NO154487B - Anordning for tilfoersel av smeltet metall til en baandstoepemaskin. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for tilførsel av smeltet metall til en båndstøpemaskin som angitt i krav l's innledning, spesielt av den type som anvendes til kontinuerlig støping mellom to roterende sylindre, som beskrevet blant annet i norsk patent nr. 121.860.

Støping av brede bånd i forskjellige aluminiumlegeringer på slike støpemaskiner, er i dag av begrenset omfang på grunn av vanskeligheter med å oppnå en tilstrekkelig kvalitet på produktet - overflate og indre struktur.

Det er flere faktorer som influerer på båndets kvalitet. Blant de viktigste kan nevnes en jevn, styrt metalltilførsel til sylindrene, kontroll med støpetemperatur, material og trykkfordeling langs støpedysene og dysenes kvalitet. Slutt-resultatet er avhengig av optimalisering og samspill på samt-lige trinn i hele støpesystemet, men utforming av dysen og dens kvalitet synes å være av avgjørende betydning.

Med hensyn til materiale stilles det en rekke krav som må innfris for dysene. Disse skal være varmebestandige, homogene og spenningsfrie etter bearbeiding, varmeisolerende (lav varmeledningsevne), slitesterke og samtidig bearbeidbare til nøyaktige dimensjonale toleranser, inerte overfor det støpte metall, de skal ikke inneholde noen helsefarlige komponenter, overkommelig pris, lav vekt og lav hygroskopisitet m.fl.

Et velkjent og hittil bredt anvendt ildfast, keramikklignende materiale, solgt under navnet Marinite i form av sammen-pressede plater med hard overflate, er nå forlatt for mange anvendelser på grunn av sitt asbestinnhold og relativt høy hygroskopisitet. Fellestrekk for de nye erstatnings-materialene som etter hvert har dukket opp, er en relativ dårlig mekanisk styrke. Dette resulterer i høy slitasje og følgelig kort levetid for dysene og videre problemer med opprettholdelse av jevn båndkvalitet.

Når det gjelder grafittdyser, er det vanlig å foreta en overflatebehandling av dysene ved å påføre ett eller flere beskyttelseslag på grafitten. U.S. patent nr. 4.175.611 beskriver flere alternative materialer og metoder som kan anvendes til dette formålet. Slike behandlinger fordyrer dysene som fra før av har et lite konkurransedyktig prisnivå, og videre er grafittdysene tross beskyttelse lite egnet til støping av aluminium og dets legeringer.

Et annet materiale som stadig vinner større innpass innen støpeteknologien, er basert på aluminasilikater (45-50% A^O^ og 45-55% Si C^) og markedsføres under forskjellige navn, blant annet under navnet Triton Kaowool fra firmaet Morganite Ceramic Fibres Ltd. Ulempene er også her dårligere mekanisk styrke sammenlignet med Marinite, noe som fører til de oven-nevnte problemer med kvalitet og kort standtid på dysene.

Ved siden av materialvalg er en jevn temperatur og trykkfordeling over dysebredden av størst betydning for kvaliteten på båndstøpt aluminium og dets legeringer. Det finnes flere patentsøkte konstruksjoner hvor man varierer isolasjonsgrad og utforming og antall dyser/dyseåpninger (U.S. patent nr. 2.790.216), inklinasjon av munningen på dysene (norsk patent nr. 121.860). Felles for de fleste kjente konstruksjoner er stor grad av kompleksitet, tunge, kompliserte konstruksjoner som trenger mye tid i forbindelse med utskifting av dyser og oppstarting av båndstøpingsprosessen. Ved bånd-støping er prosessens økonomi avhengig av minimale "down time"-perioder og rask opprettholdelse av jevn kvalitet på produktet etter oppstarting av prosessen.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er derfor å frembringe en enkel anordning for tilførsel av smeltet metall som vesentlig forbedrer innfylling og fordeling av metallet i formhulrom mellom roterende sylindre.

Det er videre hensikten med anordningen ifølge oppfinnelsen, vesentlig å redusere eller eliminere helt overflatedefekter og forbedre den indre struktur på de støpte båndene.

En videre hensikt med oppfinnelsen er å frembringe en flek-sibel, rimelig og lett anordning som minimaliserer tiden til demontering og utskifting av støpesystemets komponenter.

Disse og andre hensikter og fordeler blir oppnådd ved hjelp av en anordning ifølge oppfinnelsen, hvis nye og særegne trekk er nærmere angitt i krav l's karakteristikk.

Oppfinnelsen blir nå detaljert beskrevet ved hjelp av tegninger, Fig. 1-4, hvor

Fig. 1 viser et perspektiv av en horisontal båndstøpemaskin

med hjelpeutstyr for tilførsel av smeltet metall, Fig. 2 viser mer detaljert dysen, de roterende sylindre og formhulrommet dannet mellom disse i et vertikalt snitt tatt etter linje I-l i Fig. 1, Fig. 3 er et horisontalt snitt gjennom dysen etter linje I-l

i Fig. 2, og

Fig. 4 er en skjematisk skisse av et horisontalt snitt gjennom dysen med hastighetsprofil på det støpte materialet etter dysen.

