Камера для литья в оболочковые формы, литейная печь и способ монокристаллического, мелкокристаллического и некристаллического литья

Изобретение относится к области литейного производства. Устройство для литья в оболочковые формы содержит литейную камеру, камеру (6) печи высокого давления, камеру (9) вакуумной печи, кристаллизатор (13) с подъемной колонной и лотком (11), плавильный тигель, тигель (33) для обработки переохлаждением с донной форсункой, опорный цилиндр, поддерживающий тигель для обработки переохлаждением в литейной камере, и плунжерный стержень (2) с термопарой. Лоток (11) для установки оболочковой формы (10) установлен на подъемной колонне кристаллизатора. В камере печи высокого давления размещены обмотка нагревательной катушки (35), первая теплозащитная сборка и первая сверхпроводящая катушка (41). Вторая теплозащитная сборка и вторая сверхпроводящая катушка (53) размещены в камере вакуумной печи. Плунжерный стержень изолирует камеру печи высокого давления от камеры вакуумной печи до подачи расплава и перекрытия донной форсунки. Обеспечивается производство изделий с мелкокристаллической, монокристаллической, направленной кристаллической и некристаллической структурами и повышение качества упомянутых изделий за счет осуществления устройством различных режимов литья. 5 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Настоящее изобретение относится к устройству для точного литья, в частности, к камере для литья в оболочковые формы, литейной печи и способу получения монокристаллических, мелкокристаллических и некристаллических отливок с использованием асинхронного графика пространственно-временного переохлаждения.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] В предшествующем уровне техники все литейные печи выполняют только одну операцию и не могут одновременно выполнять три функции: монокристаллическое, мелкокристаллическое и некристаллическое литье.

[003] В частности, печи для монокристаллического литья используются только для производства монокристаллических отливок. Зернистая структура монокристаллической отливки не имеет границ зерен, и вся отливка представляет собой одно зерно. Известные промышленные печи для монокристаллического литья выращивают монокристаллы в режиме дендритных кристаллов; остаток упавшего дендритного кристалла ухудшает условия роста монокристалла и влияет на его рост. Даже если дендритный кристалл не падает, монокристалл дендритного типа намного беднее монокристалла с планарной кристаллизацией, который в настоящее время не используют в промышленном производстве. Это обусловлено тем, что монокристалл дендритного типа характерен дендритным типом разделения компонентов, кристаллизацией с образованием микропор и легким образованием границ зерен под малым углом между дендритными кристаллами, а также иными факторами.

[004] Печи для мелкокристаллического литья используют для получения мелкокристаллических отливок. Структура мелкокристаллической отливки должна содержать максимальное количество зерен минимально возможного размера. Известные печи для мелкокристаллического литья непригодны для выращивания мелкокристаллических изометрических кристаллов, отличающихся высокой однородностью, изотропией и стабильностью, и, поскольку они неспособны производить глубоко переохлажденную чистую жидкость для заполнения полости формы и стабильной кристаллизации, их возможности к заполнению полости формы и уменьшению размера зерна следует признать неудовлетворительными.

[005] Некристаллические металлы обладают высокой прочностью, эластичностью и магнитной проницаемостью, хорошей абразивной стойкостью, коррозионной стойкостью и изотропией. В настоящее время в производстве некристаллических металлических изделий литейные печи не используют. К традиционным способам производства некристаллических металлов относят, в частности, осаждение из паровой фазы, химическое осаждение, электролитическое осаждение с ионной имплантацией, способы с одним и двумя валками; при этом литейные печи для производства некристаллических металлов также отсутствуют. Все некристаллические металлы, получаемые вышеуказанными способами, представляют собой тонкие полосы толщиной менее 1 мм. Если необходимо изготовить блоки, потребуется накладывать друг на друга тонкие полосы; очевидно, что такие блоки будут отличаться анизотропностью. Кроме того, в известных двухрежимных литейных печах для изготовления монокристаллических и мелкокристаллических отливок катушка должна одновременно нагреваться и генерировать статическое магнитное поле, в результате чего она не может генерировать сильное магнитное поле, а степень переохлаждения жидкого металла или сплава недостаточна.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[006] Учитывая вышеописанное, задачей настоящего изобретения является разработка камеры для литья в оболочковые формы, литейной печи и способа монокристаллического, мелкокристаллического или некристаллического литья с использованием асинхронного графика пространственно-временного переохлаждения, которые позволяет преодолеть присущие уровню техники проблемы, заключающиеся в невозможности работы литейных печей одновременно в трех режимах (получение монокристаллических, мелкокристаллических и некристаллических отливок), невозможности изготовления некристаллических изделий в обычном смысле литья, невозможности достижения уровня планарной кристаллизации недендритного монокристалла в промышленности, и невозможности удовлетворения требований к компактности определенной мелкокристаллической продукции вследствие высокой скорости кристаллизации.

[007] Поставленная цель достигнута, по существу, следующим техническим решением:

Первый аспект настоящего изобретения относится к камере литья в оболочковые формы, содержащей обмотку нагревательной катушки, первую теплозащитную сборку, первую сверхпроводящую катушку, вторую теплозащитную сборку и вторую сверхпроводящую катушку; первая теплозащитная сборка расположена на внешней стороне обмотки нагревательной катушки, первая сверхпроводящая катушка – на внутренней стороне первой теплозащитной сборки, вторая сверхпроводящая катушка – на внутренней стороне второй теплозащитной сборки; вторая теплозащитная сборка расположена под первой теплозащитной сборкой, а векторы магнитного поля, генерируемого первой сверхпроводящей катушкой, и магнитного полем, генерируемого второй сверхпроводящей катушкой, противоположны; при этом первая сверхпроводящая катушка и обмотка нагревательной катушки образуют зону нагрева с прямонаправленным статическим магнитным полем, а вторая сверхпроводящая катушка образует зону с обратно направленным статическим магнитным полем.

Возможен вариант, в котором первая теплозащитная сборка содержит первые теплозащитные экраны, расположенные по обеим сторонам первой сверхпроводящей катушки, и первые теплозащитные крышки, расположенные сверху и снизу первой сверхпроводящей катушки, причем первые теплозащитные экраны и первые теплозащитные крышки образуют пространство для размещения первой сверхпроводящей катушки; вторая теплозащитная сборка содержит вторые теплозащитные экраны, расположенные по обеим сторонам второй сверхпроводящей катушки, и вторые теплозащитные крышки, расположенные сверху и снизу второй сверхпроводящей катушки, причем вторые теплозащитные экраны и вторые теплозащитные крышки образуют пространство для размещения второй сверхпроводящей катушки; нагревательная катушка расположена внутри первой сверхпроводящей катушки, а тигель для обработки переохлаждением – внутри обмотки нагревательной катушки.

[008] Возможен вариант, в котором крышка с теплоизолирующим слоем из углеродного волокна и магнитоприемный теплоизолирующий экран установлены, соответственно, сверху и снизу первой теплозащитной сборки; крышка с теплоизолирующим слоем из углеродного волокна и магнитоприемный теплоизолирующий экран установлены, соответственно, в верхней и нижней части камеры печи высокого давления.

[009] Возможен вариант, в котором графитовая прижимная пластина предусмотрена между первой теплозащитной сборкой и второй теплозащитной сборкой и под магнитоприемным теплоизолирующим экраном; первая теплозащитная сборка помещена в корпус, выполненный с возможностью охвата обмотки нагревательной катушки, теплоизолирующего слоя, первого охлаждающего трубопровода и первой теплозащитной сборки и образующий замкнутое пространство.

[0010] Другой аспект настоящего изобретения относится к литейной печи, содержащей камеру печи высокого давления, камеру вакуумной печи, комбинированный кристаллизатор с вертикально подъемной колонной, литьевую оболочковую форму, подъемный лоток для литьевой оболочковой формы и раскрытую выше камеру для литья в оболочковые формы; оболочковая литьевая форма расположена на подъемном лотке литьевой оболочковой формы, установленном на комбинированном кристаллизаторе с вертикально подъемной колонной; обмотка нагревательной катушки, первая теплозащитная сборка и первая сверхпроводящая катушка расположены в камере печи высокого давления; вторая теплозащитная сборка и вторая сверхпроводящая катушка расположены в камере вакуумной печи.

[0011] Возможен вариант, в котором литейная печь содержит плавильный тигель и камеру для литья в оболочковые формы, содержащую опорный цилиндр, тигель для обработки переохлаждением и комбинированный плунжерный стержень с термопарой для измерения температуры; опорный цилиндр выполнен с возможностью поддержки тигеля для обработки переохлаждением, а комбинированный плунжерный стержень с термопарой для измерения температуры перед подачей расплавленной стали в тигель для обработки переохлаждением изолирует камеру печи высокого давления и камеру вакуумной печи, а после подачи расплавленной стали в тигель для обработки переохлаждением измеряет температуру и перекрывает нижнюю форсунку подачи переохлажденного расплавленного металла или сплава.

[0012] Возможен вариант, в котором в литейной печи дополнительно установлена теплоизолирующая прокладка, расположенная между литьевой формой и подъемным лотком для литья в оболочковые формы.

[0013] Следующий аспект настоящего изобретения относится к способу монокристаллического литья или с направленной кристаллизацией, причем способ использует раскрытую выше литейную печь и содержит следующие этапы:

[0014] Этап 1: запуск первой теплозащитной сборки, первого охлаждающего трубопровода и второй теплозащитной сборки, вакуумирование камеры печи высокого давления и камеры вакуумной печи в состояние вакуума с поддержанием определенной степени вакуума; далее плавление сырьевого базового сплава в плавильном тигле;

[0015] Этап 2: запуск первой сверхпроводящей катушки, обмотки нагревательной катушки и второй сверхпроводящей катушки для формирования среды статического магнитного поля высокой интенсивности в литьевой оболочковой форме для монокристаллической или направленной кристаллизации, причем литьевая оболочковая форма находится в камере для литья в оболочковые формы, расположенной в камере печи высокого давления, с последующим розливом базового сплава, расплавленного в плавильном тигле на этапе 1, в литьевую оболочковую форму для реализации глубокого переохлаждения в статическом магнитном поле высокой интенсивности; и

[0016] Этап 3: вытягивание литьевой оболочковой формы, заполненной на этапе 2, в камеру вакуумной печи с помощью комбинированного кристаллизатора c вертикально подъемной колонной, причем во время вытягивания литьевая оболочковая форма проходит сверху вниз через магнитоприемный теплоизолирующий экран и плоскость с нулевой намагниченностью, образованную взаимно обратно направленными статическими магнитными полями второй и первой сверхпроводящей катушки с целью последовательной кристаллизации расплавленного металла или сплава внутри литьевой оболочковой формы в направлении снизу вверх с образованием изделия с монокристаллической или направленной кристаллической структурой.

