oscillations per minute, 8000-10000 oscillations per minute, 10000-12000 oscillations per minute, 12000-15000 oscillations per minute and 15000-25000 oscillations per minute. Ranges of mechanically generated vibrations suitable for the invention, which are indicated in the literature, include, for example, ranges of 133-250 Hz, 200-283 Hz (12,000-17,000 vibrations per minute) and 4-250 Hz. In addition, mechanically generated vibrations of various types can be communicated to the casting wheel 30 or the housing 44 by means of a simple hammer or plunger device, periodically actuated to strike these wheels or housings. Generally speaking, mechanical vibrations can have a range of up to 10 kHz. Accordingly, ranges suitable for mechanical vibrations used in the invention include: 0-10 kHz, 10 Hz - 4000 Hz, 20 Hz - 2000 Hz, 40 Hz - 1000 Hz, 100 Hz - 500 Hz and intermediate and combined ranges within the specified values, including the preferred range of 565-5000 Hz.

Хотя выше изобретение описано с использованием его вариантов, в которых используются ультразвук и механический привод, оно при этом не ограничивается тем или другим из этих диапазонов, но может быть использовано с широким спектром энергии колебаний, вплоть до 400 кГц, включая источники с одной частотой или множеством частот. В дополнение к этому, можно использовать комбинацию источников (ультразвуковые источники и источники с механическим приводом, разные ультразвуковые источники или разные источники с механическим приводом, либо разные источники энергии звука, которые будут описаны ниже).Although the invention has been described above using its variants that use ultrasound and a mechanical drive, it is not limited to one or the other of these ranges, but can be used with a wide range of vibration energy, up to 400 kHz, including sources with a single frequency or multiple frequencies. In addition, a combination of sources (ultrasonic sources and sources with a mechanical drive, different ultrasound sources or different sources with a mechanical drive, or different sources of sound energy, which will be described below) can be used.

Как показано на Фиг.3, литейная установка 2 включает литейное колесо 30, имеющее внутри вмещающий элемент 32 (например, лоток или канал), в который заливают расплавленный металл, и устройство 34 для обработки расплавленного металла. Полоса 36 (например, стальная) ограничивает возможное местонахождение расплавленного металла вмещающим элементом 32 (т.е., каналом). Также, как и в приведенном выше случае, ролики 38 позволяют устройству 34 для обработки расплавленного металла оставаться неподвижным, когда расплавленный металл 1) кристаллизуется в канале литейного колеса и 2) транспортируется на удаление от устройства 34 для обработки расплавленного металла.As shown in Fig. 3, the casting installation 2 includes a casting wheel 30 having inside a containing element 32 (for example, a tray or a channel) into which molten metal is poured, and a device 34 for handling molten metal. A strip 36 (for example, steel) limits the possible location of the molten metal by the containing element 32 (i.e., the channel). Also, as in the above case, rollers 38 allow the device 34 for handling molten metal to remain stationary when molten metal 1) crystallizes in the channel of the casting wheel and 2) is transported away from the device 34 for handling molten metal.

В охлаждающем канале 46 протекает охлаждающая среда. Как и ранее, пневмоочиститель 52 направляет воздух (для обеспечения безопасности) таким образом, что вся вода, вытекающая из канала охлаждения, будет направляться на удаление от источника расплавленного металла. Как и ранее, позиционирование устройства 34 для обработки расплавленного металла относительно вращающегося литейного колеса 30 обеспечивает устройство с функцией качения (например, ролики 38). Охлаждающая среда обеспечивает охлаждение расплавленного металла и упомянутого по меньшей мере одного источника 40 энергии колебаний (показан на Фиг.3 в виде механического вибратора 40).In the cooling channel 46, a cooling medium flows. As before, the pneumatic cleaner 52 directs the air (for safety) in such a way that all water flowing out of the cooling channel will be directed away from the source of molten metal. As before, the positioning of the device 34 for processing molten metal relative to the rotating casting wheel 30 is ensured by a device with a rolling function (for example, rollers 38). The cooling medium ensures cooling of the molten metal and the mentioned at least one source 40 of vibration energy (shown in Fig. 3 as a mechanical vibrator 40).

При прохождении расплавленного металла под металлической полосой 36, находящейся под механическим вибратором 40, когда этот металл начинает охлаждаться и кристаллизоваться, в него вводится энергия колебаний, созданных механическим путем. Энергия колебаний, созданных механическим путем, в одном варианте позволяет создавать множество небольших зародышей кристаллизации, что позволяет получить металлическое изделие с мелким зерном.When the molten metal passes under the metal strip 36, located under the mechanical vibrator 40, when this metal begins to cool and crystallize, the energy of vibrations created mechanically is introduced into it. The energy of vibrations created mechanically, in one embodiment, allows for the creation of many small crystallization nuclei, which allows for the production of a metal product with a fine grain.

В одном варианте реализации изобретения вибраторы 40, насчитывающие по меньшей мере один, установлены таким образом, что они связаны с охлаждающими каналами 46, и в случае, если это механические вибраторы, через охлаждающую среду, а также через узел 42 и полосу 36 они вводят в жидкий металл энергию колебаний, созданных механическим путем. В одном варианте реализации изобретения головка механического вибратора введена в канал 46 охлаждения для контакта с жидкой охлаждающей средой. В одном варианте реализации изобретения для контакта с жидкой охлаждающей средой в канал 46 охлаждения может быть введено несколько головок механических вибраторов или комплект головок механических вибраторов. В одном варианте реализации изобретения головка механического вибратора может быть прикреплена к стенке узла 42.In one embodiment of the invention, vibrators 40, numbering at least one, are installed in such a way that they are connected to cooling channels 46, and in the case if these are mechanical vibrators, through the cooling medium, as well as through the unit 42 and the strip 36, they introduce into the liquid metal the energy of vibrations created mechanically. In one embodiment of the invention, the head of the mechanical vibrator is introduced into the cooling channel 46 for contact with the liquid cooling medium. In one embodiment of the invention, several heads of mechanical vibrators or a set of heads of mechanical vibrators can be introduced into the cooling channel 46 for contact with the liquid cooling medium. In one embodiment of the invention, the head of the mechanical vibrator can be attached to the wall of the unit 42.

Не имея при этом в виду ограничение какой-либо конкретной теорией, относительно небольшая степень переохлаждения (например, менее 10°С) на дне канала литейного колеса 30 приводит к возникновению слоя небольших центров кристаллизации из чистого алюминия (или другого металла или сплава). Колебания, созданные механическим путем, создают эти центры кристаллизации, которые затем используются как модификаторы во время кристаллизации, что приводит к возникновению однородной структуры зерна. Соответственно, в одном варианте реализации изобретения применяемый способ охлаждения гарантирует, что небольшая степень переохлаждения на дне канала приводит к возникновению слоя небольших центров кристаллизации из обрабатываемого материала. Механически созданные колебания распределяют эти центры кристаллизации в направлении от дна канала и/или могут служить для разрушения дендритов, возникающих в переохлажденном слое. Эти центры кристаллизации и фрагменты дендритов затем используются для создания равноосных зерен в литейной форме во время кристаллизации, что приводит к возникновению однородной структуры зерна.Without intending to be limited by any particular theory, a relatively small degree of undercooling (e.g., less than 10°C) at the bottom of the channel of the casting wheel 30 results in the formation of a layer of small crystallization centers of pure aluminum (or another metal or alloy). The mechanically created vibrations create these crystallization centers, which are then used as modifiers during crystallization, which results in the formation of a uniform grain structure. Accordingly, in one embodiment of the invention, the cooling method used ensures that a small degree of undercooling at the bottom of the channel results in the formation of a layer of small crystallization centers of the material being processed. The mechanically created vibrations distribute these crystallization centers in a direction away from the bottom of the channel and/or can serve to break up dendrites that form in the undercooled layer. These crystallization centers and dendrite fragments are then used to create equiaxed grains in the casting mold during crystallization, which results in the formation of a uniform grain structure.

Другими словами, в одном варианте реализации изобретения механически созданные колебания, передаваемые в жидкий металл, создают места начала кристаллизации в металлах или металлических сплавах, что приводит к измельчению зерна. Также, как и в приведенном выше случае, канал литейного колеса 30 может быть изготовлен из огнеупорного металла или другого материала, выдерживающего высокую температуру, например, меди, чугуна и стали, ниобия, ниобия и молибдена, тантала, вольфрама, рения и их сплавов, включающих один или более таких химических элементов, как кремний, кислород или азот, которые могут повысить температуру плавления этих материалов.In other words, in one embodiment of the invention, mechanically generated vibrations transmitted to the liquid metal create crystallization initiation sites in metals or metal alloys, which results in grain refinement. As in the above case, the channel of the casting wheel 30 can be made of a refractory metal or other material that can withstand high temperatures, such as copper, cast iron and steel, niobium, niobium and molybdenum, tantalum, tungsten, rhenium and their alloys, including one or more chemical elements such as silicon, oxygen or nitrogen, which can increase the melting point of these materials.

На Фиг.3А схематично показана гибридная конструкция литейного колеса, соответствующего одному варианту реализации изобретения, в котором применяются как по меньшей мере один ультразвуковой источник энергии колебаний, так и по меньшей мере один источник энергии колебаний с механическим приводом (например, вибратор с механическим приводом). Элементы, подобные показанным на Фиг.3, представляют собой аналогичные элементы, выполняющие аналогичные функции, которые указаны выше. Для примера, вмещающий элемент 32 (например, лоток или канал), указанный на Фиг.3А, находится в изображенном литейном колесе, на которое заливают расплавленный металл. Также, как и в приведенном выше случае, полоса (на Фиг.3А не показана) ограничивает возможное местонахождение расплавленного металла вмещающим элементом 32. В данном случае, в этом варианте реализации изобретения, как ультразвуковой источник (источники) энергии колебаний, так и источник (источники) энергии колебаний с механическим приводом задействуют избирательно, и их можно приводить в действие по отдельности или вместе, чтобы получить колебания, которые при передаче в жидкий металл создают места начала кристаллизации в металлах или металлических сплавах для измельчения зерна. В различных вариантах реализации изобретения можно создавать и применять разные комбинации из ультразвукового источника (источников) энергии колебаний и источника (источников) энергии колебаний с механическим приводом.Fig. 3A schematically shows a hybrid design of a casting wheel according to one embodiment of the invention, in which at least one ultrasonic vibration energy source and at least one mechanically driven vibration energy source (e.g., a mechanically driven vibrator) are used. Elements similar to those shown in Fig. 3 are similar elements performing similar functions as those indicated above. For example, the containing element 32 (e.g., a tray or channel) indicated in Fig. 3A is located in the illustrated casting wheel onto which molten metal is poured. Also, as in the above case, the strip (not shown in Fig. 3A) limits the possible location of the molten metal by the containing element 32. In this case, in this embodiment of the invention, both the ultrasonic source (sources) of oscillation energy and the source (sources) of oscillation energy with a mechanical drive are selectively activated, and they can be activated separately or together in order to obtain oscillations that, when transmitted to the liquid metal, create places of the beginning of crystallization in metals or metal alloys for grinding grain. In various embodiments of the invention, various combinations of the ultrasonic source (sources) of oscillation energy and the source (sources) of oscillation energy with a mechanical drive can be created and used.

Аспекты изобретенияAspects of the invention

Согласно одному аспекту изобретения, на средство, вмещающее расплавленный металл, во время охлаждения можно воздействовать энергией колебаний (от вибраторов с механическим приводом, создающих низкочастотные колебания в диапазоне 8000-15000 колебаний в минуту, либо до 10 кГц, и/или ультразвуковых вибраторов с частотой в диапазоне 5-400 кГц). Согласно одному аспекту изобретения, можно воздействовать энергией колебаний, имеющих множество отдельных частот. Согласно одному аспекту изобретения, энергией колебаний можно воздействовать на различные металлы и металлические сплавы, включая те, которые перечислены далее (но не ограничиваясь ими): алюминий, медь, золото, железо, никель, платина, серебро, цинк, магний, титан, ниобий, вольфрам, марганец, а также их сплавы и комбинации; металлические сплавы, включающие латунь (медь/цинк), бронзу (медь/олово), сталь (железо/углерод), Chromalloy (хром), нержавеющую сталь (сталь/хром), инструментальную сталь (углерод/вольфрам/марганец, титан (железо/алюминий) и стандартизованные марки алюминиевых сплавов, включая серии 1100, 1350, 2024, 2224, 5052, 5154, 5356, 5183, 6101, 6201, 6061, 6053, 7050, 7075, 8ХХХ; медные сплавы, включая бронзу (указана выше) и медь, легированную комбинацией из цинка, олова, алюминия, кремния, никеля, серебра; магний, легированный алюминием, цинком, марганцем, кремнием, медью, никелем, цирконием, бериллием, кальцием, церием, неодимом, стронцием, оловом, иттрием, редкоземельными металлами; железо и железо, легированное хромом, углеродом, кремнием, хромом, никелем, калием, плутонием, цинком, цирконием, титаном, свинцом, магнием, оловом, скандием; и другие их сплавы и комбинации.According to one aspect of the invention, the means containing the molten metal can be exposed to vibration energy during cooling (from mechanically driven vibrators creating low-frequency vibrations in the range of 8000-15000 vibrations per minute, or up to 10 kHz, and/or ultrasonic vibrators with a frequency in the range of 5-400 kHz). According to one aspect of the invention, it is possible to be exposed to vibration energy having a plurality of individual frequencies. According to one aspect of the invention, the vibration energy can be applied to various metals and metal alloys, including but not limited to those listed below: aluminum, copper, gold, iron, nickel, platinum, silver, zinc, magnesium, titanium, niobium, tungsten, manganese, as well as alloys and combinations thereof; metal alloys including brass (copper/zinc), bronze (copper/tin), steel (iron/carbon), chromalloy (chromium), stainless steel (steel/chromium), tool steel (carbon/tungsten/manganese), titanium (iron/aluminium) and standardized grades of aluminium alloys including 1100, 1350, 2024, 2224, 5052, 5154, 5356, 5183, 6101, 6201, 6061, 6053, 7050, 7075, 8XXX series; copper alloys including bronze (specified above) and copper alloyed with a combination of zinc, tin, aluminium, silicon, nickel, silver; magnesium alloyed with aluminium, zinc, manganese, silicon, copper, nickel, zirconium, beryllium, calcium, cerium, neodymium, strontium, tin, yttrium, rare earth metals; iron and iron alloyed with chromium, carbon, silicon, chromium, nickel, potassium, plutonium, zinc, zirconium, titanium, lead, magnesium, tin, scandium; and other alloys and combinations thereof.

Согласно одному аспекту изобретения, энергия колебаний (от вибраторов с механическим приводом, создающих низкочастотные колебания в диапазоне 8000-15000 колебаний в минуту, либо до 10 кГц, и/или ультразвуковых вибраторов с частотой в диапазоне 5-400 кГц) вводится через жидкую среду, контактирующую с полосой, в кристаллизующийся металл, находящийся под устройством 34 для обработки расплавленного металла. Согласно одному аспекту изобретения, механическим путем вводится энергия колебаний в диапазоне 565-5000 Гц. Согласно одному аспекту изобретения, механическими путем создается энергия колебаний на еще более низких частотах, начиная от доли колебания в секунду и до 565 колебаний в секунду. Согласно одному аспекту изобретения, при помощи ультразвука создается энергия колебаний на частотах в диапазоне 5 кГц - 400 кГц. Согласно одному аспекту изобретения, энергия колебаний вводится через корпус 44, содержащий источник 40 энергии колебаний. Корпус 44 соединен с другими элементами конструкции, например, полосой 36 или роликами 38, которые контактируют либо со стенками канала, либо непосредственно с расплавленным металлом. Согласно одному аспекту изобретения, эта механическая связь позволяет передавать энергию колебаний от источника энергии колебаний в расплавленный металл во время его охлаждения.According to one aspect of the invention, the oscillation energy (from mechanically driven vibrators creating low-frequency oscillations in the range of 8000-15000 oscillations per minute, or up to 10 kHz, and/or ultrasonic vibrators with a frequency in the range of 5-400 kHz) is introduced through a liquid medium in contact with the strip into the crystallizing metal located under the device 34 for processing molten metal. According to one aspect of the invention, the oscillation energy in the range of 565-5000 Hz is introduced mechanically. According to one aspect of the invention, the oscillation energy at even lower frequencies is created mechanically, starting from a fraction of an oscillation per second and up to 565 oscillations per second. According to one aspect of the invention, the oscillation energy at frequencies in the range of 5 kHz - 400 kHz is created using ultrasound. According to one aspect of the invention, the oscillation energy is introduced through the housing 44 containing the oscillation energy source 40. The body 44 is connected to other structural elements, such as a strip 36 or rollers 38, which contact either the walls of the channel or directly the molten metal. According to one aspect of the invention, this mechanical connection allows the vibration energy to be transferred from the vibration energy source to the molten metal during its cooling.

Согласно одному аспекту, охлаждающая среда может представлять собой жидкость, например, воду. Согласно одному аспекту, охлаждающая среда может представлять собой газ, например, сжатый воздух или азот. Согласно одному аспекту изобретения, охлаждающая среда может представлять собой материал, фазовое состояние которого меняется. Предпочтительно, чтобы обеспечивался расход охлаждающей среды, достаточный для переохлаждения металла, находящегося рядом с полосой 36 (с превышением температуры ликвидуса сплава менее, чем на 5-10°С, или даже ниже температуры ликвидуса).According to one aspect, the cooling medium may be a liquid, such as water. According to one aspect, the cooling medium may be a gas, such as compressed air or nitrogen. According to one aspect of the invention, the cooling medium may be a phase-change material. Preferably, the cooling medium flow rate is sufficient to supercool the metal adjacent to the strip 36 (with an excess of the liquidus temperature of the alloy by less than 5-10°C, or even below the liquidus temperature).

Согласно одному аспекту изобретения, равноосные зерна в литом изделии получают без необходимости добавления частиц примесей, например, борида титана, в металл или металлический сплав для увеличения количества зерен и способствования равномерной гетерогенной кристаллизации. Согласно одному аспекту изобретения, вместо использования модификаторов для создания мест начала кристаллизации можно использовать энергию колебаний.According to one aspect of the invention, equiaxed grains in a cast article are obtained without the need to add impurity particles, such as titanium boride, to the metal or metal alloy to increase the number of grains and promote uniform heterogeneous crystallization. According to one aspect of the invention, instead of using modifiers to create crystallization initiation sites, vibration energy can be used.

Во время работы расплавленный металл, имеющий температуру значительно выше температуры ликвидуса сплава, под действием силы тяжести течет в канал литейного колеса 30 и проходит под устройством 34 для обработки расплавленного металла, где он подвергается воздействию энергии колебаний (т.е., колебаний ультразвуковых или колебаний, созданных механическим путем). Температура расплавленного металла, поступающего в канал литейного колеса, кроме прочего, зависит от выбранного типа сплава, скорости заливки и размеров этого канала в литейном колесе. В случае алюминиевых сплавов, температура литья может находиться в диапазоне 1220 F (660°C) -1350 F (732°C), при этом предпочтительными вложенными диапазонами являются, например, 1220 F (660°C) -1300 F (704°C), 1220 F (660°C) -1280 F (693°C), 1220 F (660°C) -1270 F (688°C), 1220 F (660°C) -1340 F (727°C), 1240 F (671°C) -1320 F (716°C), 1250 F (677°C) -1300 F (704°C), 1260 F (682°C) -1310 F (710°C), 1270 F (688°C) -1320 F (716°C), 1320 F (716°C) -1330 F (721°C), также подходят перекрывающиеся и промежуточные диапазоны и возможны вариации в пределах +/- 10 градусов F. Канал литейного колеса 30 охлаждают, чтобы гарантировать нахождение расплавленного металла в нем при температуре, близкой к температуре субликвидуса (например, с превышением температуры ликвидуса сплава менее, чем на 5-10°С, или даже ниже температуры ликвидуса, хотя температура заливки может значительно превышать эти 10°С). Во время работы можно контролировать температуру атмосферы, окружающей расплавленный металл, путем использования кожуха (не показан), который заполняется, например, инертным газом, таким как Ar, He, или азотом, либо через который эти газы продуваются. На литейном колесе 30 расплавленный металл находится, как правило, в состоянии поддержания неизменной температуры, при котором он переходит из жидкого состояния в твердое.During operation, the molten metal, which has a temperature significantly higher than the liquidus temperature of the alloy, flows under the force of gravity into the channel of the casting wheel 30 and passes under the device 34 for processing the molten metal, where it is exposed to the energy of vibrations (i.e., ultrasonic vibrations or vibrations created by mechanical means). The temperature of the molten metal entering the channel of the casting wheel depends, among other things, on the selected type of alloy, the pouring speed and the dimensions of this channel in the casting wheel. In the case of aluminum alloys, the casting temperature may be in the range of 1220 F (660°C) - 1350 F (732°C), with preferred subranges being, for example, 1220 F (660°C) - 1300 F (704°C), 1220 F (660°C) - 1280 F (693°C), 1220 F (660°C) - 1270 F (688°C), 1220 F (660°C) - 1340 F (727°C), 1240 F (671°C) - 1320 F (716°C), 1250 F (677°C) - 1300 F (704°C), 1260 F (682°C) - 1310 F (710°C), 1270 F (688°C) -1320 F (716°C), 1320 F (716°C) -1330 F (721°C), overlapping and intermediate ranges are also suitable and variations of +/- 10 degrees F are possible. The channel of the casting wheel 30 is cooled to ensure that the molten metal therein is at a temperature close to the subliquidus temperature (e.g., less than 5-10°C above the liquidus temperature of the alloy, or even below the liquidus temperature, although the pouring temperature may be significantly above these 10°C). During operation, the temperature of the atmosphere surrounding the molten metal can be controlled by using a jacket (not shown) that is filled with, or through which these gases are blown, for example, an inert gas such as Ar, He, or nitrogen. On the casting wheel 30, the molten metal is generally in a state of maintaining a constant temperature, at which it changes from a liquid to a solid state.

В результате переохлаждения на уровне, близком к температуре субликвидуса, скорости кристаллизации не настолько низкие, чтобы обеспечивалось равновесие на границе солидуса и ликвидуса, что, в свою очередь, приводит к вариациям химического состава в литом стержне. Неодинаковость химического состава приводит к ликвации. В дополнение к этому, степень ликвации напрямую связана с коэффициентами диффузии различных химических элементов в расплавленный металл, а также со скоростями теплопереноса. Другой тип ликвации возникает в тех местах, где сначала кристаллизуются составляющие с более низкими температурами плавления.As a result of supercooling at a level close to the subliquidus temperature, the crystallization rates are not low enough to ensure equilibrium at the solidus-liquidus boundary, which in turn leads to variations in the chemical composition in the cast rod. The non-uniformity of the chemical composition leads to liquation. In addition, the degree of liquation is directly related to the diffusion coefficients of the various chemical elements in the molten metal, as well as to the heat transfer rates. Another type of liquation occurs in places where the constituents with lower melting points crystallize first.

В тех вариантах реализации изобретения, в которых используются ультразвуковые колебания или колебания, созданные механическим путем, энергия колебаний возбуждает расплавленный металл во время его охлаждения. В этом варианте из-за воздействия энергии колебаний происходит возбуждение и эффективное перемешивание расплавленного металла. В одном варианте реализации изобретения энергия колебаний, созданных механическим путем, служит для непрерывного перемешивания расплавленного металла во время его охлаждения. В различных процессах литья сплавов желательно обеспечить высокие концентрации кремния в алюминиевом сплаве. Однако при его более высоких концентрациях кремний может выделяться в виде фаз. За счет "повторного вмешивания" этих выделившихся фаз с переводом их обратно в расплавленное состояние можно по меньшей мере отчасти вернуть элементарный кремний обратно в раствор. В качестве альтернативы, даже если остаются выделившиеся фазы, смешивание не позволит произойти ликвации выделившихся фаз кремния, что усилило бы абразивное истирание металлических матрицы и роликов, находящихся ниже, если смотреть в направлении технологического процесса.In embodiments of the invention that employ ultrasonic or mechanically generated vibrations, the vibration energy excites the molten metal as it cools. In this embodiment, the vibration energy excites and effectively mixes the molten metal. In one embodiment, the mechanically generated vibration energy serves to continuously mix the molten metal as it cools. In various alloy casting processes, it is desirable to achieve high silicon concentrations in the aluminum alloy. However, at higher concentrations, silicon may precipitate as phases. By "re-mixing" these precipitated phases back into the molten state, it is possible to at least partially return elemental silicon back into solution. Alternatively, even if precipitated phases remain, the mixing will prevent the precipitated silicon phases from segregating, which would increase the abrasive wear of the metal matrix and rollers located below, when viewed in the direction of the process.