Den kontinuerlige støpeinstallasjon, som vist på Fig. 1, omfatter en overføringsrenne (1) mellom en holdeovn (ikke vist på figuren) og en bufferdigel (2), en ildfast foret metall-renne (3) som fører det smeltede metall til en metallnivå-kasse (4), og videre en fordelingskasse (5) og tilførsel-kanal (6) tilknyttet dyse (7) som munner i "hulrommet dannet mellom to roterende sylindre (8). Størknet metall vises bak sylindrene som (for)valset bånd (9).

Metallet, f.eks. aluminium eller dets legeringer, føres etter opphold i en holdeovn via en ildfast foret renne (1) til digelen (2), på figuren vist i snittet som motstands-oppvarmet, to-kammers digel, sorn representerer en metall-buffer i støpesystemet. Ofte kombineres denne funksjon med raffinering/rensing og/eller avgassing av metallet på dette trinnet. Digelen er videre utstyrt med en temperaturregulator (ikke vist på figuren) koblet til en oppvarmingsanordning for en nøyaktig styring av temperaturen på det støpte metallet. En kombinasjon av finregulering av temperaturen på dette trinnet sammen med ekstra isolerte metallrenner gir en lav-energi støpeprosess.

Det behandlede metallet tilføres i ønsket mengde og ved regulert temperatur til nivåkassen (4), hvor finregulering av den videre metallstrøm finner sted (reguleringsutstyr ikke vist på figuren). Selve støpeutstyret omfatter for-delingskassen (5), tilførselkanalen (6) og dysen (7), som er utformet og dimensjonert for å oppnå mest mulig jevn innfylling av formhulrommet mellom sylindrene (8) med jevn trykk- og temperaturfordeling langs hele dysens bredde. Dysen (7), som vist på Fig. 2 og 3, omfatter to symmetriske yttervegger (71,72) med avsmalnet/skråttløpende kontur mot sylindrene (8) som er konform med konturen på sylindrene.

Veggene er ferdigstøpte med alle vesentlige detaljer i "Triton Kaowool" og med overflatene på de skråttløpende partier finmaskinert til nøyaktige toleranser.

Det anvendte materiale er på alle vesentlige punkter, unntatt for mekanisk styrke, overlegent den hittil anvendte Marinite. Først og fremst er "Triton Kaowool" mindre hygroskopisk enn Marinite, noe som eliminerer spesiell tørking og oppbevaring av dysen i tørkeskap før installasjon, samt alle spesielle forholdsregler som før måtte ivaretas under oppstarting av støpeprosessen. Videre har dette materiale bedre isolasjons-evne, dvs. gir mindre varmetap, noe som ytterligere bidrar til lavenergiprofil på støpeprosessen. "Triton Kaowool" er også helt fri for asbestfibre og tilfredsstiller derfor de strengt oppstilte yrkeshygieniske krav.

Med hensyn til den dårligere motstand mot slitasje fra sylindrene, som hittil har satt en effektiv stopper for en bred anvendelse av dette materialet i dyser for kontinuerlig båndstøping, har man overraskende funnet ut at en tynn metallisk plate (strimmel) (10), f.eks. av messing, kobber eller lignende materiale som festes/nagles langs begge sider av de avsmalnede dysepartier (79), gir en effektiv beskyttelse og øker dysenes levetid betraktelig.

Videre har man forenklet oppbyggingen av dysen ved å ferdigstøpe ytterveggene med integrerte distanse- og ledeplater (73,74,75,76,77). Dyseveggene støpes ferdig i form under anvendelse av en spesiell vakuum støpingsprosess. Materialet, som i utgangspunktet er en blanding av mineral-fibre, bindemiddel og vann, tørkes og varmebehandles etter støping til forlangt formstabilitet - toleranser og over-flatebeskaffenhet. Dette er et spesielt trekk ifølge foreliggende oppfinnelse som i betydelig grad reduserer sammen-setningen og utskiftningen av dyser, i og med at de kritiske avstander og innbyrdes orientering av ledeplater for å oppnå et optimalt strømningsbilde er automatisk ivaretatt allerede under fremstillingen av dysekomponentene.

I Fig. 3 vises mer detaljert de ovenfor omtalte ledeplater

i et horisontalt snitt gjennom dysen (7). Ytterveggen 71 er utstyrt på hver side med en kileformet ledeplate/distansestykke (73,73') som definerer eller avgrenser innløpspartiet (hulrommet) i dysen. Som navnet tilsier har disse distanse-sideplatene (73,73') en dobbel funksjon i dysen - en jevn fordeling av det smeltede metallet langs hele dysens bredde, og som distansestykke og avstivning mot den andre symmetrisk anordnede og samvirkende ytterveggen.