[0017] Следующий аспект настоящего изобретения относится к способу мелкокристаллического или некристаллического литья, причем способ использует раскрытую выше литейную печь и содержит следующие этапы:

[0018] Этап 1: запуск первой теплозащитной сборки, первого охлаждающего трубопровода и второй теплозащитной сборки, вакуумирование камеры печи печи высокого давления и камеры вакуумной печи в состояние вакуума с поддержанием определенной степени вакуума; далее плавление сырьевого базового сплава в плавильном тигле;

[0019] Этап 2: нагнетание инертного газа в камеру печи высокого давления и поддержание давления на заданном уровне; запуск первой сверхпроводящей катушки и обмотки нагревательной катушки для формирования среды статического магнитного поля высокой интенсивности в тигеле для обработки переохлаждением, находящемся в камере для литья в оболочковые формы, расположенной в камере печи высокого давления; с последующим розливом базового сплава, расплавленного в плавильном тигле на этапе 1, в тигель для обработки переохлаждением внутри камеры для литья в оболочковые формы; и

[0020] Этап 3: охлаждение расплавленного металла или сплава внутри тигеля для обработки переохлаждением до определенной температуры, ниже температуры плавления металла или сплава; поднятие комбинированного плунжерного стержня с термопарой для измерения температуры с целью розлива расплавленного металла или сплава в литьевую оболочковую форму; последующая кристаллизация расплавленного металла или сплава внутри литьевой оболочковой формы с образованием мелкокристаллической или некристаллической структуры.

[0021] Еще один аспект настоящего изобретения относится к способу мелкокристаллического или некристаллического литья, причем способ использует раскрытую выше литейную печь и содержит следующие этапы:

[0022] Этап 1: запуск первой теплозащитной сборки, первого охлаждающего трубопровода и второй теплозащитной сборки, вакуумирование камеры печи высокого давления и камеры вакуумной печи в состояние вакуума с поддержанием определенной степени вакуума; далее плавление сырьевого базового сплава в плавильном тигле;

[0023] Этап 2: нагнетание инертного газа в камеру печи высокого давления и контроль заданного уровня давления; запуск первой сверхпроводящей катушки и обмотки нагревательной катушки для формирования среды статического магнитного поля высокой интенсивности в камере для литья в оболочковые формы, находящейся в камере печи высокого давления; и

[0024] Этап 3: подъем литьевой оболочковой формы в переохлажденную камеру для литья в оболочковые формы в камере печи высокого давления, с помощью комбинированного кристаллизатора с вертикально подъемной колонной и розлив базового сплава, расплавленного на этапе 1, в литьевую оболочковую форму в переохлажденной камере для литья в оболочковые формы; поскольку первая сверхпроводящая катушка (этап 2) стабильно поддерживает статическое магнитное поле высокой интенсивности в течение длительного времени, во время глубокого переохлаждения из расплавленного металла или сплава окончательно выходят пузырьки и включения, а после отключения первой сверхпроводящей катушки образуется компактная мелкокристаллическая структура; или средняя кинетическая энергия трансляции, необходимая для поддержания расплавленного состояния металла или сплава, теряется вследствие рассеивания тепла, в результате чего образуется некристаллическая структура.

[0025] По сравнению с предшествующим уровнем техники настоящее изобретение позволяет реализовать, по меньшей мере, одно из следующих преимуществ:

[0026] (1) По сравнению с уровнем техники, в настоящем изобретении предложено использовать наложение сильного гравитационного поля на слабое гравитационное поле или слабого гравитационного поля на сильное гравитационное поле, которое можно назвать наложением второго гравитационного поля. Поскольку два и более детектора гравитационного поля по-разному определяют два взаимно накладывающихся гравитационных поля, то степени кривизны пространственно-временных интервалов двух и более детекторов гравитационного поля будут различаться, что позволяет говорить об асинхронном пространственно-временном графике; следствием будет физическое различие между показаниями двух и более детекторов гравитационного поля и показаниями в отсутствие наложения второго гравитационного поля. В данном случае под слабым гравитационным полем понимают поле всемирного тяготения, а под сильным гравитационным полем – электростатическое электромагнитное поле. Относительная интенсивность электростатического электромагнитного поля в четырех фундаментальных взаимодействиях составляет 10^-2, а всемирного тяготения – 10^-40; эти значения существенно отличаются друг от друга. В случае наложения этих полей поведение электронов атомов в этих полях будет отличаться от поведения в полях без наложения, а степень изменения увеличивается вместе с ростом интенсивности электростатического поля. В камере для литья в оболочковые формы, предложенной настоящим изобретением, используется сверхпроводящий материал для изготовления первой и второй сверхпроводящей катушки. Относительно сильное магнитное поле генерируется в пределах первой сверхпроводящей катушки, более слабое поле всемирного тяготения и более сильное статическое магнитное поле накладываются друг на друга, что может приводить к асинхронной кривизне вышеуказанных пространственно-временных интервалов. Связи и кристаллизация не могут возникать между атомами расплавленного металла или сплава, в результате чего сплав приобретает способность к глубокому переохлаждению расплава, отличающуюся высокой устойчивостью к внешним помехам, а также стабильностью пространственного переноса и длительности временного интервала. Таким образом, в процессе рассеивания тепла расплавленного металла или сплава в первой сверхпроводящей катушке кристаллизация не происходит даже в том случае, если температура опускается ниже температуры кристаллизации в нормальных условиях, и рассеивание тепла продолжается до тех пор, пока не будет потеряна средняя кинетическая энергия трансляции, необходимая для поддержания расплавленного состояния, чтобы позволит осуществить отвердевание в некристаллическом состоянии.

[0027] (2) Литейную печь, предложенную настоящим изобретением, можно использовать для получения мелкокристаллических отливок. В условиях характерных для промышленности размеров и допусков на шероховатость литейная печь расплавляет металл или сплав, формирует центры кристаллизации и равномерно и очень быстро осуществляет кристаллизацию в большом количестве различных точек литьевой оболочковой формы, образуя сверхмелкокристаллическую структуру под действием термодинамической движущей силы глубокого переохлаждения; полученная структура будет намного больше, чем при нормальной кристаллизации. Все поперечное сечение отливки практически полностью заполнено одинаковыми мелкими изометрическими кристаллами, а степень мелкости зерна может даже превышать степень мелкости зерна в поковках, при этом зерна не имеют текстуры и накопленной энергии, характерной для поковок и проката, и представляют собой изотропные и стабильные мелкозернистые изометрические кристаллы. В частности, продолжительность глубокого переохлаждения расплава в полости формы увеличивается, в результате чего способность к заполнению полости приближается к способности заполнения формы чистой жидкостью; поскольку чистая жидкость может сохранять свое состояние в течение определенного периода после заполнения полости, можно обеспечить продолжительность периода, достаточную для выведения газов и включений, а также кристаллизации; итоговая компактность равна компактности поковок и проката.

[0028] (3) Литейная печь, предложенная настоящим изобретением, может быть использована для направленной кристаллизации и выращивания монокристалла. Статическое магнитное поле высокой интенсивности, создаваемое первой сверхпроводящей катушкой, обуславливает асинхронную кривизну пространственно-временных интервалов, в которых находятся нейтральные частицы и электроны атомов, в результате чего температура плавления металла или сплава в переохлажденном состоянии оказывается ниже температуры плавления в нормальном состоянии; на основании диапазона общего температурного градиента диапазон температур плавления в нормальном состоянии накладывается на диапазон температур плавления в состоянии переохлаждения, что эквивалентно улучшению температурного градиента в процессе выращивания монокристалла, который может достигать уровня планарной кристаллизации практически в отсутствие дендритного кристалла. Кроме того, поскольку такое переохлаждение обусловлено тем, что электроны атомов не образуют связей и не кристаллизуются, и не обусловлено чистотой и полнотой, оно характеризуется промышленными размерами и допусками на шероховатость и может быть использовано для получения ориентированных волокнистых эвтектических аутигенных композитных изделий, если интенсивность статического магнитного поля достаточно велика; при этом эксплуатационные характеристики полученных изделий будут намного выше, чем у обычных монокристаллических изделий. Кроме того, наличие второй теплозащитной сборки снижает температуру внутри второй сверхпроводящей катушки, что позволяет дополнительно улучшить температурный градиент в процессе направленной кристаллизации и выращивания монокристаллов.

[0029] (4) Литейную печь, предложенную настоящим изобретением, можно использовать для получения некристаллических изделий. Некристаллические изделия из металлов или сплавов, получаемые при отвердевании с использованием асинхронной кривизны пространственно-временного переохлаждения за счет сбалансированного отвердевания после полного рассеивания средней кинетической энергии трансляции переохлажденного расплава, по сравнению с некристаллическими изделиями из металлов или сплавов, изготавливаемыми способами закалки, например, с одним валком, двумя валками и т.д., которые в настоящее время используются в промышленном производстве, в большей степени склонны к термодинамическому равновесному состоянию и имеют меньшую накопленную энергию. Поэтому некристаллические изделия из металла или сплава в меньшей степени склонны к реакции кристаллизации, что снижает тенденцию к ухудшению характеристик некристаллических изделий.

[0030] Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут раскрыты в нижеследующем раскрытии, при этом часть преимуществ может следовать из раскрытия или осуществления настоящего изобретения. Цели и другие преимущества настоящего изобретения могут быть реализованы и получены из содержания, особо изложенного в раскрытии и на чертежах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0031] Чертежи выполнены исключительно для иллюстрации конкретных вариантов осуществления, и не имеют ограничительного характера для настоящего изобретения. На всех чертежах одни и те же ссылочные обозначения обозначают одни и те же элементы.

[0032] На ФИГ. 1 схематично изображена структурная схема трехрежимной литейной печи для получения мелкокристаллических, некристаллических, монокристаллических изделий, а также изделий с направленной кристаллизацией согласно настоящему изобретению;

[0033] На ФИГ. 2 схематично изображена внутренняя структура камеры для литья в оболочковые формы в литейной печи для мелкокристаллических изделий согласно варианту осуществления 1;

[0034] На ФИГ. 3 схематично в плане изображено сечение AA трехрежимной литейной печи для получения мелкокристаллических, некристаллических, монокристаллических изделий, а также изделий с направленной кристаллизацией согласно настоящему изобретению;

[0035] На ФИГ. 4 схематично изображена структурная схема литейной печи для мелкокристаллических и некристаллических изделий согласно варианту осуществления 2;

[0036] На ФИГ. 5 схематично изображена структурная схема литейной печи для мелкокристаллических или некристаллических изделий согласно варианту осуществления 3;

[0037] На ФИГ. 6 схематично изображена схема внутренней структуры литейной печи для мелкокристаллических и некристаллических изделий согласно варианту осуществления 3;

[0038] На ФИГ. 7 схематично изображена структурная схема литейной печи для монокристаллических изделий или изделий с направленной кристаллизацией согласно варианту осуществления 4; и

[0039] На ФИГ. 8 схематично изображена схема внутренней структуры литейной печи для монокристаллических изделий или изделий с направленной кристаллизацией согласно варианту осуществления 4.