В различных системах металлических сплавов возникает явление одного и того же типа, когда один компонент сплава (как правило, компонент с более высокой температурой плавления) выделяется в чистой форме, что приводит, по сути, к "загрязнению" сплава частицами чистого компонента. Если говорить в общем, при литье сплава происходит ликвация, в результате чего концентрация растворенного компонента в отливке не является одинаковой. Это может быть вызвано протеканием различных процессов. Считается, что микроликвация, происходящая на участках, сравнимых по размеру с расстояниями между ветвями дендритов, является результатом того, что концентрация в первой образовавшейся твердой фазе ниже окончательной равновесной концентрации, что приводит к переходу избытка растворенного компонента в жидкость, в результате чего в твердой фазе, образовавшейся позднее, имеется более высокая концентрация. Макроликвация происходит на участках, сравнимых с размерами отливки. Это может быть вызвано протеканием ряда сложных процессов, включающих усадку при кристаллизации отливки, и изменением плотности жидкости при разделении растворенного компонента. Желательно предотвратить ликвацию во время литья, чтобы получить кристаллизовавшуюся заготовку, имеющую неизменные свойства материала.In various metal alloy systems, the same type of phenomenon occurs whereby one component of the alloy (usually the component with the higher melting point) separates out in pure form, resulting in what is essentially a "contamination" of the alloy with particles of the pure component. Generally speaking, when an alloy is cast, liquation occurs, resulting in a non-uniform concentration of the dissolved component in the casting. This may be caused by a variety of processes. Micro-liquation, which occurs in areas comparable in size to the distances between the branches of a dendritic filament, is thought to result from the concentration in the first solid phase to form being lower than the final equilibrium concentration, causing excess dissolved component to pass into the liquid, resulting in a higher concentration in the later solid phase. Macro-liquation occurs in areas comparable in size to the casting. This may be caused by a number of complex processes, including shrinkage during casting crystallization and changes in liquid density during separation of the dissolved component. It is desirable to prevent liquation during casting in order to obtain a crystallized blank with unchanged material properties.

Таким образом, выше указаны сплавы, входящие в число определенных сплавов, которые могут выиграть от обработки при помощи энергии колебаний, которая соответствует изобретению.Thus, the alloys indicated above are among the specific alloys that can benefit from vibration energy treatment according to the invention.

Другие конфигурацииOther configurations

Настоящее изобретение не ограничивается применением энергии колебаний исключительно к канальным конструкциям, которые здесь описаны. Если говорить в общем, энергия колебаний (от вибраторов с механическим приводом, создающих низкую частоту в диапазоне до 10 кГц, и/или при частоте ультразвука в диапазоне 5-400 кГц) может вызывать начало кристаллизации на тех участках процесса литья, где расплавленный металл начинает охлаждаться с переходом из расплавленного состояния в твердое состояние (т.е., состояние поддержания неизменной температуры). Если взглянуть по-другому, в изобретении, в его различных вариантах, применение энергии колебаний от множества различных источников сочетается с управлением температурой таким образом, чтобы расплавленный металл, находящийся рядом с охлаждающей поверхностью, имел температуру, близкую к температуре ликвидуса сплава. В этих вариантах температура расплавленного металла, находящегося в канале или у полосы 36 литейного колеса 30, является достаточно низкой для того, чтобы вызвать начало кристаллизации и рост кристаллов (образование дендритов), при этом энергия колебаний создает центры кристаллизации и/или разрушает дендриты, которые могут возникнуть на поверхности канала литейного колеса 30.The present invention is not limited to the application of vibration energy exclusively to the channel structures described herein. Generally speaking, vibration energy (from mechanically driven vibrators producing low frequencies in the range of up to 10 kHz and/or at frequencies ultrasound in the range of 5-400 kHz) can cause the onset of crystallization in those areas of the casting process where the molten metal begins to cool with a transition from a molten state to a solid state (i.e., a state of maintaining a constant temperature). If you look at it another way, in the invention, in its various embodiments, the use of oscillation energy from a plurality of different sources is combined with temperature control in such a way that the molten metal located near the cooling surface has a temperature close to the liquidus temperature of the alloy. In these embodiments, the temperature of the molten metal located in the channel or at the strip 36 of the casting wheel 30 is low enough to cause the onset of crystallization and crystal growth (formation of dendrites), wherein the oscillation energy creates crystallization centers and / or destroys dendrites that may arise on the surface of the channel of the casting wheel 30.

В одном варианте реализации изобретения преимущества, обеспечиваемые процессом литья, можно получить без задействования источников энергии колебаний, либо их задействования в непрерывном режиме. В одном варианте реализации изобретения за счет управления питанием источников энергии колебаний эти источники можно задействовать с запрограммированными циклами включения/выключения, обеспечивающими относительную длительность включения в диапазонах 0-100%, 10-50%, 50-90%, 40-60%, 45-55% и любых промежуточных диапазонах.In one embodiment of the invention, the advantages provided by the casting process can be obtained without using the vibration energy sources, or using them in a continuous mode. In one embodiment of the invention, by controlling the power supply to the vibration energy sources, these sources can be used with programmed on/off cycles providing a relative duration of inclusion in the ranges of 0-100%, 10-50%, 50-90%, 40-60%, 45-55% and any intermediate ranges.

В другом варианте реализации изобретения, энергию колебаний (ультразвуковых или созданных механическим путем) непосредственно вводят в расплавленный алюминий, заливаемый на литейное колесо, до его контакта с полосой 36. Непосредственное воздействие энергии колебаний создает колебания давления в расплаве. Непосредственное воздействие энергии ультразвука как энергии колебаний на расплавленный металл может вызвать кавитацию в жидком расплаве.In another embodiment of the invention, the vibration energy (ultrasonic or mechanically generated) is directly introduced into the molten aluminum poured onto the casting wheel before it contacts the strip 36. The direct impact of the vibration energy creates pressure fluctuations in the melt. The direct impact of the ultrasound energy as vibration energy on the molten metal can cause cavitation in the liquid melt.

Не имея при этом в виду ограничение какой-либо конкретной теорией, кавитация заключается в возникновении маленьких несплошностей или пустот в жидкостях, которые затем растут, пульсируют или схлопываются. Пустоты возникают в результате действия растягивающих механических напряжений, создаваемых звуковой волной в разреженной фазе. Если растягивающие механические напряжения (или отрицательное давление) продолжают действовать после возникновения пустоты, она будет увеличиваться в несколько раз по сравнению с первоначальным размером. Во время кавитации в поле ультразвука, одновременно возникает множество пустот на расстояниях меньше длины волны ультразвука. В этом случае пузырьки пустот сохраняют свою сферическую форму. Последующее поведение кавитационных пузырьков является в высшей степени изменчивым: небольшая доля пузырьков объединяется с образованием больших пузырьков, но почти все они схлопываются под действием звуковой волны на стадии сжатия. Во время сжатия некоторые из этих пустот могут схлопываться из-за действия сжимающих механических напряжений. В результате, когда эти пустоты схлопываются, в расплаве возникают сильные ударные волны. Соответственно, в одном варианте реализации изобретения ударные волны, созданные энергией колебаний, служат для разрушения дендритов и других растущих центров кристаллизации, что приводит к возникновению новых центров кристаллизации, это, в свою очередь, приводит к получению структуры с равноосными зернами. В дополнение к этому, в другом варианте реализации изобретения непрерывные ультразвуковые колебания могут эффективным образом повышать однородность возникающих центров кристаллизации, дополнительно способствуя получению равноосной структуры. В другом варианте реализации изобретения прерывистые колебания ультразвука или колебания, созданные механическим путем, могут эффективным образом повышать однородность возникающих центров кристаллизации, дополнительно способствуя получению равноосной структуры.Without intending to be limited by any particular theory, cavitation consists of the formation of small discontinuities or voids in liquids, which then grow, pulsate or collapse. Voids are formed as a result of the action of tensile stresses created by the sound wave in the rarefied phase. If tensile stresses (or negative pressure) continue to act after the formation of a void, it will increase in size to several times its original size. During cavitation in an ultrasound field, many voids are formed simultaneously at distances shorter than the ultrasound wavelength. In this case, the bubbles of the voids retain their spherical shape. The subsequent behavior of the cavitation bubbles is highly variable: a small proportion of bubbles merge to form larger bubbles, but almost all of them collapse under the action of the sound wave at the compression stage. During compression, some of these voids may collapse due to the action of compressive stresses. As a result, when these voids collapse, strong shock waves are generated in the melt. Accordingly, in one embodiment of the invention, the shock waves created by the vibration energy serve to destroy dendrites and other growing crystallization centers, which leads to the formation of new crystallization centers, which, in turn, leads to the formation of a structure with equiaxed grains. In addition, in another embodiment of the invention, continuous ultrasonic vibrations can effectively increase the homogeneity of the resulting crystallization centers, further facilitating the formation of an equiaxed structure. In another embodiment of the invention, intermittent ultrasound vibrations or vibrations created mechanically can effectively increase the homogeneity of the resulting crystallization centers, further facilitating the formation of an equiaxed structure.

На Фиг.4 схематично показана конструкция литейного колеса, соответствующего одному варианту реализации изобретения, а именно, с устройством 66, имеющим виброзонд (не показан), непосредственно вводимый в расплавленный металл, заливаемый на литейное колесо 60. Зонд будет иметь конструкцию, которая аналогична применяемой в данной области техники для ультразвуковой дегазации. На Фиг.4 изображен ролик 62, прижимающий полосу 68 к ободу литейного колеса 60. Устройство 66 с виброзондом непосредственно или опосредованно вводит энергию колебаний (энергию ультразвука или энергию, созданную механическим путем) в расплавленный металл, заливаемый в канал (не показан) литейного колеса 60. По мере вращения литейного колеса 60 против часовой стрелки, расплавленный металл проходит под роликом 62 и приходит в контакт с устройством 64 для охлаждения расплавленного металла, использование которого не является обязательным. Это устройство 64 может быть аналогично узлу 42, показанному на Фиг.2 и 3, но при этом не будет иметь вибраторов 40. Это устройство 64 может быть аналогично устройству 34 для обработки расплавленного металла, показанному на Фиг.3, но при этом не будет иметь механических вибраторов 40.In Fig. 4 there is shown schematically the construction of a casting wheel corresponding to one embodiment of the invention, namely, with a device 66 having a vibroprobe (not shown) directly introduced into the molten metal poured onto the casting wheel 60. The probe will have a design that is similar to that used in the art for ultrasonic degassing. In Fig. 4 there is shown a roller 62 pressing a strip 68 against the rim of the casting wheel 60. The device 66 with the vibroprobe directly or indirectly introduces vibration energy (ultrasonic energy or energy created mechanically) into the molten metal poured into a channel (not shown) of the casting wheel 60. As the casting wheel 60 rotates counterclockwise, the molten metal passes under the roller 62 and comes into contact with a device 64 for cooling the molten metal, the use of which is optional. This device 64 may be similar to the unit 42 shown in Fig. 2 and 3, but will not have vibrators 40. This device 64 may be similar to the device 34 for processing molten metal shown in Fig. 3, but will not have mechanical vibrators 40.

В этом варианте, как показано на Фиг.4, в устройстве для обработки расплавленного металла, используемом в литейной установке, применяется по меньшей мере один источник энергии колебаний (т.е., устройство 66 с виброзондом), который вводит энергию колебаний при помощи зонда, введенного в расплавленный металл, заливаемый на литейное колесо (предпочтительно, но не обязательно, непосредственно в расплавленный металл, заливаемый на литейное колесо), когда этот металл, находящийся на литейном колесе, охлаждается. Опорное устройство удерживает источник энергии колебаний (устройство 66 с виброзондом) на месте.In this embodiment, as shown in Fig. 4, in the device for processing molten metal used in the casting installation, at least one source of vibration energy (i.e., the device 66 with a vibration probe) is used, which introduces vibration energy by means of a probe introduced into the molten metal poured onto the casting wheel (preferably, but not necessarily, directly into the molten metal poured onto the casting wheel), when this metal located on the casting wheel is cooled. A support device holds the source of vibration energy (the device 66 with a vibration probe) in place.

В другом варианте реализации изобретения энергия колебаний может вводиться в расплавленный металл, когда его охлаждают при помощи воздуха или газа, используемых в качестве среды в генераторах звуковых колебаний. Генераторы звуковых колебаний (например, усилители звука) можно использовать для генерации и передачи звуковых волн в расплавленный металл. В этом варианте рассмотренные выше ультразвуковые вибраторы или вибраторы с механическим приводом будут заменяться или дополняться генераторами звуковых колебаний. Усилители звука, подходящие для изобретения, будут создавать звуковые колебания от 1 до 20000 Гц. Можно использовать звуковые колебания выше или ниже этого диапазона. Например, можно использовать звуковые колебания в диапазонах 0,5-20 Гц, 10-500 Гц, 200-2000 Гц, 1000-5000 Гц, 2000-10000 Гц, 5000-14000 Гц, 10000-16000 Гц, 14000-20000 Гц и 18000-25000 Гц. Для генерации и передачи энергии звука можно использовать электроакустические преобразователи.In another embodiment of the invention, vibration energy can be introduced into the molten metal when it is cooled using air or gas used as a medium in sound vibration generators. Sound vibration generators (e.g., sound amplifiers) can be used to generate and transmit sound waves into the molten metal. In this embodiment, the ultrasonic vibrators or vibrators with a mechanical drive discussed above will be replaced or supplemented by sound vibration generators. Sound amplifiers suitable for the invention will create sound vibrations from 1 to 20,000 Hz. Sound vibrations above or below this range can be used. For example, sound vibrations in the ranges of 0.5-20 Hz, 10-500 Hz, 200-2000 Hz, 1000-5000 Hz, 2000-10000 Hz, 5000-14000 Hz, 10000-16000 Hz, 14000-20000 Hz and 18000-25000 Hz can be used. Electroacoustic transducers can be used to generate and transmit sound energy.

В одном варианте реализации изобретения энергия звука может быть введена через газообразную среду непосредственно в расплавленный металл, при этом энергия звука создает колебания в расплавленном металле. В одном варианте реализации изобретения энергия звука может быть введена через газообразную среду в расплавленный металл опосредованно, при этом энергия звука вызывает колебания полосы 36 или другого опорного элемента, содержащего расплавленный металл, которые, в свою очередь, создают колебания в расплавленном металле.In one embodiment of the invention, the sound energy may be introduced through a gaseous medium directly into the molten metal, wherein the sound energy creates vibrations in the molten metal. In one embodiment of the invention, the sound energy may be introduced through a gaseous medium indirectly into the molten metal, wherein the sound energy causes vibrations of the strip 36 or other support element containing the molten metal, which, in turn, create vibrations in the molten metal.

Помимо использования обработки при помощи энергии колебаний, предлагаемой настоящим изобретением, в описанных выше системах для непрерывного литья с использованием колеса, это изобретение также полезно использовать в неподвижных литейных формах и вертикальных литейных установках.In addition to the use of the vibration energy treatment provided by the present invention in the above-described wheel-based continuous casting systems, the invention is also useful in stationary casting molds and vertical casting installations.

В случае неподвижных установок, расплавленный металл будет заливаться в неподвижную литейную форму 62, например, такую, как показана на Фиг.5, которая сама имеет устройство 34 для обработки расплавленного металла (показано схематично). В результате энергия колебаний (от вибраторов с механическим приводом, при работе создающих низкую частоту в диапазоне до 10 кГц, и/или при частоте ультразвука в диапазоне 5-400 кГц) может вызывать начало кристаллизации в тех местах неподвижной литейной формы, где расплавленный металл начинает охлаждаться с переходом из расплавленного состояния в твердое состояние (т.е., состояние поддержания неизменной температуры).In the case of stationary installations, the molten metal will be poured into a stationary casting mold 62, such as shown in Fig. 5, which itself has a device 34 for processing the molten metal (shown schematically). As a result, the vibration energy (from vibrators with a mechanical drive, creating a low frequency in the range of up to 10 kHz during operation, and / or at an ultrasound frequency in the range of 5-400 kHz) can cause the onset of crystallization in those places of the stationary casting mold where the molten metal begins to cool with a transition from a molten state to a solid state (i.e., a state of maintaining a constant temperature).

На Фиг.6А - Фиг.6D изображены выбранные компоненты вертикальной литейной установки. Более подробную информацию об этих компонентах и других особенностях вертикальной литейной установки можно найти в патенте США № 3,520,352 (содержание которого этим упоминанием включено сюда во всей полноте). Как показано на Фиг.6А - Фиг.6D, вертикальная литейная установка включает полость 213 для литья расплавленного металла, которая в показанном варианте в общем является квадратной, но может быть круглой, эллиптической, многоугольной или любой другой подходящей формы, и которая ограничена вертикальными стыкующимися первыми частями 215 стенок и вторыми, или угловыми, частями 217 стенок, находящимися в верхней части литейной формы. Стенки 215 и угловые элементы 217 полости для литья окружает находящийся от них на расстоянии кожух 219, предназначенный для удерживания текучей среды. Кожух 219 приспособлен для приема охлаждающей текучей среды, например, воды, через впускной канал 221 и вывода охлаждающей текучей среды через выпускной канал 223.6A to 6D, selected components of a vertical casting apparatus are shown. More detailed information on these components and other features of the vertical casting apparatus can be found in U.S. Patent No. 3,520,352 (the contents of which are incorporated herein by this reference in their entirety). As shown in Figs. 6A to 6D, the vertical casting apparatus includes a cavity 213 for casting molten metal, which in the embodiment shown is generally square, but may be circular, elliptical, polygonal, or any other suitable shape, and which is defined by vertical abutting first wall portions 215 and second, or corner, wall portions 217 located at the top of the casting mold. The walls 215 and the corner elements 217 of the casting cavity are surrounded by a housing 219 located at a distance therefrom and designed to contain a fluid. The casing 219 is adapted to receive a cooling fluid, such as water, through an inlet channel 221 and to discharge the cooling fluid through an outlet channel 223.

В то время как первые части 215 стенок предпочтительно изготовлены из материала с высокой теплопроводностью, например, меди, вторые, или угловые, части 217 стенок состоят из менее теплопроводного материала, например, такого как керамика. Как показано на Фиг.6А - Фиг.6D, угловые части 217 стенок имеют в общем L-образное поперечное сечение, или сечение в виде угла, и вертикальные торцы каждого углового элемента сближаются, если смотреть в направлении по вертикали вниз. Таким образом, угловой элемент 217 заканчивается в литейной форме на некотором подходящем уровне выше ее выпускного конца, который находится между показанными поперечными сечениями.While the first portions 215 of the walls are preferably made of a material with high thermal conductivity, such as copper, the second, or corner, portions 217 of the walls consist of a less thermally conductive material, such as ceramics, for example. As shown in Fig. 6A - Fig. 6D, the corner portions 217 of the walls have a generally L-shaped cross-section, or a cross-section in the form of a corner, and the vertical ends of each corner element approach each other when viewed in a vertically downward direction. Thus, the corner element 217 ends in the casting mold at some suitable level above its outlet end, which is located between the cross-sections shown.

При работе расплавленный металл течет из промежуточного разливочного устройства 245 в литейную форму, которая перемещается возвратно-поступательно в вертикальном направлении, и отлитая нить металла непрерывно отводится от литейной формы. Сначала расплавленный металл охлаждается в литейной форме при контакте с ее более холодными стенками, в той зоне, которую можно считать первой зоной охлаждения. В этой зоне тепло быстро удаляется из расплавленного металла, и предполагается, что вокруг расположенной в центре ванны расплавленного металла образуется сплошная корка.In operation, molten metal flows from an intermediate casting device 245 into a casting mold that moves back and forth in a vertical direction, and the cast thread of metal is continuously removed from the casting mold. First, the molten metal is cooled in the casting mold by contact with its colder walls, in what can be considered the first cooling zone. In this zone, heat is quickly removed from the molten metal, and it is assumed that a solid crust is formed around the centrally located bath of molten metal.

В одном варианте реализации изобретения положение источников энергии колебаний (вибраторов 40, для простоты схематично изображенных только на Фиг.6D) будет зависеть от конструкции кожуха 219, предназначенного для удерживания текучей среды, и в предпочтительном случае они будут установлены в охлаждающей среде, циркулирующей в этом кожухе. Энергия колебаний (от вибраторов с механическим приводом, при работе создающих низкую частоту в диапазоне 8000-15000 колебаний в минуту, и/или при частоте ультразвука в диапазоне 5-400 кГц и/или от указанных выше усилителей звука) будет вызывать начало кристаллизации на тех участках процесса литья, где расплавленный металл начинает охлаждаться с переходом из расплавленного состояния в твердое состояние (т.е. состояние поддержания неизменной температуры), по мере того, как расплавленный металл переходит из жидкого состояния в твердое, и по мере того, как отлитая нить металла непрерывно отводится из полости 213 для литья металла.In one embodiment of the invention, the position of the vibration energy sources (vibrators 40, for simplicity, schematically shown only in Fig. 6D) will depend on the design of the casing 219 intended to contain the fluid, and in the preferred case they will be installed in the cooling medium circulating in this casing. The vibration energy (from mechanically driven vibrators, when operating creating a low frequency in the range of 8000-15000 vibrations per minute, and / or at an ultrasound frequency in the range of 5-400 kHz and / or from the above-mentioned sound amplifiers) will cause the onset of crystallization in those areas of the casting process where the molten metal begins to cool from the molten state to the solid state (i.e. the state of maintaining a constant temperature), as the molten metal passes from the liquid to the solid state, and as the cast thread of metal is continuously removed from the metal casting cavity 213.

В одном варианте реализации изобретения описанное выше ультразвуковое измельчение зерна комбинируется с упомянутой выше ультразвуковой дегазацией для удаления примесей из ванны расплавленного металла перед его литьем. На Фиг.9 схематично показан вариант реализации изобретения, в котором применяются как ультразвуковая дегазация, так и ультразвуковое измельчение зерна. Как здесь показано, источником расплавленного металла является печь. Расплавленный металл из печи транспортируется в желоб. В одном варианте реализации изобретения на пути прохождения желоба перед подачей расплавленного металла в литейную машину (например, на литейное колесо), содержащую ультразвуковой измельчитель зерна (не показан), установлен ультразвуковой дегазатор. В одном варианте необязательно, чтобы измельчение зерна в литейной машине происходило в диапазоне частот ультразвука, вместо этого оно может выполняться при одной или более других частотах колебаний, созданных механическим путем, которые указаны в других местах этого описания.In one embodiment of the invention, the ultrasonic grain refinement described above is combined with the ultrasonic degassing mentioned above to remove impurities from a molten metal bath prior to casting. Fig. 9 schematically shows an embodiment of the invention in which both ultrasonic degassing and ultrasonic grain refinement are used. As shown here, the source of molten metal is a furnace. The molten metal from the furnace is transported to a launder. In one embodiment of the invention, an ultrasonic degasser is installed in the path of the launder before the molten metal is fed to a casting machine (e.g., a casting wheel) containing an ultrasonic grain refiner (not shown). In one embodiment, the grain refinement in the casting machine need not occur in the ultrasonic frequency range, but may instead be performed at one or more other mechanically generated vibration frequencies that are specified elsewhere in this description.

В патенте '336 описаны следующие дегазаторы, подходящие для различных вариантов реализации настоящего изобретения, но ультразвуковые дегазаторы не ограничиваются приведенными далее их конкретными вариантами. Одним подходящим дегазатором может быть ультразвуковое устройство, имеющее ультразвуковой преобразователь; вытянутый зонд, первый конец которого прикреплен к ультразвуковому преобразователю, и на втором конце которого находится наконечник этого зонда; и систему для подачи продувочного газа, причем эта система может содержать впуск для продувочного газа и выпуск для продувочного газа. В некоторых вариантах выпуск для продувочного газа может находиться на расстоянии не более приблизительно 10 см (5 см, 1 см) от наконечника вытянутого зонда, в то время как в других вариантах выпуск для продувочного газа может находиться на этом наконечнике. В дополнение к этому, ультразвуковое устройство может содержать множество узлов с зондами и/или множество зондов для каждого ультразвукового преобразователя.The '336 patent describes the following degassers suitable for various embodiments of the present invention, but ultrasonic degassers are not limited to the specific embodiments thereof described below. One suitable degasser may be an ultrasonic device having an ultrasonic transducer; an elongated probe, a first end of which is attached to the ultrasonic transducer and a tip of the probe is located at a second end of the probe; and a system for supplying a purge gas, wherein the system may include an inlet for the purge gas and an outlet for the purge gas. In some embodiments, the outlet for the purge gas may be located at a distance of no more than about 10 cm (5 cm, 1 cm) from the tip of the elongated probe, while in other embodiments, the outlet for the purge gas may be located at this tip. In addition, the ultrasonic device may include a plurality of probe assemblies and/or a plurality of probes for each ultrasonic transducer.

В патенте '397 описаны следующие дегазаторы, которые также подходят для различных вариантов реализации настоящего изобретения, но ультразвуковые дегазаторы не ограничиваются приведенными далее их конкретными вариантами. Одним подходящим дегазатором может быть ультразвуковое устройство, имеющее ультразвуковой преобразователь; зонд, прикрепленный к ультразвуковому преобразователю, причем зонд имеет наконечник; и систему для подачи газа, причем эта система содержит впуск для газа, канал протекания газа через зонд и выпуск для газа на в наконечнике зонда. В одном варианте зонд может представлять собой вытянутый зонд, первый конец которого прикреплен к ультразвуковому преобразователю, и на втором конце которого находится наконечник этого зонда. Помимо этого, зонд может содержать нержавеющую сталь, титан, ниобий, керамику и т.п., либо комбинацию любых из этих материалов. В другом варианте ультразвуковой зонд может представлять собой единственный зонд из материала SIALON, с проходящей через него встроенной системой для подачи газа. В еще одном варианте ультразвуковое устройство может содержать множество узлов с зондами и/или множество зондов для каждого ультразвукового преобразователя.The '397 patent describes the following degassers that are also suitable for various embodiments of the present invention, but ultrasonic degassers are not limited to the specific embodiments thereof described below. One suitable degasser may be an ultrasonic device having an ultrasonic transducer; a probe attached to the ultrasonic transducer, wherein the probe has a tip; and a gas supply system, wherein the system comprises a gas inlet, a gas flow path through the probe, and a gas outlet at the tip of the probe. In one embodiment, the probe may be an elongated probe, a first end of which is attached to the ultrasonic transducer and a second end of which has a tip of this probe. In addition, the probe may comprise stainless steel, titanium, niobium, ceramic, etc., or a combination of any of these materials. In another embodiment, the ultrasonic probe may be a single probe made of SIALON material, with an integrated gas supply system passing through it. In yet another embodiment, the ultrasonic device may comprise a plurality of probe assemblies and/or a plurality of probes for each ultrasonic transducer.