Videre gir denne kileformede fasong på sideplatene også den ønskede temperaturprofil over hele dysens bredde med maksimal varmeisolasjon ytterst på sidene med redusert metallflyt. Den jevne fordeling av metallstrømmen, trykket og temperaturen sikres videre med de i ytterveggen integrerte ledeplater (74,75,76,77,74',75',76'). De ytre ledeplatene (74,74') er konforme med konturen på sideplatene (73,73"). Det benyttes minst én ledeplate og fortrinnsvis tre ledeplater plassert på hver side av en sentralplate (77) i dysens hulrom. Denne løs-ning er enklere, sikrere og også billigere enn de hittil kjente dysesystemene med flere innløpskanaler, ledeplater plassert i spesielle fordelingskasser foran dysen etc.

Bakom deres utforming, størrelse og innbyrdes plassering ligger et systematisk utviklingsarbeid med mange modell-forsøk. Resultatet av dette arbeidet ifølge den foreliggende oppfinnelse er ledeplater utformet som avlange, vesentlig parallelt gruppevis anordnede legemer som deler hovedinnløps-partiet eller hulrommet (79) i dysen til et flertall av dis-krete fordelingskanaler. Disse kanalene sikrer et jevnt, laminart strømningsmønster uten "døde" eller turbulente soner som har en negativ virkning på den støpte båndkvalitet - gassinnhold, inneslutninger og overflatekvalitet. I en fore-trukket utførelsesform er den ytterste ledeplaten (74) slik plassert i forhold til sideplaten (73) at kanalen som formes mellom disse to platene har en bredde på minst halvparten og fortrinnsvis to tredjedeler av den disponible åpningsbredde ved dysens innløpsparti.

Oppfinnelsen er mer detaljert illustrert ved hjelp av de etterfølgende eksempler med resultater fra modellforsøkene.

Eksempler

Modellforsøkene ble utført med dysen laget i full målestokk i gjennomsiktig plexiglass. Strømningshastigheten i dysen ved de forskjellige oppstillinger av ledeplatene ble målt ved at man målte tiden som væsken brukte på å bevege seg en definert avstand ved hjelp av fargestoff tilsatt væsken.

Følgene parametre ble variert under forsøkene for å finne frem til en optimal dysegeometri:

a) størrelse og innbyrdes plassering av ledeplatene

b) fasong/utforming av ledeplatene

c) inklinasjon (åpningsvinkel) på platene i forhold til dysens vertikalakse, og

d) antall ledeplater

Tabell 1 viser et utvalg av de mest representative forsøkene.

Fig. 4 viser skjematisk dysen (7) i et horisontalt snitt inntegnet hastighetsprofil ved dysens munning basert på den op-timale konfigurasjon av ledeplatene - forsøk nr. 5 i Tabell 1.

Hastighetsprofilen er i samsvar med tabulerte verdier inntegnet som prosentuelt avvik fra den minimale målte hastigheten.

Oppfinnelsen, som beskrevet ovenfor og illustrert ved hjelp av de vedlagte tegninger, er ikke begrenset til de viste/ omtalte utforminger av dysen. Ledeplatene kan være integrerte (som vist på figurene) med den nedre ytterveggen, men også med den øvre ytterveggen, eventuelt fordelt mellom disse to. Antall plater og deres innbyrdes avstand kan variere med dysens størrelse (bredde) og likeledes åpningsvinkelen på platene.

Claims (3)

1. Anordning for tilførsel av smeltet metall til formhulrom dannet mellom to kontinuerlig vandrende parallelle vegger, eksempelvis to roterende sylindre (8) i en båndstøpemaskin, omfattende en dyse (7) med avsmalnende eller skråttløpende ytre vegger (71,72) som er konforme med konturen på sylinderflatene og utstyrt med distansesideplater (73,73') og lede-eller fordelingsplater (74-77) for jevn fordeling av det smeltede metallet langs dysens bredde, hvor minst én av ytterveggene (71,72) er utstyrt med ledeplatene (74-77) som utgjør en integrert del av ytterveggen, karakterisert ved at ledeplatene er utformet som avlange, vesentlig parallelt anordnede legemer og hvor de ytre ledeplatene (74,74') er konforme med konturen på sideplatene (73,73') som også er integrert i dysens yttervegger.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den ytterste ledeplaten (74) er plassert i forhold til sideplaten (73) slik at kanalen som formes mellom disse to platene har en bredde på minst halvparten og fortrinnsvis to tredjedeler av den disponible åpningsbredde ved dysens innløpsparti.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at antall ledeplater utgjør minst én, fortrinnsvis tre ledeplater plassert på hver side av en sentralplate (77) i dysens hulrom.