[0040] Ссылочные обозначения

[0041] 1-индикатор температуры термопары; 2-комбинированный плунжерный стержень с термопарой для измерения температуры; 3-смотровое отверстие; 4-крышка печи; 5-плавильный тигель; 6-камера печи высокого давления; 7- устройство нагнетания инертного газа; 8-воздушный клапан; 9 - камера вакуумной печи; 10-литьевая оболочковая форма; 11-подъемный лоток для литьевых оболочковых форм; 12-второй подъемный механизм; 13-комбинированный кристаллизатор с вертикально подъемной колонной; 14-уплотнительное кольцо высокого давления; 15-переохлаждающее устройство; 16-сильфоны из жаропрочной стали; 17-вакуумное уплотнительное кольцо высокого давления; 18-первый подъемный механизм; 19-подъемный электродвигатель; 20-обратная труба принудительной циркуляции охлаждающей жидкости; 21-подающая труба принудительной циркуляции охлаждающей жидкости; 22-трубопровод вакуумной накачки; 23-вакуумный двунаправленный клапан высокого давления; 24-вакуумная измерительная трубка; 25-вакуумная насосная установка; 26-источник питания постоянного тока; 27-кабель постоянного тока; 28-вакуумное уплотнительное кольцо; 29- нижняя форсунка подачи переохлажденного расплавленного металла или сплава; 30-воронка для розлива расплавленной стали; 31-стыковочное отверстие для впрыска расплавленной стали со дна; 32-теплоизолирующая прокладка; 33-тигель для обработки переохлаждением; 34-огнеупорный наполнитель в виде песка из оксида магния; 35-обмотка нагревательной катушки; 36-теплоизоляционный слой из углеродного волокна; 37-первый охлаждающий трубопровод; 38-первые теплозащитные экраны; 39-первые теплозащитные крышки; 40-крышка с теплоизоляционным слоем из углеродного волокна; 41-первая сверхпроводящая катушка; 42-корпус; 43-стенка камеры печи высокого давления; 44-упругое резиновое кольцо; 45-кронштейн для статического магнитного поля обратного направления; 46-опорный цилиндр; 47-второй охлаждающий трубопровод; 48-термопара для измерения температуры; 49-расплавленный металл или сплав; 50-подъемная шпилька; 51-вторые теплозащитные крышки; 52-стенка камеры вакуумной печи; 53-вторая сверхпроводящая катушка; 54-центральный литник литьевой оболочковой формы; 55-вторые теплозащитные экраны; 56-магнитоприемный теплоизолирующий экран; и 57-графитовая прижимная пластина.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0042] Предпочтительные варианты осуществления предложенного изобретения будут подробно раскрыты ниже, в частности, со ссылкой на прилагаемые чертежи. Чертежи составляют часть настоящего раскрытия и предназначены для иллюстрации принципа настоящего изобретения вместе с вариантами осуществления настоящего изобретения.

[0043] Вариант осуществления изобретения 1

[0044] Этим вариантом осуществления предложена камера для литья в оболочковые формы. Как показано на ФИГ. 1-3, камера для литья в оболочковые формы разделена на зону нагрева со статическим магнитным полем прямого направления и зону статического магнитного поля обратного направления, расположенную под зоной нагрева со статическим магнитным полем прямого направления; кроме того, она содержит обмотку 35 нагревательной катушки (например, обмотку нагревательной катушки из сплава вольфрама, помещенную в корундовую гильзу из оксида алюминия высокой чистоты), первую теплозащитную сборку, первую сверхпроводящую катушку 41, вторую теплозащитную сборку и вторую сверхпроводящую катушку 53. Первая теплозащитная сборка предусмотрена на внешней стороне обмотки нагревательной катушки, первая сверхпроводящая катушка 41 – на внутренней стороне первой теплозащитной сборки, причем теплозащитная сборка содержит первую сверхпроводящую катушку 41; вторая сверхпроводящая катушка 53 предусмотрена на внутренней стороне второй теплозащитной сборки, содержащей вторую сверхпроводящую катушку 53 и расположенной под первой теплозащитной сборкой; векторы магнитных полей первой сверхпроводящей катушки 41 и второй сверхпроводящей катушки 53 противоположны; при этом обмотка 35 нагревательной катушки образует зону нагрева с направленным вперед статическим магнитным полем, а вторая сверхпроводящая катушка 53 образует зону с направленным назад статическим магнитным полем.

[0045] Камера для литья в оболочковые формы согласно данному варианту осуществления имеет следующую конструкцию:

[0046] В настоящее время математическими расчетами и наблюдениями доказано, что сущность физики гравитационных полей заключается в кривизне пространства-времени. Среди четырех фундаментальных взаимодействий действующая сила всемирного тяготения слабее, а действующая сила статического магнитного поля – сильнее. Кроме того, поскольку интенсивность действия электромагнитной силы на несколько порядков превышает интенсивность действия силы всемирного тяготения, степень пространственно-временной кривизны электромагнитного силового поля существенно выше степени пространственно-временной кривизны гравитационного поля. Таким образом, вследствие применения статического магнитного поля пространственно-временные интервалы электрических и нейтральных частиц атомов характеризуются асинхронной кривизной.

[0047] В частности, все металлы или сплавы состоят из атомов, атом содержит электрическую и нейтральную часть, электрическая часть – отрицательные и положительные электроны, положительные электроны и нейтроны образуют протоны, протоны образуют ядро, а отрицательные электроны извне притягиваются к ядру. Независимо от магнитных свойств вещества пространственно-временные интервалы, в которых положительные и отрицательные электроны находятся в атомах вещества, в гравитационном поле такой силы, как электростатическое электромагнитное поле, определенно характеризуются соответствующей кривизной, в то время как степень кривизны пространственно-временных интервалов, в которых расположены нейтральные частицы атомов, по-прежнему соответствует более слабому гравитационному полю, в частности, полю всемирного тяготения, в котором они находятся; как было раскрыто выше, это означает асинхронность кривизны пространственно-временных интервалов заряженных и нейтральных частиц атомов. Соответственно, уменьшаются пространственно-временные интервалы между электрическими частицами атомов вещества. Следует отметить, что нейтральные частицы атомов вещества составляют 99,9% массы ядер, а масса положительных электронов равна массе отрицательных электронов, поэтому электроны меньшей массы даже в таком сильном гравитационном поле, как электростатическое электромагнитное поле, очевидно, не могут изменять пространственно-временное положение ядер, определяемое степенью кривизны пространства-времени в слабом гравитационном поле. Поэтому расстояния между ядрами вещества не изменяются. Расстояния между ними определяются лишь величиной их средней кинетической энергии трансляции, то есть температурой. Более того, при кристаллизации жидкостей, по существу, происходит контакт облаков отрицательных электронов соседних атомов, что приводит к обмену электронами, образованию связей и кристаллизации. Поэтому, если расстояния между соседними ядрами не изменяются, а облака электронов сжимаются, то контакты, образование связей и кристаллизация становятся невозможными. Поэтому в условиях кривизны пространства-времени при электромагнитной силе, вызванной статическим магнитным полем, вещество не будет затвердевать и кристаллизоваться даже в том случае, если температура расплава ниже температуры кристаллизации, что приведет к переохлаждению расплава.

[0048] По сравнению с уровнем техники в камере для литья в оболочковые формы, предложенной настоящим вариантом осуществления, используется сверхпроводящий материал для изготовления первой сверхпроводящей катушки 41 и второй сверхпроводящей катушки 53. Относительно большое магнитное поле формируется внутри первой сверхпроводящей катушки 41, более слабое гравитационное поле и более сильное статическое магнитное поле накладываются друг на друга, что может привести к асинхронной кривизне, при которой, расплавленный металл или сплав внутри первой сверхпроводящей катушки 41, охлаждаемый до температуры ниже температуры кристаллизации в нормальных условиях, не кристаллизуется, атомы расплавленного металла или сплава 49 не могут образовывать связи и кристаллизоваться, в результате чего расплав приобретает способность к глубокому переохлаждению, характеризующуюся высокой устойчивостью к внешним помехам, а также стабильностью пространственного переноса и длительности временного интервала.

[0049] Следует отметить, что рабочая температура сверхпроводящих материалов низкая. В данном варианте осуществления наличие первой сверхпроводящей катушки 41 в первой теплозащитной сборке и второй сверхпроводящей катушки 53 во второй теплозащитной сборке позволяет улучшить изоляцию зоны высокой температуры, генерируемой обмоткой 35 нагревательной катушки, обеспечивая тем самым нормальное использование сверхпроводящего материала.

[0050] Если камера для литья в оболочковые формы используется для получения мелкокристаллических отливок, расплавленный металл или сплав 49, испытывающий воздействие термодинамической движущей силы глубокого переохлаждения, значительно превышающей вариант с кристаллизацией в нормальных условиях, формирует центры кристаллизации и очень быстро и равномерно кристаллизуется в большом количестве различных точек внутри литейной камеры, образуя сверхмелкокристаллическую структуру. При промышленном уровне размеров и допуска на шероховатость все поперечное сечение отливки практически полностью заполнено одинаковыми мелкими изометрическими кристаллами, а степень мелкости зерна может даже превышать степень мелкости зерна в поковках, при этом зерна не имеют текстуры и накопленной энергии, характерной для поковок и проката, и представляют собой изотропные и термодинамически стабильные мелкозернистые изометрические кристаллы. В частности, продолжительность глубокого переохлаждения расплава в полости формы увеличивается, в результате чего способность к заполнению полости приближается к способности заполнения формы чистой жидкостью; поскольку чистая жидкость может сохранять свое состояние в течение определенного времени после заполнения полости, можно обеспечить продолжительность периода, достаточную для выведения газов и включений, а также кристаллизации; итоговая компактность равна компактности поковок и проката.