В одном варианте реализации изобретения ультразвуковое измельчение зерна дополнено ультразвуковой дегазацией, при которой используются, например, рассмотренные выше ультразвуковые зонды. В различных примерах ультразвуковой дегазации продувочный газ вводят в расплавленный металл, например, при помощи рассмотренных выше зондов с расходом от приблизительно 1 до приблизительно 50 л/мин. Указание на то, что расход находится в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 50 л/мин, подразумевает, что расход может составлять приблизительно 1, приблизительно 2, приблизительно 3, приблизительно 4, приблизительно 5, приблизительно 6, приблизительно 7, приблизительно 8, приблизительно 9, приблизительно 10, приблизительно 11, приблизительно 12, приблизительно 13, приблизительно 14, приблизительно 15, приблизительно 16, приблизительно 17, приблизительно 18, приблизительно 19, приблизительно 20, приблизительно 21, приблизительно 22, приблизительно 23, приблизительно 24, приблизительно 25, приблизительно 26, приблизительно 27, приблизительно 28, приблизительно 29, приблизительно 30, приблизительно 31, приблизительно 32, приблизительно 33, приблизительно 34, приблизительно 35, приблизительно 36, приблизительно 37, приблизительно 38, приблизительно 39, приблизительно 40, приблизительно 41, приблизительно 42, приблизительно 43, приблизительно 44, приблизительно 45, приблизительно 46, приблизительно 47, приблизительно 48, приблизительно 49 или приблизительно 50 л/мин. В дополнение к этому, расход может находиться в пределах любого диапазона от приблизительно 1 до приблизительно 50 л/мин (например, расход находится в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 20 л/мин), и это также включает любую комбинацию диапазонов между приблизительно 1 и приблизительно 50 л/мин. Возможны и промежуточные диапазоны. Подобно этому, аналогичным образом должны пониматься и все другие рассмотренные здесь диапазоны.In one embodiment of the invention, the ultrasonic grinding of grain is supplemented by ultrasonic degassing, which uses, for example, the ultrasonic probes discussed above. In various examples of ultrasonic degassing, a purge gas is introduced into the molten metal, for example, using the probes discussed above, at a flow rate of from about 1 to about 50 l/min. By indicating that the flow rate is in the range of about 1 to about 50 L/min, it is meant that the flow rate may be about 1, about 2, about 3, about 4, about 5, about 6, about 7, about 8, about 9, about 10, about 11, about 12, about 13, about 14, about 15, about 16, about 17, about 18, about 19, about 20, about 21, about 22, about 23, about 24, about 25, about 26, about 27, about 28, about 29, about 30, about 31, about 32, about 33, about 34, about 35, about 36, about 37, about 38, about 39, about 40, about 41, about 42, about 43, about 44, about 45, approximately 46, approximately 47, approximately 48, approximately 49, or approximately 50 l/min. In addition, the flow rate may be within any range from approximately 1 to approximately 50 l/min (for example, the flow rate is in the range from approximately 2 to approximately 20 l/min), and this also includes any combination of ranges between approximately 1 and approximately 50 l/min. Intermediate ranges are also possible. Likewise, all other ranges discussed herein should be understood in a similar manner.

В вариантах реализации настоящего изобретения, относящихся к ультразвуковой дегазации и ультразвуковому измельчению зерна, могут предлагаться системы, способы и/или устройства для ультразвуковой дегазации расплавленных металлов, включая (но не ограничиваясь указанным) алюминий, медь, сталь, цинк, магний и т.п., либо комбинации этих и других металлов (например, сплавы). При обработке или литье изделий может потребоваться емкость для удержания ванны расплавленного металла, и в этой емкости можно поддерживать повышенные температуры. Например, температуру расплавленной меди можно поддерживать на уровне около 1100°С, в то время как температуру расплавленного алюминия можно поддерживать на уровне около 750°С.In embodiments of the present invention relating to ultrasonic degassing and ultrasonic grain grinding, systems, methods and/or devices for ultrasonic degassing of molten metals, including (but not limited to) aluminum, copper, steel, zinc, magnesium, etc., or combinations of these and other metals (e.g., alloys), may be provided. When processing or casting articles, a container may be required to hold a bath of molten metal, and elevated temperatures can be maintained in this vessel. For example, the temperature of molten copper can be maintained at about 1100°C, while the temperature of molten aluminum can be maintained at about 750°C.

В том виде, как здесь используется, термин "емкость", "емкость с расплавленным металлом" и т.п. означает любой контейнер, который может содержать расплавленный металл, включая сосуд, тигель, лоток, желоб, печь, ковш и т.д. Термины "емкость" и "емкость с расплавленным металлом" используются, когда речь идет о режиме с изготовлением партий, непрерывном режиме, полунепрерывном режиме и т.д., и, например, в случаях, когда расплавленный металл в общем является неподвижным (например, это часто относится к тиглю), и в случаях, когда расплавленный металл в общем находится в движении (например, это часто относится к желобу).As used herein, the term "vessel", "molten metal vessel", etc. means any container that can contain molten metal, including a vessel, crucible, tray, trough, furnace, ladle, etc. The terms "vessel" and "molten metal vessel" are used when referring to a batch mode, a continuous mode, a semi-continuous mode, etc., and, for example, in cases where the molten metal is generally stationary (e.g., this is often the case with a crucible) and in cases where the molten metal is generally in motion (e.g., this is often the case with a ladle).

Для отслеживания, проверки или изменения условий нахождения расплавленного металла в емкости, а также для окончательного получения или отливки требуемого металлического изделия могут использоваться различные приборы или устройства. Требуется, чтобы эти приборы или устройства имели повышенную стойкость к повышенным температурам, имеющимся в емкостях с расплавленным металлом, преимуществом является более длительный срок службы и неспособность их материала реагировать с расплавленным металлом, либо ограниченная способность реагировать, вне зависимости от того, что это за металл (или что входит в его состав) - алюминий, медь, сталь, цинк, магний и т.д.Various devices or equipment may be used to monitor, check or change the conditions of the molten metal in the vessel, as well as to finally obtain or cast the required metal product. These devices or equipment are required to have increased resistance to the elevated temperatures present in the molten metal vessels, the advantage being a longer service life and the inability of their material to react with the molten metal, or a limited ability to react, regardless of what kind of metal it is (or what is included in its composition) - aluminum, copper, steel, zinc, magnesium, etc.

Помимо этого, в расплавленных металлах могут быть растворены один или более газов, и эти газы могут отрицательно влиять на окончательное получение или отливание требуемого металлического изделия и/или получаемые в результате физические свойства этого изделия как такового. Например, газ, растворенный в расплавленном металле, может содержать водород, кислород, азот, диоксид серы и т.п., либо их комбинации. В некоторых обстоятельствах может оказаться выгодным удаление газа или уменьшение количества газа в расплавленном металле. В качестве примера, растворенный водород может быть вреден при литье алюминия (меди, либо другого металла или сплава), поэтому свойства готовых изделий, полученных из алюминия (меди, либо другого металла или сплава), можно улучшить за счет уменьшения количества водорода, попавшего в ванну расплавленного алюминия (меди, либо другого металла или сплава). Водород, растворенный на уровне более 0,2 ppm, более 0,3 ppm или более 0,5 ppm по массе, может оказывать неблагоприятное влияние на скорость литья и качество получаемых в результате из алюминия (меди, либо другого металла или сплава) прутков или других изделий. Водород может попадать в ванну расплавленного алюминия (меди, либо другого металла или сплава) из-за его присутствия в атмосфере выше этой ванны, либо может присутствовать в подаваемом исходном материале, содержащем алюминий (медь, либо другой металл или сплав), который создает ванну расплавленного алюминия (меди, либо другого металла или сплава).In addition, one or more gases may be dissolved in the molten metals, and these gases may adversely affect the final production or casting of the desired metal article and/or the resulting physical properties of the article itself. For example, the gas dissolved in the molten metal may include hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur dioxide, etc., or combinations thereof. In some circumstances, it may be advantageous to remove the gas or reduce the amount of gas in the molten metal. As an example, dissolved hydrogen can be detrimental to the casting of aluminum (copper or other metal or alloy), so the properties of finished articles made from aluminum (copper or other metal or alloy) can be improved by reducing the amount of hydrogen entering the molten aluminum (copper or other metal or alloy) bath. Hydrogen dissolved at levels greater than 0.2 ppm, greater than 0.3 ppm, or greater than 0.5 ppm by weight may adversely affect the casting speed and quality of the resulting aluminum (copper or other metal or alloy) rods or other articles. Hydrogen may enter the molten aluminum (copper or other metal or alloy) bath from its presence in the atmosphere above the bath, or may be present in the aluminum (copper or other metal or alloy)-containing feedstock that creates the molten aluminum (copper or other metal or alloy) bath.

Попытки уменьшить количество газов, растворенных в ванне расплавленного металла, не всегда были полностью успешными. Часто в прошлом эти процессы предполагали использование дополнительного и дорогого оборудования, а также потенциально опасных материалов. Например, в процессе, используемом в области промышленности, связанной с литьем металлов, для уменьшения содержания растворенного газа в расплавленном металле, могут применяться роторы, изготовленные из такого материала, как графит, и эти роторы могут быть помещены в ванну расплавленного металла. В места поблизости от роторов в ванну расплавленного металла дополнительно может вводиться газообразный хлор. Хотя добавление газообразного хлора в некоторых ситуациях может с успехом обеспечить уменьшение, например, количества водорода, растворенного в ванне расплавленного металла, этот обычный процесс имеет ощутимые недостатки, не последними из которых являются стоимость, сложность и использование потенциально опасного и потенциально вредного для окружающей среды газообразного хлора.Attempts to reduce the amount of gases dissolved in a molten metal bath have not always been entirely successful. Often in the past, these processes have involved the use of additional and expensive equipment as well as potentially hazardous materials. For example, a process used in the metal casting industry to reduce the amount of dissolved gas in the molten metal may employ rotors made of a material such as graphite and place these rotors in the molten metal bath. Chlorine gas may also be added to the molten metal bath at locations near the rotors. Although the addition of chlorine gas may be successful in reducing, for example, the amount of hydrogen dissolved in the molten metal bath in some situations, this conventional process has significant disadvantages, not the least of which are cost, complexity, and the use of potentially hazardous and potentially environmentally harmful chlorine gas.

В дополнение к этому, в расплавленных металлах могут присутствовать примеси, и эти примеси могут отрицательно влиять на окончательное получение и отливку требуемого металлического изделия и/или получаемые в результате физические свойства этого изделия как такового. Например, примеси, находящиеся в расплавленном металле, могут содержать щелочной или другой металл, присутствие которого в расплавленном металле не является ни необходимым, ни желательным. Различные металлические сплавы могут иметь небольшое процентное содержание определенных металлов, и такие металлы не будут считаться примесями. В качестве примеров, не накладывающих ограничений, примеси могут содержать литий, натрий, калий, свинец и т.п., либо их комбинации. Различные примеси могут попадать в ванну расплавленного металла (алюминия, меди, либо другого металла или сплава) из-за их присутствия в подаваемом исходном металлическом материале, создающем ванну расплавленного металла.In addition, impurities may be present in the molten metals, and these impurities may adversely affect the final production and casting of the desired metal article and/or the resulting physical properties of the article itself. For example, impurities present in the molten metal may include an alkali or other metal, the presence of which in the molten metal is neither necessary nor desirable. Various metal alloys may have a small percentage of certain metals, and such metals will not be considered impurities. As non-limiting examples, impurities may include lithium, sodium, potassium, lead, etc., or combinations thereof. Various impurities may enter the molten metal bath (aluminum, copper, or other metal or alloy) due to their presence in the feed metal source material that creates the molten metal bath.

В вариантах реализации этого изобретения, относящихся к ультразвуковой дегазации и ультразвуковому измельчению зерна, могут предлагаться способы уменьшения количества растворенного газа, находящегося в ванне расплавленного металла, или, выражаясь иначе, способы дегазации расплавленных металлов. Один такой способ может содержать задействование ультразвукового устройства, находящегося в ванне расплавленного металла, и введение продувочного газа в эту ванну в непосредственной близости от этого устройства. Растворенный газ в качестве необязательного варианта может содержать кислород, водород, диоксид серы и т.п., либо их комбинации. Например, растворенный газ в качестве необязательного варианта может содержать водород. Ванна расплавленного металла может содержать алюминий, медь, цинк, сталь, магний и т.п., либо их смеси и/или комбинации (например, включая различные сплавы алюминия, меди, цинка, стали, магния и т.д.). В некоторых вариантах, относящихся к ультразвуковой дегазации и ультразвуковому измельчению зерна, ванна расплавленного металла может содержать алюминий, а в других вариантах ванна расплавленного металла может содержать медь. Соответственно, расплавленный металл, образующий ванну, может представлять собой алюминий, или в качестве альтернативы расплавленным металлом может быть медь.In embodiments of this invention relating to ultrasonic degassing and ultrasonic grain refinement, methods for reducing the amount of dissolved gas present in a molten metal bath, or, in other words, methods for degassing molten metals, may be provided. One such method may comprise operating an ultrasonic device located in a molten metal bath and introducing a purge gas into the bath in close proximity to the device. The dissolved gas may optionally comprise oxygen, hydrogen, sulfur dioxide, etc., or combinations thereof. For example, the dissolved gas may optionally comprise hydrogen. The molten metal bath may comprise aluminum, copper, zinc, steel, magnesium, etc., or mixtures and/or combinations thereof (e.g., including various alloys of aluminum, copper, zinc, steel, magnesium, etc.). In some embodiments relating to ultrasonic degassing and ultrasonic grain refinement, the molten metal bath may comprise aluminum, and in other embodiments, the molten metal bath may comprise copper. Accordingly, the molten metal forming the bath may be aluminum, or alternatively, the molten metal may be copper.

Помимо этого, в вариантах реализации этого изобретения могут предлагаться способы уменьшения количества примеси, присутствующей в ванне расплавленного металла или, выражаясь иначе, способы удаления примесей. Один такой способ, относящийся к ультразвуковой дегазации и ультразвуковому измельчению зерна, может содержать задействование ультразвукового устройства, находящегося в ванне расплавленного металла, и введение продувочного газа в эту ванну в непосредственной близости от этого устройства. Примесь в качестве необязательного варианта может содержать литий, натрий, калий, свинец и т.п., либо их комбинации. Например, в качестве необязательного варианта примесь может содержать литий или, как альтернатива, натрий. Ванна расплавленного металла может содержать алюминий, медь, цинк, сталь, магний и т.п., либо их смеси и/или комбинации (например, включая различные сплавы алюминия, меди, цинка, стали, магния и т.д.). В некоторых вариантах ванна расплавленного металла может содержать алюминий, а в других вариантах ванна расплавленного металла может содержать медь. Соответственно, расплавленный металл, образующий ванну, может представлять собой алюминий, или в качестве альтернативы расплавленным металлом может быть медь.In addition, embodiments of this invention may provide methods for reducing the amount of impurity present in a molten metal bath or, in other words, methods for removing impurities. One such method, related to ultrasonic degassing and ultrasonic grain refinement, may comprise operating an ultrasonic device located in a molten metal bath and introducing a purge gas into the bath in close proximity to the device. The impurity may optionally comprise lithium, sodium, potassium, lead, etc., or combinations thereof. For example, the impurity may optionally comprise lithium or, alternatively, sodium. The molten metal bath may comprise aluminum, copper, zinc, steel, magnesium, etc., or mixtures and/or combinations thereof (e.g., including various alloys of aluminum, copper, zinc, steel, magnesium, etc.). In some embodiments, the molten metal bath may comprise aluminum, and in other embodiments, the molten metal bath may comprise copper. Accordingly, the molten metal forming the bath may be aluminum, or alternatively, the molten metal may be copper.

Продувочный газ, используемый при ультразвуковой дегазации и ультразвуковом измельчении зерна, применяемых в рассмотренных здесь способах дегазации и/или способах удаления примесей, может содержать одно или более следующего: азот, гелий, неон, аргон, криптон и/или ксенон, но не ограничивается указанным. Предполагается, что в качестве продувочного газа может использоваться любой подходящий газ, при условии, что этот газ слабо реагирует с конкретным металлом (металлами), находящимися в ванне расплавленного металла, или слабо растворяется в них. В дополнение к этому, могут применяться смеси или комбинации газов. Согласно некоторым рассмотренным здесь вариантам, продувочный газ в качестве необязательного варианта может содержать инертный газ; как альтернатива, продувочный газ в качестве необязательного варианта может содержать благородный газ; как альтернатива, продувочный газ в качестве необязательного варианта может содержать гелий, неон, аргон, либо их комбинацию; как альтернатива, продувочный газ в качестве необязательного варианта может содержать гелий; как альтернатива, продувочный газ в качестве необязательного варианта может содержать неон; или, как альтернатива, продувочный газ в качестве необязательного варианта может содержать аргон. В дополнение к этому, заявители предполагают, что в некоторых вариантах вместе с описанными здесь процессами ультразвуковой дегазации может использоваться обычная технология дегазации. Соответственно, продувочный газ может в некоторых вариантах дополнительно содержать газообразный хлор, например, газообразный хлор в качестве продувочного газа может использоваться отдельно, либо в комбинации по меньшей мере с одним из следующего: азотом, гелием, неоном, аргоном, криптоном и/или ксеноном.The purge gas used in the ultrasonic degassing and ultrasonic grain milling used in the degassing and/or impurity removal methods disclosed herein may comprise one or more of, but is not limited to, nitrogen, helium, neon, argon, krypton, and/or xenon. It is contemplated that any suitable gas may be used as the purge gas, provided that the gas is slightly reactive with or slightly soluble in the particular metal(s) in the molten metal bath. In addition, mixtures or combinations of gases may be used. In some embodiments disclosed herein, the purge gas may optionally comprise an inert gas; alternatively, the purge gas may optionally comprise a noble gas; alternatively, the purge gas may optionally comprise helium, neon, argon, or a combination thereof; alternatively, the purge gas may optionally comprise helium; Alternatively, the purge gas may optionally comprise neon; or, alternatively, the purge gas may optionally comprise argon. In addition, applicants contemplate that in some embodiments, conventional degassing technology may be used in conjunction with the ultrasonic degassing processes described herein. Accordingly, the purge gas may in some embodiments further comprise chlorine gas, for example, chlorine gas may be used as a purge gas alone or in combination with at least one of nitrogen, helium, neon, argon, krypton, and/or xenon.

Однако в других вариантах этого изобретения способы, относящиеся к ультразвуковой дегазации и ультразвуковому измельчению зерна, с целью дегазации или уменьшения количества газа, растворенного в ванне расплавленного металла, можно выполнять при незначительном наличии газообразного хлора или при его отсутствии. В том виде, как здесь используется, "незначительное наличие" означает, что может использоваться не более 5% газообразного хлора по весу в общем количестве используемого продувочного газа. В некоторых вариантах описанные здесь способы могут содержать введение продувочного газа, и этот продувочный газ может выбираться из группы, состоящей из азота, гелия, неона, аргона, криптона, ксенона и их комбинаций.However, in other embodiments of this invention, the methods relating to ultrasonic degassing and ultrasonic grain refinement for the purpose of degassing or reducing the amount of gas dissolved in a molten metal bath may be carried out with little or no chlorine gas present. As used herein, "little" means that no more than 5% by weight of chlorine gas may be used in the total amount of purge gas used. In some embodiments, the methods described herein may comprise introducing a purge gas, and the purge gas may be selected from the group consisting of nitrogen, helium, neon, argon, krypton, xenon, and combinations thereof.

Количество продувочного газа, вводимого в ванну расплавленного металла, может меняться в зависимости от ряда факторов. Часто при ультразвуковой дегазации и ультразвуковом измельчении зерна количество продувочного газа, вводимого при выполнении способа дегазации расплавленных металлов (и/или способа удаления примесей из расплавленных металлов), соответствующего вариантам реализации этого изобретения, может находиться в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 150 стандартных литров в минуту (л/мин). В некоторых вариантах количество вводимого продувочного газа может находиться в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 100 л/мин, от приблизительно 1 до приблизительно 100 л/мин, от приблизительно 1 до приблизительно 50 л/мин, от приблизительно 1 до приблизительно 35 л/мин, от приблизительно 1 до приблизительно 25 л/мин, от приблизительно 1 до приблизительно 10 л/мин, от приблизительно 1,5 до приблизительно 20 л/мин, от приблизительно 2 до приблизительно 15 л/мин или от приблизительно 2 до приблизительно 10 л/мин. Этот объемный расход указан в стандартных литрах в минуту, т.е., при стандартных температуре (21,1°С) и давлении (101 кПа).The amount of purge gas introduced into the molten metal bath may vary depending on a number of factors. Often, in ultrasonic degassing and ultrasonic grain milling, the amount of purge gas introduced in the method of degassing molten metals (and/or the method of removing impurities from molten metals) according to embodiments of this invention may be in the range of from about 0.1 to about 150 standard liters per minute (L/min). In some embodiments, the amount of purge gas introduced may be in the range of from about 0.5 to about 100 l/min, from about 1 to about 100 l/min, from about 1 to about 50 l/min, from about 1 to about 35 l/min, from about 1 to about 25 l/min, from about 1 to about 10 l/min, from about 1.5 to about 20 l/min, from about 2 to about 15 l/min, or from about 2 to about 10 l/min. This volumetric flow rate is indicated in standard liters per minute, i.e., at standard temperature (21.1 °C) and pressure (101 kPa).

При работе с расплавленным металлом в непрерывном и полунепрерывном режимах количество продувочного газа, вводимого в ванну расплавленного металла, можно менять, исходя из выхода расплавленного металла или производительности. Соответственно, количество продувочного газа, вводимого при выполнении способа дегазации расплавленных металлов (и/или способа удаления примесей из расплавленных металлов) в соответствии с такими вариантами реализации, относящимися к ультразвуковой дегазации и ультразвуковому измельчению зерна, может находиться в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 500 мл/ч продувочного газа на один кг/ч расплавленного металла (мл продувочного газа/кг расплавленного металла). В некоторых вариантах отношение объемного расхода продувочного газа к объему выпуска расплавленного металла может находиться в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 400 мл/кг; в качестве альтернативы, от приблизительно 15 до приблизительно 300 мл/кг; в качестве альтернативы, от приблизительно 20 до приблизительно 250 мл/кг; в качестве альтернативы, от приблизительно 30 до приблизительно 200 мл/кг; в качестве альтернативы, от приблизительно 40 до приблизительно 150 мл/кг; или, в качестве альтернативы, от приблизительно 50 до приблизительно 125 мл/кг. Также, как и в приведенном выше случае, объемный расход продувочного газа указан при стандартных температуре (21,1°С) и давлении (101 кПа).In continuous and semi-continuous molten metal operations, the amount of purge gas introduced into the molten metal bath may be varied based on molten metal output or throughput. Accordingly, the amount of purge gas introduced during the method of degassing molten metals (and/or the method of removing impurities from molten metals) of such ultrasonic degassing and ultrasonic grain refining embodiments may be in the range of from about 10 to about 500 ml/hour of purge gas per kg/hour of molten metal (ml purge gas/kg molten metal). In some embodiments, the ratio of the volumetric flow rate of purge gas to the molten metal output volume may be in the range of from about 10 to about 400 ml/kg; alternatively, from about 15 to about 300 ml/kg; alternatively, from about 20 to about 250 ml/kg; alternatively, from about 30 to about 200 ml/kg; alternatively, from about 40 to about 150 ml/kg; or, alternatively, from about 50 to about 125 ml/kg. Also, as in the above case, the volumetric flow rate of the purge gas is specified at standard temperature (21.1°C) and pressure (101 kPa).