[0051] Если камера для литья в оболочковые формы применяется для выращивания монокристалла с использованием сильного статического магнитного поля, создаваемого первой сверхпроводящей катушкой 41, температура плавления металла или сплава 49 в переохлажденном состоянии оказывается ниже температуры плавления в нормальном состоянии; на основании диапазона общего температурного градиента диапазон температур плавления в нормальном состоянии накладывается на диапазон температур плавления в состоянии переохлаждения, что эквивалентно улучшению температурного градиента в процессе выращивания монокристалла, который может достигать уровня планарной кристаллизации практически в отсутствие дендритного кристалла. Кроме того, это позволяет достичь промышленного уровня размеров и допуска на шероховатость и использовать камеру для получения эвтектических аутигенных волокнистых композитных изделий с направленной кристаллизацией; при этом эксплуатационные характеристики полученных изделий будут намного выше, чем у обычных монокристаллических изделий. Кроме того, наличие второй теплозащитной сборки снижает температуру внутри второй сверхпроводящей катушки 53, что позволяет дополнительно улучшить температурный градиент в процессе выращивания монокристаллов.

[0052] Если камера для литья в оболочковые формы применяется для выращивания некристаллических изделий, некристаллические изделия из металлов или сплавов, получаемые при отвердевании с использованием асинхронной кривизны переохлаждения за счет сбалансированного отвердевания после полного рассеивания средней кинетической энергии трансляции переохлажденного расплава, по сравнению с некристаллическими изделиями из металлов или сплавов, изготавливаемыми способами закалки, например, с одним валком, двумя валками и т.д., которые в настоящее время используются в промышленном производстве, в большей степени склонны к термодинамическому равновесному состоянию и имеют меньшую накопленную энергию. Поэтому некристаллические изделия из металлов или сплавов используют реакцию кристаллизации, вследствие чего тенденция к ухудшению характеристик уменьшается, а компактность, очевидно, повышается по сравнению с изделиями, получаемыми способами осаждения.

[0053] Разумеется, литейную печь в режиме получения мелкокристаллических отливок также можно использовать в качестве традиционной литейной печи, если не подавать сильный постоянный ток в катушку для генерации сильного статического магнитного поля в области кристаллизации.

[0054] Учитывая, что сверхпроводящие материалы чувствительны к температуре, в целях дальнейшего снижения влияния обмотки 35 нагревательной катушки из вольфрамового сплава, предназначенной преимущественно для нагрева, на первую сверхпроводящую катушку 41, теплоизоляционный слой (например, теплоизоляционный слой 36 из углеродного волокна) и первый охлаждающий трубопровод 37 (например, медная труба квадратного сечения для принудительной циркуляции охлаждающей жидкости), расположенные на внешней стороне обмотки 35 нагревательной катушки из вольфрамового сплава, могут быть последовательно расположены между обмоткой 35 нагревательной катушки из вольфрамового сплава и первой теплозащитной сборкой, а медная труба квадратного сечения содержит обратную трубу 20 принудительной циркуляции охлаждающей жидкости и подающую трубу 21 принудительной циркуляции охлаждающей жидкости. Теплоизолирующий слой позволяет более эффективно поглощать тепло, выделяемое обмоткой 35 нагревательной катушки из вольфрамового сплава, которое вследствие этого не оказывает существенного влияния на первую теплозащитную сборку. Первый охлаждающий трубопровод 37 может дополнительно снизить температуру окружающей среды, в которой находится первая теплозащитная сборка, и, таким образом, по существу, предотвратить влияние обмотки 35 нагревательной катушки из вольфрамового сплава на первую сверхпроводящую катушку 41; это позволит обеспечить соответствие требованиям к температуре первой сверхпроводящей катушки 41, при которой она способна генерировать статическое магнитное поле достаточной интенсивности, при котором расплавленный металл или сплав 49 может находиться в состоянии глубокого переохлаждения.

[0055] Для снижения температуры второй сверхпроводящей катушки 53, образующей направленное назад статическое магнитное поле, с внутренней стороны второй теплозащитной сборки предусмотрен второй охлаждающий трубопровод 47, также представляющий собой медную трубу квадратного сечения для принудительной циркуляции охлаждающей жидкости. Второй охлаждающий трубопровод 47 может обеспечить низкотемпературную среду, необходимую второй сверхпроводящей катушке 53, и формирование плоскости с нулевыми магнитными свойствами между направленными назад и вперед статическими магнитными полями и на теплоизолирующем слое 56 с магнитными приемниками; это позволит отсечь функцию переохлаждения асинхронной кривизны пространства-времени, вызванную нисходящим статическим магнитным полем, с целью увеличения градиента температуры. Кроме того, функция охлаждения второй теплозащитной сборки также способствует увеличению температурного градиента.

[0056] Что касается, в частности, структуры первой и второй теплозащитной сборки, то первая теплозащитная сборка содержит первые теплозащитные экраны 38, расположенные по обеим сторонам первой сверхпроводящей катушки 41, и первые теплозащитные крышки 39, расположенные в верхней и нижней части первой сверхпроводящей катушки 41, причем первые теплозащитные экраны 38 и первые теплозащитные крышки 39 образуют пространство для размещения первой сверхпроводящей катушки 41. Аналогичным образом, вторая теплозащитная сборка содержит вторые теплозащитные экраны 55, расположенные по обеим сторонам второй сверхпроводящей катушки 53, и вторые теплозащитные крышки 51, расположенные в верхней и нижней части второй сверхпроводящей катушки 53, причем вторые теплозащитные экраны 55 и вторые теплозащитные крышки 51 образуют пространство для размещения второй сверхпроводящей катушки 53.

[0057] Для дальнейшего уменьшения нагрева и излучения тепловых и магнитных силовых линий зоны действия направленного вперед статического магнитного поля, а также увеличения градиента температуры выше и ниже первой теплозащитной сборки могут быть предусмотрены, соответственно, крышка 40 с теплоизоляционным слоем из углеродного волокна и теплоизолирующий экран 56 с магнитными приемниками. Крышка 40 с теплоизоляционным слоем из углеродного волокна способна уменьшить рассеивание тепла внутри камеры для литья в оболочковые формы, а теплоизолирующий экран 56 с магнитными приемниками, расположенный на дне первой теплозащитной сборки, может надежно изолировать первую теплозащитную сборку от внешней окружающей среды, чтобы исключить снижение охлаждающей способности первой теплозащитной сборки за счет контакта с внешней средой, и может дополнительно сократить снижение охлаждающей способности первой теплозащитной сборки; это позволяет гарантировать, что первая сверхпроводящая катушка 41 сможет работать при достаточно низкой температуре, генерируя таким образом достаточно сильное статическое магнитное поле. Сверх того, теплоизолирующий экран 56 с магнитными приемниками, расположенный под первой теплозащитной сборкой, также может уменьшать и поглощать тепловое излучение и магнитные силовые линии в пределах зоны действия направленного вперед статического магнитного поля. Следует отметить, что, теплоизолирующий экран 56 с магнитными приемниками должен доходить, по меньшей мере, до обмотки 35 нагревательной катушки из вольфрамового сплава, так что теплоизолирующий экран 56 с магнитными приемниками служит не только изоляцией для сохранения охлаждающей способности первой теплозащитной сборки и тепла обмотки 35 нагревательной катушки из вольфрамового сплава, но и опорой для обмотки 35 нагревательной катушки, теплоизоляционного слоя, первого охлаждающего трубопровода 37 и первой теплозащитной сборки.

[0058] Для уменьшения интерференции между магнитными силовыми линиями, генерируемыми первой сверхпроводящей катушкой 41 и второй сверхпроводящей катушкой 53, между первой теплозащитной сборкой и второй теплозащитной сборкой может быть установлена графитовая прижимная пластина 57. Графитовая прижимная пластина 57 не только устойчива к высокой температуре и обеспечивает стабильность конструкции камеры для литья в оболочковые формы в целом, но и способна поглощать магнитные силовые линии, генерируемые первой сверхпроводящей катушкой 41 и второй сверхпроводящей катушкой 53, тем самым уменьшая интерференцию между магнитными силовыми линиями, генерируемыми первой сверхпроводящей катушкой 41 и второй сверхпроводящей катушкой 53.

[0059] Для повышения стабильности структуры камеры для литья в оболочковые формы в целом корпус 42 может быть расположен на наружной стороне первой теплозащитной сборки и охватывать обмотку 35 нагревательной катушки, теплоизоляционный слой, первый охлаждающий трубопровод 37 и первую теплозащитную сборку, то есть компоненты могут образовывать единый узел, повышая стабильность структуры камеры для литья в оболочковые формы в целом. Кроме того, корпус может также защищать от столкновений первую теплозащитную сборку, обеспечивая тем самым нормальный режим работы первой теплозащитной сборки.

[0060] Следует понимать, что для облегчения сборки и обслуживания камеры для литья в оболочковые формы камера может также содержать подъемную шпильку 50, находящуюся снаружи корпуса и облегчающую сборку, замену и обслуживание камеры для литья в оболочковые формы.

[0061] Вариант осуществления изобретения 2

[0062] Этим вариантом осуществления предложена литейная печь для мелкокристаллических и некристаллических изделий. Как показано на ФИГ. 1-4, печь содержит работающую под давлением камеру 6, вакуумную камеру 9, камеру для литья в оболочковые формы согласно варианту осуществления 1, комбинированный кристаллизатор 13 с вертикально подъемной колонной, оболочковую литьевую форму 10, подъемный лоток 11 для литья в оболочковые формы; комбинированный кристаллизатор 13 с подъемной колонной, оболочковая литьевая форма 10 и подъемный лоток 11 для литья в оболочковые формы расположены в пределах зоны воздействия направленного назад статического магнитного поля; оболочковая литьевая форма 10 расположена на подъемном лотке 11 для литья в оболочковые формы, установленном на комбинированном кристаллизаторе 13 с подъемной колонной; обмотка 35 нагревательной катушки, первая теплозащитная сборка и первая сверхпроводящая катушка 41 расположены в камере 6 печи, работающей под давлением; вторая теплозащитная сборка и вторая сверхпроводящая катушка 53 расположены в вакуумной камере 9 печи.

[0063] В частности, с внутренней стороны обмотки 35 нагревательной катушки согласно данному варианту осуществления предусмотрен опорный цилиндр 46 (например, опорный цилиндр из огнеупорного оксида алюминия). Внутри опорного цилиндра предусмотрен тигель для обработки переохлаждением 33 (переохлажденный катализатор), например, из огнеупорных материалов на основе оксида магния. Тигель для обработки переохлаждением из огнеупорного материала заполняется огнеупорным песком 34 из оксида магния. Над тигелем для обработки переохлаждением 33 установлена воронка 30 для розлива расплавленной стали. Комбинированный плунжерный стержень 2 с термопарой для измерения температуры входит в воронку 30 для розлива расплавленной стали и переохлаждаемый кристаллизатор 33, а его нижняя часть входит в опорный цилиндр 46 и доходит до донной форсунки 29 для подачи переохлажденного расплавленного металла или сплава. Внутри комбинированного плунжерного стержня 2 предусмотрена термопара 48 для измерения температуры, а в верхней части термопары 48 для измерения температуры предусмотрен индикатор 1 температуры расплавленного металла или сплава 49. Нижняя часть форсунки 29 для подачи переохлажденного расплавленного металла или сплава соответствует стыковочному отверстию 31 для впрыска расплавленной стали со дна, предназначенному для соединения с центральным литником 54 литьевой оболочковой формы. Центральный литник 54 литьевой оболочковой формы находится на верхней поверхности литьевой оболочковой формы 10. Литьевая оболочковая форма 10 установлена на теплоизолирующую прокладку 32. Теплоизолирующая прокладка 32 установлена на подъемном лотке 11 для литьевых оболочковых форм. Дно подъемного лотка 11 для литьевых оболочковых форм соединено с комбинированным кристаллизатором 13 с подъемной колонной. Комбинированный кристаллизатор 13 с подъемной колонной соединен со вторым подъемным механизмом 12 (то есть подъемником для литьевой оболочковой формы 10).

[0064] Для впрыска расплавленного металла или сплава 49 в литьевую оболочковую форму 10, в верхней части камеры печи 6, работающей под давлением, предусмотрен первый подъемный механизм 18, предназначенный для подъема комбинированного плунжерного стержня 2 с термопарой для измерения температуры и соединенный с подъемным электродвигателем 19, который приводит в движение первый подъемный механизм 18, поднимая тем самым комбинированный плунжерный стержень 2 с термопарой для измерения температуры. Следует отметить, что вакуумное уплотнительное кольцо 17 высокого давления и сильфоны 16 из жаропрочной стали предусмотрены, соответственно, в местах контакта комбинированного плунжерного стержня 2 с термопарой для измерения температуры и стенки камеры 6 печи, работающей под давлением, причем вакуумное уплотнительное кольцо 17 высокого давления предназначено для герметизации камеры 6 печи, работающей под давлением.

[0065] Для повышения герметичности камеры 6 печи, работающей под давлением, и вакуумной камеры 9 печи в месте контакта камеры 6 печи, работающей под давлением, и вакуумной камеры 9 печи предусмотрено уплотнительное кольцо 14 высокого давления, предотвращающее попадание газа из камеры 6 печи, работающей под давлением, в вакуумную камеру 9 печи и обеспечивающее герметизацию камеры 6 печи, работающей под давлением, и вакуум в вакуумной камере 9 печи. Вакуумное уплотнительное кольцо 28 не допускает попадание окружающей атмосферы в вакуумную камеру 9 печи.

[0066] Для наблюдения за состоянием отливки в камере 6 печи, работающей под давлением, в верхней части литейной печи предусмотрено смотровое отверстие 3, а со стороны смотрового отверстия 3 – крышка литейной печи 4. Кроме того, в нижней части камеры 6 печи, работающей под давлением, предусмотрен воздушный клапан 8, который можно открывать в тех случаях, когда необходимо сбросить давление в камере 6 печи.

[0067] Для облегчения замены тигеля для обработки переохлаждением 33 камера для литья в оболочковые формы может дополнительно содержать слой огнеупорного песка (например, огнеупорный песок из оксида магния) для фиксации переохлаждаемого кристаллизатора 33, причем этот слой удерживается на внутренней стенке обмотки 35 нагревательной катушки опорным цилиндром (например, опорным цилиндром 46 из огнеупорного оксида алюминия). На практике переохлаждаемый кристаллизатор 33 является расходным материалом, для замены которого можно извлечь сломанный переохлаждаемый кристаллизатор 33 из огнеупорного наполняющего песка, после чего поместить новый переохлаждаемый кристаллизатор 33 в огнеупорный наполняющий песок. Кроме того, поскольку между частицами слоя огнеупорного песка имеются зазоры, то при появлении в переохлаждающем кристаллизаторе 33 трещин, через которые может вытекать расплавленный металл или сплав 49, вытекающий расплав может проникать в зазоры между частицами слоя огнеупорного песка и не повредить расположенный далее опорный цилиндр или обмотку 35 нагревательной катушки.

[0068] Чтобы камера 6 печи, работающая под давлением, и вакуумная камера 9 печи вышеупомянутой литейной печи для мелкокристаллических или некристаллических изделий находились в состоянии вакуума, литейная печь согласно данному изобретению дополнительно содержит вакуумирующее устройство. Вакуумирующее устройство содержит трубопровод 22 вакуумной накачки, вакуумный двунаправленный клапан 23 высокого давления, вакуумную измерительную трубку 24 и вакуумную насосную станцию 25. Трубопровод 22 вакуумной накачки соединен со стенкой 43 камеры, работающей под давлением, и стенкой 52 вакуумной камеры литейной печи. При необходимости вакуумировать камеру 6 печи, работающую под давлением, и вакуумную камеру 9 печи запускается вакуумная насосная станция 25, вакуумирующая камеру 6 печи, работающую под давлением, и вакуумную камеру 9 печи посредством трубопровода 22 вакуумной накачки; после вакуумирования камеры 6 печи, работающей под давлением, и вакуумной камеры 9 печи, вакуумный двунаправленный клапан 23 высокого давления закрывается, и внутри вакуумной камеры 9 печи поддерживается определенный уровень вакуума, контролируемый вакуумной измерительной трубкой 24.

[0069] Для улучшения фиксации вакуумной камеры 9 печи в нижней части вакуумной камеры 9 печи предусмотрен кронштейн 45 статического магнитного поля обратного направления, в нижней части которого имеется упругое резиновое кольцо 44. Упругое резиновое кольцо 44 предназначено для обеспечения прямого эластичного контакта между форсункой 29 для подачи переохлажденного расплавленного металла или сплава и центральным литником 54 литьевой оболочковой формы.

[0070] Для нагнетания давления в камеру 6 печи, работающую под давлением, литейная печь согласно данному варианту осуществления дополнительно содержит устройство 7 нагнетания инертного газа, соединенное трубопроводом с внутренней частью камеры 6 печи. Источник питания 26 постоянного тока, используемый сверхпроводящими катушками, подключен к переохлаждающему устройству 15 кабелем 27 постоянного тока, причем в переохлаждающем устройстве 15 находится переохлаждаемый кристаллизатор 33 (например, изолированный огнеупорным материалом из оксида магния).

[0071] По сравнению с уровнем техники литейная печь, предусмотренная данным вариантом осуществления, разделена на камеру 6 печи, работающую под давлением, и вакуумную камеру 9 печи, между которыми имеет место разность давлений. Когда расплавленный металл или сплав 49 попадает в литьевую оболочковую форму 10 через отверстие для подачи стали в нижней части переохлаждаемого кристаллизатора 33 и литник в верхней части литьевой оболочковой формы 10, расплав 49 можно быстро ввести в литьевую оболочковую форму 10 под действием разности давлений, ускоряя тем самым литье.

[0072] Следует отметить, что разделение литейной печи на камеру 6, работающую под давлением, и вакуумную камеру 9 необходимо для адаптации к усовершенствованной камере для литья в оболочковые формы. В частности, поскольку расплавленный металл или сплав 49 в переохлаждаемом кристаллизаторе 33 подвергается воздействию сильного магнитного поля, создаваемого первой сверхпроводящей катушкой 41, расплавленный металл или сплав 49 испытывает глубокое переохлаждение, степень которого существенно превышает степень переохлаждения обычных катушек, изготовленных из материалов, не обладающих свойствами сверхпроводимости. Во время процесса розлива расплавленный металл или сплав 49, покидающий зону действия сильного магнитного поля, создаваемого первой сверхпроводящей катушкой 41, быстро кристаллизуется; если скорость течения расплавленного металла или сплава 49 окажется недостаточной, расплав может легко затвердеть в отверстии для розлива, между отверстием для розлива и литником в верхней части литьевой оболочковой формы 10 или в литнике литьевой оболочковой формы, что приведет к невозможности получения нужного изделия. Поэтому камера вышеупомянутой литейной печи делится на камеру 6 печи, работающую под давлением, и вакуумную камеру 9, и когда расплавленный металл или сплав 49, поступающий в литьевую оболочковую форму 10 через отверстие для розлива в нижней части переохлаждаемого кристаллизатора 33 и литник в верхней части литьевой оболочковой формы 10, расплавленный металл или сплав 49 может быть быстро введен в литьевую оболочковую форму 10 под действием разности давлений, тем самым предотвращая затвердевание расплава 49 в процессе розлива в отверстии для розлива, между отверстием для розлива и литником литьевой оболочковой формы или в литнике литьевой оболочковой формы.

[0073] На ФИГ. 1 и 2 показан основной режим работы трехрежимной литейной печи для получения мелкокристаллических, некристаллических и монокристаллических изделий; этот режим может быть также адаптирован для обычного литья металлических мелкокристаллических и некристаллических изделий.

[0074] Вариант осуществления изобретения 3

[0075] Этим вариантом осуществления предложена литейная печь для мелкокристаллических и некристаллических изделий. Как показано на ФИГ. 5 и 6, базовая конструкция и режим работы литейной печи для мелкокристаллических и некристаллических изделий аналогичны литейной печи согласно варианту осуществления 2; различие заключается в отсутствии термопары 48 для измерения температуры, комбинированного плунжерного стержня 2 с термопарой, переохлаждающего кристаллизатора 33 и находящегося в нем расплавленного металла или сплава 49, наполняющего песка из оксида магния, опорного цилиндра 51, донной форсунки 29 для подачи переохлажденного металла или сплава, литника 54, упругого резинового кольца 44 и кронштейна 45 направленного назад статического магнитного поля, имеющихся в литейной печи для мелкокристаллических и некристаллических изделий согласно варианту осуществления 2, а также в адаптации к конструкции согласно ФИГ. 5 и 6. Таким образом, подъемный лоток 11 для литьевых оболочковых форм установлен на комбинированном кристаллизаторе 13 с подъемной колонной, теплоизолирующая прокладка 32 установлена на подъемный лоток 11, литьевая оболочковая форма 10 установлена на теплоизолирующую прокладку 32 и поднята в камеру 6 печи с помощью комбинированного кристаллизатора 13 с подъемной колонной, и расплавленный металл или сплав 49 посредством воронки 30 заливается в литьевую оболочковую форму 10.