Способы дегазации расплавленных металлов, соответствующие вариантам реализации этого изобретения и относящиеся к ультразвуковой дегазации и ультразвуковому измельчению зерна, могут обеспечить эффективное удаление более, чем приблизительно 10 весовых процентов растворенного газа, присутствующего в ванне расплавленного металла, т.е., количество растворенного газа в ванне расплавленного металла может быть уменьшено на более, чем приблизительно 10 весовых процентов от его количества, имевшегося перед применением дегазации. В некоторых вариантах количество присутствующего растворенного газа может быть уменьшено на более, чем приблизительно 15 весовых процентов, более, чем приблизительно 20 весовых процентов, более, чем приблизительно 25 весовых процентов, более, чем приблизительно 35 весовых процентов, более, чем приблизительно 50 весовых процентов, более, чем приблизительно 75 весовых процентов или более, чем приблизительно 80 весовых процентов от количества растворенного газа, имевшегося до применения способа дегазации. Например, если растворенным газом является водород, уровни содержания водорода в ванне расплавленного металла, содержащей алюминий или медь, превышающие приблизительно 0,3 ppm, 0,4 ppm или 0,5 ppm (по массе), могут быть неблагоприятными, и часто содержание водорода в расплавленном металле может составлять приблизительно 0,4 ppm, приблизительно 0,5 ppm, приблизительно 0,6 ppm, приблизительно 0,7 ppm, приблизительно 0,8 ppm, приблизительно 0,9 ppm, приблизительно 1 ppm, приблизительно 1,5 ppm, приблизительно 2 ppm или более 2 ppm. Предполагается, что применение способов, описанных для вариантов реализации этого изобретения, может уменьшить количество растворенного газа в ванне расплавленного металла до уровня менее чем приблизительно 0,4 ppm; в качестве альтернативы, до уровня менее, чем приблизительно 0,3 ppm; в качестве альтернативы, до уровня менее, чем приблизительно 0,2 ppm; в качестве альтернативы, до уровня в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,4 ppm; в качестве альтернативы, до уровня в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,3 ppm; или, в качестве альтернативы, до уровня в диапазоне от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,3 ppm. В этих и других вариантах реализации изобретения растворенный газ в качестве необязательного варианта может содержать водород, а ванна расплавленного металла в качестве необязательного варианта может содержать алюминий и/или медь.Methods for degassing molten metals according to embodiments of this invention and relating to ultrasonic degassing and ultrasonic grain refinement can provide for the effective removal of more than about 10 weight percent of the dissolved gas present in the molten metal bath, i.e., the amount of dissolved gas in the molten metal bath can be reduced by more than about 10 weight percent of its amount present before applying the degassing. In some embodiments, the amount of dissolved gas present can be reduced by more than about 15 weight percent, more than about 20 weight percent, more than about 25 weight percent, more than about 35 weight percent, more than about 50 weight percent, more than about 75 weight percent, or more than about 80 weight percent of the amount of dissolved gas present before applying the degassing method. For example, if the dissolved gas is hydrogen, hydrogen levels in a molten metal bath containing aluminum or copper greater than about 0.3 ppm, 0.4 ppm, or 0.5 ppm (by weight) can be unfavorable, and often the hydrogen content in the molten metal can be about 0.4 ppm, about 0.5 ppm, about 0.6 ppm, about 0.7 ppm, about 0.8 ppm, about 0.9 ppm, about 1 ppm, about 1.5 ppm, about 2 ppm, or more than 2 ppm. It is contemplated that use of the methods described for embodiments of this invention can reduce the amount of dissolved gas in a molten metal bath to a level of less than about 0.4 ppm; alternatively, to a level of less than about 0.3 ppm; alternatively, to a level of less than about 0.2 ppm; alternatively, to a level in the range of from about 0.1 to about 0.4 ppm; alternatively, to a level in the range of from about 0.1 to about 0.3 ppm; or, alternatively, to a level in the range of from about 0.2 to about 0.3 ppm. In these and other embodiments, the dissolved gas may optionally comprise hydrogen, and the molten metal bath may optionally comprise aluminum and/or copper.

Варианты реализации этого изобретения, относящиеся к ультразвуковой дегазации и ультразвуковому измельчению зерна, в которых предлагаются способы дегазации (например, уменьшение количества растворенного газа в емкости, содержащей ванну расплавленного металла) или способы удаления примесей, могут содержать задействование ультразвукового устройства, находящегося в ванне расплавленного металла. Ультразвуковое устройство может содержать ультразвуковой преобразователь и вытянутый зонд, имеющий первый конец и второй конец. Первый конец может быть прикреплен к ультразвуковому преобразователю, и на втором конце может находиться наконечник, и вытянутый в длину зонд на наконечнике может содержать ниобий. Ниже подробно описаны иллюстративные и не накладывающие ограничений примеры ультразвуковых устройств, которые могут применяться в рассмотренных здесь процессах и способах.Embodiments of this invention relating to ultrasonic degassing and ultrasonic grain milling, which provide methods for degassing (e.g., reducing the amount of dissolved gas in a vessel containing a molten metal bath) or methods for removing impurities, may comprise using an ultrasonic device located in a molten metal bath. The ultrasonic device may comprise an ultrasonic transducer and an elongated probe having a first end and a second end. The first end may be attached to the ultrasonic transducer, and a tip may be located at the second end, and the elongated probe on the tip may contain niobium. Illustrative and non-limiting examples of ultrasonic devices that may be used in the processes and methods discussed herein are described in detail below.

В случае процесса ультразвуковой дегазации или процесса удаления примесей, продувочный газ можно вводить в ванну расплавленного металла, например, в месте поблизости от ультразвукового устройства. В одном варианте продувочный газ можно вводить в ванну расплавленного металла в месте поблизости от наконечника ультразвукового устройства. В одном варианте продувочный газ можно вводить в ванну расплавленного металла на расстоянии не более приблизительно 1 метра от наконечника ультразвукового устройства, например, на расстоянии не более приблизительно 100 см, не более приблизительно 50 см, не более приблизительно 40 см, не более приблизительно 30 см, не более приблизительно 25 см или не более приблизительно 20 см от наконечника ультразвукового устройства. В некоторых вариантах продувочный газ можно вводить в ванну расплавленного металла на расстоянии не более приблизительно 15 см от наконечника ультразвукового устройства; в качестве альтернативы, на расстоянии не более приблизительно 10 см; в качестве альтернативы, на расстоянии не более приблизительно 8 см; в качестве альтернативы, на расстоянии не более приблизительно 5 см; в качестве альтернативы, на расстоянии не более приблизительно 3 см; в качестве альтернативы, на расстоянии не более приблизительно 2 см; или, в качестве альтернативы, на расстоянии не более приблизительно 1 см. В конкретном варианте продувочный газ можно вводить в ванну расплавленного металла рядом с наконечником ультразвукового устройства или через этот наконечник.In the case of an ultrasonic degassing process or an impurity removal process, the purging gas can be introduced into the molten metal bath, for example, at a location near the ultrasonic device. In one embodiment, the purging gas can be introduced into the molten metal bath at a location near the tip of the ultrasonic device. In one embodiment, the purging gas can be introduced into the molten metal bath at a distance of no more than about 1 meter from the tip of the ultrasonic device, such as at a distance of no more than about 100 cm, no more than about 50 cm, no more than about 40 cm, no more than about 30 cm, no more than about 25 cm, or no more than about 20 cm from the tip of the ultrasonic device. In some embodiments, the purging gas can be introduced into the molten metal bath at a distance of no more than about 15 cm from the tip of the ultrasonic device; alternatively, at a distance of no more than about 10 cm; alternatively, at a distance of no more than about 8 cm; alternatively, at a distance of no more than about 5 cm; alternatively, at a distance of no more than about 3 cm; alternatively, at a distance of no more than about 2 cm; or, alternatively, at a distance of no more than about 1 cm. In a particular embodiment, the purging gas may be introduced into the molten metal bath near or through the tip of the ultrasonic device.

Не предполагая при этом ограничение данной теорией, использование ультразвукового устройства и введение продувочного газа в непосредственной близости от него приводят к серьезному уменьшению количества растворенного газа в емкости, содержащей ванну расплавленного металла. Энергия ультразвука, созданная ультразвуковым устройством, может создавать кавитационные пузырьки в расплаве, в которые может диффундировать растворенный газ. Однако при отсутствии продувочного газа многие кавитационные пузырьки могут схлопываться прежде, чем достигнут поверхности ванны расплавленного металла. Продувочный газ может уменьшать количество кавитационных пузырьков, которые схлопываются перед тем, как достигнут поверхности и/или может увеличивать размер пузырьков, содержащих растворенный газ, и/или может увеличивать количество пузырьков в ванне расплавленного металла; и/или может увеличивать скорость транспортировки пузырьков, содержащих растворенный газ, к поверхности ванны расплавленного металла. Ультразвуковое устройство может создавать кавитационные пузырьки в непосредственной близости к своему наконечнику. Например, в случае если ультразвуковое устройство имеет наконечник с диаметром приблизительно 2-5 см, кавитационные пузырьки могут находиться на расстоянии не более приблизительно 15 см, приблизительно 10 см, приблизительно 5 см, приблизительно 2 см или приблизительно 1 см от наконечника ультразвукового устройства перед схлопыванием. Если продувочный газ вводится слишком далеко от наконечника ультразвукового устройства, возможно, он не сможет диффундировать в кавитационные пузырьки. Следовательно, в вариантах, относящихся к ультразвуковой дегазации и ультразвуковому измельчению зерна, продувочный газ вводят в ванну расплавленного металла на расстоянии не более приблизительно 25 см или приблизительно 20 см от наконечника ультразвукового устройства и, для обеспечения большего преимущества, на расстоянии не более приблизительно 15 см, не более приблизительно 10 см, не более приблизительно 5 см, не более приблизительно 2 см или не более приблизительно 1 см от наконечника ультразвукового устройства.Without intending to be limited by this theory, the use of an ultrasonic device and the introduction of a purging gas in close proximity thereof result in a significant reduction in the amount of dissolved gas in a vessel containing a molten metal bath. The ultrasonic energy created by the ultrasonic device can create cavitation bubbles in the melt into which the dissolved gas can diffuse. However, in the absence of a purging gas, many of the cavitation bubbles may collapse before reaching the surface of the molten metal bath. The purging gas can reduce the number of cavitation bubbles that collapse before reaching the surface and/or can increase the size of the bubbles containing the dissolved gas and/or can increase the number of bubbles in the molten metal bath; and/or can increase the transport velocity of the bubbles containing the dissolved gas to the surface of the molten metal bath. The ultrasonic device can create cavitation bubbles in close proximity to its tip. For example, in the case where the ultrasonic device has a tip with a diameter of about 2-5 cm, the cavitation bubbles may be at a distance of no more than about 15 cm, about 10 cm, about 5 cm, about 2 cm, or about 1 cm from the tip of the ultrasonic device before collapsing. If the purge gas is introduced too far from the tip of the ultrasonic device, it may not be able to diffuse into the cavitation bubbles. Therefore, in embodiments related to ultrasonic degassing and ultrasonic grain refinement, the purge gas is introduced into the molten metal bath at a distance of no more than about 25 cm or about 20 cm from the tip of the ultrasonic device and, for greater advantage, at a distance of no more than about 15 cm, no more than about 10 cm, no more than about 5 cm, no more than about 2 cm, or no more than about 1 cm from the tip of the ultrasonic device.

Ультразвуковые устройства, согласно вариантам реализации этого изобретения, могут находиться в контакте с расплавленным металлом, таким как алюминий или медь, например, как описано в опубликованном патенте США № 2009/0224443, содержание которого этим упоминанием включено сюда во всей полноте. В случае ультразвукового устройства, предназначенного для снижения содержания растворенного газа (например, водорода) в расплавленном металле, в качестве защитного барьера, препятствующего воздействию на это устройство расплавленного металла, или в качестве одного из материалов этого устройства, того, который непосредственно подвергается воздействию расплавленного металла, могут использоваться ниобий или его сплав.Ultrasonic devices according to embodiments of this invention may be in contact with a molten metal, such as aluminum or copper, for example, as described in U.S. Patent Publication No. 2009/0224443, the contents of which are incorporated herein by this reference in their entirety. In the case of an ultrasonic device designed to reduce the content of dissolved gas (e.g., hydrogen) in molten metal, niobium or an alloy thereof may be used as a protective barrier preventing the device from being exposed to the molten metal, or as one of the materials of the device that is directly exposed to the molten metal.

В вариантах реализации настоящего изобретения, относящихся в ультразвуковой дегазации и ультразвуковому измельчению зерна, могут предлагаться системы и способы, обеспечивающие увеличение срока службы компонентов, непосредственно контактирующих с расплавленными металлами. Например, чтобы уменьшить ухудшение свойств материалов, контактирующих с расплавленными металлами, в вариантах реализации изобретения может использоваться ниобий, что приводит к значительному повышению качества готовых изделий. Другими словами, в вариантах реализации изобретения можно увеличить срок службы или сохранить качество материалов или компонентов, контактирующих с расплавленными металлами, за счет использования ниобия в качестве защитного барьера. Ниобий может обладать свойствами, например, высокая температура плавления, которые могут помочь в разработке упомянутых выше вариантов реализации изобретения. В дополнение к этому, ниобий также может создавать защитный оксидный барьер при воздействии на него температуры приблизительно 200°С и выше.Embodiments of the present invention relating to ultrasonic degassing and ultrasonic grain refinement may provide systems and methods that provide an increase in the service life of components in direct contact with molten metals. For example, in order to reduce the deterioration of the properties of materials in contact with molten metals, embodiments of the invention may use niobium, which leads to a significant increase in the quality of finished products. In other words, embodiments of the invention can increase the service life or maintain the quality of materials or components in contact with molten metals by using niobium as a protective barrier. Niobium may have properties, such as a high melting point, that can help in developing the above-mentioned embodiments of the invention. In addition, niobium can also create a protective oxide barrier when exposed to temperatures of approximately 200 °C and above.

Помимо этого, в вариантах реализации настоящего изобретения, относящихся в ультразвуковой дегазации и ультразвуковому измельчению зерна, могут предлагаться системы и способы, обеспечивающие увеличение срока службы компонентов, непосредственно контактирующих с расплавленными металлами или имеющих с ними границу раздела. Так как ниобий имеет низкую химическую активность в отношении определенных расплавленных металлов, использование ниобия может предотвратить ухудшение свойств основного материала. Следовательно, в вариантах реализации изобретения, относящихся в ультразвуковой дегазации и ультразвуковому измельчению зерна, ниобий может использоваться, чтобы уменьшить ухудшение свойств основных материалов, что приводит к значительному повышению качества готовых изделий. Соответственно, если рассматривать его применение при работе с расплавленными металлами, ниобий может обеспечить комбинацию в виде его высокой температуры плавления и его низкой химической активности в отношении этих расплавленных металлов, например, алюминия и/или меди.In addition, embodiments of the present invention relating to ultrasonic degassing and ultrasonic grain refinement may provide systems and methods that provide an increase in the service life of components that are in direct contact with molten metals or have an interface with them. Since niobium has low chemical reactivity with respect to certain molten metals, the use of niobium can prevent deterioration of the properties of the base material. Therefore, in embodiments of the invention relating to ultrasonic degassing and ultrasonic grain refinement, niobium can be used to reduce the deterioration of the properties of the base materials, which leads to a significant increase in the quality of finished products. Accordingly, when considering its use in working with molten metals, niobium can provide a combination of its high melting point and its low chemical reactivity with respect to these molten metals, for example, aluminum and / or copper.

В некоторых вариантах ниобий или его сплав могут использоваться в ультразвуковом устройстве, содержащем ультразвуковой преобразователь и вытянутый зонд. Вытянутый зонд может иметь первый конец и второй конец, причем первый конец может быть прикреплен к ультразвуковому преобразователю, и на втором конце может находиться наконечник. В соответствии с этим вариантом, в наконечнике вытянутый зонд может содержать ниобий (например, ниобий или его сплав). Как рассмотрено выше, ультразвуковое устройство может использоваться в процессе ультразвуковой дегазации. Ультразвуковой преобразователь может генерировать ультразвуковые волны, и зонд, прикрепленный к преобразователю, может передавать ультразвуковые волны в емкость, содержащую ванну расплавленного металла, например, алюминия, меди, цинка, стали, магния и т.п., либо их смеси и/или комбинации (например, включающие различные сплавы из алюминия, меди, цинка, стали, магния и т.д.).In some embodiments, niobium or its alloy can be used in an ultrasonic device comprising an ultrasonic transducer and an elongated probe. The elongated probe can have a first end and a second end, wherein the first end can be attached to the ultrasonic transducer, and a tip can be located at the second end. According to this embodiment, the tip of the elongated probe can contain niobium (for example, niobium or its alloy). As discussed above, the ultrasonic device can be used in the ultrasonic degassing process. The ultrasonic transducer can generate ultrasonic waves, and the probe attached to the transducer can transmit ultrasonic waves into a container containing a bath of molten metal, such as aluminum, copper, zinc, steel, magnesium, etc., or mixtures and/or combinations thereof (for example, including various alloys of aluminum, copper, zinc, steel, magnesium, etc.).

В различных вариантах реализации изобретения используется комбинация из ультразвуковой дегазации и ультразвукового измельчения зерна. Как описано ниже, использование комбинации из ультразвуковой дегазации и ультразвукового измельчения зерна обеспечивает как отдельные преимущества, так и их комбинации. Не имея при этом в виду наложение ограничений приведенным далее описанием, это описание позволяет понять уникальные эффекты, которые возникают при объединении ультразвуковой дегазации и ультразвукового измельчения зерна, что приводит к повышению в целом качества литого изделия, которое вряд ли ожидалось бы при использовании каждого из них отдельно. Эти эффекты были реализованы именно авторами изобретения в ходе разработки ими этой комбинированной ультразвуковой обработки.In various embodiments of the invention, a combination of ultrasonic degassing and ultrasonic grain grinding is used. As described below, the use of a combination of ultrasonic degassing and ultrasonic grain grinding provides both individual advantages and combinations thereof. Without intending to impose limitations by the following description, this description allows one to understand the unique effects that arise when combining ultrasonic degassing and ultrasonic grain grinding, which leads to an overall improvement in the quality of the cast product, which would hardly be expected when using each of them separately. These effects were realized precisely by the inventors in the course of their development of this combined ultrasonic treatment.

При ультразвуковой дегазации химические вещества, содержащие хлор (применяемые, когда ультразвуковая дегазация не используется), исключаются из процесса литья металла. Если хлор, как химическое вещество, присутствует в ванне расплавленного металла, он может реагировать с другими инородными химическими элементами, находящимся в ванне, например, с возможно присутствующими щелочными металлами, с образованием сильных химических связей. Если присутствуют щелочные металлы, в ванне расплавленного металла образуются устойчивые соли, что может привести к появлению включений в литом металлическом изделии, в результате ухудшаются его электропроводность и механические свойства. Если ультразвуковое измельчение зерна не применяется, используются химические измельчители зерна, например, борид титана, но эти материалы, как правило, содержат щелочные металлы.In ultrasonic degassing, chlorine-containing chemicals (used when ultrasonic degassing is not used) are eliminated from the metal casting process. If chlorine, as a chemical, is present in the molten metal bath, it can react with other foreign chemical elements in the bath, such as alkali metals that may be present, to form strong chemical bonds. If alkali metals are present, stable salts are formed in the molten metal bath, which can lead to inclusions in the cast metal product, resulting in poor electrical conductivity and mechanical properties. If ultrasonic grain refinement is not used, chemical grain refiners such as titanium boride are used, but these materials usually contain alkali metals.

Соответственно, в случае применения ультразвуковой дегазации, исключающей необходимость использования при обработке хлора как химического элемента, и применения ультразвукового измельчения зерна, исключающего необходимость использования измельчителей зерна (источника щелочных металлов), существенно снижается вероятность образования устойчивых солей и результирующего возникновения включений в литом металлическом изделии. Помимо этого, исключение присутствия этих инородных химических элементов в качестве примесей повышает электропроводность литого металлического изделия. Соответственно, в одном варианте реализации изобретения объединение ультразвуковой дегазации и ультразвукового измельчения зерна означает, что полученное в результате литое металлическое изделие будет иметь превосходные механические свойства и превосходную электропроводность, так как исключается необходимость использования двух главных источников примесей без замены одной инородной примеси на другую.Accordingly, in the case of using ultrasonic degassing, eliminating the need to use chlorine as a chemical element in the processing, and using ultrasonic grain grinding, eliminating the need to use grain grinders (a source of alkali metals), the likelihood of the formation of stable salts and the resulting occurrence of inclusions in the cast metal product is significantly reduced. In addition, eliminating the presence of these foreign chemical elements as impurities increases the electrical conductivity of the cast metal product. Accordingly, in one embodiment of the invention, combining ultrasonic degassing and ultrasonic grain grinding means that the resulting cast metal product will have excellent mechanical properties and excellent electrical conductivity, since the need to use two main sources of impurities is eliminated without replacing one foreign impurity with another.

Другим преимуществом, обеспечиваемым за счет объединения ультразвуковой дегазации и ультразвукового измельчения зерна, является то, что как ультразвуковая дегазация, так и ультразвуковое измельчение зерна эффективным образом "перемешивают" ванну расплавленного металла, обеспечивая однородность этого материала. Когда сплав металла плавится, а затем охлаждается до начала кристаллизации, из-за различия температур плавления при разном процентном составе сплава могут существовать промежуточные фазы в виде сплавов. В одном варианте реализации изобретения как ультразвуковая дегазация, так и ультразвуковое измельчение зерна обеспечивают перемешивание и замешивание промежуточных фаз обратно в расплавленную фазу.Another advantage provided by combining ultrasonic degassing and ultrasonic grain refinement is that both ultrasonic degassing and ultrasonic grain refinement effectively "stir" the molten metal bath, ensuring homogeneity of the material. When a metal alloy is melted and then cooled prior to crystallization, intermediate phases in the form of alloys may exist due to differences in melting temperatures at different percentage compositions of the alloy. In one embodiment of the invention, both ultrasonic degassing and ultrasonic grain refinement provide for the mixing and kneading of the intermediate phases back into the molten phase.

Все эти преимущества позволяют получить изделие с мелкозернистой структурой, меньшим количеством примесей, меньшим количеством включений, улучшенной электропроводностью, улучшенной пластичностью и более высокой прочностью на растяжение, чем можно ожидать при использовании только ультразвуковой дегазации или только ультразвукового измельчения зерна, либо при замене их вместе или по отдельности обычной обработкой с использованием хлора, либо при использовании химических измельчителей зерна.All these advantages result in a product with a fine grain structure, fewer impurities, fewer inclusions, improved electrical conductivity, improved ductility and higher tensile strength than would be expected using ultrasonic degassing alone or ultrasonic grain milling alone, or replacing them together or separately with conventional chlorine treatment or with chemical grain mills.

Демонстрационный процесс ультразвукового измельчения зернаDemonstration process of ultrasonic grain grinding

Использовались вмещающие элементы, показанные на Фиг.2, 3 и 3А, имеющие глубину 10 см, ширину 8 см и форму прямоугольного лотка или канала в литейном колесе 30. Толщина гибкой металлической полосы составляла 6,35 мм. Ширина гибкой металлической полосы составляла 8 см. Для полосы использовалась сталь 1010. Использовалась частота ультразвука 20 кГц, при этом в один или два преобразователя, виброзонды которых контактировали с водой, представляющей собой охлаждающую среду, вводилась мощность 120 Вт (на каждый зонд). В качестве литейной формы использовалась часть литейного колеса из медного сплава. Вода в качестве охлаждающей среды подавалась при температуре, близкой к комнатной, и протекала через каналы 46 со скоростью примерно 15 литров в минуту.The containing elements shown in Figs. 2, 3 and 3A were used, having a depth of 10 cm, a width of 8 cm and a shape of a rectangular tray or channel in the casting wheel 30. The thickness of the flexible metal strip was 6.35 mm. The width of the flexible metal strip was 8 cm. Steel 1010 was used for the strip. An ultrasonic frequency of 20 kHz was used, while a power of 120 watts (for each probe) was introduced into one or two transducers, the vibroprobes of which were in contact with water, which was a cooling medium. A part of the casting wheel made of copper alloy was used as a casting mold. Water as a cooling medium was supplied at a temperature close to room temperature and flowed through the channels 46 at a rate of about 15 liters per minute.

Расплавленный алюминий заливался с расходом 40 кг/мин, что позволяло получать непрерывную алюминиевую отливку, имеющую свойства, соответствующие структуре с равноосным зерном, при том что измельчители зерна не добавлялись. Фактически, с использованием этой технологии было отлито примерно 9 миллионов фунтов (4082331 кг) алюминиевого прутка, который был подвергнут волочению с получением окончательных размеров для применения в качестве провода и кабеля.Molten aluminum was poured at a rate of 40 kg/min, producing a continuous aluminum casting with properties consistent with equiaxed grain structure without the addition of grain refiners. In fact, approximately 9 million pounds (4,082,331 kg) of aluminum rod were cast using this technology and drawn to final dimensions for wire and cable applications.

Металлические изделияHardware

Согласно одному аспекту настоящего изобретения, в канале литейного колеса или в рассмотренных выше литейных конструкциях можно получать изделия, состоящие из литого металла, для которых не требуется использование измельчителей зерна, но которые по-прежнему имеют субмиллиметровый размер зерна. Соответственно, можно получать литой металл с содержанием измельчителей зерна менее 5%, но при этом по-прежнему будет обеспечиваться субмиллиметровый размер зерна. Можно получать литой металл с содержанием измельчителей зерна менее 2%, но при этом по-прежнему будет обеспечиваться субмиллиметровый размер зерна. Можно получать литой металл с содержанием измельчителей зерна менее 1%, но при этом по-прежнему будет обеспечиваться субмиллиметровый размер зерна. В предпочтительном случае измельчители содержатся на уровне менее 0,5%, менее 0,2% или менее 0,1%. Можно получать литой металл, не содержащий измельчителей зерна, но при этом по-прежнему будет обеспечиваться субмиллиметровый размер зерна.According to one aspect of the present invention, it is possible to produce articles consisting of cast metal in the channel of the casting wheel or in the casting structures discussed above, which do not require the use of grain refiners, but which still have a submillimeter grain size. Accordingly, it is possible to produce a cast metal with a content of grain refiners of less than 5%, but at the same time a submillimeter grain size will still be ensured. It is possible to produce a cast metal with a content of grain refiners of less than 2%, but at the same time a submillimeter grain size will still be ensured. It is possible to produce a cast metal with a content of grain refiners of less than 1%, but at the same time a submillimeter grain size will still be ensured. In the preferred case, the refiners are contained at a level of less than 0.5%, less than 0.2% or less than 0.1%. It is possible to produce a cast metal that does not contain grain refiners, but at the same time a submillimeter grain size will still be ensured.