[0076] Вариант осуществления изобретения 4

[0077] Этим вариантом осуществления предложена литейная печь для монокристаллических изделий или изделий с направленной кристаллизацией. Базовая конструкция и режим работы литейной печи для монокристаллических изделий или изделий с направленной кристаллизацией аналогичны варианту осуществления 3; различие заключается в том, что верхняя часть комбинированного кристаллизатора с подъемной колонной непосредственно соприкасается с литьевой оболочковой формой 10, а теплоизолирующая прокладка 32 между ними удалена для того, чтобы комбинированный кристаллизатор с подъемной колонной мог выполнять направленное отведение тепла. Адаптированная структура литейной печи для монокристаллических изделий или изделий с направленной кристаллизацией показана на ФИГ. 7 и 8. Таким образом, подъемный лоток 11 для литьевых оболочковых форм установлен на комбинированном кристаллизаторе 13 с подъемной колонной, литьевая оболочковая форма 10 поднята в камеру 6 печи, работающую под давлением, с помощью комбинированного кристаллизатора 13 с подъемной колонной, и расплавленный металл или сплав 49 посредством воронки 30 заливается в литьевую оболочковую форму 10, после чего литьевая оболочковая форма 10, заполненная расплавом, снова втягивается в вакуумную камеру с помощью комбинированного кристаллизатора 13 с подъемной колонной.

[0078] Вариант осуществления изобретения 5

[0079] Этим вариантом осуществления предложен способ розлива мелкокристаллического и некристаллического сырья в зоне с асинхронной кривизной сильного магнитного поля, использующий литейную печь для мелкокристаллических изделий согласно варианту осуществления 2. Способ розлива мелкокристаллического сырья содержит следующие этапы:

[0080] Этап 1: помещение сырьевого базового сплава в плавильный тигель 5;

[0081] Этап 2: закрытие крышки 4 печи и нижней дверцы печи, запуск первой теплозащитной сборки, первого охлаждающего трубопровода 37 (например, медной трубы квадратного сечения для принудительной циркуляции охлаждающей жидкости), второй теплозащитной сборки и второго охлаждающего трубопровода 47, запуск вакуумной насосной станции 25 и трубопровода 22 вакуумной накачки, вакуумирование камеры 6 печи, работающей под давлением, и вакуумной камеры 9 печи, и поддержание определенного уровня вакуума;

[0082] Этап 3: закрытие вакуумного двунаправленного клапана 23 высокого давления и запуск устройства 7 нагнетания инертного газа с целью доведения давления в верхней камере печи до заданного уровня; вакуумирование вакуумной камеры 9 печи до заданного уровня вакуума;

[0083] Этап 4: запуск источника питания 26 постоянного тока для подачи постоянного тока на обмотку 35 нагревательной катушки из вольфрамового сплава, помещенную в корундовую гильзу из высокочистого оксида алюминия, причем обмотка 35 нагревательной катушки из вольфрамового сплава генерирует тепло и нагревает плавильный тигель 5 и находящийся в нем сырьевой базовый сплав; одновременная подача постоянного тока в первую сверхпроводящую катушку 41, после подачи тока генерирующую статическое магнитное поле, в котором оказывается переохлаждающее устройство 15 и переохлаждаемый кристаллизатор 33;

[0084] Этап 5: расплавление сырьевого базового сплава в плавильном тигле 5 и впрыск расплава в переохлаждаемый кристаллизатор 33 в переохлаждающем устройстве 15 через воронку 30 для розлива расплавленной стали; и

[0085] Этап 6: регулировка интенсивности постоянного тока и скорости потока принудительно циркулирующей охлаждающей жидкости в охлаждающем трубопроводе с целью дальнейшего увеличения интенсивности статического магнитного поля в камере 6 печи, работающей под давлением, и одновременного устойчивого снижения температуры в камере 6 печи, работающей под давлением, до тех пор, пока температура расплавленного металла или сплава в переохлаждаемом кристаллизаторе 33, содержащем огнеупорный материал из оксида магния, не опустится примерно на 15⁰C ниже температуры плавления металла или сплава; подъем комбинированного плунжерного стержня 2 с термопарой для измерения температуры (см. ФИГ. 2), причем в этот момент форсунка 29 для подачи переохлажденной расплавленной стали или сплава, выполненная из огнеупорного материала (оксида алюминия), находится между камерой 6 печи, работающей под давлением, и вакуумной камерой 9 печи, и расплавленный металл или сплав 49, охлажденный до температуры на 15⁰C ниже температуры плавления в нормальных условиях, под давлением инертного газа с высокой скоростью впрыскивается в литьевую оболочковую форму 10 в вакуумной камере 9 печи через донную форсунку в огнеупорном материале (оксиде алюминия).

[0086] Следует отметить, что на этапе 6 снижение температуры расплавленного металла или сплава 49 до уровня примерно на 15⁰C ниже температуры плавления обусловлено следующим: поскольку пространственно-временные интервалы, в которых находятся нейтральные частицы ядер и внешние электроны расплавленного металла или сплава 49, в среде сильного статического магнитного поля характеризуются асинхронной кривизной, то связывающие электроны расплавленного металла или сплава 49 не могут образовывать связи и кристаллизоваться при температуре плавления в нормальных условиях в отсутствие сильного статического магнитного поля, вследствие чего металл или сплав 49 остается в жидком состоянии при температуре примерно на 15⁰C ниже температуры плавления в нормальных условиях, то есть металл или сплав 49 переохлаждается. Поскольку расплавленный металл или сплав 49 впрыскивается в литьевую оболочковую форму 10 при температуре ниже температуры плавления в нормальном состоянии, то есть в состоянии глубокого переохлаждения, то после выхода расплавленного металла или сплава 49 из зоны воздействия сильного статического магнитного поля асинхронная кривизна пространственно-временных интервалов, в которых находятся нейтральные частицы ядер и внешние электроны расплавленного металла или сплава (имеющие разные степени кривизны), вернется к синхронной форме (то есть степени кривизны нейтральных частиц и заряженных частиц расплавленного металла или сплава будут одинаковыми); к этому времени расплавленный металл или сплав 49 под действием термодинамической движущей силы глубокого переохлаждения, существенно превышающей уровень нормальной кристаллизации, образует центры кристаллизации и равномерно и очень быстро кристаллизуется в большом количестве различных точек литьевой оболочковой формы 10, формируя сверхмелкокристаллическую структуру. Поэтому отливка, затвердевшая в литьевой оболочковой форме 10, представляет собой однородную мелкозернистую изометрически-кристаллическую структуру.

[0087] Следует подчеркнуть, что, поскольку скорость кристаллизации глубоко переохлажденного расплавленного металла очень велика, в данном случае способ розлива мелкокристаллического сырья предусматривает непрерывную подачу инертного газа в камеру 6 печи, работающую под давлением, вследствие чего плавильный тигель 5 находится в среде инертного газа под давлением, а литьевая оболочковая форма 10 – в вакуумной камере 9 печи, в которой поддерживается определенный уровень вакуума. Соответственно, при прохождении расплавленного металла или сплава внутри плавильного тигля 5 через донную форсунку 29 для подачи переохлажденного расплавленного металла или сплава, на расплав влияет не только сила тяжести, но и давление в камере 6 печи и адсорбция под отрицательным давлением, создаваемым вакуумом в вакуумной камере 9, что приводит к впрыскиванию глубоко переохлажденного расплавленного металла в литьевую оболочковую форму 10 с высокой скоростью, предотвращающей прерывание розлива глубоко переохлажденного расплава вследствие взрывного образования центров кристаллизации и собственно кристаллизации.

[0088] Вариант осуществления изобретения 6

[0089] Этим вариантом осуществления предложен способ розлива мелкокристаллического и некристаллического сырья в зоне с асинхронной кривизной сильного магнитного поля с непосредственной кристаллизацией, использующий литейную печь для мелкокристаллических изделий согласно варианту осуществления 3. Способ розлива мелкокристаллического сырья содержит следующие этапы:

[0090] Этап 1: помещение сырьевого базового сплава в плавильный тигель 5;

[0091] Этап 2: закрытие крышки 4 печи и нижней дверцы печи, запуск первой теплозащитной сборки, первого охлаждающего трубопровода 37 (например, медной трубы квадратного сечения для принудительной циркуляции охлаждающей жидкости), второй теплозащитной сборки и второго охлаждающего трубопровода 47, запуск вакуумной насосной станции 25 и трубопровода 22 вакуумной накачки, вакуумирование камеры 6 печи, работающей под давлением, и вакуумной камеры 9 печи, и поддержание определенного уровня вакуума;

[0092] Этап 3: закрытие вакуумного двунаправленного клапана 23 высокого давления и запуск устройства 7 нагнетания инертного газа с целью доведения давления в верхней камере печи до заданного уровня; вакуумирование вакуумной камеры 9 печи до заданного уровня вакуума;

[0093] Этап 4: запуск источника питания 26 постоянного тока для подачи постоянного тока на обмотку 35 нагревательной катушки из вольфрамового сплава, помещенную в корундовую гильзу из высокочистого оксида алюминия, причем обмотка 35 нагревательной катушки из вольфрамового сплава генерирует тепло и нагревает плавильный тигель 5 и находящийся в нем сырьевой базовый сплав; одновременная подача постоянного тока в первую сверхпроводящую катушку 41, после подачи тока генерирующую статическое магнитное поле, в котором оказывается переохлаждающее устройство 15 и переохлаждаемый кристаллизатор 33; и

[0094] Этап 5: расплавление сырьевого базового сплава в плавильном тигле 5; подъем материала литьевой формы в подъемном лотке 11 в камеру 6 печи, работающую под давлением, с помощью второго подъемного механизма 12, введение расплавленного металла или сплава из плавильного тигля 5 в переохлаждаемый кристаллизатор 33, в котором расплавленный металл или сплав непосредственно кристаллизуется в зоне с асинхронной кривизной сильного магнитного поля; путем регулирования интенсивности постоянного тока нагревательной катушки (например, обмотки 35 нагревательной катушки из вольфрамового сплава d корундовой гильзе из высокочистого оксида алюминия) и скорости потока принудительно циркулирующей охлаждающей жидкости в первом охлаждающем трубопроводе 37 (т.е. медной трубе квадратного сечения) можно увеличить длительность глубокого переохлаждения расплавленного металла или сплава 49 в полости литьевой формы 10; вследствие этого заполняемость полости металлом или сплавом может достичь уровня заполняемости полости чистой жидкостью, и, поскольку эта способность может сохраняться после заполнения полости, возможно выведение газов и включений из расплавленного металла или сплава 49 и завершение процесса кристаллизации со скоростью, обусловленной давлением напорной головки воронки разливочной системы; последующее отключение постоянного тока, генерирующего сильное магнитное поле с асинхронной кривизной, причем после отключения сверхпроводящей катушки образуется компактная мелкокристаллическая структура; или средняя кинетическая энергия трансляции, необходимая для поддержания жидкого состояния, теряется вследствие рассеивания тепла, в результате чего образуется некристаллическая структура. Таким образом, расплавленный металл или сплав 49 окончательно затвердевает под действием термодинамической движущей силы глубокого переохлаждения. Мелкокристаллическая или некристаллическая отливка, получаемая в этом режиме, отличается высокой компактностью, а зерна изотропного изометрического кристалла во всем поперечном сечении отливки имеют очень малый размер, который даже меньше размера зерен поковок и проката. Следует отметить, что размер отливки, изготовленной в данном варианте осуществления, будет меньше размера отливки согласно варианту осуществления 5.