Литой металл может иметь разный размер зерна на субмиллиметровом уровне, в зависимости от ряда факторов, включая используемые компоненты "чистого" или легированного металла, скорости заливки, температуры заливки, скорость охлаждения. Перечень размеров зерна, доступный для настоящего изобретения, включает следующие размеры. В случае алюминия и алюминиевых сплавов, размер зерна находится в диапазоне 200-900 микрон, 300-800 микрон, 400-700 микрон или 500-600 микрон. В случае меди и медных сплавов, размер зерна находится в диапазоне 200-900 микрон, 300-800 микрон, 400-700 микрон или 500-600 микрон. В случае золота, серебра, олова или их сплавов, размер зерна находится в диапазоне 200-900 микрон, 300-800 микрон, 400-700 микрон или 500-600 микрон. В случае магния или магниевых сплавов, размер зерна находится в диапазоне 200-900 микрон, 300-800 микрон, 400-700 микрон или 500-600 микрон. Хотя указаны диапазоны, согласно изобретению, возможны также и промежуточные значения. Согласно одному аспекту изобретения, для дополнительного уменьшения размера зерна до значений от 100 до 500 микрон можно добавлять измельчители зерна в небольшой концентрации (менее 5%). Литой металл может представлять собой алюминий, медь, магний, цинк, свинец, золото, серебро, олово, бронзу, латунь и их сплавы.The cast metal may have different grain sizes at the submillimeter level, depending on a number of factors, including the components of the "pure" or alloyed metal used, the pouring rate, the pouring temperature, the cooling rate. The list of grain sizes available for the present invention includes the following sizes. In the case of aluminum and aluminum alloys, the grain size is in the range of 200-900 microns, 300-800 microns, 400-700 microns or 500-600 microns. In the case of copper and copper alloys, the grain size is in the range of 200-900 microns, 300-800 microns, 400-700 microns or 500-600 microns. In the case of gold, silver, tin or their alloys, the grain size is in the range of 200-900 microns, 300-800 microns, 400-700 microns or 500-600 microns. In the case of magnesium or magnesium alloys, the grain size is in the range of 200-900 microns, 300-800 microns, 400-700 microns or 500-600 microns. Although ranges are indicated, according to the invention, intermediate values are also possible. According to one aspect of the invention, grain refiners can be added in a small concentration (less than 5%) to further reduce the grain size to values from 100 to 500 microns. The cast metal can be aluminum, copper, magnesium, zinc, lead, gold, silver, tin, bronze, brass and their alloys.

Литой металл можно подвергать волочению или иным образом формовать в стержни, прутки, лист, проволоку, биллеты или гранулы.Cast metal may be drawn or otherwise formed into rods, bars, sheet, wire, billets, or pellets.

Компьютеризованное управлениеComputerized control

Контроллер 500, изображенный на Фиг.1, 2, 3 и 4, может быть реализован на практике при помощи компьютерной системы 1201, показанной на Фиг.7. Компьютерная система 1201 может использоваться в качестве контроллера 500 для управления указанными выше литейными системами, либо любыми другими литейными системой или устройством, в которых применяется ультразвуковая обработка, соответствующая настоящему изобретению. Хотя контроллер 500 изображен на Фиг.1, 2, 3 и 4 как один блок, он может включать обособленные и отдельные процессоры, обменивающиеся информацией друг с другом и/или предназначенные для конкретной функции управления.The controller 500 shown in Figs. 1, 2, 3 and 4 may be implemented in practice using the computer system 1201 shown in Fig. 7. The computer system 1201 may be used as the controller 500 for controlling the above-mentioned casting systems or any other casting system or device that uses ultrasonic processing according to the present invention. Although the controller 500 is shown in Figs. 1, 2, 3 and 4 as a single unit, it may include separate and distinct processors that communicate with each other and/or are dedicated to a specific control function.

В частности, контроллер 500 может быть запрограммирован с использованием именно тех алгоритмов управления, которые реализуют функции, проиллюстрированные блок-схемой на Фиг.8.In particular, the controller 500 can be programmed using precisely those control algorithms that implement the functions illustrated in the block diagram in Fig. 8.

На Фиг.8 приведена блок-схема, элементы которой могут быть запрограммированы или сохранены на машиночитаемом носителе информации или в одном из запоминающих устройств, рассмотренных ниже. Блок-схема, показанная на Фиг.8, иллюстрирует способ создания мест начала кристаллизации в металлическом изделии, соответствующий настоящему изобретению. На этапе 1802 программный блок будет управлять операцией заливки расплавленного металла в элемент, вмещающий этот металл. На этапе 1804 программный блок будет управлять операцией охлаждения элемента, вмещающего расплавленный металл, например, за счет пропускания жидкой среды через канал охлаждения в непосредственной близости от этого элемента. На этапе 1806 программный блок будет управлять операцией ввода энергии колебаний в расплавленный металл. На этом этапе энергия колебаний будет вводиться при частоте и мощности, позволяющих создавать в расплавленном металле места начала кристаллизации, как рассмотрено ранее.Fig. 8 shows a block diagram, the elements of which can be programmed or stored on a machine-readable information carrier or in one of the memory devices discussed below. The block diagram shown in Fig. 8 illustrates a method for creating places of the beginning of solidification in a metal product, corresponding to the present invention. At step 1802, the software block will control the operation of pouring molten metal into an element containing this metal. At step 1804, the software block will control the operation of cooling the element containing the molten metal, for example, by passing a liquid medium through a cooling channel in the immediate vicinity of this element. At step 1806, the software block will control the operation of introducing oscillation energy into the molten metal. At this step, the oscillation energy will be introduced at a frequency and power that make it possible to create places of the beginning of solidification in the molten metal, as discussed earlier.

Такие параметры, как температура расплавленного металла, скорость заливки, протекание охлаждающей среды через каналы охлаждения и охлаждение литейной формы, а также параметры, относящиеся к управлению прохождением литого изделия через установку, включая управление мощностью и частотой источников энергии колебаний, будут программироваться с использованием стандартных языков программирования (рассмотрены ниже) для получения процессоров специального назначения, содержащих инструкции, обеспечивающие реализацию на практике способа создания мест начала кристаллизации в металлическим изделии, который соответствует настоящему изобретению.Parameters such as the temperature of the molten metal, the pouring rate, the flow of the cooling medium through the cooling channels and the cooling of the casting mold, as well as parameters related to the control of the passage of the cast article through the apparatus, including the control of the power and frequency of the oscillating energy sources, will be programmed using standard programming languages (discussed below) to obtain special-purpose processors containing instructions that ensure the practical implementation of the method for creating crystallization initiation sites in a metal article that corresponds to the present invention.

Если говорить более конкретно, компьютерная система 1201, показанная на Фиг.7, включает шину 1202 или другое средство обмена информацией и процессор 1203, связанный с шиной 1202 и предназначенный для обработки информации. Компьютерная система 1201 также включает основную память 1204, например, Оперативное запоминающее устройство (RAM) или другое устройство для динамического хранения (например, Динамическое ЗУ с произвольной выборкой (DRAM), Статическое ЗУ с произвольной выборкой (SRAM) и Синхронное динамическое ЗУ с произвольной выборкой (SDRAM)), связанное с шиной 1202 и предназначенное для хранения данных и инструкций, исполняемых процессором 1203. В дополнение к этому, основная память 1204 может использоваться для хранения временных переменных или других промежуточных данных во время исполнения инструкций процессором 1203. Компьютерная система 1201 дополнительно включает Постоянное запоминающее устройство (ROM) 1205 или другое статическое запоминающее устройство (например, Программируемое постоянное запоминающее устройство (PROM), Стираемое постоянное запоминающее устройство (EPROM) и Электрически стираемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM)), связанное с шиной 1202 и предназначенное для хранения статических данных и инструкций для процессора 1203.More specifically, the computer system 1201 shown in Fig. 7 includes a bus 1202 or other information exchange means and a processor 1203 coupled to the bus 1202 and configured to process information. Computer system 1201 also includes a main memory 1204, such as a Random Access Memory (RAM) or other dynamic storage device (e.g., Dynamic Random Access Memory (DRAM), Static Random Access Memory (SRAM), and Synchronous Dynamic Random Access Memory (SDRAM)) coupled to bus 1202 and configured to store data and instructions executed by processor 1203. In addition, main memory 1204 may be used to store temporary variables or other intermediate data during execution of instructions by processor 1203. Computer system 1201 further includes a Read Only Memory (ROM) 1205 or other static storage device (e.g., Programmable Read Only Memory (PROM), Erasable Read Only Memory (EPROM), and Electrically Erasable Read Only Memory (EEPROM)) coupled to bus 1202 and configured to store static data and instructions for the 1203 processor.

Компьютерная система 1201 также включает контроллер 1206 дисков, связанный с шиной 1202 и предназначенный для управления одним или более запоминающих устройств, предназначенных для хранения данных и инструкций, например, жестким магнитным диском 1207, приводом 1208 съемных носителей информации (например, приводом флоппи-дисков, приводом дисков CD-ROM, приводом дисков CD RW, приводом для множества CD-дисков, приводом магнитной ленты и приводом съемных магнитооптических дисков). Запоминающие устройства могут быть добавлены в компьютерную систему 1201 с использованием подходящего интерфейса (например, SCSI, IDE, E-IDE, DMA или UDMA).The computer system 1201 also includes a disk controller 1206, connected to the bus 1202 and designed to control one or more storage devices designed to store data and instructions, such as a hard magnetic disk 1207, a removable storage media drive 1208 (for example, a floppy disk drive, a CD-ROM drive, a CD RW drive, a drive for multiple CDs, a magnetic tape drive and a removable magneto-optical disk drive). Storage devices can be added to the computer system 1201 using a suitable interface (for example, SCSI, IDE, E-IDE, DMA or UDMA).

Компьютерная система 1201 может также включать логические устройства специального назначения (например, Проблемно-ориентированные микросхемы (ASIC)) или конфигурируемые логические устройства (например, Простые программируемые логические устройства (SPLD), Сложные программируемые логические устройства (CPLD) и Программируемые пользователем матрицы логических элементов (FPGA)).Computer system 1201 may also include special-purpose logic devices (e.g., Application Specific Integrated Circuits (ASICs)) or configurable logic devices (e.g., Simple Programmable Logic Devices (SPLDs), Complex Programmable Logic Devices (CPLDs), and Field Programmable Gate Arrays (FPGAs)).

Компьютерная система 1201 может также включать контроллер 1209 монитора, связанный с шиной 1202 и предназначенный для управления монитором, например, монитором с электронно-лучевой трубкой (CRT) или жидкокристаллическим монитором (LCD), предназначенными для отображения информации пользователю компьютера. Компьютерная система включает устройства ввода, например, клавиатуру и указательное устройство, предназначенные для взаимодействия с пользователем компьютера (например, пользователем, взаимодействующим с контроллером 500) и ввода информации в процессор 1203.The computer system 1201 may also include a monitor controller 1209, connected to the bus 1202 and designed to control a monitor, such as a cathode ray tube (CRT) monitor or a liquid crystal display (LCD) monitor, designed to display information to a computer user. The computer system includes input devices, such as a keyboard and a pointing device, designed to interact with a computer user (for example, a user interacting with the controller 500) and input information to the processor 1203.

Компьютерная система 1201 выполняет все этапы обработки, соответствующие изобретению, или часть этих этапов (например, подобных описанным применительно к вводу энергии колебаний в жидкий металл в состоянии поддержания постоянной температуры) в ответ на исполнение процессором 1203 одной или более последовательностей из одной или более инструкций, содержащихся в памяти, например, основной памяти 1204. Такие инструкции могут считываться в основную память 1204 с другого машиночитаемого носителя информации, например, жесткого диска 1207 или привода 1208 съемных носителей информации. Для исполнения последовательностей инструкций, содержащихся в основной памяти 1204, могут также применяться один или более процессоров, установленных в конфигурацию, делающую возможной многопроцессорную обработку. В альтернативных вариантах вместо инструкций программного обеспечения или в комбинации с ними может использоваться устройство со схемной реализацией алгоритма.The computer system 1201 performs all or part of the processing steps according to the invention (for example, similar to those described in relation to the input of vibration energy into liquid metal in a state of maintaining a constant temperature) in response to the execution by the processor 1203 of one or more sequences of one or more instructions contained in a memory, for example, a main memory 1204. Such instructions can be read into the main memory 1204 from another machine-readable storage medium, for example, a hard disk 1207 or a removable storage drive 1208. One or more processors installed in a configuration that makes multiprocessing possible can also be used to execute the sequences of instructions contained in the main memory 1204. In alternative embodiments, a device with a circuit implementation of the algorithm can be used instead of or in combination with software instructions.

Компьютерная система 1201 включает по меньшей мере один машиночитаемый носитель информации или память, предназначенные для хранения программных инструкций, созданных в соответствии с принципами изобретения, а также структур данных, таблиц, записей или других описанных здесь данных. Примерами машиночитаемых носителей информации являются компакт-диски, жесткие диски, флоппи-диски, лента, магнитооптические диски, программируемые постоянные запоминающие устройства (EPROM, EEPROM, Flash EPROM), DRAM, SRAM, SDRAM или любой другой магнитный носитель информации, компакт-диски (например, CD-ROM) или любой другой оптический носитель информации, либо другой физический носитель информации, несущая волна (описана ниже), либо любой другой носитель информации, который может читать компьютер.The computer system 1201 includes at least one computer-readable storage medium or memory for storing program instructions created in accordance with the principles of the invention, as well as data structures, tables, records or other data described herein. Examples of computer-readable storage media include compact discs, hard disks, floppy disks, tape, magneto-optical disks, programmable read-only memories (EPROM, EEPROM, Flash EPROM), DRAM, SRAM, SDRAM or any other magnetic storage medium, compact discs (e.g., CD-ROM) or any other optical storage medium, or other physical storage medium, carrier wave (described below), or any other storage medium that can be read by a computer.

Изобретение включает программное обеспечение, предназначенное для управления компьютерной системой 1201, приведения в действие устройства или устройств, обеспечивающих реализацию изобретения на практике, и для обеспечения возможности компьютерной системы 1201 взаимодействовать с пользователем-человеком, которое хранится в любом из машиночитаемых носителей информации или в их комбинации. Такое программное обеспечение может включать, не ограничиваясь указанным, драйверы устройств, операционные системы, средства разработки и прикладные программы. Такие машиночитаемые носители информации дополнительно включают компьютерные программные продукты, соответствующие изобретению, которые предназначены для выполнения всей обработки или части обработки (если она является распределенной), которая осуществляется при реализации изобретения на практике.The invention includes software intended to control the computer system 1201, to activate a device or devices that ensure the implementation of the invention in practice, and to enable the computer system 1201 to interact with a human user, which is stored in any of the computer-readable storage media or in a combination thereof. Such software may include, but is not limited to, device drivers, operating systems, development tools and application programs. Such computer-readable storage media further include computer program products corresponding to the invention, which are intended to perform all or part of the processing (if it is distributed) that is carried out when implementing the invention in practice.

Устройства программного кода, соответствующие изобретению, могут быть интерпретируемыми или компилируемыми и включать, не ограничиваясь указанным, сценарии, интерпретируемые программы, динамически компонуемые библиотеки (DLL), классы Java и полностью скомпилированные программы. Помимо этого, обработка, соответствующая изобретению, может быть распределена для повышения производительности и надежности и/или оптимизации затрат.Program code devices according to the invention may be interpreted or compiled and include, but are not limited to, scripts, interpreted programs, dynamically linked libraries (DLLs), Java classes, and fully compiled programs. In addition, the processing according to the invention may be distributed to improve performance and reliability and/or optimize costs.

Термин "машиночитаемый носитель информации" в том, виде, как он здесь используется, относится к любому носителю информации, который участвует в предоставлении инструкций процессору 1203 для исполнения. Машиночитаемый носитель информации может относиться к различным видам, включая, но не ограничиваясь указанным, энергонезависимые носители информации, энергозависимые носители информации и среды передачи. Энергонезависимые носители информации, например, включают оптические диски, магнитные диски и магнитооптические диски, например, жесткий диск 1207 или привод 120 съемных носителей информации. Энергозависимые носители информации включают динамическую память, например, основную память 1204. Среды передачи включают коаксиальные кабели, медные провода и оптическое волокно, включая провода, образующие шину 1202. Среды передачи могут также иметь вид звуковых или световых волн, например, возникающих при передаче данных в виде радиоволны или инфракрасного сигнала.The term "machine-readable storage medium" as used herein refers to any storage medium that participates in providing instructions to the processor 1203 for execution. Machine-readable storage medium may be of various types, including, but not limited to, non-volatile storage media, volatile storage media, and transmission media. Non-volatile storage media, for example, include optical disks, magnetic disks, and magneto-optical disks, such as the hard disk 1207 or the removable storage drive 120. Volatile storage media include dynamic memory, such as the main memory 1204. Transmission media include coaxial cables, copper wires, and optical fiber, including wires that form the bus 1202. Transmission media may also be in the form of sound or light waves, such as those generated by radio wave or infrared data transmission.

Компьютерная система 1201 также может включать интерфейс 1213 связи, связанный с шиной 1202. Интерфейс 1213 связи обеспечивает связь в режиме двухсторонней передачи данных с сетевым каналом 1214, который соединен, например, с локальной сетью (LAN) 1215 или другой сетью 1216 связи, например, Интернет. Например, интерфейс 1213 связи может представлять собой карту сетевого интерфейса, предназначенную для соединения с любой сетью LAN с коммутацией пакетов. В качестве другого примера, интерфейс 1213 связи может представлять собой карту для Асимметричной цифровой абонентской линии (ADSL), карту для Цифровой сети с интегрированными услугами (ISDN) или модем, служащие для предоставления соединения, обеспечивающего обмен данными, с линией связи соответствующего типа. Также могут быть реализованы беспроводные каналы. При любой подобной реализации на практике интерфейс 1213 связи посылает и принимает электрические, электромагнитные или оптические сигналы, несущие потоки цифровых данных, представляющих собой информацию различного типа.The computer system 1201 may also include a communication interface 1213 coupled to the bus 1202. The communication interface 1213 provides communication in a two-way data transfer mode with a network channel 1214, which is connected, for example, to a local area network (LAN) 1215 or another communication network 1216, such as the Internet. For example, the communication interface 1213 may be a network interface card designed to connect to any packet-switched LAN. As another example, the communication interface 1213 may be a card for an Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL), a card for an Integrated Services Digital Network (ISDN) or a modem, serving to provide a connection that ensures the exchange of data, with a communication line of the corresponding type. Wireless channels can also be implemented. In any such implementation, in practice, the communication interface 1213 sends and receives electrical, electromagnetic or optical signals carrying digital data streams representing information of various types.

Сетевой канал 1214, как правило, обеспечивает обмен данными с другими устройствами, предназначенными для обработки данных, по одной или более сетей. Например, сетевой канал 1214 может обеспечить соединение с другим компьютером посредством локальной сети 1215 (например, LAN) или при помощи оборудования, обслуживаемого поставщиком услуг, который предоставляет услуги связи через сеть 1216 связи. В одном варианте эта возможность позволяет иметь в данном изобретении множество описанных выше контроллеров 500, связанных между собой по сети для таких целей, как автоматизация завода в целом или контроль качества. Локальная сеть 1215 и сеть 1216 связи используют, например, электрические, электромагнитные или оптические сигналы, несущие потоки цифровых данных, и соответствующий физический слой (например, кабель САТ5, коаксиальный кабель, оптическое волокно и т.д.). Сигналы, передаваемые в различных сетях, в сетевом канале 1214 и через интерфейс 1213 связи, которые несут цифровые данные к компьютерной системе 1201 и от нее, могут быть реализованы как сигналы с исходной полосой частот или сигналы на основе несущей волны. Сигналы с исходной полосой частот транспортируют цифровые данные как немодулированные электрические импульсы, содержащие информацию о потоке битов цифровых данных, где термин "биты" должен восприниматься в широком смысле как символ, где каждый символ содержит по меньшей мере один бит информации. Цифровые данные также можно использовать для модуляции несущей волны, в качестве примера можно привести сигналы с амплитудной, фазовой и/или частотной манипуляцией, которые распространяются через проводящую среду или передаются как электромагнитные волны через среду распространения. Таким образом, цифровые данные можно посылать как немодулированный сигнал в исходном диапазоне частот по "проводному" каналу связи и/или посылать в полосе заранее определенных частот, отличающейся от исходной полосы частот, в результате модулирования несущей волны. Компьютерная система 1201 может передавать и принимать данные, включающие программный код, через сеть (сети) 1215 и 1216, сетевой канал 1214 и интерфейс 1213 связи. Помимо этого, сетевой канал 1214 может обеспечивать соединение через LAN 1215 с мобильным устройством 1217, например, Персональным цифровым помощником (PDA), ноутбуком или сотовым телефоном.The network channel 1214 typically provides data exchange with other devices intended for data processing over one or more networks. For example, the network channel 1214 may provide a connection to another computer via a local area network 1215 (e.g., LAN) or via equipment serviced by a service provider that provides communication services via a communication network 1216. In one embodiment, this capability allows the present invention to have a plurality of the above-described controllers 500 interconnected over a network for purposes such as automation of a plant as a whole or quality control. The local area network 1215 and the communication network 1216 use, for example, electrical, electromagnetic or optical signals carrying digital data streams and an appropriate physical layer (e.g., CAT5 cable, coaxial cable, optical fiber, etc.). Signals transmitted in various networks, in network channel 1214 and via communication interface 1213, which carry digital data to and from computer system 1201, can be implemented as baseband signals or carrier wave-based signals. Baseband signals transport digital data as unmodulated electrical pulses containing information about a stream of digital data bits, where the term "bits" should be perceived in a broad sense as a symbol, where each symbol contains at least one bit of information. Digital data can also be used to modulate a carrier wave, as an example can be given signals with amplitude, phase and/or frequency manipulation, which are propagated through a conductive medium or transmitted as electromagnetic waves through a propagation medium. Thus, digital data can be sent as an unmodulated signal in the original frequency range over a "wired" communication channel and/or sent in a band of predetermined frequencies, different from the original frequency band, as a result of modulating a carrier wave. The computer system 1201 can transmit and receive data, including program code, via the network(s) 1215 and 1216, the network channel 1214 and the communication interface 1213. In addition, the network channel 1214 can provide a connection via LAN 1215 with a mobile device 1217, such as a Personal Digital Assistant (PDA), a laptop or a cell phone.

Если говорить более конкретно, в одном варианте реализации изобретения предлагается система для непрерывных литья и прокатки (CCRS), которая позволяет получать пруток из чистого алюминия с качеством, подходящим для использования в проводниках электричества, и бунты, содержащие пруток из легированного алюминия с качеством, подходящим для использования в проводниках, непосредственно из расплавленного металла в непрерывном режиме. В CCRS-системе можно использовать одну или более компьютерных систем 1201 (описана выше) для реализации на практике управления, мониторинга и хранения данных.More specifically, in one embodiment of the invention, a continuous casting and rolling system (CCRS) is provided that allows producing pure aluminum rod of quality suitable for use in electrical conductors and coils containing alloyed aluminum rod of quality suitable for use in conductors directly from molten metal in a continuous mode. The CCRS system may use one or more computer systems 1201 (described above) to implement control, monitoring and data storage.

В одном варианте реализации изобретения, чтобы обеспечить выход алюминиевого прутка высокого качества, мониторинг и/или управление прокатным станом (т.е., CCRS) осуществляют с использованием Системы усовершенствованных мониторинга и получения данных на основе компьютера (SCADA). Для контроля качества можно отображать, представлять в графическом виде, сохранять и анализировать дополнительные переменные и параметры этой системы.In one embodiment of the invention, to ensure high quality aluminum rod output, the rolling mill (i.e., CCRS) is monitored and/or controlled using a Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) system. Additional variables and parameters of this system can be displayed, graphed, stored, and analyzed for quality control.

В одном варианте реализации изобретения в системе получения данных предусмотрены один или более процессов тестирования продукции после изготовления, которые приведены далее.In one embodiment of the invention, the data acquisition system includes one or more post-manufacturing product testing processes, as described below.

Для непрерывного мониторинга качества поверхности алюминиевого прутка могут использоваться дефектоскопы на основе вихревых токов. Могут быть обнаружены включения, если они находятся у поверхности прутка, так как включение в матрице проявляется как обособленный дефект. Во время литья и прокатки алюминиевого прутка, дефекты, присутствующие в готовом изделии, могут возникнуть на любом этапе процесса. Неправильный химический состав расплава и/или избыточное количество водорода в металле могут вызвать возникновение дефектов во время прокатки. Использование системы на основе вихревых токов является методом неразрушающего контроля, и система управления для CCRS-системы может предупредить оператора (операторов) о появлении любого из указанных выше дефектов. Система на основе вихревых токов позволяет обнаруживать поверхностные дефекты и классифицировать дефекты с разделением на маленькие, средние и большие. Результаты измерения вихревых токов могут быть записаны в системе SCADA и могут быть соотнесены с партией алюминия (или другого обрабатываемого металла) и временем ее изготовления.Eddy current flaw detectors can be used to continuously monitor the surface quality of aluminum rod. Inclusions can be detected if they are near the surface of the rod, since an inclusion in the matrix appears as an isolated defect. During the casting and rolling of aluminum rod, defects present in the finished product can occur at any stage of the process. Incorrect chemistry of the melt and / or excessive amounts of hydrogen in the metal can cause defects to occur during rolling. The use of an eddy current system is a non-destructive testing method, and the control system for the CCRS system can alert the operator (operators) if any of the above defects occur. The eddy current system can detect surface defects and classify defects into small, medium and large. The eddy current measurement results can be recorded in the SCADA system and can be related to the aluminum (or other metal being processed) lot and its production time.