[0095] В заключение следует отметить, что в способе изготовления мелкокристаллических и некристаллических отливок согласно данному варианту осуществления, расплавленная сталь разливается в литьевую оболочковую форму 10, размещенную на теплоизолирующей прокладке 32, расплавленный металл или сплав 49 в литьевой форме 10 находится в среде сильного статического магнитного поля, электрические токи первой сверхпроводящей катушки 41 и нагревательной катушки регулируются таким образом, чтобы расплавленный металл или сплав 49 плавно и непрерывно охлаждался, система останавливается на короткое время после достижения состояния глубокого переохлаждения расплавленного металла или сплава 49, дожидаясь полного всплытия пузырьков в расплавленном металле или сплаве 49, а также заполнения полостей, после чего электрические токи первой сверхпроводящей катушки 41 и нагревательной катушки отключаются, чтобы отключить сильное статическое магнитное поле. Соответственно, можно получить однородную и компактную мелкозернистую изометрически-кристаллическую структуру, компактность которой может достигать уровня поковки. Способ изготовления мелкокристаллических и некристаллических отливок согласно данному варианту осуществления не позволяет получать изделия сложной формы, которые невозможно изготовить ковкой, но позволяет отливать однородную мелкозернистую изометрически-кристаллическую структуру, не содержащую характерных для поковок структур.

[0096] Вариант осуществления изобретения 7

[0097] Этим вариантом осуществления предложен способ розлива монокристаллического сырья и сырья с направленной кристаллизацией в зоне с асинхронной кривизной сильного магнитного поля, использующий литейную печь для изготовления монокристаллических изделий и изделий с направленной кристаллизацией согласно варианту осуществления 4. Способ розлива монокристаллического сырья и сырья с направленной кристаллизацией содержит следующие этапы:

[0098] Этап 1: помещение сырьевого базового сплава в плавильный тигель 5;

[0099] Этап 2: закрытие крышки 4 печи и нижней дверцы печи, запуск первой теплозащитной сборки, первого охлаждающего трубопровода 37 (например, медной трубы квадратного сечения для принудительной циркуляции охлаждающей жидкости), второй теплозащитной сборки и второго охлаждающего трубопровода 47, запуск вакуумной насосной станции 25 и трубопровода 22 вакуумной накачки, вакуумирование камеры 6 печи, работающей под давлением, и вакуумной камеры 9 печи, и поддержание определенного уровня вакуума;

[00100] Этап 3: вакуумирование вакуумной камеры 9 печи до заданного уровня вакуума;

[00101] Этап 4: запуск источника питания 26 постоянного тока для подачи постоянного тока на обмотку 35 нагревательной катушки из вольфрамового сплава, помещенную в корундовую гильзу из высокочистого оксида алюминия, причем обмотка 35 нагревательной катушки из вольфрамового сплава генерирует тепло и нагревает плавильный тигель 5 и находящийся в нем сырьевой базовый сплав; одновременная подача постоянного тока в первую сверхпроводящую катушку 41, после подачи тока генерирующую статическое магнитное поле, в котором оказывается переохлаждаемый кристаллизатор 33; и

[00102] Этап 5: расплавление сырьевого базового сплава в плавильном тигле 5; подъем литьевой оболочковой формы 10 в камеру 6 печи, работающую под давлением, с помощью комбинированного кристаллизатора 13 с подъемной колонной, впрыскивание расплавленного металла или сплава 49 в литьевую оболочковую форму 10, опускание литьевой оболочковой формы 10, заполненной расплавленным металлом или сплавом 49 для изготовления монокристаллического изделия или изделия с направленной кристаллизацией, под теплоизолирующий экран 56 с магнитными приемниками (например, теплоизолирующий экран с магнитными приемниками из углеродного волокна) в обычном режиме Бриджмена (режим выведения для печей для монокристаллических изделий или изделий с направленной кристаллизацией), причем расплавленный металл или сплав 49 последовательно кристаллизуется снизу вверх в литьевой оболочковой форме 10 с образованием монокристаллического изделия или изделия с направленной кристаллизацией.

[00103] Следует отметить, что в печах для изготовления монокристаллических изделий и изделий с направленной кристаллизацией, в частности, работающих в режиме Бриджмена, уровень кристаллизации зависит преимущественно от уровня температурного градиента границы раздела твердое тело-жидкость, на которой растет кристалл. Этот вариант осуществления в соответствии с принципом переохлаждения асинхронной кривизны позволяет использовать сильное статическое магнитное поле для того, чтобы опустить температуру переохлаждения на определенную величину ниже температуры плавления в нормальных условиях и последовательного получит диапазон от температуры плавления в нормальных условиях до температуры плавления при переохлаждении. Температурный диапазон обычного температурного градиента накладывается на диапазон от температуры плавления в нормальных условиях до температуры плавления при переохлаждении, вследствие чего температурный градиент превышает общий температурный градиент.

[00104] Следует отметить (см. ФИГ. 8) что, поскольку нагревательная катушка и первая сверхпроводящая катушка 41 генерируют магнитное поле рассеяния интенсивного статического магнитного поля, уменьшающее температурный градиент на верхней и нижней границе раздела теплоизолирующего экрана 56 с магнитными приемниками и, следовательно, сумму наложенных температурных градиентов на величину градиента диапазона от температуры плавления в нормальном состоянии до температуры плавления в переохлажденном состоянии, и поскольку теплоизолирующий экран 56 с магнитными приемниками способен поглощать магнитные силовые линии, необходимо предусмотреть максимальную толщину теплоизолирующего экрана 56. Под температурным градиентом понимают отношение температуры к толщине поверхности, поэтому, хотя толщина теплоизолирующего экрана 56 с магнитными приемниками должна быть минимальной, уменьшение его толщины приведет к снижению эффективности термической и магнитной изоляции, что неблагоприятно скажется на увеличении температурного градиента.

[00105] Соответственно, литейная печь для монокристаллических изделий или изделий с направленной кристаллизацией, предложенная настоящим изобретением, создает направленное назад статическое магнитное поле под теплоизолирующим экраном 56 с магнитными приемниками для охлаждения и размагничивания второй сверхпроводящей катушки 53, которая после подачи на нее постоянного тока генерирует статическое магнитное поле в направлении, противоположном направлению статического магнитного поля над теплоизолирующим экраном 56 с магнитными приемниками, чтобы компенсировать магнитное поле рассеяния, проникающее через теплоизолирующий экран 56 в направлении вниз. Кроме того, вторая сверхпроводящая катушка 53 и теплозащитные экраны содержат второй охлаждающий трубопровод 47, способный снижать нагрев сопротивления под действием постоянного тока, приложенного ко второй сверхпроводящей катушке 53, и поглощать тепло, направленное вниз и проникающее в теплоизолирующий экран 56 с магнитными приемниками. Соответственно, литьевая оболочковая форма 10 для изготовления монокристаллических изделий или изделий с направленной кристаллизацией, расположенная над теплоизолирующим экраном 56 с магнитными приемниками, намагничивается и нагревается, а направленное назад статическое магнитное поле и второй охлаждающий трубопровод 47 под теплоизолирующим экраном 56 с магнитными приемниками размагничивают ее и рассеивают тепло; поэтому температурный градиент на верхней и нижней границе раздела теплоизолирующего экрана 56 с магнитными приемниками увеличивается. Другие структуры и режимы работы литейной печи аналогичны обычным печам для монокристаллических изделий или изделий с направленной кристаллизацией, работающим в режиме Бриджмена, поэтому их подробное описание будет опущено.

[00106] Настоящее изобретение, используя принцип асинхронной кривизны, реализует литье расплавленного металла или сплава в состоянии глубокого переохлаждения. Переохлаждение жидкости в предшествующем уровне техники приводит к тому, что среда затвердевания жидкости будет полной и чистой, и температуру жидкости удается опустить ниже точки кристаллизации всего на несколько градусов Цельсия. Действие обычных устройств для переохлаждения заключается в уменьшении влияния интерференции на кристаллизацию жидкости, при котором жидкость не может преодолеть уровень однородного формирования центров кристаллизации (термодинамический потенциальный барьер) для осуществления кристаллизации. Однако идея устройств для переохлаждения согласно данному изобретению заключается не в снижении влияния интерференции на кристаллизацию жидкости, а в ингибировании образования связей и кристаллизации атомов жидкости. Это позволяет достичь промышленной применимости, а также проводить научные исследования для получения переохлаждения более высокого уровня.

[00107] Область применения настоящего раскрытия – устройства для точного литья, в частности, два типа важного оборудования: печи для изготовления монокристаллических и мелкокристаллических отливок. В терминах литейной технологии печи для изготовления монокристаллических и мелкокристаллических отливок относятся к двум техническим областям. При этом настоящее изобретение охватывает обе технические области, чтобы одна и та же литейная печь могла работать в обоих режимах (монокристаллическом и мелкокристаллическом) на уровне, превосходящем текущий промышленный уровень в обеих технических областях. При использовании в качестве печи для монокристаллических изделий, благодаря наложению дополнительного температурного градиента, обусловленного асинхронной кривизной переохлаждения, возможно достижение уровня планарной направленной кристаллизации, то есть промышленного уровня размеров и допусков на шероховатость. При использовании в качестве печи для мелкокристаллических изделий, благодаря стабильному глубокому переохлаждению с использованием асинхронной кривизны переохлаждения, становится возможным достичь промышленного уровня размеров и допусков на шероховатость. Все поперечное сечение отливки полностью заполнено одинаковыми исключительно мелкими изометрическими кристаллами, а степень мелкости зерна может даже превышать степень мелкости зерна в поковках, при этом кристаллические зерна не имеют текстуры и накопленной энергии, характерной для поковок и проката, и представляют собой изотропные и стабильные мелкозернистые изометрические кристаллы. В частности, продолжительность глубокого переохлаждения расплава в полости формы увеличивается, в результате чего способность к заполнению полости приближается к способности заполнения формы чистой жидкостью; поскольку чистая жидкость может сохранять свое состояние в течение определенного периода после заполнения полости, можно обеспечить продолжительность периода, достаточную для выведения газов и включений, а также кристаллизации; итоговая компактность равна компактности поковок и проката.

[00108] Кроме того, настоящее изобретение не только охватывает две технические области (печи для монокристаллических и мелкокристаллических отливок), но и благодаря высокому глубокому переохлаждению, осуществленному с использованием асинхронной кривизны переохлаждения, позволяет изготавливать некристаллические изделия из металлов или сплавов в форме блоков или в других формах. Настоящее изобретение, используя принцип асинхронной кривизны переохлаждения, с помощью литейной печи для некристаллических изделий из металлов или сплавов, имеющей особую конструкцию, позволяет получать некристаллические изделия из металлов или сплавов в форме блоков или в иных формах. Кроме того, в соответствии с принципом глубокого переохлаждения, некристаллические изделия из металлов или сплавов, получаемые при отвердевании с использованием асинхронной кривизны переохлаждения за счет сбалансированного отвердевания переохлажденного расплава, по сравнению с некристаллическими изделиями из металлов или сплавов, изготавливаемыми способами закалки, например, с одним валком, двумя валками и т.д., которые в настоящее время используются в промышленном производстве, в большей степени склонны к термодинамическому равновесному состоянию и имеют меньшую накопленную энергию. Поэтому некристаллические изделия из металлов или сплавов используют реакцию кристаллизации, вследствие чего тенденция к ухудшению характеристик некристаллических изделий уменьшается, а компактность, очевидно, повышается по сравнению с изделиями, получаемыми способами осаждения.

[00109] Настоящим изобретением, с учетом всестороннего рассмотрения требований к затвердеванию монокристаллических, мелкокристаллических и некристаллических изделий и целесообразности промышленного производства, предложена трехрежимная литейная печь, которая способна производить монокристаллические, мелкокристаллические и некристаллические изделия и не только объединяет три этих режима, но и позволяет достигать или даже превосходить текущий промышленный уровень, особенно уровень изготовления некристаллических металлических отливок.

[00110] Выше описано лишь предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, ни в коем случае не ограничивающие защищаемый объем настоящего изобретения. Любые модификации или изменения, которые специалист в данной области техники может легко внести в рамках технической области настоящего изобретения, входят в защищаемый объем настоящего изобретения.

1. Литейная камера устройства для литья в оболочковые формы, содержащая обмотку нагревательной катушки, первую теплозащитную сборку, первую сверхпроводящую катушку, вторую теплозащитную сборку, вторую сверхпроводящую катушку и первый охлаждающий трубопровод, причем

первая теплозащитная сборка, содержащая первые теплозащитные экраны, расположенные по обеим сторонам первой сверхпроводящей катушки, и первые теплозащитные крышки, расположенные сверху и снизу первой сверхпроводящей катушки, расположена с внешней стороны обмотки нагревательной катушки, первая сверхпроводящая катушка расположена внутри первой теплозащитной сборки, вторая сверхпроводящая катушка расположена внутри второй теплозащитной сборки, содержащей вторые теплозащитные экраны, расположенные по обеим сторонам второй сверхпроводящей катушки, и вторые теплозащитные крышки, расположенные сверху и снизу второй сверхпроводящей катушки, вторая теплозащитная сборка расположена под первой теплозащитной сборкой, а векторы магнитного поля, генерируемого первой сверхпроводящей катушкой, и магнитного поля, генерируемого второй сверхпроводящей катушкой, противоположны, при этом

первая сверхпроводящая катушка и обмотка нагревательной катушки образуют зону нагрева с прямонаправленным статическим магнитным полем, а вторая сверхпроводящая катушка образует зону с обратно направленным статическим магнитным полем,

первый охлаждающий трубопровод расположен с внешней стороны обмотки нагревательной катушки, между обмоткой нагревательной катушки и первой теплозащитной сборкой,

обмотка нагревательной катушки выполнена с возможностью размещения в ней оболочковой литейной формы или тигля для обработки переохлаждением жидкого металла или сплава.

2. Литейная камера по п. 1, в которой первые экраны и первые теплозащитные крышки образуют пространство для размещения первой сверхпроводящей катушки, вторые теплозащитные экраны и вторые теплозащитные крышки образуют пространство для размещения второй сверхпроводящей катушки, а нагревательная катушка расположена внутри первой сверхпроводящей катушки.

3. Литейная камера по п. 1 или 2, в которой сверху и снизу первой теплозащитной сборки имеются, соответственно, крышка с теплоизолирующим слоем из углеродного волокна и магнитоприемный теплоизолирующий экран, при этом крышка с теплоизолирующим слоем из углеродного волокна и магнитоприемный теплоизолирующий экран установлены, соответственно, сверху и снизу тигля для обработки переохлаждением.

4. Литейная камера по п. 3, в которой между первой теплозащитной сборкой и второй теплозащитной сборкой, под магнитоприемным теплоизолирующим экраном, установлена графитовая прижимная пластина, а литейная камера снабжена корпусом, в который помещена первая теплозащитная сборка, при этом корпус образует замкнутое пространство и охватывает обмотку нагревательной катушки, теплоизолирующий слой из углеродного волокна, размещенный между обмоткой нагревательной катушки и первой теплозащитной сборкой, и первую теплозащитную сборку.

5. Устройство для литья в оболочковые формы, содержащее литейную камеру по пп. 1-4, камеру печи высокого давления, камеру вакуумной печи, комбинированный кристаллизатор с вертикально подъемной колонной, литейную оболочковую форму и подъемный лоток для литейной оболочковой формы, при этом

литейная оболочковая форма установлена на подъемном лотке для литейной оболочковой формы, который установлен в комбинированном кристаллизаторе с вертикально подъемной колонной,

обмотка нагревательной катушки, первая теплозащитная сборка и первая сверхпроводящая катушка размещены в камере печи высокого давления, вторая теплозащитная сборка и вторая сверхпроводящая катушка размещены в камере вакуумной печи, причем

устройство для литья в оболочковые формы снабжено плавильным тиглем, опорным цилиндром, тиглем для обработки переохлаждением с донной форсункой и комбинированным плунжерным стержнем с термопарой для измерения температуры,

опорный цилиндр выполнен с возможностью поддержки тигля для обработки переохлаждением,

комбинированный плунжерный стержень с термопарой выполнен с возможностью изоляции камеры печи высокого давления от камеры вакуумной печи до подачи расплава металла или сплава и перекрытия донной форсунки тигля для обработки переохлаждением,

термопара выполнена с возможностью измерения температуры расплава металла или сплава в литейной камере.

6. Устройство по п. 5, которое содержит теплоизолирующую прокладку, установленную между литейной оболочковой формой и подъемным лотком для литейной оболочковой формы.

7. Способ литья в оболочковую форму, который осуществляют в устройстве по п. 5 или 6, включающий следующие этапы:

этап 1, на котором запускают первую теплозащитную сборку, первый охлаждающий трубопровод и вторую теплозащитную сборку, вакуумируют камеру печи высокого давления и камеру вакуумной печи с поддержанием заданной степени вакуума, плавят сырьевой материал из базового сплава в плавильном тигле;

этап 2, на котором запускают первую сверхпроводящую катушку, обмотку нагревательной катушки и вторую сверхпроводящую катушку для формирования среды статического магнитного поля высокой интенсивности внутри литейной оболочковой формы для монокристаллической или направленной кристаллизации, размещенной в литейной камере устройства для литья в оболочковые формы, расположенной в камере печи высокого давления, разливают расплавленный на этапе 1 металл или сплав из плавильного тигля в литейную оболочковую форму и осуществляют его глубокое переохлаждение в статическом магнитном поле высокой интенсивности;

этап 3, на котором вытягивают литейную оболочковую форму в камеру вакуумной печи с помощью комбинированного кристаллизатора с вертикально подъемной колонной, причем во время вытягивания осуществляют проход литейной оболочковой формы сверху вниз через магнитоприемный теплоизолирующий экран и плоскость с нулевой намагниченностью, образованную взаимно обратно направленными статическими магнитными полями второй и первой сверхпроводящих катушек, с обеспечением последовательной кристаллизации расплава металла или сплава внутри литейной оболочковой формы в направлении снизу вверх с образованием изделия с монокристаллической или направленной кристаллической структурой.

8. Способ литья в оболочковую форму, который осуществляют в устройстве по п. 5 или 6, включающий следующие этапы:

этап 1, на котором запускают первую теплозащитную сборку, первый охлаждающий трубопровод и вторую теплозащитную сборку, вакуумируют камеру печи высокого давления и камеру вакуумной печи с поддержанием заданной степени вакуума, плавят сырьевой материал в плавильном тигле;

этап 2, на котором нагнетают инертный газ в камеру печи высокого давления и поддерживают давление на заданном уровне, запускают первую сверхпроводящую катушку и обмотку нагревательной катушки для формирования среды интенсивного статического магнитного поля в тигле для обработки переохлаждением, размещенном внутри литейной камеры устройства для литья в оболочковые формы, расположенной в камере печи высокого давления, разливают расплавленный в плавильном тигле на этапе 1 металл или сплав из плавильного тигля в тигель для обработки переохлаждением;

этап 3, на котором охлаждают расплавленный металл или сплав внутри тигля для обработки переохлаждением до заданной температуры, ниже температуры плавления металла или сплава, поднимают комбинированный плунжерный стержень с термопарой для измерения температуры с обеспечением разлива расплавленного металла или сплава в литейную оболочковую форму для кристаллизации расплавленного металла или сплава внутри литейной оболочковой формы с образованием изделия с мелкокристаллической или некристаллической структурой.

9. Способ литья в оболочковую форму, который осуществляют в устройстве по п. 5 или 6, включающий следующие этапы:

этап 1, на котором запускают первую теплозащитную сборку, первый охлаждающий трубопровод и вторую теплозащитную сборку, вакуумируют камеру печи высокого давления и камеру вакуумной печи с поддержанием заданной степени вакуума, плавят сырьевой материал в плавильном тигле;

этап 2, на котором нагнетают инертный газ в камеру печи высокого давления и контролируют заданный уровень давления, запускают первую сверхпроводящую катушку и обмотку нагревательной катушки для формирования среды статического магнитного поля высокой интенсивности в литейной камере устройства для литья в оболочковые формы, расположенной в камере печи высокого давления;

этап 3, на котором поднимают литейную оболочковую форму в переохлажденную литейную камеру устройства для литья в оболочковые формы, находящуюся в камере печи высокого давления, с помощью комбинированного кристаллизатора с вертикально подъемной колонной и разливают расплавленный на этапе 1 металл или сплав в литейную оболочковую форму в переохлажденной литейной камере, выдерживают переохлажденный расплав металла или сплава в литейной оболочковой форме под действием статического магнитного поля высокой интенсивности в течение времени, обеспечивающего выход из упомянутого расплава пузырьков и включений, отключают первую сверхпроводящую катушку и обеспечивают затвердевание упомянутого расплава с получением изделия мелкокристаллической структуры; или переохлажденный расплав металла или сплава выдерживают в литейной оболочковой форме под действием статического магнитного поля высокой интенсивности до его затвердевания вследствие потери средней кинетической энергии трансляции, с получением изделия некристаллической структуры.