После того, как пруток намотан в бунт в конце процесса, общие механические и электрические свойства литого алюминия могут быть измерены и записаны в система SCADA. При проверке качества продукции используются следующие показатели: прочность на растяжение, относительное удлинение и проводимость. Прочность на растяжение является критерием прочности материалов и представляет собой максимальную силу, которой может противостоять материал при растяжении перед разрушением. Относительное удлинение является критерием пластичности материала. Результаты измерения проводимости обычно приводятся в процентах от "Международного стандарта для отожженной меди" (IACS). Эти показатели качества продукции могут быть записаны в системе SCADA и соотнесены с партией алюминия и временем ее изготовления.After the rod is wound into a coil at the end of the process, the overall mechanical and electrical properties of the cast aluminum can be measured and recorded in the SCADA system. The following parameters are used in checking the quality of the product: tensile strength, elongation, and conductivity. Tensile strength is a measure of the strength of the materials and is the maximum force that the material can withstand when stretched before breaking. Elongation is a measure of the ductility of the material. Conductivity measurements are usually given as a percentage of the International Annealed Copper Standard (IACS). These product quality parameters can be recorded in the SCADA system and related to the aluminum batch and its production time.

В дополнение к данным по вихревым токам, с использованием испытаний на скручивание может проводиться анализ поверхности. Литой алюминиевый пруток подвергают испытанию на контролируемое кручение. В скрученном прутке усиливаются и проявляются дефекты, связанные с несоответствующей кристаллизацией и включениями, и продольные дефекты, возникающие во время прокатки. Если говорить в общем, эти дефекты проявляются в виде рубца, параллельного направлению прокатки. Ряд параллельных линий после скручивания прутка по часовой стрелке и против часовой стрелки указывает на однородность образца, в то время как неоднородности, возникающие при литье, будут приводить к появлению волнообразных линий. Результаты испытаний на скручивание могут быть записаны в системе SCADA и соотнесены с партией алюминия и временем ее изготовления.In addition to eddy current data, surface analysis can be performed using torsion testing. Cast aluminum rod is subjected to a controlled torsion test. In the twisted rod, defects associated with improper solidification, inclusions, and longitudinal defects that occur during rolling are amplified and revealed. Generally speaking, these defects appear as a scar parallel to the rolling direction. A series of parallel lines after twisting the rod clockwise and counterclockwise indicates a homogeneous sample, while inhomogeneities that occur during casting will result in wavy lines. The torsion test results can be recorded in a SCADA system and related to the aluminum batch and its production time.

Анализ образцовSample analysis

Рассмотренные ниже образцы были изготовлены с использованием указанной выше CCR-системы. Процесс литья и прокатки, в ходе которого получали эти образцы, начинался с транспортировки из системы плавильных и подогревательных печей непрерывного потока расплавленного алюминия, который подавался через систему лотков из огнеупорного материала либо в систему для химического измельчения зерна, находящуюся на этой же технологической линии, либо в рассмотренную выше систему для ультразвукового измельчения зерна. В дополнение к этому, CCR-система включала рассмотренную выше систему для ультразвуковой дегазации, в которой используются волны ультразвука и продувочный газ для удаления растворенного водорода или других газов из расплавленного алюминия. Из дегазатора расплавленный металл поступал в фильтр для расплавленного металла с пористыми керамическими элементами, который дополнительно уменьшал содержание в нем включений. Затем система желобов транспортировала расплавленный алюминий в разливочное устройство. Из разливочного устройства расплавленный алюминий заливался в литейную форму, образованную окружной канавкой в медном литейном кольце и стальной полосой, как рассмотрено выше. Для получения твердого литого стержня расплавленный алюминий охлаждался при помощи воды, при подаче распределяемой при помощи разбрызгивающих форсунок из многозонных водяных коллекторов, снабженных магнитными расходомерами для важных зон. Непрерывный алюминиевый литой стержень выходил с литейного кольца на конвейер для отвода стержня, ведущий в прокатный стан.The samples discussed below were produced using the CCR system described above. The casting and rolling process that produced these samples began with a continuous stream of molten aluminum being transported from the melting and reheating furnace system through a refractory trough system to either a chemical grain refiner on the same line or the ultrasonic grain refiner discussed above. In addition, the CCR system included the ultrasonic degasser system discussed above, which uses ultrasound waves and a purge gas to remove dissolved hydrogen or other gases from the molten aluminum. From the degasser, the molten metal passed to a porous ceramic molten metal filter, which further reduced the inclusion content of the molten metal. The trough system then transported the molten aluminum to the pouring device. From the casting device, molten aluminum was poured into a mold formed by a circumferential groove in a copper casting ring and a steel strip as discussed above. To produce a solid cast rod, the molten aluminum was cooled by water supplied by spray nozzles from multi-zone water collectors equipped with magnetic flow meters for important zones. A continuous aluminum cast rod exited the casting ring onto a rod conveyor leading to the rolling mill.

Прокатный стан включал клети, приводимые в действие по отдельности, которые уменьшали диаметр стержня. Затем пруток посылался в волочильный стан, где путем волочения пруткам придавался заранее определенный диаметр, и затем наматывался в бунт. После того, как пруток был намотан в бунт в конце процесса, измерялись общие механические и электрические свойства литого алюминия. При проверке качества используются следующие показатели: прочность на растяжение, относительное удлинение и проводимость. Прочность на растяжение является критерием прочности материалов и представляет собой максимальную силу, которой может противостоять материал при растяжении перед разрушением. Относительное удлинение является критерием пластичности материала. Результаты измерения проводимости обычно приводятся в процентах от "Международного стандарта для отожженной меди" (IACS).The rolling mill included individually driven stands that reduced the diameter of the rod. The rod was then sent to a drawing mill where it was drawn to a predetermined diameter and then wound into a coil. After the rod was wound into a coil at the end of the process, the general mechanical and electrical properties of the cast aluminum were measured. The following parameters are used in quality testing: tensile strength, elongation, and conductivity. Tensile strength is a measure of the strength of materials and is the maximum force that a material can withstand when stretched before breaking. Elongation is a measure of the ductility of the material. Conductivity results are usually given as a percentage of the International Annealed Copper Standard (IACS).

1) Прочность на растяжение является критерием прочности материалов и представляет собой максимальную силу, которой может противостоять материал при растяжении перед разрушением. Измерения прочности на растяжение и относительного удлинения проводились для одного и того же образца. Для измерения прочности на растяжение и относительного удлинения был выбран образец с базовой длиной 10" (254 мм). Стержневой образец был установлен в машину для испытаний на растяжение. Зажимы были размещены на отметках длины 10" (254 мм). Прочность на растяжение=Сила при разрушении (фунты)/Площадь поперечного сечения (πr 2 ), где r (дюймы) -радиус стержня.1) Tensile strength is a measure of the strength of materials and represents the maximum force that a material can withstand when stretched before failure. Tensile strength and elongation measurements were performed on the same specimen. A specimen with a 10" (254 mm) gauge length was selected for measuring tensile strength and elongation. The rod specimen was mounted in a tensile testing machine. The clamps were placed at the 10" (254 mm) length marks. Tensile strength = Force at Break (lbs) / Cross-sectional Area ( πr 2 ), where r (inches) is the radius of the rod.

2) Относительное удлинение в процентах=((L 1 - L 2 )/L 1 × 100. L 1 - первоначальная, базовая длина материала и L 2 - окончательная длина, получаемая при соединении двух частей разрушенного образца после испытания на растяжение и измерении полученной длины. Если говорить в общем, в образце из более пластичного материала будет наблюдаться более сильное сужение при растяжении.2) Relative elongation in percent = (( L 1 - L 2 )/ L 1 × 100. L 1 is the initial, basic length of the material and L 2 is the final length obtained by joining two parts of the destroyed sample after a tensile test and measuring the resulting length. Generally speaking, a sample made of a more plastic material will exhibit a greater narrowing under tension.

3) Проводимость: измерения проводимости в общем случае указывают как процент от "Международного стандарта для отожженной меди" (IACS). Измерение проводимости проводится с использованием моста Томсона, подробная информация приведена в ASTM B193-02. IACS - это показатель электрической проводимости металлов и сплавов по сравнению с проводником из стандартной отожженной меди; значение IACS, равное 100%, представляет собой проводимость 5,80 × 107 См (Сименс) на метр (58,0 МСм/м) при 20°С.3) Conductivity: Conductivity measurements are generally reported as a percentage of the International Annealed Copper Standard (IACS). Conductivity is measured using a Thomson bridge, details of which are given in ASTM B193-02. The IACS is a measure of the electrical conductivity of metals and alloys compared to a standard annealed copper conductor; an IACS value of 100% represents a conductivity of 5.80 x 10 7 S (Siemens) per meter (58.0 MS/m) at 20°C.

Описанный выше процесс изготовления непрерывного прутка используется не только для получения проводников из алюминия с сортом, подходящим для использования в электрических кабелях, при применении ультразвукового измельчения зерна и ультразвуковой дегазации он также может использоваться для получения алюминиевых сплавов, используемых в машиностроении. Для исследования процесса ультразвукового измельчения зерна были получены образцы в виде литого стержня, которые подвергались травлению.The continuous rod manufacturing process described above is not only used to produce aluminum conductors with grades suitable for use in electric cables, but by using ultrasonic grain refinement and ultrasonic degassing, it can also be used to produce aluminum alloys used in mechanical engineering. To study the ultrasonic grain refinement process, cast rod samples were obtained and etched.

Для определения свойств прутков был проведен сравнительный анализ прутка, отлитого с использованием процесса ультразвукового измельчения зерна, и прутка, отлитого с использованием обычных измельчителей зерна TIBOR. В Таблице 1 для сравнения приведены результаты для прутков, полученных при обработке с использованием устройства для ультразвукового измельчения, и результаты для прутков, полученных при обработке с использованием измельчителей зерна TIBOR.To determine the properties of the bars, a comparative analysis was conducted between the bars cast using the ultrasonic grain grinding process and the bars cast using conventional TIBOR grain grinders. Table 1 shows the results for the bars produced by processing using the ultrasonic grinding device and the results for the bars produced by processing using TIBOR grain grinders for comparison.

Таблица 1Table 1

Проверка качества: сравнение ультразвукового измельчения зерна с химическим измельчением зерна1 Quality Testing: Comparison of Ultrasonic Grain Grinding with Chemical Grain Grinding 1

Процесс ультразвукового измельчения зернаUltrasonic grain grinding process Проведенные испытанияTests carried out Диапазоны данныхData ranges Среднее значениеd Average value d Стандартное отклонениеStandard deviation Прочность на растяжениеa, кфунт/кв. дюймTensile strength a , kpsi 16,6-18,616.6-18.6 17,7617.76 0,810.81 Относительное удлинениеb Relative elongation b 5-85-8 66 1,361.36 Проводимостьc Conductivity c 61,7-61,961.7-61.9 61,7661.76 0,090.09 Добавление химического измельчителя зерна (TiBor)Adding a chemical grain grinder (TiBor) Проведенные испытанияTests carried out Диапазоны данныхData ranges Среднее значениеd Average value d Стандартное отклонениеStandard deviation Прочность на растяжениеa, кфунт/кв. дюймTensile strength a , kpsi 18-18,718-18.7 18,2918.29 0,290.29 Относительное удлинениеb Relative elongation b 5-75-7 6,236.23 0,530.53 Проводимостьc Conductivity c 61,5-61,761.5-61.7 61,6761,67 0,080.08

1 a: 1000 фунтов на кв. дюйм (× 6,895 МПа); b: в процентах; с: указано как процент от IACS d: среднее для 13 бунтов 1 a: 1000 psi (× 6.895 MPa); b: as a percentage; c: given as a percentage of IACS d: average of 13 coils

В скрученном прутке усилились и проявились дефекты, связанные с несоответствующей кристаллизацией и включениями, и продольные дефекты, возникшие во время процесса прокатки. Если говорить в общем, эти дефекты проявляются в виде рубца, параллельного направлению прокатки. Ряд параллельных линий после скручивания прутка по часовой стрелке и против часовой стрелки указывает на однородность образца, в то время как неоднородности, возникающие при литье, будут приводить к появлению волнообразных линий.In the twisted bar, the defects associated with inadequate crystallization and inclusions and longitudinal defects that arose during the rolling process were amplified and revealed. Generally speaking, these defects appear as a scar parallel to the rolling direction. A series of parallel lines after twisting the bar clockwise and counterclockwise indicates the homogeneity of the sample, while inhomogeneities that arise during casting will lead to the appearance of wavy lines.

Данные, приведенные ниже в Таблице 2, указывают, что при использовании ультразвука возникло очень небольшое число дефектов. Хотя нельзя сделать исчерпывающих выводов исключительно на основе этого набора данных, оказалось, что количество поверхностных дефектов, обнаруженных при помощи устройства для проверки с использованием вихревых токов, было ниже в случае материала, обработанного с использованием ультразвука.The data shown in Table 2 below indicate that very few defects were produced using ultrasound. Although no definitive conclusions can be drawn from this data set alone, it appears that the number of surface defects detected by the eddy current inspection device was lower for the ultrasonically processed material.

Таблица 2Table 2

Анализ дефектов: сравнение ультразвукового измельчения зерна с химическим измельчением зернаDefect Analysis: Comparison of Ultrasonic Grain Grinding with Chemical Grain Grinding

Процесс ультразвукового измельчения зернаUltrasonic grain grinding process Размер дефектаSize of the defect ДиапазоныRanges Среднее значениеAverage value Стандартное отклонениеStandard deviation БольшойBig 0-00-0 00 00 СреднийAverage 0-30-3 0,230.23 0,800.80 МаленькийSmall 0-60-6 2,152.15 1,871.87 Добавление химического измельчителя зерна (TiBor)Adding a chemical grain grinder (TiBor) Размер дефектаSize of the defect ДиапазоныRanges Среднее значениеAverage value Стандартное отклонениеStandard deviation БольшойBig 1-81-8 1,461.46 2,442.44 СреднийAverage 0-170-17 3,623.62 4,434.43 МаленькийSmall 0-220-22 6,926.92 6,756.75

Результаты испытания на скручивание показали, что качество поверхности прутка, полученного с использованием ультразвукового измельчения зерна, было столь же хорошим, как и качество поверхности прутка, полученного с использованием химических измельчителей зерна. После установки устройства для ультразвуковой обработки зерна на линии процесса изготовления непрерывного прутка (CR), использование химического измельчителя снизили до нуля, но при этом по-прежнему можно было получить высококачественный литой стержень. После этого горячекатаный пруток подвергался волочению с получением проволоки, имеющей размеры в диапазоне 0,1052" (2,67 мм) -0,1878" (4,77 мм). После этого проволока обрабатывалась с получением кабелей для воздушных линий электропередачи.The results of the twisting test showed that the surface quality of the rod produced using ultrasonic grain refiner was as good as that of the rod produced using chemical grain refiner. After installing the ultrasonic grain treatment device on the continuous rod (CR) production line, the use of chemical refiner was reduced to zero, but high-quality cast rod could still be obtained. The hot rolled rod was then drawn to obtain wires with dimensions in the range of 0.1052" (2.67 mm) - 0.1878" (4.77 mm). The wires were then processed to obtain overhead transmission cables.

Имеется два отдельных вида проводника, для которых могли бы использоваться изделия: алюминиевый провод со стальным сердечником ACSS (Aluminum Conductor Steel Supported - Алюминиевый проводник со стальной опорой) и алюминиевый провод со стальным сердечником ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced - Алюминиевый проводник со стальным усилением). Единственным различием между двумя процессами изготовления проводников является то, что алюминиевый провод ACSS подвергается отжигу после скручивания.There are two separate types of conductor that the products could be used for: Aluminum Conductor Steel Supported (ACSS) and Aluminum Conductor Steel Reinforced (ACSR). The only difference between the two conductor manufacturing processes is that the ACSS aluminum conductor is annealed after stranding.

На Фиг.10 приведена технологическая схема процесса изготовления провода ACSR. На этом чертеже показано превращение чистого расплавленного алюминия в алюминиевую проволоку, которая будет использоваться в проводе ACSR. Первым этапом процесса превращения является получение алюминиевого прутка из расплавленного алюминия. На следующем этапе пруток подвергается волочению при помощи нескольких волочильных матриц, и, в зависимости от окончательного диаметра, волочение может выполняться в несколько этапов. После того, как посредством волочения прутка получен окончательный диаметр, проволока наматывается на катушки с получением веса в диапазоне 200 фунтов (90,72 кг) - 500 фунтов (226,8 кг). Проволока из этих отдельных катушек накручивается вокруг стального скрученного кабеля с получением кабеля ACSR, содержащего несколько отдельных алюминиевых витых проводов. Число витых проводов и диаметр каждого их них будут зависеть от требований потребителя.Fig. 10 is a flow chart of the manufacturing process of ACSR conductor. This drawing shows the conversion of pure molten aluminum into aluminum wire to be used in ACSR conductor. The first step in the conversion process is to produce an aluminum rod from molten aluminum. The next step is to draw the rod through several drawing dies and, depending on the final diameter, the drawing may be done in several steps. After the final diameter is obtained by drawing the rod, the wire is wound onto spools to obtain weights in the range of 200 pounds (90.72 kg) to 500 pounds (226.8 kg). The wire from these individual spools is wound around a stranded steel cable to produce an ACSR cable containing several individual stranded aluminum wires. The number of stranded wires and the diameter of each stranded wire will depend on the customer's requirements.

На Фиг.11 приведена технологическая схема процесса изготовления провода ACSS. На этом чертеже показано превращение чистого расплавленного алюминия в алюминиевую проволоку, которая будет использоваться в проводе ACSS. Первым этапом процесса превращения является получение алюминиевого прутка из расплавленного алюминия. На следующем этапе пруток подвергается волочению при помощи нескольких волочильных матриц, и, в зависимости от окончательного диаметра, волочение может выполняться в несколько этапов. После того, как посредством волочения прутка получен окончательный диаметр, проволока наматывается на катушки с получением веса в диапазоне 200 фунтов (90,72 кг) - 500 фунтов (226,8 кг). Проволока из этих отдельных катушек накручивается вокруг стального скрученного кабеля с получением кабеля ACSS, содержащего несколько отдельных алюминиевых витых проводов. Число витых проводов и диаметр каждого из них будут зависеть от требований потребителя. Единственным различием между кабелями ACSR и ACSS является то, что после того, как алюминий накручен вокруг стального кабеля, кабель целиком подвергается термической обработке в печах, чтобы получить для алюминия состояние полного отжига. Важно отметить, что в случае кабеля ACSR прочность кабеля обеспечивается за счет сочетания прочности алюминиевого и стального проводов, в то время как в кабеле ACSS большая часть прочности обеспечивается за счет стали, находящейся в центральной части.Figure 11 is a flow chart of the manufacturing process of ACSS conductor. This drawing shows the conversion of pure molten aluminum into aluminum wire to be used in ACSS conductor. The first step in the conversion process is to produce an aluminum rod from molten aluminum. The next step is to draw the rod through several drawing dies and, depending on the final diameter, the drawing may be done in several steps. After the rod has been drawn to the final diameter, the wire is wound onto spools to obtain weights in the range of 200 pounds (90.72 kg) to 500 pounds (226.8 kg). The wire from these individual spools is wound around a stranded steel cable to produce an ACSS cable containing several individual stranded aluminum wires. The number of stranded wires and the diameter of each stranded wire will depend on the customer's requirements. The only difference between ACSR and ACSS cables is that after the aluminum is wrapped around the steel cable, the entire cable is heat treated in furnaces to give the aluminum a fully annealed condition. It is important to note that in the case of ACSR cable, the strength of the cable comes from the combination of the strength of the aluminum and steel wires, while in ACSS cable, most of the strength comes from the steel in the center.

На Фиг.12 приведена технологическая схема процесса изготовления алюминиевой полосы, где из полосы в конце получают кабель в металлической оболочке. На этом чертеже показано, что первым этапом процесса превращения является получение алюминиевого прутка из расплавленного алюминия. После этого пруток прокатывают с использованием нескольких матриц для превращения его в полосу, обычно имеющую ширину приблизительно 0,375" (9,53 мм) и толщину приблизительно 0,015" (0,38 мм) -0,018" (0,46 мм). Из прокатанной полосы получают тороидальные рулоны с весом приблизительно 600 фунтов (272,2 кг). Важно отметить, что с использованием прокатки можно также получить и другие значения ширины и толщины, но ширина 0,375" (9,53 мм) и толщина 0,015" (0,38 мм) -0,018" (0,46 мм) являются наиболее распространенными. Эти рулоны затем подвергают термической обработке в печах с получением для них состояния промежуточного отжига. В этом состоянии алюминий не является ни полностью твердым, ни полностью отожженным. Полосу затем используют как защитную рубашку, собранную как броня из соединенных между собой металлических лент (полос), в которую заключены один или более изолированных проводников электрического тока.Figure 12 is a flow chart of the process for producing aluminum strip where the strip is ultimately converted into a sheathed cable. This figure shows that the first step in the conversion process is to produce an aluminum rod from molten aluminum. The rod is then rolled through a series of dies to form a strip typically having a width of approximately 0.375" (9.53 mm) and a thickness of approximately 0.015" (0.38 mm) - 0.018" (0.46 mm). The rolled strip is formed into toroidal rolls weighing approximately 600 pounds (272.2 kg). It is important to note that other widths and thicknesses can also be produced using rolling, but a width of 0.375" (9.53 mm) and a thickness of 0.015" (0.38 mm) - 0.018" (0.46 mm) are the most common. These rolls are then heat treated in furnaces to obtain an intermediate annealed condition. In this condition, the aluminum is neither fully hard nor fully annealed. The strip is then used as a protective jacket, assembled as armor from interconnected metal tapes (strips), in which one or more insulated conductors of electric current are enclosed.

Приведенный ниже сравнительный анализ для этих процессов был выполнен для алюминиевой проволоки, полученной в результате волочения, которая была изготовлена с использованием процесса ультразвукового измельчения зерна, и алюминиевой проволоки, которая была изготовлена с использованием обычных измельчителей зерна TIBOR. Образцы, полученные в результате волочения, соответствовали всем спецификациям, в общих чертах приведенным в стандартах ASTM для электрического провода 1350.The following comparative analysis for these processes was performed for drawn aluminum wire that was produced using the ultrasonic grain refinement process and aluminum wire that was produced using conventional TIBOR grain refiners. The drawn samples met all specifications outlined in the ASTM 1350 Electrical Wire Standards.

Свойства обычного прутка, включающего химические измельчители зерна TIBORProperties of a conventional rod including chemical grain crushers TIBOR

Пруток 1350* ЕС, диаметр 0,375" (9,53 мм)Rod 1350 * EC, diameter 0.375" (9.53 mm) Прочность на растяжениеА, кфунт/кв. дюймTensile strength A , kpsi Прочность на растяжениеВ, МПаTensile strength B , MPa Относительное удлинениеС Relative elongation C IACSD, %IACS D , % Среднее значениеAverage value 14,4114.41 99,284999,2849 20,220.2 61,9861.98 Стандартное отклонениеStandard deviation 0,3645545230.364554523 2,5117806612,511780661 1,8055470091,805547009 0,097980.09798 MinMin 13,613.6 93,70493,704 1717 61,861.8 MaxMax 14,914.9 102,661102,661 2525 62,162.1 Пруток 8176* ЕEE, диаметр 0,375" (9,53 мм)Rod 8176 * EEE, diameter 0.375" (9.53 mm) Прочность на растяжениеА, кфунт/кв. дюймTensile strength A , kpsi Прочность на растяжениеВ, МПаTensile strength B , MPa Относительное удлинениеС Relative elongation C IACSD, %IACS D , % Среднее значениеAverage value 17,87517,875 123,15875123,15875 17,0517.05 59,7959.79 Стандартное отклонениеStandard deviation 0,7196353240.719635324 4,9582873854,958287385 0,2179449470,217944947 0,0994990.099499 MinMin 16,216.2 111,618111,618 1717 59,759.7 MaxMax 18,918.9 130,221130,221 1818 59,959.9 Пруток 5154*, диаметр 0,375" (9,53 мм)Rod 5154 * , diameter 0.375" (9.53 mm) Прочность на растяжениеА, кфунт/кв. дюймTensile strength A , kpsi Прочность на растяжениеВ, МПаTensile strength B , MPa Относительное удлинениеС Relative elongation C IACSD, %IACS D , % Среднее значениеAverage value 32,91532,915 226,78435226,78435 18,7518.75 -- Стандартное отклонениеStandard deviation 0,3581549940.358154994 2,4676879112,467687911 0,6982120020.698212002 -- MinMin 32,132.1 221,169221,169 1818 -- MaxMax 33,533.5 230,815230,815 2020 -- Пруток 5356*, диаметр 0,375" (9,53 мм)Rod 5356 * , diameter 0.375" (9.53 mm) Прочность на растяжениеА, кфунт/кв. дюймTensile strength A , kpsi Прочность на растяжениеВ, МПаTensile strength B , MPa Относительное удлинениеС Relative elongation C IACSD, %IACS D , % Среднее значениеAverage value 43,9743.97 302,9533302,9533 18,518.5 -- Стандартное отклонениеStandard deviation 0,6132699240.613269924 4,2254297784,225429778 0,50.5 -- MinMin 43,443.4 299,026299,026 1818 -- MaxMax 45,245.2 311,428311,428 1919 --

Свойства прутка с ультразвуковой обработкойProperties of ultrasonic treated rod

Пруток 1350* ЕС, диаметр 0,375" (9,53 мм)Rod 1350 * EC, diameter 0.375" (9.53 mm) Прочность на растяжениеА, кфунт/кв. дюймTensile strength A , kpsi Прочность на растяжениеВ, МПаTensile strength B , MPa Относительное удлинениеС Relative elongation C IACSD, %IACS D , % Среднее значениеAverage value 13,9313.93 95,977795,9777 21,121.1 62,1762.17 Стандартное отклонениеStandard deviation 0,4013726450.401372645 2,7654575232,765457523 2,32,3 0,1307670,130767 MinMin 13,213.2 90,94890,948 1717 6262 MaxMax 14,514.5 99,90599,905 2525 62,362.3 Пруток 8176* ЕEE, диаметр 0,375" (9,53 мм)Rod 8176 * EEE, diameter 0.375" (9.53 mm) Прочность на растяжениеА, кфунт/кв. дюймTensile strength A , kpsi Прочность на растяжениеВ, МПаTensile strength B , MPa Относительное удлинениеС Relative elongation C IACSD, %IACS D , % Среднее значениеAverage value 16,6316.63 114,5807114,5807 19,3519.35 60,8660.86 Стандартное отклонениеStandard deviation 0,8155366330.815536633 5,6190474025,619047402 1,388344341,38834434 0,048990.04899 MinMin 15,115.1 104,039104,039 1717 60,860.8 MaxMax 18,518.5 127,465127,465 2323 60,960.9 Пруток 5154*, диаметр 0,375" (9,53 мм)Rod 5154 * , diameter 0.375" (9.53 mm) Прочность на растяжениеА, кфунт/кв. дюймTensile strength A , kpsi Прочность на растяжениеВ, МПаTensile strength B , MPa Относительное удлинениеС Relative elongation C IACSD, %IACS D , % Среднее значениеAverage value 33,9733.97 234,0533234,0533 18,918.9 -- Стандартное отклонениеStandard deviation 0,4910193480.491019348 3,3831233073,383123307 0,994987440.99498744 -- MinMin 33,233.2 228,748228,748 1818 -- MaxMax 34,734.7 239,083239,083 2222 -- Пруток 5356*, диаметр 0,375" (9,53 мм)Rod 5356 * , diameter 0.375" (9.53 mm) Прочность на растяжениеА, кфунт/кв. дюймTensile strength A , kpsi Прочность на растяжениеВ, МПаTensile strength B , MPa Относительное удлинениеС Relative elongation C IACSD, %IACS D , % Среднее значениеAverage value 41,541.5 285,935285,935 19,219.2 -- Стандартное отклонениеStandard deviation 0,7615773110.761577311 5,247267675,24726767 0,871779790.87177979 -- MinMin 40,140.1 276,289276,289 1818 -- MaxMax 42,642.6 293,514293,514 2020 --

Условия обработки прутков с ультразвуковой обработкойConditions for processing rods with ultrasonic treatment

Обозначение сплаваAlloy designation Скорость литьяCasting speed Степень ультра-звуковой дегазацииDegree of ultrasonic degassing Частота при ультра-звуковой дегазацииFrequency in ultrasonic degassing Степень ультра-звукового измельчения зернаDegree of ultrasonic grain grinding Частота при ультра-звуковом измельчении зернаFrequency in ultrasonic grain grinding 1350 (ЕС) 1350 (EU) 15 тонн в час15 tons per hour 60% 60% 20 кГц 20 kHz 80% 80% 20 кГц 20 kHz 8176 (ЕЕЕ) 8176 (EEE) 15 тонн в час15 tons per hour 60% 60% 20 кГц 20 kHz 80% 80% 20 кГц 20 kHz 5154 5154 4 тонны в час4 tons per hour 60% 60% 20 кГц 20 kHz 80% 80% 20 кГц 20 kHz 5356 5356 4 тонны в час4 tons per hour 60% 60% 20 кГц 20 kHz 80% 80% 20 кГц 20 kHz

* Обозначения сплавов даны в соответствии со спецификациями Ассоциации производителей алюминия * Alloy designations are given in accordance with the specifications of the Aluminum Manufacturers Association

** провод ACSS ** ACSS cable

*** провод ACSR *** ACSR wire

A - 1000 фунтов на кв. дюймA - 1000 psi

В - Прочность на растяжение в МПаB - Tensile strength in MPa

С - Относительное удлинение в процентахC - Relative elongation in percent

D - Международный стандарт для отожженной медиD - International Standard for Annealed Copper

* Длина приведена в дюймах * Length is in inches

На Фиг.15 приведены микрофотоснимки алюминиевого сплава 1350 ЕС для сравнения структуры зерна в отливках в случае отсутствия химических измельчителей зерна, наличия химических измельчителей зерна и наличия только ультразвукового измельчения зерна;Fig. 15 shows microphotographs of aluminum alloy 1350 EC for comparison of grain structure in castings in the absence of chemical grain grinders, in the presence of chemical grain grinders, and in the presence of only ultrasonic grain grinding;

На Фиг.16 приведена таблица для сравнения обычного прутка из алюминиевого сплава 1350 ЕС (с химическими измельчителями зерна) с прутком из алюминиевого сплава 1350 ЕС (с ультразвуковым измельчением зерна);Fig. 16 shows a table for comparing a conventional 1350 EC aluminum alloy rod (with chemical grain grinders) with a 1350 EC aluminum alloy rod (with ultrasonic grain grinding);

На Фиг.17 приведена таблица для сравнения обычного алюминиевого провода ACSR (с химическими измельчителями зерна), имеющего диаметр 0,130" (3,3 мм), с алюминиевым проводом ACSR (с ультразвуковым измельчением зерна), имеющим диаметр 0,130" (3,3 мм);Fig. 17 shows a table comparing a conventional ACSR (chemical grain crusher) aluminum wire having a diameter of 0.130" (3.3 mm) with an ACSR (ultrasonic grain crusher) aluminum wire having a diameter of 0.130" (3.3 mm);

На Фиг.18 приведена таблица для сравнения обычного прутка из алюминиевого сплава 8176 ЕЕЕ (с химическими измельчителями зерна) с прутком из алюминиевого сплава 8176 ЕЕЕ (с ультразвуковым измельчением зерна);Fig. 18 shows a table for comparing a conventional rod made of aluminum alloy 8176 EEE (with chemical grain grinders) with a rod made of aluminum alloy 8176 EEE (with ultrasonic grain grinding);

На Фиг.19 приведена таблица для сравнения обычного прутка из алюминиевого сплава 5154 (с химическими измельчителями зерна) с прутком из алюминиевого сплава 5154 (с ультразвуковым измельчением зерна);Fig. 19 shows a table comparing a conventional 5154 aluminum alloy rod (with chemical grain grinders) with a 5154 aluminum alloy rod (with ultrasonic grain grinding);

На Фиг.20 приведена таблица для сравнения обычной полосы из алюминиевого сплава 5154 (с химическими измельчителями зерна) с полосой из алюминиевого сплава 5154 (с ультразвуковым измельчением зерна);Fig. 20 shows a table for comparing a conventional 5154 aluminum alloy strip (with chemical grain grinders) with a 5154 aluminum alloy strip (with ultrasonic grain grinding);

На Фиг.21 приведена таблица, в которой указаны свойства прутка из алюминиевого сплава 5356 (с ультразвуковым измельчением зерна).Fig. 21 shows a table indicating the properties of a rod made of aluminum alloy 5356 (with ultrasonic grain refinement).

Общие положения изобретенияGeneral provisions of the invention

В приведенных далее положениях изобретения указаны одна или более характеристик настоящего изобретения, и эти положения не ограничивают объем настоящего изобретения.The following provisions of the invention indicate one or more characteristics of the present invention and do not limit the scope of the present invention.

Положение 1. Устройство для обработки расплавленного металла, предназначенное для использования на литейном колесе литейной установки, которое содержит: узел, установленный на литейном колесе (или связанный с ним), который включает по меньшей мере один источник энергии колебаний, вводящий (например, который имеет конструкцию, позволяющую вводить) энергию колебаний (например, энергию ультразвука, энергию, созданную механическим путем, и/или энергию звука) в расплавленный металл, заливаемый на литейное колесе, во время охлаждения этого металла, находящегося на литейном колесе, опорное устройство, удерживающее упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний, и, в качестве необязательного варианта, направляющее устройство, позиционирующее узел при перемещении литейного колеса.Provision 1. A device for processing molten metal, intended for use on a casting wheel of a casting machine, which comprises: an assembly mounted on the casting wheel (or associated with it), which includes at least one source of vibration energy, introducing (for example, which is designed to introduce) vibration energy (for example, ultrasonic energy, energy created mechanically, and/or sound energy) into molten metal poured onto the casting wheel, during the cooling of this metal located on the casting wheel, a support device holding said at least one source of vibration energy, and, as an optional option, a guide device positioning the assembly when moving the casting wheel.

Положение 2. Устройство в соответствии с Положением 1, в котором опорное устройство включает корпус, содержащий канал охлаждения, обеспечивающий транспортировку охлаждающей среды. Положение 3. Устройство в соответствии с Положением 2, в котором в канале охлаждения находится упомянутая охлаждающая среда, содержащая по меньшей мере одно из следующего: воду, газ, жидкий металл и масло для двигателя.Provision 2. A device according to Provision 1, wherein the supporting device comprises a housing containing a cooling channel that provides for the transport of a cooling medium. Provision 3. A device according to Provision 2, wherein said cooling medium is located in the cooling channel, containing at least one of the following: water, gas, liquid metal and engine oil.

Положение 4. Устройство в соответствии с Положениями 1, 2, 3 или 4, 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.Provision 4. A device according to Provisions 1, 2, 3 or 4, wherein said at least one source of vibration energy comprises at least one ultrasonic transducer, at least one mechanically driven vibrator or a combination thereof.

Положение 5. Устройство в соответствии с Положением 4, в котором ультразвуковой преобразователь (например, пьезоэлектрический элемент) выполнен с возможностью создания энергии колебаний в диапазоне частот до 400 кГц, или в котором ультразвуковой преобразователь (например, магнитострикционный элемент) выполнен с возможностью создания энергии колебаний в диапазоне частот 20-200 кГц. Provision 5. A device in accordance with Provision 4, in which the ultrasonic transducer (e.g., a piezoelectric element) is designed to generate oscillation energy in the frequency range of up to 400 kHz, or in which the ultrasonic transducer (e.g., a magnetostrictive element) is designed to generate oscillation energy in the frequency range of 20-200 kHz.

Положение 6. Устройство в соответствии с Положением 1, 2 или 3, в котором вибратор с механическим приводом представляет собой множество вибраторов с механическим приводом. Provision 6. A device according to Provision 1, 2 or 3, wherein the mechanically driven vibrator is a plurality of mechanically driven vibrators.

Положение 7. Устройство в соответствии с Положением 4, в котором вибратор с механическим приводом выполнен с возможностью создания энергии колебаний в диапазоне частот до 10 кГц, или в котором вибратор с механическим приводом выполнен с возможностью создания энергии колебаний в диапазоне 8000-15000 колебаний в минуту.Provision 7. A device in accordance with Provision 4, in which the vibrator with a mechanical drive is designed to generate oscillation energy in the frequency range of up to 10 kHz, or in which the vibrator with a mechanical drive is designed to generate oscillation energy in the range of 8000-15000 oscillations per minute.

Положение 8а. Устройство в соответствии с Положением 1, в котором литейное колесо включает полосу, служащую границей для расплавленного металла, находящегося в канале этого колеса. Provision 8a. The apparatus of Provision 1, wherein the casting wheel includes a strip serving as a boundary for the molten metal contained in the channel of the wheel.

Положение 8b. Устройство в соответствии с любым из Положений 1-7, в котором узел расположен выше литейного колеса и имеет проходы в корпусе для прохождения через них полосы, служащей границей для расплавленного металла, находящегося в канале этого колеса. Provision 8b. An apparatus according to any of Provisions 1-7, wherein the unit is located above the casting wheel and has passages in the housing for the passage of a strip therethrough, which serves as a boundary for molten metal located in the channel of that wheel.

Положение 9. Устройство в соответствии с Положением 8, в котором полосу позиционируют в направлении вдоль корпуса, чтобы сделать возможным протекание охлаждающей среды из канала охлаждения по стороне этой полосы, противоположной ее стороне, с которой находится расплавленный металл.Position 9. The device according to Position 8, in which the strip is positioned in a direction along the body to allow the cooling medium to flow from the cooling channel along the side of this strip opposite to the side on which the molten metal is located.

Положение 10. Устройство в соответствии с любым из Положений 1-9, 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. Provision 10. A device according to any of Provisions 1-9, wherein the support device comprises at least one of the following: niobium, a niobium alloy, titanium, a titanium alloy, tantalum, a tantalum alloy, copper, a copper alloy, rhenium, a rhenium alloy, steel, molybdenum, a molybdenum alloy, stainless steel, ceramic, composite, polymer or metal.

Положение 11. Устройство в соответствии с Положением 10, в котором керамика содержит керамику из нитрида кремния. Provision 11. A device according to Provision 10, wherein the ceramic comprises silicon nitride ceramic.

Положение 12. Устройство в соответствии с Положением 11, в котором керамика из нитрида кремния содержит SIALON.Provision 12. A device according to Provision 11, wherein the silicon nitride ceramic comprises SIALON.

Положение 13. Устройство в соответствии с любым из Положений 1-12, в котором корпус содержит огнеупорный материал. Provision 13. An appliance in accordance with any of Provisions 1 to 12, wherein the body comprises a fire-resistant material.

Положение 14. Устройство в соответствии с Положением 13, в котором огнеупорный материал содержит по меньшей мере одно из следующего: медь, ниобий, ниобий и молибден, тантал, вольфрам, рений и их сплавы. Provision 14. An apparatus according to Provision 13, wherein the refractory material comprises at least one of the following: copper, niobium, niobium and molybdenum, tantalum, tungsten, rhenium and alloys thereof.

Положение 15. Устройство в соответствии с Положением 14, в котором огнеупорный материал содержит одно или более из следующего: кремний, кислород или азот.Provision 15. An apparatus according to Provision 14 wherein the refractory material contains one or more of the following: silicon, oxygen or nitrogen.

Положение 16. Устройство в соответствии с любым из Положений 1-15, в котором из упомянутых источников энергии колебаний, насчитывающих по меньшей мере один, несколько источников энергии колебаний контактируют с охлаждающей средой, например, контактирует с охлаждающей средой, протекающей через опорное устройство или направляющее устройство. Положение 17. Устройство в соответствии с Положением 16, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит по меньшей мере один виброзонд, установленный в канале охлаждения, имеющемся в опорном устройстве. Положение 18. Устройство в соответствии с любым из Положений 1-3 и 6-15, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит по меньшей мере один виброзонд, контактирующий с опорным устройством. Положение 19. Устройство в соответствии с любым из Положений 1-3 и 6-15, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит по меньшей мере один виброзонд, контактирующий с полосой у основания опорного устройства. Положение 20. Устройство в соответствии с любым из Положений 1-19, в котором упомянутые источники энергии колебаний, насчитывающие по меньшей мере один, содержат множество источников энергии колебаний, установленных в опорном устройстве в разных положениях.Provision 16. A device according to any of Provisions 1-15, wherein several of said vibration energy sources, comprising at least one, are in contact with the cooling medium, for example, are in contact with the cooling medium flowing through the support device or the guide device. Provision 17. A device according to Provision 16, wherein said at least one vibration energy source comprises at least one vibration probe installed in a cooling channel present in the support device. Provision 18. A device according to any of Provisions 1-3 and 6-15, wherein said at least one vibration energy source comprises at least one vibration probe in contact with the support device. Provision 19. A device according to any of Provisions 1-3 and 6-15, wherein said at least one vibration energy source comprises at least one vibration probe in contact with the strip at the base of the support device. Provision 20. A device according to any of Provisions 1-19, wherein said vibration energy sources, numbering at least one, comprise a plurality of vibration energy sources mounted in the support device in different positions.

Положение 21. Устройство в соответствии с любым из Положений 1-20, в котором направляющее устройство расположено на полосе, находящейся на ободе литейного колеса.Provision 21. A device in accordance with any of Provisions 1 to 20, wherein the guide device is located on a strip located on the rim of the casting wheel.

Положение 22. Способ изготовления металлического изделия, содержащий следующие этапы:Provision 22. A method for manufacturing a metal product comprising the following stages:

- помещают расплавленный металл во вмещающий элемент литейной установки;- place the molten metal into the containing element of the casting installation;

- охлаждают расплавленный металл, находящийся во вмещающем элементе; и- cool the molten metal contained in the containing element; and

- вводят энергию колебаний в расплавленный металл, находящийся во вмещающем элементе, во время упомянутого охлаждения.- introduce vibration energy into the molten metal located in the containing element during the said cooling.

Положение 23. Способ в соответствии с Положением 22, в котором помещение расплавленного металла содержит заливку расплавленного металла в канал в литейном колесе.Provision 23. The method according to Provision 22, wherein placing the molten metal comprises pouring the molten metal into a channel in a casting wheel.

Положение 24. Способ в соответствии с Положениями 22 или 23, в котором ввод энергии колебаний содержит подачу этой энергии из ультразвукового преобразователя и/или магнитострикционного преобразователя. Положение 25. Способ в соответствии с Положением 24, в котором подача энергии колебаний содержит создание энергии колебаний в диапазоне частот 5-40 кГц. Положение 26. Способ в соответствии с Положениями 22 или 23, в котором ввод энергии колебаний содержит подачу этой энергии из вибратора с механическим приводом. Положение 27. Способ в соответствии с Положением 26, в котором подача энергии колебаний содержит создание энергии колебаний в диапазоне частот 8000-15000 колебаний в минуту или до 10 кГц.Provision 24. The method according to Provisions 22 or 23, wherein the input of vibration energy comprises supplying this energy from an ultrasonic transducer and/or a magnetostrictive transducer. Provision 25. The method according to Provision 24, wherein the supply of vibration energy comprises generating vibration energy in the frequency range of 5-40 kHz. Provision 26. The method according to Provisions 22 or 23, wherein the input of vibration energy comprises supplying this energy from a vibrator with a mechanical drive. Provision 27. The method according to Provision 26, wherein the supply of vibration energy comprises generating vibration energy in the frequency range of 8000-15000 vibrations per minute or up to 10 kHz.

Положение 28. Способ в соответствии с любым из Положений 22-27, в котором охлаждение содержит охлаждение расплавленного металла за счет воздействия по меньшей мере одного из следующего: воды, газа, жидкого металла и масла для двигателя на вмещающий элемент, удерживающий расплавленный металл.Provision 28. A method according to any of Provisions 22-27, wherein cooling comprises cooling the molten metal by exposing the molten metal retaining member to at least one of water, gas, liquid metal, and engine oil.

Положение 29. Способ в соответствии с любым из Положений 22-28, в котором помещение расплавленного металла содержит подачу расплавленного металла в литейную форму. Положение 30. Способ в соответствии с любым из Положений 22-29, в котором помещение расплавленного металла содержит подачу расплавленного металла в форму для непрерывного литья. Положение 31. Способ в соответствии с любым из Положений 22-30, в котором помещение расплавленного металла содержит подачу расплавленного металла в горизонтальную или вертикальную литейную форму.Provision 29. A method according to any of Provisions 22-28, wherein placing molten metal comprises feeding molten metal into a casting mould. Provision 30. A method according to any of Provisions 22-29, wherein placing molten metal comprises feeding molten metal into a continuous casting mould. Provision 31. A method according to any of Provisions 22-30, wherein placing molten metal comprises feeding molten metal into a horizontal or vertical casting mould.

Положение 32. Литейная установка, содержащая литейную форму, выполненную с возможностью охлаждения расплавленного металла, и устройство для обработки расплавленного металла в соответствии с любым из Положений 1-21. Положение 33. Литейная установка в соответствии с Положением 32, в которой литейная форма содержит форму для непрерывного литья. Положение 34. Литейная установка в соответствии с Положениями 32 или 33, в которой литейная форма содержит горизонтальную или вертикальную литейную форму.Provision 32. A casting plant comprising a casting mould adapted to cool molten metal and a device for handling molten metal in accordance with any of Provisions 1 to 21. Provision 33. A casting plant according to Provision 32, in which the casting mould comprises a continuous casting mould. Provision 34. A casting plant according to Provisions 32 or 33, in which the casting mould comprises a horizontal or vertical casting mould.

Положение 35. 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.Provision 35. A casting installation comprising: an element containing molten metal, which is designed with the possibility of cooling this metal; and a source of oscillation energy attached to the said containing element and designed with the possibility of introducing oscillation energy with a frequency of up to 400 kHz into the molten metal.

Положение 36. 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 (включая диапазоны 0-15000 колебаний в минуту и 8000-15000 колебаний в минуту).Provision 36. A casting installation comprising: an element containing molten metal, which is designed with the possibility of cooling this metal; and a source of oscillation energy with a mechanical drive, attached to the said containing element and designed with the possibility of introducing oscillation energy into the molten metal with a frequency in the range of up to 10 kHz (including ranges of 0-15,000 oscillations per minute and 8,000-15,000 oscillations per minute).

Положение 37. 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 (включая диапазоны 0-15000 колебаний в минуту, 8000-15000 колебаний в минуту, до 10 кГц, 15-40 кГц или 20-200 кГц); и контроллер, выполненный с возможностью получения сигналов данных и вывода управляющих сигналов и запрограммированный с использованием алгоритмов управления, обеспечивающих выполнение любого из этапов, указанных в Положениях 22-31.Provision 37. A system for manufacturing a metal article comprising: means for pouring molten metal into an element containing the molten metal; means for cooling said containing element; means for introducing into the molten metal oscillation energy with a frequency of up to 400 kHz (including ranges of 0-15,000 oscillations per minute, 8,000-15,000 oscillations per minute, up to 10 kHz, 15-40 kHz or 20-200 kHz); and a controller configured to receive data signals and output control signals and programmed using control algorithms that ensure the execution of any of the steps specified in Provisions 22-31.

Положение 38. Система для изготовления металлического изделия, содержащая: устройство для обработки расплавленного металла в соответствии с любым из Положений 1-21; и контроллер, выполненный с возможностью получения сигналов данных и вывода управляющих сигналов и запрограммированный с использованием алгоритмов управления, обеспечивающих выполнение любого из этапов, указанных в Положениях 22-31.Provision 38. A system for manufacturing a metal article comprising: a device for processing molten metal in accordance with any of Provisions 1-21; and a controller configured to receive data signals and output control signals and programmed using control algorithms that ensure the performance of any of the steps specified in Provisions 22-31.

Положение 39. 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 при перемещении литейного колеса.Provision 39. A system for producing a metal article comprising: an assembly associated with a casting wheel which includes a housing which retains a cooling medium in such a way as to make it possible for molten metal poured onto the casting wheel to be cooled by this cooling medium, and a device which positions this assembly when the casting wheel is moved.

Положение 40. Система в соответствии с Положением 38, включающая любой из элементов, указанных в Положениях 2, 3, 8-15 и 21.Regulation 40. A system in accordance with Regulation 38, including any of the elements specified in Regulations 2, 3, 8-15 and 21.

Положение 41. 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.Provision 41. A device for processing molten metal intended for use in a casting installation, which comprises: at least one source of vibration energy introducing vibration energy into molten metal poured onto a casting wheel during cooling of this metal located on the casting wheel; and a support device holding the source of vibration energy.

Положение 42. Устройство в соответствии с Положением 41, включающее любой из элементов, указанных в Положениях 4-15.Regulation 42. A device in accordance with Regulation 41 incorporating any of the elements specified in Regulations 4 to 15.

Положение 43. Устройство для обработки расплавленного металла, предназначенное для использования на литейном колесе литейной установки, которое содержит: узел, связанный с литейный колесом, который включает 1) 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, 2) опорное устройство, удерживающее упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний, и, в качестве необязательного варианта, 3) направляющее устройство, позиционирующее узел при перемещении литейного колеса.Provision 43. A device for handling molten metal, intended for use on a casting wheel of a casting machine, which comprises: an assembly associated with the casting wheel, which includes 1) at least one source of vibration energy, introducing vibration energy into molten metal poured onto the casting wheel, during the cooling of this metal located on the casting wheel, 2) a support device holding said at least one source of vibration energy, and, as an optional option, 3) a guide device positioning the assembly when moving the casting wheel.

Положение 44. Устройство в соответствии с Положением 43, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний вводит энергию колебаний непосредственно в расплавленный металл, заливаемый на литейное колесо.Provision 44. The device according to Provision 43, wherein said at least one source of vibration energy introduces vibration energy directly into the molten metal poured onto the casting wheel.

Положение 45. Устройство в соответствии с Положением 43, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний вводит энергию колебаний в расплавленный металл, заливаемый на литейное колесо, опосредованно.Provision 45. The device according to Provision 43, wherein said at least one source of vibration energy indirectly introduces vibration energy into the molten metal poured onto the casting wheel.

Положение 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.Provision 46. A device for treating molten metal intended for use in a casting installation, which comprises: at least one source of vibration energy introducing vibration energy by means of a probe introduced into the molten metal poured onto a casting wheel during the cooling of this metal located on the casting wheel; and a support device holding the source of vibration energy, wherein the vibration energy reduces segregation in the molten metal during its crystallization.

Положение 47. Устройство в соответствии с Положением 46, включающее любой из элементов, указанных в Положениях 2-21.Regulation 47. A device in accordance with Regulation 46 incorporating any of the elements specified in Regulations 2 to 21.

Положение 48. Устройство для обработки расплавленного металла, предназначенное для использования в литейной установке, которое содержит: по меньшей мере один источник энергии колебаний, вводящий энергию звука в расплавленный металл, заливаемый на литейное колесо, во время охлаждения этого металла, находящегося на литейном колесе; и опорное устройство, удерживающее источник энергии колебаний.Provision 48. A device for treating molten metal, intended for use in a casting installation, which comprises: at least one source of vibration energy introducing sound energy into molten metal poured onto a casting wheel during cooling of this metal located on the casting wheel; and a support device holding the source of vibration energy.

Положение 49. Устройство в соответствии с Положением 48, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит усилитель звука.Provision 49. A device according to Provision 48, wherein said at least one source of vibration energy comprises a sound amplifier.

Положение 50. Устройство в соответствии с Положением 49, в котором усилитель звука вводит энергию колебаний в расплавленный металл через газообразную среду.Provision 50. An apparatus according to Provision 49, in which the sound amplifier introduces vibration energy into the molten metal through a gaseous medium.

Положение 51. Устройство в соответствии с Положением 49, в котором усилитель звука вводит энергию колебаний через газообразную среду в опорный элемент, удерживающий расплавленный металл.Provision 51. An apparatus according to Provision 49, in which the sound amplifier introduces vibration energy through a gaseous medium into a support member holding the molten metal.

Положение 52. Способ измельчения зерна, содержащий следующие этапы: вводят энергию колебаний в расплавленный металл во время его охлаждения; и разрушают на части дендриты, возникшие в расплавленном металле, для создания в нем центров кристаллизации.Provision 52. A method of grain refinement comprising the following steps: introducing vibration energy into molten metal during its cooling; and breaking apart dendrites that have arisen in the molten metal to create crystallization centers in it.

Положение 53. Способ в соответствии с Положением 52, в котором энергия колебания содержит по меньшей мере одно из следующего: ультразвуковые колебания, колебания, созданные механическим путем, и звуковые колебания.Provision 53. The method according to Provision 52, wherein the vibration energy comprises at least one of the following: ultrasonic vibrations, mechanically generated vibrations, and sound vibrations.

Положение 54. Способ в соответствии с Положением 52, в котором инородные примеси не являются источником центров кристаллизации в расплавленном металле.Provision 54. The method according to Provision 52, wherein foreign impurities are not a source of crystallization centers in the molten metal.

Положение 55. Способ в соответствии с Положением 52, в котором для создания дендритов часть расплавленного металла переохлаждают.Provision 55. The method of Provision 52, wherein a portion of the molten metal is supercooled to create dendrites.

Положение 56. Устройство для обработки расплавленного металла, содержащее:Provision 56. A device for processing molten metal, comprising:

- источник расплавленного металла;- source of molten metal;

- ультразвуковой дегазатор, включающий ультразвуковой зонд, введенный в расплавленный металл;- an ultrasonic degasser, including an ultrasonic probe inserted into the molten metal;

- литейную форму, предназначенную для приема расплавленного металла;- a casting mold designed to receive molten metal;

- узел, установленный на литейной форме, который включает:- a unit installed on a casting mold, which includes:

- 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- at least one source of vibration energy that introduces vibration energy into the molten metal poured into the casting mold during the cooling of this metal located in the casting mold, and

- опорное устройство, удерживающее упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний.- a support device holding said at least one source of vibration energy.

Положение 57. Устройство в соответствии с Положением 56, в котором литейная форма содержит часть литейного колеса литейной установки.Provision 57. A device according to Provision 56, wherein the casting mould comprises part of a casting wheel of a casting machine.

Положение 58. Устройство в соответствии с Положением 56, в котором опорное устройство включает корпус, содержащий канал охлаждения, обеспечивающий транспортировку охлаждающей среды.Provision 58. A device according to Provision 56, wherein the supporting device comprises a housing containing a cooling channel providing for the transport of a cooling medium.

Положение 59. Устройство в соответствии с Положением 58, в котором в канале охлаждения находится упомянутая охлаждающая среда, содержащая по меньшей мере одно из следующего: воду, газ, жидкий металл и масло для двигателя.Provision 59. A device according to Provision 58, wherein said cooling medium is located in the cooling channel, comprising at least one of the following: water, gas, liquid metal and engine oil.

Положение 60. Устройство в соответствии с Положением 56, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит ультразвуковой преобразователь.Provision 60. A device according to Provision 56, wherein said at least one source of vibration energy comprises an ultrasonic transducer.

Положение 61. Устройство в соответствии с Положением 56, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит вибратор с механическим приводом.Provision 61. A device according to Provision 56, wherein said at least one source of vibration energy comprises a vibrator with a mechanical drive.

Положение 62. Устройство в соответствии с Положением 61, в котором вибратор с механическим приводом выполнен с возможностью создания энергии колебаний в диапазоне частот до 10 кГц.Provision 62. A device in accordance with Provision 61, in which the mechanically driven vibrator is designed to generate oscillation energy in the frequency range up to 10 kHz.

Положение 63. Устройство в соответствии с Положением 56, в котором литейная форма включает полосу, служащую границей для расплавленного металла, находящегося в канале литейного колеса.Provision 63. A device according to Provision 56, wherein the casting mould includes a strip serving as a boundary for the molten metal contained in the channel of the casting wheel.

Положение 64. Устройство в соответствии с Положением 63, в котором узел расположен выше литейного колеса и имеет проходы в корпусе для прохождения через них полосы, служащей границей для расплавленного металла, находящегося в канале этого колеса.Provision 64. A device according to Provision 63, in which the unit is located above the casting wheel and has passages in the body for the passage of a strip through which it serves as a boundary for the molten metal contained in the channel of that wheel.

Положение 65. Устройство в соответствии с Положением 64, в котором полосу позиционируют в направлении вдоль корпуса, чтобы сделать возможным протекание охлаждающей среды из канала охлаждения по стороне этой полосы, противоположной ее стороне, с которой находится расплавленный металл.Provision 65. The device according to Provision 64, in which the strip is positioned in a direction along the body to allow the cooling medium to flow from the cooling channel along the side of this strip opposite to the side on which the molten metal is located.

Положение 66. Устройство в соответствии с Положением 56, 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.Provision 66. The device according to Provision 56, wherein the support device comprises at least one of the following: niobium, a niobium alloy, titanium, a titanium alloy, tantalum, a tantalum alloy, copper, a copper alloy, rhenium, a rhenium alloy, steel, molybdenum, a molybdenum alloy, stainless steel, ceramic, composite, polymer or metal.

Положение 67. Устройство в соответствии с Положением 66, в котором керамика содержит керамику из нитрида кремния.Provision 67. A device according to Provision 66, wherein the ceramic comprises silicon nitride ceramic.

Положение 68. Устройство в соответствии с Положением 67, в котором керамика из нитрида кремния содержит SIALON.Provision 68. A device according to Provision 67, wherein the silicon nitride ceramic comprises SIALON.

Положение 69. Устройство в соответствии с Положением 64, в котором корпус содержит огнеупорный материал.Regulation 69. An appliance in accordance with Regulation 64 wherein the body contains a fire-resistant material.

Положение 70. Устройство в соответствии с Положением 69, в котором огнеупорный материал содержит по меньшей мере одно из следующего: медь, ниобий, ниобий и молибден, тантал, вольфрам, рений и их сплавы.Provision 70. An apparatus according to Provision 69, wherein the refractory material comprises at least one of the following: copper, niobium, niobium and molybdenum, tantalum, tungsten, rhenium and alloys thereof.

Положение 71. Устройство в соответствии с Положением 69, в котором огнеупорный материал содержит одно или более из следующего: кремний, кислород или азот.Regulation 71. An apparatus in accordance with Regulation 69 in which the refractory material contains one or more of the following: silicon, oxygen or nitrogen.

Положение 72. Устройство в соответствии с Положением 56, в котором из упомянутых источников энергии колебаний, насчитывающих по меньшей мере один, несколько источников энергии колебаний контактируют с охлаждающей средой.Provision 72. A device according to Provision 56, wherein of said vibration energy sources, comprising at least one, several vibration energy sources are in contact with the cooling medium.

Положение 73. Устройство в соответствии с Положением 72, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит по меньшей мере один виброзонд, установленный в канале охлаждения, имеющемся в опорном устройстве.Provision 73. The device according to Provision 72, wherein said at least one source of vibration energy comprises at least one vibration probe installed in a cooling channel present in the supporting device.

Положение 74. Устройство в соответствии с Положением 56, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит по меньшей мере один виброзонд, контактирующий с опорным устройством.Provision 74. The device according to Provision 56, wherein said at least one source of vibration energy comprises at least one vibration probe in contact with the support device.

Положение 75. Устройство в соответствии с Положением 56, в котором упомянутый по меньшей мере один источник энергии колебаний содержит по меньшей мере один виброзонд, непосредственно контактирующий с полосой у основания опорного устройства.Provision 75. A device according to Provision 56, wherein said at least one source of vibration energy comprises at least one vibration probe directly in contact with the strip at the base of the support device.

Положение 76. Устройство в соответствии с Положением 56, в котором упомянутые источники энергии колебаний, насчитывающие по меньшей мере один, содержат множество источников энергии колебаний, установленных в опорном устройстве в разных положениях.Provision 76. The device according to Provision 56, wherein said vibration energy sources, numbering at least one, comprise a plurality of vibration energy sources installed in the support device in different positions.

Положение 77. Устройство в соответствии с Положением 57, дополнительно содержащее направляющее устройство, позиционирующее узел при перемещении литейного колеса.Provision 77. The device in accordance with Provision 57, further comprising a guide device that positions the unit when the casting wheel is moved.

Положение 78. Устройство в соответствии с Положением 72, в котором направляющее устройство расположено на полосе, находящейся на ободе литейного колеса.Provision 78. A device according to Provision 72, wherein the guide device is located on a strip located on the rim of the casting wheel.

Положение 79. Устройство в соответствии с Положением 56, в котором ультразвуковой дегазатор содержит:Provision 79. A device in accordance with Provision 56, in which the ultrasonic degasser comprises:

- вытянутый зонд, первый конец которого прикреплен к ультразвуковому преобразователю, и на втором конце которого находится наконечник этого зонда, и- an elongated probe, the first end of which is attached to an ultrasonic transducer, and at the second end of which is the tip of this probe, and

- 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.- a means for supplying a purge gas comprising an inlet for the purge gas and an outlet for the purge gas, wherein the outlet for the purge gas is located on the tip of the extended probe and is intended for introducing the purge gas into the molten metal.

Положение 80. Устройство в соответствии с Положением 56, в котором вытянутый зонд содержит керамику.Statement 80. A device according to Statement 56, wherein the extended probe comprises ceramic.

Положение 81. Металлическое изделие, содержащее литой металл, имеющий субмиллиметровый размер зерна, включающий менее 0,5% измельчителей зерна и имеющий по меньшей мере одно из следующих свойств:Provision 81. A metal article comprising cast metal having a sub-millimeter grain size, including less than 0.5% grain refiners and having at least one of the following properties:

- относительное удлинение в диапазоне 10-30% при воздействии растягивающей силы 100 фунт/кв. дюйм (689,5 кПа),- relative elongation in the range of 10-30% when exposed to a tensile force of 100 psi (689.5 kPa),

- прочность на растяжение в диапазоне 50-300 МПа; или- tensile strength in the range of 50-300 MPa; or

- электропроводность в диапазоне 45-75% от IAC, которая представляет собой электропроводность, указанную в процентах относительно IAC - электропроводности проводника из стандартной отожженной меди.- electrical conductivity in the range of 45-75% of IAC, which is the electrical conductivity specified as a percentage relative to IAC - the electrical conductivity of a standard annealed copper conductor.

Положение 82. Изделие в соответствии с Положением 81, в котором литой металл включает менее 0,2% измельчителей зерна.Provision 82. An article in accordance with Provision 81 in which the cast metal comprises less than 0.2% grain refiners.

Положение 83. Изделие в соответствии с Положением 81, в котором литой металл включает менее 0,1% измельчителей зерна.Provision 83. An article in accordance with Provision 81 in which the cast metal comprises less than 0.1% grain refiners.

Положение 84. Изделие в соответствии с Положением 81, в котором литой металл не включает измельчители зерна.Provision 84. An article in accordance with Provision 81 in which the cast metal does not include grain grinders.

Положение 85. Изделие в соответствии с Положением 81, в котором литой металл включает по меньшей мере одно из следующего: алюминий, медь, магний, цинк, свинец, золото, серебро, олово, бронзу, латунь и их сплавы.Provision 85. An article in accordance with Provision 81, in which the cast metal comprises at least one of the following: aluminium, copper, magnesium, zinc, lead, gold, silver, tin, bronze, brass and their alloys.

Положение 86. Изделие в соответствии с Положением 81, в котором литой металл формован с получением по меньшей мере одного из следующего: стержней, прутков, листов, проволоки, биллетов или гранул.Provision 86. An article according to Provision 81 in which the cast metal is formed to form at least one of the following: rods, bars, sheets, wire, billets or pellets.

Положение 87. Изделие в соответствии с Положением 81, имеющее относительное удлинение в диапазоне 15-25% или прочность на растяжение в диапазоне 100-200 МПа или электропроводность в диапазоне 50-70% IAC.Provision 87. An article in accordance with Provision 81 having an elongation in the range of 15-25% or a tensile strength in the range of 100-200 MPa or an electrical conductivity in the range of 50-70% IAC.

Положение 88. Изделие в соответствии с Положением 81, имеющее относительное удлинение в диапазоне 17-20% или прочность на растяжение в диапазоне 150-175 МПа или электропроводность в диапазоне 55-65% IAC.Provision 88. An article in accordance with Provision 81 having an elongation in the range of 17-20% or a tensile strength in the range of 150-175 MPa or an electrical conductivity in the range of 55-65% IAC.

Положение 89. Изделие в соответствии с Положением 81, имеющее относительное удлинение в диапазоне 18-19% или прочность на растяжение в диапазоне 160-165 МПа или электропроводность в диапазоне 60-62% IAC.Provision 89. An article in accordance with Provision 81 having an elongation in the range of 18-19% or a tensile strength in the range of 160-165 MPa or an electrical conductivity in the range of 60-62% IAC.

Положение 90. Изделие в соответствии с любым из Положений 81, 87, 88 и 89, в котором литой металл содержит алюминий или сплав алюминия.Provision 90. An article in accordance with any of Provisions 81, 87, 88 and 89 in which the cast metal comprises aluminium or an aluminium alloy.

Положение 91. Изделие в соответствии с Положением 90, в котором алюминий или сплав алюминия представляют собой витой провод провода со стальным усилением.Provision 91. An article in accordance with Provision 90 in which the aluminium or aluminium alloy constitutes a stranded wire with steel reinforcement.

Положение 92. Изделие в соответствии с Положением 90, в котором алюминий или сплав алюминия представляют собой витой провод провода со стальной опорой.Provision 92. An article in accordance with Provision 90 in which the aluminium or aluminium alloy is a stranded conductor with a steel support.

Положение 92. Металлическое изделие, изготовленное с использованием одного или более этапов, указанных в Положениях 52-55, и содержащее литой металл.Provision 92. A metal product manufactured using one or more of the steps specified in Provisions 52 to 55 and containing cast metal.

Положение 93. Изделие в соответствии с Положением 92, в котором литой металл имеет субмиллиметровый размер зерна и включает менее 0,5% измельчителей зерна.Provision 93. An article in accordance with Provision 92 in which the cast metal has a sub-millimeter grain size and includes less than 0.5% grain refiners.

Положение 94. Изделие в соответствии с Положением 92, имеющее по меньшей мере одно из следующих свойств:Provision 94. An article in accordance with Provision 92, having at least one of the following properties:

- относительное удлинение в диапазоне 10-30% при воздействии растягивающей силы 100 фунт/кв. дюйм (689,5 кПа),- relative elongation in the range of 10-30% when exposed to a tensile force of 100 psi (689.5 kPa),

- прочность на растяжение в диапазоне 50-300 МПа; или- tensile strength in the range of 50-300 MPa; or

- электропроводность в диапазоне 45-75% от IAC, которая представляет собой электропроводность, указанную в процентах относительно IAC - электропроводности проводника из стандартной отожженной меди.- electrical conductivity in the range of 45-75% of IAC, which is the electrical conductivity specified as a percentage relative to IAC - the electrical conductivity of a standard annealed copper conductor.

Положение 95. Изделие в соответствии с Положением 92, в котором литой металл включает менее 0,2% измельчителей зерна.Provision 95. An article in accordance with Provision 92 in which the cast metal comprises less than 0.2% grain refiners.

Положение 96. Изделие в соответствии с Положением 92, в котором литой металл включает менее 0,1% измельчителей зерна.Provision 96. An article in accordance with Provision 92 in which the cast metal comprises less than 0.1% grain refiners.

Положение 97. Изделие в соответствии с Положением 92, в котором литой металл не включает измельчители зерна.Provision 97. An article in accordance with Provision 92 in which the cast metal does not include grain grinders.

Положение 98. Изделие в соответствии с Положением 92, в котором литой металл включает по меньшей мере, одно из следующего: алюминий, медь, магний, цинк, свинец, золото, серебро, олово, бронзу, латунь и их сплавы.Provision 98. An article in accordance with Provision 92, wherein the cast metal comprises at least one of the following: aluminium, copper, magnesium, zinc, lead, gold, silver, tin, bronze, brass and their alloys.

Положение 99. Изделие в соответствии с Положением 92, в котором литой металл формован с получением по меньшей мере одного из следующего: стержней, прутков, листов, проволоки, биллетов или гранул.Provision 99. An article according to Provision 92 in which the cast metal is formed to form at least one of the following: rods, bars, sheets, wire, billets or pellets.

Положение 100. Изделие в соответствии с Положением 92, имеющее относительное удлинение в диапазоне 15-25% или прочность на растяжение в диапазоне 100-200 МПа или электропроводность в диапазоне 50-70% IAC.Provision 100. An article in accordance with Provision 92 having an elongation in the range of 15-25% or a tensile strength in the range of 100-200 MPa or an electrical conductivity in the range of 50-70% IAC.

Положение 101. Изделие в соответствии с Положением 92, имеющее относительное удлинение в диапазоне 17-20% или прочность на растяжение в диапазоне 150-175 МПа или электропроводность в диапазоне 55-65% IAC.Provision 101. An article in accordance with Provision 92 having an elongation in the range of 17-20% or a tensile strength in the range of 150-175 MPa or an electrical conductivity in the range of 55-65% IAC.

Положение 102. Изделие в соответствии с Положением 92, имеющее относительное удлинение в диапазоне 18-19% или прочность на растяжение в диапазоне 160-165 МПа или электропроводность в диапазоне 60-62% IAC.Provision 102. An article in accordance with Provision 92 having an elongation in the range of 18-19% or a tensile strength in the range of 160-165 MPa or an electrical conductivity in the range of 60-62% IAC.

Положение 103. Изделие в соответствии с Положением 92, в котором литой металл содержит алюминий или сплав алюминия.Provision 103. An article in accordance with Provision 92 in which the cast metal contains aluminium or an aluminium alloy.

Положение 104. Изделие в соответствии с Положением 103, в котором алюминий или сплав алюминия представляют собой витой провод со стальным усилением.Provision 104. An article in accordance with Provision 103 in which the aluminium or aluminium alloy is in the form of stranded wire with steel reinforcement.

Положение 105. Изделие в соответствии с Положением 103, в котором алюминий или сплав алюминия представляют собой витой провод со стальной опорой.Provision 105. An article in accordance with Provision 103 in which the aluminium or aluminium alloy is in the form of stranded wire with a steel support.

С учетом указанных выше принципов, возможно множество модификаций и изменений настоящего изобретения. Таким образом, необходимо понимать, что в пределах объема пунктов приложенной Формулы изобретения это изобретение может быть реализовано на практике иным образом, чем ранее здесь конкретно описано.Taking into account the above principles, many modifications and variations of the present invention are possible. It is therefore necessary to understand that within the scope of the appended claims, this invention may be practiced in a manner other than that previously specifically described herein.

Claims (11)

1. Металлическое изделие, содержащее литой металл, при этом литой металл имеет 1. A metal product containing cast metal, wherein the cast metal has субмиллиметровый размер зерна и включает менее 0,5 мас. % измельчителей зерна, submillimeter grain size and contains less than 0.5 wt.% grain refiners, относительное удлинение в диапазоне 10-30% при воздействии растягивающей силы 100 фунт/кв. дюйм, иrelative elongation in the range of 10-30% when subjected to a tensile force of 100 psi, and прочность на растяжение в диапазоне 50-300 МПа.tensile strength in the range of 50-300 MPa. 2. Изделие по п. 1, в котором металлическое изделие имеет электропроводность в диапазоне 45-75% от IAC, которая представляет собой электропроводность, указанную в процентах относительно IAC - электропроводности проводника из стандартной отожженной меди.2. The article according to claim 1, wherein the metal article has an electrical conductivity in the range of 45-75% of IAC, which is the electrical conductivity indicated as a percentage relative to IAC - the electrical conductivity of a conductor made of standard annealed copper. 3. Изделие по п. 1, в котором упомянутый металл включает менее 0,2% измельчителей зерна.3. The article according to claim 1, wherein said metal comprises less than 0.2% grain grinders. 4. Изделие по п. 1, в котором упомянутый металл включает по меньшей мере одно из следующего: алюминий, медь, магний, цинк, свинец, золото, серебро, олово, бронза, латунь и их сплавы.4. The article according to claim 1, wherein said metal comprises at least one of the following: aluminum, copper, magnesium, zinc, lead, gold, silver, tin, bronze, brass and their alloys. 5. Изделие по п. 1, в котором упомянутый металл формован с получением по меньшей мере одного из следующего: стержней, прутков, листов, проволоки, биллетов или гранул.5. The article of claim 1, wherein said metal is formed to form at least one of the following: rods, bars, sheets, wire, billets or granules. 6. Изделие по п. 1, в котором упомянутый металл содержит алюминий или сплав алюминия.6. The article according to item 1, wherein said metal comprises aluminum or an aluminum alloy. 7. Изделие по п. 6, в котором алюминий или сплав алюминия представляет собой витой провод провода со стальным усилением.7. The article according to claim 6, wherein the aluminum or aluminum alloy is a twisted wire of a steel-reinforced cable. 8. Изделие по п. 6, в котором алюминий или сплав алюминия представляет собой витой провод провода со стальной опорой.8. The article according to claim 6, wherein the aluminum or aluminum alloy is a twisted wire of a cable with a steel support.
RU2020124617A 2015-09-10 2016-09-09 Methods and systems for ultrasonic grinding of grain and degassing during metal casting RU2829376C2 (en)

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562216842P 2015-09-10 2015-09-10
US62/216,842 2015-09-10
US201562267507P 2015-12-15 2015-12-15
US62/267,507 2015-12-15
US201662295333P 2016-02-15 2016-02-15
US62/295,333 2016-02-15
US201662372592P 2016-08-09 2016-08-09
US62/372,592 2016-08-09

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018112458A Division RU2729003C2 (en) 2015-09-10 2016-09-09 Methods and systems for ultrasonic grinding of grain and degassing during metal casting

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2020124617A RU2020124617A (en) 2020-08-04
RU2829376C2 true RU2829376C2 (en) 2024-10-30

Family

ID=

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU80096A1 (en) * 1947-10-27 1950-05-31 И.М. Ваганов Method for continuous casting of metal on a moving conveyor belt
US3153820A (en) * 1961-10-09 1964-10-27 Charles B Criner Apparatus for improving metal structure
US3774669A (en) * 1969-05-02 1973-11-27 Southwire Co Apparatus for high speed continuos casting
GB1398128A (en) * 1971-06-07 1975-06-18 Southwire Co Aluminum alloy electrically conductive body
SU908493A1 (en) * 1980-06-09 1982-02-28 Государственный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Сплавов И Обработки Цветных Металлов Continuous casting unit
SU980937A1 (en) * 1981-01-06 1982-12-15 Государственный научно-исследовательский и проектный институт сплавов и обработки цветных металлов "Гипроцветметобработка" Continuous casting plant
US5355935A (en) * 1989-06-12 1994-10-18 Institut De Recherches De La Siderurgie Francaise (Irsid) Method and device for vibrating an ingot mould for the continuous casting of metals
US5547013A (en) * 1993-03-17 1996-08-20 Sherwood; William L. Rotary wheel casting machine
RU2102515C1 (en) * 1991-12-24 1998-01-20 КМ-Кабельметал АГ Thermally strengthened copper alloy
RU2160648C2 (en) * 1994-08-06 2000-12-20 КМ-Кабельметал АГ Casting mold

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU80096A1 (en) * 1947-10-27 1950-05-31 И.М. Ваганов Method for continuous casting of metal on a moving conveyor belt
US3153820A (en) * 1961-10-09 1964-10-27 Charles B Criner Apparatus for improving metal structure
US3774669A (en) * 1969-05-02 1973-11-27 Southwire Co Apparatus for high speed continuos casting
GB1398128A (en) * 1971-06-07 1975-06-18 Southwire Co Aluminum alloy electrically conductive body
SU908493A1 (en) * 1980-06-09 1982-02-28 Государственный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Сплавов И Обработки Цветных Металлов Continuous casting unit
SU980937A1 (en) * 1981-01-06 1982-12-15 Государственный научно-исследовательский и проектный институт сплавов и обработки цветных металлов "Гипроцветметобработка" Continuous casting plant
US5355935A (en) * 1989-06-12 1994-10-18 Institut De Recherches De La Siderurgie Francaise (Irsid) Method and device for vibrating an ingot mould for the continuous casting of metals
RU2102515C1 (en) * 1991-12-24 1998-01-20 КМ-Кабельметал АГ Thermally strengthened copper alloy
US5547013A (en) * 1993-03-17 1996-08-20 Sherwood; William L. Rotary wheel casting machine
RU2160648C2 (en) * 1994-08-06 2000-12-20 КМ-Кабельметал АГ Casting mold

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2729003C2 (en) Methods and systems for ultrasonic grinding of grain and degassing during metal casting
KR102475786B1 (en) Ultrasonic Grain Refinement and Degassing Procedures and Systems for Metal Casting Including Enhanced Vibrational Coupling
US11998975B2 (en) Grain refining with direct vibrational coupling
RU2829376C2 (en) Methods and systems for ultrasonic grinding of grain and degassing during metal casting
RU2771417C9 (en) Procedures and systems for ultrasonic grain grinding and degassing during metal casting using advanced vibration coupling